JP7141098B2 - プローブピン用材料およびプローブピン - Google Patents

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)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、検査対象物に繰り返し接触させるため、硬さが重要となる。硬さが重要なのは、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。
使用されるプローブピンの形状は様々あるため、圧延や伸線、曲げ加工、切削加工等が施される。そのため、プローブピンは、加工後に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、プローブピンの摩耗を抑えるのに非常に有効なため、プローブピンは硬いほど望ましい。
コンタクトプローブピンに使用される材質としてベリリウム銅合金やタングステン、タングステン合金があるが、酸化しやすく、酸化膜による導通不良や酸化膜が検査対象物に付着する場合がある。金メッキ等で酸化を防ぐ場合があるが、メッキの剥離等の問題がある。
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1～7のように白金合金、パラジウム合金等ベース材自体を酸化しにくいものを使用する場合がある。

特許第4216823号 特許第4878401号 特許第4176133号 特開2004-93355号 特許第5657881号 国際公開番号WO2014/021465 特開2017-25354号

このなかで特許文献1の白金合金は、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。
パラジウム合金は、国際公開番号WO2014/021465で実施例8および実施例15でHV554、HV553の記載はあるが、その他実施例ではHV500前後となっている。
実施例2～5および実施例7のパラジウム合金は、実施例中にHV550以上のものの記載はない。

更なる時効硬化による硬さの向上が求められているが、硬さ向上を目的として添加元素を多量に加えると、硬さの向上と反比例して塑性加工性が低下してしまうこととなる。そこで、すぐれた塑性加工性を有し、かつ時効後の硬さを向上させる技術が求められている。

前述した課題は、Ag19～37mass%、Pd39～50mass%、Cu23～35mass%、In0.1～1.0mass%未満、Ga0.1～1.0mass%からなるプローブピン用材料によって達成される。300～400℃で加熱し時効させた際のビッカース硬さがHV550以上であるプローブピン用材料としてもよい。

また前述した課題は、上記のプローブピン用材料を用いて作製されたプローブピンによって達成される。

本発明は、時効前の加工性が良好で、且つ時効後の硬さがHV550以上を有するプローブピン用材料およびプローブピンを得ることができる。

また本発明では、上記特徴のプローブピン用材料およびプローブピンを所望の形状に加工した後、300～400℃で加熱、時効処理により、繰り返し検査に耐えうる十分な強度のプローブピンが得られる。

本発明のプローブピン用材料は、Agが19～37mass%、Pdが39～50mass%、Cuが23～35mass%、Inが0.1～1.0mass%未満、Ga0.1～1.0mass%であり、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。

Agが19～36mass%、Pdが40～50mass%、Cuが25～35mass%、Inが0.2～0.9mass%、Gaが0.2～1.0mass%とすることが好ましい。

Agが25～30 mass%、Pdが40～48 mass%、Cuが26～30 mass%とすることがより好ましい。

本発明のプローブピン用材料およびプローブピンは、塑性加工後、300～400℃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、300℃未満では、十分な硬さの上昇がみられず、400℃を超えると熱処理による軟化が始まることから、上記の温度範囲とする。熱処理を行うことにより、HV550以上の硬さとなる。

ここでプローブピンは、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用いられるソケットやプローブカードに組み込まれた接触端子を指す。

またプローブピン用材料は、検査用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に使用される材料で、べリリウム銅合金やタングステン、タングステン合金、貴金属系合金等がある。

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とGaを上記の量で調整し、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、Pd、Cu、In、Gaを1試料につき30gになるよう配合し、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、850℃×60分の熱処理条件で熱処理後水冷し、圧延、熱処理と圧延を繰り返し、t2.5mmまで圧延後、再度850℃×60min熱処理し水冷、圧延率[＝((圧延前の厚さ－圧延後の厚さ)/圧延前の厚さ)×100]が80%になるようt0.5mmまで圧延を行った。
加工性評価は圧延状況で評価した。評価基準は大きな割れなく圧延ができたものを○、t2.5mm迄圧延できずに割れたものを×とした。評価結果を表2に示す。

表2の実施例は、特に問題なく圧延できた。比較例でIn、Gaを多く添加された比較例は、t2.5mm迄の圧延中に割れが入り、その後の圧延が困難となり×とした。×とした試料は、以後の調査を中止した。比較例5～6の結果から、In、Gaを多量に添加すると塑性加工が困難になることが分かる。

・硬さ試験
表2の加工性評価結果から○となったサンプルの圧延後の硬さを測定、その後300～400℃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の時効後の硬さは、300～400℃の温度範囲で時効を行った際、最も硬かった値である。

圧延率が80%の場合、実施例は、時効後の硬さが全てHV550以上となった。
一方、比較例1のGa添加していないサンプルは、HV538とHV550に届かなかった。比較例2のようにInとGaの両方を減少させると、HV500近傍まで硬さが低下した。また比較例3～4のように、Pd量が本願の範囲から外れると時効後の硬さがHV500未満まで低下した。

・加工率調査
表1に作製した試料の実施例の内、実施例3を抜粋し、伸線加工を行った。サンプルの組成を表4に示す。

作製方法は、約t8×w8×40mmのインゴットをアーク溶解により作製、インゴットを850℃×60分熱処理後、水冷し、溝ロールにより□2.5mmまで伸線加工、再度850℃×60分熱処理、ダイス伸線により、φ0.7mmまで伸線を行った。伸線中、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、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4の組成のサンプルの線径がφ0.9mm、φ0.8mm、φ0.7mmでの硬さを測定、また350℃×1hr熱処理し、時効後の硬さを測定した。測定結果を表5に示す。

伸線加工時、特に断線なくφ0.7mmまで伸線が可能だった。また時効後の硬さは、各線径共に、時効後の硬さがHV600以上となった。

Claims (3)

1. Ag19～37mass%、Pd39～50mass%、Cu23～35mass%、In0.1～0.9mass%、Ga0.1～1.0mass%からなるプローブピン用材料。
2. 300～400℃で1時間加熱し時効させた際のビッカース硬さがHV550以上であることを特徴とする請求項1のプローブピン用材料。
3. 請求項1または2に記載のプローブピン用材料を用いて作製されたプローブピン。