JP2022151627A

JP2022151627A - プローブピン用合金材料

Info

Publication number: JP2022151627A
Application number: JP2022019210A
Authority: JP
Inventors: 恭徳江川; Yasunori Egawa; 篤央松澤; Atsuhisa Matsuzawa; 浩一長谷川; Koichi Hasegawa; 庸介今井; Yosuke Imai; 賢一佐藤; Kenichi Sato
Original assignee: Yokowo Co Ltd; Ishifuku Metal Industry Co Ltd; Yokowo Mfg Co Ltd
Current assignee: Yokowo Co Ltd; Ishifuku Metal Industry Co Ltd
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2022-10-07

Abstract

【課題】プローブ検査時に検査対象の回路接続部のはんだとプローブ材の成分が拡散することを抑制することができるプローブピン用合金材料を提供する。【解決手段】Pd 15～60mass%，Cu 3～79.9mass%，Niおよび/またはPt 0.1～75mass%からなることを特徴とするプローブピン用合金材料。【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用合金材料(以下，「プローブ材」と略称する)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，複数のプローブが組み込まれたソケットやプローブカードが用いられている。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，低い接触抵抗と繰り返し接触に耐える硬さが必要となる。プローブ材としては，ベリリウム銅合金やタングステン，タングステン合金，白金合金，パラジウム合金等が使用されている。

特許文献1には，16％以上50％以下の銅，約35％から約59％のパラジウム，および4％以上の銀で構成されたパラジウム合金（以下，AgPdCu 合金）が開示されている。

米国特許第１９３５８９７号明細書

従来，塑性加工性に優れ，析出硬化するAgPdCu 合金は，その硬さに由来する形状安定性と低い比抵抗特性からプローブ材として使用されてきた。しかし，はんだ(例えば，Sn-Bi系はんだ)が使用されている回路接続部に関して使用される場合に，以下の課題が存在していた。すなわち，検査時にプローブピンとはんだが繰り返し接触し，通電することで，そのジュール熱等によって，Snなどのはんだ成分とプローブ材の成分が相互に拡散し，プローブピン先端の消耗が速くなる傾向にあった。そのような場合，突発的又は経時的に接触抵抗が変動し，検査不良が発生するため，接触する先端部のクリーニングや交換が必要になり，検査工程の稼働率を低下させてしまうことが問題であった。

そこで，はんだ成分の拡散を抑制する耐はんだ性を有するプローブ材の開発が強く求められている。

本発明の目的は，プローブ検査時に検査対象の回路接続部のはんだとプローブ材の成分が拡散することを抑制することができるプローブ材を提供することである。

Pd 15～60mass%，Cu 3～79.9mass%，Niおよび/またはPt 0.1～75mass%からなることを特徴とするプローブ材を見出し，本発明を完了するにいたった。

本発明に従うと，検査時に検査対象の回路接続部のはんだとプローブ材の成分が拡散することを抑制したプローブ材を提供することができる。

本発明は，Pd 15～60mass%，Cu 3～79.9mass%，Niおよび/またはPt 0.1～75mass%（NiおよびPtを含有する場合には合計で0.1～75mass%）からなることを特徴とするプローブ材である。

Pdは耐食性が優れているが，15mass%未満ではその耐食性が不十分になる。一方，Pdは60mass%を超えると，はんだとプローブ材の成分の拡散を十分抑制できないため適さない。

別の態様として、Pd含有量は17～55mass%であることができる。また、別の態様として、Pdの含有量は20～50mass%であることができる。

Cuは比抵抗が低いことに加え，Pdと合金にすることで，硬さを向上させる効果がある。一方で，多量に添加すると耐食性が低下してしまう。そのため，3mass%未満では十分な硬さが得られなくなり，79.9mass%を超えると耐食性が低下してしまう。

別の態様として、Cu含有量は5～74mass%であることができる。

Niおよび/またはPtは，合金へ添加することで，合金の耐はんだ性を向上させる効果がある。実験によると，0.1 mass%未満でははんだとプローブ材の成分の拡散を十分抑制できなくなり，75mass%を超えると比抵抗が増加するため適当ではない。

別の態様として、Niおよび/またはPtの含有量は0.3～70mass%（NiおよびPtを含有する場合には合計で0.3～70mass%）であることができる。また、別の態様として、Niおよび/またはPtの含有量は0.5～65mass%（NiおよびPtを含有する場合には合計で0.5～65mass%）であることができる。

本発明の合金は，はんだとプローブ材の成分の拡散により，プローブピン先端が消耗する現象を抑えることが重要であり，硬さは既存のAgPdCu合金ほど必要とはされない。すなわち，プローブピンが接触するはんだ(例えば，Sn-Bi系はんだ)は比較的硬さが低いため，プローブ材として必要な硬さは，200HV以上あれば良い。

本発明の合金において，はんだとプローブ材の成分の拡散が抑制されるのは以下の理由によると推定する。すなわち，プローブ材に添加されたNiおよび/またはPtが，はんだとプローブピンの接触した界面にSn-Niおよび/またはSn-Ptなどの薄く緻密な金属間化合物層を形成することで，この金属間化合物層が，はんだとプローブ材の成分の拡散を妨げる効果を発揮し，プローブピン先端を容易に消耗させることを抑制すると考えられる。

本発明の実施例について説明する。実施例及び比較例の合金の組成とそれぞれの特性を表1に示す。

先ず，Pd，Cu，Ni，Pt を表1の組成となるように配合した後，アルゴン雰囲気中でアーク溶解法にて溶解し，各合金インゴットを作製した。

上記合金インゴットを，圧延，熱処理を繰り返し，圧延率[＝((圧延前の厚さ－圧延後の厚さ)/圧延前の厚さ)×100]が75%の板材を作製し，硬さ及び耐はんだ性を評価するための試験片とした。また，比抵抗は，圧延率[＝((圧延前の厚さ－圧延後の厚さ)/圧延前の厚さ)×100]が90%まで加工した板材を試験片とした。

作製した各合金の試験片に関して，下記の評価を行い，その結果を表2に示す。

硬さは，試験片の断面の中心をマイクロビッカース硬さ試験機で，荷重200gf，保持時間10秒の条件で測定した。

耐はんだ性はSn-Bi系はんだを作製した試験片の上に乗せ，N₂雰囲気中，250℃，1hの条件で熱処理し，試験片上ではんだを溶融させた。熱処理後，試験片を樹脂に埋め込んで断面を出し，EPMAにてはんだと試験片の界面を垂直方向に線分析を行った。はんだからSnが、合金からPdが相互に拡散することにより、SnおよびPdが共に存在する層を拡散層とし，その厚さを測定した。

測定した拡散層の厚さが薄いほど，耐はんだ性が高いと判断し，拡散層の厚さが100μm未満の合金を◎，100～200μmの合金を〇，200μm～500μmの合金を△，500μmを超える合金を×と評価した。評価の結果を表2に示す。ただし，拡散層の厚さが800μm以上の場合は，試験したはんだのほぼ全体に拡散層が形成されたため，一義的に800μmとして記載した。

比抵抗は，室温で各試料の電気抵抗を測定し，式1に従い算出した。
式1：比抵抗=(電気抵抗×断面積)／測定長

以上の結果から，本発明により作製した合金は，高い耐はんだ性を有しつつ，プローブ材に求められる硬さ及び比抵抗を併せ持つことが分かる。よって，本発明によって，耐はんだ性を有するプローブ材として好適な材料を提供することが可能となる。

Claims

Pd 15～60mass%，Cu 3～79.9mass%，Niおよび/またはPt 0.1～75mass%からなることを特徴とするプローブピン用合金材料。