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Abstract
Description
本発明は、ICパッケージなどの電子部品に設けられた電極が設置される接続装置に係り、特にスズを含む合金で形成された電極が繰り返して接触するのに適した接続装置に関する。 The present invention relates to a connection device in which an electrode provided on an electronic component such as an IC package is installed, and more particularly to a connection device suitable for repeatedly contacting an electrode formed of an alloy containing tin.
以下の特許文献1には、複数のスパイラル状の弾性腕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突出電極が設けられており、それぞれの突出電極が弾性腕に弾圧されて、突出電極と弾性腕とが一対一の関係で個別で接続される。
特許文献1に記載のスパイラル状の弾性腕は、電子部品に向けて突出する立体形状とされており、電子部品が接続装置に設置されるときに、弾性腕が突出電極に押圧されて潰れるように変形し、弾性腕は、このときの弾性復元力によって前記突出電極に弾圧される。
特許文献1に記載されているようなスパイラル状の弾性腕は、銅などの導電性材料で形成されている。さらに、この弾性腕と突出電極との接触抵抗を低下させるために、弾性腕の最表面に金の層をメッキなどで形成することも一般的に採用されている。
A spiral elastic arm as described in
しかし、弾性腕の表面に形成される金の層は、酸化しにくいためにその表面エネルギーが高い状態を維持している。そのため、スズを含む合金で形成された前記突出電極が弾性腕に圧接されると、金が突出電極内に拡散して金とスズとの金属間化合物が生成されやすくなる。特に、突出電極が弾性腕に接触している状態で周囲温度が100℃以上または150℃以上になると、金属間化合物の生成が促進される。例えば、スズを含む半田と接触子とが接触した状態で、150℃の環境で300時間経過すると、前記金属間化合物の厚さが50μm程度になる。 However, since the gold layer formed on the surface of the elastic arm is difficult to oxidize, its surface energy is maintained high. Therefore, when the protruding electrode formed of an alloy containing tin is pressed against the elastic arm, gold diffuses into the protruding electrode, and an intermetallic compound of gold and tin is easily generated. In particular, when the ambient temperature is 100 ° C. or higher or 150 ° C. or higher with the protruding electrode in contact with the elastic arm, the formation of an intermetallic compound is promoted. For example, when the solder containing tin and the contact are in contact with each other and 300 hours have passed in an environment of 150 ° C., the thickness of the intermetallic compound becomes about 50 μm.
そのため、例えば、前記弾性腕を有する接続装置がICなどの電子部品の検査用装置に使用され、スズを含む突出電極が設けられた電子部品が繰り返して装着され、さらにそれぞれの電子部品に対して加熱検査が行われると、弾性腕の表面に前記金属間化合物およびこの化合物に繋がるスズ合金が堆積しやすくなる。この金属間化合物およびスズ合金が酸化すると、弾性腕の表面の抵抗が増大し、接触子としての機能が大幅に低下する。 Therefore, for example, the connection device having the elastic arm is used in an inspection device for electronic components such as ICs, and electronic components provided with protruding electrodes containing tin are repeatedly mounted, and further to each electronic component When the heating inspection is performed, the intermetallic compound and a tin alloy connected to the compound are easily deposited on the surface of the elastic arm. When the intermetallic compound and the tin alloy are oxidized, the resistance of the surface of the elastic arm is increased, and the function as a contact is greatly reduced.
また、スズと金との金属間化合物は硬いために、弾性腕に堆積した金属間化合物によって、突出電極に損傷を与えることがある。 In addition, since the intermetallic compound of tin and gold is hard, the protruding electrode may be damaged by the intermetallic compound deposited on the elastic arm.
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、スズを含む電極が繰り返して接触しても接触子に金属間化合物が堆積しずらく、また接触子の表面の接触抵抗も低くできる接続装置を提供することを目的としている。 The present invention solves the above-described conventional problems, and even when an electrode containing tin repeatedly contacts, an intermetallic compound does not easily deposit on the contact, and the contact resistance on the surface of the contact can be reduced. The object is to provide a device.
本発明は、底部に複数の電極を有する電子部品が設置される接続装置において、
スズを含む合金で形成された前記電極が接続される複数の接続部が設けられ、それぞれの接続部には、前記電極に弾性力を有して圧接される導電性の弾性腕が設けられており、
前記弾性腕は、導電性の芯部とこの芯部の表面に被覆されて前記電極との接触抵抗を低下させる被覆層とを有しており、前記被覆層が白金族金属層で形成されていることを特徴とするものである。
The present invention provides a connection device in which an electronic component having a plurality of electrodes is installed at the bottom.
A plurality of connection portions to which the electrodes formed of an alloy containing tin are connected are provided, and each connection portion is provided with a conductive elastic arm that is press-contacted with elasticity to the electrodes. And
The elastic arm has a conductive core and a coating layer that covers the surface of the core and reduces the contact resistance with the electrode, and the coating layer is formed of a platinum group metal layer. It is characterized by being.
本発明では、弾性腕の表面に設けられた被覆層が白金族金属層であるため、電極との接触抵抗が小さい。しかも、スズを含む合金で形成された電極が弾性腕に触れたときに、白金族金属層が電極内に拡散しにくく、弾性腕の表面と電極との間に金属間化合物が形成されにくくなる。 In the present invention, since the coating layer provided on the surface of the elastic arm is a platinum group metal layer, the contact resistance with the electrode is small. In addition, when an electrode formed of an alloy containing tin touches the elastic arm, the platinum group metal layer hardly diffuses into the electrode, and an intermetallic compound is hardly formed between the surface of the elastic arm and the electrode. .
本発明は、前記白金族金属層の膜厚が、0.1μm以上で2μm以下である。さらに好ましくは0.5μm以下である。白金族金属層の膜厚が前記範囲内であれば、白金族金属層が、電極との接触抵抗を低下させる機能を十分に発揮できる。 In the present invention, the thickness of the platinum group metal layer is 0.1 μm or more and 2 μm or less. More preferably, it is 0.5 μm or less. If the thickness of the platinum group metal layer is within the above range, the platinum group metal layer can sufficiently exhibit the function of reducing the contact resistance with the electrode.
本発明は、前記白金族金属層の表面に、厚みが0.06μm以下の金の層が形成されているものであってもよい。 In the present invention, a gold layer having a thickness of 0.06 μm or less may be formed on the surface of the platinum group metal layer.
弾性腕の最表面に金の層を形成することにより、電極との接触抵抗をさらに小さくできる。また金の層の膜厚が前記範囲であると、金が電極内に拡散するものの、拡散により形成されたスズと金の金属間化合物の量がわずかとなり、従来のように多く堆積することがない。 By forming a gold layer on the outermost surface of the elastic arm, the contact resistance with the electrode can be further reduced. In addition, when the thickness of the gold layer is in the above range, gold diffuses into the electrode, but the amount of tin-gold intermetallic compound formed by the diffusion becomes small, and it can be deposited as much as before. Absent.
本発明では、前記芯部は、銅または銅合金と、ニッケルまたはニッケル合金の、少なくとも一方で形成されている。 In the present invention, the core is formed of at least one of copper or a copper alloy and nickel or a nickel alloy.
また、本発明は、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て行われる検査用である場合に有効である。この場合、前記電子部品が装着された状態で温度が上昇させられて、電子部品の内部回路の検査が行われるものに有効である。 In addition, the present invention is effective in the case where the connection portion is for inspection in which the electronic component having the electrode is repeatedly attached and detached. In this case, it is effective for the case where the temperature is raised in a state where the electronic component is mounted and the internal circuit of the electronic component is inspected.
本発明の接続装置が検査用として使用された場合に、スズを含む合金で形成された電極が、弾性腕に繰り返して接触しても、弾性腕に金属間化合物が堆積されるのを防止できる。 When the connection device of the present invention is used for inspection, even if an electrode formed of an alloy containing tin repeatedly contacts the elastic arm, it can prevent the intermetallic compound from being deposited on the elastic arm. .
本発明は、好ましくは、前記白金族金属層は、パラジウムのメッキ層であり、これは無電解メッキ層とすることが可能である。パラジウムを使用すると、弾性腕の表面に薄い被覆層を効率よく形成することができる。 In the present invention, preferably, the platinum group metal layer is a palladium plating layer, which can be an electroless plating layer. When palladium is used, a thin coating layer can be efficiently formed on the surface of the elastic arm.
本発明の接続装置は、電極との接触抵抗が小さく、しかもスズを含む合金で形成されている電極が繰り返し接触したときに、弾性腕の表面と電極との間に電極間化合物が堆積しにくくなる。よって接続部の寿命を長くできる。 The connection device of the present invention has a low contact resistance with an electrode, and when an electrode made of an alloy containing tin is repeatedly contacted, an interelectrode compound is hardly deposited between the surface of the elastic arm and the electrode. Become. Therefore, the life of the connecting portion can be extended.
図1は本発明の実施の形態である接続装置の部分断面図、図2は接続部の拡大断面図、図3は接続部の平面図である。図4は接続部の弾性腕と突出電極との接触状態を示す断面拡大図である。 1 is a partial cross-sectional view of a connection device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a connection portion, and FIG. 3 is a plan view of the connection portion. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a contact state between the elastic arm of the connecting portion and the protruding electrode.
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。前記支持面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、可撓性の基材シート16の表面に複数の接続部20が設けられている。
A
図2に示すように、前記基材シート16には、多数のスルーホール16aが形成され、それぞれのスルーホール16aの内周面には導電層17がメッキなどの手段で形成されている。基材シート16の表面には、前記導電層17に導通する表側の接続ランド17aが形成され、基材シート16の裏面には、前記導電層17に導通する裏側の接続ランド17bが形成されている。
As shown in FIG. 2, a large number of through
前記接続部20は、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り、個々の接続部20が、前記接続ランド17aの表面に導電性接着剤などで接合されている。あるいは、接続部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。例えば、基材シート16とは別個のシートの表面に複数の接続部20がメッキ工程で形成され、前記シートが、基材シート16に重ね合わされて、それぞれの接続部20が、導電性接着剤などで前記接続ランド17aに接合される。
The
それぞれの接続部20は、基材シート16に設置された後に、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、接続部20は立体形状で弾性力を発揮できるようになる。
After each
図2に示すように、基材シート16の裏面側では、前記接続ランド17bに個別に接続する導電性材料のバンプ電極18が形成されている。図1に示すように、接続シート15が基台10の底部10bの表面である支持面12に設置されると、前記バンプ電極18が、前記支持面12に設けられた導電部に接続される。
As shown in FIG. 2,
前記支持面12上での接続部20の配列ピッチは、例えば2mm以下であり、あるいは1mm以下である。接続部20の外形寸法の最大値も2mm以下であり、あるいは1mm以下である。
The arrangement pitch of the connecting
図2と図3に示すように、接続部20は、支持部21と弾性腕22が一体に連続して形成されている。弾性腕22は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、支持部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、螺旋の中心部に位置している。図2に示すように、接続部20を構成している支持部21が前記接続ランド17aに接続され、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。
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the
図4に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被覆層33を有している。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。
As shown in a sectional view in FIG. 4, the
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、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の周囲に電界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%以下とすることにより、少なくとも一部が非晶質となり、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、高い弾性係数と高い引っ張り強度を得ることができる。
The
図4において、前記弾性層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。前記範囲であると、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1μm以上で100μm以下である。
In FIG. 4, the cross-sectional area of the
被覆層33は、電子部品の突出電極との接触抵抗を低下させるものであり、芯部30を構成している導電性材料よりも比抵抗に低い金属材料で形成される。この実施の形態では、被覆層33が白金族金属層である。すなわち、被覆層33は、Pd(パラジウム)、Pt(白金)、Ir(イリジウム)、Ru(ルテニウム)、Rh(ロジウム)、Os(オスミウム)のいずれかである。これら白金族金属層で被覆層33を形成する場合は、電界メッキ工程で成膜することが可能である。しかし、被覆層33をPdで形成すると無電解メッキで形成でき、薄い被覆層33を効率よく低コストで形成することができる。
The
前記被覆層33は、芯部30の全周囲を覆うように形成される。図5は、図4に示す弾性腕22の断面をさらに拡大したものである。前記被覆層33の膜厚t1は、0.1μm以上で2μm以下であり、好ましくは0.5μm以下である。この範囲であると、電子部品の突出電極との接触抵抗を低くでき、しかも低コストで構成することができる。すなわち、被覆層33は、表面の接触抵抗を低下させるためのものであり、弾性腕の膜厚に対して、被覆層33の膜厚は1/10以下、さらには1/100以下である。
The
図2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、前記突出電極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。
As shown in FIG. 2, an
前記突出電極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、スズ・ビスマス合金や、スズ・銀合金である。
The protruding
実施の形態の接続装置1は、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、その底面41aに設けられた個々の突出電極42が前記接続部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。
The
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続部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、接続部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。
When the
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、接続部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。
The
図4に示すように、弾性腕22は、導電性の金属で形成された芯部30の表面に被覆層33が形成されており、この被覆層33は、Pdを代表とする白金族金属層である。白金族金属層で形成された被覆層33に、スズを含む突出電極42が圧接されるときに、白金族金属が突出電極42内に拡散しにくく、被覆層33と突出電極42との接触部に白金族金属とスズとの金属間化合物が生成されにくくなる。
As shown in FIG. 4, the
弾性腕22の表面の金属が突出電極42内に拡散して金属間化合物が生成されるか否かは、主に次の2つの条件に依存する。
Whether or not the metal on the surface of the
ひとつの条件は、弾性腕22を覆う金属の表面エネルギーである。弾性腕22の表面が金の層である場合に、金は酸化しずらいために表面エネルギーが高く、よって金の層にスズを含む突出電極42が接触すると、前記表面エネルギーにより、金がスズと結合しやすくなり、その結果、金が突出電極42内に拡散するようになる。これに対し、Pdを代表とする白金族金属は、表面にきわめて薄い酸化膜が形成されるために表面エネルギーが安定しており、Pdなどが突出電極42内に拡散しにくい。しかも、酸化膜はきわめて薄くトンネル効果で電流の通過を妨げないため、弾性腕22の表面抵抗が低下することもない。
One condition is the surface energy of the metal covering the
次の条件は、弾性腕22の表面の硬度である。弾性腕22と突出電極42とが接触しているときの、金属間化合物の生成は、金属の熱拡散であり、温度と両部材の接触面積の双方に比例している。弾性腕22の表面が金の層であると、表面の硬度が低いために、突出電極42との接触面積が広くなり、金属の熱拡散が生じやすくなって、スズと金の金属間化合物が生成されて堆積されやすくなる。これに対し、白金族金属層は硬度が高く、例えばPdのビッカース硬度は440〜550Hv程度で、Ruのビッカース硬度は650〜700Hv程度である。これらは、金を含む合金であるAuCo(160Hv程度)、AuNi(170〜300Hv程度)、AuIn(210Hv程度)に比べて十分に高い。そのため、弾性腕22の表面にある被覆層33が白金族金属層の場合、表面硬度が高いため、突出電極42が押し付けられたときの接触面積が大きくならず、よって白金族の金属が突出電極42内に拡散しにくくなり、弾性腕と突出電極との間に金属間化合物が生成されにくい。
The next condition is the hardness of the surface of the
被覆層33が白金族金属層であると、金の層とは異なり金属間化合物が生成されにくい。そのため、弾性腕22の表面の接触抵抗を常に低く保つことができ、突出電極43に与えるダメージも小さくなる。また、金属間化合物により、突出電極42に損傷を与える現象も生じにくくなる。
When the
図6は前記接続装置の変形例を示している。図6は変形例の弾性腕22Aの断面の一部を拡大して示している。この弾性腕22Aは、芯部である弾性層32の表面の被覆層34が2層構造である。弾性腕22Aの表面には、図5に示したのと同じ厚さt1で、Pdなどの白金族金属層34aが形成されており、さらにその表面に金の層34bが形成されている。金の層34bは、白金族金属層34aの膜厚よりも十分に薄く、その厚みt2は、0.06μm以下である。
FIG. 6 shows a modification of the connection device. FIG. 6 shows an enlarged part of a cross section of the
この厚みt2の金の層34bは非常に薄く、しかもその下に硬度の高い白金族金属層34aが形成されているため、突出電極42との接触面積が小さくなり、スズと金との金属間化合物が生成されにくくなっている。また金の層34bが非常に薄いため、金属間化合物が生成されたとしても、その量はわずかであり、金属間化合物により、突出電極42に損傷を与えることも少ない。
Since the
図7は、本発明の第2の実施の形態を示すものであり、弾性腕22Bの拡大断面図である。この弾性腕22Bは、芯部がNiまたはNi合金のみで形成されており、例えばNI−Pの非晶質合金で形成されている。そして、その外周面に図5に示した被覆層33または、図6に示した被覆層34が形成されている。この弾性腕22Bは、NiまたはNi合金を主体として構成されているため、全体の剛性と曲げ弾性係数が高い。しかも表面の接触抵抗が低くなる。
FIG. 7 shows the second embodiment of the present invention and is an enlarged sectional view of the
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 接続部
21 支持部
22 弾性腕
30 芯部
31 導電層
32 弾性層
33 被覆層
34 被覆層
34a 白金族金属層
34b 金の層
40 電子部品
42 突出電極
DESCRIPTION OF
Claims (7)
スズを含む合金で形成された前記電極が接続される複数の接続部が設けられ、それぞれの接続部には、前記電極に弾性力を有して圧接される導電性の弾性腕が設けられており、
前記弾性腕は、導電性の芯部とこの芯部の表面に被覆されて前記電極との接触抵抗を低下させる被覆層とを有しており、前記被覆層が白金族金属層で形成されていることを特徴とする接続装置。 In a connection device in which an electronic component having a plurality of electrodes is installed at the bottom,
A plurality of connection portions to which the electrodes formed of an alloy containing tin are connected are provided, and each connection portion is provided with a conductive elastic arm that is press-contacted with elasticity to the electrodes. And
The elastic arm has a conductive core and a coating layer that covers the surface of the core and reduces the contact resistance with the electrode, and the coating layer is formed of a platinum group metal layer. A connection device characterized by comprising:
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