JP2009210394A - 相互接続部材の製造方法および相互接続部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 支持基板を直接エッチングすることなく、かつ、十分な硬度を有し、かつ、支持基板によらずに様々な形状の先端鋭利形状部を有する相互接続部材とその製造方法を提供する。
【解決手段】 先端鋭利形状部が形成された梁部を有する相互接続部材の製造方法であって、少なくとも一面が導電性を有する支持基板上に、絶縁性を有するマスキング部材にて一面をパターニングするパターニングステップと、マスキング部材から露出した支持基板の露出面に除去可能な除去層を形成する除去層ステップと、除去層上に、絶縁性を有するマスキング部材にて梁部のパターンを形成する梁部パターニングステップと、梁部のパターンに所定の材料を堆積させて層を形成する梁部層ステップと、層上に梁部を構成する材料を堆積させて梁部を形成する梁部ステップと、を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気的に接続された相互接続部材に関する。

ＩＣパッケージ基板の導通検査等には、従来から検査用のコンタクトプローブが使用されているが、近年、電子部品の小型化による電子部品電極の狭ピッチ化が進んでおり、狭ピッチ対応のより微細な先端鋭利形状部を有するコンタクトプローブが必要とされている。このような微細な部品の製造方法として、シリコン等の支持基板を使用した半導体プロセスによる方法とフォトレジストを用いた電鋳による方法とが広く知られており、半導体プロセスによる方法と電鋳による方法とを融合した方法も使用されている。

このような方法として、例えば、微細化を進めるためにフォトレジストを用いた電鋳型を使用するものがある。この際、コンタクトプローブ等の針部のような微細な先端鋭利形状部を形成するための型として、シリコンに異方性エッチングを行ったものが広く用いられている。この型によって形成されたものを片持ち梁状に基板となる他の接続対象部材と接合し、相互接続部材として一体化したコンタクトプローブを製造している（例えば、特許文献１参照）。

また、先端鋭利形状部をレジストパターンとめっきの成長方向を利用して形成し、電鋳により相互接続部材を製造している（例えば、特許文献２参照）。
特許第３０５８９１９号公報 特開２００７−３０９８１７号公報

しかしながら、上記従来の相互接続部材の製造方法では、先端鋭利形状部を形成するために支持基板として使用するシリコン基板（犠牲基板）をエッチングする際、シリコンの結晶によってエッチング形状が四角錐状に定まってしまう。そのため、エッチング部分に先端鋭利形状部を形成することができても、曲面を形成することができず、先端鋭利形状部の形状が限定されてしまう。また、異方性エッチングの際、マスキング部材であるシリコン酸化膜や窒化膜のパターニングにフッ化水素を使用するため、安全に取り扱うための使用設備が高額になってしまう。

また、電鋳により先端鋭利形状部を形成する場合、応力が小さいニッケル電鋳によってなされるが、ニッケル電鋳により形成される電鋳体の硬度は、ビッカース硬度でＨｖ２００から７００程度で十分な硬さを有しているとは言いがたいものである。一方、高い硬度を有するニッケル−ホウ素合金やニッケル−タングステン合金めっきでは、応力が高すぎるため厚いめっきや電鋳を施すこと出来ない。さらに、通常の電鋳体の上にこれらの高い硬度を有するめっき被膜で覆うことも可能であるが、電鋳体として完成された相互接続部材の表面にこれを形成することは実質的に困難であることと、微細部品であることから寸法精度に問題を来たすという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、支持基板を直接エッチングすることなく、かつ、十分な硬度を有し、かつ、支持基板によらずに様々な形状の先端鋭利形状部を有する相互接続部材とその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る相互接続部材の製造方法は、先端鋭利形状部が形成された梁部を有する相互接続部材の製造方法であって、少なくとも一面が導電性を有する支持基板上に、絶縁性を有するマスキング部材にて前記一面をパターニングするパターニングステップと、前記マスキング部材から露出した前記支持基板の露出面に除去可能な除去層を形成する除去層ステップと、前記除去層上に、絶縁性を有するマスキング部材にて前記梁部のパターンを形成する梁部パターニングステップと、前記梁部のパターンに所定の材料を堆積させて層を形成する梁部層ステップと、前記層上に前記梁部を構成する材料を堆積させて前記梁部を形成する梁部ステップと、を備えていることを特徴とする。

この発明は、パターニングステップと除去層ステップで先端鋭利形状部の概略形状が決定され、梁部パターニングステップで梁部の概略形状が決定される。そして、梁部層ステップで、少なくとも先端鋭利形状部の先端部の表面に梁部を構成する材料とは異なる材質の材料で層を形成することができ、梁部ステップで、先端鋭利形状部および梁部を形成することができる。そのため、従来のように支持基板を直接エッチングする必要がなく、様々な形状の先端鋭利形状部を形成できる。しかも、少なくとも先端鋭利形状部の先端部の表面に、梁部よりも硬質であることをはじめとする物性値や耐食性をはじめとする化学的特性を有する層を形成できる。

また、本発明に係る相互接続部材の製造方法は、前記梁部上に絶縁性を有するマスキング部材にて突起部のパターンを形成し、突起部を構成する材料を堆積させて前記梁部上に突起部を形成する突起部ステップと、を備えていることを特徴とする。

この発明は、相互接続部材の主要部と外部部材との接続を行うための突起部を同時かつ一体品として形成できる。

また、本発明に係る相互接続部材の製造方法は、前記除去層を取り除いて、前記支持基板を前記梁部から分離する除去分離ステップをさらに備えていることを特徴とする。

この発明は、前記支持基板上に前記除去層を介して形成されている相互接続部材を、前記除去層を除去することにより前記支持基板から分離ができるので、相互接続部材を単品として容易に製造できる。

また、本発明に係る相互接続部材の製造方法は、前記突起部を介して前記梁部と配線を施した基板とを接続する接続ステップと、前記除去層を取り除いて、前記支持基板を前記梁部から分離する除去分離ステップと、をさらに備えていることを特徴とする。

この発明は、前記突起部を介して前記梁部と配線を施した基板とを接続したのち、前記除去層を除去することにより前記支持基板を前記梁部から分離できるので、梁部と配線を施した基板との接続を容易に行いつつ、相互接続部材を単品として容易に製造できる。

また、本発明に係る相互接続部材は、前記梁部における少なくとも先端鋭利形状部の表面が、前記梁部を構成する材料とは異なる組成を有する材料で構成された層で覆われていることを特徴とする。このとき、前記層を構成する材料の硬度が前記梁部を構成する材料の硬度よりも高いことが好ましい。

また、本発明に係る相互接続部材は、前記梁部の表面のうち、先端鋭利形状部が形成されている面とは異なる面に突起部が形成されていることを特徴とする。

この発明は、突起部を介して外部部材と容易に接続することができる相互接続部材を提供することができる。

また、本発明に係る相互接続部材は、前記突起部の少なくとも表面が金合金である相互接続部材であることを特徴とする。

この発明は、突起部の少なくとも表面が金合金であるので、はんだ等の接合材で突起部を介して外部部材と容易に接続することができると同時に、前記金合金として、金とすずの合金を用いれば、この合金が接合材となり、耐薬品性に優れた相互接続部材を提供することができる。

本発明に係る第１の実施形態について、図１から図１０を参照して説明する。
本実施形態に係る相互接続部材１は、接続基板（接続対象部材）２と接続されている。相互接続部材１は、梁部３と、梁部３の一端部に形成された先端鋭利形状部４と、梁部３における少なくとも先端鋭利形状部４の先端部の表面に形成された、本実施形態では梁部３における先端鋭利形状部４が形成された面の全面に形成された、梁部３を構成する材質とは異なる材質の梁部層５と、梁部３の他端部において先端鋭利形状部４が形成された面とは異なる面に形成された突起部６とを備えている。突起部６は、間隙形成部７と、はんだ材、ろう材等からなる接続部８とを備えている。相互接続部材１は、突起部６と接続基板２に備えられた配線９とを介して、接続基板２と接合されている。

次に、この相互接続部材１が接続基板２に接続された状態での製造方法について説明する。
この相互接続部材１が接続基板２に接続された状態での製造方法は、図２〜１０に示すように、少なくとも一面１０ａが導電性を有する支持基板１０上に絶縁性を有する第１のマスキング部１１をパターニングするパターニングステップ（Ｓ０１）と、第１のマスキング部１１から露出した支持基板１０の露出面１０ａに、除去可能であり、先端鋭利形状部３１の基本的形状を決める除去層１２を含む除去層１６を形成する除去層ステップ（Ｓ０２）と、除去層１６上に先端鋭利形状部３１および梁部２１の型となる梁部パターン開口部１９を形成する梁部パターニングステップ（Ｓ０３）と、梁部パターン開口部１９のうち、少なくとも先端鋭利形状部３１の先端部の表面となる面に、梁部層２０を形成する梁部層ステップ（Ｓ０４）と、梁部２１を形成する梁部ステップ（Ｓ０５）と、梁部２１に間隙形成部２５と接続部２６とからなる突起部２７を形成する突起部ステップ（Ｓ０６）と、相互接続部材３２と接続基板２８とを突起部２７および配線２９を介して接続する接続ステップ（Ｓ０７）と、除去層１６と第１のマスキング部１１を除去することにより、相互接続部材３２を支持基板１０から分離する除去分離ステップ（Ｓ０８）とを備えている。
以下、各ステップについて説明する。

パターニングステップ（Ｓ０１）では、図示しない暗室内にて、図３（ｂ）に示すように、微細なパターンを形成するためにフォトレジストをパターニングすることにより、例えば、導電性を有する露出面１０ａに囲まれた直径２０μｍ程度の円形の第１のマスキング部１１を支持基板１０上に形成する。

除去層ステップ（Ｓ０２）では、図示しない電鋳装置を用いて、露出面１０ａに図示しない電気配線を接続して支持基板１０を図示しない電鋳液に浸す。そして、図示しない電源から所定の電流を通電することにより、図４に示すように、支持基板１０の露出面１０ａの厚さ方向に、Ｃｕからなる第１の除去層１２を析出させる。

一方、第１のマスキング部１１には電流が流れないので、第１のマスキング部１１の上には第１の除去層１２は析出しない。そのため、第１のマスキング部１１の面上と露出面１０ａとの間では、第１の除去層１２の堆積速度及び堆積方向が変化する。従って、第１のマスキング部１１には、周縁部を中心として第１のマスキング部１１の面上に中心部に向かって等方的に張り出した円曲面が形成される。こうして、第１のマスキング部１１が埋没するまでＣｕを堆積させることによって、図４（ａ）（ａ’）に示すように、第１のマスキング部１１の直上に、厚さ方向に直径略２０μｍまで漸次拡径した逆円錐状の凹部が形成される。

次に、第１の除去層１２の表面に、図示しない暗室にて、フォトレジスト層１３を形成し、露光、現像することにより、例えば、直径２０μｍ、第１の除去層１２からの高さ２０μｍの第２のマスキング部１４を形成する。次いで、図示しない電鋳装置を用いて、第１の除去層１２のうち表面が現れている部分に図示しない電気配線を接続して支持基板１０を図示しない電鋳液に浸す。そして、図示しない電源から所定の電流を通電することにより、第１の除去層１２うち表面が現れている部分の厚さ方向に、Ｃｕからなる第２の除去層１５を析出させる。その後、第２のマスキング部１４を除去することにより、図４（ｄ）（ｄ’）に示すように、逆円錐上の凹部の上部に円筒型の凹部が形成される。

梁部パターニングステップ（Ｓ０３）では、除去層１６の表面に図示しない暗室にて、フォトレジスト層１７を形成した後、露光、現像することにより、図５（ｂ）および（ｂ’）に示したように硬化したフォトレジスト層からなる梁部マスキング部１８が形成される。

梁部層ステップ（Ｓ０４）では、梁部パターン開口部１９内に図示しない電鋳装置を用いて、図６に示した除去層１６の上にホウ素を含有するニッケルからなる梁部層２０を形成する。この梁部層２０を構成するホウ素を含有するニッケル層は、マイクロビッカース硬度９００を有する。

梁部ステップ（Ｓ０５）では、梁部パターン開口部１９内に図示しない電鋳装置を用いて、図７に示した梁部層２０の表面にニッケルからなる梁部２１を形成する。梁部２１を構成するニッケルは、マイクロビッカース硬度７００を有する。

突起部ステップ（Ｓ０６）では、図示しない暗室内にて、梁部２１および梁部マスキング部１８上にフォトレジスト層２２を形成し、次いで、露光・現像をおこなうことにより、突起部マスキング部２３と突起部パターン開口部２４を形成する。次に、図示しない電鋳装置を用いて、図８（ｅ）および（ｅ’）に示した突起部パターン開口部２４に突起部２７を形成する。この突起部２７は、梁部２１側がニッケルからなる間隙形成層２５、その外側が金と錫の共晶合金からなる接合材層２６から構成されている。その後、梁部マスキング部１８と突起部マスキング部２３を除去する。

接続ステップ（Ｓ０７）では、図９に示すように、配線２９が基板３０上に形成された接続基板２８と梁部２１とを、突起部２７のうち金−錫共晶合金はんだからなる接合材層２６を接続層として接合し、接続する。

除去分離ステップ（Ｓ０８）では、除去層１６をエッチングによって除去する。このとき、第１のマスキング部材１１は、先端鋭利形上部３１とは点で接しているので、特に除去せずに、支持基板１０と相互接続部材３２とを分離することも出来る。これにより、相互接続部材３２と接続基板２８とが一体化したものを作製することができる。

この相互接続部材１の製造方法によれば、マスキング部材１１でパターニングされた支持基板１０の露出面１０ａに除去層１６を形成するので、除去層１６の形状に応じた先端鋭利形状部３１を形成することができる。従って、支持基板１０自身を部品とする場合や、支持基板１０にエッチング加工をしたものを型として使用する場合と比べ、シリコンエッチングに要するフッ化水素や、特殊ガス等を使用しなくてもよく、使用する設備を安価にすることができる。この相互接続部材１をコンタクトプローブとして使用する場合、先端鋭利形状部４をＬＳＩなどの微細電子部品の電極に正確に押し当てることにより、電気的に良好な接続を得ることが出来、相互接続部材１に接続された接続基板２を介して外部の機器と電気的に接続が出来る。また、先端鋭利形状部４の先端部分の材質が硬度に優れたニッケル−ホウ素合金であるので耐久性に優れたものとなる。

また、先端鋭利形状部３１の先端部を含む相互接続部が硬度に優れたホウ素を含有するニッケル−ホウ素合金めっき層からなる梁部層２０により覆われているため、耐久性や硬度が高い接続対象物に対して高い信頼性を持って接続動作を行うことが出来る。

ニッケル−ホウ素合金めっきは、非常に高い応力を有しているので、梁部２１全体を構成することが出来ないが、梁部層２０として用いることにより、その性能を発揮することができる。

さらに、梁部層２０の形成を梁部２１の形成と一連の工程で行うことができるので、困難である相互接続部材３２を形成した後に全体をニッケル−ホウ素合金めっきで被覆する手段をとらずに、耐久性にすぐれた相互接続部材３２を容易に作製できることができる。

次に、第２の実施形態について図１１に示す相互接続部材３３の製造方法について説明する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る先端鋭利形状部３６の形状が、略円錐状となっている点である。また、作製工程において除去層ステップ（Ｓ０２）と梁部パターニングステップ（Ｓ０３）の工程順序が逆転していることを異としている。

この先端鋭利形状部３６を有し、接続基板３４が接続されている相互接続部材３３を製造する方法について説明する。
パターニングステップ（Ｓ０１）では、第１の実施形態と同様に、図１２（ｂ）（ｂ’）に示すように支持基板４２上に第１のマスキング部材４３を形成する。

次に、第１の実施形態とは異なり、除去層ステップ（Ｓ０２）に先立ち、梁部パターニングステップ（Ｓ０３）により、梁部マスキング部４４と梁部パターン開口部４５を形成する。

次に、除去層ステップ（Ｓ０２）により、除去層４６を図示しない電鋳槽を用いて、銅電鋳により形成する。これにより、略円錐形状を有する先端鋭利形状部３６の外形を決定する型が形成される。

次に、梁部層ステップ（Ｓ０４）により、図１３（ａ）に示した梁部層４７を形成する。この梁部層４７は第１の実施形態と同様の材質であるビッカース硬度９００を有するニッケル−ホウ素合金からなっている。

以下、第１の実施形態と同様に各ステップにしたがって、工程を進めることにより、接続基板３４を接続した相互接続部材３２を作製することができる。

この相互接続部材３２の製造方法によれば、先端鋭利形状部３６の形成を容易に行うことが出来る。

次に、第３の実施形態について図１５に示す相互接続部材５８の製造方法について説明する。
第３の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、先端鋭利形状部６０の外形形状は同じであるが、梁部層６１の被覆部が先端鋭利形状部６０とその近傍であり、梁部層６１の材質が金であることを異にしている。また、第１の実施形態とは、梁部パターニングステップ（Ｓ０３）と梁部層ステップ（Ｓ０４）の工程順序が逆転している。
以下に、第３の実施形態について図１６から図１９を参照しながら説明する。

第３の実施形態において、パターニングステップ（Ｓ０１）、除去層ステップ（Ｓ０２）は同一の工程であるので省略する。
梁部層ステップ（Ｓ０４）では、図１６（ｂ）および（ｂ’）に示したように、除去層１６の表面に、梁部層マスキング部６８と梁部層パターン開口部６９をフォトレジストにより形成する。次に、図示しない電鋳槽にて金からなる梁部層７０を梁部層パターン開口部６９に選択的に形成し、その後、梁部層マスキング部６８を薬液にて除去する。

以下、第１の実施形態と同様に各ステップにしたがって、工程を進めることにより、接続基板６５を接続した相互接続部材５８を作製することができる。この梁部層７０は、接触抵抗が小さい金からなっているため、コンタクトプローブとして用いる場合、被測定物の内部抵抗が小さい場合、測定誤差がちいさくなるので、非常に有効に働く。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第１の実施形態と第２の実施形態では梁部層として硬度が高いニッケル−ホウ素合金を用い、第３の実施形態では金を用いた。梁部の電気抵抗値を低減するために、第１の実施形態における構造の相互接続部材１の梁部層５として金を用い、第３の実施形態における構造の相互接続部材５８の梁部層７０をニッケル−ホウ素合金にすることにより、硬度を高め耐久性を高めることが出来る。

本発明の第１の実施形態に係る相互接続部材を示す要部断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る相互接続部材の製造方法を示すフロー図である。 本発明の第１の実施形態に係る相互接続部材の製造方法のうち、先端鋭利形状部のパターンの製造方法を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る相互接続部材の製造方法のうち、先端鋭利形状部に係る製造方法を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る相互接続部材の製造方法のうち、梁部を形成するための型の製造方法を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る相互接続部材の製造方法のうち、梁部層の製造方法を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る相互接続部品の製造方法のうち、梁部の製造方法を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る相互接続部品の製造方法のうち、突起部の製造方法を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る相互接続部品の製造方法のうち、相互接続部材と接続基板の接続の製造方法を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る相互接続部品の製造方法のうち、支持基板を除去する製造方法を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る相互接続部品を示す要部断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る相互接続部品の製造方法のうち、先端鋭利形状部および除去層に係る製造方法を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る相互接続部品の製造方法のうち、梁部層、梁部および突起部の製造方法を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る相互接続部品の製造方法のうち、相互接続部材と接続基板の接続および支持基板の除去に係る製造方法を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る相互接続部材を示す要部断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る相互接続部品の製造方法のうち、先端鋭利形状部および梁部層に係る製造方法を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る相互接続部品の製造方法のうち、梁部を形成するための型の製造方法を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る相互接続部品の製造方法のうち、梁部の製造方法を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る相互接続部品の製造方法のうち、相互接続部材と接続基板の接続に係る製造方法を示す説明図である。

符号の説明

１、３２、５８ 相互接続部品
２、２８、３４、６５ 接続基板
３、２１、３５、５９ 梁部
４、３１、３３、３６ 先端鋭利形状部
５、２０、４７、７０ 梁部層
６、２７ 突起部
７、２５ 間隙形成部
８、２６ 接続部
９、２９ 配線
１０ 支持基板
１０ａ 露出面
１１ 第１のマスキング部材
１１ａ 逆円錐上の凹部
１２ 第１の除去層
１２ａ 円曲面
１３、１７、２２ フォトレジスト層
１４ 第２のマスキング部
１５ 第２の除去層
１５ａ 円筒型の凹部
１６ 除去層
１８、４４ 梁部マスキング部
１９、４５ 梁部パターン開口部
２３ 突起部マスキング部
２４ 突起部パターン開口部
２６ 接合材層
６８ 梁部層マスキング部
６９ 梁部層パターン開口部

Claims (8)

1. 先端鋭利形状部が形成された梁部を有する相互接続部材の製造方法であって、
   少なくとも一面が導電性を有する支持基板上に、絶縁性を有するマスキング部材にて前記一面をパターニングするパターニングステップと、
   前記マスキング部材から露出した前記支持基板の露出面に除去可能な除去層を形成する除去層ステップと、
   前記除去層上に、絶縁性を有するマスキング部材にて前記梁部のパターンを形成する梁部パターニングステップと、
   前記梁部のパターンに所定の材料を堆積させて層を形成する梁部層ステップと、
   前記層上に前記梁部を構成する材料を堆積させて前記梁部を形成する梁部ステップと、
   を備えていることを特徴とする相互接続部材の製造方法。
2. 前記梁部上に突起部を形成する突起部ステップをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の相互接続部材の製造方法。
3. 前記除去層を取り除いて、前記支持基板を前記梁部から分離する除去分離ステップをさらに備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の相互接続部材の製造方法。
4. 前記突起部を介して前記梁部と配線を施した基板とを接続する接続ステップと、
   前記除去層を取り除いて、前記支持基板を前記梁部から分離する除去分離ステップと、
   をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の相互接続部材の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法によって製造された相互接続部材であって、
   前記梁部における少なくとも先端鋭利形状部の先端部の表面が、前記梁部を構成する材料とは異なる組成を有する材料で構成された層で覆われていることを特徴とする相互接続部材。
6. 前記層を構成する材料の硬度が前記梁部を構成する材料の硬度より高いことを特徴とする請求項５に記載の相互接続部材。
7. 前記梁部の表面のうち、先端鋭利形状部が形成されている面とは異なる面に突起部が形成されていることを特徴とする請求項５または６に記載の相互接続部材。
8. 前記突起部の少なくとも表面が金合金であることを特徴とする請求項７に記載の相互接続部材。

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