JP6529599B2 - 電気接触子 - Google Patents

Description

この発明は、立体構造体の製作方法とその製作に使用する金型および製作される立体構造体としての電気接触子に関するもので、特に、傾斜面によって形成される窪みを表面に有する微細な金属の立体構造体を製作する方法と、立体構造体の表面の窪みの形状を形成するための傾斜面を持った金型と、この製作方法によって製作される電気接触子に関するものである。

金属で立体構造体を作成する方法としては、複数の組み合わされた鋳型に、熔融した金属を流し込み、冷却した後に、鋳型をはずして所望の立体構造体を作成する方法が一般的である。しかし、その構造体が、直径が１０ミクロンから数１０ミクロン程度で、長さが１００ミクロン程度の大きさの微細な立体構造体の場合には、異なった手法が行われる。例えば、半導体デバイスの電気的な検査に使用される電気接触子（プローブ）を作成する場合には、製作する立体構造物を、上部（先端部）、中部（胴部）、下部（基部）などの複数の部分に分け、先端部から胴部、基部を順番に積み重ねて作成する方法が行われている。

この微細な立体構造物がプローブのように、独特の形状が要求される場合、すなわち、プローブでは、半導体デバイスの電極に接触させるため、先端部をピラミッドのように尖らせたり、斜めに傾斜させたり、様々な形状が要求される。先端に傾斜面を形成する場合には、基板に傾斜面を持った窪みを形成し、窪みの内壁面に金属薄膜を形成し、この金属薄膜を電極として電気めっきを行って上部の形状の金属層を形成することが行われる。

そして、先端部の金属層を形成した後、胴部の金属層を形成するため、レジストを塗布し、これを所定のパターンで露光し、現像することによってパターンに応じた露出面を形成し、エレクトロフォーミングによって露出面上に金属層を積み重ねて所定パターンの金属の立体構造体を作り、同様にして、基部の金属層を順次形成していくことが特許文献１に提案されている。このようにして、先端部、胴部および基部の金属層を形成した後、基板、金属薄膜およびレジストを取り除くことによって金属層による立体構造体を作成するものである。しかし、特許文献１に示されている立体構造体は、上部に突起の形状を形成する手段として、ダイヤモンド圧子などの硬質の工具を圧接することを記載されてはいたが、具体的な説明がなく、実現の手段は全く示されていなかったためフォトリソグラフィが主流となり、行き詰っていた。

特開２００３−１２１４６９号公報

このエレクトロフォーミングによる立体構造体の製作方法は、一つの構造体を作成する場合には格別な問題はないが、数多くの立体構造体を同時に作成する場合には、特に、先端部の傾斜面の製作に問題があった。

従来、基板に傾斜面を持った窪みを形成するには、窪みを形成する部分を露出させ、先端が尖ったダイヤモンド圧子などの硬質の工具を圧接するか、あるいはエッチングを行うことが一般的であるが、先端部が尖った形状の場合には、尖った形状の金型を押しつけて成型することによって所望の形状の先端部の型を得ることができるが、先端部の表面に窪みを形成する場合には、適切な形状の金型がないという問題があった。また、多層の積層によって傾斜面を階段状に形成することが考えられるが、できるだけ滑らかな面を作るには多数の層が必要になり、工程の時間が多くかかるという問題があった。さらに、先端に傾斜面を持った窪みを有する立体構造体を製作することは思いもよらないことであった。

本発明は、電極を複数の指の先端位置の中央部に案内するように構成した電気接触子を提供することを目的とするものである。

本発明の電気接触子は、台座と、前記台座から垂直に伸びた複数の指とを備え、前記複数の指の先端に前記台座の前記複数の指の中央部に向かって傾斜している傾斜面を有し、前記複数の指の弾性力が異なっていることを特徴とするものである。

複数の指の先端に複数の指の中央部に向かって傾斜している傾斜面を有することによって、電極を複数の指の先端位置の中央部に案内することができ、複数の指の弾性力が異なることによって、移動方向を決めることができるという効果を得ることができる。

本発明の立体構造体の製作工程を示す工程図である。 本発明の製作工程に使用する金型の説明図である。 本発明の製作工程に使用する金型の説明図である。 金型の比較例を示す説明図である。 本発明の製作工程に使用する金型の説明図である。 本発明の立体構造体の製作工程を示す工程図である。 本発明の立体構造体の製作工程を示す工程図である。 本発明の立体構造体の製作工程を示す工程図である。 本発明の立体構造体の製作工程を示す工程図である。 本発明の立体構造体の製作工程を示す工程図である。 本発明の立体構造体の製作工程を示す工程図である。 本発明の立体構造体の製作工程を示す工程図である。 本発明の電気めっきの状態を示す概略図である。 本発明の電気めっきの状態を示す概略図である。 本発明の電気めっきの状態を示す概略図である。 本発明の立体構造体の製作工程を示す工程図である。 本発明の立体構造体の製作工程を示す工程図である。 本発明の平板に貫通孔を形成する状態を示す概略図である。 本発明の平板に貫通孔を形成する状態を示す概略図である。 本発明の立体構造体の製作工程を示す工程図である。 本発明のプローブの事例を示す概略図である。 本発明の製作工程に使用する金型の説明図である。 本発明の製作工程に使用する金型の説明図である。 本発明の製作工程に使用する金型の説明図である。 本発明の製作工程に使用する金型の説明図である。 本発明の金型による成型の状態を示す概略図である。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１の工程のうちの、金型による成型を示す工程図である。図に示すように、図１の工程においては、金型１を使用して、樹脂板としての第１のアクリル板２に圧力を加えて、成型を行う。この成型の際には、第１のアクリル板２を加熱し、変形し易くする。また、金型１も加熱することによって、第１のアクリル板２が変形され易くなる。ここで使用する金型１の断面形状は、図１に示しているが、この金型１の製作は、図２および図３に示すように行う。まず、図２に示すように、円柱形状の本体１１の中心軸に貫通孔１２を設け、エッチングを行うことによって、図３に示すように、貫通孔１２の開口部に傾斜面１３を形成する。なお、この金型１は、ニッケルを主成分とする材質で作成することができる。

この金型１は、図２に示すように、中心軸に貫通孔１２を開けた後、図３に示すように、エッチングによって所望の傾斜面１３を形成したものである。この図３に示すように、円柱形状の本体１１の中心軸に貫通孔１２を設けていることに独特の効果がある。

本発明の金型１に対する比較例の金型１は、図４に示すように、貫通孔１２が無い形状となっている。この金型１を第１のアクリル板２に押しつけて、第１のアクリル板２が成型され始めると、金型１の中央部分の窪みと第１のアクリル板２の表面との間に空気溜まりが生じ、金型１の加圧力が第１のアクリル板２に伝わりにくくなって、成型が思い通りにならないということになる。この空気溜まりが生じないようにするために、金型１には、空気抜きとなる貫通孔１２が必要になる。
なお、図２および図３において示した金型は、外側が円柱形状になっているものを示しているが、外側の形状はそれに拘るものではなく、複数の構造物を同時に作成する場合の金型１としては、図５に示すように、平板形状の本体１１の表面に複数の領域を設定して、各領域の中央部分に貫通孔１２を設け、その貫通孔１２を中心としてエッチングを行って傾斜面１３を設けることもできる。なお、図５は、金型１を平板の形状とした場合を説明するもので、便宜的に断面を判りやすいように一部を破断して示している。

この図３に示す金型１を使用して、第１のアクリル板２に圧力を加えた後、金型１を取り去ると、図６に示すように、第１のアクリル板２には金型１の傾斜面１３の形状と同じ傾斜面２１が残り、また、金型１の貫通孔１２の部分は、成型時に第１のアクリル板２の逃げが出来るため、若干の突出部２２が出来る。この図６に示す図は、断面図であるため、実際の形状が判り難いので、図７に成型後の第１のアクリル板２の形状を斜視図にて表わす。この図７に示すように、第１のアクリル板２には、傾斜面２１と突出部２２が出来ている。

なお、図７の成型の工程では、成型の部分を１か所しか示していないが、実際の加工時には、図８に示すように、同時に複数の部分を行うことによって効率を上げることが出来る。

図６の成型の工程の後、図９に示すように、犠牲金属層３を成型後の第１のアクリル板２の表面に形成する。この犠牲金属層３は、立体構造体１００を電気めっきで製作する際の電極となる。次に、図１０に示すように、全体をレジスト層４によって覆い、図１１に示すように、レジスト層４にマスクをかけて、傾斜面２１の犠牲金属層３を露出させ、傾斜面２１の周囲のレジスト層４１を残す。

更に、図１２に示すように、レジスト層４１の内壁面に囲まれた犠牲金属層３の表面に電気めっきによって本体金属層５を形成する。

ここで、露出した犠牲金属層３を使って電気めっきを行う状態について、図１３を使用して説明する。図１３に示す電気めっきの状態は、底面と中央部の出っ張り部分に犠牲金属層がある場合を示している。この場合には犠牲層に沿ってめっき層が形成され、底面およびでっぱり部分の壁面からめっき層が形成されることになる。図１４に示す電気めっきの状態は、犠牲層が底面にのみ露出している場合を示している。この場合には、底面の傾斜に対して平行なめっき層が形成されることになる。

図１５に示す電気めっきの状態は、窪みの内壁面に犠牲金属層が広がっている場合の比較例を示している。この場合には、底面および側面からめっき層が形成されるため、場合によってはめっき層内にめっき液が閉じ込められることになる。

本体金属層５を形成した後、第１のアクリル板２、レジスト層４、本体金属層５を一体構造として、図１６に示すように研磨して、基準盤２０を作成する。この基準盤２０は、作成する立体構造体１００の上部（先端部）の構造体が埋め込まれた状態の構造体となり、この部分を基礎として、順次、中間部（脚部）、下部（土台部）を電気めっきによって形成していく。

基準盤２０は、第１のアクリル板２、犠牲金属層３、レジスト層４および本体金属層５によって構成される。ここで、第１のアクリル板２は、成型時に加圧されるが、第１のアクリル板２の背面は、平面に維持されたままで、金型１が第１のアクリル板２の所定の深さまで入り込むことになる。したがって、第１のアクリル板２の背面を基準として、レジスト層４および本体金属層５の研磨が行われることによって、本体金属層５が基準の高さに調整されることとなる。

基準盤２０が出来上がれば、図１７に示すように、その基準盤２０に、立体構造体１００の中間部（脚部）を作成するために、マスキング層６を形成し、選択めっきによって中間部（脚部）を形成する。この実施の形態１では、プローブを例示しているため、特殊な形状を示しているが、他の構造体であっても、基準盤２０が出来上がれば、様々な形状を実現することが可能になる。

マスキング層６は、通常は、基準盤２０にレジスト層を重ね、そのレジスト層から所定のパターンを取り除いたものを使用する。立体構造体１００の中間部（脚部）は、レジスト層の取り除いたパターンの部分に電気めっきによって金属層を積層することによって形成する。

しかし、マスキング層６として、レジスト層を使用する場合には、一挙に厚い層を形成することが出来ないため、レジスト層の形成、金属層の形成、研磨を繰り返して行うため、処理に時間が掛かるという問題がある。
この問題に対しては、所定厚さの第２のアクリル板７を使用することで克服することができる。

この第２のアクリル板７とは、立体構造体１００の中間部（脚部）の寸法の厚さで、脚部に相当するところに貫通孔７１を設けたものである。この第２のアクリル板７を基準盤２０に重ね合わせ、貫通孔７１に露出している本体金属層５を電極として電気めっきによって脚部金属層を形成することができる。

ここで使用する第２のアクリル板７は、貫通孔７１が極めて微細なため、貫通孔７１を設けるにあたっては、特殊な方法が必要であった。
第２のアクリル板７に貫通孔７１を設ける方法を説明する。図１８に示すように、使用するアクリル板７よりも厚い板７０を準備し、厚い板７０の表面側から、貫通孔用金型７２によって穴部７３を形成する。穴部７３を形成した後、図１９に示すように、厚い板の裏面側から、所定の厚さになるまで研磨する。そして穴部７３が貫通孔７１になるまで研磨を繰り返す。このようにして作成した第２のアクリル板７を基準盤２０にアライメントマークなどによって位置の調整を行ったうえで所定の場所に重ね合わせる。

第２のアクリル板７の準備は、基準盤２０の製作と並行して行い、両方の構造体の準備が整った段階で合体することによって工程の短縮を図ることができる。
この立体構造体１００の中間部（脚部）の作成と同様に、下部（土台部）についても、所定のパターンの貫通孔８１が形成された第３のアクリル板８を重ねて、電気めっきによって立体構造体１００の下部（土台部）を作成することができる。

立体構造体１００の下部（土台部）まで製作すると、第１のアクリル板２、犠牲金属層３、レジスト層４１、第２のアクリル板７、第３のアクリル板８を取り除くことによって、図２０に示すように、上部（先端部）の構造体、中間部（脚部）の構造体および下部（土台部）の構造体が一体化された所定形状の立体構造体１００を得ることができる。

この立体構造体１００の製作方法によって、先端に特殊な形状を持った立体構造体を作成することが可能になる。
次に、立体構造の例として先端に特殊な形状を持ったプローブ１０１について説明する。
プローブ１０１は半導体デバイスの電極に接触して、半導体デバイスの動作に伴う電気信号を検出するもので、半導体デバイスの電極に確実に接触する必要がある。このため、様々なプローブの形状が考えられてきたが、半導体デバイスの電極がボール形状の場合には、その電極を包み込むように構成したものはなかった。

すなわち、この特殊な形状のプローブ１０１は、図２１に示すように、垂直に伸びた複数の指１０１１が一つの電極に接するように構成している。しかも、ボール状の電極を複数の指の先端位置の中央部に案内するように、指の先端に傾斜面１０１２を持っている。すなわち、指１０１１が３本以上で、複数の指１０１１の先端の中心に向かうように傾斜面１０１２が設けられている。また、それぞれの指１０１１はそれぞれ可撓性を持っており、しなやかに半導体デバイスの電極に接触するように構成されている。

表現を変えて説明すると、プローブ１０１の全体的な形状は、手首の形状に似通っている。台座部分１０１３は手の平のように繋がっており、接触対象物に向かって指１０１１が伸びている形状で、指１０１１の先端で半導体デバイスの電極に接触する構成になっている。

このような構成とすることによって、半導体デバイスの電極を包み込むように接触するプローブ１０１の形状とすることができる。

また、この特殊な形状は、プローブ以外の構造にも使用することができる。例えば、電気的な接触子として、電気的な接続を行う構造物としても使用できる。すなわち、半導体デバイスの電極がボール状の場合に、リードフレームに代わる接続手段として、複数の指で電気的接続を図るものとして有効な構造物である。

なお、電気的接続を図る立体構造物として、図２１に４本の指１０１１で接触する構造を示しているが、電気的接続を想定した場合、３本の指にした方が、接触が安定するという効果がある。すなわち、４本の指とした場合には、全ての指が均等に接触するには、全ての指が撓む必要があり、撓まない場合には、４本のうち１本は接触しない場合がある。もしも、接触が不安定になると、電子的に微小な放電現象となって、扱われる電気信号に外乱が生じることになる。このため、安定した接触とするために指を３本にすることに意味がある。

また、ここで３本の指は、電気めっきで形成されるため、材質は同じになる。ここで、３本のうち、１本あるいは２本の断面積を変えることによって可撓性あるいは弾性力を変えることができる。弾性力を変えて、変形し易い指とすることによって、半導体デバイスの電極などによって外力が加えられた場合に移動させられる方向を決めることが可能になるという効果がある。

実施の形態２
実施の形態１の金型の形状は、所定領域の中央部に窪みを設けた形状で、円柱形から円錐形状を切り取った形状としている。これに対して、この実施の形態２においては、金型による樹脂板の成型の後の工程を短縮するため、さらに検討を進め、目的とする立体構造体の形状に基づいて、金型の形状を定めたものである。
すなわち、目的とする立体構造体は、図２１に示すように、電気接触子として、台座部分１０１３は、手の平のように繋がっており、接触対象物に向かって指１０１１が伸びている形状で、指１０１１の先端には傾斜面１０１２が設けられているという、特殊な形状となっている。

この特殊な形状の立体構造体は、特に先端部分の形状を、樹脂の平板に金型によって成型するもので、実施の形態１の円錐面に代えて傾斜面を必要とする指の先端部分に限って突出した形状の金型としたものである。
具体的には、図２２に示すように、金型１は、本体１１に対して、傾斜面１３を先端部分に持った突起１４が設けられた形状となっている。実施の形態１との共通点としては、所定の領域の中央部分が窪んだ形状となっていることである。この実施の形態２では、突起１４を４か所に配置した構造を示しているが、さらに数を増加させたり減少させたりすることができる。

この金型１は、一部を切り欠いた斜視図として図２３に示すように、本体１１に貫通孔１２を設けて、樹脂板の成型の際の樹脂の逃げ路を設けている。また、金型１の突起１４の側面には、図２４に示すように、突起１４によって樹脂を押す方向（図中、矢印の方向）に沿って複数の溝１５を設けている。金型１を用いて樹脂を成型した場合、金型１による押圧によって樹脂が振動し、多数の脈動が樹脂内に残るのを防ぐための溝１５である。
この実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、複数の部分を同時に成型するように金型１を複数平面上に配置させることができる。この状態は、図２５に示すようになる。

なお、図２２に示した金型１の突起１４部分の先端部分は、図に示すように、傾斜面１３だけでなく、平面部分がある。この平面部分は、目的とする立体構造体の形状として必要でない場合であっても、金型としては必要な形状である。すなわち、金型として必要な機械強度を持つためには、できるだけブロックの構造が必要になり、この金型では、この部分を傾斜面だけにすると、突起の破損につながる。
この実施の形態２の金型を用いて、樹脂の平板を成型すると、図２６に示すように、目的とする立体構造体を抜き取ったような、立体構造体の先端部分の傾斜面の形を得ることができる。

この実施の形態１および２において、立体構造体の先端部の形状を、樹脂の平板を金型によって成型するようにしているが、金型を用いて樹脂の平板を成型するには、樹脂板として、重量平均分子量が１０００から１０００００が好ましく、特に３００００以下の重量平均分子量のアクリル板が適している。これは、金型によって樹脂を成型した場合、分子量が小さいと、成型時の変形の記憶が残留し易いと考えられるからである。

なお、この発明の実施の形態において、平板としてアクリル板を使用する事例を取り上げて説明したが、他の樹脂の平板を使用することも当然可能である。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

Claims (1)

1. 台座と、前記台座から垂直に伸びた複数の指とを備え、前記複数の指の先端に前記台座の前記複数の指の中央部に向かって傾斜している傾斜面を有し、前記複数の指の弾性力が異なっていることを特徴とする電気接触子。

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