JP2022050442A - 銅銀合金を用いた導電性部材、コンタクトピン及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンタクトピンを構成する材料およびその加工手法に着目して、従来のものとは異なる材料及び加工手法によって導電性部材を製造する。【解決手段】導電性部材を、銅及び銀を含む銅銀合金に対して、少なくとも銅合金用エッチング液を用いてエッチング処理を行うことによって得るが、選択的に、銅合金用エッチング液に対して銀用エッチング液が添加されていてもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、銅銀合金を用いた導電性部材、コンタクトピン及び装置に関し、特に、半導体ウエハ、ＰＫＧなどの検査に用いられる、銅銀合金を用いた導電性部材、コンタクトピン及び装置に関する。

特許文献１には、電子デバイスのためのコンタクトが開示されており、このコンタクトは、所定の形状を有し、テストされるべき物体、すなわち集積回路のリードと接触するコンタクト部、２つの支持突出部、及び本体を含む上側コンタクトピンと、上側コンタクトピンに直交するように上側コンタクトピンに結合される下側コンタクトピンと、上側コンタクトピンと下側コンタクトピンとの間に所定のエリアにわたって嵌め込まれるばねとを有する。上側コンタクトピンと下側コンタクトピンは、棒状の銅合金材料を機械加工し、金めっきすることによって製造される。

特表２００８－５１６３９８号公報の要約書及び（０００６）段落

しかし、特許文献１に開示されているコンタクト（テスター）は、表面に金めっきが施されているが、金の導電率は、一般に、合金に比して劣るので、金めっきされた上側コンタクトピン及び下側コンタクトピンを用いた場合、導電率、強度の点では、必ずしも最適材料であるとはいえない。最先端の半導体デバイスは、ピッチがますます微細化していて、かつ、大電流を流す傾向にあることから、金めっきされたコンタクトピンでは、この後の半導体ウエハの検査を行うことが困難となりつつある。

本発明は、コンタクトピンを構成する材料およびその加工手法に着目して、特許文献１に開示されたものとは異なる材料及び加工手法によってコンタクトピンを製造することを課題とする。

また、本発明は、コンタクトピンのみならず、当該素材を用いた導電性部材、テスターユニット、及び、検査装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の導電性部材は、銅及び銀を含む銅銀合金に対して、少なくとも銅合金用エッチング液を用いてエッチング処理を行うことによって得られる。

前記銅合金用エッチング液に対して銀用エッチング液が添加されていてもよい。

また、本発明のコンタクトピンは、上記導電性部材を用いて製造されている。

さらに、上記導電性部材を用いて各種装置を製造することもできる。ここでいう装置とは、例えば、インターポーザーのようなコネクタ、プローブ、ＩＣソケットを含むテスター、ボイスコイルモータなどに用いられる産業用のスプリング、手ブレ補正用のオプティカルイメージスタビライザのサスペンションワイヤなどが挙げられる。

本発明の実施形態のコンタクトピン１０００の模式図である。 図１に示すコンタクトピン１０００の製造方法の説明図である。 本発明の実施形態のコンタクトピン１０００の製造装置の模式的な構成図である。 銅に対する銀の添加量が６ｗｔ％として製造した銅銀合金板を用いて製造したコンタクトピン１０００の評価結果を示す図である。 銅に対する銀の添加量が１０ｗｔ％として製造した銅銀合金板を用いて製造したコンタクトピン１０００の評価結果を示す図である。 図３の製造装置の変形例の説明図である。

１０ パイプ
１５ マスクパターン
２０ 露光装置
３０ 回転装置
５０，６０ 液槽
１００ 銅銀合金体
１０００ コンタクトピン

発明の実施の形態

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態のコンタクトピン１０００の模式図である。図１に示すコンタクトピン１０００は、半導体ウエハに直接接触させて、半導体ウエハに所望の電流が流れるか否かを検査する検査装置などに用いられる。

コンタクトピン１０００は、略Ｓ字のスネーク形状に形成されているばね部１３０と、コンタクトピン１０００本体の強度をもたせるための基部１１４、１２４と、基部１１４、１２４に隣接する上側コンタクト１１２及び下側コンタクト１２２とを備える。コンタクトピン１０００は、銅銀合金を材料としており、ここでは、平面的な形状のものを示しているが、円柱状のように立体的な形状のものとすることもできる。

コンタクトピン１００の各部のサイズは、これらに限定されるものではないが、以下のとおりとすることができる。
ばね部１３０：全体幅約１ｍｍ、線径：約０．２ｍｍ、全体長さ約８ｍｍ、
基部１１４：：幅約１ｍｍ、長さ約３ｍｍ、
基部１２４：：幅約１ｍｍ、長さ約４ｍｍ、
上側コンタクト１１２、下側コンタクト１２２：幅約０．５ｍｍ、長さ、約２ｍｍ。

ここで、銅合金は、一般的には、強度と導電率とがトレードオフの関係にあり、高強度であれば低導電率であり、逆に高導電率であれば低強度であることが知られている。そこで、本実施形態では、銅銀合金板の製造工程を工夫して、高強度かつ高導電率の銅銀合金板を製造している。

また、エッチングにおいては、銅銀合金を構成する銀部分と銅部分とのエッチングレートは異なる。ここで、本実施形態に係る銅銀合金は、大半が銅から構成され、銅に対する銀の添加量によって、その強度と導電率とが左右される。このため、最終的にコンタクトピン１０００に必要な強度と導電率とを達成可能な条件で、銅銀合金板のエッチングを行っている。以下、（１）銅銀合金板の製造工程と（２）銅銀合金板のエッチング工程との具体的手法について説明する。

（１）銅銀合金板の製造工程について
まず、銅銀合金板を構成する銅及び銀をそれぞれ用意する。銅としては、例えば、市販品である電気銅或いは無酸素銅を１０ｍｍ×３０ｍｍ×５０ｍｍの短冊状にしたものを用意する。銀としては、概形の一次直径が２ｍｍ～３ｍｍ程度の粒状の銀を用意する。なお、無酸素銅は、例えば、１０ｍｍ－３０ｍｍ×１０ｍｍ－３０ｍｍ×２ｍｍ－５ｍｍのような平板を用いてもよい。

銅に対する銀の添加量は０．２ｗｔ％－１５ｗｔ％の範囲、好ましくは、０．３ｗｔ％－１０ｗｔ％の範囲、より好ましくは０．５ｗｔ％－６ｗｔ％の範囲としている。これは、銅銀合金板の製造コストの低廉化を考慮すると、銀の添加量は相対的に少ない方が好ましいといえるが、０．５ｗｔ％銀未満という少なさでは、コンタクトピン１０００に要求される強度が得ることができないことによる。

つぎに、上記条件で銀を添加した銅を、タンマン炉を含む高周波又は低周波の真空溶解炉などの溶解炉に入れて、溶解炉をオンして例えば１２００℃程度まで昇温させ、銅と銀とを十分に溶解させることによって銅銀合金を鋳造する。

その後、鋳造してインゴットとした銅銀合金に対して溶体化熱処理を施す。この際、大気中において銅銀合金を鋳造していた場合には、そのインゴットの表面は酸化しているため、その酸化部分を研削する。一方、銅銀合金は、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性雰囲気において鋳造することもでき、この場合には、そのインゴットの表面研削処理は不要となる。銅銀合金に対して溶体化熱処理を施した後には冷間圧延を行い、例えば、３５０℃～５５０℃で析出熱処理を行う。

表１は、本発明の実施形態の銅銀合金板の強度、導電率の測定結果を示す表である。

表１には、銅に対する銀の添加量を、それぞれ、２ｗｔ％、３ｗｔ％、６ｗｔ％、８ｗｔ％と変更し、かつ、いずれの場合においても、銅銀合金板の板厚を、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍと変更している。

表１に示すように、銅に対する銀の添加量が増加するにつれて、引張強度は増加し、導電率は減少する傾向にあることがわかる。また、銅銀合金板の板厚も引張強度及び導電率に影響を及ぼしており、板厚が減少するにつれて、引張強度は増加し、導電率は減少する傾向にあることがわかる。

したがって、銅銀合金を用いた導電性部材の用途に応じて、適宜、銅に対する銀の添加量及び銅銀合金板の板厚を決定すればよいということが言える。

（２）銅銀合金板のエッチング工程について
図２は、図１に示すコンタクトピン１０００の製造方法の説明図である。図２には、コンタクトピン１０００の前駆体である銅銀合金体１００と、コンタクトピン１０００の形状に対応するマスクパターン１５（ここでは、模式的に網掛けで図示している）が壁部に形成された透光性を有するパイプ１０とを示している。なお、図２に示す銅銀合金体１００は、既述の手法によって製造した大判の銅銀合金体１００を、コンタクトピン１０００のサイズに対応させて切り出したものである。

銅銀合金体１００の表面には、パイプ１０に挿入される前に、既知のように、ヨウ化銀、臭化銀、アクリルなどの感光性物質が吹付、含浸等によって塗布される。この際、必要に応じて、感光性物質の塗布に先立って、銅銀合金体１００にカップリング剤を塗布して、感光性物質の密着性を高めてもよい。また、感光性物質が塗布された銅銀合金体１００を１００℃～４００℃程度の温度で所定時間加熱するというプリベーク処理を施すことによって、感光性物質を固化させるとよい。

パイプ１０は、石英ガラス、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、アクリルガラス、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、低熱膨張ガラス、珪酸系ガラス、アクリル樹脂などからなる。パイプ１０の内径は、マスクパターン１５が内壁に形成される場合には、感光性物質が表面で固化している銅銀合金体１００のサイズとほぼ同じとするとよい。

これは、後述する露光処理を行っている際に、パイプ１０と銅銀合金体１００との位置ずれすることを防止して、正確なパターン転写を行うためである。したがって、パイプ１０の内径は、パイプ１０に対して銅銀合金体１００を圧入等によって挿入できる程度とすればよい。なお、パイプ１０の形状は、円筒状とする必要はなく、断面が楕円状のものとしてもよいし、角状のものとしてもよい。

マスクパターン１５は、露光装置２０（図３）によって照射される紫外光を選択的に銅銀合金体１００に到達させるものであり、最終製品であるコンタクトピン１０００の形状に対応するパターンとされる。マスクパターン１５の形成方法は、特に限定されるものではなく、電解メッキ、無電解メッキ、溶融メッキ、真空蒸着など既知のメッキ法のいずれを採用してもよい。メッキによって形成する金属膜は、０．５μｍ～５．０μｍ程度の厚みとすればよく、その材料としてはニッケル、クロム、銅、アルミニウムなどを用いることができる。なお、マスクパターン１５は、ポジ型、ネガ型のいずれであってもよい。

また、マスクパターン１５の形成は、パイプ１００の内壁に対して行ってもよいし、外壁に対して行ってもよい。パイプ１００が小径で、かつ、２ｃｍ～３ｃｍのように短い場合には、パイプ１００の内壁にマスクパターン１５を形成することが可能である。必要に応じて露光装置２０からの照射光を平行光に変更するレンズを設けることによって、露光時の解像度を高くしてもよい。

図３は、本発明の実施形態のコンタクトピン１０００の製造装置の模式的な構成図である。図３には、銅銀合金体１００が挿入されたパイプ１０をその軸心を中心に回転させる回転装置３０と、パイプ１０の円筒面に向けて紫外光などを照射する露光装置２０と、露光装置２０によって露光された銅銀合金体１００を現像する現像液が入れられた液槽５０と、銅銀合金体１００が含浸されるエッチング液が入れられた液槽６０とを示している。

なお、図３に示す各部は、説明の理解容易を目的として描かれており、実際には、図示している寸法比とならない場合がある点に留意されたい。

回転装置３０は、図示しない内蔵モータに接続されている回転軸部３２と、回転軸部３２の先端に位置するパイプ受け部３４とを備える。パイプ受け部３４は、回転軸部３２に対して着脱可能な構成としており、パイプ１０のサイズに応じて選択可能としている。回転軸部３２は、例えば、下記条件の露光装置２０の場合には、１分間に１～２回転の速度で回転するように設定されている。したがって、回転軸部３２の回転速度は、露光条件に応じて決定すればよい。なお、回転装置３０は、図３に示すようにパイプ１０の一端のみに接続するのではなく、その両端に接続するようにしてもよい。

露光装置２０は、３６０ｎｍ～４４０ｎｍ（例えば、３９０ｎｍ）程度の波長で、出力が１５０Ｗ程度の紫外光を照射するものである。具体的には、これに限定されるものではないが、露光装置２０は、キセノンランプ、高圧水銀灯などを用いることができる。露光装置２０は、ここでは１台のみ設けている例を示しているが、複数台設けることによって露光時間の短縮化を図ることも可能である。なお、露光装置２０とパイプ１０との距離は、上記の紫外光の照射条件のものであれば、２０ｃｍ～５０ｃｍ程度の間隔とすればよい。

液槽５０は、露光装置２０を用いて露光処理がなされた銅銀合金体１００から余計な感光性材料を除去するための現像液が入れられている。現像液は、感光性材料に応じて選択すればよいが、有機アルカリであるＴＭＡＨ（tetra-methyl-ammonium-hydroxide）の２．３８ｗｔ%水溶液を用いることができる。

液槽６０は、露光装置２０によって露光された銅銀合金体１００に対して、現像処理を施してから所望のリンス処理をした後にエッチングするためのエッチング液が入れられている。エッチング液は、比重が１．２～１．８程度の塩化第二鉄、過硫酸アンモニアと塩化第２水銀との混合液など銅合金のエッチングに適したエッチング液を選定しているが、さらに、選択的に、同程度の比重の硝酸第二鉄液などの銀のエッチングに適したエッチング液を少量（例えば、５％程度）添加することもできる。

こうすると、溶解時に銀の塊などが仮に発生していたとしても、エッチング処理後の銅銀合金体１００の表面に、その銀の塊が残存することが防止できる。もっとも、硝酸第二鉄液などの添加量が多いと、エッチング処理後の銅銀合金体１００の表面における銀の割合が少なくなり、コンタクトピン１０００の表面強度が低下してしまうため、好ましくない。

つぎに、コンタクトピン１０００の製造方法について説明する。まず、銅銀合金体１００に形成しようとしているパターンに対応するマスクパターン１５が、たとえば内壁に形成されているパイプ１０を用意する。パイプ１０は、既述のように、石英ガラスなどからなる。

また、銅銀合金体１００の外表面にも感光性材料を塗布等する。その後、銅銀合金体１００を１００℃～４００℃程度の温度でプリベーク処理する。こうして感光性材料が固化された銅銀合金体１００を、パイプ１０内に挿入する。

つづいて、パイプ１０を回転装置３０のパイプ受け部３４に取り付け、回転装置３０の内蔵モータを駆動する。これにより、パイプ１０をその軸心を中心として回転させる。つぎに、露光装置２０をオンすることで、銅銀合金体１００が挿入されているパイプ１０を回転させながら露光する。

その後、パイプ１０から銅銀合金体１００を取り出して、現像液が入れられている液槽５０に、数十秒（例えば２０秒）ほど含浸させる。こうして、銅銀合金体１００から余計な感光性材料を除去する。それから、既知のように、銅銀合金体１００に対してリンス処理を行ってから、銅銀合金体１００をエッチング液が入れられている液槽６０に含浸させる。含浸時間は、銅銀合金体１００の材料、厚さなどに応じて決定すればよいが、一般的には２分～１５分、例えば１０分以下とすればよい。以上の工程により、所望の形状のコンタクトピン１０００を製造することができる。

なお、コンタクトピン１０００の表面に対して、グラフェンなどのカーボン、ナノ銀などを、電解メッキ、真空蒸着、静電スプレー等によって、２μｍ～３μｍ程度の厚さの塗膜処理を施せば、更に導電性を高めることができ、コンタクトピン１０００の許容電流を向上させることができる。

図４は、銅に対する銀の添加量が６ｗｔ％として製造した銅銀合金板を用いて製造したコンタクトピン１０００の評価結果を示す図である。評価対象のコンタクトピン１０００は、図１を用いて説明したサイズのものであり、全長が約２０ｍｍ、厚さが約０．２ｍｍである。なお、図４に示す評価試験は、コンタクトピン１０００の変位量を０．８［ｍｍ］とする回数を１万回実行した場合の平均値である。また、１万回実行しても、コンタクトピン１０００には、機能及び性能の低下は見受けられなかった。

図４（ａ）には、コンタクトピン１０００の移動量と荷重との関係を示している。なお、図４（ａ）では、横軸にコンタクトピン１０００の変位量［ｍｍ］を示し、縦軸にコンタクトピン１０００の荷重［ｇｆ］を示している。図４（ｂ）には、コンタクトピン１０００の移動量と接触抵抗との関係を示している。なお、図４（ｂ）では、横軸にコンタクトピン１０００の変位量［ｍｍ］を示し、縦軸にコンタクトピン１０００の導電率に係る接触抵抗値［ｍΩ］を示している。

また、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す実線はコンタクトピン１０００の変位量が０［ｍｍ］から０．８［ｍｍ］まで移行する場合の荷重及び接触抵抗値、破線はコンタクトピン１０００の変位量が０．８［ｍｍ］から０［ｍｍ］まで移行する場合の荷重及び接触抵抗値を示している。

図４（ａ）によれば、コンタクトピン１０００の変位量が０［ｍｍ］から０．８［ｍｍ］まで移行する場合も、０．８［ｍｍ］から０［ｍｍ］まで移行する場合も、荷重が１０［ｇｆ］以下である。

図４（ｂ）によれば、コンタクトピン１０００の変位量が０［ｍｍ］から０．８［ｍｍ］まで移行する場合には変位量が約０．２５［ｍｍ］以上となると、接触抵抗値が１００［ｍΩ］以下となり、０．８［ｍｍ］から０［ｍｍ］まで移行する場合には変位量が約０．１［ｍｍ］までは、接触抵抗値が１００［ｍΩ］以下となることがわかる。

図５は、銅に対する銀の添加量が１０ｗｔ％として製造した銅銀合金板を用いて製造したコンタクトピン１０００の評価結果を示す図である。評価対象のコンタクトピン１０００は、図１を用いて説明したサイズのものであり、全長が約２０ｍｍ、厚さが約０．２ｍｍである。なお、図５に示す評価試験は、コンタクトピン１０００の変位量を０．８［ｍｍ］とする回数を１万回実行した場合の平均値である。また、１万回実行しても、コンタクトピン１０００には、機能及び性能の低下は見受けられなかった。

図５（ａ）には、コンタクトピン１０００の移動量と荷重との関係を示している。なお、図５（ａ）では、横軸にコンタクトピン１０００の変位量［ｍｍ］を示し、縦軸にコンタクトピン１０００の荷重［ｇｆ］を示している。図５（ｂ）には、コンタクトピン１０００の移動量と接触抵抗との関係を示している。なお、図５（ｂ）では、横軸にコンタクトピン１０００の変位量［ｍｍ］を示し、縦軸にコンタクトピン１０００の導電率に係る接触抵抗値［ｍΩ］を示している。

図５（ａ）によれば、コンタクトピン１０００の変位量が０［ｍｍ］から０．８［ｍｍ］まで移行する場合も、０．８［ｍｍ］から０［ｍｍ］まで移行する場合も、荷重が１０［ｇｆ］以下であることがわかる。

図５（ｂ）によれば、コンタクトピン１０００の変位量が０［ｍｍ］から０．８［ｍｍ］まで移行する場合には変位量が約０．３５［ｍｍ］以上となると、接触抵抗値が１００［ｍΩ］以下となり、０．８［ｍｍ］から０［ｍｍ］まで移行する場合には変位量が約０．１［ｍｍ］までは、接触抵抗値が１００［ｍΩ］以下となることがわかる。

なお、近年、半導体ウエハ検査装置においては、コンタクトピンの変位量が０．１［ｍｍ］～０．３［ｍｍ］程度であり、この場合に、荷重が約４［ｇｆ］以下であり、接触抵抗値が２００［ｍΩ］以下であること、という要請があるが、コンタクトピン１０００は、図４及び図５のいずれの評価結果からもわかるように、この要請を満たしている。

また、近年、ＩＣパッケージ用のテストソケット装置においては、コンタクトピンの変位量が０．５［ｍｍ］程度であり、この場合に、荷重が約２５［ｇｆ］以下であり、接触抵抗値が２００［ｍΩ］以下であること、という要請があるが、コンタクトピン１０００は、図４及び図５のいずれの評価結果からもわかるように、この要請を満たしている。

さらに、近年、プローブピン、チェッカーピンといった電子回路及びこれが搭載された基板においては、コンタクトピンの変位量が１．０［ｍｍ］程度であり、この場合に、荷重が約１０［ｇｆ］～２０［ｇｆ］以下であり、接触抵抗値が２００［ｍΩ］以下であること、という要請があるが、コンタクトピン１０００は、図４及び図５のいずれの評価結果からもわかるように、この要請を満たしている。

さらにまた、近年、電池の検査装置においては、コンタクトピンの変位量が０．７［ｍｍ］程度であり、この場合に、荷重が約１４［ｇｆ］以下であり、接触抵抗値が１００［ｍΩ］以下であること、という要請があるが、コンタクトピン１０００は、図４及び図５のいずれの評価結果からもわかるように、この要請を満たしている。

図６は、図３の製造装置の変形例の説明図である。図６には、パイプ１０と露光装置２０ａ～２０ｈとを示している。なお、図６は、図３のパイプ１０の軸心方向から見た図となる。図３では１台の露光装置２０のみによって露光をする例を示しているが、ここではパイプ１０の円筒面を例えば８台の露光装置２０ａ～２０ｈによって囲む状態を示している。

このように、パイプ１０を複数の露光装置２０ａ～２０ｈによって露光すると、回転装置３０を設けてパイプ１０を回転させなくても、パイプ１０の円筒面を漏れなく露光することが可能となる。このため、図６に示す例の場合には、回転装置３０の設置が必要なくなるという利点がある。

以上のように、本実施形態は、導電性部材の例示として、半導体テスターを構成するコンタクトピン１０００の製造装置及び製造方法について例示したが、コンタクトピン１０００以外の導電性材料としても用いることができる。具体的には、インターポーザーのようなコネクタ、プローブ、ＩＣソケットを含むテスター、ボイスコイルモータなどに用いられる産業用のスプリング、手ブレ補正用のオプティカルイメージスタビライザのサスペンションワイヤなどが例示される。

さらに、本実施形態では、銅銀合金板を製造する場合を例に説明したが、板材のみならず、例えば、用途に応じた直径の丸線材を製造してもよい。そうすると、既述のように、導電性材料を用いて最終的に得られる製品が円柱状である場合、或いは、上記例示のスプリング等には、銅銀合金板から切り出す手間が省けるので製造工程が簡素化できる。すなわち、本実施形態の導電性部材は、最終製品の形状に応じた形状の銅銀合金体を製造することもできる。

Claims (4)

1. 銅及び銀を含む銅銀合金に対して、少なくとも銅合金用エッチング液を用いてエッチング処理を行うことによって得られる導電性部材。
2. 前記銅合金用エッチング液に対して銀用エッチング液が添加されている、請求項１記載の導電性部材。
3. 請求項１記載の導電性部材を用いたコンタクトピン。
4. 請求項１記載の導電性部材を用いた装置。

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