JP2007212139A - プロ−ブカ−ド用プロ−ブピン - Google Patents

Abstract

【課題】製造時における曲げ加工時に屈曲部の折れや割れの発生を抑制できるという特性を有しながら、使用時折れ特性に優れたプロ−ブピンを提供する。
【解決手段】白金１〜１０重量％、銀５〜１５重量％、銅，ニッケルのいずれか又は双方で１０〜２０重量％を含有し、残部が金および不可避的な不純物からなるプロ−ブカ−ド用プロ−ブピン１において、引張り強さを１０００〜１２００Ｎ／ｍｍ² に、かつ硬度Ｈｖを３００〜３６０に設定することにより、使用時折れや使用時曲りの発生頻度を激減させたプロ−ブピンを得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ上に構成された集積回路の電気的特性を検査するためのプロ−ブカ−ドに組み込まれる、比較的低い電圧電流で用いるプロ−ブカ−ド用プロ−ブピン（以下「プロ−ブピン」、または「ピン」という）に関する。

一般に、プロ−ブカ−ドにはプリント配線基盤に数十本から数百本のプロ−ブピンが配設された構成となっており、このプロ−ブカ−ドをプロ−バ（検査機）に搭載し、半導体ウエハ上の集積回路チップの各電極パッドにプロ−ブピンを当接させ、通電検査のための測定が行われる。

プロ−ブピン１は、例えば図１（ａ）に示すように、ストレ−ト部２とテ−パ部３とからなる本体部と、このテ−パ部３の先端部を、図１（ｂ）に示すように、本体部の軸線に対してほぼ直角状に折り曲げて屈曲部４に形成した形状に形成されている。
ピンの標準的な寸法は、ストレ−ト部２の直径が０．０５〜０．２０ｍｍ程度で、全長は２０〜１００ｍｍ程度である。

このようなプロ−ブピンは、導電性が高く、耐腐食性に優れていることはもちろんのこと、電極パッドへの適当な当接力を有し、また繰り返しての接触によってもピン先端に磨耗が発生したり、あるいはピンの形状が変形（使用時曲り）したりしない、すなわち耐磨耗性やバネ性に優れていることが要求される。そして、導電性は電気比抵抗、耐磨耗性は引張り強度または硬度、バネ性はヤング率が代用特性として用いられている。また、プロ−ブピンの製造における曲げ加工時に屈曲部の折れや割れが発生しないよう、曲げ加工性に優れていることも必要であるが、これは材料の展延性が影響する。

プロ−ブピンの製造における曲げ加工時に屈曲部の折れや割れの発生を抑制でき、つまり曲げ加工性に優れており、しかも導電性が高く、耐腐食性に優れ、さらに電極パッドへの適当な当接力を有し、また繰り返し接触によってもピン先端に磨耗が発生したり、あるいはピンの使用時曲りを極力抑制できるようにしたプロ−ブピンとして、先に特許文献１により、白金１〜１０重量％、銀５〜１５重量％、銅および／またはニッケル１０〜２０重量％（銅，ニッケルのいずれか又は双方で１０〜２０重量％の意味）を含有し、残部が金および不可避的な不純物からなり、引張り強さが１０００〜１４００Ｎ／ｍｍ² または硬度Ｈｖ３００〜４００であるプロ−ブカ−ド用プロ−ブピン（以下このプロ−ブピンを「従来のプロ−ブピン」という）を提案されていた。

この従来のプロ−ブピンは、導電性が高く、耐腐食性に優れ、さらに電極パッドへの適当な当接力を有し、また繰り返し接触によってもピン先端の磨耗の発生や、ピンの使用時曲りを極力抑えることができる、つまり耐磨耗性やバネ性にかなり優れており、しかも製造時における曲げ加工時に屈曲部の折れや割れの発生を極力抑えることができる（「曲げ時折れ」の発生頻度を少なくできる）という効果を有するものの、使用時に折れ（使用時折れ）が発生したり、使用時曲りが発生するなどの点において問題点があることが判明した。つまりこのプロ−ブピンは、引張り強さと硬度との関係で曲げ時折れの発生頻度を少なくできるとはいえ、このプロ−ブピンは何万回もの繰り返し使用途中で折れ（使用時折れ）や使用時曲りによるパッドへの当接力の低下が認められるという問題がある。
特開２００２−２７０６５４号公報

本発明の目的は、上記の従来のプロ−ブピンの有する問題を解決したプロ−ブピンを提供することにある。つまり、本発明は、導電性が高く、耐腐食性に優れ、さらに電極パッドへの適当な当接力を有し、また繰り返し接触により磨耗あるいは変形したりしない、いわゆる耐磨耗性やバネ性に優れ、しかも製造時における曲げ加工時に屈曲部の折れや割れの発生を抑制できるという特性を有しながら、上記従来のプロ−ブピンでは、仕様によっては、曲げ折れ、使用時折れ、使用時曲げなどの発生頻度を０にすることができなかった点を解決し、使用時折れや使用時曲げ特性において従来のプロ−ブピンよりも遙に優れた性能を有するプロ−ブピンを提供しようとするものである。

本発明は、上記の従来のプロ−ブピンの有する問題が、引張り強さと硬度との関係およびそれに関連する疲労性の影響によるものであることをつかみ、研究の結果、引張り強さと硬度との関係で最適な特定の範囲が存在するということを見い出した点に基づくものである。

具体的には、本発明は、白金１〜１０重量％、銀５〜１５重量％、銅，ニッケルのいずれか又は双方で１０〜２０重量％を含有し、残部が金および不可避的な不純物からなるプロ−ブカ−ド用プロ−ブピンにおいて、引張り強さを１０００〜１２００Ｎ／ｍｍ² に、かつ硬度Ｈｖを３００〜３６０に設定することで課題解決の手段とする。

本発明においいて、素材の成分を上記数値に限定したのは、次の理由による。
すなわち、金自体は展延性に優れ、しかも耐腐食性が高く、電気比抵抗が小さく導電性が高いという非常に優れた特徴を有している。しかし柔らかいため、白金、銀、ニッケルなどと合金として用いられるのが一般的である。ただ白金以外の合金元素は耐腐食性が金に比べ劣るため、その含有量が多くなるにつれて耐腐食性は低下し、またニッケルは金よりも導電性が劣るため、含有量の増加に伴い導電性が低下する。白金、銀と、銅，ニッケルのいずれか又は双方の含有量を上記の範囲内としたのは、各素材の有する上記のような特性に基づく。つまり、各素材の成分が、上記の特定範囲未満では合金の強度を向上させることができず、プロ−ブピンに要求される耐衝撃性、バネ特性が得られないためであり、また上記の特定範囲を超えると導電性および耐腐食性が低下するためである。
さらに、銀は導電性が金よりも優れておりプロ−ブピンの導電性をさらに向上することができ、また、銀、銅およびニッケルは金よりも価格が安く、材料コストの増加を抑える効果もある。

このような理由から、白金１〜１０重量％、銀５〜１５重量％、銅，ニッケルのいずれか又は双方で１０〜２０重量％がプロ−ブピンにとって最も好ましい含有量であると判断した。銅とニッケルは両者を含有させてもよいし、銅だけあるいはニッケルだけでも効果を発揮する。

さらに、本発明のプロ−ブピンは、金、白金、銀といった導電性が非常に高い金属元素で構成されているので、高い導電性を有し、よってジュ−ル熱による発熱を可及的に抑えることができる。また、白金、銀、銅、ニッケルとの合金であるので、合金の強度が高く、耐磨耗性、バネ特性に優れる。さらに、金が主元素であるので、耐腐食性、展延性に優れ、防錆を目的とした表面処理を省略できるとともに、曲げ加工を施しても割れや折れの発生を抑制することができる。また、被検査電極である金パッドを傷つけるおそれもない。

さらに、プロ−ブピンの引張り強さを１０００〜１２００Ｎ／ｍｍ² に、かつ硬度Ｈｖを３００〜３６０に設定することにより、耐磨耗性において十分な性能と、伸線加工に適しかつ検査時に電極パッドにキズをつけるおそれのない適度な硬さとをそなえ、しかも製造時における曲げ加工時に屈曲部の折れや割れの発生を抑制できるという特性を有しながら、使用時折れ、使用時曲げなどの発生を完全に抑制できるプロ−ブピンを得ることができる。

本発明のプロ−ブピンは、鋳造−細線加工−熱処理を順次施された上記成分の金合金を使用し、さらに冷間伸線加工により所望の線径に仕上げた後、真直矯正加工−切断−ピン先端の尖頭加工（機械加工）−ピン先端の曲げ加工をこの順に行うことにより、製造できる。

引張り強さや硬度は、上記の熱処理の条件（温度、保持時間）を調節することにより、所望の値に設定することができる。熱処理の条件としては、３００〜４００°Ｃで５〜１０分保持が適当である。
また、熱処理の条件（温度、保持時間）を調節することにより、プロ−ブピンのヤング率の調節も可能である。ヤング率としては、１１０〜１１５ＧＰａが好ましい。というのは、１１０ＧＰａ未満ではバネ特性が低く電極パッドへの当接力が不足したり、繰り返しの使用によってピン先端の曲げ形状が変形して当接力が低下し、通電テストの信頼性が低下する。また１１５ＧＰａを超えると伸線加工性が悪くなるからである。

電気比抵抗は合金元素の含有量で調整する。電気比抵抗は１３〜１４μΩ−ｃｍとするのが好ましい。その理由は、１３μΩ−ｃｍ未満では強度を上げるべく合金化したため、これよりも小さくすることは不可能であり、また電気比抵抗が１４μΩ−ｃｍを超えると抵抗値が大きくなりすぎ、ジュ−ル熱による発熱量が大きくなるからである。

次に、実施例１〜４として、引張り強さ（Ｔｓ）および硬度（Ｈｖ）の数値が上記の範囲内で、組成（白金、銀、銅、ニッケル、金および不可避的な不純物の比率）が上記の範囲内の合金からなる４種のプロ−ブピンを製造し、各プロ−ブピンについて「耐磨耗性」、「曲げ時折れ」の発生頻度、「使用時折れ」の発生頻度および「使用時曲り」の発生頻度に関する実験を行った。

実施例１のプロ−ブピンは、引張り強さは１０２０Ｎ／ｍｍ² （以下「Ｔｓ：１０２０」と略称する）に、かつ硬度は３１１（以下「Ｈｖ：３１１」と略称する）に設定されている。このプロ−ブピンについて耐磨耗性、および曲げ時折れ、使用時折れならびに使用時曲りの３項目に関する１００本当たりの発生頻度に関する実験を行った。その結果は、耐磨耗性については良好（後に詳述する）であり、「曲げ時折れ」、「使用時折れ」ならびに「使用時曲り」の発生頻度は、０本であった。

実施例２のプロ−ブピンは、Ｔｓ：１１８６に、かつＨｖ：３５８に設定されている。このプロ−ブピンについても実施例１の場合と同様の実験を行った。その結果は、耐磨耗性については良好（後に詳述する）であり、「曲げ時折れ」、「使用時折れ」ならびに「使用時曲り」の発生頻度は、０本であった。

実施例３のプロ−ブピンは、Ｔｓ：１００８に、かつＨｖ：３４６に設定されている。このプロ−ブピンについても実施例１の場合と同様の実験を行った。その結果は、耐磨耗性については良好（後に詳述する）であり、「曲げ時折れ」、「使用時折れ」ならびに「使用時曲り」の発生頻度は、０本であった。

実施例４のプロ−ブピンは、Ｔｓ：１１１２に、かつＨｖ：３０８に設定されている。このプロ−ブピンについても実施例１の場合と同様の実験を行った。その結果は、耐磨耗性については良好（後に詳述する）であり、「曲げ時折れ」、「使用時折れ」ならびに「使用時曲り」の発生頻度は、０本であった。

以上の実験結果を纏めると表１に示す通りである。
耐磨耗性については、ピン先端の磨耗が、３０万回以上のコンタクトにおいても見られないものを「○」として表示し、３０万回以下のコンタクトで見られるものを「×」として表示した。
また、従来例１〜４として、組成（白金、銀、銅、ニッケル、金および不可避的な不純物の比率）が上記実施例と同じで、Ｔｓ、Ｈｖが本発明の特定範囲から外れる４種のプロ−ブピンを製造し、各プロ−ブピンについても実施例１の場合と同様の実験を行った。その結果についても表１に示してある。従来例１〜４の引張り強さ（Ｔｓ）および硬度（Ｈｖ）の数値は表１に記載の通りである。

表１の実験結果が示す通り、本発明のプロ−ブピンは、耐磨耗性および製造工程中での曲げ時折れの発生頻度において、従来のプロ−ブピンとほぼ同程度乃至さらに良好な性能を備えながら、使用時折れの発生頻度および使用時曲りの発生頻度において優れた性能を備えている。
例えば、従来のプロ−ブピンにおいて、使用時折れの発生頻度が０となる仕様の例（従来例１、３）では、耐磨耗性において問題がある。
また、使用時曲りの発生頻度が０となる仕様の例（従来例２、４）では、曲げ時折れや使用時折れの発生頻度において問題がある。
これらのデ−タにより、本発明のプロ−ブピンが、耐磨耗性および曲げ時折れ性能において従来のプロ−ブピンとほぼ同程度乃至さらに良好な性能を備えながら、使用時折れの発生頻度および使用時曲りの発生頻度において格段優れた性能を備えているが判明した。

以上詳述した通り、本発明によれば、白金１〜１０重量％、銀５〜１５重量％、銅，ニッケルのいずれか又は双方で１０〜２０重量％を含有し、残部が金および不可避的な不純物からなるプロ−ブカ−ド用プロ−ブピンにおいて、引張り強さを１０００〜１２００Ｎ／ｍｍ² に、かつ硬度Ｈｖを３００〜３６０に設定することにより、耐磨耗性において優れ、かつ伸線加工に適ししかも検査時に電極パッドにキズをつけるおそれのない適度な硬さをそなえ、さらに製造時における曲げ加工時に屈曲部の折れや割れの発生を抑制できるという特性を有しながら、使用時折れ、使用時曲げなどの発生を完全に抑制できるプロ−ブピンを得ることができる。

プロ−ブピンの概略側面図であり（ａ）は先端曲げ加工前、（ｂ）は先端曲げ加工後を示す。

符号の説明

１：プロ−ブピン
２：ストレ−ト部
３：テ−パ部
４：屈曲部

Claims (1)

1. 白金１〜１０重量％、銀５〜１５重量％、銅，ニッケルのいずれか又は双方で１０〜２０重量％を含有し、残部が金および不可避的な不純物からなるプロ−ブカ−ド用プロ−ブピンにおいて、引張り強さが１０００〜１２００Ｎ／ｍｍ² で、かつ硬度Ｈｖ３００〜３６０であることを特徴とするプロ−ブカ−ド用プロ−ブピン。