CN117310234A

CN117310234A - 一种半导体芯片测试用钯合金探针套筒及其制造方法

Info

Publication number: CN117310234A
Application number: CN202311626124.6A
Authority: CN
Inventors: 曹镭
Original assignee: Zhejiang Jinlian Technology Co ltd
Current assignee: Zhejiang Jinlian Technology Co ltd
Priority date: 2023-11-30
Filing date: 2023-11-30
Publication date: 2023-12-29
Anticipated expiration: 2043-11-30
Also published as: CN117310234B

Abstract

本发明涉及一种半导体芯片测试用钯合金探针套筒及其制造方法，所述探针套筒为薄壁圆筒状，其外径0.15‑1mm，内径0.1‑0.6mm；所述钯合金探针套筒，以重量百分比计，包含如下组分：Pd 10‑20%、Ag 40‑45%、Cu 40‑45%、微量元素0.001‑3%、稀土元素0.0001‑0.05%。本发明通过探针套筒原料组分、比例以及制造方法的选择，在显著降低贵金属钯用量的同时，提供了导电性、耐磨性、抗氧化性等综合性能较好的探针套筒，有效降低壁厚以获得更大的内部容置空间，无需镀金等附加处理简化了工艺，符合芯片小型化发展方向，具有广泛的应用前景和良好经济效益、社会效益。

Description

一种半导体芯片测试用钯合金探针套筒及其制造方法

技术领域

本发明属于半导体芯片测试探针技术领域，具体涉及一种半导体芯片测试用钯合金探针套筒及其制造方法。

背景技术

目前国际市场上的芯片测试探针套筒分为两类：一类是PBT，也就是磷青铜套筒，应用非常普遍，其优点是成本较低，易加工。但PBT由于其材料本身所具备的性质导致为保证其强度满足需求，难以将PBT套筒壁厚降低至0.025mm以下，难以满足目前测试探针小型化的需求，且由于PBT套筒为铜基材料，为实现抗氧化和耐磨损等电接触要求需要对内部进行镀金，但当内孔小于0.2mm时，电镀工艺达不到要求，会出现内孔镀金层不良，电性能失效；且当内孔小于0.2毫米时，PBT工艺难度很大，不能保证同心度和孔壁均匀，孔内壁粗糙度也不易保证，因此，PBT套筒仅仅适合尺寸较大的测试探针。

第二类是电铸镍管套筒，该套管采用电铸工艺，在芯材上电铸镍层，最后取出芯材形成镍质套筒，理论上可以达到与芯材厚度相同，实际已经可以达到0.04mm内径，由于在芯材上事先实施镀金，从而可以在镍管内壁形成完好的镀金层，可以保证良好的电性能，且镍管的机械强度也可以满足细微探针的结构和机电要求。但是该种套筒由于制作涉及多种精密加工工艺，成本较高；且电镀镍管由于工艺局限性无法制作出带有法兰结构的探针套筒，无法应用于细微探针在测试插座中的固定和限位，但是对于很多微细探针，带有法兰止位是非常重要的，它可以满足微细探针在测试插座中方便地固定和限位，这也成为电铸镍管套筒的应用瓶颈。

专利CN113063974B中公开一种半导体测试探针用带有法兰止位的探针套筒，该半导体测试探针用带有法兰止位的探针套筒,包括第一套筒、第二套筒、第一顶针和第一法兰，通过采用两级套筒结构，使探针的调整空间更大，方便满足不同工况下的使用，并将两个弹簧的上端的抵触块都设置成可以活动的滑块使其可以根据工况调整探针位置和测试点的抵触力大小。该套筒采用的两级套筒结构为在外部设置法兰结构帮助探针进行限位和固定，需加大第一套筒的内径，同时为满足探针细微化，需将第二套筒内径与探针相匹配，再将两者相互组合，该两级套筒结构较为复杂，配合精度要求高导致生产成本和废品率高，且整体体积较大，极大的限制了单位面积上的探针密度，降低了检测效率。

专利申请CN 116324427 A中公开了一种接触探针，该探针具有：具有前端部以及基端部的第1针头；和对所述第1针头施力的弹簧，所述前端部的表面和所述基端部的表面通过不同的金属材料形成。所述前端部可以设为从突端起为0.1mm以内的尺寸。该发明中为保证探针性能，将探针细微化，采用钯合金作为探针材料，但并未对探针套筒材料和构造进行设计，套筒内部空间有限，存在弹簧弹力不足的缺陷。另一方面，对于高性能的钯合金材料，目前主要用于探针头部以节省成本。专利JP6734486B2中公开了一种可用于探针的Pd合金材料，该钯合金材料在电阻率、硬度和可加工性等方面比先前具有更好平衡。其中，Pd合金的Pd为50.1质量％以上且55.5质量％以下，Ag为6.3质量％以上且16.1，Cu的组成为30.0质量％以上且38.0质量％以下，In的组成为0.5质量％以上2.0质量％以下。该发明采用了钯含量较高的合金材料制作探针，在高成本的制约下，该合金材料也主要是用在探针头部，普及应用受到限制。

因此，如何提供一种既满足半导体检测探针套筒导电性能、机械性能，又能够降低套筒壁厚扩展内部空间，并降低套筒的加工难度和生产成本的探针套筒，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种半导体芯片测试用探针套筒及其制造方法，该探针套筒具有良好的导电性、机械性能等综合性能，同时通过降低的壁厚使得套筒内部空间扩展，能够放置更大弹力的弹簧，满足微细探针的弹力要求，特别通过降低钯合金中贵金属钯的含量，提供了适合探针套筒用的低成本的钯合金探针套筒。

第一方面，本发明提供一种半导体芯片测试用钯合金探针套筒，所述探针套筒为薄壁圆筒状，其外径0.15-1mm，内径0.1-0.6mm；

以重量百分比计，所述钯合金探针套筒包含如下组分：

Pd 10-20%

Ag 40-45%

Cu 40-45%

微量元素 0.001-3%

稀土元素 0.0001-0.05%；

所述钯合金探针套筒的硬度在HV_0.2250以上，体积电阻率小于12μΩ·cm，抗拉强度大于600MPa。

优选的，所述探针套筒壁厚为0.015-0.15mm，硬度在HV_0.2300以上，体积电阻率在10μΩ·cm以下，抗拉强度大于800MPa。

芯片测试用探针套筒需要具备耐腐蚀、高强度、抗氧化等特性，同时要求制造材料具有较低的电导率以减少信号干扰。钯合金是较为理想的材料，但其成本一直居高不下，导致实际生产中仅将其用于探针头等极关键部位。本发明结合探针套筒的综合性能需求，通过原料配比和精细加工等手段，使钯合金探针套筒具有优异的耐腐蚀性、高强度和抗氧化性能，同时其体积电阻率小于12μΩ·cm，优选在10μΩ·cm以下，良好的导电性可以减少信号干扰，提高测试的准确性。具体而言，降低钯含量可能导致钯合金拉伸强度和硬度稍有降低，相比探针特点，探针套筒在强度和硬度方面的要求稍低，特别的，如果探针套筒硬度过高反而容易脆裂而不利于保护探针，而增加银含量有利于提高探针套筒的导电性能。本发明经过大量实验摸索得到的钯合金组分是探针套筒技术领域的一大突破。优选材料的基础上，本发明从加工技术和生产成本等方面进一步提升钯合金性能，降低钯合金的使用门槛，扩展其应用范围。

在芯片测试过程中，探针套筒需要承受来自探针的压力和摩擦力，同时要保持与探针的电接触。本发明钯合金探针套筒在壁厚控制在0.15mm以下时硬度可达到HV_0.2250以上，优HV_0.2300以上选，并且抗拉强度大于600MPa，优选大于800MPa，能够较好的满足探针套筒的性能要求，确保在测试过程中保持稳定和测试结果的准确性。此外，钯合金的抗氧化性能可以防止其在测试过程中被氧化，从而保持探针套筒的清洁和耐久性。

优选的，所述探针套筒外表面还具有与套筒一体的限位法兰，限位法兰的厚度为0.01-0.5mm；和/或在所述探针套筒的至少一端具有外径减小的收口形状。

本发明的探针套筒除了具有薄壁圆筒状基本构造外，可选择直筒形、收口形等多种构造，满足探针装配所需的多种结构设计要求。还可在外径上设置一体成型的法兰限位结构，弥补电铸镍管套筒由于工艺的局限性，即便增加厚度也难以制造出带法兰探针套筒的缺陷。对于很多微细探针，带有法兰止位是非常重要的，它可以满足微细探针在测试插座中方便地固定和限位，这也成为电铸镍管套筒的应用瓶颈。半导体检测探针套筒设置法兰结构的作用主要包括以下几点：

1）法兰结构可以将半导体检测探针套筒与其他设备或工装等连接起来，并固定其位置，以确保探针套筒与其他设备间信号传输或物料流动的稳定性，提高整个检测系统的精度和可靠性。

2）通过在探针套筒中设置法兰结构，可以将探针的调整位置和空间扩大，满足不同工况下的使用需求。

3）多种结构设计性，例如法兰结构的设计可以使探针套筒内的弹簧上端的抵触块成为可以活动的滑块。根据工况的不同，可以通过调整滑块的位置来改变探针位置和测试点的抵触力大小。这样可以确保探针与测试点之间的接触稳定、准确，提高测试结果的可靠性。

4）通过在探针套筒中设置法兰结构，可以增强整个检测系统的刚性和稳定性。这有助于提高探针的测试精度和延长其使用寿命，同时也能有效降低因振动或位移引起的误差，提高检测的可靠性。

特别有利的，本发明的芯片测试钯合金探针套筒，可以按照客户要求，像PBT套筒那样加工出各种外径上的限位法兰和收口形状，从而满足探针装配所需的各种结构设计要求。

优选的，所述微量元素选自Ru、Fe、Co中的至少一种，所述稀土元素选自Tb、Er、Eu、Sm中的至少一种。

优选的，所述微量元素包含Ru 0.001-0.5%、Fe 0.001-1%、Co 0.001-1%。

优选的，所述稀土元素包含Tb 0.0001-0.01%、Er 0.0001-0.01%、Eu 0.0001-0.01%、Sm 0.0001-0.01%。

微量元素和稀土元素的添加，有利于贵金属钯含量在现有钯合金用量的基础上降低至10-20%，使其比现有应用于探针头的钯合金材料成本下降约50-70%，且保持较好的强度、硬度、导电性等综合性能，从而使探针套筒成本可以低于镍管套筒，适合广泛应用。

第二方面，本发明提供一种半导体芯片测试用钯合金探针套筒的制造方法，包括如下步骤：

步骤一、按照探针套筒外径要求，选择钯合金棒材或者管材；

步骤二、进行外表面精加工；

步骤三、采用精密钻头，按照探针套筒内径要求，进行精密钻孔和/或内表面精加工，清洗、干燥，得到探针套筒半成品；

步骤四、将所述探针套筒半成品进行热处理得到所述半导体芯片测试探针套筒。

优选的，所述热处理包括将探针套筒半成品以40-60℃/min的速率升温到300-400℃保温1-2h时效处理后随炉冷却。采用热处理工艺具有消除加工应力、提高材料综合性能、保证尺寸精度、提高使用寿命；通过控制加热温度和冷却速度，可以改变材料的晶粒大小、相组成和析出物形态等微观结构特征，进而优化其物理和化学性能，热处理工艺相较于其他工艺更为成熟适用于批量生产，可以降低生产成本和提高生产效率。

优选的，选择钯合金棒材为原料，所述钯合金棒通过如下步骤制备：

S1、按照钯合金材料各组分含量称量原料，将含有Cu、微量元素和稀土元素的原料置于非自耗电弧炉坩埚内，关闭炉门，抽真空后充入氩气，启动电弧熔炼，熔体合金化冷却后重复熔炼至少1次，获得含有Cu、微量元素和稀土元素的中间合金；

S2、将Pd、Ag和所述中间合金一起放置于真空感应熔炼炉内熔炼，将熔体浇铸于石墨模具中，得到钯合金圆柱状铸锭；

S3、将所述钯合金圆柱状铸锭表面车削处理，之后在真空热处理炉内以40-80℃/min速率升温700-850℃，保温1-3h，然后在挤压机上挤压成钯合金圆棒；

S4、将所述钯合金圆棒进行旋锻加工、固溶处理、多道次拉拔，得到钯合金棒材。

通过重复熔炼、浇铸、挤压和旋锻等工艺步骤，可以细化钯合金的晶粒，提高材料的强度、硬度和耐腐蚀性等性能；在熔炼和热处理过程中，采用氩气保护和真空环境，可以减少钯合金与空气中的氧气和水分接触，从而减少氧化和污染的可能性。

优选的，步骤S4中，将所述钯合金圆棒进行两次旋锻加工，两次旋锻变形量均≥50%，在两次旋锻加工之间和之后，在700-850℃保温1-2h固溶处理后快速冷却。

优选的，步骤S4中，多道次拉拔之间还进行中间固溶处理，单次拉拔变形量≥70%，且在多道次拉拔之后进行调直处理，得到直线状钯合金棒材。

本发明提供的半导体芯片测试用探针套筒及其制造方法，至少包括如下有益效果：

（1）本发明采用钯合金作为探针套筒的制作材料，钯合金相比于现有技术中采用电铸镍基套筒，制作工艺相对简单，成本较低，且可在套筒外侧可以制作出带有法兰结构、收口形状等设定结构的探针套筒，提供更高综合性能和扩展应用场景；配合制备中的热处理工艺，能够使探针套筒产品硬度可达到HV_0.2250，体积电阻率小于12μΩ·cm，并且抗拉强度大于600MPa，使探针套筒在测试过程中保持稳定，确保测试结果的准确性。

（2）本发明制备钯合金套筒相较于其他合金加工性好，满足不同应用场景的需求。且相较于其他需要内部镀金的合金材料，钯合金无需进行内部镀金且自身钯金含量控制在10-20%的较低水平，其成本相对较低，除了在探针头部等极关键部位使用外，能够普及推广到例如探针套筒等部件的使用，在国内也具有较为广泛的资源和供应链，方便采购和使用，适于批量工业化生产。

（3）本发明制备钯合金套筒，钯合金本身抗氧化性、耐腐蚀性及抗疲劳性皆为优选，其作为套筒材料具有极长的使用寿命，可减少生产过程中物料的损耗，降低使用成本。

附图说明

图1是本发明钯合金探针套筒制造方法的流程图；

图2是本发明第一实施方式探针套筒的结构示意图；

图3是本发明第二实施方式探针套筒的结构示意图；

图4是本发明第三实施方式探针套筒的结构示意图；

图5是本发明第三实施方式A区域的收口形状截面图。

附图标记说明：100，200，300-探针套筒、1-限位法兰、2-收口形状。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。

本发明的半导体芯片测试用钯合金探针套筒（100，200，300）：

（1）结构方面：

薄壁圆筒状，外径0.15-1mm，内径0.1-0.6mm，壁厚0.015-0.15mm，参见图2；所述探针套筒（200，300）外表面还具有与套筒一体的限位法兰1，限位法兰1的厚度为0.01-0.5mm，参见图3；和/或在所述探针套筒300的至少一端具有外径减小的收口形状2，参见图4和图5。

（2）组分方面：

以重量百分比计，所述钯合金探针套筒（100，200，300）包含如下组分：

（2.1） Pd 10-20%；

（2.2） Ag 40-45%；

（2.3） Cu 40-45%；

（2.4）微量元素 0.001-3%，选自Ru、Fe、Co中的至少一种，优选的，包含Ru 0.001-0.5%、Fe 0.001-1%、Co 0.001-1%；

（2.5）稀土元素0.0001-0.05%，选自Tb、Er、Eu、Sm中的至少一种，优选的，包含Tb0.0001-0.01%、Er 0.0001-0.01%、Eu 0.0001-0.01%、Sm 0.0001-0.01%。

参见附图1，针对前述半导体芯片测试用钯合金探针套筒（100，200，300），提供一种制备方法，包括如下步骤：

步骤一、按照探针套筒（100，200，300）外径要求，选择钯合金棒材或者管材；

步骤二、采用精密CNC机床，进行外表面精加工；

可选步骤A、外表面限位法兰1加工；

可选步骤B、端面收口形状2处理；

可选步骤C、对半成品进行清洗和干燥；

步骤三、采用精密钻头，按照探针套筒（100，200，300）内径要求，进行精密钻孔和/或内表面精加工，清洗、干燥，得到探针套筒（100，200，300）半成品；

步骤四、将所述探针套筒（100，200，300）半成品进行热处理得到所述半导体芯片测试探针套筒（100，200，300），优选的，所述热处理包括将探针套筒（100，200，300）半成品以40-60℃/min的速率升温到300-400℃保温1-2h时效处理后随炉冷却。

可选步骤D、对半导体芯片测试探针套筒（100，200，300）进行清洗和干燥；

可选步骤E、检测，包装入库。

优选钯合金棒，利用精密钻头，在精密钻孔同时进行内表面精加工，高性能钯合金棒通过如下步骤制备：

S1、按照钯合金材料各组分含量，采用精确到4位小数点的天平称量原料，将含有Cu、微量元素和稀土元素的原料置于非自耗电弧炉坩埚内，关闭炉门，抽真空后充入氩气（抽真空至真空度小于0.001Pa，后充入纯度大于99.999%的氩气），启动电弧熔炼，熔体合金化冷却后至少熔炼1次，获得含有Cu、微量元素和稀土元素的中间合金；

S2、将Pd、Ag和所述中间合金一起放置于真空感应熔炼炉内熔炼（真空度小于0.001Pa），将熔体浇铸于石墨模具中，得到钯合金圆柱状铸锭，铸锭直径50-90mm；

S3、将所述钯合金圆柱状铸锭表面车削处理，车削去除圆柱表面层深度0.5mm-1mm，之后在真空热处理炉内700-850℃保温1-3h，然后在挤压机上挤压成钯合金圆棒，钯合金圆棒直径15-20mm；

S4、将所述钯合金圆棒进行旋锻加工、固溶处理、多道次拉拔，包括：

S4.1 第一次旋锻加工，形量≥50%；

S4.2 在700-850℃保温1-2h固溶处理后快速冷却；

S4.3 第二次旋锻加工，形量≥50%；

S4.4在700-850℃保温1-2h固溶处理后快速冷却，得到直径小于8mm的旋锻钯合金棒；

S4.5 多道次拉拔处理，之间进行中间固溶处理，单次拉拔变形量≥70%，得到直径为0.15mm-1mm的钯合金棒材；

S4.6 调直处理，得到直线状钯合金棒材。

实施例1

本实施例的钯合金探针套200样品包括以下结构和组成：

参见图3，所述探针套筒样品呈薄壁圆筒状，外径0.35mm，内径0.30mm，壁厚0.025mm，所述探针套筒外表面还具有与套筒一体的限位法兰1，限位法兰1的厚度为0.025mm，套筒整体最大外径约0.40mm；

以重量百分比计，所述钯合金探针套筒包含如下组分：Pd 16.8%、Ag 40.2%、Cu41.9%、微量元素 1.07%、稀土元素0.03%；其中，微量元素包含Ru 0.40%、Fe 0.37%、Co0.30%；稀土元素包含Tb 0.0075%、Er 0.0075%、Eu 0.0075%、Sm 0.0075%。

本实施例钯合金探针套筒200样品的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、按照探针套筒外径要求，选择钯合金棒材；

步骤二、采用精密CNC机床，进行外表面精加工，得到高精度外壁及限位法兰1结构；

步骤三、采用精密钻头，按照探针套筒内径要求，进行精密钻孔并完成内表面精加工，清洗、干燥，得到探针套筒半成品；

步骤四、将所述探针套筒半成品进行热处理得到所述半导体芯片测试探针套筒，所述热处理包括将探针套筒半成品以50℃/min速率升温到在350℃保温1.5h时效处理后随炉冷却；之后对半导体芯片测试探针套筒进行清洗和干燥，检测，包装入库。

前述钯合金棒通过如下步骤制备：

S1、按照钯合金材料各组分含量，采用精确到4位小数点的天平称量原料，将含有Cu、微量元素和稀土元素的原料置于非自耗电弧炉坩埚内，关闭炉门，抽真空后充入氩气（抽真空至真空度小于0.001Pa，后充入纯度大于99.999%的氩气），启动电弧熔炼，熔体合金化冷却后熔炼2次，获得含有Cu、微量元素和稀土元素的中间合金；

S2、将Pd、Ag和所述中间合金一起放置于真空感应熔炼炉内熔炼（真空度小于0.001Pa），将熔体浇铸于石墨模具中，得到钯合金圆柱状铸锭；

S3、将所述钯合金圆柱状铸锭表面车削处理，之后在真空热处理炉内以50℃/min速率升温到800℃保温2h，然后在挤压机上挤压成钯合金圆棒；

S4.1 第一次旋锻加工，形量≥50%；

S4.2 在以80℃/min速率升温800℃保温1.5h固溶处理后快速冷却；

S4.3 第二次旋锻加工，形量≥50%；

S4.4在以60℃/min速率升温800℃保温1.5h固溶处理后快速冷却；

S4.5 多道次拉拔处理，之间参照步骤S4.4的条件进行中间固溶处理，单次拉拔变形量≥70%；

S4.6 调直处理，得到直线状钯合金棒材。

实施例2

本实施例的钯合金探针套筒200样品包括以下结构和组成：

所述探针套筒样品呈薄壁圆筒状，外径0.18mm，内径0.15mm，壁厚0.015mm，所述探针套筒外表面还具有与套筒一体的限位法兰1，限位法兰1的厚度为0.01mm，套筒整体最大外径约0.20mm；

以重量百分比计，所述钯合金探针套筒包含如下组分：Pd 18.8%、Ag 41.0%、Cu40.0%、微量元素 0.18%、稀土元素0.02%；其中，微量元素包含Ru 0.10%、Fe 0.05%、Co0.03%；稀土元素包含Tb 0.005%、Er 0.005%、Eu 0.005%、Sm 0.005%。

本实施例的钯合金探针套筒样品的制备方法可参照实施例1的步骤。

实施例3

参见图4，本实施例的钯合金探针套筒300样品包括以下结构和组成：

所述探针套300样品呈薄壁圆筒状，外径0.35mm，内径0.30mm，壁厚0.025mm，所述探针套筒300外表面还具有与套筒一体的限位法兰1，限位法兰1的厚度为0.025mm，套筒整体最大外径约0.40mm；套筒下端部具有外径减小的收口形状2。

以重量百分比计，所述钯合金探针套筒300包含如下组分：Pd 16.8%、Ag 40.2%、Cu41.9%、微量元素 1.07%、稀土元素0.03%；其中，微量元素包含Ru 0.40%、Fe 0.37%、Co0.30%；稀土元素包含Tb 0.0075%、Er 0.0075%、Eu 0.0075%、Sm 0.0075%。

本实施例钯合金探针套筒300样品的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、按照探针套筒外径要求，选择钯合金棒材；

步骤二、采用精密CNC机床，进行外表面精加工，得到高精度外壁，限位法兰1结构，以及端面收口形状2；对半成品进行清洗和干燥；

前述钯合金棒的制备步骤可参见实施例1。

实施例4

本实施例的钯合金探针套筒样品包括以下结构和组成：

所述探针套筒样品呈薄壁圆筒状，外径0.18mm，内径0.15mm，壁厚0.015mm，套筒下端形成外径减小的收口形状。

本实施例钯合金探针套筒样品的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、按照探针套筒外径要求，选择钯合金棒材；

步骤二、采用精密CNC机床，进行外表面精加工，得到高精度外壁，以及套筒下端的收口形状2；对半成品进行清洗和干燥；

前述钯合金棒的制备步骤可参见实施例1。

实施例1-4各样品的结构和组成见表1：

表1

对比例1

本对比例的样品为市售PBT套筒，采用磷青铜管经机械加工制备，受管材拉拔工艺限制，当内孔径小于0.2mm时，工艺难度大，不能保证同心度、孔壁均匀性和孔内壁粗糙度，应用范围受到极大限制。

对比例2

本对比例样品为市售EF电铸管套筒，该套筒在镍管内壁形成完好镀金层，电性能良好，但工艺复杂，成本高；主要是直管套筒，难以加工法兰等细微结构。

对实施例1-4和对比例1-2的样品进行测试，结果如表2所示：

表2 实施例1-4和对比例1-2的测试结果

从测试结果可见：

1、本发明各实施例的钯合金探针套筒本身拥有良好的导电性、耐磨性、抗氧化性，其未热处理时的体电阻率小于13.5μΩ·cm，热处理后的体电阻率降至10μΩ·cm以下，最低仅为9.5μΩ·cm，且探针套筒内壁不需要镀金，避免了微细孔电镀困难的问题；

2、本发明钯合金探针套筒热处理前硬度为HV_0.2250左右,热处理后硬度达到HV_0.2300以上，既能很好地满足微细探针装配性能，又可以满足微细探针的机械性能要求；

3、本发明钯合金探针套筒拥有良好的强度，抗拉强度为870-900MPa，远超对比例的强度，因此本探针套筒可以做的很薄，壁厚可以做到0.015mm，在同样套筒外径的情况下，可以放置更大弹力的弹簧，满足微细探针的弹力要求。与此同时还有效增加了探针头的直径，减少探针头的加工难度。以外径0.18mm、内径0.125mm的PBT探针套筒为例，改用本发明钯合金材料制备探针套筒后，外径不变，内径可以做到0.15mm，可使原有探针弹力提高到3倍。

4、特备有利的，本发明钯合金探针套筒，可以按照客户要求，像PBT套筒那样加工出各种外径上的限位法兰和收口形状，从而满足了探针装配所需的各种结构设计要求；

5、本发明研发适用的低钯含量合金材料，其中贵金属钯含量降低至10-20%，使其比现有应用于探针头的钯合金材料成本下降约50-70%，从而使探针套筒成本可以低于镍管套筒，适合广泛应用；

6.本发明提供的钯合金探针套筒制作方法生产效率高、适于批量工业化生产。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种半导体芯片测试用钯合金探针套筒，其特征在于，所述探针套筒为薄壁圆筒状，其外径0.15-1mm，内径0.1-0.6mm；

以重量百分比计，所述钯合金探针套筒包含如下组分：

Pd 10-20%

Ag 40-45%

Cu 40-45%

微量元素 0.001-3%

稀土元素 0.0001-0.05%；

2.如权利要求1所述的半导体芯片测试用钯合金探针套筒，其特征在于，所述探针套筒壁厚为0.015-0.15mm，硬度在HV_0.2300以上，体积电阻率在10μΩ·cm以下，抗拉强度大于800MPa。

3.如权利要求1或2所述的半导体芯片测试用钯合金探针套筒，其特征在于，所述探针套筒外表面还具有与套筒一体的限位法兰，限位法兰的厚度为0.01-0.5mm；和/或

在所述探针套筒的至少一端具有外径减小的收口形状。

4.如权利要求3所述的半导体芯片测试用钯合金探针套筒，其特征在于，所述微量元素选自Ru、Fe、Co中的至少一种，所述稀土元素选自Tb、Er、Eu、Sm中的至少一种。

5.如权利要求4所述的半导体芯片测试用钯合金探针套筒，其特征在于，所述微量元素包含Ru 0.001-0.5%、Fe 0.001-1%和Co 0.001-1%。

6.如权利要求4所述的半导体芯片测试用钯合金探针套筒，其特征在于，所述稀土元素包含Tb 0.0001-0.01%、Er 0.0001-0.01%、Eu 0.0001-0.01%和Sm 0.0001-0.01%。

7.一种权利要求1-6任一项所述半导体芯片测试用钯合金探针套筒的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤二、进行外表面精加工；

8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，选择钯合金棒材为原料，所述钯合金棒通过如下步骤制备：

S1、按照钯合金材料各组分含量称量原料，将含有Cu、微量元素和稀土元素的原料置于非自耗电弧炉坩埚内，抽真空后充入氩气，电弧熔炼，获得含有Cu、微量元素和稀土元素的中间合金；

S2、将Pd、Ag和所述中间合金一起放置于真空感应熔炼炉内熔炼，将熔体浇铸于模具中，得到钯合金圆柱状铸锭；

S3、将所述钯合金圆柱状铸锭表面车削处理，之后真空热处理，然后挤压成钯合金圆棒；

9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，步骤S4中，将所述钯合金圆棒进行两次旋锻加工，两次旋锻变形量均≥50%，在两次旋锻加工之间和之后，在700-850℃保温1-2h固溶处理后快速冷却。

10.如权利要求8或9所述的制造方法，其特征在于，步骤S4中，多道次拉拔之间还进行中间固溶处理，单次拉拔变形量≥70%，且在多道次拉拔之后进行调直处理，得到直线状钯合金棒材。