CN105051982A - 电接触元件及电气部件用插座 - Google Patents

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Abstract

一种电接触元件及电气部件用插座，触销设置于收纳有IC封装的插座主体，与所收纳的IC封装的连接端子电接触。触销形成对具有导电性的基材，从基材依次层叠了包含Ni的基底层和表层的多层。并且，表层由基底层侧的第1层和与IC封装的连接端子接触的第2层构成。第1层由通过加热，Sn融入而扩散的材料中，作为Sn的扩散速度比Pd慢的材料的以Pd-Ni合金为主成分的镀层形成。第2层由作为Sn的扩散速度比第1层慢的材料的以Ag为主成分的镀层形成。

Description

电接触元件及电气部件用插座
技术领域
本发明涉及一种与半导体装置(以下，称为“IC封装”)等电气部件电连接的电接触元件以及配设有该电接触元件的电气部件用插座。
背景技术
以往，在与IC封装等电气部件电连接的电接触元件中存在触销，该触销设置于配置在外部的导通测试电路上的作为电气部件用插座的IC插座。通过将IC封装收纳于IC插座，而将IC封装的连接端子与导通测试电路的电极经由触销进行电连接，在该状态下加热而进行老化试验。
这里，作为IC封装的连接端子，由主成分是锡(Sn)，不包含铅(Pb)的所谓无铅焊料形成，但与这样的IC封装的连接端子电连接的触销，在将金(Au)镀(添加极微量的Co)层形成为最表层，将镍(Ni)形成为基底层的情况下，产生如下的问题。
即，当进行老化试验，则包含于IC封装的连接端子的Sn融入扩散到触销的Au而形成Au-Sn合金，IC封装的连接端子会粘贴于触销。然后，在老化试验结束后，当从触销剥离IC封装的连接端子，则因Au-Sn合金的脆性而在Au-Sn的层间引起断裂，触销的Au的一部分会被剥夺到IC封装的连接端子侧，因此由于重复进行老化试验，触销的Au被基本剥夺尽而暴露基底层的Ni。因此，包含于IC封装的连接端子的Sn在触销的材料中不再扩散，附着到触销的Sn氧化而易于构成绝缘体。因此，随着试验次数增多，在触销与IC封装的连接端子之间电阻值急剧地上升而变得无法进行电连接，有可能在老化试验中将良品的封装错误地判断为不良。
因此，在以往的触销中已知有如下结构：在基底层的Ni的外侧重叠地形成钯(Pd)镀层，并且进一步在其外侧将与Pd镀层相比Sn的扩散速度慢的银(Ag)镀层形成为最表层，在触销与IC封装的连接端子粘贴的情况下，在形成于该界面的极薄的Ag-Sn合金层间使它们断裂，而将触销的Ag被夺走的量抑制在最小(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2007/034921号公报
发明要解决的课题
但是，IC封装所要求的使用温度环境，例如在配设于机动车的发动机室内的控制单元使用IC封装的情况等那样，存在高温化的倾向，与此相伴，老化试验中的试验温度也需要变高(例如，150℃以上)。
然而，在上述以往的触销中，当使老化试验的试验温度变高，则因促进合金形成等理由，触销中的Ag镀层及Pd镀层的减少速度上升，而使基底层的暴露提前。因此，有可能直到触销与IC封装的连接端子之间的电阻值急剧上升为止的试验次数会减少，IC插座的寿命降低。
发明内容
因此，针对上述的问题，本发明要解决的课题在于提供一种电接触元件及电气部件用插座，该电气部件用插座配设了该电接触元件，在提高了老化试验的试验温度的情况下，抑制直到产生电阻值的急剧上升为止的试验次数的减少的情况。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的电接触元件，其构成为对基材层叠有多层，该多层构成为包含：第1层，该第1层由通过加热，锡融入而扩散的材料中，锡的扩散速度比钯慢的材料形成；以及第2层，该第2层在第1层中与基材相反的相反侧，由锡的扩散速度比第1层慢的材料形成。
在这种电触元件中，第1层也可以由以钯和镍为主成分的Pd-Ni合金形成，或者由以钯和钴为主成分的Pd-Co合金形成。
在由Pd-Ni合金形成第1层的情况下，在Pd-Ni合金中，钯的重量比率也可以高于镍的重量比率。在该情况下，也可以是，钯的重量比率是60～90重量％，镍的重量比率是10～40重量％。
在由Pd-Co合金形成第1层的情况下，在Pd-Co合金中，钯的重量比率也可以高于钴的重量比率。
并且，第2层也可以由银或以银为主成分的Ag合金形成。也可以在该Ag合金中添加镍、铜、铁或者锑中的任意一个。
并且，第2层也可以由银或以银为主成分的Ag合金形成。或者，也可以通过对第1层电镀而形成第2层。
并且，也可以是，还构成为包含基底层，该基底层包含镍，且形成在基材与第1层之间，通过对基底层电镀而形成第1层。
另一方面，本发明的电气部件用插座具有：插座主体，该插座主体收纳有电气部件，该电气部件具有包含锡的连接端子；以及所述电接触元件，该电接触元件设置于插座主体且与所收纳的电气部件的连接端子接触。
发明效果
根据本发明的电接触元件和电气部件用插座，能够在提高了老化试验的试验温度的情况下，抑制直到产生电阻值的急剧上升为止的试验次数减少的情况。因此，当与以往的设置了电接触元件的电气部件用插座相比，能够延长电气部件用插座的寿命。
附图说明
图1是从正面观察本发明的实施方式的电气部件用插座(IC插座)的情况的局部剖视图。
图2是同IC插座的俯视图。
图3是配设于同IC插座的触销的局部放大图。
图4是从侧面观察同IC插座的情况的局部剖视图。
图5是表示本发明的实施方式的触销的第1动作状态的说明图。
图6是表示本发明的实施方式的触销的第2动作状态的说明图。
图7是表示触销的接触部的说明图。
图8表示老化试验后的触销中的第1接触部，图8(A)是表示第1接触部的侧视图，图8(B)是关于以往的触销的剖视图，图8(C)是关于本发明的实施方式的触销的剖视图。
图9是表示老化试验中的触销的相当于第1接触部的部分中的电阻值的变化的图表，图9(A)关于以往的触销进行了图示，图9(B)关于本发明的实施方式的触销进行了图示。
符号说明
10IC封装
12IC插座
14插座主体
30连接端子
32触销
42第1接触部
46第2接触部
62基材
64基底层
66表层
68第1层
70第2层
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。图1～图8是表示本发明的电接触元件和电气部件用插座的实施方式的图。
在图1中，装配有作为电气部件的IC封装10的作为电气部件用插座的IC插座12具有插座主体14和盖16。
盖16以能够上下移动的方式组装于插座主体14。详细而言，在插座主体14形成有盖导向部18，在盖16形成有以能够滑动的方式与该盖导向部18卡合的导向槽20，盖16被插座主体14的盖导向部18引导而上下移动。另外，插座主体14和盖16由绝缘性的树脂材料形成。
盖16以将配设在插座主体14与盖16之间的螺旋弹簧22压缩规定量的方式组装于插座主体14，盖16利用螺旋弹簧22而被始终朝向插座主体14的上方施力，利用止挡构件24定位盖16的上方位置。另外，在图4中的左右方向上至少配置一对螺旋弹簧22。
止挡构件24由形成于盖16的四角的爪26和与这些爪26卡合的插座主体14的爪28构成。这里，盖16侧的爪26以能够在形成于插座主体14的槽29内滑动的方式卡合，当盖16向图4中的下方下压，则爪26沿着插座主体14的爪28的斜面28a被弹性地展开而越过插座主体14的爪28，然后与插座主体14的爪28卡合。由此，将盖16组装于插座主体14。
在插座主体14安装有多个触销32，触销32作为电接触元件，将包含主成分是锡(Sn)且不含有铅(Pb)的所谓无铅焊料而形成的IC封装10的连接端子30与外部的导通测试电路(省略图示)连接。
触销32在其基部34处通过压入等而固定到插座主体14，利用形成于插座主体14的肋36以不与相邻的其他触销32接触的方式分隔触销32。并且，如图1和图5所示，触销32具有从基部34向插座主体14的下方突出的连接臂38，该连接臂38与省略图示的导通测试电路连接。
如图1和图5所示，触销32具有经由第1弹簧部40与基部34连接的第1接触部42，以及经由第2弹簧部44与基部34连接的第2接触部46。
第1弹簧部40以从图5所示的双点划线位置弹性变形到实线位置的状态装配于插座主体14的销支承块48的卡合槽50。并且，在第1接触部42中形成有定位台阶部52。如图3所示，利用第1弹簧部40的弹性力该定位台阶部52被按压在形成于插座主体14的销支承块48的定位卡合部54，在上下方向定位第1接触部42。另外，此时，第1弹簧部40中产生拉伸应力，通过在该第1弹簧部40产生的拉伸力，定位台阶部52被按压在定位卡合部54。并且，利用第1弹簧部40的弹性力第1接触部42的下端部侧面42a被按压在销支承块48的侧端面48a，在左右方向定位第1接触部42。
如图1和图5所示，第2弹簧部44在其上端部具有朝向图中上方突出形成的臂56。当盖16抵抗螺旋弹簧22的弹簧力而下压时，该臂56被形成于盖16的圆弧状的按压部斜面58按压，移位到图1和图5的双点划线位置。此时，第2弹簧部44向图5中的逆时针方向弯曲变形。其结果，第2接触部46从第1接触部42的上表面缩回，释放第1接触部42的上表面。
在盖16抵抗螺旋弹簧22的弹簧力而下压的状态下，IC封装10从形成于盖16的IC封装插入口60插入到盖16的内部，而收纳于插座主体14，IC封装10的连接端子30分别以1对1的方式与第1接触部42的上表面接触。然后，当解除对盖16作用的下压力时，盖16利用螺旋弹簧22的弹簧力复位到原来的位置。其结果，第2弹簧部44从图5的双点划线位置向顺时针方向移位，如图6所示，第2接触部46利用第2弹簧部44的弹性力将IC封装10的连接端子30按压向第1接触部42的上表面。因此，通过第1接触部42和第2接触部46而以规定的接触压可靠地夹持IC封装10的连接端子30，省略图示的导通测试电路与IC封装10经由触销32进行电连接。由此，IC封装10被装配于IC插座12，在该装配状态下，进行针对IC封装10的老化试验等的导通测试。
当导通测试结束，则抵抗螺旋弹簧22的弹簧力地下压盖16，利用盖16的按压部斜面58按压臂56，而使第2弹簧部44弯曲变形，在使第2接触部46从连接端子30上表面缩回到图1和图5的双点划线位置后，将IC封装10从IC封装插入口60取出到盖16的外部，过渡到下一个IC封装10的导通测试。
接着，对触销32的材料进行说明。如图7所示，触销32由层叠了基材62、基底层64以及表层66的多个层构成，其中，基底层64形成于基材62中与IC封装10的连接端子30接触的一侧(以下，称为“接触侧”)，表层66形成于基底层64中接触侧。即，表层66位于触销32的接触侧。
基材62由具有导电性的材料形成，在本实施方式中，考虑到触销32需要弹性，例如使用铍铜(Be-Cu)合金。并且，例如通过2×10-6～3×10-6m的镍(Ni)镀形成基底层64。另外，基材62和基底层64并不限于此，也可以从其他的材料中适当选择而形成。
表层66至少由2个层构成，在本实施方式中，由层叠了形成于基底层64的接触侧的第1层68和形成于第1层68的接触侧的第2层70这2个层构成。另外，也可以在第2层70的接触侧以及第1层68的基材62侧的至少一方形成有1个以上的层。例如，为了抑制因老化试验导致的触销32与IC封装10的连接端子30之间的粘贴，在第2层70的接触侧，作为最表层也可以设置包含Sn、金(Au)、钯(Pd)或者锌(Zn)中的任意一个的层。并且，也可以在第1层68与第2层70之间形成1个以上的层。
第1层68由通过加热，Sn融入而扩散的材料中，Sn的扩散速度比Pd慢的材料形成。在本实施方式中，第1层68由将Pd和Ni作为主成分的Pd-Ni合金形成。该Pd-Ni合金中的Pd与Ni的重量比率，Pd比Ni高，例如相对于Pd是60～90重量％，Ni是40～10重量％。
为了得到Sn融入而扩散的功能，第1层68的厚度需要为0.1×10-6m以上，但为了延长Sn扩散的时间，第1层68的厚度也可以为0.2×10-6m以上。另一方面，为了抑制裂纹的产生，第1层68的厚度也可以为5×10-6m以下。
另外，如果第1层68由通过加热，Sn融入而扩散的材料中，Sn的扩散速度比Pd慢的材料形成，则不限于Pd-Ni合金，例如也可以是包含Pd和钴(Co)的Pd-Co合金。在该Pd-Co合金中，关于Pd与Co的重量比率，也是Pd的较高，例如相对于Pd是90重量％，Co是10重量％。
例如通过基于电镀的制法或者基于离子镀的制法形成该第1层68。基于电镀的制法是在作为基底层64实施Ni电镀，在其上作为密合层实施触击电镀Au后，作为第1层68重叠了Pd-Ni合金电镀。并且，基于离子镀的制法是作为基底层64实施Ni电镀，在其上作为第1层68通过离子镀附着Pd-Ni合金。
第2层70由通过加热，Sn融入而扩散，但Sn的扩散速度比第1层68慢的材料形成。在本实施方式中，第2层70由银(Ag)形成。为了延缓Sn向第1层68的扩散，第2层70的厚度需要为0.1×10-6m以上。由于扩散到第1层68的Sn的扩散速度因触销32周围的气氛温度而不同，因此在150℃以上时，为了延缓Sn向第1层68的扩散，也可以使第2层70的厚度为0.3×10-6m以上，在180℃以上时，也可以因相同的目的使第2层70的厚度为1×10-6m以上。
该第2层70在第1层68上与上述的第1层68的制法同样，例如由基于电镀的制法或者基于离子镀的制法形成。
另外，第2层70只要由通过加热，Sn融入而扩散，但Sn的扩散速度比第1层68慢的材料形成，就不限于Ag，例如也可以是将Ag与Ni、铜(Cu)、铁(Fe)以及锑(Sb)这4个元素中的任意1个作为主成分的银合金。这些元素被认为阻碍银合金中的Ag与IC封装10的连接端子30的Sn的合金化。并且，第2层70也可以是对Ag添加除了上述的4个元素以外的Sn或Au等的银合金。
根据这样的触销32和IC插座12，在提高了老化试验的试验温度的情况下，能够抑制直到产生触销32与IC封装10的连接端子30之间的电阻值的急剧上升为止的试验次数减少的情况。因此，当与设置了以往的触销的IC插座相比时，能够延长IC插座12的寿命。对其理由进行说明。
在以往的触销中，在通过加热，Sn融入而扩散的材料中，Sn的扩散速度以及Sn的吸收量与Au一样都非常高，但在与Sn的合金的机械强度远高于Au的Pd的镀层形成的第1层的接触侧，还设置了由Ag的镀层形成的第2层，其中，Ag作为通过加热，Sn融入而扩散，但其扩散的速度比第1层慢的材料。因此，包含于IC封装10的连接端子30的Sn融入触销侧的速度变慢，其结果，Ag-Sn合金或Sn-Pd合金不会急剧地形成，而逐渐地形成。由此，在老化试验后，使隔着所形成的Ag-Sn合金或Sn-Pd合金的IC封装10的连接端子30与触销难以粘贴，而抑制了第1层和第2层的减少速度。
然而，当提高老化试验的试验温度(例如，使其为150℃以上)，则在包含于IC封装10的连接端子30的Sn与第2层的Ag之间，形成Ag-Sn合金的速度上升，触销的第2层与IC封装10的连接端子30变得容易粘贴。由于Ag-Sn合金的厚度也增加，因此当从触销剥离IC封装10的连接端子30，则与不提高试验温度的情况相比，第2层的Ag变得容易减少。并且，当第2层的Ag镀层逐渐缺乏时，在包含于IC封装10的连接端子30的Sn与第1层的Pd之间，以比第2层的Ag更快的速度形成Sn-Pb合金，触销的第1层与IC封装10的连接端子30变得容易粘贴。因此，当与不提高试验温度的情况相比，则第1层的Pd也变得容易减少。因此，当与不提高试验温度的情况相比，则作为基底层的Ni的暴露提前。并且，由于包含于IC封装10的连接端子30的Sn在触销的材料中不扩散而蓄积在基底层的界面，因此附着于触销的Sn容易氧化而构成绝缘体。因此，有可能直到触销与IC封装10的连接端子30之间的电阻值急剧上升为止的试验次数减少，IC插座的寿命降低。
与此相对，在本实施方式的触销32中，将通过加热，Sn融入而扩散的材料中，Sn的扩散速度比Pd慢的Pd-Ni合金的镀层形成为第1层68。
因此，由于Sn与Pd-Ni合金的合金化的速度比Sn与Pd的合金化的速度慢，因此即使在第2层70的Ag镀层逐渐缺乏的情况下，当与以往的触销相比，本实施方式的触销32的第1层68变得难以与IC封装10的连接端子30粘贴，第1层68变得难以减少。
并且，Pd-Ni合金的镀层与Pd单体的镀层同样地能够大量地吸收Sn，但由于相比Pd单体的镀层，在机械性强度上优越，因此当在第1层68的Pd-Ni合金与IC封装10的连接端子30的Sn之间合金化后的情况下，即使从触销32剥离IC封装10，第1层68的Pd-Ni合金也难以剥離难以减少。
因此，当与以往的触销相比，则作为基底层64的Ni的暴露变慢，直到产生触销32与IC封装10的连接端子30之间的电阻值的急剧上升为止的试验次数增多。因此当与设置了以往的触销的IC插座相比，能够延长IC插座12的寿命。
接着，对用于证明本发明的效果的评价试验进行说明。在该试验中，在以往的触销(以下，称为“以往触销”)与本实施方式的触销(以下，称为“改良触销”)之间，对与图3等所示的第1接触部42相当的部分中的合金形成的状态以及电阻值变化进行了比较，其中，以往触销在第1层具有Pd镀层，在第2层具有Ag镀层，改良触销在第1层具有Pd-Ni合金镀层，在第2层具有Ag镀层。
(1)供试验的IC插座的规格
将安装有以往触销的IC插座(以下，称为“以往IC插座”)和安装有改良触销的IC插座(以下，称为“改良IC插座”)分别准备了4台。IC插座的结构是共同的。
以往触销和改良触销都在基材使用了Be-Cu合金。以往触销形成为在基材之上实施2×10-6～3×10-6m的Ni镀作为基底层，在基底层之上实施0.5×10-6m的Pd镀层作为第1层，在第1层之上实施2×10-6m的Ag镀层作为第2层。
并且，改良触销形成为在基材之上实施2×10-6～3×10-6m的Ni镀作为基底层，在基底层之上实施0.5×10-6m的Pd-Ni合金镀层作为第1层，在第1层之上实施1×10-6m的Ag镀层作为第2层。
(2)供试验的IC封装的端子规格
使用了连接端子由Sn-3Ag-0.5Cu合金形成的IC封装。
(3)试验方法
作为试验步骤，在4台以往IC插座和4台改良IC插座共8台IC插座分别装配了未使用的IC封装的状态下，使IC插座的周围温度升温到200℃，在维持该温度经过了24小时后，降温到室温，而从IC插座中卸下IC封装。将其作为1个循环，依次实施了15个循环。
关于触销中与IC封装的连接端子接触的接触部的电阻值，在1个循环、5个循环、10个循环以及15个循环结束的各阶段对各IC插座的触销进行了测定。
并且，关于合金形成的状态，在15个循环结束的阶段，使用显微镜观察相当于第1接触部42的部分的剖面。
(4)结果
关于老化试验结束后的以往触销中的合金形成的状态得到如下状态的结果：如图8(B)所示，失去第2层的Ag镀层，并且Sn扩散到第1层的Pd镀层而合金化后的Pd-Sn合金层也局部性地基本失去，基底层的Ni暴露。另外，在以往触销中，在老化试验10个循环结束后的阶段，基底层的Ni暴露。
另一方面，关于老化试验结束后的改良触销的合金形成的状态得到如下状态的结果：如图8(C)所示，虽然失去第2层的Ag镀层，但Sn扩散到第1层的Pd-Ni合金镀层而合金化后的Pd-Ni-Sn合金层在相当于第1接触部42的部分的整个区域中残存，基底层的Ni未暴露。并且，虽然改良触销中的第2层的Ag镀层的厚度是以往触销中的第2层的Ag镀层的2分之1，但由于改良触销的第1层的残留量较多，因此得到如下的预测：如果使第2层的Ag镀层为与以往触销同等的厚度，则改良触销中的第1层的残留量进一步增加。
关于老化试验的规定循环数结束后的以往触销的电阻值变化得到如下的结果：如图9(A)所示，在10个循环结束后的阶段观察到电阻值显著的上升，在15个循环结束后的阶段处于进一步上升的倾向。
另一方面，关于老化试验的规定循环数结束后的改良触销的电阻值变化得到如下的结果，如图9(B)所示，不能说电阻值显著上升。
从以上的结果可明确，在提高了老化试验的试验温度的情况下，能够抑制直到触销与IC封装的连接端子之间产生电阻值的急剧上升为止的试验次数减少的情况。由此，可明确当与设置了以往的触销的IC插座相比，使设置了改良触销的IC插座12的寿命延长。
另外，作为装配有IC封装10的电气部件用插座，将开顶型的IC插座12作为一例进行了说明，但不限于此。只要是具有收纳有IC封装10的插座主体，以及设置于插座主体且与所收纳的IC封装10的连接端子30接触的具有与上述的实施方式的触销32相同的层构造的电接触元件的IC插座，例如也可以是翻盖式等其他类型的插座。
另外，将作为电接触元件的触销32用于IC插座12，但也可以用于IC插座以外的用途。

Claims (14)

1.一种电接触元件，其构成为对基材层叠有多层，该电接触元件的特征在于，
所述多层构成为包含：
第1层，该第1层由通过加热，锡融入而扩散的材料中，锡的扩散速度比钯慢的材料形成；以及
第2层，该第2层在所述第1层中与所述基材相反的相反侧，由所述扩散速度比所述第1层慢的材料形成。
2.根据权利要求1所述的电接触元件，其特征在于，
所述第1层由以钯和镍为主成分的Pd-Ni合金形成。
3.根据权利要求1所述的电接触元件，其特征在于，
所述第1层由以钯和钴为主成分的Pd-Co合金形成。
4.根据权利要求1所述的电接触元件，其特征在于，
所述第2层由银形成。
5.根据权利要求1所述的电接触元件，其特征在于，
所述第2层由以银为主成分的Ag合金形成。
6.根据权利要求2所述的电接触元件，其特征在于，
在所述Pd-Ni合金中，钯的重量比率高于镍的重量比率。
7.根据权利要求6所述的电接触元件，其特征在于，
所述钯的重量比率是60～90重量％，所述镍的重量比率是10～40重量％。
8.根据权利要求3所述的电接触元件，其特征在于，
在所述Pd-Co合金中，钯的重量比率高于钴的重量比率。
9.根据权利要求5所述的电接触元件，其特征在于，
在所述Ag合金中添加有镍。
10.根据权利要求5所述的电接触元件，其特征在于，
在所述Ag合金中添加有铜。
11.根据权利要求5所述的电接触元件，其特征在于，
在所述Ag合金中添加有铁。
12.根据权利要求5所述的电接触元件，其特征在于，
在所述Ag合金中添加有锑。
13.根据权利要求1所述的电接触元件，其特征在于，
所述电接触元件构成为还包含基底层，该基底层构成为包含镍，且形成在所述基材与所述第1层之间，
通过对所述基底层电镀而形成所述第1层，
通过对所述第1层电镀而形成所述第2层。
14.一种电气部件用插座，其特征在于，构成为包含：
插座主体，该插座主体收纳有电气部件，该电气部件具有包含锡的连接端子；以及
如权利要求1所述的电接触元件，该电接触元件设置于所述插座主体且与所收纳的所述电气部件的所述连接端子接触。
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