JP4545760B2 - 接触子部材、コンタクタ及び接触方法 - Google Patents

Description

本発明は電子部品の電気的接続技術に係り、より詳細には、ＬＳＩに代表される半導体装置の電極に接触して電気的導通をとるための微小接触子及びそのような接触子に使用する接触子部材に関する。

近年、電子機器の高性能かつ小型化への要求に伴い、電子機器に搭載されるＬＳＩ等の半導体装置も高性能かつ小型であることが求められている。従って、当該半導体装置は、より多くの回路をより小さな体積に集積化するために、配線パターンを微細化し、ウエハの厚さを薄くする必要がある。

また、より高速動作が求められ、半導体装置の配線パターンを微細化し、回路間の配線の短縮化が図られている。さらに、１つの半導体装置に、より多くの機能・回路が集積されるため、当該半導体装置に設けられる端子数も増大している。

このような状況において、当該半導体装置の試験を行なうために、微細で多数の端子に安定して接触し得る接触子を備えたいわゆるコンタクタが求められている。

ＬＳＩ試験用のコンタクタは、使用している接触子別に分類すると、１）針方式のコンタクタ、２）スプリングプローブを接触子としたコンタクタ、３）メンブレンプローブを接触子としたコンタクタ、４）異方性導電ゴムを接触子としたコンタクタの４種に分類される。

１）針方式のコンタクタ
個々の針（タングステンワイヤ等により形成された針）をそれぞれ試験するＬＳＩの端子位置にあうようにコンタクタ基板に配置して形成される。

１−ａ）カンチレバー方式：半導体装置の電極に対して、針が上方より傾斜した状態で延在するように構成されている。

１−ｂ）垂直針方式：導電性の垂直に起立した針（棒状部材）を接触子とする。

１−ｃ）屈曲針方式：導電性の垂直に起立した針の途中を屈曲させ弾性を持たせた接触子を使用したコンタクタ。

２）スプリングプローブを接触子としたコンタクタ
プローブピンは、半導体装置の端子との接触部、基板との接触部、および接触部間にスプリングを配置した構成である。接触部間のスプリングの弾性により、半導体装置の端子および試験用基板へ接触部を押し付けて、電気的接触を得る。

３）メンブレンプローブを接触子としたコンタクタ
メンブレン式プローブは、触針用の接触子電極として金属突起を有するフィルム状の回路基板として形成される。

４）異方性導電ゴムを接触子としたコンタクタ
異方性導電ゴムは、絶縁部材にゴムを用いて、この中に厚さ方向にのみ導通する材料（金属ワイヤ等）を埋め込んで形成される。

上述のいずれの方法においても、一つの接触子に対して約０．０５Ｎ（５ｇｆ）〜０．１Ｎ（１０ｇｆ）の加圧を行い、電気的接触抵抗を安定かつ低減させている。

接触抵抗は、皮膜抵抗と集中抵抗および接触子の固有抵抗の和である。加圧により接触抵抗が低減するのは、特に集中抵抗を低減できることによる。

接触子及び電子部品の端子、それぞれの表面には微小な凹凸があり、電気的接続は両者の表面における微小な凸（突）部の接触のみで行われるので、実質的な接触面積は狭くなり、高い集中抵抗が発生する。

図１に示すように、半導体素子２上のＬＳＩ試験用端子４の表面４ａは、微視的にみると凹凸がある。図２は試験用端子４に針式接触子６を接触させた状態を示す模式図である。図１に示すように、端子表面４ａには凹凸があり、ここに針式接触子６を接触させると、接触子６と端子４の用面４ａの真に接触している部分は、一部のみである。従って、かかる接触部分に於ける集中抵抗は大きい。この集中抵抗と、端子表面と接触子表面に於ける皮膜による皮膜抵抗との和が接触抵抗であり、従って集中抵抗が高くなると接触抵抗も高くなる。この為、両者の間に大きな加圧を行なうことにより、接触子と電子部品の接触面積を増大させ、集中抵抗を低減させ、それにより接触抵抗を低減させている。

また、上述のコンタクタ以外のコンタクト方法として、以下の特許文献１には、シリコン基板上にシリコンの加工技術を用い、コンタクト電極用の穴を生成し、この穴内に接触子を配置する方法が開示されている。ここでは、接触子の構成として、表面に導電性が付与された球状或いはリング状の弾性体を用いることが提案されている。
特開２００２−５９９２号公報

ＬＳＩ等半導体装置に関する要求から、ＬＳＩ試験のためのコンタクタには、下記の機能が求められる。

Ａ）微細端子化：狭い間隔で、微細な端子に接触可能な接触子をもつコンタクタ。

Ｂ）低圧化：多端子化、ウエハの薄型化に対して、接触時の影響を低減するため、接触時の圧力が低く、接触抵抗が安定かつ低い状態であるコンタクタ。

前述の如く、接触抵抗の低減は、接触面積の拡大による集中抵抗の低減によるものである。現在一般的に、１ピンあたり０．０５Ｎ（５ｇｆ）〜０．１Ｎ（１０ｇｆ）の接触圧で加圧しており、1万個の端子に対する総和を計算すると５０Ｎ〜１００Ｎにもなり、被試験半導体装置の破壊をもたらすなど影響が非常に大きい。

Ｃ）エリアフリー化：接触子電極を、周辺エリアだけでなく、格子状に配置できる。
多端子化にともない、ＬＳＩ等の半導体素子の縁部のみでなく、当該半導体素子上に格子状に配置された端子に接触する必要が生じている。

Ｄ）ワイドエリア化：複数個のＬＳＩに一括して接触できる接触子。

このような必要とされる機能に対して、前記コンタクタのそれぞれの構成・方式に於ける特徴は次の通りである。

１）針方式のコンタクタ
１−ａ）カンチレバー方式：基板側の端子間隔はウエハ側の端子間隔より大きくなり、構造上、端子配置に制約があり、上述の課題Ｃに対応できない。また、課題Ｄに関しても制約が大きい。したがって、例えば、端子をエリアアレイ状態に配置できない、あるいはチップサイズよりプローブサイズが大きいため、隣接する半導体素子チップには同時にコンタクトできないといった問題がある。

１−ｂ）垂直針方式：課題Ａに関して、変位は座屈モードであり、針が屈曲する方向を特定できない。このため、隣接ピン同士が接触し、絡んでしまう可能性がある。また、課題Ｂに関して、ワイプ動作がないため、低圧で安定したコンタクトが得難い。

１−ｃ）屈曲針方式：課題Ａに関して、屈曲の程度にもよるが、狭ピッチに配置するには、隣接した針（ピン）が邪魔になる。また、針を一本づつ屈曲する構成では、製造コストが非常に高い。

２）スプリングプローブ（ＰＯＧＯ−ＰＩＮ）を接触子としたコンタクタ
スプリング、接触部、スプリングを収納するバレル部というように構成部品が多く、構造上、狭ピッチには限界がある。課題Ａに関して、構造上、狭ピッチに限界がある。すなわち、コイルスプリングの巻き径を小さくすることに限界がある。

また、課題Ｂに関して、ＬＳＩ端子の酸化膜を破るようなワイプ動作がないため、低圧では安定した接触がえられない。また、針先の位置精度を維持するために、別途精度の高い穴加工部品が必要である。

３）メンブレンプローブを接触子としたコンタクタ
課題Ａに関して、コンタクト電極が絶縁基板で連結されているため、狭ピッチでは個々の電極が自由に動けない。コンタクト電極の可動範囲が狭く、金属バンプであるため、柔軟性に乏しい。このため、隣接バンプ同士の高さばらつきにより、低いバンプの接触不良をひき起こすという問題がある。

一方、課題Ｄに関して、配線がコンタクト電極間を縫うように延在するようになるため、配線数に限界がある。更に、メンブレン方式の配線は多層化が進んでおらず、絶縁基板の両面に配線を施す程度である。課題Ｂに関し、ある程度の圧力がないと変形しないため安定したコンタクトが得難い。

４）異方性導電ゴムを接触子としたコンタクタ
課題Ａに関して、狭ピッチに対応ができない。また、その他、耐熱性が低い、あるいは耐久性が低いなどの問題がある。

また、上述の特許文献１に開示された方法によれば、狭ピッチでコンタクト電極を生成できるが、ゴムを微小な形状（０．１ｍｍΦ以下）で安定して形成することは困難である。加えて、ゴムの周囲に金属あるいは導電性の膜を形成することはさらに困難である。さらに、導電性の膜を形成したとしても、その耐久性が問題となる。

以上のように、従来技術の接触子では、Ａ）微細端子化、Ｂ）低圧化、Ｃ）ワイドエリア化、Ｄ）エリアフリー化という課題を全て解決し、微小サイズにおいて耐久性のあるコンタクタを提供することができない。

本発明は、上記の問題を解決し、改良された有用な接触子部材およびそれを利用したコンタクタを提供することを主たる目的とする。

本発明のより具体的な目的は、接触子を微細ピッチで配置することができ、且つ小さな接触圧で確実に接触をとることができる接触子部材及びそのような接触子部材を用いたコンタクタを提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明にあっては、一つに、電子部品を外部の回路に電気的に接続するための接触子であって、導電性を有する材料で略球形状に形成され、中央部分の分子密度は表面付近部分の分子密度より低いことを特徴とする接触子が提供される。上述の接触子において、前記導電性を有する材料は、導電性微粒子、導電性繊維、導電性フィラーの少なくとも一つを含むこととしてもよい。

また、本発明によれば、電子部品を外部の回路に電気的に接続するための接触子部材であって、導電性を有する材料で略球形状に形成され、中央部分は空洞であることを特徴とする接触子が提供される。

上述の接触子において、前記導電性を有する材料は、導電性微粒子、導電性繊維、導電性フィラーの少なくとも一つを含むこととしてもよい。

また、本発明は更に、電子部品と回路基板に電気的に接続するためのコンタクタであって、絶縁性の基板と、該基板に形成された保持孔と、該保持孔内に配置された少なくとも一つの接触子部材とを有し、該接触子部材は、導電性を有する材料で略球形状に形成され、中央部分の分子密度は表面付近部分の分子密度より低いことを特徴とするコンタクタが提供される。

上述のコンタクタにおいて、前記電子部品は外部接続用端子としてボール端子を有しており、前記接触子部材の直径は該ボール端子の直径に実質的に等しいこととしてもよい。また、前記保持孔内に複数の前記接触部材が直列に収容されたこととしてもよい。

さらに、本発明の他の面によれば、電子部品と回路基板に電気的に接続するためのコンタクタであって、絶縁性の基板と、該基板に形成された保持孔と、該保持孔内に配置された少なくとも一つの接触子部材とを有し、該接触子部材は、導電性を有する材料で略球形状に形成され、中央部分は空洞であることを特徴とするコンタクタが提供される。上述のコンタクタにおいて、前記電子部品は外部接続用端子としてボール端子を有しており、前記接触子部材の直径は該ボール端子の直径に実質的に等しいこととしてもよい。また、前記保持孔内に複数の前記接触部材が直列に収容されたこととしてもよい。

また、本発明他の面によれば、絶縁性基板に形成した保持孔に、内部の分子密度が表面部分の分子密度より低い複数の接触子部材を該絶縁性基板の厚み方向に直列に配置し、整列した該接触子部材の両端に被接触部材を接触させて押圧することで該被接触部材間の電気的導通を得ることを特徴とする接触方法が提供される。

本発明によれば、通常状態ではほぼ球状を有し、その表面側は固体（固相）で、内部が空洞か流動性の高い液体（液相）状又はゲル状であり、小さな圧力で容易に弾性変形し得る接触子部材が提供される。

また、かかる接触子部材の適用により、低い加圧力で容易に弾性変形し、被接触端子の表面状態に応じて、当該被接触端子との間に広い接触面積をもって確実に電気的接触を得ることのできる接触子を有するコンタクタが提供される。

半導体素子の試験用端子の拡大側面図である。 図１に示す試験用端子に接触子を接触させた状態を示す側面図である。 本発明の第１実施例による接触子部材の構成を示す模式図である。 図３に示す接触子部材が組み込まれたコンタクタの一部の断面図であり、接触子部材に平坦な試験用端子が押圧された状態を示す。 図３に示す接触子部材が組み込まれたコンタクタの一部の断面図であり、接触子部材に球状の試験用端子が押圧された状態を示す。 図３に示す接触子部材の変形例の構成を示す模式図である。 接触子部材を複数個直列に配置したコンタクタの一部を示す断面図である。 図７に示すコンタクタに、突起電極としてボール端子が設けられたウエハを接触させた際のコンタクタの状態を示す図である。 接触子部材を用いたコンタクタの他の例を示す一部断面図である。 図９に示すコンタクタに対してボール電極を有するウエハを接触させた状態を示す図である。 図９に示す導電部の拡大図である。 接触子部材を複数個直列に配置したコンタクタの一部を示す断面図である。 図１２に示すコンタクタの基板を上側基板と下側基板とに分割したコンタクタの一部を示す断面図である。 接触子部材を半導体装置の外部接続用端子として用いた例を示す側面図である。

符号の説明

２ ウエハ
４ 試験用端子
４Ａ ボール状電極
８ 試験用基板
８ａ，３４ａ 端子
１０Ａ，１０Ｂ 接触子部材
１０ＡＡ 外部接続用端子
２０，３０，４０，５０，５０Ａ コンタクタ
２２，３２，４２，５２ 基板
２２ａ，３２ａ，３２ａ−１，３２ａ−２，３２ａ−３，４２ａ，５２ａ，５２Ａａ，５２Ｂａ 保持孔
３４ 配線層
３６，３６−１，３６−２，３６−３ アジャスタ
４４ 絶縁性保護膜
４４ａ 導電部
４４ｂ 突起

本発明の第１実施例による接触子部材について図３を参照しながら説明する。図３は本発明の第１実施例による接触子部材の模式図である。

図３に示す接触子部材は、後述するようにコンタクタに組み込まれて試験用基板の端子と半導体装置の電極とを電気的に接続する接触子として機能する。

図３において、１０Ａは、本発明にかかる導電性材料で形成された接触子部材である。当該接触子部材１０Ａは、外力が作用していない状態でほぼ球形であり、外力が作用すると容易に弾性変形する特性を有している。当該接触子部材１０Ａは、導電性高分子材料から構成され、その内部、特に中心部付近は材料の分子密度が低く流動性が高い状態であり、表面及び表面近傍部分では分子の密度が高く流動性がないか低い状態である。すなわち、当該接触子部材１０Ａは、一つの材料から構成されるが、その内部は液体（液相）状あるいはゲル状であり、表面及び表面近傍は皮膜のような固体（固相）状である。従って、内部の液体状又はゲル状の材料は、外側の固体状の部分に包囲されて封入された状態であり、外部に漏れ出すことはない。

このような構造を有する接触子部材１０Ａは、導電性材料により形成されているため、接触子として機能する。接触子部材１０Ａは内部が液体状又はゲル状であることから、外部からの圧力に応じて容易に変形することができ、接触する部材の接触部の形状に容易に追従することができる。すなわち、外部より押し付けられる部材の接触部の形状にほぼ対応して変形することができる。

例えば、接触子部材１０Ａに平坦な部材が押圧されると、平坦な部材に接触した接触子部材１０Ａの一部は平面となって接触面積が大きな状態で接触する。接触子部材１０Ａに、球状の部材が押圧されると、平坦な部材に接触した接触子部材１０Ａの一部は当該球面に対応する凹面形状となり大きな接触面積をもって接触する。

図４は、かかる変形可能な接触子部材１０Ａがコンタクタに組み込まれ、試験用基板と被試験半導体装置との間に配置された状態を示す。同図に於いて、一つの接触子部材１０Ａは、コンタクタ２０の基板２２に設けられた保持孔２２ａ内に収容され、保持されている。当該接触子部材１０Ａは、保持孔２２ａ内に収容された状態で、コンタクタ２０の基板２２の両表面（表面及び裏面）から一部が突出するか、あるいは表面近くにあり、両側でウエハ２の試験用端子４及び試験用基板８の端子８ａに接触することができる。コンタクタ２０の基板２２は、例えばウエハ２と同じシリコンを用いて形成することができる。

図４に示されるコンタクタ構成では、接触子として機能する接触子部材１０Ａは、一端（下側）で試験用基板８の端子８ａに接触し、他端（上側）でウエハ２（ウエハに形成された半導体装置）の試験用端子４に接触している。端子８ａ及び試験用端子４は平坦な端子であり、接触子部材１０Ａの一部は平坦な端子に沿って一部が平坦となった状態で接触する。したがって、接触子部材１０Ａにあっては、端子８ａ及び試験用端子４の表面のほぼ全域に対して接触するように大きな接触面積が確保され、低接触抵抗で且つ確実な接触を行なうことができる。

接触子部材１０Ａは小さな外力で変形可能であり、端子８ａ及び試験用端子４を接触させるための押圧力を、前記従来の接触針を用いたコンタクタに比較して非常に小さくすることができる。

なお、図４に示すコンタクタにあっては、一つの接触子部材１０Ａが設けられた部分のみが示されているが、被試験ウエハ２に設けられた多数の試験用端子４に対応する数の接触子部材１０Ａが設けられるのは当然である。この時、被試験ウエハ２に加えられる押圧力は、各接触子部材１０Ａの接触に必要な押圧力の総和となるので、試験用端子の数が増えるほど、各接触子部材１０Ａの接触に必要な押圧力を低減しなくてはならない。この点、本実施例による接触子部材１０Ａは、非常に小さな外力で変形可能なため確実な接触を行なうことができ、ウエハ２全体に加わる押圧力の低減に大きく貢献する。

各接触子部材１０Ａの接触に必要な押圧力を低減することは、ウエハ２に加えるべき押圧力を低減することとなる。

なお、接触子部材に接触させる半導体装置の試験用端子は平坦な形状とは限らない。例えば、半田ボール或いはバンプ等の突起電極が被試験用端子である場合も多い。

図５は、被試験用端子がボール状電極である場合の、接触子部材１０Ａの接触状態を示す。同図に示すように、本発明にかかる接触子部材１０Ａは、ボール状電極４Ａの外面に沿って凹形状に変形するため、接触子部材１０Ａとボール状電極４Ａとの接触面積は増大し、両者は低接触抵抗をもって接触する。

次に、本発明の第１実施例による接触子部材の変形例について、図６を参照しながら説明する。図６は、本発明の第１実施例の変形例による接触子部材１０Ｂの構成を示す。

前記図３に示す接触子部材１０Ａは内部がゲル状又は液体状であるが、図６に示す接触子部材１０Ｂは内部が空洞である。

接触子部材１０Ｂの外側の部分は、接触子部材１０Ａと同様に固体（固相）状の皮膜となっており、ある程度の柔軟性及び弾力性を有している。したがって、接触子部材１０Ｂは、接触子部材１０Ａと同様に外部からの圧力に応じて容易に変形することができ、小さな接触圧でも確実な電気的接続を得ることができる。接触部材１０Ｂのコンタクタへの組み込みは上述の接触子部材１０Ａと同様であり、その説明は省略する。

このように、本発明にかかる接触子部材１０Ａ，１０Ｂは、表面が固体（固相）状の皮膜であって且つ内部が液体状又はゲル状或いは中空状であることから、低い押圧力であっても接触する部材の形状に応じて容易に弾性変形が可能であり、よって接触する部材に対しより広い接触面積をもって接触する。これにより集中抵抗が低減され、接触抵抗が低減するため、小さな押圧力でも確実な電気的接続を得ることができる。

また、本発明にかかる接触子部材は、以下に述べるように、極めて小さい寸法で形成することができ、且つコンタクタの基板に設けられる接触部材用保持孔に容易に収容することができる。従って、当該コンタクタに於ける接触子部材は、被試験半導体装置の電極のピッチに対応した微細なピッチで配置することができる。

上記接触子部材１０Ａ，１０Ｂの材料及び形成方法について説明する。

接触子部材の形成方法の一例として、接触子部材の材料を溶融した液を加熱雰囲気中に射出して球状に固化させる方法がある。このような形成方法に適した材料として、ポリアニリン、ポリピロール、あるいはポリチオフェン等の導電性高分子が挙げられる。

このような導電性高分子は、その溶液を加熱した雰囲気にノズルから射出すると、表面張力により微細な球形状になって表面部分が瞬間的に硬化する。この際、硬化により表面部分での分子密度が高くなり皮膜が形成されるが、内部は分子密度が表面近傍部分より小さくなり、硬化せずにゲル状あるいは液体状のままとなる。この結果、通常状態ではほぼ球状を有する接触子部材１０Ａを形成することができる。

また、用いる材料によって、あるいは表面部分を硬化させる条件によっては、表面部分に分子が集中し硬化し内部が空洞となる。これにより、通常状態ではほぼ球状を有する接触子部材１０Ｂを形成することができる。

ポリアニリンを用いて接触子部材１０Ａ，１０Ｂを形成する方法について説明する。

まず、ペルオキソ二硫酸アンモニウムに塩酸を加えて完全に溶解させる。
この溶液を０℃以下になるまで十分に冷却した後、アニリンに塩酸を加えた溶液に徐々に加え、０℃以下に冷却を続けながら十分に攪拌する。ここで生じた沈殿物を吸引ろ過し、塩酸、アセトン等で洗浄する。洗浄した沈殿物を十分に乾燥させ、細粒を粉砕し、完全な粉末状とする。

このようにして生成された粉末は、酸性型ポリアニリンである。この酸性型ポリアニリンの粉末を細かく粉砕してから、１−メチル−２−ピロリドン（Ｎ−メチル−２−ピロリジノン）を少量加えて溶液とする。

この溶液を、上述のように加熱された５０〜１００℃の雰囲気中に噴霧し、表面を硬化させることにより通常状態ではほぼ球状を有する接触子部材が形成される。

ポリアニリンの代わりに、ポリチオフェン系の高分子物質をクロロフォルム等の揮発性の物質に溶解した溶液を用いてもよい。

上記ポリアニリンを用いた方法により、直径が５０μｍΦ程度の球形状接触子部材が形成され、当該接触子部材は０．３ｇｆの加圧で、上下方向に２５μｍの変位（変形）を得ることができた。

次に本発明の第２実施例による接触子部材について説明する。

本発明の第２実施例による接触子部材は、上述の第１実施例による接触子部材１０Ａ，１０Ｂと同様な構造、すなわち、図３又は図６に示す構造を有しているが、導電性微粒子が外側の皮膜及び内側のゲル又は液体に含まれている点が異なる。

接触子部材を形成するための材料として、上述の接触子部材１０Ａ，１０Ｂを形成するための材料に導電性微粒子を加えたものを用いる。導電性微粒子としては、塩酸などに腐食しない金微粒子あるいは炭素微粒子が好適である。また、導電性微粒子として金や炭素の微細な繊維あるいはフィラーを添加してもよい。

具体的な形成方法は、上述の接触子部材１０Ａ，１０Ｂを形成する方法と同じであり、その説明は省略する。導電性微粒子を添加して直径５０μｍの接触子部材を形成したところ、０．００３Ｎ（０．３ｇｆ）の加圧力で上下方向に２５μｍの変位（変形）が得られた。

以上のように導電性微粒子を材料に添加することにより、接触子部材の電気抵抗及び接触抵抗を低減することができ、より確実な導通や電気的接続を得ることができる。例えば、後述のように導電性部材を複数個直列に配置してコンタクタに組み込む場合などに効果的である。

このように、導電性微粒子が添加された１０Ａ，１０Ｂにあっても、表面が固体（固相）状の皮膜であって且つ内部が液体状又はゲル状或いは中空状であることから、低い押圧力であっても接触する部材の形状に応じて容易に弾性変形が可能であり、よって接触する部材に対しより広い接触面積をもって接触する。

次に本発明の第３の実施例による接触子部材について説明する。

接触子部材の内部は分子密度が低いゲル状で、表面は分子密度が高い薄膜を形成しやすくするために、例えばアルギン酸ナトリウムを母材に、この中に導電材料を含有させた溶液をつくる。（導電材料は実施例１で述べた高分子材料でも、実施例２で述べた導電性繊維でも、または水銀等の１５０℃以下で液相を示す金属、あるいはその合金であっても構わない。）この溶液を、１ウエイトパーセント以上の濃度の塩化カルシウム、あるいは乳酸化カルシウム等の溶液に滴下する。

滴下された前記接触子材料は、塩化カルシウム、乳酸化カルシウム等の溶液の中で、その浸透圧とカルシウムとの反応により、表面だけが分子密度が高くなり、内部は液相のまま、閉じ込められ弾性を有した導電性カプセルが形成できる。カプセルの大きさは、滴下する接触子材料の体積に比例するため、微量を噴霧することで、１０μｍ程度の直径のカブセルを形成することができる。

次に、前記本発明にかかる接触子部材を用いた、コンタクタ構造について説明する。

図７は、コンタクタ基板に設けられた保持孔内に、接触子部材１０Ａが、当該基板の厚さ方向に、複数個（図では２個）直列に収容・配置されたコンタクタを示す断面図である。同図に於いて、コンタクタ３０の基板３２は、半導体装置の電極の数に対応して複数個の保持孔３２ａを有する。

各保持孔３２ａの底部には、それぞれ端子３４ａが配設され、当該端子３４ａは、複数の配線層３４からなる多層配線構造をもって外部へ導出され、試験・検査装置（図示せず）へ接続される。かかる多層配線構造が適用される為、保持孔３２ａの底部とこれに対応する端子３４ａ迄の距離が異なる。

この為、各保持孔３２ａの底部には、導電性材料よりなるアジャスタ３６が配設され、当該アジャスタ３６上に接触子部材１０Ａが収容・配置されている。当該アジャスタ３６は、保持孔３２ａに接触子部材１０Ａを配設した際、各保持孔３２ａに於ける接触子部材１０Ａの上端の位置が互いに等しくなるように配設される。したがって、浅い収容孔３２ａ−１には高さの低い（薄い）アジャスタ３６−１が配置され、深い収容孔３２ａ−３には高さの高い（厚い）アジャスタ３６−３が配置される。

このように複数の接触子部材１０Ａを直列に配置することにより、押圧力を小さく維持したまま接触子部材全体としての変位量（変形量）を増大させることができる。これは、接触すべき複数の端子（図では半田ボール）相互間に於ける高さのバラツキを吸収するという効果がある。

図８は、図７に示すコンタクタ３０に、突起電極としてボール端子４Ａが設けられたウエハ２の当該ボール端子４Ａを接触させた際のコンタクタ３０の状態を示す。

ここで、ウエハ２のボール端子４Ａは、接触子部材１０Ａとほぼ同じサイズとされ、保持孔３２ａ内に挿入された状態で接触子部材１０Ａを押圧しながら接触する。すなわち、保持孔３２ａは、接触子部材１０Ａを保持するだけでなく、ウエハ２をコンタクタ３０に押圧する際にボール端子４Ａを案内する機能を発揮する。

また、図９に示すコンタクタ４０は、シリコン基板などからなる基板４２の一方の主面側に設けられた保持孔４２ａに、複数個（図９では３個）の接触子部材１０Ａを、直列状態に収容・配置し、更に当該接触子部材１０Ａの収容部分上を含む基板４２の主面上に、絶縁性保護膜４４を貼り付けた構成を有する。

当該接触子部材１０Ａと前記ウエハ２の端子（図示せず）とは、かかる絶縁性保護膜４４に於いて、接触子部材１０Ａに対応して配設された導電部４４ａを介して電気的に接続される。

尚、図示されないが、前記基板の他方の主面側には、前記図７、図８に示すコンタクタ構造と同様に、多層配線構造が設けられ、各保持孔４２ａに於ける接触子部材１０Ａは、当該多層配線を介して外部の試験・検査装置と電気的に接続される。この時、必要に応じて前記アジャスタが適用される。

前記絶縁性保護膜４４を設けることにより、接触子部材１０Ａを保持孔４２ａ内に確実に保持することができる。

コンタクタ４０に於いて、保持孔４２ａには底部側が開口部側より狭くなるようなテーパがつけられており、接触子部材１０Ａが上から押圧された際に、下側の接触子部材１０Ａは横方向への変形が制限される。これにより上下方向の変形が抑制され、押圧力の低下を招くことは無い。

図１０は、前記図９に示すコンタクタ４０に対して、ウエハ２に於ける電極であるボール電極４Ａを接触させた状態を示す。

ウエハ２のボール端子４Ａは、絶縁性保護膜４４の導電部４４ａに機械的・電気的に接触し、接触子部材１０Ａはかかる導電部４４ａを介してボール端子４Ａにより押圧され、弾性変形する。

この時、接触子部材１０Ａは、導電部４４ａに対して大きな接触面積で接触するが、ボール電極４Ａに対しては変形しないため、接触面積は小さい。

そこで、導電部４４ａとボール電極４Ａとの接触を確実にするために、図１１に示すように、導電部４４ａの外側表面に微細な突起４４ｂを設けてもよい。

導電部４４ａの突起４４ｂは、ボール電極４Ａが押圧された際に当該ボール電極４Ａの表面に在る自然酸化膜等の皮膜を破り、導電部４４ａとボール電極４Ａとの間の電気的接触が確実に行なわれる。

図１２は、コンタクタの基板内に、接触子部材１０Ａが複数個（図では３個）直列に配置され、両端に位置する接触子部材の一部が、当該コンタクタから若干突出したコンタクタの一部を示す。図１２に示すコンンタクタ５０にあっては、シリコン基板などから形成された基板５２を貫通して設けられた保持孔５２ａ内に、３個の接触子部材１０Ａが、当該基板５２の厚さ方向に直列状態に収容・配置され、保持されている。

ここで、保持孔５２ａは、基板５２の一方の主面から他方の主面（裏面）に向かってその径を小とするテーパをもって形成されており、基板５２の他方の主面側に於ける開口部の径は、接触子部材１０Ａの直径より小さなものとされている。このため、最下部の接触子部材１０Ａは、その一部が基板５２の裏側の開口部から僅かに突出した状態で保持孔５２ａ内に収容され、その上に２つの接触子部材１０Ａが収容・配置される。最上部の接触子部材１０Ａは、押圧されていない状態では、その一部が基板５２の表面から僅かに突出した状態で保持される。

当該コンタクタ５０は、前記図４に示したコンタクタ２０と同様に、ウエハ２と試験用基板８との間に配置され、ウエハ２の試験用電極と試験用基板８の端子８ａとを電気的に接続する。

コンタクタ５０は、複数の接触子部材１０Ａが直列に繋がった構成であるため、図４に示したコンタクタ２０に比較して、当該接触子部材に大きな変形量を得ることができる。

図１３は、前記図１２に示したコンタクタ５０の基板５２を、上側基板５２Ａと下側基板５２Ｂとに分割されたコンタクタ５０Ａの一部を示す。同図に於いて、下側基板５２Ｂには、前記図１２に示す基板５２の保持孔５２ａと同様に、上側即ち上側基板５２Ａに対向する側の主面に於ける開口に比して下側の主面側に小さな開口が形成されるテーパが付された保持孔５２Ｂａが形成されている。

一方、上側基板５２Ａには、前記下側基板５２Ｂの保持孔５２Ｂａに対応する位置に、当該保持孔５２Ｂａとは逆方向のテーパ、即ち下側基板５２Ｂに対向する側の主面に於ける開口に比して上側の主面側に小さな開口を形成するようにテーパが付された保持孔５２Ａａが形成されている。

かかる構成により、複数個の接触子部材１０Ａは、基板５２Ａと基板５２Ｂとにより、保持孔５２Ａａ，５２Ｂａの内部に、直列状態に収容され、上下両端に位置する接触子部材はその一部が基板に設けられた開口から若干突出した状態で保持される。

本コンタクタ構成にあっても、複数の接触子部材１０Ａが直列に繋がった構成であるため、図４に示したコンタクタ２０に比較して、当該接触子部材に大きな変形量を得ることができる。

本発明による接触子部材は、コンタクタ以外の用途にも用いることができる。

図１４は、本発明にかかる接触子部材を半導体装置の外部接続用端子１０ＡＡとして用いた例を示す。同図において、半導体集積回路素子（ＬＳＩ）６０の電極６０ａの各々には、接触子部材１０Ａが固定され、外部接続用端子１０ＡＡとして機能する。

外部接続部材１０ＡＡとして、本発明にかかる接触子部材１０Ａを用いることにより、外部接続用端子１０ＡＡの、外部接続部（図示せず）への接触面積を大きくすることができ、確実な電気的接続を得ることができる。また、外部接続用端子１０ＡＡ及び当該外部接続端子が接続される回路基板上の端子（図示せず）における高さのバラツキは、当該外部接続端子１０ＡＡの変形により吸収することができる。

なお、上述のコンタクタ及び半導体素子には本発明の第１実施例による接触子部材１０Ａを適用して説明したが、本発明の第２実施例による接触子部材を用いることしてもよい。

本発明は具体的に開示された実施例に限られず、本発明の範囲内で様々な変形例、改良例がなされるであろう。

以上説明したように、本発明は微細ピッチで配置された電極を有する半導体装置等の電気的接続を得るコンタクタに好適である。

Claims (9)

1. 導電性高分子材料から形成され、中心部の分子密度が表面部の分子密度より低く、通常状態では略球形状を有し、且つ弾性変形が可能であることを特徴とする接触子部材。
2. 請求項１記載の接触子部材であって、
   導電性微粒子、導電性繊維、導電性フィラーの少なくとも一つを含むことを特徴とする接触子部材。
3. 導電性高分子材料から形成され、中心部に空洞を有し、通常状態では略球形状を有し、且つ弾性変形が可能であることを特徴とする接触子部材。
4. 請求項３記載の接触子部材であって、
   導電性微粒子、導電性繊維、導電性フィラーの少なくとも一つを含むことを特徴とする接触子部材。
5. 電子部品と回路基板に電気的に接続するためのコンタクタであって、
   絶縁性の基板と、
   該基板に形成された保持孔と、
   該保持孔内に配置された少なくとも一つの接触子部材と
   を有し、
   前記接触子部材は、導電性高分子材料から形成され、中心部の分子密度が表面部の分子密度より低く、通常状態では略球形状を有し、且つ弾性変形が可能である
   ことを特徴とするコンタクタ。
6. 請求項５記載のコンタクタであって、
   前記基板の保持孔内に、複数の接触子部材が、該基板の厚さ方法に、直列状態に収容されることを特徴とするコンタクタ。
7. 電子部品と回路基板に電気的に接続するためのコンタクタであって、
   絶縁性の基板と、
   該基板に形成された保持孔と、
   該保持孔内に配置された少なくとも一つの接触子部材と
   を有し、
   前記接触子部材は、導電性高分子材料から形成され、中心部に空洞を有し、通常状態では略球形状を有し、且つ弾性変形が可能である
   ことを特徴とするコンタクタ。
8. 請求項７記載のコンタクタであって、
   前記基板の保持孔内に、複数の接触子部材が、該基板の厚さ方法に、直列状態に収容されることを特徴とするコンタクタ。
9. 絶縁性基板に形成した保持孔に、内部の分子密度が表面部分の分子密度より低い複数の接触子部材を該絶縁性基板の厚さ方向に直列に配置し、
   整列した該接触子部材の両端に被接触部材を接触させて押圧することで該被接触部材間の電気的導通を得ることを特徴とする接触方法。

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