JP2010174322A - 弾性接点及びその製造方法、ならびに、接点基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に、無電解メッキによりＮｉＸ層とＰｄ層とを積層メッキする構成において、前記Ｐｄ層が安定して析出して接触信頼性等を向上させることが可能な弾性接点及びその製造方法等を提供することを目的としている。
【解決手段】 弾性接点２０は、Ｎｉ−Ｘ（ただしＸは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅ，Ｂのうちいずれか一種以上）にて無電解メッキされたアモルファス状態のＮｉＸ層３２と、前記ＮｉＸ層３２の表面にＮｉ−Ｘにて無電解メッキされ、元素Ｘの含有量が前記ＮｉＸ層３２よりも少ない結晶質状態の下地層３３と、前記下地層３３の表面に無電解メッキされたＰｄあるいはＰｄ合金の金属層３４とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＩＣパッケージなどの電子部品の電極と当接する弾性接点及びその製造方法等に関する。

下記特許文献１には、ＮｉＰ層の表面にＰｄ層（被覆層）を被覆した弾性接点の発明が開示されている。また、特許文献１には多数の前記弾性接点を備える接点シートが開示されている。

前記接点シートを形成するには、支持基板に多数の弾性接点を構成する芯部を電気的に分離した状態で支持し、続いて、無電解メッキ法を用いて、各芯部の表面にＮｉ合金層を析出させ、さらに無電解メッキ法を用いて、Ｎｉ合金層の表面にＰｄ層を析出させていた。

特開２００８−７８０３２号公報 特開２０００−１９５５８８号公報

ところでＮｉＰ層のＰの含有量を高くすると弾性機能を向上させることができ弾性接点として好適である一方、化学的に安定した（活性に乏しい）Ｐの量が増えることで、ＮｉＰ層の表面にＰｄ層を適切に析出させることが出来ない問題があった。特に、弾性接点を超小型化することで上記課題が顕著になった。

そしてＰｄ層を安定して析出できないことで、接点としての接触信頼性や半田接合信頼性が損なわれる問題が生じた。

また上記した従来のように無電解メッキ法を用いる構成では、引用文献２のように、Ｐｄ層の下地として電解メッキによるＮｉを用いることが出来ない。

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、無電解メッキによりＮｉＸ層とＰｄ層とを積層メッキする構成において、前記Ｐｄ層が安定して析出して接触信頼性等を向上させることが可能な弾性接点及びその製造方法、ならびに接点基板及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明における弾性接点は、Ｎｉ−Ｘ（ただしＸは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅ，Ｂのうちいずれか一種以上）にて無電解メッキされたアモルファス状態のＮｉＸ層と、前記ＮｉＸ層の表面にＮｉ−Ｘにて無電解メッキされ、元素Ｘの含有量が前記ＮｉＸ層よりも少ない結晶質状態の下地層と、前記下地層の表面に無電解メッキされたＰｄあるいはＰｄ合金の金属層とを有することを特徴とするものである。

また本発明における弾性接点の製造方法は、以下の工程を有することを特徴とするものである。

無電解メッキ法にて、Ｎｉ−Ｘ（ただしＸは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅ，Ｂのうちいずれか一種以上）からなるアモルファス状態のＮｉＸ層を形成する工程、
前記ＮｉＸ層の表面に、無電解メッキ法にて、Ｎｉ−Ｘ（ただしＸは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅ，Ｂのうちいずれか一種以上）からなり、元素Ｘの含有量が前記ＮｉＸ層よりも少ない結晶質状態の下地層を形成する工程、
前記下地層の表面に、無電解メッキ法にて、ＰｄあるいはＰｄ合金の金属層を形成する工程。

上記のように無電解メッキによりＮｉＸ層とＰｄあるいはＰｄ合金の金属層とを積層メッキする構成及び製造方法において、無電解メッキ法にてＮｉＸ層の表面に元素Ｘの含有量が小さい結晶質状態の下地層を設けたことで、弾性接点を超小型化で形成しても、前記金属層を安定して析出できる。よって、良好な弾性機能を備えるとともに接触信頼性及び半田接合信頼性を従来に比べて向上させることが可能な超小型化の弾性接点を得ることができる。

本発明では、元素ＸはＰであり、前記ＮｉＸ層のＰの含有量は、９〜３０質量％、前記下地層のＰの含有量は３〜８質量％であることが好ましい。これにより、適切に、ＮｉＸ層をアモルファス状態に、下地層を結晶質状態に出来る。

また本発明では、前記弾性接点を、縦横の長さを０．５ｍｍ以下とした正方形の範囲内に収まる大きさとしても、本発明の構成であればＰｄあるいはＰｄ合金の金属層を安定して析出させることが出来る。

上記した弾性接点の構成及び製造方法は、弾性接点を複数個、固定支持した接点基板の構成及び製造方法に適している。

なお接点基板の製造方法では、芯部を複数、個々に電気的に分離して形成し、各芯部を支持基板に支持する工程、を有し、
各芯部の表面に、前記ＮｉＸ層、前記下地層及び前記金属層を無電解メッキ法にて積層メッキすることを特徴としている。

本発明によれば、無電解メッキにより形成されたＮｉＸ層とＰｄあるいはＰｄ合金の金属層とを積層メッキする構成及び製造方法において、無電解メッキ法にてＮｉＸ層の表面に元素Ｘの含有量が小さい結晶質状態の下地層を設けたことで前記金属層を安定して析出させることが出来る。よって、良好な弾性機能を備えるとともに接触信頼性及び半田接合信頼性を従来に比べて向上させることが可能な超小型化の弾性接点を得ることができる。

本実施形態である接続装置の部分断面図、 図１に示す接続装置の弾性接点付近を示す拡大断面図（弾性接点は側面図で示す）、 （ａ）は、接点シートの拡大平面図、（ｂ）は、図３（ａ）の丸Ａで囲んだ一つの弾性接点の拡大平面図、 （ａ）は、図３（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿って切断し矢印方向から見た弾性腕の拡大断面図、（ｂ）は、図４（ａ）をさらに拡大して示す部分断面図、 本実施形態における多数の弾性接点を備えた接点シートの製造方法を示す工程図（断面図）、 多数の接点シートを配列したワークシートの平面図、 連続して積層メッキする工程を説明するための無電解メッキ槽の平面図、

図１は、接続装置の部分断面図、図２は、図１に示す接続装置の弾性接点付近を示す拡大断面図（弾性接点は側面図で示す）、図３（ａ）は、接点シートの拡大平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の丸Ａで囲んだ一つの弾性接点の拡大平面図、図４（ａ）は、図３（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿って切断し矢印方向から見た弾性腕の拡大断面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）をさらに拡大して示す部分断面図、である。

図１に示す接続装置１は、基台１０を有している。基台１０の平面形状は例えば四角形状であり、基台１０の４辺のそれぞれにはほぼ垂直に立ち上がる側壁部１０ａが形成されている。４辺の側壁部１０ａで囲まれた領域は凹部であり、その底部１０ｂの上面が固定面１２である。そして固定面１２の上に、接点シート（接点基板）２５が設置される。

図３（ａ）に示すように接点シート２５には、多数の弾性接点２０が樹脂シート（支持基板）２４に支持されている。各弾性接点２０は互いに所定間隔を空けて規則正しく配列されている。

図３（ｂ）に示すように、弾性接点２０は、弾性腕２２と固定部２１とが一体に形成され、前記固定部２１から弾性腕２２が延出した形態である。図３（ｂ）では、前記弾性腕２２が巻回形状で形成されているが特に形状を限定するものでない。

図２に示すように弾性接点２０の固定部２１は、接続装置１内にて、固定面１２上に形成されたランド部１３上に半田層１４を介して接合されている。半田層１４は、鉛を含まない半田で形成されており、例えばスズ・ビスマス合金や、スズ・銀合金である。

また、図１に示すように、接続装置１には、電子部品４０が設置される。電子部品４０は、ＩＣパッケージなどであり、ＩＣベアチップなどの各種電子素子が本体部４１内に密閉されている。本体部４１の底面４１ａには、複数の突出電極４２が設けられており、それぞれの突出電極４２が本体部４１内の回路に導通している。この実施の形態の電子部品４０は、突出電極４２が球形状である。また、突出電極４２は裁頭円錐形状などであってもよい。

突出電極４２は、スズを含む導電性の合金で形成されている。すなわち、鉛を含まない半田で形成されており、例えばスズ・ビスマス合金や、スズ・銀合金である。

本実施形態の接続装置１は、例えば、電子部品４０の検査用であり、図１に示すように被検査物である電子部品４０が、基台１０の凹部内に装着される。このとき、電子部品４０は、本体部４１の底面４１ａに設けられた個々の突出電極４２が弾性接点２０の上に設置されるように位置決めされる。基台１０の上には図示しない押圧用の蓋体が設けられており、この蓋体を基台１０上に被せると、この蓋体により電子部品４０が矢印Ｆ方向へ押圧される。この押圧力により、それぞれの突出電極４２が弾性腕２２に押し付けられ、立体成形された弾性腕２２が押しつぶされて、突出電極４２と弾性腕２２とが個別に導通させられる。

接続装置１がいわゆるバーン・イン検査に使用される場合には、所定の温度に設定された状態で、外部の検査用の回路から弾性接点２０を経て突出電極４２に電流が与えられて、電子部品４０の本体部４１内の回路が断線しているか否かの検査が行われる。あるいは、弾性接点２０から突出電極４２に所定の信号が与えられて、本体部４１内の回路の動作試験が行われる。

検査が完了した電子部品４０は、接続装置１から取り出され、次に検査すべき電子部品４０が接続装置１内に設置されて、同様にして検査が行われる。この検査が繰り返される。そのため、弾性接点２０の弾性腕２２には、新たな電子部品４０の突出電極４２が次々に接触する。

図４に示すように、弾性接点２０は、芯部２３と、前記芯部２３の表面全体を覆うＮｉＸ層３２と、前記ＮｉＸ層の表面全体を覆う下地層３３と、前記下地層３３の表面全体を覆う金属層３４とを有して構成される。

芯部２３は、例えばＣｕ板あるいはＣｕ合金板をエッチング加工して形成されたものである。

前記ＮｉＸ層３２は、Ｎｉ−Ｘ（ただしＸは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅ，Ｂのいずれか一種以上）からなり無電解メッキ法にて形成される。元素ＸはＰであることが好ましく、このときＰの含有量は９〜３０質量％程度に調整されアモルファス状態になっている。これによりＮｉＸ層３２で高い弾性係数と高い引っ張り強度を得ることができ弾性機能を効果的に高めることができる。なお、「アモルファス状態」とはアモルファスが全体の６０体積％以上、好ましくは８０体積％以上、更に好ましくは９０体積％以上を占めており、アモルファス以外に３ｎｍ〜１５ｎｍ程度の粒径の結晶を含んでもよい。Ｐの含有量は９〜１２質量％程度であることがより好ましい。

元素ＸとしてＰ以外の元素を選択した場合でも、元素Ｘの含有量が適切に調整されてＮｉＸ層３２はアモルファス状態になっている。

下地層３３は、Ｎｉ−Ｘ（ただしＸは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅ，Ｂのいずれか一種以上）からなり無電解メッキ法にて形成される。元素ＸはＰであることが好ましく、このときＰの含有量は３〜８質量％程度に調整され結晶質状態になっている。

下地層３３に含まれる元素Ｘの含有量は、ＮｉＸ層３２に含まれる元素Ｘの含有量よりも少なく設定される。また下地層３３は、ＮｉＸ層３２と異なり結晶質層である。

したがって、下地層３３はＮｉＸ層３２に比べて弾性係数及び引っ張り強度が低く弾性機能をＮｉＸ層３２のように効果的に発揮できないため膜厚がＮｉＸ層３２に比べて十分に薄く形成される。図４（ｂ）に示すＮｉＸ層３２の膜厚Ｈ１は９〜２０μｍ程度で、下地層３３の膜厚Ｈ２は０．０１〜０．１μｍ程度である。これによりＮｉＸ層３２での弾性機能を損なわず、弾性腕２２を適切に弾性変形させることが可能である。また、前記下地層３３をこのように薄く形成しても、下地層３３の元素Ｘの組成比は、ＮｉＸ層３２に比べて十分に少なく設定されており、多少、ＮｉＸ層３２との界面で元素拡散が生じても下地層３３の表層側では元素Ｘの含有量が少ない結晶質状態を適切に保つことができ、次に説明する金属層３４に対する下地機能を適切に発揮できる。

下地層３３を構成する結晶質状態とは、結晶が全体の５０％以上占める状態を指し、前記結晶が８０％以上占めることがより好ましい。また、結晶の粒径は、３ｎｍ〜１５ｎｍ程度であることが好適である。

次に、前記下地層３３の表面全体を覆う金属層３４は、ＰｄあるいはＰｄ合金にて無電解メッキされたものである。Ｐｄ合金には、Ｐｄ−Ｐ、Ｐｄ−Ｃｏ、Ｐｄ−Ｎｉ、Ｐｄ−Ｃｕ等を例示できる。

図４（ｂ）に示す金属層３４の膜厚Ｈ３は、０．０１〜１μｍ程度で形成される。この実施形態では、前記金属層３４は弾性接点２０の最表層であるが、さらに前記金属層３４の表面に例えばフラッシュＡｕメッキが施されてもよい。

本実施形態では上記のようにＮｉＸ層３２、下地層３３及び金属層３４はいずれも無電解メッキ法にて形成される。換言すれば電解メッキ法を使用できない。本実施形態では、前記ＮｉＸ層３２の元素Ｘの含有量を高めてアモルファス状態にして弾性機能を向上させるが、その一方で、ＮｉＸ層３２の表面は金属層３４の下地として不適切であるため、ＮｉＸ層３２と同様に無電解メッキ可能なＮｉ−Ｘにて下地層３３を形成し、このとき表面活性を高めて下地機能を向上させるべく元素Ｘの含有量をＮｉＸ層３２より少なくし結晶質化した。これにより、ＰｄあるいはＰｄ合金の金属層３４を安定して表面全体に無電解メッキ法にて析出させることが出来る。

また本実施形態では、弾性接点２０が超小型化されても適切に金属層３４を安定して無電解メッキ法にて析出できる。例えば図３（ｂ）に示す弾性接点２０が縦横の長さを０．５ｍｍ以下とした正方形の範囲内に収まる大きさで形成すると、下地層３３を設けない従来の形態では歩留まりが５０％程度であったが、本実施形態のように下地層３３を設けたことで歩留まりを９９％にまで改善できた。

また、例えば、金属層３４に代えてＡｕ層を用いた場合、製造工程時や使用時に２７０℃程度のアニールが施されるとＮｉが表面にまで拡散し接点信頼性が低下しやすく、また、弾性接点２０と半田との間で脆い金属間化合物が生成されやすい。これに対して、ＰｄあるいはＰｄ合金の金属層３４を弾性接点２０の表層として析出させ、しかも本実施形態では、前記金属層３４を安定して析出させることができる（ほぼ一定の厚さで形成できる）ため、接点としての接触信頼性及び半田接合信頼性を適切に向上させることができる。したがって、本実施形態では、良好な弾性機能を備えるとともに接触信頼性及び半田信頼性を従来に比べて向上させることが可能な超小型化の弾性接点２０を得ることが可能である。なお、図４の積層メッキ構造は弾性腕２２だけでもよいが、固定部２１も図４に示す積層メッキ構造で形成することで、図２に示すように固定部２１とランド部１３との間に半田層１４を設ける構成では、固定部２１での半田接合性を効果的に向上させることが可能である。

次に弾性接点２０の製造方法について説明する。
図５（ａ）に示す工程では、図３（ｂ）に示す弾性接点２０の形状の芯部２３を図３（ａ）に示すように多数個、配列して形成し、個々、分離して形成された前記芯部２３を樹脂シート（支持基板）２４で固定支持する。前記芯部２３は例えばＣｕ板あるいはＣｕ合金板をエッチング加工したものである。Ｃｕ合金にはコルソン合金を例示できる。図３（ｂ）に示すように、弾性接点２０は、固定部２１と、前記固定部２１から延出して形成された弾性腕２２とを有する形状である。このとき、各弾性接点２０を、縦横長さを０．５ｍｍ以下とした正方形の範囲内に収まるように形成することが出来る。

なお、樹脂シート２４には穴２４ａが形成されており、前記穴２４ａの位置に弾性腕２２を対向させて、個々の弾性接点２０を樹脂シート２４に固定している（図５（ａ）参照）。固定の方法は例えば接着剤を用いて行う。図３（ｂ）の弾性接点２０の平面形状は一例である。図３（ｂ）では弾性腕２２が巻回形状に形成されているが、この形状に限定されるものでない。

そして、図６に示すように多数の接点シート２５を支持板２６に支持した状態のワークシート２７を得る。ワークシート２７には多数の弾性接点２０が固定支持されているが、個々の弾性接点２０は電気的に分離された状態にある。よって、図５（ｂ）、図５（ｃ）でのメッキ工程を無電解メッキ法で行う。

図５（ｂ）に示す工程では、ワークシート２７を、図７に示すＮｉＸメッキ槽５０に入れ、無電解メッキ法にて、各弾性接点２０の芯部２３の表面を覆うようにＮｉ−Ｘ（ただしＸは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅ、Ｂのいずれか１種以上）から成るＮｉＸ層３２をメッキ形成する。このとき、ＮｉＸ層３２をＮｉＰとしたときＰの含有量が９〜３０質量％（好ましくは１２質量％以下）の範囲内となるように調整してＮｉＸ層３２をアモルファス状態に形成する。

続いて、前記ワークシート２７を、ＮｉＸメッキ槽５０から取り出し、図７の下地メッキ槽５１に入れる。そして、無電解メッキ法にて、各弾性接点２０のＮｉＸ層３２の表面を覆うように、Ｎｉ−Ｘ（ただしＸは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅ、Ｂのいずれか１種以上）から成る下地層３３をメッキ形成する。このとき、下地層３３に含まれる元素Ｘの含有量をＮｉＸ層３２に含まれる元素Ｘの含有量より少なくし結晶質状態で形成する。例えば、下地層３３をＮｉＰとしたときＰの含有量が３〜８質量％の範囲内となるように調整して下地層３３を結晶質状態に形成する。また、前記下地層３３を前記ＮｉＸ層３２よりも十分に薄い膜厚で形成する。

続いて、前記ワークシート２７を、下地メッキ槽５１から取り出し、図７の金属メッキ槽５２に入れる。そして、図５（ｃ）に示すように、無電解メッキ法にて、各弾性接点２０の下地層３３の表面を覆うように、ＰｄあるいはＰｄ合金の金属層３４をメッキ形成する。前記金属層３４を弾性接点２０の最表層としてもよいし、さらに金属層３４の表面にフラッシュＡｕメッキを施すことも出来る。

次に図５（ｄ）に示す工程では、ワークシート２７を金属メッキ槽５２から取り出し、続いて、各弾性接点２０の各弾性腕２２を、治具３０を用いて突き上げた状態に維持しながら加熱処理を施す。加熱処理後、前記治具３０を取り除く。この加熱処理で内部の残留応力が除去され、弾性接点２０は立体形状で弾性力を発揮できるようになる。なお、加熱温度を１５０℃〜３００℃の範囲内で調整することが好適である。また加熱時間は１分から１時間の範囲内が好ましい。一例を示すと、加熱温度を２５０℃、加熱時間を１０分とすることで、弾性腕２２を適切に立体成形できる。なお、図５（ｄ）の立体成形工程を行わなくてもよい。

以上により本実施形態では、図５（ｂ）の工程で、各弾性接点２０に無電解メッキ法にてアモルファス状態のＮｉＸ層３２を形成した後、無電解メッキ法にて、元素Ｘの含有量がＮｉＸ層３２よりも少ない結晶質状態の下地層３３を設けた。このため例えば各弾性接点２０を縦横長さが０．５ｍｍ以下とした範囲内に収まるように超小型化で形成しても、無電解メッキ法にてＰｄあるいはＰｄ合金の金属層３４を安定して析出させることが可能である。

弾性接点２０の構成は、図４（ａ）のように芯部２３があることを必須としない。また、弾性接点２０が多数個、樹脂シート２４に固定支持された接点シート２５以外の構成として用いられてもよい。ただし上記した多数個の弾性接点２０を電気的に分断した状態で樹脂シート２４に固定支持する形態では芯部２３を個々分離して形成し、各芯部２３に対して積層メッキ部分を無電解メッキで形成することが必要になるため、図３（ａ）に示した接点シートの構成及び図５に示した接点シートの製造方法に本発明の使用が特に適している。

１ 接続装置
１０ 基台
２０ 弾性接点
２１ 固定部
２２ 弾性腕
２３ 芯部
２４ 樹脂シート（支持基板）
２５ 接点シート（接点基板）
２７ ワークシート
３０ 治具
３２ ＮｉＸ層
３３ 下地層
３４ 金属層
４０ 電子部品
５０ ＮｉＸメッキ槽
５１ 下地メッキ槽
５２ 金属メッキ槽

Claims (8)

1. Ｎｉ−Ｘ（ただしＸは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅ，Ｂのうちいずれか一種以上）にて無電解メッキされたアモルファス状態のＮｉＸ層と、前記ＮｉＸ層の表面にＮｉ−Ｘにて無電解メッキされ、元素Ｘの含有量が前記ＮｉＸ層よりも少ない結晶質状態の下地層と、前記下地層の表面に無電解メッキされたＰｄあるいはＰｄ合金の金属層とを有することを特徴とする弾性接点。
2. 元素ＸはＰであり、前記ＮｉＸ層のＰの含有量は、９〜３０質量％、前記下地層のＰの含有量は３〜８質量％である請求項１記載の弾性接点。
3. 前記弾性接点は、縦横の長さを０．５ｍｍ以下とした正方形の範囲内に収まる大きさである請求項１又は２に記載の弾性接点。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載された弾性接点が複数個、電気的に分離された状態で支持基板に固定支持されていることを特徴とする接点基板。
5. 以下の工程を有することを特徴とする弾性接点の製造方法。
   無電解メッキ法にて、Ｎｉ−Ｘ（ただしＸは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅ，Ｂのうちいずれか一種以上）からなるアモルファス状態のＮｉＸ層を形成する工程、
   前記ＮｉＸ層の表面に、無電解メッキ法にて、Ｎｉ−Ｘ（ただしＸは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅ，Ｂのうちいずれか一種以上）からなり、元素Ｘの含有量が前記ＮｉＸ層よりも少ない結晶質状態の下地層を形成する工程、
   前記下地層の表面に、無電解メッキ法にて、ＰｄあるいはＰｄ合金の金属層を形成する工程。
6. 元素ＸにＰを選択し、前記ＮｉＸ層のＰの含有量を、９〜３０質量％の範囲内で調整し、前記下地層のＰの含有量を３〜８質量％の範囲内で調整する請求項５記載の弾性接点の製造方法。
7. 各弾性接点を、縦横の長さを０．５ｍｍ以下とした正方形の範囲内に収まるように形成する請求項５又は６に記載の弾性接点の製造方法。
8. 請求項５ないし７のいずれかに記載の製造方法にて形成された弾性接点を複数個、固定支持した接点基板の製造方法において、
   芯部を複数、個々に電気的に分離して形成し、各芯部を支持基板に支持する工程、を有し、
   各芯部の表面に、前記ＮｉＸ層、前記下地層及び前記金属層を無電解メッキ法にて積層メッキすることを特徴とする接点基板の製造方法。

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