CN113302503A - 探针基板以及电性连接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提高探针基板的基板间以及/或者探针基板与被接合构件的耐久性。本发明的探针基板是一种具有与被检查体的多个电极端子各方电性接触的多个电性接触件的探针基板，与要设置到该探针基板的第1面和第2面中的任一面或两面的被接合构件接合的接合部通过金属成分中至少包含70原子％以上的过渡金属的、烧结形成的金属层来接合被接合构件，以及/或者，该探针基板的多个基板间的接合面通过烧结形成的金属层来接合基板彼此，烧结形成的金属层中残留有因包含热塑性树脂的粘接材料组合物的加热而形成的多个有机成分部位以及/或者空隙，烧结形成的金属层中包含的多个有机成分部位以及/或者空隙在烧结形成的金属层的垂直截面中为5～80面积％。

Description

探针基板以及电性连接装置
技术领域
本发明涉及探针基板以及电性连接装置，例如可以运用于在形成于半导体晶圆上的被检查体的电性检查等的时,使检查装置与被检查体的电极端子之间电性连接的电性连接装置。
背景技术
在形成于半导体晶圆上的各半导体集成电路(被检查体)的电性检查中,会使用配备有探针卡的检查装置(测试器)，所述探针卡在测试头上具有多个探针(电性接触件)。
检查时，将被检查体载置于吸盘头上，并朝安装在检查装置上的探针卡推压吸盘头上的被检查体。探针卡以各探针的顶端部从该探针卡的下表面突出的方式安装有多个探针，通过朝探针卡推压被检查体，使得各探针的顶端部与被检查体的对应的电极端子电性接触。继而，将来自检查装置的电信号经由探针供给至被检查体，并将来自被检查体的信号经由探针导入至测试器侧，由此能进行被检查体的电性检查。
专利文献1中揭示了如下内容：为了相对于被检查体的电极端子而言保持探针卡的水平性和多个探针的针尖的位置的平行，在探针基板上设置锚固件，在该锚固件的顶部设置分隔构件(支承部)。以往，在探针基板上设置锚固件时，通常是使用焊料将锚固件接合在探针基板上。
此外，专利文献1中，在探针基板的下表面形成有线路，在与该线路连接的探针盘上设置有探针，而在将探针接合至探针盘时也是使用焊料来进行接合。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开号WO2006/126279号
发明内容
发明要解决的问题
近年来，随着半导体集成电路的高集成化、电极间的窄间距化等，探针基板上安装的探针的数量在增加，当朝探针基板推压被检查体时，较大的反力会作用于电性连接装置，但以往的探针基板上的用作锚固件接合部的焊料的耐久性不足，存在难以牢固地接合这一问题。
此外，随着被检查体的高功能化等，在进行在温度变化较大的环境下使用的被检查体的电性检查的情况下，要求电性连接装置在与被检查体的使用环境相应的温度变化的环境下进行检查。但尤其是在高温环境下，作为接合部的焊料会软化，难以确保足够的耐久性，结果，还存在难以确保足够的寿命这一问题。
再者，对于由多个基板构成的探针基板，也在寻求进一步提高多个基板彼此的接合性。
因此，鉴于上述问题，本发明欲提供一种可以提高探针基板的基板间以及/或者与设置在探针基板的上表面(第1面)和下表面(第2面)中的任一面或两面的被接合构件的耐久性、延长寿命的探针基板以及电性连接装置。
解决问题的技术手段
为了解决这样的问题，第1本发明的探针基板是一种具有与被检查体的多个电极端子各方电性接触的多个电性接触件的探针基板，其特征在于，与设置于该探针基板的第1面和第2面中的任一面或两面的被接合构件接合的接合部通过金属成分中至少包含70原子％以上的过渡金属的、烧结形成的金属层来接合所述被接合构件，以及/或者，该探针基板的多个基板间的接合面通过所述烧结形成的金属层来接合基板彼此，所述烧结形成的金属层中残留有因包含热塑性树脂的粘接材料组合物的加热而形成的多个有机成分部位以及/或者空隙，所述烧结形成的金属层中包含的所述多个有机成分部位以及/或者空隙在所述烧结形成的金属层的垂直截面中为5～80面积％。
第2本发明的电性连接装置是一种使检查装置与被检查体的多个电极端子电性连接的电性连接装置，其特征在于，具备：线路基板，其具有与所述检查装置连接的布线电路；第1本发明的探针基板；以及连接单元，其使所述线路基板的布线电路与所述探针基板的多个电性接触件各方连接。
发明的效果
根据本发明，能够提高探针基板的基板间以及/或者与设置在探针基板的上表面(第1面)和下表面(第2面)中的任一面或两面的被接合构件的耐久性、延长寿命。
附图说明
图1为表示实施方式的电性连接装置的构成的构成图。
图2为表示实施方式的探针基板的上表面上设置的多个锚固件的配置的配置构成图。
图3为表示实施方式的锚固部的构成的构成图。
图4为表示实施方式的探针基板的上表面上设置的锚固件的接合结构的图。
图5为说明实施方式的金属层(粘接材料硬化物)的截面构成的说明图。
图6为对实施方式的由粘接材料组合物接合而成的接合部分的特性进行评价的评价结果。
图7为表示实施方式的将锚固件接合至探针基板的上表面的接合方法的流程图。
图8为说明实施方式的锚固件的接合方法的说明图。
图9为表示以往的使用焊料将锚固件接合至探针基板的上表面的方法的流程图。
图10为说明以往的使用焊料的锚固件的接合方法的说明图。
图11为表示实施方式中展示温度变化环境下的接合部的耐久性的循环测定结果的图。
图12为表示实施方式的探针基板的下表面上形成的探针盘以及与其相连的探针的构成的构成图。
图13为表示变形实施方式中多级结构的锚固件及支承部的构成的构成图。
具体实施方式
(A)主要实施方式
下面，一边参考附图，一边对本发明的探针基板以及电性连接装置的实施方式进行详细说明。
(A-1)电性连接装置
图1为表示本实施方式的电性连接装置的构成的构成图。
图1的电性连接装置10图示了主要的构成构件，但并不限定于这些构成构件，实际上还具有图2中没有展示的构成构件。此外，以下是着眼于图1中的上下方向来谈论“上”、“下”。
图1中，本实施方式的电性连接装置10具有：平板状的支承构件12；平板状的线路基板14，其保持在所述支承构件12的下表面12a；电性连接单元15，其与所述线路基板14电性连接；以及探针基板16，其与所述电性连接单元15电性连接，而且具有多个电性接触件(以下也称为“探针”)20。
电性连接装置10在组装支承构件12、线路基板14、电性连接单元15、探针基板16时会使用大量固定构件(例如螺栓等螺合构件等)，但图1中没有图示这些固定构件。
电性连接装置10例如将半导体晶圆上形成的半导体集成电路等作为被检查体2来进行被检查体2的电性检查。具体而言，朝探针基板16推压被检查体2，使探针基板16的各探针20的顶端部与被检查体2的电极端子2a电性接触，并从未图示的测试器(检查装置)向被检查体2的电极端子2a供给电信号，进而将来自被检查体2的电极端子2a的电信号给予测试器侧，由此来进行被检查体2的电性检查。电性连接装置10例如也称为探针卡。
身为检查对象的被检查体2载置于吸盘头3的上表面。吸盘头3可以沿水平方向的X轴方向、在水平面上与X轴方向垂直的Y轴方向、与水平面(X-Y平面)垂直的Z轴方向进行位置调整，进而，可以沿绕Z轴的θ方向调整转动姿态。在实施被检查体2的电性检查时，使可沿上下方向(Z轴方向)升降的吸盘移动而使被检查体2的电极端子2a与探针基板16的各探针20的顶端部电性接触，因此使得电性连接装置10的探针基板16的下表面与吸盘头3的上表面的被检查体2以相对靠近的方式移动。
[支承构件]
支承构件12抑制线路基板14的变形(例如挠曲等)。例如，由于探针基板16具有大量探针20，因此安装在线路基板14侧的探针基板16的重量较大。此外，在进行被检查体2的电性检查时，探针基板16被吸盘头3上的被检查体2压住，由此，突出于探针基板16的下表面的探针20的顶端部与被检查体2的电极端子2a相接触。如此，在电性检查时，产生从下往上作用的反力(接触荷载)，线路基板14也受到较大的荷载。支承构件12作为抑制线路基板14的变形(例如挠曲等)的构件发挥功能。此外，支承构件12上设置有贯通上表面与下表面的多个通孔121。多个通孔121各方设置在与后文叙述的探针基板16的上表面上配置的多个锚固件50各自的位置相对应的位置，而且是设置在与线路基板14上设置的多个通孔141各自的位置相对应的位置。分隔件(以下也称为“支承部”)51从支承构件12的上方朝下方插通在支承构件12的各通孔121中，成为分隔件(支承部)51的下端部与对应的锚固件50能够固定在一起的构成。例如，分隔件(支承部)51的下端部为外螺纹部，而且探针基板16的上表面上配置的锚固件50的大致中央部为内螺纹部501，分隔件(支承部)51的下端部(外螺纹部)可以通过螺合至锚固件50的内螺纹部来加以固定。由此，可以将探针基板16的上表面与支承构件12的上表面之间的距离保持在规定距离长度。
[线路基板]
线路基板14例如由聚酰亚胺等树脂材料形成，例如是形成为大致圆形板状的印刷基板等。在线路基板14的上表面的周缘部配置有与测试器(检查装置)的测试头(未图示)电性连接用的大量电极端子(未图示)。此外，在线路基板14的下表面形成有线路图案，线路图案的连接端子14a与电性连接单元15中设置的弹簧顶针等连接件30的上端部电性连接。
进而，在线路基板14的内部形成有布线电路(未图示)，线路基板14的下表面的线路图案与线路基板14的上表面的电极端子可以经由线路基板14内部的布线电路相连。因而，可以经由线路基板14内的布线电路在电性连接至线路基板14的下表面的线路图案的连接端子14a的电性连接单元15的各连接件30与连接至线路基板14的上表面的电极端子的测试头之间导通电信号。线路基板14的上表面上还配置有被检查体2的电性检查所需的多个电子零件。
此外，线路基板14上设置有贯通该线路基板14的上表面与下表面的多个通孔141。多个通孔141各方配置在与探针基板16的上表面上配置的多个锚固件50各自的位置相对应的位置，而且是配置在与支承构件12的多个通孔121各自的位置相对应的位置。
再者，各通孔141的开口形状可以设为与插通的支承部51的形状相对应的形状。此外，为了能在各通孔141中插通支承部51，各通孔141的内径是与支承部51的外径相同的程度或者略大。
本实施方式中例示支承部51为圆柱构件的情况，因此例示通孔141的开口形状为大致圆形的情况，但并不限定于此。例如，支承部51也可为截面形状为大致正方形等的直角柱构件或者该截面形状为多角边的多边柱构件等，在这样的例子的情况下，通孔141的开口形状也可以设为能插通支承部51的形状。
[电性连接单元]
电性连接单元15例如具有弹簧顶针等之类的多个连接件30。在电性连接装置10的组装状态下，各连接件30的上端部电性连接至线路基板14的下表面的线路图案的连接端子14a，而且各连接件30的下端部连接至探针基板16的上表面上设置的焊垫。探针20的顶端部与被检查体2的电极端子电性接触，因此被检查体2的电极端子通过探针20及连接件30与测试器(检查装置)电性连接，所以被检查体2可以进行使用测试器(检查装置)的电性检查。
例如，电性连接单元15具有多个插通孔以便插通各连接件30，通过在各插通孔中插通连接件30，各连接件30的上端部及下端部突出。再者，在电性连接单元15中，安装多个连接件30的构造不限定于设置通孔这一构成，可以广泛运用各种构成。在电性连接单元15的周围设置有凸缘部151。
[探针基板]
探针基板16是具有多个探针20的基板，形成为大致圆形或多边形(例如16边形等)。关于探针20，例如例示为悬臂型探针(电性接触件)的情况，但并不限定于此。此外，探针基板16具有例如由陶瓷板形成的基板构件161和形成于该基板构件161的下表面的多层线路基板162。
在身为陶瓷基板的基板构件161的内部形成有沿板厚方向贯通的大量导电通道(未图示)，此外，在基板构件161的上表面形成有焊垫，形成为基板构件161内的导电通道的一端与该基板构件161的上表面的对应的线路图案的连接端子连接。进而，在基板构件161的下表面，形成为基板构件161内的导电通道的另一端与多层线路基板162的上表面上设置的连接端子连接。
多层线路基板162例如由多个多层基板形成，所述多个多层基板由聚酰亚胺等合成树脂构件形成，在多个多层基板之间形成有线路通道(未图示)。多层线路基板162的线路通道的一端与身为陶瓷基板的基板构件161侧的导电通道的另一端连接在一起，多层线路基板162的另一端连接到多层线路基板162的下表面上设置的探针盘163(参考图12)。多层线路基板162的下表面上设置的探针盘163上配置有多个探针20，探针基板16的多个探针20经由电性连接单元15与线路基板14的对应的连接端子14a电性连接在一起。
(A-2)被接合构件的接合
接着，参考附图，对被接合构件在探针基板16的上表面(第1面)及下表面(第2面)中的任一方或两方上的接合进行说明。
下面例示被接合构件为锚固件50、在探针基板16的上表面(也就是基板构件161的上表面)接合锚固件50这一情况来进行说明。
为了使电性连接装置10的各探针20可靠地接触被检查体2的各电极端子2a，要求将探针基板16上安装的各探针20的顶端的高度位置保持水平而在各探针20的顶端的高度位置一致的状态下使各探针20的顶端以推压方式接触被检查体2的各电极端子2a。
但近年来，随着身为被检查体2的半导体集成电路的高集成化、电极间的窄间距化等，探针基板16上安装的探针20的数量在增加，当向探针基板16推压被检查体2时，较大的反力(也就是高荷载)会作用于电性连接装置10，探针基板16等可能会发生挠曲等变形，将多个探针的高度位置保持水平变得困难。
为了抑制这样的挠曲，在探针基板16的上表面设置多个锚固件50，并使各支承部51的下端部抵接固定至各锚固件50的上表面，由此能使探针基板16与支承构件12结合在一起。
另外，以往通常是使用焊料将锚固件50接合至探针基板16的上表面。但在上述那样的探针20数的增加、高接触荷载等之下，焊料的耐久性不足，存在难以保持由在探针基板16的下表面上配置的多个探针20的顶端部形成的假想平面与由半导体晶圆上的多个电极端子2a形成的平面的平行这一问题。
此外，随着被检查体2的高功能化等，在进行在温度变化较大的环境下使用的被检查体2的电性检查的情况下，要求电性连接装置10在与被检查体2的使用环境相应的温度变化的环境下进行被检查体2的电性检查。
但在温度变化较大的环境下进行被检查体2的电性检查时，尤其是在高温环境下进行被检查体2的电性检查时，会因焊料的软化等而导致焊料变形，还存在难以充分保持接合探针基板16与锚固件50的焊料的耐久性这一问题。
因此，在本实施方式中，在探针基板16上配置各锚固件50的各位置上经由具有后文叙述那样的特性的金属层60来接合各锚固件50。由此，可以提高耐久性、延长寿命。
[锚固件50的配置]
图2为表示实施方式的探针基板16的上表面上设置的多个锚固件50的配置的配置构成图。
如图2所示，在探针基板16的上表面上配置有多个锚固件50。图2中例示的是设置有设置在探针基板16的中央部的中心位置的1个锚固件50、等角度间隔地设置在以该中心位置为中心的第1假想圆上的8个锚固件50、以及等角度间隔地设置在半径比所述第1假想圆的半径大的第2假想圆上的8个锚固件50这合计17个锚固件50的情况。再者，虽然图2中例示的是配置有17个锚固件50的情况，但锚固件50的数量并无限定。
锚固件50可以使用像图3例示的那样由圆柱形状的金属构件形成的构件，在其中央部具有内螺纹部501。例如，从支承构件12的各通孔121的上方朝下方插通的分隔件(支承部)51的下端部(外螺纹部)螺合固定至对应的锚固件50的内螺纹部501，由此将支承构件12与探针基板16固定在一起。
图4为表示实施方式的探针基板16的上表面上设置的锚固件50的接合结构的图。
如图4所示，在探针基板16的上表面，在配置各锚固件50的各位置上涂布具有后文叙述的特性的粘接材料组合物，在粘接材料组合物上设置各锚固件50并加热，由此形成粘接材料组合物硬化而成的金属层60而将各锚固件50接合在探针基板16的上表面。
(A-2-1)金属层
本发明的金属层60例如是通过使用含有金属微粒(金属填料)和热塑性树脂微粒的粘接材料组合物进行烧结等来形成的。
此外，金属层60包含金属成分，该金属成分由至少70原子％以上的过渡金属构成。所谓金属成分，是仅由一种以上的过渡金属构成的成分，或者由一种以上的过渡金属和一种以上的典型金属构成的成分。作为过渡金属，优选使用8～11族的第4～6周期的过渡金属，更优选使用10～11族的第4～6周期的过渡金属，进而优选使用11族的银、铜、金，使用银、铜最佳。此外，在使用两种以上的过渡金属的情况下，优选相对于过渡金属的合计量而言包含70原子％以上的银。金属层60中包含的金属成分中的过渡金属的含有率优选为70原子％以上，更优选为80原子％以上，90原子％以上最佳。作为上限，也可为100原子％。在金属成分中包含典型金属的情况下，作为典型金属，优选使用12～16族的典型金属，更优选使用12～14族的典型金属，进而优选使用锌、铝、铟、锗、锡、铋，使用锌、铝、锡最佳。金属层60中包含的金属成分中的典型金属的含有率优选不到30原子％，更优选不到20原子％，不到10原子％最佳。作为下限，也可为0原子％。此处，所谓含有率(原子％)，是以金属成分的总金属原子数(或摩尔数)为100的情况下的相对的特定金属成分(总过渡金属或总典型金属)的原子数(或摩尔数)。关于含有率，例如可通过ICP分析来测定、算出各金属成分的含量。
本发明的金属层60优选具有多个有机成分部位以及/或者空隙。所谓该有机成分部位，是由有机成分构成的部位，优选由有机树脂成分构成，更优选含有热塑性树脂。例如使用聚乙烯、聚丙烯、AS树脂、ABS树脂、AES树脂、乙酸乙烯酯树脂、聚苯乙烯、聚氯乙烯、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、聚乙烯醇树脂、聚乙烯醚、聚缩醛、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩甲醛、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、苯氧基树脂聚醚酰亚胺、乙基纤维素、乙酸纤维素、各种氟树脂、聚烯烃弹性体、聚硅氧树脂、尼龙11、尼龙12、尼龙6等公知的聚酰胺树脂等热塑性树脂。所谓该空隙，是不含金属成分或有机成分的空腔部位。
此外，该多个有机成分部位以及/或者空隙可以进一步提高反复的温度变化所引起的应力的缓和作用。因此，在本发明的金属层60的垂直截面中，该多个有机成分部位以及/或者空隙的下限值优选占5面积％以上，更优选为10面积％以上，进而优选为15面积％以上。此外，在本发明的金属层60的垂直截面中，该多个有机成分部位以及/或者空隙的上限值优选为80面积％以下，更优选为60面积％以下，进而优选为50面积％以下。此外，在本发明的金属层60的垂直截面中，该多个有机成分部位以及/或者空隙例如优选占5～80面积％，更优选为10～60面积％，进而优选为15～50面积％。关于面积的算出，例如进行垂直截面的任意多个部位的使用SEM或TEM的图像分析或者映射分析等，算出每一部位的总测定范围的面积内的总有机成分部位以及/或者空隙的面积的比例，根据它们的平均值来算出。
此外，在该金属层60的垂直截面中将金属成分和有机成分部位以及/或者空隙的面积(金属层的全面积)设为100面积％的情况下，本发明的金属层60中包含的金属成分优选占20～95面积％。更优选为40～90面积％，进而优选为50～85面积％。关于面积的算出，例如进行垂直截面的任意多个部位的使用SEM或TEM的图像分析或者映射分析等，算出每一部位的总测定范围的面积内的总金属成分的面积的比例，根据它们的平均值来算出。
[金属微粒]
粘接材料组合物中的金属微粒是包含过渡金属的合金的微粒、过渡金属微粒与过渡金属以外的金属微粒的混合微粒、或者这2种以上的复合微粒。作为过渡金属，普通过渡金属全都可以利用，可列举过渡金属单质、或者由2种以上的过渡金属构成的合金、金属的氧化物、或者过渡金属的化合物等。作为过渡金属类，优选使用8～11族的第4～6周期的过渡金属，更优选使用10～11族的第4～6周期的过渡金属，进而优选使用11族的银、铜、金，使用银、铜最佳。此外，在使用2种以上的过渡金属的情况下，优选相对于过渡金属的合计量而言包含70原子％以上的银。金属微粒中的过渡金属的含有率优选为70原子％以上，更优选为80原子％以上，90原子％以上最佳。作为上限，也可为100原子％。此处，所谓过渡金属的含有率(原子％)，是以金属微粒中的总金属成分的合计原子数(或摩尔数)为100的情况下的相对的总过渡金属成分的原子数(或摩尔数)。关于含有率，例如可通过ICP分析来测定、算出各金属成分的含量。所谓金属成分，是仅由一种以上的过渡金属构成的成分，或者由一种以上的过渡金属和一种以上的典型金属构成的成分。粘接材料组合物中包含的过渡金属不限于以纯金属形式加以包含的形态，也能以与其他金属成分的合金的形式加以包含。
粘接材料组合物中的金属微粒的形状无特别限定，例如可列举球状、薄片状、板状、箔状以及树枝状等，通常选择薄片状或球状。此外，粘接材料组合物中的金属微粒除了使用由单一金属构成的微粒以外，可以使用由2种以上的金属构成的作了表面被覆的金属微粒或者它们的混合物。
粘接材料组合物中的金属微粒的平均粒径(d50)优选为1～20μm，更优选为2～10μm，进而优选为3～8μm。若平均粒径(d50)不到1μm，则粘接材料组合物的硬化后的金属收缩得不到抑制，因此与被粘接材料的密接性会降低。若平均粒径(d50)超过20μm，则在粘接材料组合物的硬化时，金属微粒的烧结难以进行，导致与被粘接材料的密接性降低。此外，即便在金属微粒包含纳米微粒或次微米微粒的情况下，只要金属微粒整体上的平均粒径(d50)在1～20μm的范围，便会作为粘接材料组合物而良好地发挥功能。关于平均粒径，使用激光衍射-散射式粒度分析计，以测定出的粒径分布的50％平均粒径(D50)的形式算出。例如，可以使用日机装株式会社制造的激光衍射-散射式粒度分析计MT-3000来进行测定。
粘接材料组合物中的金属微粒其表面可被涂层剂被覆。作为涂层剂，例如可列举含羧酸的涂层剂。
在粘接材料组合物中，金属微粒的含量相对于粘接材料组合物的总量而言优选为40～95质量％，更优选为50～95质量％，进而优选为60～90量％，以70～90质量％加以使用最佳。
[热塑性树脂微粒]
粘接材料组合物中的热塑性树脂微粒优选25℃下为固体状的热塑性树脂微粒(以下也简称为“热塑性树脂微粒”)。
以往是使用焊料作为接合锚固件50的接合材料，但焊料因具有致密的结构所以应力缓和性能较低。此外，因受到反复的温度变化而使得金属生长，由此导致应力缓和性能进一步降低。因此，在使用焊料的接合中，容易在因被接合构件(例如锚固件50、探针基板16等)彼此的线性热膨胀率的差而产生的应力下发生被接合构件与焊料的剥离或者焊料的断裂。
但是，本实施方式的用于金属层60的粘接材料组合物例如在像烧结等那样加热而硬化时，热塑性树脂微粒的一部分或全部会熔融而形成粘接材料硬化物内的多个空隙。或者，热塑性树脂微粒的一部分或全部出现未熔残余，未熔残余的部位以多个有机成分部位的形式形成不含金属成分的部位，已熔融的部位则形成多个空隙。
图5为说明本实施方式的金属层(粘接材料硬化物)60的截面构成的说明图。
如图5所示，在金属层(粘接材料硬化物)60的垂直截面中形成有金属61和源于热塑性树脂微粒的空隙或有机成分部位的部位62，因此金属层60内产生的应力得到分散。如此一来，金属层60内的金属的移动受到阻碍，能够认为防止了像上述那样因线性热膨胀率的差而容易发生应力下的被接合构件(锚固件50、探针基板16等)与金属层(粘接材料硬化物)60的剥离或者金属层(粘接材料硬化物)60内的断裂这一情况。如此，能够认为有助于抑制反复的温度变化造成的被接合构件与金属层60的剥离或者金属层60的断裂。
作为本实施方式中的热塑性树脂微粒，可为公知的树脂微粒，例如可列举聚乙烯、聚丙烯、AS树脂、ABS树脂、AES树脂、乙酸乙烯酯树脂、聚苯乙烯、聚氯乙烯、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、聚乙烯醇树脂、聚乙烯醚、聚缩醛、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩甲醛、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、苯氧基树脂聚醚酰亚胺、乙基纤维素、乙酸纤维素、各种氟树脂、聚烯烃弹性体、聚硅氧树脂、尼龙11、尼龙12、尼龙6等公知的聚酰胺树脂等微粒，也可为它们的混合物。
要获得上述的剥离和断裂的抑制效果，热塑性树脂微粒须在粘接材料组合物的硬化时熔融而填充粘接材料硬化物内的空隙。粘接材料组合物的硬化时的恰当的加热温度例如根据金属填料(金属微粒)的种类等各种条件而变化，通常为130～250℃。因而，在本实施方式中，热塑性树脂微粒的熔点设为250℃以下，以便热固性树脂微粒在粘接材料组合物的硬化时充分熔融。此外，热塑性树脂微粒的熔点优选为230℃以下，更优选为200℃以下。
另一方面，若在粘接材料组合物的硬化时在金属填料的烧结之前热塑性树脂微粒便熔融，则有妨碍金属填料的烧结之虞。金属填料的烧结温度根据其种类等而不同，通常为130℃以下。因而，在本实施方式中，热塑性树脂微粒的熔点设为130℃以上，以免在金属填料的烧结之前热塑性树脂微粒便熔融。此外，热塑性树脂微粒的熔点优选为150℃以上，更优选为160℃以上。
此外，要获得上述的剥离和断裂的抑制效果，热塑性树脂微粒的平均粒径也很重要。若平均粒径较大，则相同量下的个数减少，应力分散效果便不足。此外，会出现粘接材料厚度方向上的树脂微粒的存在比率极高的部位。这可能会成为金属层内的脆弱点。进而，若热塑性树脂微粒的平均粒径较大，则无法减薄金属层(粘接材料硬化物)60的层厚，从而无法高效地散发从半导体元件等被粘接体产生的热，因此，出于该观点，热塑性树脂微粒的平均粒径过大也是不理想的。由于上述原因，热塑性树脂微粒的粒径设为12μm以下。此外，热塑性树脂微粒的平均粒径优选为11μm以下，更优选为10μm以下。
此外，若平均粒径较小，则应力缓和的能力以及龟裂蔓延抑制效果不足。因而，由于上述原因，热塑性树脂微粒的平均粒径设为1μm以上。此外，热塑性树脂微粒的平均粒径优选为2μm以上，更优选为3μm以上。
粘接材料组合物中的热塑性树脂微粒的形状无特别限定，例如可列举大致球状、立方体状、圆柱状、角柱状、圆锥状、角锥状、薄片状、箔状以及树枝状等，优选为大致球状、立方体状。
在粘接材料组合物中，要以高水准防止受到反复的温度变化的情况下的被接合构件与金属层(粘接材料硬化物)60的剥离或者金属层(粘接材料硬化物)60的断裂，热塑性树脂微粒的含量相对于粘接材料组合物的总量而言优选为0.5质量％以上，更优选为1质量％以上，进而优选为2质量％以上。
此外，过量含有热塑性树脂微粒会导致金属层的空隙容易变得不结实，被接合构件与接合部的接合强度降低、接合部自身的强度降低，因此优选为5质量％以下，更优选为4质量％以下，进而优选为3质量％以下。
[其他成分]
＜粘合剂树脂＞
在粘接材料组合物中，金属微粒及热塑性树脂微粒可分散到粘合剂树脂中。粘合剂树脂无特别限定，例如可以使用环氧树脂、苯酚树脂、胺基甲酸酯树脂、丙烯酸树脂、聚硅氧树脂或聚酰亚胺树脂等，可单独使用这些树脂，也可组合使用多种树脂。就作业性的观点而言，本实施方式的粘合剂树脂优选为热固性树脂，特别优选为环氧树脂。
粘合剂树脂的含量相对于粘接材料组合物的总量而言优选为5质量％以下，更优选为4质量％以下，进而优选为2质量％以下。若粘合剂树脂的含量为5质量％以下，则容易形成源于金属微粒(金属填料)的颈缩的金属网络，从而获得良好的剥离和断裂的抑制效果。此外，在含有粘合剂树脂的情况下，优选使用0.5质量％以上的粘合剂树脂。
＜硬化剂＞
除了上述成分以外，粘接材料组合物例如也可含有硬化剂。作为硬化剂，例如可列举三级胺、烷基脲、咪唑等胺系硬化剂或者酚系硬化剂等。
硬化剂的含量相对于粘接材料组合物的总量而言优选为2质量％以下。其原因在于，这样不易留下未硬化的硬化剂，与被粘接材料的密接性变得良好。
＜硬化促进剂＞
也可以在粘接材料组合物中调配硬化促进剂。作为硬化促进剂，例如可例示2-苯基-4,5-二羟甲基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羟甲基咪唑、2-甲基-4-甲基咪唑、1-氰基-2-乙基-4-甲基咪唑等咪唑类、三级胺类、三苯基膦类、脲系化合物、酚类、醇类、羧酸类等。硬化促进剂可只使用1种，也可同时使用2种以上。
硬化促进剂的调配量不作限定，酌情决定即可，但在使用时，相对于粘接材料组合物的总量而言通常为0.01质量％～0.5质量％以下。
＜溶剂＞
粘接材料组合物中可进而含有溶剂，以将粘接材料组合物调整为膏状态。在含溶剂的情况下，使用不会溶解热塑性树脂微粒的性质的溶剂，以在膏中维持热塑性树脂微粒的形状。其他无特别限定，出于粘接材料组合物的硬化时溶剂容易挥发这一观点，优选沸点350℃以下的溶剂，更优选沸点300℃以下的溶剂。具体而言，可列举乙酸酯、醚、烃等，更具体而言，优选使用二丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯等。
关于溶剂的含有率，在使用溶剂的情况下，相对于粘接材料组合物而言优选为1质量％以上，且优选为15质量％以下。出于作业性的观点，更优选为10质量％以下。
此外，除了上述成分以外，还可以在不损害本发明的效果的范围内在粘接材料组合物中酌情调配抗氧化剂、紫外线吸收剂、增粘剂、粘性调整剂、分散剂、偶联剂、增韧剂、弹性体等。
本实施方式的粘接材料组合物可以通过以任意顺序混合、搅拌金属微粒(金属填料)、粘合剂树脂以及热塑性树脂微粒和其他成分来获得。作为分散方法，例如可以采用双辊磨机、三辊磨机、砂磨机、辊磨机、球磨机、胶体磨、喷射磨机、珠磨机、捏合机、均质机以及无桨混合机等方式。
本实施方式的金属层60由上述粘接材料组合物形成，通过加热粘接材料组合物而使粘接材料组合物硬化，获得粘接材料硬化物形式的金属层60。粘接材料组合物的硬化方法无特别限定，例如可以通过在150～300℃下对粘接材料组合物进行0.5～3小时热处理来获得粘接材料硬化物形式的金属层60。
此外，在使用粘接材料组合物来接合被接合构件彼此时，通常是通过加热使粘接材料组合物硬化来进行接合。此时的加热温度无特别限定，但为了使金属微粒(金属填料)彼此以及被接合构件与金属微粒(金属填料)之间形成相互点接触的接近状态而使得作为粘接部的形状稳定下来，优选为150℃以上，更优选为180℃以上，进而优选为200℃以上。
金属微粒(金属填料)彼此的结合过度进行而发生金属填料间的颈缩，被接合构件与金属微粒牢固地结合在一起，为了避免成为过硬的状态，优选为300℃以下，更优选为275℃以下，进而优选为250℃以下。
图6为对本实施方式的由粘接材料组合物接合而成的接合部分(金属层)的特性进行评价的评价结果。
金属层(接合部分)的特性评价方法评价的是在使用粘接材料组合物来接合被接合构件时即便受到反复的温度变化也不易发生被接合构件与金属层(粘接材料硬化物)60的剥离或者金属层(粘接材料硬化物)60的断裂这一情况。
作为该接合部分的特性评价方法，可列举各种方法。在本实施方式中，作为特性评价方法，展示在后文叙述的条件下进行冷热循环试验并测定、评价试验后的剥离(包括断裂)面积的比例这一情况。
该方法下测定出的剥离面积的比例优选为15％以下，更优选为10％以下，进而优选为5％以下。
将粘接材料组合物涂布在12mm×12mm的镀银的铜基板上，在涂布面上载置5mm×5mm的溅镀有银的硅芯片，之后在氮气环境下在250℃下加热60分钟，制作出以粘接材料硬化物(接合部)将2个被粘接体接合而成的金属接合体(以下也简称为“金属接合体”)。
使用金属接合体进行冷热循环试验，并测定剥离面积。在该试验中，以将基板在-50℃下保持30分钟、之后在150℃下保持30分钟这一操作为1循环而反复2000循环，测定出试验后的硅芯片的剥离面积的比例。结果示于图6。
再者，关于剥离面积的比例，利用超声波影像检查装置“Fine SAT FS300III”(商品名)在探针140MHz、测定区域X12mm、Y12mm、测定间距X0.025mm、Y0.025mm、增益35.0dB、S门延迟9.4us、宽度0.945us、触发器30％、F门延迟0.076us、宽度0.035us、触发器15％的条件下得到2000循环后的剥离状态的图像。利用二值化软件“image J ver.1”将得到的图像的浓淡转换为白和黑这两个灰度的图像，利用以下关系式(1)求出剥离面积的比例。作为详细的“image J ver.1”的操作次序，从SAT图像中切取出接合部，类型设为黑白8位，选择“反转颜色”，之后，阈值设定以“Default”应用“自动”，由此得到二值化图像。
剥离面积的比例(％)＝剥离面积(黑色像素数)÷芯片面积(黑色像素数+白色像素数)×100…(1)
如图6所示，在实施例1～6中，剥离面积为2～10％，获得了良好的结果，确认了即便在受到反复的温度变化的情况下也不易发生被接合构件的剥离或者接合部的断裂。
此外，通过对接合部的接合面的垂直截面观察(SEM分析)来分别算出金属成分所占的面积、有机成分部位以及/或者空隙所占的面积。作为详细的观察条件，使用“SEMJSM6010LA”在加速电压20kV、束斑尺寸40、WD11mm、高真空模式、二次电子像、倍率2000倍下得到截面图像。截面观察中，针对从SEM获得的截面的任意5个部位的图像，使用二值化软件“image J ver.1”分别切取20μm见方的区域，类型设为黑白8位，选择“反转颜色”，之后，阈值设定以“Default”应用“自动”，由此得到二值化图像。利用以下关系式(2)求出金属成分所占的面积，根据它们的平均值算出面积％。
金属成分所占的面积比例(％)＝金属成分所占的面积(黑色像素数)÷所选区域的面积(黑色像素数+白色像素数)×100…(2)
(A-2-2)被接合构件的接合方法
图7为表示本实施方式的将锚固件50接合至探针基板16的上表面的接合方法的流程图，图8为说明锚固件50的接合方法的说明图。
再者，图9为表示使用焊料将锚固件50接合至探针基板的上表面的方法的流程图，图10为说明使用焊料的锚固件50的接合方法的说明图，一边与以往的使用焊料的锚固件50的接合方法进行比较、一边对本实施方式的锚固件50的接合方法进行说明。
首先，对以往的使用焊料的锚固件50的接合方法进行简单说明。如图9所示，以往的锚固件50的接合方法是从未图示的前期工序接收探针基板16(步骤S51)来开始锚固件50在探针基板16的上表面的接合处理。
将接收到的探针基板16的表面以及锚固件50洗净(步骤S52)，在探针基板16的上表面将与锚固件50的接合无关的部分遮蔽，并制作焊料(步骤S53)。继而，在探针基板16的上表面涂布助焊剂(焊接促进剂)并设置焊料(步骤S54)，这时，例如使用自动焊接机等来进行锚固件50的接合作业(步骤S55)，并进行助焊剂处理和敲打处理(步骤S56)。
此处，在以往的锚固件50的接合方法中，作业人员在探针基板16的上表面逐一进行锚固件50的接合作业。因而，作业人员根据要设置在探针基板16的上表面的锚固件50的数量来反复进行步骤S51～S56的处理，当所有锚固件50的接合作业结束时，进行接合后测定处理(步骤S57)。该处理是已设置到探针基板16的上表面的所有锚固件50的高度测定和所有锚固件50的倾斜测定等。
在接合后的测定结果为NG的情况下，针对修复对象锚固件50的接合进行修复作业(步骤S58)，并再次进行接合后的测定处理。若测定结果为OK，则进行规定的外观检查(步骤S59)，并将接合有锚固件50的探针基板16交接给下一工序(步骤S60)。
相对于此，本实施方式的锚固件50的接合方法如下。
图7中，利用金属对各锚固件50的粘接面进行成膜处理(步骤S11)。如此，通过对各锚固件50的接触面进行成膜处理，可以在烧结后使锚固件50与粘接材料硬化物形式的金属层60的接合特性变得良好，不易发生锚固件50与金属层(粘接材料硬化物)60的剥离等。
此处，在锚固件50的粘接面上成膜的金属例如可以采用与粘接材料组合物中含有的金属微粒相同的金属或者即便不是同类金属也能用作金属微粒的金属。再者，在锚固件50是由适应接合的金属形成的情况下，也可省去锚固件50的粘接面的成膜处理。此外，各锚固件50的粘接面的金属成膜处理可以事先进行。
接着，从前期工序接收探针基板16(步骤S12)，这时，将探针基板16的表面以及锚固件50洗净(步骤S13)，在探针基板16的上表面对与锚固件50的接合无关的部分进行印刷遮蔽(步骤S14)。
在探针基板16的上表面，在要配置锚固件50的位置涂布粘接材料组合物，形成粘接材料组合物层(步骤S15)。
此处，在像图10的(A)～图10的(B)那样使用焊料来接合锚固件50的情况下，在探针基板16的上表面以焊料存在于设置锚固件50的接触面内的外缘部的方式加以接合。这在使用焊料进行接合的情况下会像图10的(C)所示那样使得焊料从锚固件50的底面略微隆起到侧面，由此提高了接合强度。
相对于此，在本实施方式中，如图8的(A)所示，在探针基板16的上表面，在要设置锚固件50的整个接触面涂布粘接材料组合物。由此，如图8的(B)～图8的(C)所示，锚固件50以在其整个底面设置有粘接材料组合物层的状态设置在探针基板16的上表面。再者，本实施方式中例示的是在探针基板16的上表面而且是锚固件50的位置区域涂布粘接材料组合物的情况，但也可在锚固件50的底面涂布粘接材料组合物。不论怎样，都是使粘接材料组合物存在于探针基板16与身为被接合构件的锚固件50之间。
此外，涂布到探针基板16的上表面的金属层的层厚例如可以像10μm～75μm左右等那样涂得较厚。
将同时设置多个锚固件50的烧结夹具放置到探针基板16的上表面(步骤S16)，将多个锚固件50同时设定在探针基板16的上表面。
以往，在使用焊料来接合锚固件50时，是逐一设置、接合锚固件50，而在本实施方式中，可以通过将专用的烧结夹具放置到探针基板16的上表面来同时设定多个锚固件50。再者，烧结夹具例如可以使用如下夹具：将锚固件50保持在与要设置到探针基板16的上表面的各锚固件50的位置相对应的位置上，在放置锚固件50时，朝探针基板16的上表面推压烧结夹具，使烧结夹具上保持的各锚固件50移动到探针基板16的上表面。由此，可以将多个锚固件50同时放置到探针基板16的上表面。
其后，进行烧结前的测定处理(步骤S17)。与上述以往的测定处理一样，该处理可以设为已设置到探针基板16的上表面的所有锚固件50的高度测定和所有锚固件50的倾斜测定等。
在烧结前的测定结果为NG的情况下，将探针基板16的上表面上设置的所有锚固件50及所有粘接材料组合物层去除，之后再次重复进行步骤S15～步骤S17的处理。在烧结前的测定结果为OK时，对设置有多个锚固件50的状态的探针基板16进行烧结(步骤S18)。通过该烧结，粘接材料组合物硬化，获得粘接材料硬化物形式的金属层60，锚固件50与金属层60得以牢固地接合在一起。
进行烧结后的测定处理(步骤S19)，并进行规定的外观检查(步骤S20)，将接合有锚固件50的探针基板16交接给下一工序(步骤S21)。
[温度变化环境下的接合部的耐久性测定]
图11为表示展示温度变化环境下的接合部的耐久性的循环测定结果的图。
此处进行的是测定本实施方式的利用金属层60接合有锚固件50的探针基板16和使用焊料接合有锚固件50的探针基板16在温度变化环境下的接合部的耐久性的循环测定。
具体而言，在“-10～110℃”、“-10～125℃”、“-35～150℃”这3个范围内作温度变化的各环境下测定在探针基板16的上表面接合9个锚固件50并对各锚固件50施加有40Kgf的荷载时的接合部的耐久性。将9个锚固件50当中任意选择的5个锚固件50的接合部作为样本。
更具体而言，例如在“-10～110℃”的情况下，以下限温度“-10℃”→正常温度“22℃”→上限温度“110℃”这样的方式依序改变温度，以该温度变化为1循环而在各温度下对各锚固件50持续施加荷载40分钟，测定出接合部能承受几个循环。在其他的温度变化的情况下，也是以同样的条件来进行测定。
如图11所示，在使用焊料将锚固件50接合到探针基板16的情况下，接合部的耐久性在“-10～110℃”的环境下为448循环，在“-10～125℃”的环境下为123循环，在“-35～150℃”的环境为4循环。
相对于此，在利用金属层(粘接材料硬化物)60将锚固件50接合到探针基板16的情况下，接合部的耐久性在“-10～110℃”的环境下为820循环以上，在“-35～150℃”的环境下为301循环。由此得知，与使用焊料的情况相比，接合部的耐久性有了提高，接合部的寿命变长。
(A-2-3)探针的接合
上文中例示被接合构件为锚固件50的情况，例示了在探针基板16的上表面涂布金属层60并加热来接合锚固件50的情况，但被接合构件并不限定于锚固件50。下面例示被接合构件为探针20的情况。
图12为表示本实施方式的探针基板16的下表面上形成的探针盘以及与其相连的探针的构成的构成图。
如图12所示，在探针基板16的下表面(也就是多层线路基板162的下表面)形成有线路图案164，而且设置有与该线路图案164相连的探针盘(连接端子)163。
探针20是以连接至多层线路基板162的下表面上设置的探针盘163的方式设置的。探针20例如为悬臂型电性接触件，探针20的基端部21侧的上底部211与板状的探针盘163接合，由此来固定探针20，探针20的顶端部22电性接触被检查体2的电极端子2a。
以往，在多层线路基板162的下表面上设置的探针盘163上接合探针20时，是使用焊料将探针20接合到探针盘163上。
但是，在使探针20的顶端部22接触被检查体2的电极端子2a时，会产生较高的接触荷载，焊料的耐久性不足。此外，在温度变化环境(尤其是高温环境)下，焊料会软化，从而存在探针盘163与探针20之间的接合强度变得不足这一问题。
因此，在探针基板16(多层线路基板162)的下表面上设置的探针盘163上接合探针20时，通过在探针盘163上涂布金属层60来设置探针20后进行加热，可以使探针盘163与探针20之间牢固地接合在一起。
(A-4)实施方式的效果
如上所述，根据本实施方式，在探针基板的上表面(第1面)和下表面(第2面)中的任一面或两面接合锚固件、探针等被接合构件时，将身为至少含有金属微粒及热塑性树脂微粒的粘接材料组合物的金属层涂布到探针基板的粘接面并加热，由此可以将被接合构件牢固地接合在探针基板上。结果，可以提高探针基板与被接合构件之间的接合部的耐久性、延长寿命。
(B)其他实施方式
上述实施方式中也提到了各种变形实施方式，但本发明也能运用于以下的变形实施方式。
(B-1)上述实施方式中例示的是利用上述金属层60的特性在探针基板16的上表面接合锚固件50、在探针基板16的下表面接合探针20的情况。但是，根据上述金属层60的特性，也可在探针基板16的基板构件(陶瓷基板)161与多层线路基板162之间涂布金属层60并加热，由此来接合基板构件161与多层线路基板162也就是基板彼此。此外，在多个基板彼此接合而成的多层线路基板中，也可在各基板间涂布金属层60并加热来接合基板彼此。
(B-2)此外，在上述实施方式中，在使用金属层60在探针基板16的上表面接合锚固件50时，也可像图13所示那样设为使用多个支承部(分隔件)51的多级结构，以固定探针基板16与支承构件12。在该情况下，如图13所示，可在锚固件50与支承部(分隔件)51之间涂布金属层60，进而在要结合的多个支承部(分隔件)51之间涂布金属层60并加热，由此使得锚固件50与支承部(分隔件)51之间的接合、支承部(分隔件)51彼此的接合变得牢固。当然，在像图1所示那样采用单级水平性保持构件的情况下，也可在锚固件50与支承部(分隔件)51之间使用金属层60来进行接合。
符号说明
10…电性连接装置、12…支承构件、121…通孔、14…线路基板、14a…连接端子、141…通孔、15…电性连接单元、151…凸缘部、16…探针基板、161…基板构件(陶瓷基板)、162…多层线路基板、163…探针盘(连接端子)、164…线路图案、18…探针基板支承构件、20…探针(电性连接件)、21…基端部、211…上底部、22…顶端部、50…锚固件、501…内螺纹部、51…支承部(分隔件)、60…金属层、61…金属、62…空隙或有机成分部位、2…被检查体、2a…电极端子、3…吸盘头。

Claims (10)

1.一种探针基板，其具有与被检查体的多个电极端子各方电性接触的多个电性接触件，其特征在于，
与要设置到该探针基板的第1面和第2面中的任一面或两面的被接合构件接合的接合部通过金属成分中至少包含70原子％以上的过渡金属的、烧结形成的金属层来接合所述被接合构件，以及/或者，该探针基板的多个基板间的接合面通过所述烧结形成的金属层来接合基板彼此，
所述烧结形成的金属层中残留有因包含热塑性树脂的粘接材料组合物的加热而形成的多个有机成分部位以及/或者空隙，
所述烧结形成的金属层中包含的所述多个有机成分部位以及/或者空隙在所述烧结形成的金属层的垂直截面中为5～80面积％。
2.根据权利要求1所述的探针基板，其特征在于，
具备配置在该探针基板的所述第1面上的多个锚构件和配置在所述多个锚构件各方上的多个支承构件，
所述被接合构件为所述各锚构件，所述各锚构件通过所述烧结形成的金属层接合在该探针基板的所述第1面上的所述各锚构件的接合位置上。
3.根据权利要求1或2所述的探针基板，其特征在于，
使所述多个电性接触件配置在该探针基板的所述第2面上形成的多个连接端子上，
所述被接合构件为所述各电性接触件，所述各电性接触件通过所述烧结形成的金属层接合在该探针基板的所述第2面的所述多个连接端子上。
4.根据权利要求1或2所述的探针基板，其特征在于，
所述烧结形成的金属层中包含的所述过渡金属为11族金属。
5.根据权利要求3所述的探针基板，其特征在于，
所述烧结形成的金属层中包含的所述过渡金属为11族金属。
6.根据权利要求4所述的探针基板，其特征在于，
所述烧结形成的金属层中包含的所述过渡金属包含银作为主成分。
7.根据权利要求5所述的探针基板，其特征在于，
所述烧结形成的金属层中包含的所述过渡金属包含银作为主成分。
8.根据权利要求1所述的探针基板，其特征在于，
所述烧结形成的金属层中包含的所述多个有机成分部位以及/或者空隙是通过包含平均粒径1～12μm的所述热塑性树脂的所述粘接材料组合物的加热来形成的。
9.根据权利要求1所述的探针基板，其特征在于，
所述烧结形成的金属层的厚度为20～75μm。
10.一种电性连接装置，其使检查装置与被检查体的多个电极端子电性连接，其特征在于，具备：
线路基板，其具有与所述检查装置连接的布线电路；
根据权利要求1～9中任一项所述的探针基板；以及
连接单元，其使所述线路基板的布线电路与所述探针基板的多个电性接触件各方连接。
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