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JP3440243B2 - スパイラルコンタクタ - Google Patents

スパイラルコンタクタ

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JP3440243B2
JP3440243B2 JP2001077338A JP2001077338A JP3440243B2 JP 3440243 B2 JP3440243 B2 JP 3440243B2 JP 2001077338 A JP2001077338 A JP 2001077338A JP 2001077338 A JP2001077338 A JP 2001077338A JP 3440243 B2 JP3440243 B2 JP 3440243B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】球状接続端子を有する半導体
デバイスの電気的接続を行うコンタクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路（ＩＣ）の多機能化、高
性能化に伴い、ＩＣチップ（以下半導体デバイスと称す
る）を搭載するＩＣパッケージ（以下パッケージ）もさ
まざまに変遷し、進化してきた。その流れの一つに小型
化・薄型化に伴う多ピン化がある。多機能化が進むにつ
れて入・出力端子数や各種信号用の端子が増加し、パッ
ケージに必要なピン数は１０００ピンを越えるものも出
てきている。そのため、パッケージの両サイドや四辺か
らリードを取り出す方式から、スペースをとらないパッ
ケージの底面全体から取り出す方式に代わってきた。
【０００３】ＢＧＡ（Ｂall Ｇrid Ａrray）やチップサ
イズと同等、あるいはわずかに大きいサイズのパッケー
ジＣＳＰ（Ｃhip Ｓize Ｐackage）と呼ばれる半導体デ
バイスの底面全体には、ピンの代わりに球状接続端子が
格子状・碁盤の目状に配列され、そのピッチ間隔は０.
８ｍｍから０. ５ｍｍへと縮小化が進んでおり、球状接
続端子の高密度化が進んでいる。また、球状接続端子は
半導体デバイス実装密度と電気的電送特性を高めること
からも、軽薄短小化の傾向にあり、当然ながら検査装置
の接触子も同様に高密度化の対応が求められている。
【０００４】現状の半導体検査装置における接触子（プ
ローブ、検針、探針ともいう）は、針状または板状の接
触子を球状接続端子に接触させ、電流を通すことで電気
的特性の検査を行い、規格通りの機能・品質が造り込ま
れているか否かの検査をする。また、ウエーハ段階での
検査は、通称ウエーハプロービングと呼ばれ、ウエーハ
面に格子・碁盤の目に配列し、造り込まれている半導体
デバイスに対してプローブカードを用いて、半導体デバ
イスの外部引き出し電極に接触子を接触させて通電回路
を形成し電気的検査を行っている。ウエーハ面には多数
のデバイスがあるが、１個又は複数個のデバイスを同時
にプロービングし、検査が終わると次の場所にステージ
を移動し、検査を繰り返すという方法でウエーハ全面の
半導体デバイスの検査を行なっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
デバイスの超小型、薄型、球状接続端子ピッチの縮小化
に伴い、半導体デバイス検査装置の小型化も進むにつれ
て、信頼性に問題が起きてきている。その理由は多くの
部品点数から構成する機構をそのまま小型化にするとこ
ろに起因しており、従来技術による小型化、縮小化だけ
では限界にきている。また、球状接続端子の高密度化へ
の対応として、従来技術による針状接触子を突き当てる
方式では、軟質材の半田、金等からなる球状接続端子に
キズや変形等のダメージを与えるという問題と、球状接
続端子との接触は点当たりのため異物付着による接触不
良を起こしやすいことから信頼性に問題があった。
【０００６】そこで、本発明は、小型の半導体デバイス
からパッケージ、超小型のベアチップ、さらにウエーハ
状でのものにも対応可能で、軟質材の球状接続端子に変
形やキズを与えることなく通電回路を形成し、球状接続
端子の高密度化に対応可能で、且つ廉価で高信頼性検査
を実現できるスパイラルコンタクタを提供することを課
題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決する手
段として、請求項１に記載された発明に係るスパイラル
コンタクタは、球状接続端子を有する半導体デバイス又
は電子部品との電気的接続を行うコンタクタであって、
前記コンタクタは、前記球状接続端子と接触する平面視
してスパイラル形状を有する複数のスパイラル状接触子
が絶縁基板上に配置され、前記スパイラル状接触子は渦
巻き状の接触子を有し、先端をフリーとした１本からな
り、先端から根元に近づくにしたがってスパイラル状接
触子の渦巻き部の幅が広くなるように形成され、前記球
状接続端子との接触の際に、当該球状接続端子の形状に
対応して変形可能に形成され、前記半導体デバイス又は
電子部品との電気的接続を行う構成としたことを特徴と
する。
【０００８】請求項１に記載された発明に係るスパイラ
ル状接触子は、自然態では平坦状スパイラルであるが、
半導体デバイス又は電気部品の球状接続端子がスパイラ
ル状接触子を押圧すると、スパイラル状接触子の中央部
から外側に接触を広げ、渦巻き部は凹状に撓みボールを
抱き込むように変形する。従来の接触子は点当たりであ
るのに対し、スパイラル状接触子は球状接続端子に螺旋
状に巻き付くことから、接触長さが長く確実に接触する
と共に、異物付着があっても球状接続端子の球面に沿っ
た摺動作用により異物を除去し、安定した通電接触がで
きるため信頼性が高い。また、スパイラル状接触子は、
球状接続端子の球面にスパイラル状接触子の角が押圧さ
れながら摺動し、球状接続端子の球面上の酸化膜を切り
込み、確実な通電を行うことができる。 さらに、スパイ
ラル状接触子は螺旋状のため、球状接続端子の球径のバ
ラツキや球状接続端子の出入りの浅いもの、深いものに
も柔軟な適合性をもっている。また、スパイラル状接触
子は、球状接続端子の前後左右の位置ズレ、バラツキが
ある球状接続端子に対しても柔軟に迎合できる。
【０００９】請求項２に記載された発明は、請求項１に
記載のスパイラルコンタクタであって、先端をフリーに
し、先端から根元に近づくにしたがってスパイラル状接
触子の渦巻き部の幅が広くなるように形成され、前記球
状接続端子に押圧された際に、前記球状接続端子の表面
に形成された酸化膜に対して、スパイラル状接触子の角
により摺動し、切り込まれた状態とすることにより電気
的接続を行う構成としたことを特徴とする。請求項２に
記載された発明によれば、スパイラル状接触子２は、球
状接続端子（７）の球面にスパイラル状接触子の角（２
ａ）が押圧されながら摺動し、球状接続端子（７）の球
面上の酸化膜を切り込み、確実な通電をすることが可能
である。
【００１０】請求項３に記載された発明は、請求項２に
記載のスパイラルコンタクタであって、前記スパイラル
状接触子の下部の絶縁基板に形成され、前記球状接続端
子の押圧でスパイラル状接触子の変形を可能にするため
の穿設孔の内面に導電部を形成し、直接電気的接続を可
能にする垂直配線方式の通電回路を設けたことを特徴と
する。請求項３に記載された発明によれば、絶縁基板に
穿設した通称スルーホールと呼ばれる前記孔の内面に銅
メッキを施し、これを利用して通電回路を形成すること
により、絶縁基板上に配線用部品が不要となる。また、
開口部にスパイラル状接触子を配置することで、省スペ
ースで効率的な接続回路が形成できる。従来の水平配線
方式による通電回路では、接続部、配線部等のスペース
を必要とするため、球状接続端子の高密度化への対応は
困難であったが、前記垂直配線方式による通電回路では
スペースを最小にできるため、球状接続端子の高密度化
への対応が容易である。
【００１１】請求項４に記載された発明は、請求項１乃
至３のいずれか１項に記載のスパイラルコンタクタであ
って、前記スパイラル状接触子の渦巻き部は、根元から
先端に進むにしたがって幅が狭くなることを特徴とする
【００１２】請求項４に記載された発明によれば、釣り
竿の場合、先端に行けば行くほど細くすることで、曲げ
応力を分散させ破壊を防止しているのと同じように、ス
パイラル状接触子も先端に行けば行くほど幅を狭くする
ことで、曲げ応力の集中を防止し、曲げ応力の分散を図
ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実
施形態を説明するためのスパイラルコンタクタ１の平面
図で、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図１におい
て、本図の球状接続端子の間隔は、ピッチ０．４ｍｍで
配列したものである。スパイラルコンタクタ１は、半導
体デバイスの背面に格子状・碁盤の目状に配置された球
状接続端子に合わせて配置した複数のスパイラル状接触
子２から成り、個々のスパイラル状接触子２の外周は円
形とするが、内面には渦巻き状の接触子を有している。
尚、本発明のスパイラルコンタクタ１によれば、球状接
続端子の間隔は、より小さいピッチでも対応可能であ
る。
【００１４】図２において、スパイラル状接触子２は、
自然態では平坦状のスパイラルである。図３は、被検査
体である半導体デバイス８の球状接続端子７をスパイラ
ル状接触子２にコンタクトさせた状態を示す断面図であ
る。半導体デバイス８の球状接続端子７がスパイラル状
接触子２を押圧すると、スパイラル状接触子２の中央部
から外側に接触を広げ、渦巻き部は凹状に撓みボールを
抱き込むように変形する。スパイラル状接触子２は球状
接続端子７に螺旋状に巻き付くことから、接触長さが長
く確実に接触すると共に、異物付着があっても球状接続
端子７の球面に沿った摺動作用により異物を除去し、安
定した通電接触ができる。また、スパイラル状接触子２
は、球状接続端子７の球面にスパイラル状接触子の角２
ａが押圧されながら摺動し、球状接続端子７の球面上の
酸化膜を切り込み、確実な通電をすることが可能であ
る。さらに、従来の接触子1個に対する押圧力は、５〜
１５ｇであるのに対して、本発明のスパイラル状接触子
１個による押圧力は、０．８〜１．５ｇであり、約１／
１０の押圧力で安定した通電接触が可能である。例え
ば、１０００個の接触子を有する従来のデバイスの場
合、押圧力は１０ｋｇ必要であるのに対して、本発明の
スパイラル状接触子を採用したデバイスの押圧力は、１
ｋｇでよく、より軽量な構成での設計が可能である。ス
パイラル状接触子２の製造方法は、実施例で述べるが、
光や電子ビームを用いた写真印刷技術（リソグラフィ
ー）により行うため、微細加工が可能であるが、レーザ
ー加工やその他の微細加工で行ってもよい。
【００１５】図２、図３は、本発明の第２実施形態を説
明するための図である。スパイラル状接触子２の下部孔
３は空洞であり、空間であるため、球状接続端子７の押
圧でスパイラル状接触子２の変形を可能としている。言
い換えれば、図２、図３の通り、通称スルーホールと呼
ばれる貫通孔を設け、その開口部に、スパイラル状接触
子２を配置するとよい。
【００１６】図２は、本発明の第３実施形態を説明する
ための図である。図２において、スパイラル状接触子２
下部の絶縁基板６には、例えば内径φ０．３ｍｍの孔３
がある。孔３の内面に銅メッキ４を施し、導電部を形成
することにより、スパイラル状接触子２と接続部５とは
直接接続が可能となり、垂直配線方式の通電回路とな
る。
【００１７】図４は、本発明の第４実施形態を説明する
ための図である。図４は、スパイラル状接触子２の平面
図を拡大したもので、この第４実施形態では、ａ〜ｆの
各幅寸法は、ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ＞ｅ＞ｆの関係が成立する
形状とし、先端に行けば行くほど幅が狭くなっている。
【発明の効果】上述の如く本発明によれば、次に述べる
種々の効果を実現することができる。請求項１に記載の
発明によれば、スパイラルコンタクタの効果は、自然態
では平坦状スパイラルであるが、半導体デバイス又は電
気部品の球状接続端子がスパイラル状接触子を押圧する
と、スパイラル状接触子の中央部から外側に接触を広
げ、渦巻き部は凹状に撓みボールを抱き込むように変形
する。従来の接触子は点当たりであるのに対し、スパイ
ラル状接触子は球状接続端子に螺旋状に巻き付くことか
ら、接触長さが長く確実に接触すると共に、異物付着が
あっても球状接続端子の球面に沿った摺動作用により異
物を除去し、安定した通電接触ができるため信頼性が高
い。また、スパイラル状接触子は、球状接続端子の球面
にスパイラル状接触子の角が押圧されながら摺動し、球
状接続端子の球面上の酸化膜を切り込み、確実な通電を
行うことができる。 さらに、スパイラル状接触子は螺旋
状のため、球状接続端子の球径のバラツキや球状接続端
子の出入りの浅いもの、深いものにも柔軟な適合性をも
っている。
【００１８】請求項２に記載の発明によれば、スパイラ
ル状接触子２は、球状接続端子７の球面にスパイラル状
接触子の角２ａが押圧されながら摺動し、球状接続端子
７の球面上の酸化膜を切り込み、確実な通電をすること
が可能である。
【００１９】請求項３に記載の発明によれば、垂直配線
方式による通電回路ではスペースを最小にできるため、
球状接続端子の高密度化への対応が可能である。
【００２０】請求項４に記載の発明によれば、釣り竿の
場合、先端に行けば行くほど細くすることで、曲げ応力
を分散させ破壊を防止しているのと同じように、スパイ
ラル状接触子も先端に行けば行くほど幅を狭くすること
で、曲げ応力の集中を防止し、曲げ応力の分散を図るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態であるスパイラルコンタ
クタの平面図である。
【図２】本発明の第１、２、３実施形態である図１のＡ
−Ａ断面図である。
【図３】同Ａ−Ａ断面図で、半導体デバイスとコンタク
トした状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第４実施形態であるスパイラル状接触
子の平面図の拡大図である。
【符号の説明】
１ スパイラルコンタクタ ２ スパイラル状接触子 ３ 孔（スルーホール） ４ 銅メッキ ４´ 銅箔 ５ 接続部 ６ 絶縁基板 ７ 球状接続端子 ７ａ メタルボール ８ 半導体デバイス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01R 33/76 505 G01R 1/067 G01R 1/073 G01R 31/26 H01L 21/66

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】球状接続端子を有する半導体デバイス又は
    電子部品との電気的接続を行うコンタクタであって、前
    記コンタクタは、前記球状接続端子と接触する平面視し
    てスパイラル形状を有する複数のスパイラル状接触子が
    絶縁基板上に配置され、前記スパイラル状接触子は渦巻
    き状の接触子を有し、先端をフリーとした１本からな
    り、先端から根元に近づくにしたがってスパイラル状接
    触子の渦巻き部の幅が広くなるように形成され、前記球
    状接続端子との接触の際に、当該球状接続端子の形状に
    対応して変形可能に形成され、前記半導体デバイス又は
    電子部品との電気的接続を行う構成としたことを特徴と
    するスパイラルコンタクタ。
  2. 【請求項２】請求項１に記載のスパイラルコンタクタで
    あって、先端をフリーにし、先端から根元に近づくにし
    たがってスパイラル状接触子の渦巻き部の幅が広くなる
    ように形成され、前記球状接続端子に押圧された際に、
    前記球状接続端子の表面に形成された酸化膜に対して、
    スパイラル状接触子の角により摺動し、切り込まれた状
    態とすることにより電気的接続を行う構成としたことを
    特徴とするスパイラルコンタクタ。
  3. 【請求項３】請求項２に記載のスパイラルコンタクタで
    あって、前記スパイラル状接触子の下部の絶縁基板に形
    成され、前記球状接続端子の押圧でスパイラル状接触子
    の変形を可能にするための穿設孔の内面に導電部を形成
    し、直接電気的接続を可能にする垂直配線方式の通電回
    路を設けたことを特徴とするスパイラルコンタクタ。
  4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項に記載のス
    パイラルコンタクタであって、前記スパイラル状接触子
    の渦巻き部は、根元から先端に進むにしたがって幅が狭
    くなることを特徴とするスパイラルコンタクタ。
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