接触子及びその製造方法、ならびに前記接触子を備える接続装置及びその製造方法
【課題】 特に、接触子を支持基板に適切に半田接合でき、さらに、接触信頼性を向上でき、長寿命化を図ることが出来る接触子及びその製造方法、ならびに、接続装置及びその製造方法を提供することを目的としている。
【解決手段】 接触子２０は、固定部２１と、固定部２１から延出形成された弾性腕２２とを有する導電性の芯部３０の表面側に表面層３８が形成された積層構造である。固定部２１に形成された前記表面層３８は、前記芯部３０側から白金族層３６及び、Ａｕ層３７の順に積層されており、前記弾性腕２２に形成された前記表面層３８は、白金族元素とＡｕとを有する合金で形成されている。
【解決手段】 接触子２０は、固定部２１と、固定部２１から延出形成された弾性腕２２とを有する導電性の芯部３０の表面側に表面層３８が形成された積層構造である。固定部２１に形成された前記表面層３８は、前記芯部３０側から白金族層３６及び、Ａｕ層３７の順に積層されており、前記弾性腕２２に形成された前記表面層３８は、白金族元素とＡｕとを有する合金で形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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接触子に係り、特に、接触子を支持基板に適切に半田接合でき、さらに、接触信頼性を向上でき、長寿命化を図ることが出来る接触子及びその製造方法、ならびに前記接触子を備える接続装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献１には、複数のスパイラル状の弾性腕を有する接触子を備えた接続装置が開示されている。ＩＣパッケージなどの電子部品の底面には複数の球状の電極が設けられており、それぞれの電極が弾性腕に弾圧されて、電極と接触子とが一対一の関係で個別に接続される。
【０００３】
特許文献１の図４Ｆには、例えば金（Ａｕ）で形成された最表面層（特許文献１では導電性部材４０）を有する接触子の断面形状が示されている。
【特許文献１】特開２００５−０３２７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の構成において、電子部品の電極が半田で形成されている場合、電極と接触子との間で金属間化合物が生成され、接触子側へ半田転写が生じるという問題があった。このため接触信頼性に欠け、接続装置の短命化が問題となった。
【０００５】
特に接続装置が検査用で、電子部品との間で装着と離脱とが繰り返して行われる用途である場合、上記した従来課題が顕著化した。さらに、接続装置の接触子が弾性変形可能な材質及び形状で形成されているとき、電極は接触子に対して滑り接触する。このような滑り接触では、凝着磨耗が生じることで、上記した従来課題がより顕著化した。
【０００６】
一方、最表面層にＰｄ等の白金族元素を用いることで、半田転写量を激減できることがわかっている。しかしながら、触媒作用により、使用環境によっては有機物汚染等が生じ、潤滑油を併用できない等、使用環境が限定されてしまう問題があった。また、最表面層にＰｄ等の白金族元素を用いた場合、支持面と接触子間を適切に半田接合できないといった問題があった。
【０００７】
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、接触子を支持基板に適切に半田接合でき、さらに、接触信頼性を向上でき、長寿命化を図ることが出来る接触子及びその製造方法、ならびに、接続装置及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、電子部品の半田で形成された電極と電気的に接続される接触子において、
固定部と、前記固定部から延出形成された接続部とを有する導電性の芯部の表面側に表面層が形成された積層構造であり、
前記固定部に形成された前記表面層は、前記芯部側から白金族層あるいは白金族元素を含む合金層及び、Ａｕ層の順に積層されており、
前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記表面層は、白金族元素とＡｕとを有する合金で形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
これにより、固定部と支持面間を適切に半田接合でき、且つ半田転写の改善、接触抵抗の安定性、使用環境の自由度の向上、耐環境特性の向上等を図ることができる。以上により、従来に比べて優れた接触信頼性を得ることができ、長寿命化を図ることが可能になる。
【００１０】
本発明では、前記芯部と前記表面層の間には、ＮｉあるいはＮｉ合金からなる金属層、及び、前記金属層中に分散されたフッ素樹脂粒子を有する中間部が形成されていることが好ましい。
【００１１】
また本発明では、前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記中間部は、前記フッ素樹脂粒子の一部が前記中間部の表面に露出しており、露出する前記フッ素樹脂粒子の表面を除く前記金属層の表面に前記表面層が形成されていることが好ましい。これにより、より効果的に半田転写を改善できる。
【００１２】
また本発明では、前記固定部に形成された前記表面層は、前記芯部側からＰｄ層及び、Ａｕ層の順に積層され、前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記表面層は、Ｐｄ及びＡｕの合金で形成されていることが好ましい。極薄のＰｄＯ（酸化パラジウム）が形成されて安定化し、触媒作用が抑制される。これにより酸化力の大きい原子状酸素の発生が抑制され、より効果的に、使用環境の自由度の向上を図ることが出来る。
【００１３】
また本発明では、前記芯部は、ＣｕあるいはＣｕ合金で形成された導電層を備えることが好ましい。
【００１４】
また本発明では、前記接続部は弾性変形可能な弾性腕で形成される構成に特に有効である。
【００１５】
また本発明は、電子部品の半田で形成された電極と電気的に接続される接触子を備えた接続装置において、
前記接触子は上記のいずれかに記載された発明により形成され、前記固定部は、支持面に半田接合されていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明では、前記接続部に対して、前記電極を有する前記電子部品の装着と離脱とが繰り返し行われる検査用として用いられる場合に特に有効である。電子部品の着脱を繰り返しても、効果的に、電極と接続部間の接続による半田転写を従来に比べて抑制することが出来る。
【００１７】
本発明は、電子部品の半田で形成された電極と電気的に接続される接触子の製造方法において、
（ａ） 固定部と、前記固定部から延出して形成し、前記電極と当接する接続部とを有して成る導電性の芯部と、前記芯部の表面側から白金族層あるいは白金族元素を含む合金層及び、Ａｕ層の順に積層された表面層との積層構造にて形成する工程、
（ｂ） 前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記表面層を合金化して、白金族元素とＡｕとを有する合金層を形成する工程、
を有することを特徴とするものである。
【００１８】
上記により、固定部を支持面に適切に半田接合でき、且つ、半田転写の改善、接触抵抗の安定性、使用環境の自由度の向上、耐環境特性の向上等を図ることが可能な接触子を簡単且つ適切に製造できる。
【００１９】
本発明では、前記芯部と前記表面層の間に、ＮｉあるいはＮｉ合金からなる金属層、及び、前記金属層中に分散されたフッ素樹脂粒子を有する中間部を形成することが好ましい。
【００２０】
また本発明では、前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記中間部の前記金属層の一部をエッチングで削って、前記フッ素樹脂粒子の一部を前記中間部の表面に露出させることが好ましい。これにより中間部の表面に適切にフッ素樹脂粒子の一部を露出させることが出来る。
【００２１】
また本発明では、露出する前記フッ素樹脂粒子の表面を除く前記金属層の表面に前記表面層を形成することが好ましい。
【００２２】
また本発明では、前記（ａ）工程で、前記表面層を、前記芯部側からＰｄ層及び、Ａｕ層の順に積層し、前記（ｂ）工程で、前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記表面層を合金化して、Ｐｄ及びＡｕの合金層を形成することが好ましい。
【００２３】
また本発明では、前記（ｂ）工程で、レーザ光照射により、前記表面層を合金化することが好ましい。これにより簡単且つ適切に表面層を合金化できる。
【００２４】
また本発明は、電子部品の半田で形成された電極と電気的に接続される接触子を備える接続装置の製造方法において、
前記接触子を上記のいずれかに記載された発明により形成した後、
前記固定部に形成された前記表面層のＡｕ層と支持面間を半田層にて接合する工程、
を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、接触子の固定部と支持基板間を適切に半田接合し、且つ半田転写の改善、接触抵抗の安定性、使用環境の自由度の向上、耐環境特性の向上等を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本実施形態である接続装置の部分断面図、図２は、図１に示す接続装置の接触子付近を示す拡大断面図、図３は、本実施形態の接触子の平面図、図４（ａ）は、接触子の弾性腕の部分を図３のＡ−Ａ線に沿って膜厚方向から切断した切断面を示す断面図、図４（ｂ）は、接触子の固定部の部分を図３のＢ−Ｂ線に沿って膜厚方向から切断した切断面を示す断面図、図５は、別の実施形態の弾性腕の断面図、図６は、図５に示す弾性腕の表面付近を拡大した部分拡大断面図、図７は、別の実施形態の弾性腕の部分拡大断面図、である。
【００２７】
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の上面が支持面１２である。支持面１２の上には、接続シート１５が設置されている。接続シート１５は、例えば、可撓性の基材シート１６の表面に複数の接触子２０が設けられた構成である。
【００２８】
接触子２０は、例えば、薄い導電性金属板を打ち抜いて形成され、さらにメッキ処理されたものである。あるいは、接触子２０は、銅やニッケルなどの導電性材料を使用してメッキ工程で形成される。
【００２９】
それぞれの接触子２０は、図２に示すように、外力が与えられて立体形状に形成される。このとき、加熱処理で内部の残留応力が除去され、接触子２０は立体形状で弾性力を発揮できるようになる。
【００３０】
図２と図３に示すように、接触子２０は、固定部２１と弾性腕（接続部）２２が一体に連続して形成された構成である。弾性腕２２は例えば螺旋形状に形成されており、弾性腕２２の巻き始端である基部２２ａが、固定部２１と一体化されている。弾性腕２２の巻き終端である先端部２２ｂは、螺旋のほぼ中心部に位置している。図２に示す形態では、接触子２０を構成している固定部２１が基材シート１６に固定支持され、弾性腕２２は、先端部２２ｂが支持面１２から離れるように立体成形されている。
【００３１】
なお、接触子２０は立体成形されず平面形状であってもよい。また弾性腕２２は螺旋形状であることに限定されない。弾性腕２２は帯状（直線状）や湾曲形状等であってもよい。また弾性腕２２は片側だけが固定部２１に支持されているが両側が固定部に支持された構成であってもよい。
【００３２】
図２に示すように基台１０は接触子２０に対する支持基板として機能し、基台１０の表面の支持面１２に回路パターンが形成されている。あるいは、基台１０と、接触子２０の間に回路基板が設けられ、この回路基板の表面が接触子２０に対する支持面１２であってもよい。
【００３３】
図２に示すように、接触子２０の固定部２１は支持面１２に形成された図示しない電極パッドと半田層２５にて接合されている。半田層２５は、例えば、スズ・ビスマス合金や、スズ・銀合金であるが特に限定されるものではない。
【００３４】
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。
【００３５】
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。半田の組成は限定されない。
【００３６】
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が接触子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、立体形状の弾性腕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。
【００３７】
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、周囲の温度が１５０℃程度に設定された状態で、外部の検査用の回路から接触子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、接触子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。
【００３８】
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、接触子２０の弾性腕２２には、新たな電子部品４０の突出電極４２が次々に接触することになる。
【００３９】
本実施形態では、図４（ａ）の断面図で示すように、弾性腕２２は、芯部３０と、この芯部３０の表面の全周を覆う表面層３８との積層構造で構成される。なお芯部３０と表面層３８との積層構造は、接触子２０の全体を構成している。よって、後述の図４（ｂ）に示すように、固定部２１も芯部３０と表面層３８との積層構造で形成されている。表面層３８の厚みは０．１〜１．６μｍ程度である。
【００４０】
芯部３０は、導電層３１の周囲の全周が弾性層３２で覆われたものである。導電層３１は、銅（Ｃｕ）または銅を含む合金の単層である。銅合金は、高い電気導電度と高い機械的強度を有するＣｕ，Ｓｉ，Ｎｉを有するコルソン合金が好ましく使用される。コルソン合金は、例えばＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｍｇで、Ｃｕが９６．２質量％、Ｎｉが３．０質量％、Ｓｉが０．６５質量％、Ｍｇが０．１５質量％のものが使用される。
【００４１】
弾性層３２は、導電性であり且つ高い機械的強度と高い曲げ弾性係数を発揮する金属材料であり、ニッケル（Ｎｉ）層またはＮｉを含む合金層である。Ｎｉ合金は、Ｎｉ−Ｘ合金（ただしＸは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのいずれか一種以上）が使用される。弾性層３２は、導電層３１の周囲に電解メッキまたは無電解メッキを施すことで形成される。弾性層３２は、好ましくは無電解メッキで形成されたＮｉ−Ｐ合金である。Ｎｉ−Ｐ合金では、リン（Ｐ）の濃度を１０ａｔ％以上で３０ａｔ％以下（より好ましくは１７〜２５ａｔ％）とすることにより、少なくとも一部が非晶質となり（好ましくは全体が非晶質）、高い弾性係数と高い引っ張り強度を得ることができる。あるいは、弾性層３２はＮｉ−Ｗ合金で形成される。この場合もタングステン（Ｗ）の濃度を１０ａｔ％以上で３０ａｔ％以下とすることにより、少なくとも一部が非晶質となり（好ましくは全体が非晶質）、高い弾性係数と高い引っ張り強度を得ることができる。
【００４２】
図４において、弾性層３２の断面積は、芯部３０の断面積の２０％以上で８０％以下であることが好ましい。この範囲であると、芯部３０が導電性とばね性の双方の機能を発揮できる。また図４の断面図において、芯部３０の厚さ寸法および幅寸法は、共に１０μｍ以上で１００μｍ以下であることが好適である。
【００４３】
弾性腕２２に形成された表面層３８は、白金族元素とＡｕとを有する合金層で形成されている。弾性腕２２に形成された表面層３８の全てが上記の合金層で形成されていなくてもよい。少なくとも弾性腕２２の突出電極４２と接続する部分の表面層３８が上記の合金層で形成されていればよい。例えば弾性腕２２の基部２２ａ付近に突出電極４２が接触する可能性は低いので、基部２２ａ付近での表面層３８は次に説明する固定部２１の表面層３８と同じ構造で形成され、基部２２ａ付近を除く弾性腕２２の全体が上記の合金層で形成される構造を提供できる。なお当然に弾性腕２２を構成する表面層３８の全体が上記の合金層で形成されていてもよい。
【００４４】
上記したように、接触子２０を構成する固定部２１の部分も、芯部３０と表面層３８との積層構造で形成されているが、弾性腕２２の部分と違って、表面層３８が、白金族層３６とＡｕ層３７との積層構造で形成されている。白金族層３６はＡｕ層３７より厚く形成される。白金族層３６の厚みは０．１〜１μｍ程度であり、Ａｕ層の厚みは、０．０１〜０．６μｍ程度である。
【００４５】
白金族層３６は、弾性層３２の表面に形成されている。白金族層３６は、白金族元素を含む合金層であってもよい。またＡｕ層３７は白金族層３６の表面に形成され、最表面に露出している。
【００４６】
表面層３８は、芯部３０の表面全体を覆っていることが必須でない。弾性腕２２では表面層３８が少なくとも突出電極４２と接触する部分に設けられ、固定部２１では表面層３８が少なくとも半田層２５と接触する部分に設けられればよい。ただし、芯部３０の表面全体を表面層３８で覆うことが、簡単な製造工程を実現できるし、また芯部３０の表面全体を表面層３８で覆ったほうが耐環境性等を向上できて好適である。
【００４７】
上記したように、弾性腕２２の表面層３８は白金族元素とＡｕとを有する合金層で形成されるが、合金層は白金族元素とＡｕのみで構成されても、他の元素を含んでもどちらでもよい。表面層３８に占める白金族元素は５０〜９９．５ａｔ％（好ましくは９９ａｔ％以下）の範囲内であることが好適である。また表面層３８に占めるＡｕは０．５〜５０ａｔ％（好ましくは１ａｔ％以上）の範囲内であることが好適である。
【００４８】
本実施形態では、白金族元素としてはＰｄを用いることが好適である。よって表面層３８はＰｄとＡｕとの合金層で形成されることが好適である。
【００４９】
これにより、突出電極４２との接触抵抗を効果的に低減できる。また表面層３８に白金族元素を含むことで半田転写量を低減できる。また、白金族元素とＡｕの標準電極電位は、Ａｕのほうが白金族元素より大きい。このため、表面層３８に含有された白金族元素は、金属酸化物（白金族元素がＰｄであればＰｄＯ）を形成し安定化する。よって表面層３８の触媒作用は抑制され、酸化力が大きい原子状酸素の発生等を効果的に抑制できる。
【００５０】
また、芯部（特に、ＣｕあるいはＣｕ合金で形成された導電層３１）を構成する元素の表面付近での拡散腐食は、白金族元素を含有する表面層３８の形成により効果的に抑制することができる。
【００５１】
以上により、弾性腕２２を構成する表面層３８を、白金族元素とＡｕを有する合金層で形成することで、半田転写の改善、接触抵抗の安定性、使用環境の自由度の向上、耐環境特性の向上等を図ることができる。よって、従来に比べて優れた接触信頼性を得ることができ、長寿命化を図ることが可能になる。
【００５２】
一方、固定部２１を構成する表面層３８は、図４（ｂ）に示すように、白金族層３６とＡｕ層３７との積層構造で形成され、Ａｕ層３７が最表面に露出する。仮に白金族層３６が露出した状態であると支持面１２に形成された電極パッドとの間で適切に半田接合できないが、本実施形態では、Ａｕ層３７が最表面に露出することで半田との濡れ性を向上させることができ、強固に半田接合することが可能になる。
【００５３】
固定部２１を構成する表面層３８のＡｕ層３７は非常に薄く、白金族層３６の表面に網目状あるいは島状で形成される等、白金族層３６の表面全体を覆っていない形態も含まれる。
【００５４】
なお物の形態として限定されるわけでないが、例えば弾性腕２２に形成された表面層３８は、最初、固定部２１と同様に、白金族層３６とＡｕ層３７との積層構造で形成され、ＹＡＧレーザ照射等による熱エネルギーにより、合金化されたものである。これにより簡単な製造方法で、弾性腕２２に形成された表面層３８をＡｕと白金族元素との合金層で形成できると共に、固定部２１に形成された表面層３８を白金族層３６とＡｕ層３７との積層構造で形成できる。
【００５５】
図５に示す実施形態では、表面層３８と芯部３０の間に中間部３３が設けられている。
図６に示すように、中間部３３は、金属層３４と、金属層３４中に分散された多数のフッ素樹脂粒子３５を有して構成される。
【００５６】
金属層３４は、ＮｉまたはＮｉ合金で形成される。Ｎｉ合金は、Ｎｉ−Ｘ合金（ただしＸは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのいずれか一種以上）が好ましく使用される。金属層３４をＮｉ合金で形成する場合、弾性層３２と同様にＮｉ−Ｐ合金やＮｉ−Ｗ合金で形成することが好適である。金属層３４中に占めるＮｉ−Ｐ合金及びＮｉ−Ｗ合金のＰ及びＷの濃度を１０ａｔ％以上で３０ａｔ％以下（好ましくは１７〜２５ａｔ％）の範囲内にて調整する。そして、金属層３４は、弾性層３２と同じように機能するために、非晶質であることが好適である。
【００５７】
フッ素樹脂粒子３５は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で形成される。
【００５８】
フッ素樹脂粒子３５は、図６に示すように、中間部３３の表面３３ａに露出している。中間部３３の表面３３ａに露出しているのは一部のフッ素樹脂粒子３５であり、図６のように中間部３３の内部に完全に埋もれているフッ素樹脂粒子３５があってもよい。フッ素樹脂粒子３５の一部は、中間部３３の表面３３ａから突出していることが好適である。
【００５９】
また図６の形態では、中間部３３の平均膜厚はフッ素樹脂粒子３５の平均粒径以上となっている。中間部３３の平均膜厚とは、中間部３３の全域（金属層３４が存在するかフッ素樹脂粒子３５が存在するかは問わない）での膜厚を平均化したものであるが、実際には任意に定めた複数の測定点での膜厚を平均化して中間部３３の平均膜厚を求める。中間部３３の平均膜厚はフッ素樹脂粒子３５の平均粒径より小さくてもよい。しかしながら、それにより、フッ素樹脂粒子３５の表面３３ａからの突出量が大きくなりすぎて接触信頼性が低下することと、絶対的な金属層３４の量が減ることで中間部３３と芯部３０間の接合強度が低下しやすくなる。よって、中間部３３の平均膜厚をフッ素樹脂粒子３５の平均粒径以上に調整することが好適である。
【００６０】
フッ素樹脂粒子３５の平均粒径は０．１〜５μｍ程度であることが好ましい。フッ素樹脂粒子３５は、球状、半楕円球状、鱗片状等、特に限定しないが、フッ素樹脂粒子３５が球状以外の形態である場合には、長径、長辺の長さの平均を、「平均粒径」と設定する。フッ素樹脂粒子３５の平均粒径は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて複数個のフッ素樹脂粒子３５の粒径を測定し、その平均を算出して特定したものである。
【００６１】
また中間部３３の平均膜厚は、０．５〜６μｍ程度であることが好適である。
またフッ素樹脂粒子３５は、中間部３３中に１０〜５０ｖｏｌ％含まれることが好適である。これにより、中間部３３を設けた効果を大きくでき、しかも、中間部３３と電子部品の突出電極４２間の導通性を適切に確保できる。
【００６２】
図６に示す実施形態では、中間部３３の表面３３ａに露出する金属層３４の表面に表面層３８が形成される。すなわち表面層３８は、露出するフッ素樹脂粒子３５の表面には形成されない。
【００６３】
上記した中間部３３を導電性の芯部３０の表面に形成することで、フッ素樹脂粒子３５の金属に対する反発機能や分離・剥離機能（金属に対する非付着性）が適切に作用し、より効果的に、半田転写量を低減することが出来る。
【００６４】
図６では、中間部３３の表面全体が表面層３８で覆われていない。図６では表面層３８は中間部３３の表面に露出した金属層３４の表面に形成され、表面層３８の平面形状は例えば網目状となっている。中間部３３を設けた効果は、弾性腕２２にて発揮される。すなわち固定部２１では、半田接合性を高めることが重要であるので、中間部３３を弾性腕２２だけに設ける形態であってもよい。
【００６５】
一方、図７に示す実施形態は、図６と違って、中間部３３の表面全体が表面層３８で覆われている。図７に示す形態では、中間部３３を構成するフッ素樹脂粒子３５と表面層３８との密着性は低い。よって、弾性腕２２に半田で形成された突出電極４２が当接し、表面層３８と突出電極４２との間で転写が生じても、フッ素樹脂粒子３５の表面にある表面層３８が突出電極４２側に転写されやすく、弾性腕２２側への半田転写は起こしにくくなる。なおフッ素樹脂粒子３５の表面にある表面層３８が除去されてしまうと図６とほぼ同様の形態となる。
【００６６】
本実施形態では、接触子２０には弾性変形可能な弾性腕２２が設けられる。この弾性腕２２が電子部品４０の突出電極４２と当接する。図１のように、電子部品４０を矢印Ｆ方向へ押圧することで、弾性腕２２が押しつぶされて、突出電極４２と弾性腕２２とが導通させられる。このとき、突出電極４２は弾性腕２２に対して滑り接触する。本実施形態では、このような滑り接触においても、凝着磨耗を防ぎ、よって、接触信頼性を向上でき、長寿命化を図ることが出来る。
【００６７】
次に本実施形態の特に接触子２０の製造方法について説明する。
まず接触子２０を固定部２１と、固定部２１から延出する弾性腕２２の平面形状（例えば図３の形状）を備える導電性の芯部３０を形成する。例えば、導電層３１を銅板あるいは銅合金板をエッチングにて図３に示す平面形状に形成し、銅板あるいは銅合金板の表面に例えば無電解メッキによりＮｉＰ合金より成る弾性層３２をメッキ形成する。
【００６８】
続いて、弾性層３２の表面全体に白金族層３６をメッキ形成する。さらに白金族層３６の表面にＡｕ層３７をメッキ形成する。白金族層３６とＡｕ層３７とで表面層３８が構成される。白金族層３６は、白金族元素を含む合金層であってもよい。また白金族層３６はＰｄ層であることが好ましい。
【００６９】
次に、図８に示すように弾性部２２に形成された表面層３８を、例えばＹＡＧレーザ光の照射により合金化して、白金族元素とＡｕを有する合金層を形成する。なおレーザ光照射以外に熱照射であってもよいが、合金化を効果的に促進させるにはレーザ光照射を用いることが好適である。
【００７０】
上記のようにレーザ光を弾性腕２２に対して照射し、固定部２１に照射していない。よって固定部２１の表面層３８は白金族層３６とＡｕ層３７との積層構造を維持している。
【００７１】
次に、例えば弾性腕２２を図２のように立体成形する。そして、図２に示すように、接触子２０の固定部２１を支持面１２の電極パッド上に半田層２５を介して接合する。
【００７２】
また金属層３４とフッ素樹脂粒子３５を有する中間部３３を芯部３０の表面に形成してもよい。この中間部３３は弾性腕２２の部分だけに形成されてもよい。このとき図９に示すように、中間部３３の表面からフッ素樹脂粒子３５の露出が少ない場合には、中間部３３を設けた効果が小さくなってしまうので図１０のように例えばエッチングにより金属層３４の表面を除去して、フッ素樹脂粒子３５の一部を中間部３３の表面から突出させる。フッ素樹脂粒子３５の突出量は例えば粒径の半分程度までとする。
【００７３】
続いて、図１１に示すように、中間部３３上に、白金族層３６及びＡｕ層３７を形成し、図８で説明したように弾性腕２２に形成された表面層３８を合金化する。
【００７４】
図１１では、中間部３３の表面全体に白金族層３６を形成しているが、金属層３４の表面にだけ白金族層３６を電気メッキ法にてメッキ形成することも出来る。
【００７５】
図１のように複数の接触子２０を備えた接続シート１５を形成するには、例えば銅板からエッチングにて接触子２０形状を形成した後、各接触子２０の固定部２１を基材シート１６に接合する。その後、表面層３８のメッキ形成や立体成形等を行う。
【００７６】
以上の製造方法によれば、固定部２１を支持面に適切に半田接合でき、且つ、半田転写の改善、接触抵抗の安定性、使用環境の自由度の向上、耐環境特性の向上等を図ることが可能な接触子２０及び接続装置１を適切且つ簡単に製造することが出来る。
【００７７】
なお、本実施形態での接触子２０は図１に示す接続装置１以外の用途に使用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本実施形態である接続装置の部分断面図、
【図２】図１に示す接続装置の接触子付近を示す拡大断面図、
【図３】本実施形態の接触子の平面図、
【図４】（ａ）は、接触子の弾性腕の部分を図３のＡ−Ａ線に沿って膜厚方向から切断した切断面を示す断面図で、（ｂ）は、接触子の固定部の部分を図３のＢ−Ｂ線に沿って膜厚方向から切断した切断面を示す断面図、
【図５】別の実施形態の弾性腕の断面図、
【図６】図５に示す弾性腕の表面付近を拡大した部分拡大断面図、
【図７】別の実施形態の弾性腕の部分拡大断面図、
【図８】接触子の製造工程を示す接触子の断面図、
【図９】芯部の表面に中間部を形成する場合の、接触子の製造工程を示す接触子の断面図、
【図１０】図９の次に行われる一工程図（断面図）、
【図１１】図１０の次に行なわれる一工程図（断面図）、
【符号の説明】
【００７９】
１ 接続装置
１０ 基台
１２ 支持面
１５ 接続シート
１６ 基材シート
２０ 接触子
２１ 固定部
２２ 弾性腕
３０ 芯部
３１ 導電層
３２ 弾性層
３３ 中間部
３４ 金属層
３５ フッ素樹脂粒子
３６ 白金族層
３７ Ａｕ層
３８ 表面層
４０ 電子部品
４２ 突出電極
【技術分野】
【０００１】
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接触子に係り、特に、接触子を支持基板に適切に半田接合でき、さらに、接触信頼性を向上でき、長寿命化を図ることが出来る接触子及びその製造方法、ならびに前記接触子を備える接続装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献１には、複数のスパイラル状の弾性腕を有する接触子を備えた接続装置が開示されている。ＩＣパッケージなどの電子部品の底面には複数の球状の電極が設けられており、それぞれの電極が弾性腕に弾圧されて、電極と接触子とが一対一の関係で個別に接続される。
【０００３】
特許文献１の図４Ｆには、例えば金（Ａｕ）で形成された最表面層（特許文献１では導電性部材４０）を有する接触子の断面形状が示されている。
【特許文献１】特開２００５−０３２７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の構成において、電子部品の電極が半田で形成されている場合、電極と接触子との間で金属間化合物が生成され、接触子側へ半田転写が生じるという問題があった。このため接触信頼性に欠け、接続装置の短命化が問題となった。
【０００５】
特に接続装置が検査用で、電子部品との間で装着と離脱とが繰り返して行われる用途である場合、上記した従来課題が顕著化した。さらに、接続装置の接触子が弾性変形可能な材質及び形状で形成されているとき、電極は接触子に対して滑り接触する。このような滑り接触では、凝着磨耗が生じることで、上記した従来課題がより顕著化した。
【０００６】
一方、最表面層にＰｄ等の白金族元素を用いることで、半田転写量を激減できることがわかっている。しかしながら、触媒作用により、使用環境によっては有機物汚染等が生じ、潤滑油を併用できない等、使用環境が限定されてしまう問題があった。また、最表面層にＰｄ等の白金族元素を用いた場合、支持面と接触子間を適切に半田接合できないといった問題があった。
【０００７】
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、接触子を支持基板に適切に半田接合でき、さらに、接触信頼性を向上でき、長寿命化を図ることが出来る接触子及びその製造方法、ならびに、接続装置及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、電子部品の半田で形成された電極と電気的に接続される接触子において、
固定部と、前記固定部から延出形成された接続部とを有する導電性の芯部の表面側に表面層が形成された積層構造であり、
前記固定部に形成された前記表面層は、前記芯部側から白金族層あるいは白金族元素を含む合金層及び、Ａｕ層の順に積層されており、
前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記表面層は、白金族元素とＡｕとを有する合金で形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
これにより、固定部と支持面間を適切に半田接合でき、且つ半田転写の改善、接触抵抗の安定性、使用環境の自由度の向上、耐環境特性の向上等を図ることができる。以上により、従来に比べて優れた接触信頼性を得ることができ、長寿命化を図ることが可能になる。
【００１０】
本発明では、前記芯部と前記表面層の間には、ＮｉあるいはＮｉ合金からなる金属層、及び、前記金属層中に分散されたフッ素樹脂粒子を有する中間部が形成されていることが好ましい。
【００１１】
また本発明では、前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記中間部は、前記フッ素樹脂粒子の一部が前記中間部の表面に露出しており、露出する前記フッ素樹脂粒子の表面を除く前記金属層の表面に前記表面層が形成されていることが好ましい。これにより、より効果的に半田転写を改善できる。
【００１２】
また本発明では、前記固定部に形成された前記表面層は、前記芯部側からＰｄ層及び、Ａｕ層の順に積層され、前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記表面層は、Ｐｄ及びＡｕの合金で形成されていることが好ましい。極薄のＰｄＯ（酸化パラジウム）が形成されて安定化し、触媒作用が抑制される。これにより酸化力の大きい原子状酸素の発生が抑制され、より効果的に、使用環境の自由度の向上を図ることが出来る。
【００１３】
また本発明では、前記芯部は、ＣｕあるいはＣｕ合金で形成された導電層を備えることが好ましい。
【００１４】
また本発明では、前記接続部は弾性変形可能な弾性腕で形成される構成に特に有効である。
【００１５】
また本発明は、電子部品の半田で形成された電極と電気的に接続される接触子を備えた接続装置において、
前記接触子は上記のいずれかに記載された発明により形成され、前記固定部は、支持面に半田接合されていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明では、前記接続部に対して、前記電極を有する前記電子部品の装着と離脱とが繰り返し行われる検査用として用いられる場合に特に有効である。電子部品の着脱を繰り返しても、効果的に、電極と接続部間の接続による半田転写を従来に比べて抑制することが出来る。
【００１７】
本発明は、電子部品の半田で形成された電極と電気的に接続される接触子の製造方法において、
（ａ） 固定部と、前記固定部から延出して形成し、前記電極と当接する接続部とを有して成る導電性の芯部と、前記芯部の表面側から白金族層あるいは白金族元素を含む合金層及び、Ａｕ層の順に積層された表面層との積層構造にて形成する工程、
（ｂ） 前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記表面層を合金化して、白金族元素とＡｕとを有する合金層を形成する工程、
を有することを特徴とするものである。
【００１８】
上記により、固定部を支持面に適切に半田接合でき、且つ、半田転写の改善、接触抵抗の安定性、使用環境の自由度の向上、耐環境特性の向上等を図ることが可能な接触子を簡単且つ適切に製造できる。
【００１９】
本発明では、前記芯部と前記表面層の間に、ＮｉあるいはＮｉ合金からなる金属層、及び、前記金属層中に分散されたフッ素樹脂粒子を有する中間部を形成することが好ましい。
【００２０】
また本発明では、前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記中間部の前記金属層の一部をエッチングで削って、前記フッ素樹脂粒子の一部を前記中間部の表面に露出させることが好ましい。これにより中間部の表面に適切にフッ素樹脂粒子の一部を露出させることが出来る。
【００２１】
また本発明では、露出する前記フッ素樹脂粒子の表面を除く前記金属層の表面に前記表面層を形成することが好ましい。
【００２２】
また本発明では、前記（ａ）工程で、前記表面層を、前記芯部側からＰｄ層及び、Ａｕ層の順に積層し、前記（ｂ）工程で、前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記表面層を合金化して、Ｐｄ及びＡｕの合金層を形成することが好ましい。
【００２３】
また本発明では、前記（ｂ）工程で、レーザ光照射により、前記表面層を合金化することが好ましい。これにより簡単且つ適切に表面層を合金化できる。
【００２４】
また本発明は、電子部品の半田で形成された電極と電気的に接続される接触子を備える接続装置の製造方法において、
前記接触子を上記のいずれかに記載された発明により形成した後、
前記固定部に形成された前記表面層のＡｕ層と支持面間を半田層にて接合する工程、
を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、接触子の固定部と支持基板間を適切に半田接合し、且つ半田転写の改善、接触抵抗の安定性、使用環境の自由度の向上、耐環境特性の向上等を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本実施形態である接続装置の部分断面図、図２は、図１に示す接続装置の接触子付近を示す拡大断面図、図３は、本実施形態の接触子の平面図、図４（ａ）は、接触子の弾性腕の部分を図３のＡ−Ａ線に沿って膜厚方向から切断した切断面を示す断面図、図４（ｂ）は、接触子の固定部の部分を図３のＢ−Ｂ線に沿って膜厚方向から切断した切断面を示す断面図、図５は、別の実施形態の弾性腕の断面図、図６は、図５に示す弾性腕の表面付近を拡大した部分拡大断面図、図７は、別の実施形態の弾性腕の部分拡大断面図、である。
【００２７】
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の上面が支持面１２である。支持面１２の上には、接続シート１５が設置されている。接続シート１５は、例えば、可撓性の基材シート１６の表面に複数の接触子２０が設けられた構成である。
【００２８】
接触子２０は、例えば、薄い導電性金属板を打ち抜いて形成され、さらにメッキ処理されたものである。あるいは、接触子２０は、銅やニッケルなどの導電性材料を使用してメッキ工程で形成される。
【００２９】
それぞれの接触子２０は、図２に示すように、外力が与えられて立体形状に形成される。このとき、加熱処理で内部の残留応力が除去され、接触子２０は立体形状で弾性力を発揮できるようになる。
【００３０】
図２と図３に示すように、接触子２０は、固定部２１と弾性腕（接続部）２２が一体に連続して形成された構成である。弾性腕２２は例えば螺旋形状に形成されており、弾性腕２２の巻き始端である基部２２ａが、固定部２１と一体化されている。弾性腕２２の巻き終端である先端部２２ｂは、螺旋のほぼ中心部に位置している。図２に示す形態では、接触子２０を構成している固定部２１が基材シート１６に固定支持され、弾性腕２２は、先端部２２ｂが支持面１２から離れるように立体成形されている。
【００３１】
なお、接触子２０は立体成形されず平面形状であってもよい。また弾性腕２２は螺旋形状であることに限定されない。弾性腕２２は帯状（直線状）や湾曲形状等であってもよい。また弾性腕２２は片側だけが固定部２１に支持されているが両側が固定部に支持された構成であってもよい。
【００３２】
図２に示すように基台１０は接触子２０に対する支持基板として機能し、基台１０の表面の支持面１２に回路パターンが形成されている。あるいは、基台１０と、接触子２０の間に回路基板が設けられ、この回路基板の表面が接触子２０に対する支持面１２であってもよい。
【００３３】
図２に示すように、接触子２０の固定部２１は支持面１２に形成された図示しない電極パッドと半田層２５にて接合されている。半田層２５は、例えば、スズ・ビスマス合金や、スズ・銀合金であるが特に限定されるものではない。
【００３４】
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。
【００３５】
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。半田の組成は限定されない。
【００３６】
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が接触子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、立体形状の弾性腕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。
【００３７】
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、周囲の温度が１５０℃程度に設定された状態で、外部の検査用の回路から接触子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、接触子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。
【００３８】
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、接触子２０の弾性腕２２には、新たな電子部品４０の突出電極４２が次々に接触することになる。
【００３９】
本実施形態では、図４（ａ）の断面図で示すように、弾性腕２２は、芯部３０と、この芯部３０の表面の全周を覆う表面層３８との積層構造で構成される。なお芯部３０と表面層３８との積層構造は、接触子２０の全体を構成している。よって、後述の図４（ｂ）に示すように、固定部２１も芯部３０と表面層３８との積層構造で形成されている。表面層３８の厚みは０．１〜１．６μｍ程度である。
【００４０】
芯部３０は、導電層３１の周囲の全周が弾性層３２で覆われたものである。導電層３１は、銅（Ｃｕ）または銅を含む合金の単層である。銅合金は、高い電気導電度と高い機械的強度を有するＣｕ，Ｓｉ，Ｎｉを有するコルソン合金が好ましく使用される。コルソン合金は、例えばＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｍｇで、Ｃｕが９６．２質量％、Ｎｉが３．０質量％、Ｓｉが０．６５質量％、Ｍｇが０．１５質量％のものが使用される。
【００４１】
弾性層３２は、導電性であり且つ高い機械的強度と高い曲げ弾性係数を発揮する金属材料であり、ニッケル（Ｎｉ）層またはＮｉを含む合金層である。Ｎｉ合金は、Ｎｉ−Ｘ合金（ただしＸは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのいずれか一種以上）が使用される。弾性層３２は、導電層３１の周囲に電解メッキまたは無電解メッキを施すことで形成される。弾性層３２は、好ましくは無電解メッキで形成されたＮｉ−Ｐ合金である。Ｎｉ−Ｐ合金では、リン（Ｐ）の濃度を１０ａｔ％以上で３０ａｔ％以下（より好ましくは１７〜２５ａｔ％）とすることにより、少なくとも一部が非晶質となり（好ましくは全体が非晶質）、高い弾性係数と高い引っ張り強度を得ることができる。あるいは、弾性層３２はＮｉ−Ｗ合金で形成される。この場合もタングステン（Ｗ）の濃度を１０ａｔ％以上で３０ａｔ％以下とすることにより、少なくとも一部が非晶質となり（好ましくは全体が非晶質）、高い弾性係数と高い引っ張り強度を得ることができる。
【００４２】
図４において、弾性層３２の断面積は、芯部３０の断面積の２０％以上で８０％以下であることが好ましい。この範囲であると、芯部３０が導電性とばね性の双方の機能を発揮できる。また図４の断面図において、芯部３０の厚さ寸法および幅寸法は、共に１０μｍ以上で１００μｍ以下であることが好適である。
【００４３】
弾性腕２２に形成された表面層３８は、白金族元素とＡｕとを有する合金層で形成されている。弾性腕２２に形成された表面層３８の全てが上記の合金層で形成されていなくてもよい。少なくとも弾性腕２２の突出電極４２と接続する部分の表面層３８が上記の合金層で形成されていればよい。例えば弾性腕２２の基部２２ａ付近に突出電極４２が接触する可能性は低いので、基部２２ａ付近での表面層３８は次に説明する固定部２１の表面層３８と同じ構造で形成され、基部２２ａ付近を除く弾性腕２２の全体が上記の合金層で形成される構造を提供できる。なお当然に弾性腕２２を構成する表面層３８の全体が上記の合金層で形成されていてもよい。
【００４４】
上記したように、接触子２０を構成する固定部２１の部分も、芯部３０と表面層３８との積層構造で形成されているが、弾性腕２２の部分と違って、表面層３８が、白金族層３６とＡｕ層３７との積層構造で形成されている。白金族層３６はＡｕ層３７より厚く形成される。白金族層３６の厚みは０．１〜１μｍ程度であり、Ａｕ層の厚みは、０．０１〜０．６μｍ程度である。
【００４５】
白金族層３６は、弾性層３２の表面に形成されている。白金族層３６は、白金族元素を含む合金層であってもよい。またＡｕ層３７は白金族層３６の表面に形成され、最表面に露出している。
【００４６】
表面層３８は、芯部３０の表面全体を覆っていることが必須でない。弾性腕２２では表面層３８が少なくとも突出電極４２と接触する部分に設けられ、固定部２１では表面層３８が少なくとも半田層２５と接触する部分に設けられればよい。ただし、芯部３０の表面全体を表面層３８で覆うことが、簡単な製造工程を実現できるし、また芯部３０の表面全体を表面層３８で覆ったほうが耐環境性等を向上できて好適である。
【００４７】
上記したように、弾性腕２２の表面層３８は白金族元素とＡｕとを有する合金層で形成されるが、合金層は白金族元素とＡｕのみで構成されても、他の元素を含んでもどちらでもよい。表面層３８に占める白金族元素は５０〜９９．５ａｔ％（好ましくは９９ａｔ％以下）の範囲内であることが好適である。また表面層３８に占めるＡｕは０．５〜５０ａｔ％（好ましくは１ａｔ％以上）の範囲内であることが好適である。
【００４８】
本実施形態では、白金族元素としてはＰｄを用いることが好適である。よって表面層３８はＰｄとＡｕとの合金層で形成されることが好適である。
【００４９】
これにより、突出電極４２との接触抵抗を効果的に低減できる。また表面層３８に白金族元素を含むことで半田転写量を低減できる。また、白金族元素とＡｕの標準電極電位は、Ａｕのほうが白金族元素より大きい。このため、表面層３８に含有された白金族元素は、金属酸化物（白金族元素がＰｄであればＰｄＯ）を形成し安定化する。よって表面層３８の触媒作用は抑制され、酸化力が大きい原子状酸素の発生等を効果的に抑制できる。
【００５０】
また、芯部（特に、ＣｕあるいはＣｕ合金で形成された導電層３１）を構成する元素の表面付近での拡散腐食は、白金族元素を含有する表面層３８の形成により効果的に抑制することができる。
【００５１】
以上により、弾性腕２２を構成する表面層３８を、白金族元素とＡｕを有する合金層で形成することで、半田転写の改善、接触抵抗の安定性、使用環境の自由度の向上、耐環境特性の向上等を図ることができる。よって、従来に比べて優れた接触信頼性を得ることができ、長寿命化を図ることが可能になる。
【００５２】
一方、固定部２１を構成する表面層３８は、図４（ｂ）に示すように、白金族層３６とＡｕ層３７との積層構造で形成され、Ａｕ層３７が最表面に露出する。仮に白金族層３６が露出した状態であると支持面１２に形成された電極パッドとの間で適切に半田接合できないが、本実施形態では、Ａｕ層３７が最表面に露出することで半田との濡れ性を向上させることができ、強固に半田接合することが可能になる。
【００５３】
固定部２１を構成する表面層３８のＡｕ層３７は非常に薄く、白金族層３６の表面に網目状あるいは島状で形成される等、白金族層３６の表面全体を覆っていない形態も含まれる。
【００５４】
なお物の形態として限定されるわけでないが、例えば弾性腕２２に形成された表面層３８は、最初、固定部２１と同様に、白金族層３６とＡｕ層３７との積層構造で形成され、ＹＡＧレーザ照射等による熱エネルギーにより、合金化されたものである。これにより簡単な製造方法で、弾性腕２２に形成された表面層３８をＡｕと白金族元素との合金層で形成できると共に、固定部２１に形成された表面層３８を白金族層３６とＡｕ層３７との積層構造で形成できる。
【００５５】
図５に示す実施形態では、表面層３８と芯部３０の間に中間部３３が設けられている。
図６に示すように、中間部３３は、金属層３４と、金属層３４中に分散された多数のフッ素樹脂粒子３５を有して構成される。
【００５６】
金属層３４は、ＮｉまたはＮｉ合金で形成される。Ｎｉ合金は、Ｎｉ−Ｘ合金（ただしＸは、Ｐ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅのいずれか一種以上）が好ましく使用される。金属層３４をＮｉ合金で形成する場合、弾性層３２と同様にＮｉ−Ｐ合金やＮｉ−Ｗ合金で形成することが好適である。金属層３４中に占めるＮｉ−Ｐ合金及びＮｉ−Ｗ合金のＰ及びＷの濃度を１０ａｔ％以上で３０ａｔ％以下（好ましくは１７〜２５ａｔ％）の範囲内にて調整する。そして、金属層３４は、弾性層３２と同じように機能するために、非晶質であることが好適である。
【００５７】
フッ素樹脂粒子３５は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で形成される。
【００５８】
フッ素樹脂粒子３５は、図６に示すように、中間部３３の表面３３ａに露出している。中間部３３の表面３３ａに露出しているのは一部のフッ素樹脂粒子３５であり、図６のように中間部３３の内部に完全に埋もれているフッ素樹脂粒子３５があってもよい。フッ素樹脂粒子３５の一部は、中間部３３の表面３３ａから突出していることが好適である。
【００５９】
また図６の形態では、中間部３３の平均膜厚はフッ素樹脂粒子３５の平均粒径以上となっている。中間部３３の平均膜厚とは、中間部３３の全域（金属層３４が存在するかフッ素樹脂粒子３５が存在するかは問わない）での膜厚を平均化したものであるが、実際には任意に定めた複数の測定点での膜厚を平均化して中間部３３の平均膜厚を求める。中間部３３の平均膜厚はフッ素樹脂粒子３５の平均粒径より小さくてもよい。しかしながら、それにより、フッ素樹脂粒子３５の表面３３ａからの突出量が大きくなりすぎて接触信頼性が低下することと、絶対的な金属層３４の量が減ることで中間部３３と芯部３０間の接合強度が低下しやすくなる。よって、中間部３３の平均膜厚をフッ素樹脂粒子３５の平均粒径以上に調整することが好適である。
【００６０】
フッ素樹脂粒子３５の平均粒径は０．１〜５μｍ程度であることが好ましい。フッ素樹脂粒子３５は、球状、半楕円球状、鱗片状等、特に限定しないが、フッ素樹脂粒子３５が球状以外の形態である場合には、長径、長辺の長さの平均を、「平均粒径」と設定する。フッ素樹脂粒子３５の平均粒径は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて複数個のフッ素樹脂粒子３５の粒径を測定し、その平均を算出して特定したものである。
【００６１】
また中間部３３の平均膜厚は、０．５〜６μｍ程度であることが好適である。
またフッ素樹脂粒子３５は、中間部３３中に１０〜５０ｖｏｌ％含まれることが好適である。これにより、中間部３３を設けた効果を大きくでき、しかも、中間部３３と電子部品の突出電極４２間の導通性を適切に確保できる。
【００６２】
図６に示す実施形態では、中間部３３の表面３３ａに露出する金属層３４の表面に表面層３８が形成される。すなわち表面層３８は、露出するフッ素樹脂粒子３５の表面には形成されない。
【００６３】
上記した中間部３３を導電性の芯部３０の表面に形成することで、フッ素樹脂粒子３５の金属に対する反発機能や分離・剥離機能（金属に対する非付着性）が適切に作用し、より効果的に、半田転写量を低減することが出来る。
【００６４】
図６では、中間部３３の表面全体が表面層３８で覆われていない。図６では表面層３８は中間部３３の表面に露出した金属層３４の表面に形成され、表面層３８の平面形状は例えば網目状となっている。中間部３３を設けた効果は、弾性腕２２にて発揮される。すなわち固定部２１では、半田接合性を高めることが重要であるので、中間部３３を弾性腕２２だけに設ける形態であってもよい。
【００６５】
一方、図７に示す実施形態は、図６と違って、中間部３３の表面全体が表面層３８で覆われている。図７に示す形態では、中間部３３を構成するフッ素樹脂粒子３５と表面層３８との密着性は低い。よって、弾性腕２２に半田で形成された突出電極４２が当接し、表面層３８と突出電極４２との間で転写が生じても、フッ素樹脂粒子３５の表面にある表面層３８が突出電極４２側に転写されやすく、弾性腕２２側への半田転写は起こしにくくなる。なおフッ素樹脂粒子３５の表面にある表面層３８が除去されてしまうと図６とほぼ同様の形態となる。
【００６６】
本実施形態では、接触子２０には弾性変形可能な弾性腕２２が設けられる。この弾性腕２２が電子部品４０の突出電極４２と当接する。図１のように、電子部品４０を矢印Ｆ方向へ押圧することで、弾性腕２２が押しつぶされて、突出電極４２と弾性腕２２とが導通させられる。このとき、突出電極４２は弾性腕２２に対して滑り接触する。本実施形態では、このような滑り接触においても、凝着磨耗を防ぎ、よって、接触信頼性を向上でき、長寿命化を図ることが出来る。
【００６７】
次に本実施形態の特に接触子２０の製造方法について説明する。
まず接触子２０を固定部２１と、固定部２１から延出する弾性腕２２の平面形状（例えば図３の形状）を備える導電性の芯部３０を形成する。例えば、導電層３１を銅板あるいは銅合金板をエッチングにて図３に示す平面形状に形成し、銅板あるいは銅合金板の表面に例えば無電解メッキによりＮｉＰ合金より成る弾性層３２をメッキ形成する。
【００６８】
続いて、弾性層３２の表面全体に白金族層３６をメッキ形成する。さらに白金族層３６の表面にＡｕ層３７をメッキ形成する。白金族層３６とＡｕ層３７とで表面層３８が構成される。白金族層３６は、白金族元素を含む合金層であってもよい。また白金族層３６はＰｄ層であることが好ましい。
【００６９】
次に、図８に示すように弾性部２２に形成された表面層３８を、例えばＹＡＧレーザ光の照射により合金化して、白金族元素とＡｕを有する合金層を形成する。なおレーザ光照射以外に熱照射であってもよいが、合金化を効果的に促進させるにはレーザ光照射を用いることが好適である。
【００７０】
上記のようにレーザ光を弾性腕２２に対して照射し、固定部２１に照射していない。よって固定部２１の表面層３８は白金族層３６とＡｕ層３７との積層構造を維持している。
【００７１】
次に、例えば弾性腕２２を図２のように立体成形する。そして、図２に示すように、接触子２０の固定部２１を支持面１２の電極パッド上に半田層２５を介して接合する。
【００７２】
また金属層３４とフッ素樹脂粒子３５を有する中間部３３を芯部３０の表面に形成してもよい。この中間部３３は弾性腕２２の部分だけに形成されてもよい。このとき図９に示すように、中間部３３の表面からフッ素樹脂粒子３５の露出が少ない場合には、中間部３３を設けた効果が小さくなってしまうので図１０のように例えばエッチングにより金属層３４の表面を除去して、フッ素樹脂粒子３５の一部を中間部３３の表面から突出させる。フッ素樹脂粒子３５の突出量は例えば粒径の半分程度までとする。
【００７３】
続いて、図１１に示すように、中間部３３上に、白金族層３６及びＡｕ層３７を形成し、図８で説明したように弾性腕２２に形成された表面層３８を合金化する。
【００７４】
図１１では、中間部３３の表面全体に白金族層３６を形成しているが、金属層３４の表面にだけ白金族層３６を電気メッキ法にてメッキ形成することも出来る。
【００７５】
図１のように複数の接触子２０を備えた接続シート１５を形成するには、例えば銅板からエッチングにて接触子２０形状を形成した後、各接触子２０の固定部２１を基材シート１６に接合する。その後、表面層３８のメッキ形成や立体成形等を行う。
【００７６】
以上の製造方法によれば、固定部２１を支持面に適切に半田接合でき、且つ、半田転写の改善、接触抵抗の安定性、使用環境の自由度の向上、耐環境特性の向上等を図ることが可能な接触子２０及び接続装置１を適切且つ簡単に製造することが出来る。
【００７７】
なお、本実施形態での接触子２０は図１に示す接続装置１以外の用途に使用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本実施形態である接続装置の部分断面図、
【図２】図１に示す接続装置の接触子付近を示す拡大断面図、
【図３】本実施形態の接触子の平面図、
【図４】（ａ）は、接触子の弾性腕の部分を図３のＡ−Ａ線に沿って膜厚方向から切断した切断面を示す断面図で、（ｂ）は、接触子の固定部の部分を図３のＢ−Ｂ線に沿って膜厚方向から切断した切断面を示す断面図、
【図５】別の実施形態の弾性腕の断面図、
【図６】図５に示す弾性腕の表面付近を拡大した部分拡大断面図、
【図７】別の実施形態の弾性腕の部分拡大断面図、
【図８】接触子の製造工程を示す接触子の断面図、
【図９】芯部の表面に中間部を形成する場合の、接触子の製造工程を示す接触子の断面図、
【図１０】図９の次に行われる一工程図（断面図）、
【図１１】図１０の次に行なわれる一工程図（断面図）、
【符号の説明】
【００７９】
１ 接続装置
１０ 基台
１２ 支持面
１５ 接続シート
１６ 基材シート
２０ 接触子
２１ 固定部
２２ 弾性腕
３０ 芯部
３１ 導電層
３２ 弾性層
３３ 中間部
３４ 金属層
３５ フッ素樹脂粒子
３６ 白金族層
３７ Ａｕ層
３８ 表面層
４０ 電子部品
４２ 突出電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の半田で形成された電極と電気的に接続される接触子において、
固定部と、前記固定部から延出形成された接続部とを有する導電性の芯部の表面側に表面層が形成された積層構造であり、
前記固定部に形成された前記表面層は、前記芯部側から白金族層あるいは白金族元素を含む合金層及び、Ａｕ層の順に積層されており、
前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記表面層は、白金族元素とＡｕとを有する合金で形成されていることを特徴とする接触子。
【請求項２】
前記芯部と前記表面層の間には、ＮｉあるいはＮｉ合金からなる金属層、及び、前記金属層中に分散されたフッ素樹脂粒子を有する中間部が形成されている請求項１記載の接触子。
【請求項３】
前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記中間部は、前記フッ素樹脂粒子の一部が前記中間部の表面に露出しており、露出する前記フッ素樹脂粒子の表面を除く前記金属層の表面に前記表面層が形成されている請求項２記載の接触子。
【請求項４】
前記固定部に形成された前記表面層は、前記芯部側からＰｄ層及び、Ａｕ層の順に積層され、前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記表面層は、Ｐｄ及びＡｕの合金で形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の接触子。
【請求項５】
前記芯部は、ＣｕあるいはＣｕ合金で形成された導電層を備える請求項１ないし４のいずれかに記載の接触子。
【請求項６】
前記接続部は弾性変形可能な弾性腕で形成される請求項１ないし５のいずれかに記載の接触子。
【請求項７】
電子部品の半田で形成された電極と電気的に接続される接触子を備えた接続装置において、
前記接触子は請求項１ないし６のいずれかに記載された発明により形成され、前記固定部は、支持面に半田接合されていることを特徴とする接続装置。
【請求項８】
前記接続部に対して、前記電極を有する前記電子部品の装着と離脱とが繰り返し行われる検査用として用いられる請求項７記載の接続装置。
【請求項９】
電子部品の半田で形成された電極と電気的に接続される接触子の製造方法において、
（ａ） 固定部と、前記固定部から延出して形成し、前記電極と当接する接続部とを有して成る導電性の芯部と、前記芯部の表面側から白金族層あるいは白金族元素を含む合金層及び、Ａｕ層の順に積層された表面層との積層構造にて形成する工程、
（ｂ） 前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記表面層を合金化して、白金族元素とＡｕとを有する合金層を形成する工程、
を有することを特徴とする接触子の製造方法。
【請求項１０】
前記芯部と前記表面層の間に、ＮｉあるいはＮｉ合金からなる金属層、及び、前記金属層中に分散されたフッ素樹脂粒子を有する中間部を形成する請求項９記載の接触子の製造方法。
【請求項１１】
前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記中間部の前記金属層の一部をエッチングで削って、前記フッ素樹脂粒子の一部を前記中間部の表面に露出させる請求項１０記載の接触子の製造方法。
【請求項１２】
露出する前記フッ素樹脂粒子の表面を除く前記金属層の表面に前記表面層を形成する請求項１１記載の接触子の製造方法。
【請求項１３】
前記（ａ）工程で、前記表面層を、前記芯部側からＰｄ層及び、Ａｕ層の順に積層し、前記（ｂ）工程で、前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記表面層を合金化して、Ｐｄ及びＡｕの合金層を形成する請求項９ないし１２のいずれかに記載の接触子の製造方法。
【請求項１４】
前記（ｂ）工程で、レーザ光照射により、前記表面層を合金化する請求項９ないし１３のいずれかに記載の接触子の製造方法。
【請求項１５】
電子部品の半田で形成された電極と電気的に接続される接触子を備える接続装置の製造方法において、
前記接触子を請求項９ないし１４のいずれかに記載された発明により形成した後、
前記固定部に形成された前記表面層のＡｕ層と支持面間を半田層にて接合する工程、
を含むことを特徴とする接続装置の製造方法。
【請求項１】
電子部品の半田で形成された電極と電気的に接続される接触子において、
固定部と、前記固定部から延出形成された接続部とを有する導電性の芯部の表面側に表面層が形成された積層構造であり、
前記固定部に形成された前記表面層は、前記芯部側から白金族層あるいは白金族元素を含む合金層及び、Ａｕ層の順に積層されており、
前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記表面層は、白金族元素とＡｕとを有する合金で形成されていることを特徴とする接触子。
【請求項２】
前記芯部と前記表面層の間には、ＮｉあるいはＮｉ合金からなる金属層、及び、前記金属層中に分散されたフッ素樹脂粒子を有する中間部が形成されている請求項１記載の接触子。
【請求項３】
前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記中間部は、前記フッ素樹脂粒子の一部が前記中間部の表面に露出しており、露出する前記フッ素樹脂粒子の表面を除く前記金属層の表面に前記表面層が形成されている請求項２記載の接触子。
【請求項４】
前記固定部に形成された前記表面層は、前記芯部側からＰｄ層及び、Ａｕ層の順に積層され、前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記表面層は、Ｐｄ及びＡｕの合金で形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の接触子。
【請求項５】
前記芯部は、ＣｕあるいはＣｕ合金で形成された導電層を備える請求項１ないし４のいずれかに記載の接触子。
【請求項６】
前記接続部は弾性変形可能な弾性腕で形成される請求項１ないし５のいずれかに記載の接触子。
【請求項７】
電子部品の半田で形成された電極と電気的に接続される接触子を備えた接続装置において、
前記接触子は請求項１ないし６のいずれかに記載された発明により形成され、前記固定部は、支持面に半田接合されていることを特徴とする接続装置。
【請求項８】
前記接続部に対して、前記電極を有する前記電子部品の装着と離脱とが繰り返し行われる検査用として用いられる請求項７記載の接続装置。
【請求項９】
電子部品の半田で形成された電極と電気的に接続される接触子の製造方法において、
（ａ） 固定部と、前記固定部から延出して形成し、前記電極と当接する接続部とを有して成る導電性の芯部と、前記芯部の表面側から白金族層あるいは白金族元素を含む合金層及び、Ａｕ層の順に積層された表面層との積層構造にて形成する工程、
（ｂ） 前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記表面層を合金化して、白金族元素とＡｕとを有する合金層を形成する工程、
を有することを特徴とする接触子の製造方法。
【請求項１０】
前記芯部と前記表面層の間に、ＮｉあるいはＮｉ合金からなる金属層、及び、前記金属層中に分散されたフッ素樹脂粒子を有する中間部を形成する請求項９記載の接触子の製造方法。
【請求項１１】
前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記中間部の前記金属層の一部をエッチングで削って、前記フッ素樹脂粒子の一部を前記中間部の表面に露出させる請求項１０記載の接触子の製造方法。
【請求項１２】
露出する前記フッ素樹脂粒子の表面を除く前記金属層の表面に前記表面層を形成する請求項１１記載の接触子の製造方法。
【請求項１３】
前記（ａ）工程で、前記表面層を、前記芯部側からＰｄ層及び、Ａｕ層の順に積層し、前記（ｂ）工程で、前記接続部の少なくとも前記電極と接続する部分での前記表面層を合金化して、Ｐｄ及びＡｕの合金層を形成する請求項９ないし１２のいずれかに記載の接触子の製造方法。
【請求項１４】
前記（ｂ）工程で、レーザ光照射により、前記表面層を合金化する請求項９ないし１３のいずれかに記載の接触子の製造方法。
【請求項１５】
電子部品の半田で形成された電極と電気的に接続される接触子を備える接続装置の製造方法において、
前記接触子を請求項９ないし１４のいずれかに記載された発明により形成した後、
前記固定部に形成された前記表面層のＡｕ層と支持面間を半田層にて接合する工程、
を含むことを特徴とする接続装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−４４９８３（Ｐ２０１０−４４９８３Ａ）
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０９４８２（Ｐ２００８−２０９４８２）
【出願日】平成２０年８月１８日（２００８．８．１８）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１８日（２００８．８．１８）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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