JP2005156522A - コンタクトの製造方法とその方法により製造されたコンタクト - Google Patents

Abstract

【課題】 大電流を導通させることができる信頼性の高い検査用または接続用コンタクトを低コストで提供する。
【解決手段】 本発明のコンタクトの製造方法は、スパイラルスプリング構造を有する柱状のコンタクトであり、電子機器または検査装置の凸状電極に押し当てることにより、凸状電極の形状に応じて変形し、凸状電極と電気的に導通するコンタクトの製造方法であって、金型により樹脂型を形成する工程と、樹脂型に金属材料からなる層を電鋳により形成する工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＩＣまたはＬＳＩなどからなる電子機器の電極に押し当てて、電極から電気信号を取り出すために使用するコンタクトに関する。また、かかるコンタクトを備える検査装置および電子機器に関する。

ＩＣまたはＬＳＩなどからなる電子機器の電気的導通などを検査するために、電子機器の電極にコンタクトを押し当て、電極からコンタクトを介して電気的信号を取り出す目的で、検査用ソケットが使用される。また、電子機器のランド電極にコンタクトを接続し、コンタクトを介して電子機器との電気的導通を維持する目的で、コネクタが使用される。検査用ソケットおよびコネクタには、接続する電子機器の電極の数に対応した数のコンタクトが設けられるが、電子機器における電極の高密度化に対応し、検査用ソケットおよびコネクタに設けられるコンタクトも高密度化が求められている。

かかるコンタクトには、たとえば、ＢＧＡ（ball grid array）用のコンタクトであって、ボール状電極に接触する前は平面状のスパイラル（渦巻き）形状を呈し、ボール状電極との接触により、ボール状電極の形状に対応してスパイラルが変形するコンタクトが知られている（特許文献１参照）。このコンタクトによれば、電極の高密度化に対応でき、ボール状電極を変形させることなく導通を確保することが可能で、信頼性が高いとある。

スパイラルコンタクトを用いる場合、ボール状電極の先端部では、スパイラルの撓み量が少なく、先端部から離れるに従って撓み量が大きくなる。このため、スパイラルコンタクトの最も撓み量の大きい根元付近の曲げ応力が最も大きくなり、ボール状電極の高密度化に伴い、信頼性が低下する。かかる問題を解消するため、電子機器側の電極形状を円錐、三角錐、四角推などの錐体とする方法が知られている（特許文献２参照）。

また、高速信号の処理回路における電圧の低下を抑制し、電子機器の小型化および電極の高密度化に伴う信頼性の低下を防止する方法として、スパイラルコンタクトの近傍にコンデンサを埋設し、スパイラルコンタクトとコンデンサを接続する方法が知られている（特許文献３参照）。さらに、かかるスパイラルコンタクトを絶縁基板の両面に設けることにより、高密度実装が可能で、高周波電気特性が改善するとある。
特開２００２−１７５８５９号公報 特開２００３−７８０７８号公報 特開２００３−１４９２９３号公報

これらのスパイラルコンタクトは、波長２００ｎｍ程度の紫外線（ＵＶ）を利用するリソグラフィ法にメッキ法を組み合わせた方法、レーザ加工、エッチングまたは打ち抜き法などにより製造される。しかし、ＵＶを利用するリソグラフィ法、レーザ加工、エッチングまたは打ち抜きなどの方法では、厚さ２０μｍ程度以下のスパイラルコンタクトしか得られないため、アスペクト比が小さい。したがって、接続信頼性の高いコンタクトを得るために、ストローク（スパイラルの撓み量）を大きくしようとすると、スプリングが細くなるため、０．５Ａ以上の大電流を導通させることができない。

また、アスペクト比が小さいため、スパイラルの渦巻き数が少なくなり、ストロークを大きくしようとすると接触荷重が小さくなり、接触荷重を大きくしようとするとストロークが小さくなる。したがって、接続信頼性の低いスパイラルコンタクトしか得られない。さらに、スパイラルコンタクト、ピア付き中継基板など、部品点数が多く、部品コストが高く、組立てにアライメントを要し、組み立てコストも高いため、コンタクトのコストが高くなる。

本発明の課題は、大電流を導通させることができる信頼性の高い、検査用または接続用コンタクトを低コストで提供することにある。

本発明のコンタクトの製造方法は、スパイラルスプリング構造を有する柱状のコンタクトであり、電子機器または検査装置の凸状電極に押し当てることにより、凸状電極の形状に応じて変形し、凸状電極と電気的に導通するコンタクトの製造方法であって、金型により樹脂型を形成する工程と、樹脂型に金属材料からなる層を電鋳により形成する工程とを含むことを特徴とする。本発明のコンタクトの製造方法の別の態様は、Ｘ線リソグラフィにより樹脂型を形成する工程と、樹脂型に金属材料からなる層を電鋳により形成する工程とを含むことを特徴とする。

かかる製造方法においては、金属材料からなる層の厚さが、外周部から中心部に近づくにつれて薄くなるように、金属材料からなる層の片面または両面を切削する工程を備える態様が好ましく、切削工程は、放電加工により行なうことが好ましい。また、切削加工後の金属材料からなる層の片面または両面が、球面または回転放物面に接するように切削する態様が特に好ましい。

本発明のコンタクトは、かかる方法により製造され、ニッケル（Ｎｉ）またはＮｉ合金からなるものが好ましい。また、本発明の接続導体は、コンタクトを両端に備え、両端のコンタクトの間に、コンタクトのスプリングがストロークする空間を有することを特徴とする。たとえば、両端のコンタクトの間にリングを有する接続導体、または外周部から中心部に近づくにつれて薄くなるように切削した２個のコンタクトからなる接続導体が好ましい。

接続導体は、コンタクトとコンタクト、または、コンタクトとリングとが、接合されることなく接続される態様とすることもできるが、これらを接合すると、より好ましい。接合するときは、超音波接合、抵抗接合または電磁波接合が好適であり、接合される要素と共晶を作りやすい材料からなる層を接合面に形成した後、接合する態様が望ましい。また、電子機器もしくは検査装置の凸状電極との接触抵抗が低い材料からなる層をコンタクト上に形成し、コンタクトと共晶を作りやすい材料からなる層をリング上に形成した後、接合する態様がより好ましい。

本発明の検査装置は、かかる接続導体を基板の絶縁性貫通孔内に備えるソケットを有し、ランドグリッドアレイ配置の半導体の検査に使用することを特徴とする。一方、本発明の電子機器は、かかる接続導体を基板の絶縁性貫通孔内に備えるコネクタを有し、ランド電極に接続することを特徴とする。

本発明によれば、大電流を導通させることができる信頼性の高い、検査用または接続用コンタクトを低コストで提供することができる。

（コンタクト）
本発明のコンタクトの典型的な例を図１に示す。図１に示すように、本発明のコンタクトは、スパイラルスプリング構造を有する柱状体であり、半導体の検査用ソケットまたは実装用コネクタなどの部品として使用する。検査用ソケットの部品として使用する場合の例を図２に示す。図２（ａ）に示す例では、検査用ソケットは、半導体（ＬＳＩ）２５の電気的導通などの検査をするために、ＬＳＩ２５と、測定装置のトランスフォーマ２８の間に挟んで使用する。

検査用ソケットは、基板の絶縁性貫通孔内に接続導体を有する。接続導体は、検査装置の凸状電極に接続し、電気的な導通を得るために使用され、接続導体相互間の電気的絶縁性を確保するため、接続導体は、基板の絶縁性貫通孔内に形成する。接続導体は、本発明のコンタクトを両端に備え、両端のコンタクトの間に、コンタクトのスプリングがストロークする空間を有する。たとえば、図２（ａ）に示すように、電気的に絶縁性の基板２２内に、２個のコンタクト２１ａ、２１ｃと、リング２１ｂとを有し、リング２１ｂは２個のコンタクト２１ａ、２１ｃの間に挿入される。２個のコンタクト２１ａ、２１ｃと、リング２１ｂとが、本例では、接続導体を構成する。検査装置のトランスフォーマ２８上にある凸状電極２７を、検査用ソケットのコンタクト２１ｃに押し当てると、コンタクト２１ｃは、凸状電極２７の形状に応じて変形する。

変形した状態の拡大図が、図２（ｂ）である。図２（ｂ）に示すように、凸状電極２７をコンタクト２１ｃに押し当てることにより、凸状電極２７の形状に応じて、コンタクト２１ｃは変形する。コンタクトは、スパイラルスプリング構造を有するため、コンタクト２１ｃと凸状電極２７との間には一定の接触荷重が生じている。リング２１ｂにより、隣り合うコンタクト２１ａ、２１ｃがストロークすることのできる空間が確保され、コンタクト同士の接触が防止される。また、リング２１ｂを用いることにより、高価なスルーホール電極基板を用いる必要がなくなり、大幅なコストダウンを図ることができる。基板２２の上下には、上蓋シート２４と下蓋シート２３が設けられ、コンタクト２１ａ、２１ｃと、リング２１ｂが基板２２から脱落しないようにするために、各シートに形成される孔は、コンタクトの外径よりも小さくしている。

ＬＳＩ２５上の凸状電極２６を、コンタクト２１ａに押し当てたときも同様に、コンタクト２１ａは、凸状電極２６の形状に応じて変形する。これにより、ＬＳＩ２５からの電気信号は、凸状電極２６から、絶縁性基板２２内を、順次、コンタクト２１ａ、リング２１ｂ、コンタクト２１ｃ、凸状電極２７、検査装置のトランスフォーマ２８へ伝達し、ＬＳＩ２５とトランスフォーマ２８との間で電気的な導通が得られる。

本発明のコンタクトを用いれば、ＬＳＩの電極と検査装置の電極とを直接つなぐことができ、接続距離が短いため、高周波電流および大電流を容易に導通させることができ、電極の高密度化に対応しやい点でも有利である。したがって、本発明のコンタクトは、ランドグリッドアレイ配置の半導体などを対象とする検査装置用ソケットのコンタクトとして有用である。同様に、本発明のコンタクトは、携帯電話などの通信機器またはパソコンなどの電子機器のランド電極に接続するコネクタのコンタクトとして有用である。

本発明のコンタクトを長手方向に切断したときの断面図を図７に示す。図７（ａ）には、コンタクトのスパイラルスプリングの厚さが均一である例を示す。一方、図７（ｂ）〜図７（ｄ）には、コンタクトのスパイラルスプリングの厚さが、外周部から中心部に近づくにつれて薄くなる例を示す。スパイラルスプリングは、中心に行くほど曲率半径が小さくなるため、スパイラルスプリングの厚さおよび幅が同一であるときは、中心部ほど剛性が大きくなる。しかし、コンタクトのスパイラルスプリングの厚さを中心部ほど薄くすることにより、どの位置でも剛性を均一にすることができ、凸状電極の形状に応じてバネ全体を効率よく動作させることができるようになる。スパイラルスプリングの幅を、中心部ほど短くすることによっても、剛性を均一にすることができるが、そのようなスパイラルスプリングは、外周部が太くなってしまい、巻き数が少なくなり、ストロークが小さくなるという欠点が生じる。したがって、中心部ほど厚さを薄くする本発明の態様がより好ましい。

コンタクトのスパイラルスプリングの厚さが、外周部から中心部に近づくにつれて薄くなるコンタクトを使用する検査用ソケットの例を図８に示す。図８（ａ）に示すように、この検査用ソケットは、電気絶縁性基板８２内に、２個のコンタクト８１ａ，８１ｃを備え、基板８２の上下に、上蓋シート８４と下蓋シート８３を設けているが、図２の例と異なり、２個のコンタクト８１ａ，８１ｃの間にリングが設けられていない。接続導体として、スパイラルスプリングの厚さが外周部から中心部に近づくにつれて薄くなるコンタクトを２個使用することにより、図８（ｂ）に示すように、検査装置のトランスフォーマ８８上の凸状電極８７と半導体（ＬＳＩ）８５上の凸状電極８６で挟むときに、隣り合うコンタクトがストロークするための空間を確保することができる。したがって、隣り合うコンタクトがストロークするためにリングを設ける必要がなくなり、部品点数が少なく、組み立ても容易となる点で好ましい。また、リングを除くことにより、さらに接続距離を短縮することができ、高周波電流および大電流を接続する上で有利となる。

コンタクトと電極との確実な接触が得られる点で、検査装置または電子機器の電極は、凸状のものを用いる。凸状電極には、たとえば、ＢＧＡのボール電極またはメッキにより形成したバンプ電極がある。図１には、長手方向に垂直な平面で切断したときの形状が、およそ円形である例を示すが、本発明のコンタクトは、必ずしも断面が円形である場合に限らず、凸状電極の形状などに合わせて、楕円形もしくは円周の一部が歪んだような形状、三角形、四角形などの多角形とすることができる。また、多角形は、正多角形のみならず、辺の長さが異なるような態様が含まれる。図６に、コンタクトの長手方向に垂直な平面で切断したときの形状が円形である場合の各種の態様を示す。いずれも本発明に含まれる。図６（ａ）には、１本の腕からなる例を示す。図６（ｂ）と図６（ｃ）には、２本の腕からなる例を示す。図６（ｂ）の例では、先端が連結していないが、図６（ｃ）の例では、先端が中心部で連結している。

（コンタクトの製造方法）
本発明のコンタクトの製造方法は、Ｘ線リソグラフィにより樹脂型を形成する工程と、樹脂型に金属材料からなる層を電鋳により形成する工程とを含むことを特徴とする。かかる方法により、大電流を導通させることができる信頼性の高い検査用または接続用コンタクトを低コストで提供することができる。本発明の製造方法においては、高いアスペクト比を有するコンタクトが得られるため、ＵＶ（波長２００ｎｍ）より短波長であるＸ線（波長０．４ｎｍ）を使用するが、Ｘ線の中でも指向性が高いため、シンクロトロン放射のＸ線（以下、「ＳＲ光」という。）を使用する態様が好ましい。ＳＲ光を用いるＬＩＧＡ（Lithographie Galvanoformung Abformung)プロセスは、ディープなリソグラフィが可能であり、数１００μｍの高さの金属微細構造体をμｍオーダの高精度で大量に製造することができる点で有利である。

Ｘ線と電鋳を組み合せた方法で製造することにより、図１に示すような、アスペクト比（ｂ／ａ）が２以上のコンタクトを容易に製造することができ、アスペクト比が３０以上のコンタクトの製造も可能である。高いアスペクト比が得られるため、バネの幅ａを薄くしても厚さｂを厚くでき、接触荷重が大きく、接触信頼性の高いコンタクトの製造が可能であり、また、０．５Ａ以上の大きな許容電流を確保することができる。さらに、バネの幅ａを薄くできるため、スパイラルの渦巻き数を多くすることができ、バネのストロークが大きいスパイラルスプリングを製造でき、ストロークを大きくしても接触荷重は低下しない。具体的には、スパイラルの渦巻き数が２以上のコンタクトを容易に製造することができ、ストロークを高めるために、渦巻き数が４以上のコンタクトを製造することも可能である。また、ストロークが１００μｍ以上で、接触荷重が０．０３Ｎ以上のコンタクトも容易に製造することができ、接触荷重を０．１Ｎ以上とすることもできる。

板状体を巻き上げるなどの機械加工によりスパイラルコンタクトを製造しようとしても、コンタクトの微細化には限界があり、小さいものでも、厚さｂが１０００μｍ、外径Ｄが５００μｍ〜１０００μｍ程度の大きさとなり、このサイズでは、半導体の高密度実装への対応が難しい。また、精密なコンタクトを正確に、再現性よく、大量に製造することが困難である。本発明によれば、厚さｂが５０μｍ〜５００μｍ、外径Ｄが１００μｍ〜５００μｍのコンタクトを、精密かつ正確に、再現性よく、容易に製造することができるため、電子機器の高密度実装に対応することができる。さらに、リソグラフィと電鋳を組み合せた製造方法によるため、微細構造体を一体形成することができ、部品点数を減らし、部品コストおよび組立てコストを低減することができる。

本発明の製造方法は、図４（ａ）に示すように、導電性基板４１上に樹脂層４２を形成する。導電性基板として、たとえば、Ｃｕ、Ｎｉ、ステンレス鋼などからなる金属製基板、Ｔｉ、Ｃｒなどの金属材料をスパッタリングしたＳｉ製基板などを用いる。樹脂層には、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのポリメタクリル酸エステルを主成分とする樹脂材料、またはＸ線に感受性を有する化学増幅型樹脂材料などを用いる。樹脂層の厚さは、形成しようとするコンタクトの厚さに合せて任意に設定することができ、たとえば５０μｍ〜５００μｍとすることができる。

つぎに、樹脂材料４２上にマスク４３を配置し、マスク４３を介してＸ線４４を照射する。Ｘ線としては、ＳＲ光が好ましい。マスク４３は、コンタクトのパターンに応じて形成したＸ線吸収層４３ａと、透光性基材４３ｂとからなる。透光性基材４３ｂには、窒化シリコン、ダイヤモンド、Ｓｉ、Ｔｉなどを用いる。また、Ｘ線吸収層４３ａには、Ａｕ、Ｗ、Ｔａなどの重金属またはその化合物などを用いる。Ｘ線４４の照射により、樹脂層４２のうち、樹脂層４２ａは露光され変質するが、樹脂層４２ｂはＸ線吸収層４３ａにより露光されない。このため、現像により、Ｘ線４４により変質した部分のみが除去され、図４（ｂ）に示すような樹脂型４２ｂが得られる。

つぎに、電鋳を行ない、図４（ｃ）に示すように、樹脂型４２ｂに金属材料４５を堆積する。電鋳とは、金属イオン溶液を用いて導電性基板上に金属材料からなる層を形成することをいう。導電性基板４１をめっき電極として電鋳を行なうことにより、樹脂型４２ｂに金属材料４５を堆積することができる。樹脂型の空孔部が埋まる程度に金属材料を堆積する場合、堆積した金属材料層から、最終的に本発明のコンタクトを得ることができる。また、樹脂型の高さを超え、樹脂型上にも金属材料を堆積すると、樹脂型および基板を除去することにより、空孔部を有する金属微細構造体が得られ、得られた構造体を金型として、後述のとおり、本発明のコンタクトを製造することができる。金属材料には、Ｎｉ、Ｃｕ、またはそれらの合金などを用いるが、コンタクトの耐摩耗を高める点で、ＮｉまたはＮｉＭｎなどのＮｉ合金が好ましい。

電鋳後、研磨または研削により所定の厚さに揃えた後（図４（ｄ））、図４（ｅ）に示すように、ウエットエッチングまたはプラズマエッチングにより樹脂型４２ｂを除去する。つづいて、酸もしくはアルカリによりウエットエッチングし、または機械的に加工して導電性基板４１を除去すると、図４（ｆ）に示すような金属微細構造体が得られる。つぎに、１５０℃〜３５０℃で、２時間〜４８時間の加熱処理を施すことにより、スプリング特性を付与し、図１に示すような本発明のコンタクトを得る。得られるコンタクトには、電子機器または検査装置の凸状電極との接触抵抗が低い材料からなる層を形成すると、電子機器などの凸状電極との電気的な導通性が高めることができる。接触抵抗が低い材料としては、貴金属または貴金属の合金があり、具体的には、Ａｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｐｔ、もしくはＰｄ、またはこれらの合金である。たとえば、厚さ０．０５μｍ〜１μｍのＡｕコートを施すことにより、電子機器などとの電気的導通性を高めることができる。

前述の金属材料層からなる金属微細構造体の厚さは、外周部から中心部に近づくにつれて薄くなるように、片面または両面を切削加工する態様が好ましい。たとえば、片面または両面が、球面または回転放物面に接するように加工すると好適である。図７（ｂ）と図７（ｃ）には、片面加工により中心部ほど厚さを薄くした例を示す。図７（ｂ）の例では、加工面が球面７１に接している。また、図７（ｃ）の例では、加工面が回転放物面７２に接している。図７（ｄ）の例では、両面加工により中心部ほど厚さを薄くし、両面が球面７３に接している。このようなすり鉢状の凹部は、放電加工、機械加工またはエッチングなどにより形成することができるが、正確な加工が可能である点で、放電加工が好ましい。放電加工は、たとえば、放電加工に使用する電極の先端を、半球状または回転放物面状に加工し、上述の方法でコンタクトを製造するときは、電鋳後、エッチングにより樹脂型を除去する前（図４（ｄ），図５（ｆ））、または除去した後に（図４（ｅ），図５（ｇ））、基板上の金属層を、先端加工をした電極により削る態様が好ましい。電極型を用いて、多数本を一括して加工することもできる。また、基板から金属層を切り離してから、同様に加工し、両面加工することもできる。

つぎに、コンタクトから検査用ソケットを製造する方法を図３に示す。実装用コネクタも同様の方法で製造することができる。まず、図３（ａ）に示すように、検査する半導体の電極に対応した位置に、収容するコンタクトの外径に合わせて、基板３２に貫通孔を形成する。つづいて、同様に、電極の配置に対応した位置に、収容するコンタクトの外径より小さい孔を形成した下蓋シート３３を、基板３２に張り合せる。その後、図３（ｂ）に示すように、基板３２の貫通孔に、コンタクト３１ｃと、リング３１ｂと、コンタクト３１ａを、この順序で嵌合する。リング３１ｂは、コンタクト３１ａ、３１ｃと同様の金属微細構造体であるため、コンタクトと同様の方法で製造する態様が好ましい。その後、下蓋シート３３と同様の上蓋シート３４を基板３２に張り付けると、図３（ｃ）に示すような本発明の検査用ソケットが得られる。基板３２、下蓋シート３３および上蓋シート３４は、電気絶縁性を有する材料、たとえば、ポリイミド樹脂または一般の繊維強化樹脂（ＦＲＰ）などにより形成する。

検査用ソケットまたは実装用コネクタの製造方法は、図３に示す方法に限定されるものではないが、図３に示す製造方法は、接続導体の構成要素であるコンタクトおよびリングを順に基板の貫通孔内に嵌合するだけで、層構造を有する接続導体を容易に製造でき、アセンブリコストが低く、精度が高い点で好ましい。かかる接続導体は、接続導体の構成要素同士を接合していないため、検査対象物への接触荷重により接続導体内の電気的導通が確保される。

一方、接続導体の構成要素を接合しておくと、安定な導通を確保できる点で、より好ましい。接合は、コンタクトのスプリング特性を損なわない点で、超音波接合、抵抗接合または電磁波接合が好適である。

超音波接合は、図９（ａ）に示すように、Ｓｉなどからなる基板９１上に固定用の冶具９２を設置し、冶具９２内に接続導体を構成する要素９３を積層し、端子９４を介して矢印の方向に加圧しながら超音波を印加する。印加した超音波による振動エネルギが、接続導体を構成する要素９３の接合面にある酸化皮膜などを破壊し、その結果、活性化した金属原子が結合する。このため、接合する金属の溶融温度より低い温度で接合し、残留応力が小さい点で有利である。

超音波接合に際しての加圧条件は、接合面における酸化被膜などを十分に破壊する点から、１ＧＰａ以上が好ましく、５ＧＰａ以上がより好ましい。また、接合するコンタクトまたはリングの材質などによって異なるが、これらの構成要素の変形を避ける点から、２０ＧＰａ以下が好ましく、１５ＧＰａ以下がより好ましい。超音波は、効率よく接合する観点から、１５ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの超音波を０．１ｍｓ〜１０ｍｓ印加するのが好適である。

抵抗接合は、図９（ｂ）に示すように、導電性の基板９１上に絶縁性の冶具９２を設置し、冶具９２内に接続導体を構成する要素９３を積層し、電極９５を介して矢印の方向に加圧しながら電圧を印加する。電流による抵抗発熱で、接続導体を構成する要素９３の接合部の温度を上昇させて、加圧下、接合する。抵抗接合は、２０Ｍｐａ以下で加圧し、０．０１Ａ〜５０Ａの電流を、０．０１ｍｓ〜１０ｍｓ印加するのが好ましい。

電磁波接合は、図９（ｃ）に示すように、基板９１上に冶具９２を設置し、冶具９２内に接続導体を構成する要素９３を積層し、棒９６を介して矢印の方向に加圧しながら電磁波９７を照射する。接続導体を構成する要素９３または接合面に形成する共晶材料に固有の吸収波長の電磁波を照射することにより、接合部の温度を上昇させ、加圧下、接合する。たとえば、コンタクトおよびリングがＮｉからなる場合、または接合面に形成する共晶材料がＡｕまたはハンダである場合には、１ＭＰａ〜４０ＭＰａで加圧し、０．１ｎｍ〜５６０ｎｍの電磁波を、１ｍｓ〜１００００ｍｓ照射するのが好ましい。

図９では、接続導体が、２個のコンタクトと、その間にリングを有する場合を例示するが、接続導体が２個のコンタクトからなる場合も同様に接合することができる。

コンタクトまたはリングなど、接合される要素と共晶を作りやすい材料からなる層を接合面に形成しておくと、低エネルギでも接合が可能となり、接合時の変形および位置ずれを抑制できる点で望ましい。接合される要素には、ＮｉまたはＮｉ合金が好ましく使用されるため、共晶を作りやすい材料としては、ＡｕまたはＳｎが好適である。ＡｕまたはＳｎは、コーティングにより接合面に形成することができる。たとえば、電子機器または検査装置の凸状電極との接触抵抗が低い材料からなる層をコンタクトの上に形成し、コンタクトと共晶を作りやすい材料からなる層をリング上に形成した後、接合すると、電気的な導通性を一層高めることができる。

本発明のコンタクトの製造方法の他の態様は、金型により樹脂型を形成する工程と、樹脂型に金属材料からなる層を電鋳により形成する工程とを含むことを特徴とする。かかる方法によっても、Ｘ線リソグラフィにより樹脂型を形成する前述の製造方法と同様に、大電流を導通させることができる信頼性の高い検査用または接続用コンタクトを低コストで製造することができる。また、金型により製造する本発明の方法によれば、同一の金型を用いて、コンタクトの大量生産が可能であり、有利である。

かかる製造方法は、図５（ａ）に示すように、凸部を有する金型５２を用いて、プレスまたは射出成型などのモールドにより、図５（ｂ）に示すような凹状の樹脂型５３を形成する。樹脂材料としては、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオキシメチレンなどのポリアセタール樹脂などの熱可塑性樹脂を用いる。金型５２は、本発明のコンタクトと同様の金属微小構造体であるため、Ｘ線リソグラフィ法と電鋳を組み合せた上述の方法により製造する態様が好ましい。

つぎに、樹脂型５３の上下を反転した後、図５（ｃ）に示すように、導電性基板５１に貼り付ける。続いて、図５（ｄ）に示すように、樹脂型５３を研磨し、樹脂型５３ａを形成する。その後の工程は、前述と同様であり、電鋳により樹脂型５３ａに金属材料５５を堆積し（図５（ｅ））、厚さを調整し（図５（ｆ））、樹脂型５３ａを除去し（図５（ｇ））、導電性基板５１を除去すると、図５（ｈ）に示すような金属微細構造体が得られ、その後、スプリング特性を付与し、図１に示すような本発明のコンタクトを得る。得られるコンタクトから前述と同様の方法により、検査装置用ソケットまたは電子機器用コネクタが得られる。リングは、コンタクトと同様に、金型により樹脂型を形成する工程と、樹脂型に金属材料からなる層を電鋳により形成する工程を経て製造することができ、電気的な導通性を高めるために、厚さ０．０５μｍ〜１μｍのＡｕコートを施す態様が好ましい。

実施例１
まず、図４（ａ）に示すように、導電性基板４１上に樹脂層４２を形成した。導電性基板としては、ＴｉをスパッタリングしたＳｉ製基板を用いた。樹脂層を形成する材料は、メタクリル酸メチルとメタクリル酸との共重合体を用い、樹脂層の厚さは１５０μｍとした。

つぎに、樹脂層４２上にマスク４３を配置し、マスク４３を介してＸ線４４を照射した。Ｘ線としては、ＳＲ装置（ＮＩＪＩ−ＩＩＩ）によるＳＲ光を照射した。マスク４３は、コンタクトのパターンからなるＸ線吸収層４３ａを有するものを使用し、マスク４３を構成する透光性基材４３ｂは窒化シリコンからなり、Ｘ線吸収層４３ａは窒化タングステンからなるものを用いた。

Ｘ線４４の照射後、メチルイソブチルケトンにより現像し、Ｘ線４４により変質した部分を除去し、図４（ｂ）に示すような樹脂型４２ｂを得た。つぎに、電鋳を行ない、図４（ｃ）に示すように、樹脂型４２ｂの空孔部に金属材料４５を堆積した。金属材料はＮｉを用いた。電鋳後、図４（ｄ）に示すように、研磨して表面の凹凸を除去してから、図４（ｅ）に示すように、酸素プラズマにより樹脂型４２ｂを除去し、続いてＫＯＨ水溶液によりウエットエッチングをし、導電性基板４１を除去すると、図４（ｆ）に示すような、貫通状態の金属微細構造体が得られた。

つぎに、金属微細構造体を、熱処理した後、厚さ０．１μｍのＡｕコートをすると、図１に示すような、スパイラルスプリング構造の柱状体である本発明のコンタクトが得られた。このコンタクトは、外径Ｄが１２０μｍ、厚さｂが１００μｍ、バネの厚さａが１０μｍであり、アスペクト比（ｂ／ａ）は１０であった。また、スパイラルの渦巻き数が３．５回転、バネのストロークが４０μｍであった。一方、コンタクトと同様の方法で、外径が１２０μｍ、厚さが１００μｍのリングを製造した。

つづいて、図３（ａ）に示すように、検査する半導体（ＬＳＩ）の電極の位置に対応して貫通孔を形成した基板３２に下蓋シート３３を張り合わせた。基板３２は、材質がポリイミド樹脂であり、厚さが３００μｍのものを用い、直径が１２０μｍの貫通孔を設けた。また、下蓋シート３３は、材質がポリイミド樹脂であり、厚さが２０μｍのものを用い、基板３２の貫通孔の位置に合せて、直径１００μｍの孔を形成した。

つぎに、図９（ａ）に示すように、Ｓｉ製の基板９１上に、固定用の冶具９２を設置し、冶具９２の空孔部にコンタクト、リングとコンタクトを順次積層し、端子９４を介して、５ＧＰａで加圧しながら、２０ｋＨｚの超音波を１ｍｓ印加し、接合した。得られた接続導体を、上述のポリイミド樹脂製基板の貫通孔に嵌合し、下蓋シートと同様の上蓋シートを張り合せて、本発明の検査用ソケットを得た。得られた検査用ソケットを、図２（ａ）に示すように、検査装置のトランスフォーマ２８と、被検査体であるＬＳＩ２５の間に挟み、矢印の方向に７０ｍＮの力で押し当てると、ボール状の凸状電極の形状に応じて、コンタクトは変形し、スパイラルスプリングの付勢力により、ＬＳＩ２５の凸状電極２６と、トランスフォーマ２８上の凸状電極２７との間で電気的導通が得られ、得られた電気信号にもとづきＬＳＩの検査を行なうことができた。本実施例では、コンタクトの外径Ｄは１２０μｍと小径であり、電子機器の高密度実装に対応できることがわかった。

実施例２
実施例１における超音波接合の代わりに、抵抗接合により接続導体を形成した以外は実施例１と同様にして、検査用ソケットを製造した。抵抗接合は、図９（ｂ）に示すように、導電性の基板９１上に絶縁性の冶具９２を設置し、冶具９２内に接続導体を構成する要素９３を積層し、電極９５を介して矢印の方向に、７ＭＰａで加圧しながら、４０Ａの電流を０．５ｍｓ印加して行なった。

得られた接続導体を、実施例１と同様に、ポリイミド樹脂製基板の貫通孔に嵌合し、下蓋シートと同様の上蓋シートを張り合せて、本発明の検査用ソケットを得た。得られた検査用ソケットを、図２（ａ）に示すように、検査装置のトランスフォーマ２８と、被検査体であるＬＳＩ２５の間に挟み、矢印の方向に７０ｍＮの力で押し当てると、ボール状の凸状電極の形状に応じて、コンタクトは変形し、スパイラルスプリングの付勢力により、ＬＳＩ２５の凸状電極２６と、トランスフォーマ２８上の凸状電極２７との間で電気的導通が得られ、得られた電気信号にもとづきＬＳＩの検査を行なうことができた。

実施例３
実施例１における超音波接合の代わりに、電磁波接合により接続導体を形成した以外は実施例１と同様にして、検査用ソケットを製造した。電磁波接合は、図９（ｃ）に示すように、基板９１上に冶具９２を設置し、冶具９２内に接続導体を構成する要素９３を積層し、棒９６を介して矢印の方向に２０ＭＰａで加圧しながら０．４ｎｍの電磁波９７を５００ｍｓ照射して行なった。

得られた接続導体を、実施例１と同様に、ポリイミド樹脂製基板の貫通孔に嵌合し、下蓋シートと同様の上蓋シートを張り合せて、本発明の検査用ソケットを得た。得られた検査用ソケットを、実施例１と同様に、検査装置と被検査体の間に挟み、押し当てると、ボール状の凸状電極の形状に応じて、コンタクトは変形し、スパイラルスプリングの付勢力により、ＬＳＩとトランスフォーマとの間で電気的導通が得られ、得られた電気信号にもとづきＬＳＩの検査を行なうことができた。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明によれば、大電流を導通させることができる信頼性の高い、安価なコンタクトを備える検査装置または電子機器を提供することができる。

本発明のコンタクトの斜視図である。 本発明のコンタクトを検査用ソケットの部品として使用する場合の使用態様を説明する断面図である。 本発明のコンタクトから検査用ソケットを製造する方法を示す工程図である。 本発明のコンタクトの製造方法を示す工程図である。 本発明のコンタクトの製造方法を示す工程図である。 本発明のコンタクトを長手方向に垂直な面で切断したときの断面図である。 本発明のコンタクトを長手方向に切断したときの断面図である。 本発明のコンタクトを検査用ソケットの部品として使用する場合の使用態様を説明する断面図である。 本発明のコンタクトとリングの接合方法を示す模式図である。

符号の説明

２１ａ，２１ｃ コンタクト、２１ｂ リング、２２ 基板、２５ ＬＳＩ、２６，２７ 凸状電極、２８ トランスフォーマ、４１，５１ 導電性基板、４２ 樹脂層、４３ マスク、４４ Ｘ線、４５，５５ 金属材料、５２ 金型、５３ 樹脂型。

Claims (19)

1. スパイラルスプリング構造を有する柱状のコンタクトであり、電子機器または検査装置の凸状電極に押し当てることにより、該凸状電極の形状に応じて変形し、凸状電極と電気的に導通するコンタクトの製造方法であって、
   金型により樹脂型を形成する工程と、
   前記樹脂型に金属材料からなる層を電鋳により形成する工程と
   を含むことを特徴とするコンタクトの製造方法。
2. スパイラルスプリング構造を有する柱状のコンタクトであり、電子機器または検査装置の凸状電極に押し当てることにより、該凸状電極の形状に応じて変形し、凸状電極と電気的に導通するコンタクトの製造方法であって、
   Ｘ線リソグラフィにより樹脂型を形成する工程と、
   前記樹脂型に金属材料からなる層を電鋳により形成する工程と
   を含むことを特徴とするコンタクトの製造方法。
3. 金属材料からなる前記層の厚さが、外周部から中心部に近づくにつれて薄くなるように、前記層の片面または両面を切削する工程を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のコンタクトの製造方法。
4. 前記工程は、放電加工により行なうことを特徴とする請求項３に記載のコンタクトの製造方法。
5. 切削後の金属材料からなる前記層の片面または両面が、球面または回転放物面に接するように切削することを特徴とする請求項３または４に記載のコンタクトの製造方法。
6. 前記コンタクトは、ニッケルまたはニッケル合金からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のコンタクトの製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の方法により製造されたコンタクト。
8. コンタクトを両端に備える接続導体であって、両端のコンタクトの間に、コンタクトのスプリングがストロークする空間を有することを特徴とする接続導体。
9. 両端のコンタクトの間にリングを有する請求項８に記載の接続導体。
10. 請求項３〜５のいずれかに記載の方法により製造された２個のコンタクトからなる請求項８に記載の接続導体。
11. コンタクトとコンタクト、または、コンタクトとリングとが、接合されることなく接続されていることを特徴とする請求項８に記載の接続導体。
12. コンタクトとコンタクト、または、コンタクトとリングとが、接合されていることを特徴とする請求項８に記載の接続導体。
13. 超音波接合または抵抗接合または電磁波接合されていることを特徴とする請求項１２に記載の接続導体。
14. 接合される要素と共晶を作りやすい材料からなる層を接合面に形成した後、接合することを特徴とする請求項１２または１３に記載の接続導体。
15. 電子機器または検査装置の凸状電極との接触抵抗が低い材料からなる層をコンタクト上に形成し、コンタクトと共晶を作りやすい材料からなる層をリング上に形成した後、接合することを特徴とする請求項１４に記載の接続導体。
16. 請求項８に記載の接続導体を基板の絶縁性貫通孔内に備えるソケットであって、ランドグリッドアレイ配置の半導体の検査に使用することを特徴とする検査用ソケット。
17. 請求項１６に記載のソケットを備える検査装置。
18. 請求項８に記載の接続導体を基板の絶縁性貫通孔内に備えるコネクタであって、ランド電極に接続することを特徴とするコネクタ。
19. 請求項１８に記載のコネクタを備える電子機器。

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