JP4801757B2 - 接触抵抗、防汚特性に優れるプローブピン - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路等の電気特性を検査するためのプローブピンを構成する線材に適した銀合金に関する。

ウェハー上に形成された半導体集積回路や液晶表示装置等の電気的特性の検査を行う際、複数のプローブピンが配列したプローブカードが用いられている。この検査では、通常、ウェハー上に形成された検査対象物である半導体集積回路素子や液晶表示装置等の複数の電極パッドに、プローブピンを接触させることによって行われている。

従来から用いられているプローブピン用の材料としては、タングステン（Ｗ）及びその合金（Ｗ−Ｒｅ合金等）や、ベリリウム銅（Ｂｅ−Ｃｕ）、リン青銅（Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ）、パラジウム合金（Ｐｄ−Ａｇ合金）等がある。
特開平１０−０３８９２２号公報 特開平０５−１５４７１９号公報 特開２００４−０９３３５５号公報

プローブピンは、検査対象物に対して何百万回と接触する部材であるから、その構成材料は繰り返し検査による磨耗が少なくなるよう高硬度であることが要求される。また、プローブピンは電気特性の検査で用いられるものであることから、比抵抗が低く導電性の良好な導電材料を適用することが好ましいとされる。上記の各種材料は、これら硬度、比抵抗の観点を主眼として開発された材料である。

ところで、上記のような従来からの要求に加え、検査効率の改善要求や近年の半導体集積回路等の高密度化への対応要求等により、新たな特性の改善の必要性が高くなっている。

例えば、検査効率の改善として、近年、プローブカードに実装するプローブピンの本数を増加させる多ピン化が進行している。ここで、検査時においては、プローブピンと検査対象物との接触抵抗を安定させることが必要となるが、そのためにはプローブピンを検査対象物にある程度押し込む必要がある。この安定的な接触抵抗を得るための押込量（オーバードライブ）は、材質により相違するが、押込量を大きいものとすると接触圧が高くなる。そして、接触圧が高いプローブピンは、多ピン化により検査対象物への負担を大きくすることとなる。よって、多ピン化に対応可能なプローブピン用の材料として、オーバードライブが小さく低接触圧でも安定的な接触抵抗を得られることが要求される。

また、半導体集積回路等の高密度化に伴い、プローブピンの狭ピッチ化の傾向にあり、これに対応するためその線径の微細化が要請されている。この要請に応えるためには、強度面についても改善が必要であるが、この場合の強度改善は、単に硬度を上昇させれば良いというものではない。プローブピンは、検査対象物に対して高速で繰返し接触するものであり、その摩擦熱により高温となった状態で応力負荷を連続的に受けるため、いわゆるクリープ変形が懸念される。このクリープ変形は不可逆であるため、一旦変形したプローブピンは交換を要することとなる。よって、高温下での変形が生じがたいことも要求される特性である。

更に、プローブピンにおいては、繰返し使用により接触相手からの異物の付着といった汚染の問題がある。従来から、プローブピンにはそれ自体の酸化皮膜形成の問題が指摘されていたが、この異物不着の問題はこれよりも大きな問題であり、汚染による接触抵抗の安定性が失われ、それによりプローブピン交換を余儀なくされることがあった。従って、かかる汚染に対する耐性（防汚特性）も重要な特性となっている。

従来のプローブピン用の材料は、上記のような新たな要求特性を具備するとはいい難い。本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、低接触圧、高温強度改善、防汚特性において改善された材料を提供するものである。

上記課題を解決すべく、本発明者等は鋭意研究を行い、銀（Ａｇ）を主体とし、所定範囲の銅を添加した合金が、上記の諸特性を具備するプローブピン用の合金材料を見出した。

即ち、本発明は、Ａｇ−Ｃｕ合金からなり、Ｃｕ：３０〜５０質量％、残部Ａｇである銀合金からなるプローブピンである。

Ａｇは、低比抵抗で良好な導電体であることからプローブピン用途として好適な材料であるが、その反面強度面で不足がある。本発明は、Ａｇに対する合金元素として、所定範囲のＣｕを添加することで、その強度不足を補完しバランスを図っている。

上記のように、Ｃｕは、合金の強度上昇の作用を有するが、Ｃｕが選択されるのは、強度上昇の作用がある上に合金の導電性に与える影響が少ないからである。そして、プローブピン用途における、合金組成としては、Ｃｕを３０〜５０重量％添加するものである。かかる範囲に限定するのは、３０重量％未満では、強度不足となり、５０重量％を超えると酸化し易くなるからである。

また、本発明に係る合金は、更に、Ｎｉを２〜１０重量％含んでいても良い。Ｎｉを更に添加するのは、強度面での改善効果をより明確にするためである。このＮｉの添加量を２〜１０重量％とするのは、２重量％未満では、添加による改善効果が少ないからであり、１０重量％を超えると加工性に問題が生じるからである。

尚、本発明に係る材料をプローブピンとする場合、ピン全体が合金材料からなる、いわゆるムク材として構成されたものが好ましい。そして、このプローブピンは、十分な硬度、導電性を有し、耐酸化性にも優れる。

以上説明したように、本発明に係るプローブピン用途に適した銀合金は、接触抵抗の安定性や強度面、更に、防汚特性に優れるものである。本発明によれば、長期間安定的に使用可能なプローブピンを得ることができる。

防汚特性、オーバードライブを評価するための模擬試験装置の概略。 クリープ特性評価試験の工程を説明する図。 実施例１、２、５、６及び従来例１、２の合金からなるプローブピンのオーバードライブと接触抵抗値との関係を示す図。

以下、本発明の好適な実施例を比較例とともに説明する。本実施形態では、各種の組成の合金を製造し、その硬度、比抵抗といった基本的特性を測定した後、接触圧、防汚特性、高温強度を評価した。

試料は、原料となる各金属を真空溶解してインゴットを作製し（寸法：φ４０ｍｍ×６ｍｍ）、これを断面減少率が８０％前後となるように圧延した。圧延後の厚さは１．２ｍｍ前後とした。そして、圧延材を切断し、長さ１０ｍｍ×幅１．０ｍｍの試験片としこれを樹脂埋め込み、研磨して硬度測定用の試料とした。また、圧延材から、別に長さ６０ｍｍ×幅１０ｍｍの試験片を切り出し、これを比抵抗測定用の試料とした。

硬度測定はビッカース硬度計により行った。測定条件は、荷重１００ｇｆ、押し込み時間１０秒間とした。また、比抵抗の測定は、電気抵抗計により電気抵抗を測定し、試料の断面積と長さから比抵抗を算出した。これらの測定結果を表１に示す。

次に、上記工程で製造した合金インゴットからワイヤー（線径０．２ｍｍ）を造し、切断・加工してプローブピンを製造した。そして、これらについて防汚特性及びクリープ特性を評価した。

防汚特性の評価は、プローブピンを図１のような模擬試験装置に設置し、プローブピンとアルミパッドとを繰返し接触させつつ抵抗値を測定した（印加電流は１ピン当り１００ｍAとする）。接触回数の増加に伴い抵抗値が上昇するが、抵抗値が５Ωを超えた時点をクリーニングが必要になる程の汚染された状態と設定し、５Ωになるまでの接触回数を測定した。

また、オーバードライブの評価は、図２で示す工程で行った。この試験は、プローブピンを１００℃に加熱したステージに接触させた状態から、ステージを上昇させ、（０．１ｍｍ）、この状態を１００時間保持した後にステージを初期位置に戻し、負荷解除後のプローブピン先端とステージとの距離（ギャップ）を測定するものである。クリープ変形が生じた場合、負荷解除後もプローブピンは変形したままとなりこの距離が大きくなる。ここでは、クリープ特性の評価基準として、プローブピン先端とステージとの距離について、４０μｍ以下を合格（○）とし、それ以上を不合格（×）とした。また、合格品の中でも特に優れたもの（２０μｍ以下）については「◎」とした。これら防汚特性、クリープ特性の評価結果を表２に示す。

表２から、各実施例におけるプローブピンは、汚染が認められるまでの接触回数が３０万回を超え、極めて汚染され難いものであることがわかる。また、クリープ変形も生じ難く強度面からも好ましいことがわかる。従来品のタングステン及びその合金は、汚染の影響を受けやすく１万回程度の接触回数で抵抗値が上昇し、クリープ特性についても格段に優れているわけではない。尚、比較例として製造した銅及びニッケルの濃度が規定値外のプローブピンは、従来品に比べると好適な特性を示すが、各実施例よりも劣るものであり、防汚特性、クリープ特性のバランスに欠けるものであった。

本実施形態では、更に、実施例１、２、５、６及び従来例１、２の合金からなるプローブピンについて、接触圧の評価を行った。この試験は、図１に示した模擬試験装置を用い、プローブピン先端のパッドへの押し込み量（オーバードライブ）を変化させつつ抵抗値を測定し、抵抗値が安定するまでのオーバードライブを測定するものである。この測定結果を図３に示す。

図３から、各実施例に係るプローブピンは、安定した接触抵抗値が得られるまでのオーバードライブが少ないことがわかる。即ち、各実施例に係るプローブピンは、接触圧が低くても安定した接触抵抗を得ることができる物であることが確認された。

本発明に係る銀合金は、プローブピン用途に好適な材料であり、防汚特性、クリープ特性に優れ、低接触圧で安定的な電気特性を示す。これらの特性が改善された本発明によるプローブピンは、検査効率の改善要求や半導体集積回路等の高密度化への対応要求等にも柔軟に対応することができる。

Claims (2)

1. Ａｇ−Ｃｕ合金からなり、Ｃｕ：３０〜５０質量％、残部Ａｇである銀合金からなるプローブピン。
2. 更に、Ｎｉを２〜１０質量％含む銀合金からなる請求項１記載のプローブピン。

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