KR100907234B1 - 접촉자 부재, 콘택터 및 접촉 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘택터에서, 접촉자 부재를 미세 피치로 배치할 수 있고, 또한, 작은 접촉압으로 확실히 접촉을 취할 수 있다. 접촉자 부재는, 전자 부품을 외부의 회로에 전기적으로 접속한다. 접촉자 부재는, 도전성을 갖는 재료로 거의 구 형상으로 형성된다. 접촉자 부재의 중앙 부분의 분자 밀도는 표면 부근 부분의 분자 밀도보다 낮다. 도전성을 갖는 재료는, 도전성 미립자, 도전성 섬유, 도전성 필러 중 적어도 하나를 포함하는 것이라도 된다.

웨이퍼, 접촉자 부재, 콘택터, 어저스터, 절연성 보호막

Description

접촉자 부재, 콘택터 및 접촉 방법{CONTACTOR MEMBER, CONTACTOR AND CONTACTING METHOD}

본 발명은 전자 부품의 전기적 접속 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는, LSI로 대표되는 반도체 장치의 전극에 접촉하여 전기적 도통을 취하기 위한 미소(微小) 접촉자 및 그와 같은 접촉자에 사용하는 접촉자 부재에 관한 것이다.

최근, 전자 기기의 고성능과 소형화의 요구에 따라, 전자 기기에 탑재되는 LSI 등의 반도체 장치도 고성능과 소형인 것이 요구되고 있다. 따라서, 당해 반도체 장치는 보다 많은 회로를 보다 작은 체적으로 집적화하기 위해서, 배선 패턴을 미세화하고, 웨이퍼의 두께를 얇게 할 필요가 있다.

또한, 보다 고속 동작이 요구되고, 반도체 장치의 배선 패턴을 미세화하여, 회로 간의 배선의 단축화가 도모되고 있다. 또한, 1개의 반도체 장치에, 보다 많은 기능·회로가 집적되기 때문에, 당해 반도체 장치에 설치되는 단자수도 증대하고 있다.

이와 같은 상황에서, 당해 반도체 장치의 시험을 행하기 위해서, 미세하고 다수의 단자에 안전하게 접촉할 수 있는 접촉자를 구비한 소위 콘택터가 요구되고 있다.

LSI 시험용 콘택터는, 사용하고 있는 접촉자별로 분류하면, 1) 침(針) 방식의 콘택터, 2) 스프링 프로브를 접촉자로 한 콘택터, 3) 멤브레인(membrane) 프로브를 접촉자로 한 콘택터, 4) 이방성 도전 고무를 접촉자로 한 콘택터의 4종으로 분류된다.

1) 침 방식의 콘택터

각각의 침(텅스텐 와이어 등에 의해 형성된 침)을 각각 시험하는 LSI의 단자 위치에 있도록 콘택터 기판에 배치하여 형성된다.

1-a) 캔틸레버 방식: 반도체 장치의 전극에 대하여, 침이 상방으로부터 경사진 상태로 연장하도록 구성되어 있다.

1-b) 수직 침 방식: 도전성의 수직으로 기립한 침(막대 형상 부재)을 접촉자로 한다.

1-c) 굴곡 침 방식: 도전성의 수직으로 기립한 침의 중간을 굴곡시켜 탄성을 갖게 한 접촉자를 사용한 콘택터.

2) 스프링 프로브를 접촉자로 한 콘택터

프로브 핀은 반도체 장치의 단자와의 접촉부, 기판과의 접촉부, 및 접촉부 사이에 스프링을 배치한 구성이다. 접촉부 간의 스프링의 탄성에 의해, 반도체 장치의 단자 및 시험용 기판에 접촉부를 가압하여, 전기적 접촉을 얻는다.

3) 멤브레인 프로브를 접촉자로 한 콘택터

멤브레인 방식 프로브는 촉침용의 접촉자 전극으로서 금속 돌기를 갖는 필름 형상의 회로 기판으로서 형성된다.

4) 이방성 도전 고무를 접촉자로 한 콘택터

이방성 도전 고무는 절연 부재에 고무를 이용하여, 이 속에 두께 방향으로만 도통하는 재료(금속 와이어 등)를 매립하여 형성된다.

상술한 어느 하나의 방법에서도, 1개의 접촉자에 대하여 약 0.05N(5gf)∼0.1N(10gf)의 가압을 행하여, 전기적 접촉 저항을 안정 및 저감시키고 있다.

접촉 저항은 피막 저항과 집중 저항 및 접촉자의 고유 저항의 합이다. 가압에 의해 접촉 저항이 저감하는 것은 특히 집중 저항을 저감할 수 있는 것에 의한다.

접촉자 및 전자 부품의 단자, 각각의 표면에는 미소한 요철(凹凸)이 있고, 전기적 접속은 양자의 표면에서의 미소한 볼록(돌기)부의 접촉으로만 행해지기 때문에, 실질적인 접촉 면적은 좁아지고, 높은 집중 저항이 발생한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 반도체 소자(2) 위의 LSI 시험용 단자(4)의 표면(4a)은 미시적으로 보면 요철이 있다. 도 2는 시험용 단자(4)에 침 방식 접촉자(6)를 접촉시킨 상태를 나타내는 모식도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 단자 표면(4a)에는 요철이 있고, 여기에 침 방식 접촉자(6)를 접촉시키면, 접촉자(6)와 단자(4)의 용면(4a)에 정확하게 접촉하고 있는 부분은 일부만이다. 따라서, 이러한 접촉 부분에서의 집중 저항은 크다. 이 집중 저항과, 단자 표면과 접촉자 표면에서의 피막에 의한 피막 저항의 합이 접촉 저항이며, 따라서 집중 저항이 높아지면 접촉 저항도 높아진다. 이 때문에, 양자 간에 큰 가압을 행함으로써, 접촉자와 전자 부품의 접촉 면적을 증대시키고, 집중 저항을 저감시키며, 그것에 의해 접촉 저항을 저감시키고 있다.

또한, 상술한 콘택터 이외의 콘택터 방법으로서, 이하의 특허문헌 1에는, 실리콘 기판(7) 위에 실리콘의 가공 기술을 이용하여, 콘택트 전극용의 구멍을 생성하고, 이 구멍 안에 접촉자를 배치하는 방법이 개시되어 있다. 여기에서는, 접촉자의 구성으로서, 표면에 도전성이 부여된 구(球) 형상 또는 링 형상의 탄성체를 사용하도록 제안되어 있다.

[특허문헌 1] 일본국 특허 공개 2002-5992호 공보

LSI 등 반도체 장치에 관한 요구로부터, LSI 시험을 위한 콘택터에는, 하기의 기능이 요구된다.

A) 미세 단자화: 좁은 간격으로, 미세한 단자에 접촉 가능한 접촉자를 갖는 콘택터.

B) 저압화: 다(多)단자화, 웨이퍼의 박형화에 대하여, 접촉 시의 영향을 저감하기 위해, 접촉 시의 압력이 낮고, 접촉 저항이 안정되고 낮은 상태인 콘택터.

상기한 바와 같이, 접촉 저항의 저감은 접촉 면적의 확대에 의한 집중 저항의 저감에 의한 것이다. 현재 일반적으로, 1핀당 0.05N(5gf)∼0.1N(10gf)의 접촉압으로 가압하고 있어, 1만개의 단자에 대한 총 합계를 계산하면 50N∼100N이나 되고, 피시험 반도체 장치의 파괴를 초래하는 등 영향이 매우 크다.

C) 에리어 프리화: 접촉자 전극을 주변 에리어뿐만 아니라, 격자 형상으로 배치할 수 있다. 다단자화에도 없는, LSI 등의 반도체 소자의 가장 자리뿐만 아니라, 당해 반도체 소자 위에 격자 형상으로 배치된 단자에 접촉할 필요가 발생하고 있다.

D) 와이드 에리어화: 복수개의 LSI에 일괄하여 접촉할 수 있는 접촉자.

이와 같은 필요한 기능에 대하여, 상기 콘택터 각각의 구성·방식에서의 특징은 다음과 같다.

1) 침 방식의 콘택터

1-a) 캔틸레버 방식: 기판측의 단자 간격은 웨이퍼측의 단자 간격보다 커지고, 구조상, 단자 배치에 제약이 있어, 상술한 과제(C)에 대응할 수 없다. 또한, 과제(D)에 관해서도 제약이 크다. 따라서, 예를 들어, 단자를 에리어 어레이 상태로 배치할 수 없거나, 또는 칩 사이즈보다 프로브 사이즈가 크기 때문에, 인접하는 반도체 소자 칩에는 동시에 콘택트 할 수 없다는 문제가 있다.

1-b) 수직 침 방식: 과제(A)에 관하여, 변위는 좌굴(坐屈) 모드이며, 침이 굴곡하는 방향을 특정할 수 없다. 이 때문에, 인접핀끼리 접촉하고, 얽혀버릴 가능성이 있다. 또한, 과제(B)에 관하여, 와이핑 동작이 없기 때문에, 저압에서 안정된 콘택트를 얻기 어렵다.

1-c) 굴곡 침 방식: 과제(A)에 관하여, 굴곡의 정도에 의하기도 하지만, 좁은 피치에 배치하기 위해서는, 인접한 침(핀)이 방해가 된다. 또한, 침을 1개씩 굴곡하는 구성에서는, 제조 비용이 매우 높다.

2) 스프링 프로브(POGO-PIN)를 접촉자로 한 콘택터

스프링, 접촉부, 스프링을 수납하는 배럴부와 같이 구성 부품이 많고, 구조상, 좁은 피치에는 한계가 있다. 과제(A)에 관하여, 구조상, 좁은 피치에 한계가 있다. 즉, 코일 스프링의 감는 직경을 작게 하는 것에 한계가 있다.

또한, 과제(B)에 관하여, LSI 단자의 산화막을 파열하는 와이핑 동작이 없기 때문에, 저압에서는 안정된 접촉을 얻을 수 없다. 또한, 침 끝의 위치 정밀도를 유지하기 위해서, 별도 정밀도가 높은 구멍 가공 부품이 필요하다.

3) 멤브레인 프로브를 접촉자로 한 콘택터

과제(A)에 관하여, 콘택트 전극이 절연 기판으로 연결되어 있기 때문에, 좁은 피치에서는 각각의 전극이 자유롭게 움직일 수 없다. 콘택트 전극이 가동 범위가 좁고, 금속 범프이기 때문에, 유연성이 부족하다. 이 때문에, 인접 범프끼리의 높이 차이에 의해, 낮은 범프의 접촉 불량을 발생시키는 문제가 있다.

한편, 과제(D)에 관하여, 배선이 콘택트 전극 간을 연결하도록 연장되기 때문에, 배선수에 한계가 있다. 또한, 멤브레인 방식의 배선은 다층화가 진행되고 있지 않고, 절연 기판의 양면에 배선을 실시하는 정도이다. 과제(B)에 관하여, 어느 정도의 압력이 없으면 변형되지 않기 때문에 안정된 콘택트를 얻기 어렵다.

4) 이방성 도전 고무를 접촉자로 한 콘택터

과제(A)에 관하여, 좁은 피치에 대응할 수 없다. 또한, 그 외에, 내열성이 낮거나, 또는 내구성이 낮은 문제 등이 있다.

또한, 상술한 특허문헌 1에 개시된 방법에 의하면, 좁은 피치에서 콘택트 전극을 생성할 수 있지만, 고무를 미소한 형상(O.1mmφ 이하)으로 안정하게 형성하는 것은 어렵다. 또한, 고무의 주위에 금속 또는 도전성의 막을 형성하는 것은 더 어렵다. 또한, 도전성의 막을 형성했다고 해도, 그 내구성이 문제가 된다.

이상과 같이, 종래 기술의 접촉자에서는, A) 미세 단자화, B) 저압화, C) 와이드 에리어화, D) 에리어 프리화라는 과제를 모두 해결하고, 미소 사이즈로 내구성이 있는 콘택터를 제공할 수 없다.

본 발명은, 상기의 문제를 해결하고, 개량된 유용한 접촉자 부재 및 그것을 이용한 콘택터를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.

본 발명의 보다 구체적인 목적은, 접촉자를 미세 피치로 배치할 수 있고, 또한 작은 접촉압으로 확실한 접촉을 취할 수 있는 접촉자 부재 및 그와 같은 접촉자 부재를 사용한 콘택터를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 첫째로, 전자 부품을 외부의 회로에 전기적으로 접속하기 위한 접촉자로서, 도전성을 갖는 재료로 거의 구 형상으로 형성되고, 중앙 부분의 분자 밀도는 표면 부근 부분의 분자 밀도보다 낮은 것을 특징으로 하는 접촉자가 제공된다. 상술한 접촉자에서, 상기 도전성을 갖는 재료는, 도전성 미립자, 도전성 섬유, 도전성 필러 중 적어도 하나를 포함하는 것이라도 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 전자 부품을 외부의 회로에 전기적으로 접속하기 위한 접촉자 부재로서, 도전성을 갖는 재료로 거의 구 형상으로 형성되고, 중앙 부분은 공동(空洞)인 것을 특징으로 하는 접촉자가 제공된다.

상술한 접촉자에서, 상기 도전성을 갖는 재료는, 도전성 미립자, 도전성 섬유, 도전성 필러 중 적어도 하나를 포함하는 것이라도 된다.

또한, 본 발명은, 전자 부품과 회로 기판에 전기적으로 접속하기 위한 콘택터로서, 절연성의 기판과, 그 기판에 형성된 유지 구멍과, 그 유지 구멍 내에 배치된 적어도 하나의 접촉자 부재를 갖고, 그 접촉자 부재는, 도전성을 갖는 재료로 거의 구 형상으로 형성되고, 중앙 부분의 분자 밀도는 표면 부근 부분의 분자 밀도보다 낮은 것을 특징으로 하는 콘택터가 제공된다.

상술한 콘택터에서, 상기 전자 부품은 외부 접속용 단자로서 볼 단자를 갖고 있고, 상기 접촉자 부재의 직경은 그 볼 단자의 직경에 실질적으로 동일한 것으로 해도 된다. 또한, 상기 유지 구멍 내에 복수의 상기 접촉 부재가 직렬로 수용된 것으로 해도 된다.

또한, 본 발명의 다른 면에 의하면, 전자 부품과 회로 기판에 전기적으로 접속하기 위한 콘택터로서, 절연성의 기판과, 그 기판에 형성된 유지 구멍과, 그 유지 구멍 내에 배치된 적어도 하나의 접촉자 부재를 갖고, 그 접촉자 부재는 도전성을 갖는 재료로 거의 구 형상으로 형성되고, 중앙 부분은 공동인 것을 특징으로 하는 콘택터가 제공된다. 상술한 콘택터에서, 상기 전자 부품은 외부 접속용 단자로서 볼 단자를 갖고 있고, 상기 접촉자 부재의 직경은 그 볼 단자의 직경에 실질적으로 동일한 것으로 해도 된다. 또한, 상기 유지 구멍 내에 복수의 상기 접촉 부재가 직렬로 수용된 것으로 해도 된다.

또한, 본 발명 외의 면에 의하면, 절연성 기판에 형성된 유지 구멍에, 내부의 분자 밀도가 표면 부분의 분자 밀도보다 낮은 복수의 접촉자 부재를 그 절연성 기판의 두께 방향으로 직렬로 배치하고, 정렬한 그 접촉자 부재의 양단에 피접촉 부재를 접촉시켜서 가압함으로써 그 피접촉 부재 간의 전기적 도통을 얻는 것을 특징으로 하는 접촉 방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 통상 상태에서는 거의 구 형상을 갖고, 그 표면측은 고체(고상)이고, 내부가 공동이거나 유동성이 높은 액체(액상) 형상 또는 겔 형상이며, 작은 압력으로 용이하게 탄성 변형할 수 있는 접촉자 부재가 제공된다.

또한, 이러한 접촉자 부재의 적용에 의해, 낮은 가압력으로 용이하게 탄성 변형하고, 피접촉 단자의 표면 상태에 따라, 당해 피접촉 단자와의 사이에 넓은 접촉 면적을 갖고 확실히 전기적 접촉을 얻을 수 있는 접촉자를 갖는 콘택터가 제공된다.

도 1은 반도체 소자의 시험용 단자의 확대 측면도.

도 2는 도 1에 나타낸 시험용 단자에 접촉자를 접촉시킨 상태를 나타내는 측면도.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 접촉자 부재의 구성을 나타내는 모식도.

도 4는 도 3에 나타낸 접촉자 부재가 일체로 구성된 콘택터의 일부의 단면도로서, 접촉자 부재에 평탄한 시험용 단자가 압압된 상태를 나타내는 도면.

도 5는 도 3에 나타낸 접촉자 부재가 일체로 구성된 콘택터의 일부의 단면도로서, 접촉자 부재에 구 형상의 시험용 단자가 압압된 상태를 나타내는 도면.

도 6은 도 3에 나타낸 접촉자 부재의 변형예의 구성을 나타내는 모식도.

도 7은 접촉자 부재를 복수개 직렬로 배치한 콘택터의 일부를 나타내는 단면도.

도 8은 도 7에 나타낸 콘택터에, 돌기 전극으로서 볼 단자가 설치된 웨이퍼를 접촉시킨 때의 콘택터의 상태를 나타내는 도면.

도 9는 접촉자 부재를 사용한 콘택터의 다른 예를 나타내는 일부 단면도.

도 10은 도 9에 나타낸 콘택터에 대하여 볼 전극을 갖는 웨이퍼를 접촉시킨 상태를 나타내는 도면.

도 11은 도 9에 나타낸 도전부의 확대도.

도 12는 접촉자 부재를 복수개 직렬로 배치한 콘택터의 일부를 나타내는 단면도.

도 13은 도 12에 나타낸 콘택터의 기판을 상측 기판과 하측 기판으로 분할한 콘택터의 일부를 나타내는 단면도.

도 14는 접촉자 부재를 반도체 장치의 외부 접속용 단자로서 사용한 예를 나타내는 측면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

2 : 웨이퍼 4 : 시험용 단자

4A : 볼 형상 전극 8 : 시험용 기판

8a, 34a : 단자 10A, 10B : 접촉자 부재

10AA : 외부 접속용 단자 20, 30, 40, 50, 50A : 콘택터

22, 32, 42, 52 : 기판

22a, 32a, 32a-1, 32a-2, 32a-3, 42a, 52a, 52Aa, 52Ba : 유지 구멍

34 : 배선층 36, 36-1, 36-2, 36-3 : 어저스터

44 : 절연성 보호막 44a : 도전부

44b : 돌기

본 발명의 제 1 실시예에 의한 접촉자 부재에 대해서 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 접촉자 부재의 모식도이다.

도 3에 나타낸 접촉자 부재는, 후술하는 바와 같이 콘택터에 일체로 구성되어 시험용 기판의 단자와 반도체 장치의 전극을 전기적으로 접속하는 접촉자로서 기능한다.

도 3에서, 10A는 본 발명에 따른 도전성 재료로 형성된 접촉자 부재이다. 당해 접촉자 부재(10A)는 외력이 작용하지 않는 상태에서 거의 구형이며, 외력이 작용하면 용이하게 탄성 변형하는 특성을 갖고 있다. 당해 접촉자 부재(10A)는 도전성 고분자 재료로 구성되고, 그 내부, 특히 중심부 부근은 재료의 분자 밀도가 낮고 유동성이 높은 상태이며, 표면 및 표면 근방 부분에서는 분자의 밀도가 높고 유동성이 없거나 낮은 상태이다. 즉, 당해 접촉자 부재(10A)는 하나의 재료로부터 구성되지만, 그 내부는 액체(액상) 형상 또는 겔 형상이며, 표면 및 표면 근방은 피막과 같은 고체(고상) 형상이다. 따라서, 내부의 액체 형상 또는 겔 형상의 재료는, 외측의 고체 형상의 부분에 포위되어 봉입된 상태이며, 외부에 누출되는 일은 없다.

이와 같은 구조를 갖는 접촉자 부재(10A)는 도전성 재료에 의해 형성되어 있기 때문에, 접촉자로서 기능한다. 접촉자 부재(1OA)는 내부가 액체 형상 또는 겔 형상이기 때문에, 외부로부터의 압력에 따라 용이하게 변형할 수 있고, 접촉하는 부재의 접촉부의 형상으로 용이하게 추종할 수 있다. 즉, 외부로부터 가압되는 부재의 접촉부의 형상으로 거의 대응하여 변형할 수 있다.

예를 들어, 접촉자 부재(10A)에 평탄한 부재가 압압되면, 평탄한 부재에 접촉한 접촉자 부재(10A)의 일부는 평면이 되고 접촉 면적이 큰 상태로 접촉한다. 접촉자 부재(10A)에, 구 형상의 부재가 압압되면, 평탄한 부재에 접촉한 접촉자 부재(10A)의 일부는 당해 구의 면에 대응하는 오목면 형상이 되어 큰 접촉 면적을 갖고 접촉한다.

도 4는 이러한 변형 가능한 접촉자 부재(10A)가 콘택터에 일체로 형성되어, 시험용 기판과 피시험 반도체 장치 사이에 배치된 상태를 나타낸다. 동일 도면에서, 하나의 접촉자 부재(10A)는, 콘택터(20)의 기판(22)에 설치된 유지 구멍(22a) 내에 수용되어, 유지되고 있다. 당해 접촉자 부재(10A)는 유지 구멍(22a) 내에 수용된 상태로, 콘택터(20)의 기판(22)의 양 표면(표면 및 이면)으로부터 일부가 돌출하거나, 또는 표면 가까이에 있어, 양측에서 웨이퍼(2)의 시험용 단자(4) 및 시험용 기판(8)의 단자(8a)에 접촉할 수 있다. 콘택터(20)의 기판(22)은 예를 들어 웨이퍼(2)와 동일한 실리콘을 사용하여 형성할 수 있다.

도 4에 나타낸 콘택터 구성에서는, 접촉자로서 기능하는 접촉자 부재(10A)는 일단(하측)에서 시험용 기판(8)의 단자(8a)에 접촉하고, 타단(상측)에서 웨이 퍼(2)(웨이퍼에 형성된 반도체 장치)의 시험용 단자(4)에 접촉하고 있다. 단자(8a) 및 시험용 단자(4)는 평탄한 단자이며, 접촉자 부재(10A)의 일부는 평탄한 단자를 따라 일부가 평탄하게 된 상태로 접촉한다. 따라서, 접촉자 부재(10A)에서는, 단자(8a) 및 시험용 단자(4)의 표면의 거의 전체 에리어에 대하여 접촉하도록 큰 접촉 면적이 확보되고, 저접촉 저항으로 더 확실한 접촉을 행할 수 있다.

접촉자 부재(10A)는 작은 외력으로 변형 가능하고, 단자(8a) 및 시험용 단자(4)를 접촉시키기 위한 가압력을, 상기 종래의 접촉 침을 사용한 콘택터에 비해 매우 작게 할 수 있다.

또한, 도 4에 나타낸 콘택터에서는, 하나의 접촉자 부재(10A)가 설치된 부분만을 나타내고 있지만, 피시험 웨이퍼(2)에 설치된 다수의 시험용 단자(4)에 대응하는 수의 접촉자 부재(10A)가 설치되는 것은 당연하다. 이때, 피시험 웨이퍼(2)에 더해지는 압압력은, 각 접촉자 부재(10A)의 접촉에 필요한 압압력의 총 합계가 되기 때문에, 시험용 단자의 수가 증가할수록, 각 접촉자 부재(10A)의 접촉에 필요한 압압력을 저감하지 않으면 안된다. 이 점, 본 실시예에 의한 접촉자 부재(10A)는, 매우 작은 외력으로 변형 가능하기 때문에 확실한 접촉을 행할 수 있고, 웨이퍼(2) 전체에 더해지는 압압력의 저감에 크게 공헌한다.

각 접촉자 부재(10A)의 접촉에 필요한 압압력을 저감하는 것은, 웨이퍼(2)에 더해야 할 압압력을 저감하는 것이 된다.

또한, 접촉자 부재에 접촉시키는 반도체 장치의 시험용 단자는 평탄한 형상에 한정되지 않는다. 예를 들어, 땜납 볼 또는 범프 등의 돌기 전극이 피시험용 단자일 경우도 많다.

도 5는 피시험용 단자가 볼 형상 전극일 경우의, 접촉자 부재(10A)의 접촉 상태를 나타낸다. 동일 도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 접촉자 부재(10A)는 볼 형상 전극(4A)의 외면을 따라 오목 형상으로 변형하기 때문에, 접촉자 부재(10A)와 볼 형상 전극(4A)의 접촉 면적은 증대하고, 양자는 저접촉 저항을 갖고 접촉한다.

다음으로, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 접촉자 부재의 변형예에 대해서, 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 6은 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 의한 접촉자 부재(1OB)의 구성을 나타낸다.

상기 도 3에 나타낸 접촉자 부재(10A)는 내부가 겔 형상 또는 액체 형상이지만, 도 6에 나타낸 접촉자 부재(10B)는 내부가 공동이다.

접촉자 부재(10B)의 외측의 부분은, 접촉자 부재(10A)와 마찬가지로 고체(고상) 형상의 피막으로 되어 있고, 어느 정도의 유연성 및 탄력성을 갖고 있다. 따라서, 접촉자 부재(10B)는 접촉자 부재(10A)와 마찬가지로 외부로부터의 압력에 따라 용이하게 변형할 수 있고, 작은 접촉압으로도 확실한 전기적 접속을 얻을 수 있다. 접촉 부재(10B)의 콘택터의 일체된 구성은 상술한 접촉자 부재(10A)와 동일하여, 그 설명은 생략한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 접촉자 부재(10A, 10B)는 표면이 고체(고상) 형상의 피막이며 또한 내부가 액체 형상 또는 겔 형상 또는 중공(中空) 형상이기 때문에, 낮은 압압력으로도 접촉하는 부재의 형상에 따라 용이하게 탄성 변형이 가능 하고, 따라서 접촉하는 부재에 대하여 보다 넓은 접촉 면적을 갖고 접촉한다. 이것에 의해 집중 저항이 저감되고, 접촉 저항이 저감하기 때문에, 작은 압압력으로도 확실한 전기적 접속을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 접촉자 부재는 이하에 상술하는 바와 같이, 매우 작은 치수로 형성할 수 있고, 또한 콘택터의 기판에 설치되는 접촉 부재용 유지 구멍에 용이하게 수용할 수 있다. 따라서, 당해 콘택터에서의 접촉자 부재는, 피시험 반도체 장치의 전극의 피치에 대응한 미세한 피치로 배치할 수 있다.

상기 접촉자 부재(10A, 10B)의 재료 및 형성 방법에 대해서 설명한다.

접촉자 부재의 형성 방법의 일례로서, 접촉자 부재의 재료를 용융(溶融)한 액을 가열 분위기 중에 사출(射出)하여 구 형상으로 고화(固化)시키는 방법이 있다. 이와 같은 형성 방법에 적당한 재료로서, 폴리아닐린, 폴리피롤, 또는 폴리티오펜 등의 도전성 고분자를 들 수 있다.

이와 같은 도전성 고분자는 그 용액을 가열한 분위기에 노즐로부터 사출하면, 표면 장력에 의해 미세한 구 형상이 되어 표면 부분이 순간적으로 경화한다. 이때, 경화에 의해 표면 부분에서의 분자 밀도가 높아져 피막이 형성되지만, 내부는 분자 밀도가 표면 근방 부분보다 작아져, 경화하지 않고 겔 형상 또는 액체 형상이 된다. 이 결과, 통상 상태에서는 거의 구 형상을 갖는 접촉자 부재(10A)를 형성할 수 있다.

또한, 사용하는 재료에 의해, 또는 표면 부분을 경화시키는 조건에 따라서는, 표면 부분에 분자가 집중하고 경화하여 내부가 공동이 된다. 이것에 의해, 통상 상태에서는 거의 구 형상을 갖는 접촉자 부재(10B)를 형성할 수 있다.

폴리아닐린을 이용하여 접촉자 부재(1OA, 1OB)를 형성하는 방법에 대해서 설명한다.

우선, 페록소 이황산 암모늄에 염산을 첨가하여 완전히 용해시킨다.

이 용액을 O℃ 이하가 될 때까지 충분히 냉각한 후, 아닐린에 염산을 첨가한 용액에 서서히 더해, 0℃ 이하로 냉각을 계속하면서 충분히 교반한다. 여기에서 발생한 침전물을 흡인 여과해, 염산, 아세톤 등으로 세정한다. 세정한 침전물을 충분히 건조시켜, 세립(細粒)을 분쇄하고, 완전한 분말 형상으로 한다.

이와 같이 하여 생성된 분말은 산성형 폴리아닐린이다. 이 산성형 폴리아닐린의 분말을 잘게 분쇄하고 나서, 1-메틸-2-피롤리돈(N-메틸-2-피롤리디논)을 소량 더하여 용액으로 한다.

이 용액을, 상술한 바와 같이 가열된 5O∼1OO℃의 분위기 중에 분무(噴霧)하고, 표면을 경화시킴으로써 통상 상태에서는 거의 구 형상을 갖는 접촉자 부재가 형성된다.

폴리아닐린 대신에, 폴리티오펜계의 고분자 물질을 클로로 필름 등의 휘발성의 물질에 용해한 용액을 사용해도 된다.

상기 폴리아닐린을 사용한 방법에 의해, 직경이 5O㎛φ 정도의 구 형상 접촉자 부재가 형성되고, 당해 접촉자 부재는 0.3gf의 가압으로, 상하 방향으로 25㎛의 변위(변형)를 얻을 수 있었다.

다음으로 본 발명의 제 2 실시예에 의한 접촉자 부재에 대해서 설명한다.

본 발명의 제 2 실시예에 의한 접촉자 부재는, 상술한 제 1 실시예에 의한 접촉자 부재(1OA, 10B)와 동일한 구조, 즉, 도 3 또는 도 6에 나타낸 구조를 갖고 있지만, 도전성 미립자가 외측의 피막 및 내측의 겔 또는 액체에 포함되어 있는 점이 다르다.

접촉자 부재를 형성하기 위한 재료로서, 상술한 접촉자 부재(10A, 10B)를 형성하기 위한 재료에 도전성 미립자를 첨가한 것을 사용한다. 도전성 미립자로서는, 염산 등에 부식되지 않는 금 미립자 또는 탄소 미립자가 적합하다. 또한, 도전성 미립자로서 금이나 탄소의 미세한 섬유 또는 필러를 첨가해도 된다.

구체적인 형성 방법은, 상술한 접촉자 부재(10A, 10B)를 형성하는 방법과 동일하여, 그 설명은 생략한다. 도전성 미립자를 첨가하여 직경 50㎛의 접촉자 부재를 형성한 결과, 0.003N(0.3gf)의 가압력으로 상하 방향으로 25㎛의 변위(변형)를 얻을 수 있다.

이상과 같이 도전성 미립자를 재료에 첨가함으로써, 접촉자 부재의 전기 저항 및 접촉 저항을 저감할 수 있고, 보다 확실한 도통이나 전기적 접속을 얻을 수 있다. 예를 들어, 후술하는 바와 같이 도전성 부재를 복수개 직렬로 배치하여 콘택터에 일체로 구성할 경우 등에 효과적이다.

이와 같이, 도전성 미립자가 첨가된 10A 및 10B에서도, 표면이 고체(고상)형상의 피막이며 또한 내부가 액체 형상 또는 겔 형상 또는 중공 형상이기 때문에, 낮은 압압력이라도 접촉하는 부재의 형상에 따라 용이하게 탄성 변형이 가능하고, 따라서 접촉하는 부재에 대하여 보다 넓은 접촉 면적을 갖고 접촉한다.

다음으로 본 발명의 제 3 실시예에 의한 접촉자 부재에 대해서 설명한다.

접촉자 부재의 내부는 분자 밀도가 낮은 겔 형상이고, 표면은 분자 밀도가 높은 박막을 쉽게 형성하기 위해서, 예를 들어 알긴산 나트륨을 모재(母材)로, 이 속에 도전 재료를 함유한 용액을 만든다(도전 재료는 실시예 1에서 상술한 고분자 재료라도, 실시예 2에서 상술한 도전성 섬유라도, 또는 수은 등의 150℃ 이하에서 액상을 나타내는 금속, 또는 그 합금이라도 상관없음). 이 용액을, 1웨이트 퍼센트 이상의 농도의 염화칼슘, 또는 유산화칼슘 등의 용액에 적하한다.

적하된 상기 접촉자 재료는, 염화칼슘, 유산화칼슘 등의 용액 중에서, 그 침투압과 칼슘의 반응에 의해, 표면만 분자 밀도가 높아지고, 내부는 액상 그대로, 갇혀져 탄성을 갖는 도전성 캡슐을 형성할 수 있다. 캡슐의 크기는, 적하하는 접촉자 재료의 체적에 비례하기 때문에, 미량을 분사함으로써 10㎛ 정도의 직경의 캡슐을 형성할 수 있다.

다음으로, 상기 본 발명에 따른 접촉자 부재를 사용한, 콘택터 구조에 대해서 설명한다.

도 7은, 콘택터 기판에 설치된 유지 구멍 내에, 접촉자 부재(10A)가, 당해 기판 두께 방향으로, 복수개(도에서는 2개) 직렬로 수용·배치된 콘택터를 나타낸 단면도이다. 동일 도면에서, 콘택터(30)의 기판(32)은 반도체 장치의 전극의 수에 대응하여 복수개의 유지 구멍(32a)을 갖는다.

각 유지 구멍(32a)의 저부에는, 각각 단자(34a)가 배열 설치되고, 당해 단자(34a)는 복수의 배선층(34)으로 이루어지는 다층 배선 구조를 갖고 외부에 도출 되고, 시험·검사 장치(도시 생략)에 접속된다. 이러한 다층 배선 구조가 적용되기 때문에, 유지 구멍(32a)의 저부와 이것에 대응하는 단자(34a)까지의 거리가 다르다.

이 때문에, 각 유지 구멍(32a)의 저부에는, 도전성 재료로 이루어지는 어저스터(adjuster)(36)가 배열 설치되고, 당해 어저스터(36) 위에 접촉자 부재(10A)가 수용·배치되어 있다. 당해 어저스터(36)는 유지 구멍(32a)에 접촉자 부재(10A)를 배열 설치했을 때, 각 유지 구멍(32a)에서의 접촉자 부재(10A)의 상단의 위치가 서로 동일해지도록 배열 설치된다. 따라서, 얕은 수용 구멍(32a-1)에는 높이가 낮은(얇은) 어저스터(36-1)가 배치되고, 깊은 수용 구멍(32a-3)에는 높이가 높은(두꺼운) 어저스터(36-3)가 배치된다.

이와 같이 복수의 접촉자 부재(10A)를 직렬로 배치함으로써, 압압력을 작게 유지한 채로 접촉자 부재 전체로서의 변위량(변형량)을 증대시킬 수 있다. 이것은, 접촉해야 할 복수의 단자(도에서는 땜납 볼) 상호 간에서의 높이의 편차를 흡수한다는 효과가 있다.

도 8은, 도 7에 나타낸 콘택터(30)에, 돌기 전극으로서 볼 단자(4A)가 설치된 웨이퍼(2)의 당해 볼 단자(4A)를 접촉시켰을 때의 콘택터(30)의 상태를 나타낸다.

여기에서, 웨이퍼(2)의 볼 단자(4A)는, 접촉자 부재(10A)와 거의 동일한 사이즈로, 유지 구멍(3) 내에 삽입된 상태로 접촉자 부재(10A)를 압압하면서 접촉한다. 즉, 유지 구멍(32a)은 접촉자 부재(10A)를 유지할 뿐만 아니라, 웨이퍼(2)를 콘택터(30)에 가압할 때에 볼 단자(4A)를 안내하는 기능을 발휘한다.

또한, 도 9에 나타낸 콘택터(40)는, 실리콘 기판 등으로 이루어지는 기판(42)의 일방의 주면측에 설치된 유지 구멍(42a)에, 복수개(도 9에서는 3개)의 접촉자 부재(10A)를, 직렬 상태로 수용·배치하고, 또한 당해 접촉자 부재(10A)의 수용 부분 위를 포함하는 기판(42)의 주면 위에, 절연성 보호막(44)을 첨부한 구성을 갖는다.

당해 접촉자 부재(10A)와 상기 웨이퍼(2)의 단자(도시 생략)란, 이러한 절연성 보호막(44)에서, 접촉자 부재(10A)에 대응하여 배열 설치된 도전부(44a)를 통하여 전기적으로 접속된다.

또한, 도시는 생략하지만, 상기 기판의 타방의 주면측에는, 상기 도 7, 도 8에 나타낸 콘택터 구조와 마찬가지로, 다층 배선 구조가 설치되고, 각 유지 구멍(42a)에서의 접촉자 부재(10A)는, 상기 다층 배선을 통하여 외부의 시험·검사 장치와 전기적으로 접속된다. 이때, 필요에 따라 상기 어저스터가 적용된다.

상기 절연성 보호막(44)을 설치함으로써, 접촉자 부재(10A)를 유지 구멍(42a) 내에 확실히 유지할 수 있다.

콘택터(40)에서, 유지 구멍(42a)에는 저부측이 개구부측보다 좁아지도록 테이퍼가 부착되어 있고, 접촉자 부재(10A)가 위에서부터 압압되었을 때에, 하측의 접촉자 부재(10A)는 횡방향으로의 변형이 제한된다. 이것에 의해 상하 방향의 변형이 억제되고, 압압력의 저하를 초래할 일은 없다.

도 10은, 상기 도 9에 나타낸 콘택터(40)에 대하여, 웨이퍼(2)에서의 전극인 볼 전극(4A)을 접촉시킨 상태를 나타낸다.

웨이퍼(2)의 볼 단자(4A)는, 절연성 보호막(44)의 도전부(44a)에 기계적·전기적으로 접촉하고, 접촉자 부재(10A)는 이러한 도전부(44a)를 통하여 볼 단자(4A)에 의해 압압되어 탄성 변형한다.

이때, 접촉자 부재(10A)는, 도전부(44a)에 대하여 큰 접촉 면적으로 접촉하지만, 볼 전극(4A)에 대하여는 변형하지 않기 때문에, 접촉 면적은 작다.

그래서, 도전부(44a)와 볼 전극(4A)의 접촉을 확실히 하기 위해서, 도 11에 나타낸 바와 같이, 도전부(44a)의 외측 표면에 미세한 돌기(44b)를 설치해도 된다.

도전부(44a)의 돌기(44b)는, 볼 전극(4A)이 압압되었을 때에 당해 볼 전극(4A)의 표면에 있는 자연 산화막 등의 피막을 파열하고, 도전부(44a)와 볼 전극(4A) 사이의 전기적 접촉이 확실히 행해진다.

도 12는 콘택터의 기판 내에, 접촉자 부재(10A)가 복수개(도에서는 3개) 직렬로 배치되고, 양단에 위치하는 접촉자 부재의 일부가, 당해 콘택터로부터 약간 돌출된 콘택터의 일부를 나타낸다. 도 12에 나타낸 콘택터(50)에서는, 실리콘 기판 등으로 형성된 기판(52)을 관통하여 설치된 유지 구멍(52a) 내에, 3개의 접촉자 부재(10A)가, 당해 기판(52)의 두께 방향으로 직렬 상태로 수용·배치되어 유지되고 있다.

여기에서, 유지 구멍(52a)은, 기판(52)의 일방의 주면으로부터 타방의 주면(이면)을 향해 그 직경을 소(小)로 하는 테이퍼를 갖고 형성되어 있고, 기판(52)의 타방의 주면측에서의 개구부의 직경은, 접촉자 부재(10A)의 직경보다 작은 것으로 되어 있다. 이 때문에, 최하부의 접촉자 부재(10A)는, 그 일부가 기판(52)의 뒤쪽의 개구부로부터 약간 돌출한 상태로 유지 구멍(52a) 내에 수용되고, 그 위에 2개의 접촉자 부재(10A)가 수용·배치된다. 최상부의 접촉자 부재(10A)는, 가압되지 않은 상태에서는, 그 일부가 기판(52)의 표면으로부터 약간 돌출한 상태로 유지된다.

당해 콘택터(50)는, 상기 도 4에 나타낸 콘택터(20)와 마찬가지로, 웨이퍼(2)와 시험용 기판(8) 사이에 배치되어, 웨이퍼(2)의 시험용 전극과 시험용 기판(8)의 단자(8a)를 전기적으로 접속한다.

콘택터(50)는, 복수의 접촉자 부재(10A)가 직렬로 연결된 구성이기 때문에, 도 4에 나타낸 콘택터(20)에 비해, 당해 접촉자 부재에 큰 변형량을 얻을 수 있다.

도 13은, 상기 도 12에 나타낸 콘택터(50)의 기판(52)을, 상측 기판(52A)과 하측 기판(52B)에 분할된 콘택터(50A)의 일부를 나타낸다. 동일 도면에서, 하측 기판(52B)에는, 상기 도 12에 나타낸 기판(52)의 유지 구멍(52a)과 마찬가지로, 상측 즉 상측 기판(52A)에 대향하는 쪽의 주면에서의 개구에 비해서 하측의 주면측에 작은 개구가 형성되는 테이퍼가 첨부된 유지 구멍(52Ba)이 형성되어 있다.

한편, 상측 기판(52A)에는, 상기 하측 기판(52B)의 유지 구멍(52Ba)에 대응하는 위치에, 당해 유지 구멍(52Ba)과는 역방향의 테이퍼, 즉 하측 기판(52B)에 대향하는 쪽의 주면에서의 개구에 비해서 상측의 주면측에 작은 개구를 형성하도록 테이퍼가 첨부된 유지 구멍(52Aa)이 형성되어 있다.

상기 구성에 의해, 복수개의 접촉자 부재(10A)는, 기판(52A)과 기판(52B)에 의하여, 유지 구멍(52Aa, 52Ba)의 내부에, 직렬 상태로 수용되고, 상하 양단에 위치하는 접촉자 부재는 그 일부가 기판에 설치된 개구로부터 약간 돌출한 상태로 유지된다.

본 콘택터 구성에서도, 복수의 접촉자 부재(10A)가 직렬로 연결된 구성이기 때문에, 도 4에 나타낸 콘택터(20)에 비해, 당해 접촉자 부재에 큰 변형량을 얻을 수 있다.

본 발명에 의한 접촉자 부재는, 콘택터 이외의 용도에도 사용할 수 있다.

도 14는 본 발명에 따른 접촉자 부재를 반도체 장치의 외부 접속용 단자(10AA)로서 사용한 예를 나타낸다. 동일 도면에서, 반도체 집적 회로 소자(LSI)(60)의 전극(60a) 각각에는, 접촉자 부재(10A)가 고정되어, 외부 접속용 단자(10AA)로서 기능한다.

외부 접속 부재(10AA)로서, 본 발명에 따른 접촉자 부재(10A)를 사용함으로써, 외부 접속용 단자(10AA)의, 외부 접속부(도시 생략)의 접촉 면적을 크게 할 수 있고, 확실한 전기적 접속을 얻을 수 있다. 또한, 외부 접속용 단자(10AA) 및 당해 외부 접속 단자가 접속되는 회로 기판 위의 단자(도시 생략)에서의 높이의 편차는, 당해 외부 접속 단자(10AA)의 변형에 의해 흡수할 수 있다.

또한, 상술한 콘택터 및 반도체 소자에는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 접촉자 부재(10A)를 적용하여 설명했지만, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 접촉자 부재를 사용하는 것으로 해도 된다.

본 발명은 구체적으로 개시된 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 범위 내에 서 다양한 변형예, 개량예가 될 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 미세 피치로 배치된 전극을 갖는 반도체 장치 등의 전기적 접속을 얻는 콘택터에 적합하다.

Claims (9)

1. 도전성 고분자 재료로 형성되어, 중심부의 분자 밀도가 표면부의 분자 밀도보다 낮고, 통상 상태에서는 구(球) 형상을 갖고, 또한 탄성 변형이 가능한 것을 특징으로 하는 접촉자 부재.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 접촉자 부재를 형성하기 위한 재료는 도전성 미립자, 도전성 섬유, 도전성 필러 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉자 부재.
3. 도전성 고분자 재료로 형성되어, 중심부에 공동(空洞)을 갖고, 통상 상태에서는 구 형상을 갖고, 또한 탄성 변형이 가능한 것을 특징으로 하는 접촉자 부재.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 접촉자 부재를 형성하기 위한 재료는 도전성 미립자, 도전성 섬유, 도전성 필러 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉자 부재.
5. 전자 부품과 회로 기판에 전기적으로 접속하기 위한 콘택터로서,

   절연성의 기판과,

   그 기판에 형성된 유지 구멍과,

   그 유지 구멍 내에 배치된 적어도 하나의 접촉자 부재를 갖고,

   상기 접촉자 부재는, 도전성 고분자 재료로 형성되어, 중심부의 분자 밀도가 표면부의 분자 밀도보다 낮고, 통상 상태에서는 구 형상을 갖고, 또한 탄성 변형이 가능한 것을 특징으로 하는 콘택터.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 기판의 유지 구멍 내에, 복수의 접촉자 부재가, 그 기판의 두께 방향으로, 직렬 상태로 수용되는 것을 특징으로 하는 콘택터.
7. 전자 부품과 회로 기판에 전기적으로 접속하기 위한 콘택터로서,

   절연성의 기판과,

   그 기판에 형성된 유지 구멍과,

   그 유지 구멍 내에 배치된 적어도 하나의 접촉자 부재를 갖고, 상기 접촉자 부재는, 도전성 고분자 재료로 형성되어, 중심부에 공동을 갖고, 통상 상태에서는 구 형상을 갖고, 또한 탄성 변형이 가능한 것을 특징으로 하는 콘택터.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 기판의 유지 구멍 내에, 복수의 접촉자 부재가, 그 기판 두께 방향으로, 직렬 상태로 수용되는 것을 특징으로 하는 콘택터.
9. 절연성 기판에 형성한 유지 구멍에, 내부의 분자 밀도가 표면 부분의 분자 밀도보다 낮고 구 형상을 갖는 복수의 접촉자 부재를 그 절연성 기판 두께 방향으로 직렬로 배치하고,

   정렬한 상기 접촉자 부재의 양단에 피접촉 부재를 접촉시켜서 압압함으로써 그 피접촉 부재 간의 전기적 도통을 얻는 것을 특징으로 하는 접촉 방법.

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