JP6112792B2

JP6112792B2 - 電気接触子の使用方法及び電気接触子

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Publication number: JP6112792B2
Application number: JP2012154077A
Authority: JP
Inventors: 享弘小田; 賢太朗早川; 貴史森成
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Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2017-04-12
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Description

この発明は、半導体装置（以下「ＩＣパッケージ」という）等の電気部品に電気的に接続される電気接触子の使用方法及び、この方法に用いる電気接触子に関するものである。

従来から、この種の電気接触子としては、電気部品用ソケットとしてのＩＣソケットに設けられたコンタクトピンが知られている。このＩＣソケットは、配線基板上に配置されると共に、検査対象であるＩＣパッケージが収容されるようになっており、このＩＣパッケージの端子と、配線基板の電極とが、そのコンタクトピンを介して電気的に接続されるようになっている。

そのコンタクトピンは接触部がＡｕメッキ（極微量のＣｏが添加されている）層で、下地層がＮｉで成形されており、一方のＩＣパッケージ端子は鉛が設けられていない、主成分が錫でできている、いわゆる鉛フリー半田により形成されたものがあり、これらが接触されることにより、互いに電気的に接続されて、バーンイン試験が行われるようになっている。

この種のものとしては、特許文献１に記載されたようなものがある。

特表２００５−５０４９６２号公報

しかしながら、このような従来のものにあっては、バーンイン試験を繰り返すことにより、電気抵抗値が早期の段階で大きくなってしまい、適切な試験を行えない場合があった。なお、ＩＣパッケージ端子とコンタクトピンとの接触荷重を上げることで、ある程度、電気抵抗値の増加を抑えられるが、接触荷重の上昇には、制約があり、電気抵抗値の増加抑制には限界があった。

そこで、この発明は、バーンイン試験を繰り返し行っても、電気抵抗値の上昇を抑制し、適切な試験が行える電気接触子の使用方法及びこの方法に用いる電気接触子を提供することを課題としている。

かかる課題を達成するために、この発明は、バーンイン試験を繰り返し行っても、電気抵抗値の上昇を抑制し、適切な試験が行える電気接触子の使用方法及びこの方法に用いる電気接触子を提供することを課題としている。

かかる課題を達成するために、本発明者らは鋭意検討した結果、以下のことを見出した。すなわち、従来では、コンタクトピンの接触部がＡｕメッキ層で、下地層がＮｉで成形されているため、鉛フリー半田の端子を有するＩＣパッケージを対象としたバーンイン試験を繰り返すうちにＡｕが端子側に溶け込んでＡｕメッキ層が無くなり、下地層Ｎｉが露出するようになる。そして、Ｎｉが空気中で酸化し、比抵抗の大きい酸化被膜を作る。その結果、コンタクトピンの端子に対する接触部分の電気抵抗値が大きくなることを見出した。

このことにより、本発明者らは、電気接触子側の接触部が電気部品端子側に溶け込まず、下地層Ｎｉが露出しないように、電気部品端子の半田中のＳｎがバーンイン環境（高温）下で、電気接触子側に転写するようにし、且つ、接触部中に拡散して表面にＳｎが酸化物として蓄積され難いようにすれば、繰り返して使用しても、接触部分の電気抵抗の早期の上昇が抑制されるものと考えた。

そこで、請求項１に記載の発明は、バーンイン環境下において電気部品の端子を電気接触子に直接接触させることによって電気的に接続する第１ステップと、該電気部品の該端子を該電気接触子から引き離す第２ステップとを、該電気部品を交換しつつ繰り返し行う、電気接触子の使用方法であって、少なくとも前記端子に接触する前記電気接触子の接触部に、前記端子の表面の半田に含まれるＳｎ（錫）が拡散する接点材料を設けると共に、該接点材料を、前記半田より引っ張り強度が高く、且つ、前記Ｓｎが拡散した合金においても前記半田より引っ張り強度が高くすることにより、前記第２ステップで、前記電気部品の該端子を前記電気接触子から引き離すときに、前記接触部の表面部分が引き剥がされることを防止し、前記接点材料は、Ｐｄ（パラジウム）−Ａｇ（銀）合金のメッキ層、Ａｇメッキ層及びＰｄ−Ａｇ合金のメッキ層が積層されたもの、Ａｇメッキ層及びＰｄメッキ層が積層されたもの、又は、Ａｇ−Ｓｎ合金のメッキ層から形成されている電気接触子の使用方法としたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電気接触子の使用方法に用いる電気接触子としたことを特徴とする。

上記発明によれば、バーンイン環境下で、この電気接触子が接触する電気部品端子の半田中のＳｎが、接触部に転写して拡散することから、この接触部の成分が電気部品端子側に溶け込むことなく、下地層が露出しないと共に、接触部表面にＳｎが酸化物として蓄積され難い。また、電気接触子の接触部の引っ張り強度が半田より強いため、電気部品を取り出す際に、電気接触子の接触部と電気部品端子との境界面で引き剥がされる。したがって、電気部品端子側に接触部表面の金属が引き剥がされて持って行かれることが無く、下地層が露出せずに、低抵抗を保つことができる。これらの結果、バーンイン試験を繰り返しても、電気接触子の接触部分の電気抵抗の早期の上昇を抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係るＡｇ−Ｐｄメッキによるコンタクトピンの接触部を示す拡大模式断面図である。同実施の形態１に係るプローブを示す図である。同実施の形態１に係る半田試料を示す図である。従来のプローブの接触部の断面分析結果を示す拡大断面図である。従来のプローブの接触部の表面分析結果を示す拡大図である。従来のプローブの接触部のサイクルと電気抵抗値との関係を示すグラフ図である。同実施の形態１に係るＡｇ−Ｐｄメッキによるプローブの接触部の断面分析結果を示す拡大断面図である。同実施の形態１に係るＡｇ−Ｐｄメッキによるプローブの接触部のサイクルと電気抵抗値との関係を示すグラフ図である。同実施の形態１に係るイオンプレーティングによるプローブの接触部の断面分析結果を示す拡大断面図である。同実施の形態１に係るイオンプレーティングによるプローブの接触部のサイクルと電気抵抗値との関係を示すグラフ図である。この発明の変形例を示す図１に相当するコンタクトピン接触部の拡大模式断面図である。この発明の他の変形例を示す図１に相当するコンタクトピン接触部の拡大模式断面図である。この発明の他の変形例を示す図１に相当するコンタクトピン接触部の拡大模式断面図である。この発明の他の変形例を示す図１に相当するコンタクトピン接触部の拡大模式断面図である。この発明の他の変形例を示す図１に相当するコンタクトピン接触部の拡大模式断面図である。この発明の他の変形例を示す図１に相当するコンタクトピン接触部の拡大模式断面図である。この発明の実施の形態２に係るＡｇ−Ｓｎメッキによるコンタクトピンの接触部を示す拡大模式断面図である。従来のプローブの接触部の断面分析結果を示す拡大断面図である。従来のプローブの接触部のサイクルと電気抵抗値との関係を示すグラフ図である。同実施の形態２に係るＡｇ−Ｓｎメッキによるプローブの接触部の断面分析結果を示す拡大断面図である。同実施の形態２に係るＡｇ−Ｓｎメッキによるプローブの接触部のサイクルと電気抵抗値との関係を示すグラフ図である。この発明の実施の形態３に係るコンタクトピン接触部を示す概略断面図である。評価試験用のプローブを示す図である。評価試験用の半田試料を示す図である。従来のプローブの接触部の断面分析結果を示す拡大断面図である。従来のプローブの接触部のサイクルと抵抗値との関係を示すグラフ図である。上記実施の形態３に係る接点材料がＰｄ−Ａｇ合金のプローブの接触部の断面分析結果を示す拡大断面図である。上記実施の形態３に係る接点材料がＰｄ−Ａｇ合金のプローブの接触部のサイクルと抵抗値との関係を示すグラフ図である。

以下、この発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］

図１乃至図１０には、この発明の実施の形態１を示す。

この実施の形態１の電気接触子は、ここでは、バーンイン試験用のＩＣソケット（電気部品用ソケット）に配設されるコンタクトピン１１で、このコンタクトピン１１を介して、バーンイン試験時に、「電気部品」であるＩＣパッケージと配線基板とを電気的に接続するようにしている。

このＩＣパッケージは、方形状のパッケージ本体の下面に多数の端子が設けられ、この端子は、主成分がＳｎで鉛を含まないいわゆる鉛フリー半田により成形されている。

そのＩＣソケットは、配線基板上に取り付けられるソケット本体を有し、このソケット本体に、複数のコンタクトピン１１が配設されている。

そのコンタクトピン１１は、図１に示すように、基材１２と、下地層１３と、接触部１４とから構成されている。その基材１２は、導電性を有する材料から成形され、ここでは、リン青銅から成形されている。また、下地層１３は、２〜３μｍのＮｉメッキにより成形されている。

さらに、接触部１４は、熱を加えることによりＳｎが溶け込む材料、ここでは、１μｍ程度のＰｄ−Ａｇメッキ層から構成され、ＰｄとＡｇとの重量比は、Ａｇが大きく設定されている。

このＰｄ−Ａｇメッキ層は、例えばメッキによる製法又はイオンプレーティングによる製法により成形されている。

そのメッキによる製法は、下地層１３としてＮｉメッキ２〜３μｍを施し、その上に密着層としてストライクＡｕメッキをした上で、接触部１４としてＰｄメッキ０．５μｍとＡｇメッキ０．５μｍを交互に重ねた後恒温槽にて所定の温度でＰｄ及びＡｇを熱拡散させるものである。このときＰｄとＡｇとの重量比は、Ｐｄ：Ａｇ＝５４：４６であるが、この比は、Ｐｄメッキ層及びＡｇメッキ層の膜厚を調整することで自由に変えることができる。

また、イオンプレーティングによる製法は、下地層１３としてＮｉメッキ２〜３μｍを施し、その上に接触部１４としてＰｄ及びＡｇをイオンプレーティングにより１μｍ付着させた。この場合、ＰｄとＡｇとの重量比は、Ｐｄ：Ａｇ＝３６：６４で、Ａｇの方が大きい。

これによれば、かかるコンタクトピン１１を、ＩＣパッケージの端子に接触させ、バーンイン試験を繰り返し行うことにより、従来では、コンタクトピン１１の電気抵抗値が早期に上昇していたが、この実施の形態では、電気抵抗値の上昇を抑制できて、バーンイン試験を適性に行うことができる。

すなわち、従来では、コンタクトピン１１の接触部１４がＡｕメッキ層で、下地層１３がＮｉで成形されているため、鉛フリー半田の端子を有するＩＣパッケージを対象としたバーンイン試験を繰り返すうちにＡｕが端子側に溶け込んでＡｕメッキ層が無くなり、下地層１３のＮｉが露出するようになる。そして、Ｎｉが空気中で酸化し、比抵抗の大きい酸化被膜を作る。その結果、コンタクトピン１１の端子に対する接触部分の電気抵抗値が大きくなっていた。

しかし、この実施の形態では、コンタクトピン１１の接触部１４にＰｄとＡｇからなるメッキ層を設けたため、バーンイン環境下（８０℃〜１７０℃）で、ＩＣパッケージ端子の半田中のＳｎが、コンタクトピン１１の接触部１４に転写して拡散する。従って、ＰｄとＡｇがＩＣパッケージ端子側に溶け込むことなく、下地層１３のＮｉが露出しないと共に、接触部１４の表面にＳｎが酸化物として蓄積され難い。

してみれば、バーンイン試験を繰り返しても、コンタクトピン１１の接触部分の電気抵抗の早期の上昇が抑制されることとなる。

次に、この発明の効果を裏付ける評価試験について説明する。

ここでは、バーンイン試験における従来のＡｕメッキのプローブ１７と、この発明に係る上記接触部がＰｄ−Ａｇメッキ層であるプローブ１８との電気抵抗値増加傾向を比較した。
（１）試験内容

実際のコンタクトピンを用いた実装試験ではなく、単純な形状のプローブ及び半田試料を用いたモデル試験とする。理由は、接触部の材料特性をより正確に評価するためである。つまり、電気部品用ソケットにコンタクトピンを配設した状態での接触では、不安定要素が多く、試験条件再現の信頼性に問題があると考えられる。

本モデル試験で用いるプローブ及び半田試料は次の仕様とする。
（２）Ａｕプローブ仕様

基材にリン青銅を使用する。

プローブ１７の形状は、図２に示すように、接触部１７ａがＲ形状に形成されている。

この接触部１７ａの管理及び製法は、基材先端部を＃１２００粗さの研磨紙で研磨の後、＃４０００粗さの研磨紙で仕上げた上で、Ｎｉメッキ２〜３μｍを施し、その上にＡｕメッキ０．８μｍを施す。
（３）Ｐｄ−Ａｇプローブ仕様

基材にリン青銅を使用する。

プローブ１８の形状は、図２に示すように、接触部１８ａがＲ形状に形成した。

この接触部１８ａの管理及び製法は、メッキによる製法とイオンプレーティングによる製法で行った。

メッキによる製法：基材先端部を＃１２００粗さの研磨紙で研磨の後、＃４０００粗さの研磨紙で仕上げた上で、Ｎｉメッキ２〜３μｍを施し、その上に密着層としてストライクＡｕメッキをした上で、Ｐｄメッキ０．５μｍとＡｇメッキ０．５μｍを交互に重ねた後恒温槽にて所定の温度でＰｄ及びＡｇを熱拡散させた。このときＰｄとＡｇとの重量比は、Ｐｄ：Ａｇ＝５４：４６である。

イオンプレーティングによる製法：基材先端部を＃１２００粗さの研磨紙で研磨の後、＃４０００粗さの研磨紙で仕上げた上で、Ｎｉメッキ２〜３μｍを施し、その上にＰｄ及びＡｇをイオンプレーティングにより１μｍ付着させた。この場合、ＰｄとＡｇとの重量比は、Ｐｄ：Ａｇ＝３６：６４とした。
（４）半田試料仕様

基材にリン青銅を使用した。

半田試料２０の形状は、図３に示すように、長手方向に直交する方向の断面が略半円形状（かまぼこ形状）とした。

製法：基材にバリア層としてＮｉメッキ２〜３μｍを施した上に、鉛フリー半田メッキ１０μｍを施す。
（５）測定方法
・抵抗値測定法：４端子法により行った。
・試験条件
接触加重：３０ｇ（分銅による管理）
摺動距離：０．５ｍｍ（一方向）
周囲温度：室温〜１５０℃
電流：８０ｍＡ
・試験サイクル

ａ．プローブ接触部１７ａ，１８ａを半田試料２０に接触
ｂ．プローブ接触部１７ａ，１８ａを半田試料２０に対し摺動
ｃ．プローブ接触部１７ａ，１８ａの抵抗値測定
ｄ．プローブ１７，１８を１５０℃まで昇温
ｅ．６時間１５０℃を保つ
ｆ．室温まで降温
ｇ．非接触状態で３０分放置
ｈ．プローブ接触部１７ａ，１８ａを半田試料２０の新しい面に移動
上記ａ〜ｈを４０サイクル
（６）接触部断面分析

上記試験サイクルを行い、各プロ−ブ１７，１８の接触部１７ａ，１８ａの分析を行った。

Ａｕメッキのプローブ１７では、バーンイン試験を繰り返すと、Ａｕが半田試料２０側に溶け込んで無くなり、下地層Ｎｉが露出する部分が生じた。

すなわち、図４は、プローブ１７の接触部１７ａの転写後における８０００倍の断面分析結果を示す。（ａ）はコンポ像を示し、色の薄い部分がプローブ１７の断面を示し、（ｂ）の色の薄い部分がＡｕを示し、（ｃ）の色の薄い部分がＳｎを示し、（ｄ）の色の薄い部分がＮｉを示す。また、図５には、プローブ１７の接触部１７ａの表面を示し、色の薄い部分がＮｉを示す。これらの図から、Ｎｉが接触部１７ａの表面の露出していることが分かる。

そして、このようにＮｉが露出することにより、このＮｉが空気中で比抵抗の大きい酸化皮膜を作るため、電気的接触抵抗が増加するものと考えられる。

これを裏付けるものとして、測定結果による図６のサイクル数と電気抵抗値との関係を示すグラフがある。このグラフは、上記プローブ１７の４つのサンプルを用い、サイクル毎に接触部１７ａの電気抵抗値を測定したものであり、このグラフを観れば、サイクル数が増加するに従って、電気抵抗値も増加していることが分かる。

一方、Ｐｄ−Ａｇメッキのプローブ１８では、半田試料２０のＳｎがプローブ１８に転写し、拡散してＡｇ及びＰｄとの合金層を形成することにより、Ｎｉが露出せず、且つ、Ｓｎが酸化物として接触部１８ａに蓄積され難いことが考えられる。接触部１８ａは比較的電気抵抗値の低い、Ｓｎ−Ｐｄ−Ａｇの合金あるいは偏析したＡｇとなる。

すなわち、図７は、プローブ１８の接触部１８ａの転写後における８０００倍の断面分析結果を示す。（ａ）はコンポ像を示し、色の薄い部分がプローブの断面を示し、（ｂ）の色の薄い部分がＡｇを示し、（ｃ）の色の薄い部分がＰｄを示し、（ｄ）の色の薄い部分がＳｎを示し、全体的に拡散しており、（ｅ）の色の薄い部分がＮｉを示す。

これによれば、図７（ｅ）に示すように、Ｎｉが接触部１８ａの表面に露出しておらず、又、図７（ｄ）に示すように、Ｓｎは内部に拡散していることが分かる。

このＳｎの拡散過程で、Ｐｄ−Ａｇメッキのプローブ１８の接触部１８ａ表面に存在するであろう各種金属の酸化膜が破壊されることが予想される。また、このＳｎ拡散部分は、酸化してもその酸化膜が、Ｎｉの酸化膜に比較し、半田試料２０との接触により物理的に破壊され易いことが考えられる。

そして、このことにより、接触部１８ａの電気的な接触抵抗の増加が抑制されるものと考えられる。

これを裏付けるものとして、測定結果による図８のサイクル数と電気抵抗値との関係を示すグラフがある。このグラフは、上記プローブ１８の２つのサンプルを用い、サイクル毎に接触部１８ａの電気抵抗値を測定したものであり、このグラフを観れば、サイクル数が増加しても、電気抵抗値が増加していないことが分かる。

また、図９には、Ｐｄ−Ａｇイオンプレーティングによる、接触部断面分析の結果を示すが、Ｐｄ−Ａｇメッキの場合と略同様に、Ｎｉが接触部の表面に露出しておらず、又、Ｓｎは内部に拡散していることが分かる。

そして、図１０に示すグラフによれば、サイクル数が増加しても、電気抵抗値が増加していないことが分かる。

ここで、図１１乃至図１６には、それぞれ、発明の実施の形態１の異なる変形例を示す。

図１１に示すコンタクトピン１１は、Ｐｄ−Ａｇメッキ層１４ａと下地層１３との間に、Ｐｄメッキ層１４ｂが形成され、図１２に示すコンタクトピン１１は、Ｐｄ−Ａｇメッキ層１４ａと下地層１３との間に、Ａｇメッキ層１４ｃが形成され、図１３に示すコンタクトピン１１は、Ｐｄ−Ａｇメッキ層１４ａの上に、Ｐｄメッキ層１４ｂが形成され、図１４に示すコンタクトピン１１は、Ｐｄ−Ａｇメッキ層１４ａの上に、Ａｇメッキ層１４ｃが形成され、図１５に示すコンタクトピン１１は、下地層１３の上に、Ｐｄメッキ層１４ｂとＡｇメッキ層１４ｃとが順に積層され、図１６に示すコンタクトピン１１は、下地層１３の上に、Ａｇメッキ層１４ｃとＰｄメッキ層１４ｂとが順に積層されている。

このようなものにあっても、コンタクトピン１１の接触部１４にＰｄとＡｇからなるメッキ層を設けたため、バーンイン環境下（８０℃〜１７０℃）で、ＩＣパッケージ端子の半田中のＳｎが、コンタクトピン１１の接触部１４に転写して拡散する。従って、ＰｄとＡｇがＩＣパッケージ端子側に溶け込むことなく、下地層１３のＮｉが露出しないと共に、接触部１４の表面にＳｎが酸化物として蓄積され難い。その結果、バーンイン試験を繰り返しても、コンタクトピン１１の接触部分の電気抵抗の早期の上昇が抑制されることとなる。
［発明の実施の形態２］

図１７乃至図２１には、この発明の実施の形態２を示す。

この実施の形態２のコンタクトピン１１は、図１７に示すように、基材１２と、下地層１３と、接触部１４とから構成されている。その基材１２は、導電性を有する材料から成形され、ここでは、リン青銅から成形されている。また、下地層１３は、２〜３μｍのＮｉメッキにより成形されている。

さらに、接触部１４は、熱を加えることによりＳｎが溶け込む材料、ここでは、１μｍ程度のＡｇ−Ｓｎ（Ａｇ１０ｗｔ％）メッキ層から構成され、ＡｇとＳｎとの重量比は、Ａｇが８０％以上に設定されている。

このＡｇ−Ｓｎメッキ層は、例えばメッキによる製法又はイオンプレーティングによる製法により成形されている。

しかし、この実施の形態では、コンタクトピン１１の接触部１４にＡｇとＳｎとからなるメッキ層を設けたため、バーンイン環境下（８０℃〜１７０℃）で、ＩＣパッケージ端子の半田中のＳｎが、コンタクトピン１１の接触部１４に転写して拡散する。従って、ＡｇとＳｎとがＩＣパッケージ端子側に溶け込むことなく、下地層１３のＮｉが露出しないと共に、接触部１４の表面にＳｎが酸化物として蓄積され難い。

ここでは、バーンイン試験における従来のＡｕメッキのプローブ１７と、この発明に係る上記接触部がＰｄーＡｇメッキ層であるプローブ１８との電気抵抗値増加傾向を比較した。
（１）試験内容

基材にリン青銅を使用する。

プローブ１７の形状は、前述の図２に示すように、接触部１７ａがＲ形状に形成されている。

この接触部１７ａの管理及び製法は、基材先端部を＃１２００粗さの研磨紙で研磨の後、＃４０００粗さの研磨紙で仕上げた上で、Ｎｉメッキ２〜３μｍを施し、その上にＡｕメッキ０．８μｍを施す。
（３）Ａｇ−Ｓｎプローブ仕様

基材にリン青銅を使用する。

プローブ１８の形状は、前述の図２に示すように、接触部１８ａがＲ形状に形成した。

メッキによる製法：基材先端部を＃１２００粗さの研磨紙で研磨の後、＃４０００粗さの研磨紙で仕上げた上で、Ｎｉメッキ２〜３μｍを施し、その上にＡｇ−Ｓｎ（Ａｇ１０Ｗｔ％）メッキ１．０μｍを施した。
（４）半田試料仕様

基材にガラスエポキシを使用した。

半田試料２０の形状は、前述の図３に示すように、長手方向に直交する方向の断面が略半円形状（かまぼこ形状）とした。

製法：ガラスエポキシ基板にＡｕをプリントし、その上に鉛フリー（Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ）ペースト半田をスクリーン印刷しリフローした。
（５）測定方法
・抵抗値測定法：４端子法により行った。
・試験条件
接触加重：１５ｇ（分銅による管理）
周囲温度：室温〜１５０℃
電流：８０ｍＡ
・試験サイクル
a ．プローブ接触部１７ａ，１８ａを半田試料２０に接触
b ．プローブ接触部１７ａ，１８ａの抵抗値測定
c ．プローブ１７，１８を１５０℃まで昇温
d ．６時間１５０℃を保つ
e ．室温まで降温
f ．非接触状態で３０分放置
g ．プローブ接触部１７ａ，１８ａを半田試料２０の新しい面に移動
上記ａ〜gを４０サイクル
（６）試験全体の流れ
a ．プローブ接触部１７ａ，１８ａをマイクロスコープにより観察及び撮影
b ．前述した試験サイクルを繰り返す。１５サイクル毎に半田試料２０を新しいものに交換する。その際、プローブ先端の接触部１７ａ，１８ａおよび半田試料２０の接触痕をマイクロスコープにより観察及び撮影
c ．４０サイクルで終了。プローブ先端の接触部１７ａ，１８ａおよび半田試料２０の接触痕をマイクロスコープにより観察及び撮影
d ．プローブ先端の接触部１７ａ，１８ａ表面の元素分析
e ．プローブ先端の接触部１７ａ，１８ａ断面の元素分析
（７）接触部断面分析

すなわち、図１８は、プローブ１７の接触部１７ａの転写後における８０００倍の断面分析結果を示す。（ａ）はコンポ像を示し、色の多少薄い部分がプローブ１７の断面を示し、（ｂ）の色の薄い部分がＡｕを示し、（ｃ）の色の薄い部分がＳｎを示し、（ｄ）の色の薄い部分がＮｉを示す。これらの図から、Ｎｉが接触部１７ａの表面の露出していることが分かる。

そして、このようにＮｉが露出することにより、このＮｉが空気中で比抵抗の大きい酸化被膜を作るため、接触抵抗値が増加するものと考えられる。

これを裏付けるものとして、測定結果による図１９のサイクル数と電気抵抗値との関係を示すグラフがある。このグラフは、上記プローブ１７の４つのサンプルを用い、サイクル毎に接触部１７ａの電気抵抗値を測定したものであり、このグラフを観れば、サイクル数が増加するに従って、電気抵抗値も増加していることが分かる。

一方、Ａｇ−Ｓｎメッキのプローブ１８では、表層部分が無くなることはなく、プローブ１８側の下地Ｎｉが露出することはない。これが低抵抗を保つ一つの理由と考えられる。Ａｇ−Ｓｎメッキのプローブ１８では、プローブ１８側の接触部１８ａと半田試料２０側の接触部との間で生じる物質の転写は、半田試料２０側の接触部１８ａからプローブ１８側の接触部へのＳｎの拡散であることが図２０から予想される。このＳｎの拡散過程で、接触部表面の各種金属の酸化物層が破壊されることが予想され、これが低抵抗を保つもう一つの理由として考えられる。また、Ａｇ−Ｓｎメッキのプローブ１８側の接触部１８ａのＳｎ拡散部分は、酸化してもその酸化被膜が、Ｎｉの酸化被膜に比較し、半田試料２０との接触により物理的に破壊されやすいことが考えられる。

すなわち、図２０は、プローブ１８の接触部１８ａの転写後における８０００倍の断面分析結果を示す。（ａ）はコンポ像を示し、色の薄い部分がプローブの断面を示し、（ｂ）の色の薄い部分がＡｇを示し、（ｃ）の色の薄い部分がＳｎを示し、（ｄ）の色の薄い部分がＮｉを示す。

これによれば、図２０（ｄ）に示すように、Ｎｉが接触部１８ａの表面に露出しておらず、又、図２０（ｃ）に示すように、Ｓｎは内部に拡散していることが分かる。

これを裏付けるものとして、測定結果による図２１のサイクル数と電気抵抗値との関係を示すグラフがある。このグラフは、上記プローブ１８の２つのサンプルを用い、サイクル毎に接触部１８ａの電気抵抗値を測定したものであり、この図２１のグラフと従来の図１９のグラフとを比較すれば、図２１に示すものの方がサイクル数が増加しても、電気抵抗値が増加していないことが分かる。
［発明の実施の形態３］

図２２には、この発明の実施の形態３を示す。

この実施の形態３の電気接触子は、ここでは、バーンイン試験用のＩＣソケット（電気部品用ソケット）に配設されるコンタクトピンで、このコンタクトピンを介して、バーンイン試験時に、「電気部品」であるＩＣパッケージと配線基板とを電気的に接続するようにしている。

このＩＣパッケージは、例えば方形状のパッケージ本体の下面に多数の端子が設けられ、この端子は、主成分がＳｎで鉛を含まない、いわゆる鉛フリー半田により成形されている。

そのＩＣソケットは、配線基板上に取り付けられるソケット本体を有し、このソケット本体に、複数のコンタクトピンが配設されている。

このコンタクトピンは、端子２１５に接触する接触部２１０が、図２２に示すように、銅（Ｃｕ）の基材２１１と、この基材２１１の表面側に設けられたＮｉ（ニッケル）メッキ層２１２と、このＮｉメッキ層２１２の表面側に設けられた接点材料２１３とから構成されている。

この接点材料２１３は、半田に含まれるＳｎが拡散する材料で、この接点材料２１３は、鉛フリー半田より引っ張り強度が高く、且つ、Ｓｎが拡散した合金においても鉛フリー半田より引っ張り強度が高くなるような材料が選択されている。

その接点材料２１３としては、例えばＰｄ（パラジウム）−Ａｇ（銀）合金のメッキ層、Ａｇメッキ層及びＰｄ−Ａｇ合金のメッキ層が積層されたもの、Ａｇメッキ層及びＰｄメッキ層が積層されたもの、又は、Ａｇ−Ｓｎ合金のメッキ層から形成されている材料等が用いられている。

そして、接点材料２１３であるＰｄ−Ａｇ合金の引っ張り強度は、５００ＭＰａ前後である。これに対して、半田の強度は、５０ＭＰａ程度であり、接点材料２１３であるＰｄ−Ａｇ合金にＳｎが拡散した場合の合金の引っ張り強度も、半田の引っ張り強度より高い。勿論、Ａｇメッキ層及びＰｄ−Ａｇ合金のメッキ層が積層されたもの、Ａｇメッキ層及びＰｄメッキ層が積層されたもの、又は、Ａｇ−Ｓｎ合金のメッキ層の引っ張り強度、及び、これらとＳｎとの合金の引っ張り強度は、半田の引っ張り強度よりも高い。

これによれば、かかるコンタクトピンを、ＩＣパッケージの端子２１５に接触させ、バーンイン試験を繰り返し行うことにより、従来では、コンタクトピンの電気抵抗値が早期に上昇していたが、この実施の形態では、電気抵抗値の上昇を抑制できて、バーンイン試験を適性に行うことができる。

すなわち、従来では、コンタクトピンの接触部がＡｕメッキ層で、下地層がＮｉで成形されているため、鉛フリー半田の端子を有するＩＣパッケージを対象としたバーンイン試験を繰り返すうちにＡｕが端子側に溶け込んでＡｕメッキ層が無くなり、下地層のＮｉが露出するようになる。そして、Ｎｉが空気中で比抵抗の大きい酸化被膜を作るため、コンタクトピンの端子に対する接触部分の電気抵抗値が増加するものと考えられる。

しかし、この実施の形態では、コンタクトピンの接触部２１０を半田に含まれるＳｎが拡散する接点材料２１３で形成することにより、Ｓｎが接触部２１０の内部まで拡散し、接触部２１０表面にＳｎが酸化物として蓄積され難くなる。

また、この接点材料２１３は、コンタクトピンの接触部２１０の引っ張り強度が半田より強いため、電気部品を取り出す際に、結果として、コンタクトピンの接触部２１０と電気部品端子２１５との境界面で引き剥がされることとなり、電気部品端子２１５側に接触部２１０表面の金属が引き剥がされて持って行かれることが無く、下地層であるＮｉメッキ層２１２が露出せずに、低抵抗を保つため、バーンイン試験を繰り返しても、接触部２１０の電気抵抗の早期の上昇を抑制できる。

ここでは、バーンイン試験における従来のＡｕメッキのプローブ２１７と、この発明に係る上記接触部２１０の接点材料２１３（Ｐｄ−Ａｇ）が設けられたプローブ２１８との電気抵抗値増加傾向を比較した。
（１）試験内容

実際のコンタクトピンを用いた実装試験ではなく、単純な形状のプローブ２１７，２１８及び半田試料２２０を用いたモデル試験とする。理由は、接触部の材料特性をより正確に評価するためである。つまり、電気部品用ソケットにコンタクトピンを配設した状態での接触では、不安定要素が多く、試験条件再現の信頼性に問題があると考えられる。

本モデル試験で用いるプローブ２１７，２１８及び半田試料２２０は次の仕様とする。
（２）Ａｕプローブ仕様（従来）

基材にリン青銅を使用する。

プローブ２１７の形状は、図２３に示すように、接触部２１７ａが９０度の角度に形成されている。

この接触部２１７ａの管理及び製法は、基材先端部を＃１２００粗さの研磨紙で研磨の後、＃４０００粗さの研磨紙で仕上げる。その後、Ｎｉメッキ２〜３μｍを施し、その上にＡｕメッキ０．８μｍを施す。
（３）Ｐｄ−Ａｇプローブ仕様

基材にリン青銅を使用する。

プローブ２１８の形状は、図２３に示すように、接触部２１８ａが９０度の角度に形成されている。

この接触部２１８ａの管理及び製法は、基材先端部を＃１２００粗さの研磨紙で研磨の後、＃４０００粗さの研磨紙で仕上げる。その後、Ｎｉメッキ２〜３μｍを施し、その上にＰｄ−Ａｇメッキを２〜３μｍ施している。ＰｄとＡｇとの重量比は、６：４である。
（４）半田試料仕様

基材にガラスエポキシを使用した。

半田試料２２０は、図２４に示すように、ガラエポ基板にＣｕ／ＮｉＡｕをプリントし、その上に鉛フリー（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ，重量比９６．５：３：０．５）ペースト半田をスクリーン印刷し、リフローして表面張力により、接触部２０ａを形成した。
（５）測定方法

・抵抗値測定法：４端子法により行った。
・試験条件
接触加重：１５ｇ（分銅による管理）
周囲温度：室温〜１５０℃
電流：８０ｍＡ
・試験サイクル
ａ．プローブ接触部２１７ａ，２１８ａを半田試料２２０に接触
ｂ．プローブ接触部２１７ａ，２１８ａの抵抗値測定
ｃ．プローブ２１７，２１８を１５０℃まで昇温
ｄ．６時間１５０℃を保つ
ｅ．室温まで降温
ｆ．非接触状態で３０分放置
ｇ．プローブ接触部２１７ａ，２１８ａを半田試料２２０の新しい面に移動
上記ａ〜ｇを４０サイクル
（６）接触部断面分析

上記試験サイクルを行い、各プロ−ブ２１７，２１８の接触部２１７ａ，２１８ａの分析を行った。

Ａｕメッキのプローブ２１７では、バーンイン試験を繰り返すと、Ａｕが半田試料２２０側に溶け込んでＡｕメッキ層が無くなり、下地層Ｎｉが露出する部分が生じた。

すなわち、図２５は、プローブ２１７の接触部２１７ａの転写後における約８０００倍の断面分析結果を示す。この図２５から、Ｎｉが接触部２１７ａの表面に露出していることが分かる。

そして、このようにＮｉが露出することにより、このＮｉが空気中で比抵抗の大きい酸化被膜を作るため、接触抵抗が増加するものと考えられる。

これを裏付けるものとして、測定結果による図２６のサイクル数と電気抵抗値との関係を示すグラフがある。このグラフは、上記プローブ２１７の４つのサンプルを用い、サイクル毎に接触部２１７ａの電気抵抗値を測定したものであり、このグラフを観れば、サイクル数が増加するに従って、電気抵抗値も増加していることが分かる。

一方、この発明の実施の形態３にかかるＰｄ−Ａｇのプローブ２１８では、半田試料２２０のＳｎがプローブ２１８に転写し、内部まで拡散することにより、接触部２１８ａ表面の各種金属の酸化物層が破壊されることが考えられる。また、プローブ２１８側の接触部２１８ａと半田試料２２０側の接触部２２０ａとの間で生じる物質の移動は、半田試料２２０側の接触部２２０ａからプローブ２１８側の接触部２１８ａへのＳｎの移動であるため、プローブ２１８の表面部分が無くなることはなく、プローブ２１８側に下地層としてＮｉが存在しても、Ｎｉが露出することはない。

すなわち、図２７は、プローブ２１８の接触部２１８ａの転写後における約８０００倍の断面分析結果を示す。この図２７によれば、Ｓｎが内部に拡散していることが分かる。

また、Ｐｄ−Ａｇの接点材料２１３は、強度が半田より強いため、半田試料２２０側に接触部２１８ａ表面の金属が持って行かれることが無く、下地層であるＮｉが露出していないことが分かる。

そして、このことにより、接触部２１８ａの接触抵抗の増加が抑制されるものと考えられる。

これを裏付けるものとして、測定結果による図２８のサイクル数と電気抵抗値との関係を示すグラフがある。このグラフは、上記プローブ２１８の２つのサンプルを用い、サイクル毎に接触部２１８ａの電気抵抗値を測定したものであり、このグラフを観れば、サイクル数が増加しても、電気抵抗値が増加していないことが分かる。

なお、上記実施の形態では、「電気接触子」であるコンタクトピンをＩＣソケットに適用したが、これに限らず、他のものにも適用できる。

11 コンタクトピン
12 基材
13 下地層
14 接触部
14a Ｐｄ−Ａｇメッキ層
14b Ｐｄメッキ層
14c Ａｇメッキ層
120 半田試料
210 接触部
211 基材
212 Ｎｉメッキ層
213,214 接点材料
218 接点材料がＰｄ−Ａｇのプローブ
220 半田試料

Claims

バーンイン環境下において電気部品の端子を電気接触子に直接接触させることによって電気的に接続する第１ステップと、該電気部品の該端子を該電気接触子から引き離す第２ステップとを、該電気部品を交換しつつ繰り返し行う、電気接触子の使用方法であって、
少なくとも前記端子に接触する前記電気接触子の接触部に、前記端子の表面の半田に含まれるＳｎ（錫）が拡散する接点材料を設けると共に、
該接点材料を、前記半田より引っ張り強度が高く、且つ、前記Ｓｎが拡散した合金においても前記半田より引っ張り強度が高くすることにより、
前記第２ステップで、前記電気部品の該端子を前記電気接触子から引き離すときに、前記接触部の表面部分が引き剥がされることを防止し、
前記接点材料は、Ｐｄ（パラジウム）−Ａｇ（銀）合金のメッキ層、Ａｇメッキ層及びＰｄ−Ａｇ合金のメッキ層が積層されたもの、Ａｇメッキ層及びＰｄメッキ層が積層されたもの、又は、Ａｇ−Ｓｎ合金のメッキ層から形成されていることを特徴とする電気接触子の使用方法。
請求項１に記載の電気接触子の使用方法に用いる電気接触子。