JP4003208B2 - 弾性電気接点 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体基板,回路基板,インターポーザー,ICソケット,及びベアチップ検査用ソケット等に用いることができる弾性電気接点の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の弾性電気接点として、特開昭61−259548号記載の技術がある。
図16は、この従来の技術を示す部分断面図である。
図16において、符号201,202,203は、それぞれ半導体基板,アルミ配線,絶縁層であり、半導体基板201のアルミ配線202に弾性電気接点210が電気的に接続されている。
弾性電気接点210は、アルミやニッケルを真空蒸着法によってアルミ配線202に蒸着して形成したバリヤー層211と、バリヤー層211上にシリコンゴムをスクリーン印刷により略半球式に盛って形成した弾性部材212と、弾性部材212の全表面に一様の厚さの金メッキを施して形成した導電性膜としての導電層213とで構成されている。
【0003】
かかる構成により、半導体基板201とガラス基板220とを接近させ、弾性電気接点210とランド221とを接触させた状態で、半導体基板201又はガラス基板220の一方を他方側に押圧することにより、弾性部材212の弾性によって、弾性電気接点210とランド221との確実な電気接続を図るようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の弾性電気接点210では、次のような問題がある。
まず、導電層213が弾性部材212の全表面を覆っているので、導電層213に亀裂が発生して、接続不良を起こし易い。
即ち、弾性電気接点210をランド221上に押圧したときに、導電層213が弾性部材212に追従して変形することで、弾性電気接点210とランド221との確実な電気的接続が図られる。しかし、導電層213の弾性率が弾性部材212の弾性率比べて著しく小さく、しかも、導電層213が弾性部材212の全表面を覆った構造になっているので、弾性電気接点210の押圧時に、導電層213が弾性部材212に追従して変形せず、亀裂などを発生する可能性がある。
次に、導電層213が摩耗して弾性電気接点210が短期間で使い物にならなくなる。即ち、半導体基板201を垂直方向Vに下げて、弾性電気接点210をランド221に接触させるが、実際には、弾性電気接点210とランド221との接触後に、半導体基板201が僅かに水平方向Hに移動する。このため、弾性電気接点210の先端部分である接触部分213aがランド221との摩擦によって摩耗することになる。このとき、導電層213が一様の厚さの薄い金メッキであるので、摩擦の繰り返しによって短期間で導電層213の接触部分213aが摩耗してしまう。この結果、接触部分213aで弾性部材212がむき出しになり、弾性電気接点210が短期間で使用不可能になってしまうおそれがある。
【0005】
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、寿命の長期化と確実な電気的接続が可能な弾性電気接点を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1に係る弾性電気接点は、略半球形状の弾性部材と、この弾性部材の先端面に端部を有し、且つこの先端面から弾性部材の表面に沿って弾性部材の基部側に至り、基部より外方に延出した帯状の導電性膜とを備え、上記弾性部材の基部の肉抜きを行って当該基部に中空部を形成する構成とした。
かかる構成により、半導体基板等の電極に弾性電気接点の導線性膜を接続させた状態で、弾性部材の基部側を半導体基板に取り付け、弾性電気接点の先端部を回路基板のランドなどに接触させると、導電性膜の端部がランドに接触して、回路基板と半導体基板との電気的接続が図られる。半導体基板を回路基板側に押圧すると、弾性電気接点の弾性部材が変形するが、導電性膜が帯状に形成され、弾性部材全面を覆っていないので、導電性膜が弾性部材に追従して変形する。また、弾性部材の基部の肉抜きを行って当該基部に中空部を形成したので、弾性部材の基部側に柔軟性が増加する。
【0007】
さらに、請求項2の発明は、請求項1に記載の弾性電気接点において、導電性膜の端部の膜厚を他の部分の膜厚の1倍〜10倍に設定した構成としてある。
かかる構成により、回路基板のランド等との摩擦により弾性電気接点の導電性膜の端部が完全に摩耗して弾性部材が露出するまでに、端部の膜厚に対応した長期間の使用が可能である。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、発明の前提となる参考形態及び本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
参考形態)
図1は、この発明の前提となる参考形態にかかる弾性電気接点を示す斜視図であり、図2は図1の矢視A−A断面図である。
図に示すように、弾性電気接点1は、弾性部材2と導電性膜3を備えてなる。
【0011】
弾性部材2は、シリコンを半球形状に象って形成したもので、その先端面20から側面21に沿って帯状の導電性膜3が付着されている。
【0012】
導電性膜3は、頭部30(端部)と胴部31と延出部32とよりなり、頭部30の下部層30aと胴部31と延出部32とが、チタン及びパラジウムによって一体に形成されている。
【0013】
頭部30の下部層30aは、円形状をなし、弾性部材2の先端面20の上に付着されている。そして、この下部層30aの上に同形の上部層30bが積層されている。この上部層30bは金メッキにより形成されており、下部層30aと共に頭部30を構成している。
【0014】
導電性膜3の胴部31は、帯状をなし、下部層30aから引き出された状態で、弾性部材2の側面21に沿って基部22に至っている。
延出部32は、上記胴部31から引き出された状態で、弾性部材2の外方に所定長さだけ延出されている。
そして、頭部30の厚さが他の胴部31や延出部32の厚さよりも上部層30bの厚さだけ厚くなっている。この実施形態では、頭部30の厚さTを胴部31(延出部32)の厚さtの2倍に設定した。
【0015】
次に、この参考形態の弾性電気接点1の製造方法について説明する。
弾性電気接点1は、次の弾性部材形成工程と導電性膜形成工程と増厚工程とを経て製造される。
図3,図4,図5は、弾性部材形成工程,導電性膜形成工程,増厚工程をそれぞれ示す順工程図である。
【0016】
まず、弾性部材形成工程においては、図3の(a)に示すように、半球形状の穴100aを有する型100を用意し、同図の(b)に示すように、離型剤101を型100の表面に塗布する。そして、離型剤101が乾燥した後に、同図の(c)に示すように、シリコン2’を型100の穴100a内に充填し、同図の(d)に示すように、絶縁フィルム102をシリコン2’を覆うように貼り付ける。しかる後、シリコン2’が固まって半球形状の弾性部材2を形成した後に、弾性部材2が固着した絶縁フィルム102を型100から剥離することで、弾性部材形成工程を終了する。
【0017】
次に、導電性膜形成工程においては、図4の(a)に示すように、絶縁フィルム102に固着した弾性部材2の上にシャドウマスク103を配置する。図4の(b)は、同図(a)の上方から見た平面図である。この図に示すように、シャドウマスク103は円形孔104aと帯状孔104bとを有したマッチ棒状の孔104が穿設されている。従って、孔104を介して、チタン及びパラジウムを蒸着することで、図4の(c)に示すように、導電性膜3が弾性部材2上に成膜される。具体的には、図4の(d)に示すように、導電性膜3の下部層30aが弾性部材2の先端面に成膜され、胴部31が弾性部材2の側面に成膜される。そして、延出部32が絶縁フィルム102上に成膜されて、導電性膜形成工程が終了する。
【0018】
最後に、増厚工程においては、図5の(a)に示すように、弾性部材2及び導電性膜3を覆うようにして、フォトレジスト105を絶縁フィルム102上に塗布する。そして、同図の(b)に示すように、導電性膜3の下部層30aと対応する部分をエッチングして、孔105aを形成する。図5の(c)は、同図の(b)の上方から見た平面図である。この図に示すように、孔105aは、下部層30aと同形状に設定されている。しかる後、同図の(d)及びこの図の上方から見た平面図(e)に示すように、フォトレジスト105の孔105aを介して金メッキを行い、上部層30bを下部層30a上に付着させることで、増厚工程は終了する。
【0019】
上記のように、弾性部材形成工程,導電性膜形成工程,増厚工程を順次実行した後、最後に、フォトレジスト105を除去することで、図6の(a)及び(b)に示すように、絶縁フィルム102上に載った弾性電気接点1を得ることができる。
【0020】
次に、上記弾性電気接点1の使用について説明する。
図7は、弾性電気接点1をインターポーザに使用した例を示す断面図である。
このインターポーザ110は、一対の弾性電気接点1(1−1,1−2)を絶縁フィルム102の両面に取り付け、これらの弾性電気接点1−1,1−2を絶縁フィルム102のスルーホール102aを介して電気的に連通した構造になっている。
すなわち、内側面に銅箔102bが付着されたスルーホール102aが絶縁フィルム102の所定箇所に複数設けられている。そして、各スルーホール102a近傍両面に、一対の弾性電気接点1−1,1−2が配設され、各弾性電気接点1の延出部32が銅箔102bと電気的に接続されている。
【0021】
図8は、半導体基板としてのICチップとバーンインソケットとを接続するために、インターポーザ110を用いた例を示す断面図である。
図8において、符号111がICチップであり、符号112がバーンインソケットである。
図に示すように、インターポーザ110をバーンインソケット112内に収納すると、インターポーザ110の下側の弾性電気接点1−2がバーンインソケット112のランド112aと接触する。そして、ICチップ111をインターポーザ110の上に載置すると、インターポーザ110の上側の弾性電気接点1−1がICチップ111の電極111aに接触する。
この状態で、ICチップ111とバーンインソケット112とを図示しない押えバネなどで挟持すると、ICチップ111が下降してインターポーザ110を押圧する。
これにより、図9に示すように、弾性電気接点1−1,1−2がインターポーザ110側に圧縮されるので、各弾性電気接点1−1(1−2)の弾性部材2の弾性力によって、弾性電気接点1−1の導電性膜3の上部層30bがICチップ111の電極111aに圧接し、弾性電気接点1−2の上部層30bがバーンインソケット112のランド112aに圧接する。この結果、電極111aとランド112aとが弾性電気接点1−1,1−2の導電性膜3及び絶縁フィルム102の銅箔102bを介して連通し、ICチップ111とバーンインソケット112とがインターポーザ110を介して電気的に接続された状態になる。
【0022】
ところで、ICチップ111が下降すると、弾性電気接点1−1の導電性膜3の頭部30が電極111aによって下方に押圧されると共に、弾性電気接点1−2の導電性膜3の頭部30がランド112aによって上方に押圧される。このとき、弾性電気接点1の導電性膜3が弾性部材2の全面を被覆していないので、弾性部材2の変形に追従して撓むことになる。
すなわち、例えば、導電性膜3が弾性部材2の全面を覆っているとすると、導電性膜3の断面は、図10に示すように、アーチ状の両端支持梁のごとき形状になる。このため、大きな下方力Fが働くと、接線方向の分力FθとFθ’とによる引っ張り力によって、導電性膜3が裂けて亀裂が生じるおそれがある。
これに対して、この実施形態の導電性膜3では、その断面が、図11に示すように、半アーチ状の片持ち梁のような形状をしているので、大きな下方力Fが働くと、その接線方向の分力Fθによる引っ張り力は働かず、導電性膜3が下方に撓むだけである。
このように、この実施形態の弾性電気接点1によれば、弾性電気接点1への押圧時に導電性膜3に亀裂が生じることはないので、弾性電気接点1による確実な電気的接続が可能である。
【0023】
また、ICチップ111のバーンインソケット112への脱着を繰り返すと、導電性膜3の頭部30が電極111aやランド112aの摩擦によって摩耗するが、上記のように、頭部30の厚さTが胴部31(延出部32)の厚さtの2倍に設定されているので、頭部30の大部分が摩耗して弾性部材2の先端部が露出するまでには、相当回数の着脱の繰り返しが必要である。従って、この弾性電気接点1の寿命は、上記した従来の弾性電気接点210の寿命に比べてきわめて長いといえる。
【0024】
本発明の実施形態)
図12は、この発明の実施形態にかかる弾性電気接点を示す斜視図であり、図13は図12の矢視B−B断面図である。
この実施形態の弾性電気接点1’は、図に示すように、弾性部材2の基部22の略半部を肉抜きして形成した中空部22aを有している点が、上記参考形態と異なる。
具体的には、弾性電気接点1’の裏面を示す図14から明らかなように、弾性部材2の基部22底面の略半部を、図13に示すように、弾性部材2の略半部の高さまで切り欠いて、中空部22aを形成している。
このように、この実施形態の弾性電気接点1’によれば、弾性部材2の基部22に中空部22aを有しているので、中空部22aの大きさに応じて、弾性部材2に柔軟性が増加することになる。
【0025】
最後に、この実施形態の弾性電気接点1’に関する製法の一例を説明しておく。
この実施形態の弾性電気接点1’も、図3ないし図5に示した弾性部材形成工程と導電性膜形成工程と増厚工程とを経て製造されるが、弾性部材形成工程において工夫が講じられている。
即ち、図15の(a)に示すように、シリコン2’を型100の穴100a内に充填すると共に、中空部22aと同形のフォトレジスト102cを有した絶縁フィルム102を貼り付ける。この際、フォトレジスト102cが型100の穴100a内に入り込むように、絶縁フィルム102を型100に貼り付ける。しかる後、導電性膜形成工程と増厚工程とを経て、図15の(b)に示すように、弾性部材2と導電性膜3とフォトレジスト102cとを有した弾性電気接点1’を製造するが、この状態では、フォトレジスト102cが残っているので、このフォトレジスト102cを除去することで、図15(c)に示すように、中空部22aを有した弾性電気接点1’を製造することができる。
その他の構成、作用効果は上記参考形態と同様であるので、その記載は省略する。
【0026】
なお、この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、弾性部材2としてシリコンを用いたが、弾性を有するウレタンやゴム等を用いて弾性部材2を形成してもよい。
また、上記実施形態では、導電性膜3の下部層30a等の素材をチタン及びパラジウムで形成したが、ニッケルやアルミニウムで形成することもできる。
また、上記実施形態では、上部層30bの素材金メッキとしたが、これに限らず、高導電性金属であれば、いかなる素材でもよい。
また、上記実施形態では、導電性膜3の頭部30を円形に設定したが、これに限定する意味ではない。頭部30の形状には、六角形などの多角形を含む。
また、上記実施形態では、頭部30の厚さTを胴部31(延出部32)の厚さtの2倍に設定したが、これに限定する意味ではなく、頭部30の厚さTを胴部31等の厚さtの1〜10倍の間の値に設定することができる。
また、上記実施形態では、導電性膜形成工程において、シャドウマスク103の孔104を介して、チタン及びパラジウムを蒸着して、導電性膜3を弾性部材2上に成膜したが、チタン及びパラジウムをスパッタリングして導電性膜3を弾性部材2上に成膜することもできる。
また、上記実施形態では、弾性部材2の略半部の高さまで切り欠いて、中空部22aを形成したが、この中空部22aの大きさや形状は任意である。弾性部材2に対して望まれる柔軟性の度合いに応じて、種々の大きさや形状の設定が可能である。
【0027】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、この発明によれば、弾性電気接点の導電性膜が、弾性部材の変形に追従して変形するので、導電性膜の亀裂が生じることがなく、電気的接続の確実性が向上するという優れた効果がある。
【0028】
また、弾性電気接点の端部の導電性膜厚を他の部分の膜厚の1倍〜10倍に設定することにより、弾性電気接点の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の前提となる参考形態にかかる弾性電気接点を示す斜視図である。
【図2】 図1の矢視A−A断面図である。
【図3】 弾性部材形成工程を示す順工程図である。
【図4】 導電性膜形成工程示す順工程図である。
【図5】 増厚工程を示す順工程図である。
【図6】 絶縁フィルム上に載った弾性電気接点を示す断面図である。
【図7】 弾性電気接点をインターポーザに使用した例を示す断面図である。
【図8】 インターポーザの使用例を示す断面図である。
【図9】 ICチップとバーンインソケットとがインターポーザを介して電気的に接続した状態を示す断面図である。
【図10】 導電性膜の亀裂現象を説明するための模式図である。
【図11】 参考形態の導電性膜の作用を示す模式図である。
【図12】 この発明の実施形態にかかる弾性電気接点を示す斜視図である。
【図13】 図12の矢視B−B断面図である。
【図14】 電気接点の裏面を示す平面図である。
【図15】 実施形態に係る弾性電気接点の製造方法を示す工程図である。
【図16】 従来の技術を示す部分断面図である。
【符号の説明】
1…弾性電気接点
2…弾性部材
3…導電性膜
20…先端面
21…側面
22…基部
22a…中空部
30…頭部
30a…下部層
30b…上部層
31…胴部
32…延出部

Claims (2)

  1. 略半球形状の弾性部材と、
    この弾性部材の先端面に端部を有し、且つこの先端面から弾性部材の表面に沿って弾性部材の基部側に至り、基部より外方に延出した帯状の導電性膜とを備え、
    上記弾性部材の基部の肉抜きを行って当該基部に中空部を形成したことを特徴とする弾性電気接点。
  2. 請求項1に記載の弾性電気接点において、
    上記導電性膜の端部の膜厚を他の部分の膜厚の1倍〜10倍に設定した、
    ことを特徴とする弾性電気接点。
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