JP6728057B2 - 合金材料、コンタクトプローブおよび接続端子 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、合金材料に関するものであって、この合金材料からなり、半導体集積回路や液晶表示装置などの検査対象の導通状態検査または動作特性検査に用いられるコンタクトプローブや、電気接点同士を接続する接続端子に関するものである。

従来、半導体集積回路や液晶パネルなどの検査対象の導通状態検査や動作特性検査を行う際には、検査対象と検査用信号を出力する回路基板を有する信号処理装置との間の電気的な接続を図る導電性のコンタクトプローブが用いられる。正確な導通状態検査や動作特性検査を行うため、コンタクトプローブを介した検査用信号の入出力を確実に行うことが求められている。

コンタクトプローブは、半導体集積回路や液晶表示装置などの検査対象物に繰り返し接触させて使用する。このとき、例えば繰り返しの使用によってコンタクトプローブが劣化すると、検査結果に影響を及ぼす。特にスズ（Ｓｎ）メッキ電極など検査対象が柔らかい場合、電極のＳｎメッキがコンタクトプローブ表面に付着しやすく、Ｓｎメッキの付着により抵抗値の変動が起きて、安定した検査が難しくなる。このため、コンタクトプローブに用いられる材料には、繰り返し接触しても磨耗しづらい検査対象に比して高い硬度や、高い導電性や耐食性、良好な耐酸化性が要求される。この要求に対し、Ｓｎ耐食性を向上させるため、例えば、コンタクトプローブピンの先端部に、炭素被膜をコーティングする技術やロジウム（Ｒｈ）メッキを施す技術などが提案されている（例えば、特許文献１，２を参照）。

特開平１０−２２６８７４号公報 特開２００２−１３１３３４号公報

しかしながら、上記の様なコーティング技術やメッキ技術では、検査対象との繰り返し接触によって被膜が剥がれ落ち、検査対象に異物として付着して導通不良を起こす場合がある。そのため、被膜が剥がれるおそれのないムク材でのコンタクトプローブピン作製が望まれている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、被膜を有しないＳｎ耐食性に優れた合金材料、この合金材料からなるコンタクトプローブおよび接続端子を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる合金材料は、銅（Ｃｕ）を主成分とし、銀（Ａｇ）を１０〜３０ｗｔ％、ニッケル（Ｎｉ）を０．５〜１０ｗｔ％添加したことを特徴とする。

また、本発明にかかる合金材料は、上記の発明において、さらにパラジウム（Ｐｄ）を５〜２０ｗｔ％添加してなることを特徴とする。

また、本発明にかかる合金材料は、上記の発明において、さらにスズ（Ｓｎ）を０．５〜５ｗｔ％添加してなることを特徴とする。

また、本発明にかかる合金材料は、上記の発明において、さらにイリジウム（Ｉｒ）およびルテニウム（Ｒｕ）のいずれか１つ若しくはこれらの組み合わせを０．０１〜０．１ｗｔ％添加してなることを特徴とする。

また、本発明にかかるコンタクトプローブは、長手方向の両端で接触対象とそれぞれ接触する導電性のコンタクトプローブであって、少なくとも一部が、上記の発明にかかる合金材料を用いて形成されたことを特徴とする。

また、本発明にかかるコンタクトプローブは、上記の発明において、一端で一方の接触対象と接触する導電性の第１プランジャと、一端で他方の接触対象と接触する導電性の第２プランジャと、前記第１および第２プランジャの間に設けられて該第１および第２プランジャを伸縮自在に連結するコイルばねと、を有し、前記第１プランジャ、前記第２プランジャおよび前記コイルばねのうち、少なくとも一つが前記合金材料からなることを特徴とする。

また、本発明にかかる接続端子は、長手方向の両端で接触対象とそれぞれ接触する導電性の接続端子であって、少なくとも一部が、上記の発明にかかる合金材料を用いて形成されたことを特徴とする。

本発明によれば、Ｃｕを主成分とし、Ａｇを１０〜３０ｗｔ％、Ｎｉを０．５〜１０ｗｔ％添加されるようにしたので、被膜を有さず、Ｓｎ耐食性に優れるとともに、コンタクトプローブや接続端子用として導電性・加工性・硬度に優れた合金材料を得ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態の合金材料の一使用態様にかかるソケットの概略構成を示す斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態の合金材料の一使用態様にかかるソケットの要部の構成を示す部分断面図である。 図３は、本発明の実施の形態の合金材料の一使用態様にかかるソケットの半導体集積回路の検査時におけるソケットの要部の構成を示す部分断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。すなわち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。

本発明の実施の形態にかかる合金材料について説明する。本発明は銅（Ｃｕ）を主成分とした合金材料である。Ｃｕは高い導電性を示すが、耐酸化性がやや劣り、硬度も低い。そこで、Ｃｕに対する添加元素として銀（Ａｇ）やニッケル（Ｎｉ）を添加することで、導電性、硬度、耐酸化性、スズ（Ｓｎ）耐食性の向上を図った。

Ａｇは導電性・耐酸化性に優れており、また、時効処理を行うことでＣｕに固溶していたＡｇが析出され硬度の上昇が期待できる。時効析出硬化はＡｇ添加量が少ないと起こりづらいため、Ａｇを１０ｗｔ％以上添加する事が望ましい。ただし、３０ｗｔ％を超えて添加するとＳｎ耐食性が劣化する為、好ましくない。

さらに本実施の形態にかかる合金材料には、Ｎｉが０．５〜１０ｗｔ％添加される。ＮｉはＳｎ耐食性の向上・硬度上昇に効果がある。０．５ｗｔ％未満だとＳｎ耐食性が得られず、１０ｗｔ％を超えると加工性が劣化し好ましくない。

また、上述した組成の合金材料に対して、さらにパラジウム（Ｐｄ）を５〜２０ｗｔ％添加できる。Ｐｄは耐酸化性に優れており、添加により硬度の上昇も期待できる。Ｐｄ添加量が少ないと耐酸化性の向上・硬度上昇に効果がないため、Ｐｄを５ｗｔ％以上添加する事が望ましい。ただし、２０ｗｔ％を超えて添加すると導電性・Ｓｎ耐食性が低下していく為、好ましくない。

また、上述した組成の合金材料に対して、さらにＳｎを０．５〜５ｗｔ％添加できる。Ｓｎ添加により外部からのＳｎ付着を抑え、硬度の上昇も期待できる。Ｓｎ添加量が少ないとＳｎ耐食性の向上・硬度上昇に効果がないため、Ｓｎを０．５ｗｔ％以上添加する事が望ましい。ただし、５ｗｔ％を超えて添加すると加工性が低下していく為、好ましくない。

また、上述した組成の合金材料に対して、さらにイリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）のいずれか１つまたはそれらの組み合わせを０．０１〜０．１ｗｔ％添加できる。これらの添加金属は、加工性に有用であり、添加しないものと比べて圧延加工時に合金表面の細かな割れが減少して加工性が改善される。Ｉｒ、Ｒｕのいずれか１つ若しくはこれらの組み合わせの添加量は、０．１ｗｔ％を超えても効果は変わらないため、０．０１〜０．１ｗｔ％が適量である。Ｉｒ、Ｒｕは、結晶粒を微細化させる作用があり、結晶粒が小さいと圧延加工時に粒界割れを起こしにくい。

上述した実施の形態によれば、Ｃｕを主成分とし、Ａｇを１０〜３０ｗｔ％、Ｎｉを０．５〜１０ｗｔ％添加されるようにしたので、コンタクトプローブとして導電性、硬度、耐酸化性、Ｓｎ耐食性に優れた合金材料を得ることができる。

次に、本実施の形態にかかる合金材料をコンタクトプローブとして使用する場合について説明する。図１は、本発明の実施の形態の合金材料の一使用態様にかかるソケット（コンタクトプローブ）の概略構成を示す斜視図である。図１に示すソケット１は、検査対象物である半導体集積回路１００の電気特性検査を行う際に使用する装置であって、半導体集積回路１００と半導体集積回路１００へ検査用信号を出力する回路基板２００との間を電気的に接続する装置である。

ソケット１は、長手方向の一方の端部側で被接触体である半導体集積回路１００の一つの電極（接触対象）と接触し、他方の端部側で回路基板２００の電極（接触対象）とそれぞれ接触する複数のコンタクトプローブ２（以下、単に「プローブ２」という）と、複数のプローブ２を所定のパターンにしたがって収容して保持するプローブホルダ３と、プローブホルダ３の周囲に設けられ、検査の際に複数のプローブ２と接触する半導体集積回路１００の位置ずれが生じるのを抑制するホルダ部材４と、を有する。

図２は、本実施の形態の合金材料の一使用態様にかかるソケット（コンタクトプローブ）の要部の構成を示す部分断面図であって、プローブホルダ３に収容されるプローブ２の詳細な構成を示す図である。図２に示すプローブ２は、半導体集積回路１００の検査を行なうときに、その半導体集積回路１００の接続用電極に接触する第１プランジャ２１と、検査回路を備えた回路基板２００の電極２０１に接触する第２プランジャ２２と、第１プランジャ２１と第２プランジャ２２との間に設けられて第１プランジャ２１および第２プランジャ２２を伸縮自在に連結するコイルばね２３とを備える。プローブ２を構成する第１プランジャ２１および第２プランジャ２２、ならびにコイルばね２３は同一の軸線を有している。プローブ２は、半導体集積回路１００をコンタクトさせた際に、コイルばね２３が軸線方向に伸縮することによって半導体集積回路１００の接続用電極への衝撃を和らげるとともに、半導体集積回路１００および回路基板２００に荷重を加える。

第１プランジャ２１、第２プランジャ２２およびコイルばね２３の少なくとも一つは上述した合金材料を用いて形成され、全ての部材がこの合金材料を用いて形成されることが好ましい。また、コイルばね２３は、所定荷重が加わったときの粗巻き部２３ｂの縮み量が、初期荷重が加わったときに、例えば、プローブ２がプローブホルダ３に収容された状態（図１参照）における第２プランジャ２２の基端部と密着巻き部２３ａとの最短距離より大きくなるようなばね特性となるように線材の径や、巻回されてなる径が設計される。このばね特性を有するコイルばね２３を用いることによって、プローブ２に所定荷重を加えた場合に基端部を密着巻き部２３ａ内に摺接させ、基端部と密着巻き部２３ａとの間の電気的導通が可能となる。

プローブホルダ３は、樹脂、マシナブルセラミックス、シリコンなどの絶縁性材料を用いて形成され、図２の上面側に位置する第１部材３１と下面側に位置する第２部材３２とが積層されてなる。第１部材３１および第２部材３２には、複数のプローブ２を収容するためのホルダ孔３３および３４が同数ずつ形成され、プローブ２を収容するホルダ孔３３および３４は、互いの軸線が一致するように形成されている。ホルダ孔３３および３４の形成位置は、半導体集積回路１００の配線パターンに応じて定められる。

図３は、本実施の形態の合金材料の一使用態様にかかるソケット（コンタクトプローブ）の、半導体集積回路の検査時におけるソケットの要部の構成を示す部分断面図であって、プローブホルダ３を用いた半導体集積回路１００の検査時の状態を示す図である。半導体集積回路１００の検査時にコイルばね２３が圧縮されると、図３に示すように、第２プランジャ２２の基端部は、密着巻き部２３ａの内周側と摺接する。このとき、回路基板２００から半導体集積回路１００に供給される検査用信号は、第２プランジャ２２、密着巻き部２３ａ、第１プランジャ２１を経由して半導体集積回路１００の接続用電極１０１へ到達する。このように、プローブ２では、第１プランジャ２１と第２プランジャ２２が密着巻き部２３ａを介して導通するため、電気信号の導通経路を最小にすることができる。したがって、検査時に粗巻き部２３ｂに信号が流れるのを防止し、インダクタンスの低減および安定化を図ることができる。なお、本実施例ではコイルばねが粗巻き部と密着巻き部を有するものとして説明したが、単に粗巻き部のみからなるコイルばねを用いても構わない。

また、第１プランジャ２１の先端が先細に形成されているため、接続用電極１０１の表面に酸化被膜が形成されている場合であっても酸化被膜を突き破り、第１プランジャ２１の先端を接続用電極１０１と直接接触させることができる。

なお、ここで説明したプローブ２の構成はあくまでも一例に過ぎず、従来知られているさまざまな種類のプローブに上述した合金材料を適用することが可能である。例えば、上述したようなプランジャとコイルばねとで構成されるものに限らず、パイプ部材を備えるプローブ、ポゴピン、またはワイヤを弓状に撓ませて荷重を得るワイヤープローブや、電気接点同士を接続する接続端子（コネクタ）でもよい。

ここで、接続端子は、電気接点同士を接続するものであって、例えば、上述したプローブ２のように、各電気接点とそれぞれ接触する導電性の２つの端子と、各端子を摺動可能に保持する弾性部材（または保持部材）と、を備えるものである。このような接続端子では、少なくとも端子が上述した合金材料からなる。

以下、この発明の合金材料の実施例および比較例について詳細に説明する。まず、本実施例にかかる合金材料の測定内容について説明する。

硬度試験片は、溶体化処理および時効処理後、ビッカース硬さ（時効材硬度）を測定した。

電気伝導度用の試験片は、溶体化処理および時効処理により作製した。その後、電気抵抗測定機を用いて、この電気伝導度用の試験片の抵抗値を測定し、電気伝導度を求めた。

Ｓｎ耐食性評価用の試験片は、以下のようにして作製した。先に作製した電気伝導度用の試験片を先端径が０．１ｍｍになるように切削加工を行った。Ｓｎメッキプレートへ所定のばね力にて試験片を接触させ、試験片先端をＳＥＭで観察した。Ｓｎ耐食性の評価は、ＳＥＭ観察でＳｎの付着が無いものを○とし、付着が見られたものを×とした。

加工性は、先の電気伝導度用試験片作製時の圧延加工および、Ｓｎ耐食性評価用試験片作製時の切削加工時の加工の可否で評価した。評価基準は、圧延加工時に破断せず、かつピン形状に切削加工した際に、加工寸法公差内であれば○、公差外であれば×とした。

次に、本実施例にかかる合金材料の各金属の重量比割合について説明する。表１は、実施例１〜１３および比較例１〜７にかかる合金材料の重量比割合（組成）と測定結果とを示すものである。実施例１〜１３は、本実施の形態の範囲内の組成である。比較例１〜７は本実施の形態の範囲外の組成である。

以下、実施例１〜１３および比較例１〜７の測定結果について説明する。実施例１〜１３は、本実施の形態の範囲の組成である。実施例１〜１３は、Ｓｎ付着が見られず高いＳｎ耐食性を示すことが確認された。また、硬度・導電性・加工性についても良好な結果を示した。

比較例１は、Ｎｉ添加量が少ない本実施の形態の範囲外の組成である。比較例１は、実施例１〜１３に比べて、Ｓｎ付着が多くＳｎ耐食性が低い。比較例１から、Ｎｉ添加量が少ないとＳｎ耐食性が劣化し好ましくないといえる。

比較例２は、Ｎｉ添加量が多い本実施の形態の範囲外の組成である。比較例２は、精度良く加工が出来なかった。比較例２から、Ｎｉ添加量が多いと加工性が劣化し好ましくないといえる。

比較例３は、Ａｇ添加量が少ない本実施の形態の範囲外の組成である。比較例３は、実施例１〜１３に比べて、硬度が低くコンタクトプローブ用途として好ましくない。

比較例４は、Ａｇ添加量が多い本実施の形態の範囲外の組成である。比較例４は、実施例１〜１３に比べて、Ｓｎ付着が多くＳｎ耐食性が低い。比較例４から、Ａｇ添加量が多いとＳｎ耐食性が劣化し好ましくないといえる。

比較例５は、Ｐｄ添加量が多い本実施の形態の範囲外の組成である。比較例５は、実施例１〜１３に比べて、Ｓｎ付着が多くＳｎ耐食性が低い。比較例５から、Ｐｄ添加量が多いとＳｎ耐食性が劣化し好ましくないといえる。

比較例６は、Ｓｎ添加量が多い本実施の形態の範囲外の組成である。比較例６は、圧延加工時にひび割れが発生し、電気伝導度用試験片の加工が出来なかった。比較例６により、Ｓｎ添加量が多いと加工性が劣化し好ましくないといえる。

比較例７は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｄ、マンガン（Ｍｎ）およびＩｒからなる本実施の形態の範囲外の組成である。比較例７は、実施例１〜１３に比べて、硬度は大きいが切削加工性に劣り、Ｓｎ耐食性も悪い。比較例７から、Ｓｎはんだ等低硬度材向けのコンタクトプローブ用途として好ましくないといえる。

以上のように、本発明にかかる合金材料、この合金材料からなるコンタクトプローブおよび接続端子は、導電性、硬度、耐酸化性、Ｓｎ耐食性の面で、コンタクトプローブ用として有用である。

１ ソケット
２ コンタクトプローブ（プローブ）
３ プローブホルダ
４ ホルダ部材
２１ 第１プランジャ
２２ 第２プランジャ
２３ コイルばね
２３ａ 密着巻き部
２３ｂ 粗巻き部
３１ 第１部材
３２ 第２部材
３３，３４ ホルダ孔
１００ 半導体集積回路
１０１ 接続用電極
２００ 回路基板
２０１ 電極

Claims (4)

1. 銀（Ａｇ）を１０〜３０ｗｔ％、ニッケル（Ｎｉ）を０．５〜１０ｗｔ％、イリジウム（Ｉｒ）を０．０１〜０．１ｗｔ％、パラジウム（Ｐｄ）を５〜２０ｗｔ％、スズ（Ｓｎ）を０．５〜５ｗｔ％、ルテニウム（Ｒｕ）を、Ｉｒとの組み合わせで０．１ｗｔ％を上限として０〜０．０９ｗｔ％含み、残部が銅（Ｃｕ）および不可避不純物からなることを特徴とする合金材料。
2. 長手方向の両端で接触対象とそれぞれ接触する導電性のコンタクトプローブであって、
   少なくとも一部が、請求項１に記載の合金材料を用いて形成されたことを特徴とするコンタクトプローブ。
3. 一端で一方の接触対象と接触する導電性の第１プランジャと、
   一端で他方の接触対象と接触する導電性の第２プランジャと、
   前記第１および第２プランジャの間に設けられて該第１および第２プランジャを伸縮自在に連結するコイルばねと、
   を有し、
   前記第１プランジャ、前記第２プランジャおよび前記コイルばねのうち、少なくとも一つが前記合金材料からなることを特徴とする請求項２に記載のコンタクトプローブ。
4. 長手方向の両端で接触対象とそれぞれ接触する導電性の接続端子であって、
   少なくとも一部が、請求項１に記載の合金材料を用いて形成されたことを特徴とする接続端子。

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