JP2014114465A

JP2014114465A - Ａｇ基合金からなるプローブピン

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Publication number: JP2014114465A
Application number: JP2012267724A
Authority: JP
Inventors: Koichi Hasegawa; 浩一長谷川
Original assignee: Ishifuku Metal Industry Co Ltd
Current assignee: Ishifuku Metal Industry Co Ltd
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2014-06-26
Anticipated expiration: 2032-12-06
Also published as: JP6074244B2

Abstract

【課題】長期間安定して使用可能なプローブピンを提供する。
【解決手段】50.2mass%〜85mass%のAg基合金で、Inまたは/およびSnが0.2〜3.0mass%、8〜35mass%のPd、6〜40mass%のCuが、不可避不純物と合わせて合計で100mass%からなる合金からなり、圧延率[圧延率(%)=((圧延前の板厚−圧延後の板厚)/圧延前の板厚)×100とする]または断面減少率[断面減少率(%)=((伸線加工前の断面積−伸線加工後の断面積)/伸線加工前の断面積)×100とする]が、40%以上の圧延または/および伸線加工後、250〜500℃で時効処理を行うことによりビッカース硬さが200〜400で、時効処理前後の硬さの差[＝時効処理後の硬さ−時効処理前の硬さ]がビッカース硬さで10以上あり、且つ比抵抗が15μΩ・cm以下の材料からなるプローブピン。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体ウェハ上の集積回路や液晶表示装置等の電気的特性を検査するためのプローブピン(以下、「プローブピン」と略称する)とその製造方法に関する。

半導体ウェハ上に形成された集積回路や液晶表示装置等の電気的特性の検査には、プローブピンが用いられている。この検査は、ソケットやプローブカードに組み込まれたプローブピンを、集積回路や液晶表示装置等の電極や端子、導電部にプローブピンを接触させることにより行われている。

このようなプローブピンは、高導電性はもちろん、安定した検査結果を得るため、プローブピンは耐酸化性が求められ、且つ検査対象物に繰り返し接触させるため、十分な硬さが必要となる。硬さが必要なのは、何万回と検査体にプローブピンを接触することによる摩耗を低減させる必要があるためである。

また半導体集積回路等の電極や端子等、検査対象のファインピッチ化に伴い、例えばφ0.05〜0.15mmのプローブピンをプローブカードに多量に設置する方法や、プローブピンの先端を検査対象物に合わせた形状に加工したものが用いられる。

プローブピンが細線の場合、一定の線径で焼鈍した線材を、所定の線径まで伸線加工を行う。プローブピンの先端が複雑形状の場合、一定の太さの線や板を切削加工により作製する。

使用されるプローブピンの形状が様々あるため加工率は一定ではなく、加工硬化による硬さのコントロールが難しい。そのため、プローブピンの材質は、加工前後で硬さがコントロールできる時効硬化能を有した材質が望まれている。

ここで要求されている硬さは、ハンダが使用されている電極や端子を検査する場合、ハンダを溶融する際、酸化膜が形成されるため、酸化膜を破り検査する必要がある。酸化膜を破らず検査した場合、接触箇所の酸化膜の形成状態により接触抵抗が変わり、検査結果が安定しないためである。このため、プローブピンは硬いほど望ましいとされている。

しかしながら、金メッキで作製した電極や銅配線等の用途では、硬すぎるとプローブピンにより傷が付く場合があり、このような用途で使用する場合、摩耗を抑えつつ検査対象物に傷が付きにくい硬さを有するプローブピンが望まれている。

要求としては、ビッカース硬さで200〜400程度で、200以下だと摩耗が多くなり、400を超えると傷が付きやすくなるためである。

特開平10-38922号公報特開平10-221366号公報特開2011-122194号公報特許第4216823号公報特開2010-275596号公報

従来用いられるプローブピンには、特許文献1や特許文献2に示すようにリン青銅やタングステンが使用されている。これらのプローブピンは、耐酸化性に劣り、使用の際、表面に酸化膜が生成され、繰り返し検査を続けていくうちに酸化物が検査対象物に付着し、導通不良が発生するといった問題がある。

このようなプローブピンの酸化膜形成による不良を防ぐために、特許文献3、特許文献4、特許文献5のようにパラジウム合金、白金合金を使用する場合がある。

このなかで特許文献3のパラジウム合金は、時効硬化能があり時効硬化後の硬さが非常に高い。そのため時効処理後の硬さは非常に硬くなり、検査対象に傷が付く恐れがある。また時効硬化させない場合、比抵抗が高い問題がある。

特許文献4の白金合金は合金にもよるが、時効硬化しない組成のため、固溶硬化と加工硬化で硬さを上げる方法となるが、加工後の硬さのコントロールが難しい。

また特許文献5の銀合金も同様に、析出硬化および加工硬化により硬さをコントロールしているが、時効硬化能がほとんどないため加工後の硬さのコントロールが難しい問題がある。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、Agに所定量のPdとCuを含有させ、さらに特定少量のInまたは/およびSnを添加させた合金を、圧延率または断面減少率にして40%以上加工し、250〜500℃で加熱、時効処理を行うことによりHV200〜400の硬さとなり、さらに時効処理前後の硬さの差ΔHVが10以上で、且つ比抵抗が15μΩ・cm以下のプローブピンが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、時効処理前の加工性が良好で、且つ時効処理により十分な硬度を有し且つ比抵抗が15μΩ・cm以下となり、さらに貴金属を58.2mass%以上含有することから、耐酸化性にも優れるため検査対象物を汚染することなく、長期間安定して使用可能なプローブピンを得ることができる。

実施例1の断面減少率に対する硬さの変化を示すグラフである。実施例4の断面減少率に対する硬さの変化を示すグラフである。実施例6の断面減少率に対する硬さの変化を示すグラフである。実施例16の断面減少率に対する硬さの変化を示すグラフである。

半導体集積回路や液晶表示装置等の電極や導電部の検査に使用するプローブピンは、摩耗を低減させるため十分な硬さであるHV200以上が必要となる。そのため、時効処理前はHV200未満でも時効処理後はHV200以上にする必要があり、圧延率または断面減少率が40%未満の場合、時効処理後の硬さがHV200未満になるため、40%以上にする必要がある。

また本発明のプローブピンの材料は、50.2mass%〜85mass%のAg基合金で、Inまたは/およびSnが0.2〜3.0mass%、8〜35mass%のPd、6〜40mass%のCuが、不可避不純物と合わせて合計で100mass%からなる合金からなるものである。より好ましい組成は、Agが50.3〜75mass%、Inまたは/およびSnが0.3〜2.0mass%、Pdが10〜30mass%、Cuが10〜35mass%からなることができる。またPdとAgの合計が、58.2mass%以上にすることにより大気中での酸化を抑えることができ、検査対象物への酸化物の付着が起こりにくくなる。

本発明のプローブピンの材料は、250〜500℃の範囲で熱処理し、時効硬化によりより硬くすることができる。熱処理温度は、250℃未満では、十分な硬さの上昇がみられず、500℃を超えると熱処理により軟化することから、上記の温度範囲とする。熱処理を行うことにより、HV200〜400の硬さとなる。

熱処理の時間は、時効硬化が十分生じる時間が好ましいが、例えば線径がφ0.05〜0.5mmの場合、10分程度でも十分な時効硬化が得られる。また熱処理による時効硬化後の硬さは、HV200以上、さらに好ましくはHV210以上が好ましい。HVが200未満の場合、プローブピンとしての硬さが十分ではなく、繰り返し検査に耐えられず、検査回数が低下するためである。

時効処理前後の硬さの差ΔHVが10以上としたのは、10未満だと時効硬化による硬さの上昇が十分ではなく、塑性加工後の硬さのコントロールが困難なためである。

比抵抗[＝(抵抗(Ω)・測定試料断面積)/測定箇所の長さ]は、時効処理を行うことにより15μΩ・cm以下とすることができる。

本発明に従うプローブピンに使用する合金は、それ自体既知の方法に従い、例えばAgにPdとCuとInおよび/またはSnを上記の量で添加、原料配合物を調整し、それをガス炉、高周波溶解炉など適当な金属溶解炉で溶解することにより製造することができる。
溶解時の炉雰囲気としては、通常大気が用いられるが、必要に応じて不活性ガスまたは真空を使用することができる。
また溶融状態の上記の合金を適当な型に鋳造し、インゴットを作製する。
必要に応じて、インゴットを鍛造やスェージング加工を施し、圧延による板加工や、溝ロールにより角形または多角形の棒材または線材に加工、さらにダイスを用い伸線加工することにより、プローブピン用材料を作製することができる。

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。

Agに、Pd、Cu、In、Snを1試料につき20gになるよう所定量配合し、アーク溶解炉にて溶解、鋳造によりインゴットを作製した。表1に作製したサンプルの組成を示す。

作製した表1のサンプルの加工性を見極めるため、作製したインゴットは、焼鈍条件を700℃×1hr熱処理後水冷とし、1回目は圧延率[＝((圧延前の厚さ−圧延後の厚さ)/圧延前の厚さ)×100]が15〜30%になるよう圧延、熱処理を行い、2回目以降は50〜80%内の圧延率で実施し、最終板厚が約0.5mmとなるよう圧延加工を行った。

結果を表2に示す。

表2の外観の欄で−が記載している試料は、特に問題なく圧延できた。
その中で比較例4は、最初の圧延加工中、圧延率が僅か4%で中心部まで割れが入り、その後の圧延が困難なため、以後の調査を中止した。比較例4の結果からInが5mass%も入ると塑性加工が困難であることが分る。

＜硬さ試験＞
表2の組成のサンプルの各加工率に対する硬さを測定、その後250〜500℃の範囲で1hr熱処理し、再度硬さを測定した。測定結果を表3に示す。表3の時効処理後の硬さは、250〜500℃の温度範囲で時効処理を行った際、最も硬かった値である。

時効硬化能を調べるため、時効処理前後の硬さの差ΔHV[＝時効処理後の硬さ−時効処理前の硬さ]も算出した。試験結果を表3に示す。

表3の結果から、実施例は全て時効処理後の硬さがHV200以上となっているが、比較例は一部を除き時効処理後もHV200未満のものや、ΔHVが10未満または−となった時効硬化能がない試料であることが分かる。

実施例19〜21のように、Pdが8mass%以上でInおよびCuが所定量添加されているものは、時効処理によりHV200以上の硬さが得られている。

一方、比較例15のように、実施例19、20と同じくPdが9mass%、Cuが31mass%添加した試料でも、InやSnが添加されていないと、時効処理時の加熱処理で逆に硬さが低下しており、時効硬化が起きていない。

比較例17のように、Inが0.5mass%、Cuが23.5mass%添加されていても、Pdが8mass%に満たないと、時効処理後でもHV200未満の硬さで、ΔHVが0になっていることから、硬さが上がっておらず、時効硬化しない。

実施例18と比較例7を比較すると、PdとInが添加され、Cuが6.7mass%の場合、時効処理後の硬さは、HV200以上を有している一方、比較例7のようにInが添加されていないと、時効処理により硬さは上がっているものの比較例17と同様にHV200に達していない。

InとSnの添加効果は、実施例13と実施例15で分かるように、時効処理後、HV200以上の硬さが得られ、且つΔHVがほぼ同じであることから、InとSnの添加はほぼ同じ効果が得られることが分かる。

比較例5、6、8は、加工前の硬さがHV200以上あるが、ΔHVが10未満で時効処理後の硬さの上昇がほとんどないことから、塑性加工後の硬さのコントロールができない。

比較例7、10〜18は、ΔHVが0か−となり、時効硬化能がない。

＜比抵抗調査＞
各試料の圧延材と250〜500℃の範囲で最も硬くなった温度で1hr時効処理した時効処理材の比抵抗を測定した。室温で各試料の抵抗を測定し、式1に従い比抵抗を算出した。
式1：比抵抗=(抵抗×断面積)／測定長

比抵抗測定結果を表4に示す

実施例1〜21は、時効処理前は15μΩ・cm以上の試料もあるが、時効処理後全て15μΩ・cm未満となっている。

一方比較例1〜3は、時効処理後の硬さがHV200以上で、ΔHVも10以上有していたが、時効処理後の比抵抗の低下が実施例と比較して不十分で15μΩ・cmを超えていた。

比較例2〜3と実施例3〜7は、PdとCuの添加量が一緒で、In添加量が違うだけである。Inを入れていない比較例2および0.1mass%In添加した比較例3は、時効処理後の比抵抗が15μΩ・cmを超えているが、0.3mass%In以上添加した実施例は、15μΩ・cm以下となっている。このことから、0.1mass%を超える量のInを入れなければ、時効処理後の比抵抗を15μΩ・cm以下にすることができない。

＜加工率調査用試料＞
表1に示す作製した試料の実施例の内、実施例1、4、6、16を抜粋し、伸線加工を行った。試料の組成を表5に示す。

作製方法は、φ5mmの棒材を鋳造により作製、鋳造したインゴットを700℃×1hr熱処理後、水冷し、溝ロールにより□2.5mmまで伸線加工し、再度700℃×1hr熱処理した試料を起点とした。

その後、加工率による硬さの変化を調査するため、一定の線径になったサンプルの一部を採取し、加工率算出方法の一つである断面減少率[＝((伸線加工前の断面積−伸線加工後の断面積)／伸線加工前の断面積)×100]に対する硬さの変化を調査した。

＜硬さ試験＞
表5の組成のサンプルの各断面減少率に対する硬さを測定、その後250〜500℃の範囲で1hr熱処理し、再度硬さを測定した。測定結果を表7に示す。

表7のように実施例の場合、加工率が40%以上の加工率であれば、時効処理後HV200以上になることが分かる。各実施例の断面減少率に対する硬さの変化の図を図1〜4に示す。

図1〜3は、断面減少率が大きくなるに従い、硬さも上昇している。
一方、図4の実施例16は、低加工率の方がΔHVが大きい傾向にある。ただし実施例16も断面減少率が大きくなるに従い、硬さも上昇していることから、断面減少率が40%を下回ると、時効処理してもHV200以上に到達しなくなる恐れがあるため、加工率は40%以上必要である。

Claims

50.2mass%〜85mass%のAg基合金で、Inまたは/およびSnが0.2〜3.0mass%、8〜35mass%のPd、6〜40mass%のCuが、不可避不純物と合わせて合計で100mass%からなる合金からなり、圧延率[圧延率(%)=((圧延前の板厚−圧延後の板厚)/圧延前の板厚)×100とする]または断面減少率[断面減少率(%)=((伸線加工前の断面積−伸線加工後の断面積)/伸線加工前の断面積)×100とする]が、40%以上の圧延または/および伸線加工後、250〜500℃で時効処理を行うことによりビッカース硬さが200〜400で、時効処理前後の硬さの差[＝時効処理後の硬さ−時効処理前の硬さ]がビッカース硬さで10以上あり、且つ比抵抗が15μΩ・cm以下の材料からなるプローブピン。
請求項１に記載のプローブピンが組み込まれたプローブカード。