TWI441930B - 適於具有優異硬度、加工性、防污等特性之探針用線材的銠合金 - Google Patents

Description

適於具有優異硬度、加工性、防污等特性之探針用線 材的銠合金

本發明係關於適用於構成探針(其係供檢查諸如半導體積體電路等的電氣特性用)之線材用的銠合金。

諸如半導體積體電路等的電氣特性檢查，係藉由使探針接觸到多數電極墊而實施。針對探針的構成材料要求例如：為確保重複實施幾百萬次檢查之耐磨耗性而要求的硬度、為抑制因氧化皮膜產生導致檢查對象物遭污染而要求耐氧化性、以及為改善信號延遲而要求低電阻率等各種特性。

探針用材料自以前起便已知有如：鈹銅、磷青銅等銅合金、以及鎢、鈀合金等，該等習知材料針對此項要求特性並無法全部具備。例如銅合金、鎢，雖機械性質充足，但卻屬於較容易氧化的材料，而鈀合金雖耐氧化特性良好，但就硬度等卻略遜。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平10-038922號公報

[專利文獻2]日本專利特開平05-154719號公報

[專利文獻3]日本專利特開2004-093355號公報

所以，就探針的新穎構成材料有以諸如銥等貴金屬為主體的材料備受矚目。例如銥係屬於耐氧化特性、電氣特性均優異的金屬，就硬度亦是充足，因而頗適用為承受重複接觸的探針材料。

將諸如銥等貴金屬使用於探針用途時，會構成問題的部分係其加工性。近年就半導體積體電路等，有因高密度化而導致電極墊間更加窄間距化的傾向，因而要求將探針的線徑予以微細。就此點而言，貴金屬(特別係銥)的硬度較高，較難細線化，在加工途中大多會發生斷線，頗難因應此項需求。

本發明係以如上實情為背景，提供頗適於探針用途的貴金屬合金，能因應微細化的加工性良好，確保加工性且硬度、防污特性均優異者。

(解決課題之手段)

為解決上述問題，本發明者等經深入鑽研，發現相較於銥之下，加工性優異之貴金屬的銠(Rh)更為適用。另一方面，銠雖在硬度上稍遜，依純金屬狀態使用於探針用途並非屬較佳。所以，本發明者等發現以銠為主體並微量添加複數添加元素，便可保持銠的加工性並改善硬度等的合金，遂完成本發明。

即，本發明的適用於探針用線材的銠合金，係由含有添加元素之Fe：30~150ppm、Ir：80~350ppm、Pt：100~300ppm，其餘則由Rh構成。

如上述，本案發明係在銠中添加鐵(Fe)、銥(Ir)、白金(Pt)等3種添加元素。添加該等添加元素的意義，Fe係為求加工性提升、Ir係為求機械的強度、Pt係為求耐氧化性提升。該等添加元素必需同時添加3種，缺一不可。

各添加元素的濃度係設為上述範圍內。理由係為能在 保持Rh的加工性之情況下，發揮硬度、防污特性等。更佳的添加元素濃度係Fe：50~100ppm、Ir：150~350ppm、Pt：150~300ppm。

本發明的銠合金係製作由經添加各添加元素之既定組成銠合金所構成的鑄錠，再將其施行線材加工便可形成探針用線材。合金的鑄造時，因為係針對銠、銥等高熔點材料，因而可使用諸如電弧熔解、高頻熔解等高能量密度的鑄造法。各添加元素濃度係在鑄造時便進行調整，此時的原料形態係可使用粉末狀、小塊狀物。為將經合金鑄造後的鑄錠形成棒材而施行之加工，係可使用熱鍛造與熱軋延，該等亦可重複實施。然後，將棒材從粗線材加工為細線材。成為粗線材的加工係適當地對棒材施行退火後，再施行熱加工(擠鍛加工、拉絲加工)。又，細線加工係可使用熱拉線加工，特別係通電加熱拉線加工。通電加熱拉線加工係使被加工線材通過模具、加壓輥的拉線加工，為能對被加工線材從外部施行通電，便將此時的電阻熱設為為確保加工性用的熱源。通電加熱拉線係藉由調整所施加的電流變可施行高溫且均勻的加熱，高溫高強度的銠合金亦比較容易施行加工。

以上所說明的本發明銠合金，在探針用途上，加工性較優於以往受依賴的銥。且，硬度、防污特性等亦毫無遜色。

再者，本發明由銠合金構成的探針，係耐久性與防污 特性均優異，在半導體積體電路等的電氣特性檢查時可長期間使用。又，該探針最好係由本發明之僅由銠合金構成的所謂固體材料構成。雖即便僅有表面利用電鍍或被覆形成銠合金亦可使用，但此情況，在使用中，會有發生探針前端部的強度降低、或從母材上出現剝離現象的可能性，而固體材料則不會有發生此種情況的顧慮。

以下，針對本發明較佳實施形態進行說明。本實施形態中，適當變更Fe、Ir、Pt的添加量並製造Rh合金，再將其形成線材並檢討可否施行加工。

將純銠粉末、與各添加元素的金屬粉末，依成為既定組成的方式秤量混合，並將其施行電弧熔解而製作棒狀的銥合金鑄錠。將棒狀鑄錠依1000~1200℃施行熱鍛造，而形成12mm四方的棒材。然後，利用具溝渠的軋延輥施行熱軋延(溫度900~1100℃)而形成5mm四方的線材。更複數軋道施行熱擠鍛加工、拉絲加工，而形成線徑1.33mm的粗線材。

針對粗線材，使用通電加熱拉線裝置施行成為細線的拉線加工。該通電加熱拉線裝置中，使粗線材從饋進輥進行饋進並通過模具而進行拉線。此時的通電加熱係以饋進輥及模具當作電極並通電，藉此粗線材便被通電加熱。本實施形態的加工條件係設為電流9~11mA、饋進速度2~6m/min。又，在緊鄰饋進輥之後將碳粉末塗佈於線材上。 最後，施行冷拉線便形成最終的線徑60μm之線材。

本實施形態中，施行上述線材加工步驟的加工性評價、以及所製造線材的硬度測定、防污特性評價。加工性的評價係根據上述加工步驟在1批次(全長300m)的線材製造中，記錄所發生斷線的次數。又，硬度測定係利用維氏硬度計測定線材的表面硬度。又，防污特性的評價係利用第1圖所示模擬試驗裝置實施。該試驗係將所製造的探針安裝於裝置上，並依照下述條件施行重複接觸且測定電阻。試驗時，雖隨接觸次數的增加，電阻亦會上升，將超過5 Ω的時點設定為因遭污染而必需清洗的時點，測定在此之前的接觸次數。直到接觸電阻超過5 Ω時的接觸次數測定結果如表1所示。

試驗條件

．接觸對象：鋁製墊

．接觸壓力：8g/l針

．施加電流：100mmA/l針

表1係各特性評價的結果。如上述，Fe、Ir、Pt的各添加元素係為求加工性、機械強度、耐氧化性(防污特性)的各特性改善而添加。就此點而言，可確認到利用Ir的添加而造成的合金硬度提升效果。又，加工性、防污特性亦均良好。但，添加元素不足、過剩添加則會有任一特性或全部特性降低的情況，得知必需適切的組成調整。

產業上之可利用性

依如上所說明，本發明的探針用線材係確保加工性，可進行銥較難達成的細線化與高強度化。根據本發明，可製造經窄間距化的探針，且即便在重複承受摩擦的使用環境中，仍可維持安定的特性。

第1圖係為防污特性評價的模擬試驗裝置之構造說明圖。

Claims (2)

1. 一種適用於探針用線材的銠合金，作為添加元素含有Fe：30~150ppm、Ir：80~350ppm、Pt：100~300ppm全部，其餘則僅由Rh構成。
2. 一種探針，由申請專利範圍第1項之銠合金構成。