KR101260135B1 - 접촉저항, 방오특성이 우수한 프로브 핀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Ag－Cu합금으로 구성되는 프로브 핀 용도에 적합한 은합금으로서, Cu：30∼50중량%, 잔부 Ag인 은합금이다. 이 재료는, 또한, Ni를 2∼10중량% 포함함으로써, 강도 면에서 더 개선된다. 그리고 이들 재료로 구성되는 프로브 핀은, 낮은 접촉압에서도 접촉저항이 안정되어 있고, 강도 면이나, 반복사용에 의한 접촉 상대로부터의 이물의 부착에 대한 방오특성이 우수하여, 장기간 안정적으로 사용가능한 프로브 핀을 얻을 수 있다.

Description

접촉저항, 방오특성이 우수한 프로브 핀{SILVER ALLOY HAVING EXCELLENT CONTACT RESISTANCE AND ANTIFOULING PROPERTY AND SUITABLE FOR USE IN PROBE PIN}

본 발명은 반도체 집적회로 등의 전기특성을 검사하기 위한 프로브 핀(probe pin)을 구성하는 선재(線材)에 적합한 은합금(銀合金)에 관한 것이다.

웨이퍼 상에 형성된 반도체 집적회로나 액정표시장치 등의 전기적 특성의 검사를 행할 때, 복수의 프로브 핀이 배열된 프로브 카드(probe card)가 이용되고 있다. 이 검사에서는, 통상, 웨이퍼 상에 형성된 검사대상물인 반도체 집적회로소자나 액정표시장치 등의 복수의 전극 패드에, 프로브 핀을 접촉시킴으로써 행해지고 있다.

종래부터 이용되고 있는 프로브 핀용 재료로는, 텅스텐(W) 및 그 합금(W-Re합금 등)이나, 베릴륨동(Be-Cu), 인청동(Cu-Sn-P), 팔라듐합금(Pd-Ag합금) 등이 있다.

일본특허공개 평 10-038922호 공보 일본특허공개 평 05-154719호 공보 일본특허공개 2004-093355호 공보

프로브 핀은 검사대상물에 대해 수백만 횟수로 접촉하는 부재이기 때문에, 그 구성재료는 반복 검사로 인한 마모가 적어지도록 고경도(高硬度)일 것이 요구된다. 또한, 프로브 핀은 전기특성 검사에 이용되는 것이기 때문에, 비저항(比抵抗)이 낮고 도전성(導電性)이 양호한 도전재료를 적용하는 것이 바람직하다. 상기 각종 재료는, 이들 경도, 비저항의 관점을 주안점으로 하여 개발된 재료이다.

그런데 상기와 같은 종래부터의 요구에 더해, 검사효율의 개선 요구나 최근 반도체 집적회로 등의 고밀도화로의 대응 요구 등에 의해 새로운 특성의 개선 필요성이 높아지고 있다.

예를 들면, 검사효율의 개선으로서, 최근, 프로브 카드에 실장하는 프로브 핀의 개수를 증가시키는 다핀(multi-pin)화가 진행되고 있다. 여기서 검사시에 있어서는, 프로브 핀과 검사대상물의 접촉저항을 안정시키는 것이 필요하지만, 이를 위해서는 프로브 핀을 검사대상물에 어느 정도 압입할 필요가 있다. 이 안정적인 접촉저항을 얻기 위한 압입량(오버드라이브)은 재질에 따라 다르지만, 압입량을 크게 하면 접촉압이 높아진다. 그리고 접촉압이 높은 프로브 핀은, 다핀화에 의해 검사대상물로의 부담을 크게 하게 된다. 따라서 다핀화에 대응 가능한 프로브 핀용 재료로서, 오버드라이브가 작고 낮은 접촉압에서도 안정적인 접촉저항을 얻을 수 있을 것이 요구된다.

또한, 반도체 집적회로 등의 고밀도화에 따라, 프로브 핀의 협피치(narrow pitch)화 경향에 있어, 이에 대응하기 위해 그 선경(線徑)의 미세화가 요청되고 있다. 이 요청에 응하기 위해서는, 강도(强度) 면에 대해서도 개선이 필요하지만, 이 경우의 강도 개선은, 단지 경도(硬度)를 상승시키면 좋다는 것은 아니다. 프로브 핀은, 검사대상물에 대해 고속으로 반복 접촉하는 것이어서, 그 마찰열에 의해 고온이 된 상태로 응력부하(應力負荷)를 연속적으로 받기 때문에, 이른바 크리프변형(creep deformation)이 염려된다. 이 크리프변형은 비가역이기 때문에, 일단 변형된 프로브 핀은 교환을 필요로 하게 된다. 따라서 고온하에서의 변형이 생기기 어려운 것도 요구되는 특성이다.

또한, 프로브 핀에서는, 반복 사용에 의해 접촉 상대로부터의 이물(異物)의 부착이라는 오염 문제가 있다. 종래부터, 프로브 핀에는 그 자체의 산화피막 형성 문제가 지적되고 있었지만, 이 이물 부착 문제는 이보다 큰 문제로서, 오염에 의한 접촉저항의 안정성이 없어져, 이로 인해 프로브 핀 교환을 피할 수 없게 되는 일이 있었다. 따라서 이러한 오염에 대한 내성(耐性)(방오특성(防汚特性))도 중요한 특성으로 되어 있다.

종래의 프로브 핀용 재료는, 상기와 같은 새로운 요구 특성을 구비한다고는 말하기 어렵다. 본 발명은, 이상과 같은 사정을 배경으로 이루어진 것으로서, 낮은 접촉압, 고온강도 개선, 방오특성에 있어서 개선된 재료를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자 등은 예의연구를 행해, 은(Ag)을 주체로 하고, 소정 범위의 동(銅)을 첨가한 합금이, 상기 제특성(諸特性)을 구비하는, 프로브 핀용 합금재료를 찾아냈다.

즉, 본 발명은 Ag-Cu합금으로 구성되는 프로브 핀용 선재에 적합한 은합금으로서, Cu：30∼50중량%, 잔부(殘部) Ag인 은합금이다.

Ag는 비저항이 낮고 양호한 도전체이기 때문에 프로브 핀 용도로서 적합한 재료이지만, 강도 면에서 부족하다. 본 발명은 Ag에 대한 합금원소로서, 소정 범위의 Cu를 첨가함으로써, 그 강도 부족을 보완하여 밸런스를 도모하고 있다.

상기한 바와 같이, Cu는 합금의 강도상승 작용을 가지지만, Cu가 선택되는 것은 강도상승 작용이 있음에 더하여, 합금의 도전성에 주는 영향이 적기 때문이다. 그리고 프로브 핀 용도에 있어서의 합금 조성으로는, Cu를 30∼50중량% 첨가하는 것이다. 이러한 범위로 한정하는 것은, 30중량% 미만에서는 강도 부족이 되고, 50중량%를 넘으면 산화되기 쉬워지기 때문이다.

또한, 본 발명에 따른 합금은 Ni를 2∼10중량% 더 포함하고 있어도 좋다. Ni를 더 첨가하는 것은, 강도 면에서의 개선효과를 더 명확하게 하기 위해서이다. 이 Ni의 첨가량을 2∼10중량%로 하는 것은, 2중량% 미만에서는 첨가에 의한 개선효과가 적기 때문이고, 10중량%를 넘으면 가공성에 문제가 생기기 때문이다.

또한, 본 발명에 따른 재료를 프로브 핀으로 하는 경우, 핀 전체가 합금재료로 구성되는, 이른바 무크재(solid material)로 구성된 것이 바람직하다. 그리고 이 프로브 핀은, 충분한 경도, 도전성을 가지며, 내산화성(耐酸化性)도 우수하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 프로브 핀 용도에 적합한 은합금은 접촉저항의 안정성이나 강도 면, 또한, 방오특성이 우수한 것이다. 본 발명에 따르면, 장기간 안정적으로 사용 가능한 프로브 핀을 얻을 수 있다.

도 1은 방오특성, 오버드라이브를 평가하기 위한 모의시험장치의 개략도.
도 2는 크리프특성 평가시험의 공정을 설명하는 도면.
도 3은 실시예 1, 2, 5, 6 및 종래예 1, 2의 합금으로 구성되는 프로브 핀의 오버드라이브와 접촉저항값의 관계를 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 적절한 실시예를 비교예와 함께 설명한다. 본 실시형태에서는 각종 조성의 합금을 제조하여, 그 경도, 비저항이라는 기본적 특성을 측정한 후, 접촉압, 방오특성, 고온강도를 평가했다.

시료는, 원료가 되는 각 금속을 진공용해(眞空溶解)하여 잉곳(ingot)을 제작하고(치수：φ40㎜×6㎜), 이것을 단면감소율(斷面減少率)이 80% 전후가 되도록 압연했다. 압연 후의 두께는 1.2㎜ 전후로 했다. 그리고 압연재를 절단하여 길이 10㎜×폭 1.0㎜의 시험편으로 만들고, 이를 수지(樹脂)에 묻어, 연마하여 경도 측정용 시료로 했다. 또한, 압연재로부터, 별도로, 길이 60㎜×폭 10㎜의 시험편을 잘라내어, 이를 비저항 측정용 시료로 했다.

경도 측정은 비커스 경도계에 의해 행했다. 측정조건은, 하중 100gf, 압입시간 10초간으로 했다. 또한, 비저항 측정은, 전기저항계에 의해 전기저항을 측정하여, 시료의 단면적과 길이로부터 비저항을 산출했다. 이들 측정결과를 표 1에 나타낸다.

다음으로, 상기 공정으로 제조한 합금 잉곳으로부터 와이어(선경 0.2㎜)를 제조하여, 절단·가공해서 프로브 핀을 제조했다. 그리고 이들에 대해 방오특성 및 크리프특성을 평가했다.

방오특성 평가는, 프로브 핀을 도 1과 같은 모의시험장치에 설치하여, 프로브 핀과 알루미늄 패드를 반복 접촉시키면서 저항값을 측정했다(인가 전류는 1핀당 100㎃로 한다). 접촉 회수의 증가에 따라 저항값이 상승하지만, 저항값이 5Ω를 넘은 시점을 클리닝이 필요하게 되는 정도의 오염된 상태로 설정하여, 5Ω이 될 때까지의 접촉 회수를 측정했다.

또한, 오버드라이브 평가는 도 2에 나타내는 공정으로 행했다. 이 시험은 프로브 핀을 100℃로 가열한 스테이지(stage)에 접촉시킨 상태에서, 스테이지를 상승시키고(0.1㎜), 이 상태를 100시간 유지한 후에 스테이지를 초기위치로 되돌려, 부하 해제 후의 프로브 핀 선단과 스테이지의 거리(갭)를 측정하는 것이다. 크리프변형이 생긴 경우, 부하 해제 후에도 프로브 핀은 변형된 상태가 되어 이 거리가 커진다. 여기서는 크리프특성의 평가기준으로서 프로브 핀 선단과 스테이지의 거리에 대해, 40㎛ 미만을 합격(○)으로 하고, 그 이상을 불합격(×)으로 했다. 또한, 합격품 중에서도 특히 우수한 것(20㎛ 이하)에 대해서는 「◎」으로 했다. 이들 방오특성, 크리프특성의 평가결과를 표 2에 나타낸다.

표 2로부터, 각 실시예에 있어서의 프로브 핀은, 오염이 확인될 때까지의 접촉회수가 30만 회를 넘어, 극히 오염되기 어려운 것임을 알 수 있다. 또한, 크리프변형도 생기기 어렵고 강도면에서도 바람직한 것을 알 수 있다. 종래 제품인 텅스텐 및 그 합금은, 오염의 영향을 받기 쉬워 1만 회 정도의 접촉회수로 저항값이 상승하고, 크리프특성에 대해서도 현저히 우수하다고 할 수는 없다. 또한, 비교예로 제조한 동 및 니켈의 농도가 규정치 밖인 프로브 핀은, 종래 제품에 비하면 적합한 특성을 나타내지만, 각 실시예보다 뒤떨어지는 것이어서, 방오특성, 크리프특성의 밸런스가 부족한 것이었다.

본 실시형태에서는, 또한, 실시예 1, 2, 5, 6 및 종래예 1, 2의 합금으로 구성되는 프로브 핀에 대해, 접촉압 평가를 행했다. 이 시험은 도 1에 나타낸 모의시험장치를 이용하여, 프로브 핀 선단의 패드로의 압입량(오버드라이브)을 변화시키면서 저항값을 측정하고, 저항값이 안정될 때까지의 오버드라이브를 측정하는 것이다. 이 측정결과를 도 3에 나타낸다.

도 3으로부터, 각 실시예에 따른 프로브 핀은 안정된 접촉저항값이 얻어지기까지의 오버드라이브가 적은 것을 알 수 있다. 즉, 각 실시예에 따른 프로브 핀은 접촉압이 낮아도 안정된 접촉저항을 얻을 수 있는 것임이 확인되었다.

본 발명에 따른 은합금은 프로브 핀 용도에 적합한 재료로서, 방오특성, 크리프특성이 우수하고, 낮은 접촉압에서 안정적인 전기특성을 나타낸다. 이들 특성이 개선된 본 발명에 의한 프로브 핀은, 검사효율의 개선 요구나 반도체 집적회로 등의 고밀도화로의 대응 요구 등에도 유연하게 대응할 수 있다.

Claims (3)

1. Ag-Cu합금으로 구성되며, Cu：30∼50중량%, 잔부(殘部) Ag인 은합금으로 구성되는 프로브 핀.
2. 제1항에 있어서,
   Ni를 2∼10중량% 더 포함하는 은합금으로 구성되는 프로브 핀.
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