KR101781312B1 - 전기적 접점 부재 - Google Patents

Abstract

피검체와의 저 부착성을 실현하는 동시에, 장기간에 걸쳐서 안정된 도전성을 유지할 수 있고, 특히, 약 85℃ 정도의 고온에서의 반복 접촉이나, 대기 중에서 장기간 방치된 후도, 피검체와의 저 부착성을 실현하는 동시에, 접촉 저항의 상승을 억제할 수 있고, 장기간에 걸쳐서 안정된 전기적 접촉을 유지할 수 있는 전기적 접점 부재를 제공한다. 본 발명은, 피검체에 반복해 접촉하는 전기적 접점 부재이며, 피검체와 접촉하는 전기적 접점 부재의 표면은, Pd를 함유하는 탄소 피막으로 구성되어 있는 전기적 접점 부재에 관한 것이다.

Description

전기적 접점 부재 {ELECTRICAL CONTACT MEMBER}

본 발명은, 반도체 소자의 전기 특성을 검사하기 위해서 사용되고, 선단부에서 전극 등의 피검체에 반복해 접촉하는 콘택트 프로브 등의 전기적 접점 부재에 관한 것이며, 특히 고온에서의 반복 검사나, 대기 중의 장기간 방치에 의해서도 도전성이 열화되지 않는 내구성이 우수한 전기적 접점 부재, 및 당해 전기적 접점 부재를 구비한 검사용 소킷, 프로브 카드, 검사 유닛 등의 검사용 접속 장치에 관한 것이다.

집적 회로(IC), 대규모 집적 회로(LSI), 발광 다이오드(LED) 등의 전자 부품(즉, 반도체 소자를 사용한 전자 부품)은, 검사용 접속 장치에 사용되는 전기적 접점 부재(접촉 단자)를 반도체 소자의 전극에 접촉시켜서 그 전기 특성이 검사된다. 상기 전기적 접점 부재는, 도전성이 양호한 것(접촉 저항값이 낮은 것)은 물론, 피검체인 전극과의 반복 접촉에 의해서도 마모나 손상을 발생하지 않을 정도로 우수한 내구성을 구비하고 있는 것이 요구된다.

상기 전기적 접점 부재의 접촉 저항값은, 일반적으로는 100mΩ 이하로 설정되어 있지만, 피검체와의 반복 검사를 행함으로써, 수 100mΩ로부터 수 Ω까지로 악화될 경우가 있다. 그로 인해, 종래부터 전기적 접점 부재의 클리닝이나 교환이 정기적으로 행해지고 있지만, 이들은 검사 공정의 신뢰성과 검사용 접속 장치의 가동률을 현저하게 저하시키는 점에서, 장기의 반복 사용에 의해서도 접촉 저항값이 저하되지 않는 전기적 접점 부재의 개발이 진행되고 있다. 특히 전기적 접점 부재는, 피검체인 전극에 땜납이나 주석(Sn) 도금 등이 형성되어 있을 경우, 땜납이나 주석이 연하기때문에, 전기적 접점 부재와의 접촉에 의해 전극 표면이 깎여, 그 칩 등이 전기적 접점 부재의 선단부에 부착되기 쉬운 특성이 있고, 또한 부착된 땜납이나 주석이 산화되고 있는 것에 의해, 접촉 저항값을 안정된 레벨로 유지하는 것이 어렵다.

전기적 접점 부재의 접촉 저항값을 안정화시키는 방법으로서, 예를 들어 특허문헌 1 내지 3을 들 수 있다. 이 중 특허문헌 1에는, 탄소 또는 탄소와 수소를 주성분으로 하는 비정질의 경질 피막에 있어서, 탄소, 수소 이외의 불순물 원소로서 V, Cr, Zr, Nb, Hf, Ta, Au, Pt, Ag의 군으로부터 선택되는 적어도 1 종류의 원소를 0.001 내지 40원자%의 범위에서 첨가함으로써 우수한 내마모성과 높은 도전성을 구비하고, 막 응력이 작고 양호한 미끄럼 이동 특성을 구비한 경질 피막이 개시되어 있고, 이 경질 피막은, 전기적 접촉이 요구되는 미끄럼 이동부로 적절하게 적용할 수 있다고 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 텅스텐 또는 레늄 텅스텐으로 이루어지는 프로브에 있어서, 선단측의 접촉부의 적어도 선단부에, 텅스텐, 몰리브덴, 금, 은, 니켈, 코발트, 크롬, 팔라듐, 로듐, 철, 인듐, 주석, 납, 알루미늄, 탄탈, 티탄, 구리, 망간, 백금, 비스머스, 아연, 카드뮴 중 적어도 1 종류의 금속을 1 내지 50질량%의 범위에서 포함하는 DLC 막을 형성한 프로브가 개시되어 있다. 상기 구성의 프로브에 따르면, 알루미늄 전극과 반복해 접촉해도 알루미늄 칩이 부착되기 어려워, 클리닝 작업을 빈번히 하지 않아도 접촉 저항을 낮게 안정화할 수 있다고 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는, 이온 주입이 이루어지는 단자 재료의 적어도 표면이, 베릴륨-구리 합금, 구리, 은, 금, 니켈, 팔라듐, 백금, 로듐, 레늄, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐 중 어느 하나, 또는 이것 등을 주성분으로 하는 재료로 이루어지는 전기 특성 측정용 단자(프로브)가 개시되어 있다. 상기 특허문헌 3에서는, 최표면으로의 이물질 부착 효과를 발휘시키기 위해, 당해 단자의 최표면으로부터 깊이 50㎚ 이하의 얕은 영역에 있어서의 평균 탄소 농도를 약 1 내지 80at%로 제어함으로써, 소자측 전극(땜납 등)과 반복해 접촉해도 이물질이 부착되기 어려워, 클리닝 빈도를 저감할 수 있다고 기재되어 있다.

일본 특허 제3336682호 공보 일본 특허 출원 공개 제2001-289874호 공보 일본 특허 출원 공개 제2003-149267호 공보

상술한 방법에 따르면, 실온 하에서의 반복 검사에 견딜 수 있는 전기적 접점 부재가 제공될 것으로 기대되지만, 전기적 접점 부재의 사용 환경은 다양하여, 실온보다도 가혹한 고온 하에서 사용되는 경우가 있다. 예를 들어, 전기적 접점 부재를 약 85℃ 정도의 고온 하에서의 반복 검사에 사용하면, 고온으로 가열된 Sn 등의 전극 부재가 전기적 접점 부재와 접촉하므로, 전기적 접점 부재로의 Sn의 부착율이 대폭으로 높아져, 전기적 접점 부재의 도전성도 현저하게 향상하는 등 심각한 문제를 초래한다. 그러나, 전술한 특허문헌 1 내지 3의 기술은, 이러한 관점으로부터 검토된 것이 아니며, 이들 특허문헌에 개시되는 바와 같이 광범위한 첨가 원소를 광범위에 걸쳐서 포함하는 프로브를, 고온 하에서 Sn 전극 등에 반복해 접촉하면, 전극으로부터 깎인 Sn이 전기적 접점 부재의 표면에 다량으로 부착되고, 부착된 Sn의 산화에 의해 도전성이 저하되어 접촉 저항이 상승되는 것이 우려되어, 장기간에 걸쳐서 안정된 전기적 접촉을 확보할 수 없다.

또한, 전기적 접점 부재의 일부는, 개봉 후, 즉시 사용되지 않고, 개봉된 상태에서 실내 등 대기 중에 몇 주간 정도 방치되는 경우가 있다. 이러한 경우, 금속 원소의 산화가 진행되어, 전기적 접점 부재의 도전성이 저하하게 된다. 또한, 검사 장치에 설치된 전기적 접점 부재도, 승온/강온 프로세스나 피검체의 교환 사이에 금속 원소가 산화됨으로써, 접촉 저항이 상승된다.

본 발명은 상기 사정을 감안해서 이루어진 것으로, 그 목적은, 피검체(예를 들어, 땜납, Sn, Al, Pd 등)와의 저 부착성을 실현하는 동시에, 장기간에 걸쳐서 안정된 도전성(본 발명에 있어서는 접촉 저항값으로 평가함)을 유지할 수 있는 전기적 접점 부재이며, 특히, 약 85℃ 정도의 고온에서의 반복 접촉이나, 대기 중에서 장기간 방치된 후도, 피검체와의 저 부착성을 실현하는 동시에, 접촉 저항의 상승을 억제할 수 있고, 장기간에 걸쳐서 안정된 전기적 접촉을 유지할 수 있는 전기적 접점 부재, 및 그것을 갖는 검사용 접속 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 이하의 전기적 접점 부재 및 검사용 접속 장치를 제공한다.

(1) 피검체에 반복해 접촉하는 전기적 접점 부재이며, 상기 피검체와 접촉하는 상기 전기적 접점 부재의 표면은, Pd를 함유하는 탄소 피막으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적 접점 부재.

(2) 상기 탄소 피막 중에 포함되는 Pd의 함유량은, 10 내지 50원자%인 (1)에 기재된 전기적 접점 부재

(3) 상기 탄소 피막 중에 포함되는 Pd의 함유량은, 10 내지 23원자%인 (2)에 기재된 전기적 접점 부재.

(4) 상기 탄소 피막의 막 두께는 5㎚ 내지 10㎛인 (1)에 기재된 전기적 접점 부재.

(5) 상기 탄소 피막의 막 두께는 5㎚ 내지 10㎛인 (2)에 기재된 전기적 접점 부재.

(6) 상기 탄소 피막의 막 두께는 5㎚ 내지 10㎛인 (3)에 기재된 전기적 접점 부재.

(7) 상기 탄소 피막의 막 두께가 5㎚ 내지 10㎛일 때는, 상기 탄소 피막 중에 포함되는 Pd의 함유량이 10 내지 23원자%이며, 상기 탄소 피막의 막 두께가 5 내지 200㎚일 때는, 상기 탄소 피막 중에 포함되는 Pd의 함유량이 10 내지 50원자%인 (1)에 기재된 전기적 접점 부재.

(8) 검사되는 피검체는, Sn을 포함하는 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 전기적 접점 부재.

(9) (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 전기적 접점 부재를 복수개 갖는 검사용 접속 장치.

(10) (8)에 기재된 전기적 접점 부재를 복수개 갖는 검사용 접속 장치.

본 발명의 전기적 접점 부재는, 피검체와 접촉하는 전기적 접점 부재의 표면이, Pd를 함유하는 탄소 피막이며, 바람직하게는 탄소 피막 중의 Pd량이 적절하게 제어되어 있으므로, 특히, 약 85℃ 정도의 고온에서의 반복 접촉이나, 대기 중에서 장기간 방치된 후도, 피검체와의 저 부착성을 실현할 수 있는 동시에, 접촉 저항의 상승을 억제할 수 있고, 장기간에 걸쳐서 안정된 전기적 접촉을 유지할 수 있다.

도 1은, 본 발명에서 바람직하게 사용되는 전기적 접점 부재의, 피검체와 접촉하는 선단 부분의 구성을 도시하는 단면 모식도이다.

본 발명자들은, 종래의 전기적 접점 부재 관련 기술에서는 충분히 검토되고 있지 않았던, 고온 시험 환경 하, 및 대기 중의 장기간 방치 등 가혹한 상황에 있어서도 사용 가능한 전기적 접점 부재를 제공한다는 관점으로부터, 검토를 행했다. 그 결과, 전기적 접점 부재 중 피검체와 접촉하는 선단부의 탄소 피막이 Pd를 함유하도록 구성되어 있는 전기적 접점 부재를 사용하면 소기의 목적이 달성되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성했다.

전술한 특허문헌에 개시되어 있는 바와 같이, 지금까지, 전기적 접점 부재를 구성하는 탄소 피막에, Pd를 비롯한 다수의 금속을 배치하는 것은 알려져 있지만, 그 중에서도 특히 Pd가, 상술한 가혹한 상황 하에서의 사용에 견딜 수 있는 금속인 것은 알려져 있지 않고, 본 발명자들에 의해 처음으로 발견된 지식이다.

본 명세서에 있어서, 「고온의 반복 검사 후도 접촉 저항의 상승이 억제된다」이라 함은, 후기하는 실시예에 기재하는 대로, 85℃에 있어서 10만회, Sn 전극과 접촉시킨 후의 접촉 저항값의 평균이 300mΩ 미만인 것을 의미한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 「실온에 장기간 방치 후도 접촉 저항의 상승이 억제된다」라 함은, 후기하는 실시예에 기재한 바와 같이, 전기적 접점 부재를 제작 후, 실내(온도:23℃, 습도:50%의 대기 중)에 2주간 방치한 후의 접촉 저항값의 상승이 방치 직후에 비해, 300mΩ 미만으로 억제되어 있는 것을 의미한다.

이하, 본 발명의 전기적 접점 부재에 대해서, 도 1을 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 1은, 본 발명에서 바람직하게 사용되는 전기적 접점 부재의, 피검체와 접촉하는 선단 부분의 일례를 나타내는 도이며, 후기하는 실시예의 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 단, 본 발명의 구성은 도 1에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 1에는, 중간층으로서, 기재측으로부터 순서대로, 다른 금속(도 1에서는 Ni, 이어서 Cr)을 포함하는 금속 밀착층 상에 하층의 금속 밀착층 유래의 Cr과, 탄소 피막 유래의 C 및 Pd를 포함하는 혼합층이 형성된 구성을 도시하고 있지만, 본 발명은 이 구성에 한정하는 취지가 아니고, 또한, 금속 밀착층이나 혼합층의 조성도 도 1에 기재된 원소에 한정하는 취지는 결코 아니다.

일반적으로, 전기적 접점 부재 중 피검체와 접촉하는 전기적 접점 부재의 선단 부분(통상, 플런저라 불리는 부분)은, 피검체측으로부터 순서대로, 피검체와 직접 접촉하는 탄소 피막과, 기재로 크게 구별된다. 기재와 탄소 피막 사이에는, 양자의 밀착성을 높이기 위해서, 도 1에 도시한 바와 같이 중간층이 형성되어 있어도 된다. 또한, 기재 상에는, 도 1에 도시한 바와 같이 도금층이 형성되어 있어도 된다.

그리고 본 발명의 전기적 접점 부재는, 탄소 피막이 Pd를 함유하는 점에 특징이 있다.

전술한 바와 같이 Pd는, 고온에서의 반복 검사 후도, 또한 대기 중에 장기간 방치 후도, 피검체와의 부착성이 낮고, 접촉 저항의 저감화를 실현 가능한 금속으로서, 다수의 금속 중에서 선택된 것이다. Pd 이외의 금속을 사용해도 원하는 효과를 얻을 수 없는 것은 후기하는 실시예에서 실증한 바와 같다. Pd는, 피검체에 포함되는 금속(예를 들어 Sn 등)의 부착 방지 작용이 우수할 뿐만 아니라, 전기적 접점 부재를 구성하는 탄소 피막 중에 포함되는 불가피적 불순물(제조 과정 등에서 불가피하게 혼입할 수 있는 것으로, 예를 들어 Fe, V, Al, Ga 등)의 산화에 의한 접촉 저항값의 상승을 억제하는 작용도 가지므로, 상기 작용이 유효하게 발휘되는 것으로 사료된다. Pd는, 탄소 피막 중에서는 탄화물이 아니라 비정질 구조의 금속으로서 존재하고 있다.

많은 금속 중에서도, 특히 Pd가 상기 특성이 우수한 상세한 이유는 불분명하다. 예를 들어 Pd와 동일한 귀금속 원소인 Ru를 사용했을 경우, 후기하는 실시예에 나타낸 바와 같이, 실온 방치 후의 접촉 저항은 저감할 수 있었지만, 고온에서의 반복 검사 후에 Sn이 표면에 부착되고, 접촉 저항이 현저하게 상승했다(표 1의 No.13 및 표 2의 No.10을 참조). 귀금속 원소는 산화하기 어려운 성질을 갖고 있으므로, 본래라면, Ru도 Pd와 동일한 결과를 얻을 수 있다고 생각할 수 있음에도, 이러한 실험 결과가 얻어진 것은 본 발명자들에 있어서 의외인 것이었다. Ru는 어떠한 이유에 의해, 고온에서의 내Sn 부착성이 저하되었다고 사료된다. 또한, 산화에 의한 접촉 저항의 저감만을 고려하면, 예를 들어 Au나 Ag의 첨가도 생각할 수 있지만, Au 및 Ag는, 탄소 피막 중에서 응집해서 탄소 피막의 기계적 강도가 크게 저하되므로, 유용하지 않다.

탄소 피막 중에 포함되는 Pd의 양은, 10 내지 50원자%의 범위인 것이 바람직하고, 10 내지 23원자%의 범위인 것이 보다 바람직하고, 이에 의해, 상기 특성이 유효하게 발휘되게 된다(후기하는 실시예를 참조). 전술한 특허문헌에는, 탄소 피막 중에 다수의 금속을, 광범위한 함유량에 걸쳐서 포함하는 전기적 접점 부재가 개시되어 있지만, 원하는 특성을 확실하게 발휘시키기 위해서는, Pd는, 특정한 좁은 범위 내에서 함유시키는 것이 유효하다는 것이 판명되었다. 또한, 탄소 피막 중의 Pd량은, 탄소 피막의 막 두께에 따라서 설정할 수 있는 것, 보다 상세하게는 막 두께가 얇을 경우에는 Pd량을 보다 고농도까지 허용할 수 있는 것이 명백해졌다. 또한, 탄소 피막의 막 두께 및 탄소 피막 중의 Pd량은, 전기적 접점 부재의 부위에 의해 다소 다른 경우가 있다. 이것은, 전기적 접점 부재의 형상, 성막 방법, 성막 조건 등에 기인한다고 생각된다. 본 발명에 있어서의 탄소 피막의 막 두께 및 탄소 피막 중의 Pd량이라 함은, 모두 전기적 접점 부재의 축선에 수직인 면(예를 들어, 전기적 접점 부재의 예리한 선단부 등)에서의 값을 의미한다.

상세하게는, 탄소 피막 중의 바람직한 Pd량의 하한은 10원자% 이상이다. Pd량이 10원자% 미만에서는, Pd 첨가에 의한 접촉 저항 저감화 작용이 유효하게 발휘되지 않고, 상기 시험 후의 접촉 저항이 현저하게 증가된다. 이것은, 탄소 피막 내에는 Pd 이외에, 제조 과정 등에서 불가피하게 혼입할 수 있는 불순물 원소가 포함되므로, 이 불순물 원소가 산화되기 때문이라고 추정된다. 또한, Pd량이 10원자% 미만에서는, 특히 고온 시험 후의 전기적 접점 부재 표면의 Sn 부착량이 증가된다.

한편, 탄소 피막 중의 바람직한 Pd량의 상한은 23원자% 이하로 한다. Pd에 의한 접촉 저항의 저감화 작용은, 탄소 피막 중의 Pd량이 많을수록, 향상하는 경향이 있지만, 원하는 접촉 저항값 레벨로 저감하기에는 Pd량이 20원자%이면 충분하고, 또 Pd는 고가의 금속이므로, 이 이상의 첨가는 경제적이지 않기 때문이다. 또한 Pd량이 23원자%를 초과하면, 고온 시험에서의 피검체와의 저 부착성이 저하되어, Sn 부착량이 증가된다.

또한, 탄소 피막 중의 Pd량의 상한은, 50원자%까지 허용할 수 있는 경우가 있다. 특히, 탄소 피막의 막 두께가 5 내지 200㎚일 경우에는, Pd량을 10 내지 50원자%로 할 수 있고, 이러한 경우에도 Sn의 부착을 억제할 수 있다. 이와 같은 구성을 발견하는데 이른 경위는 이하와 같다.

종래, 전기적 접점 부재의 Sn 부착은, 전기적 접점 부재의 축선에 수직인 면에서 평가되고 있었다. 그러나, 특히 피검체인 상대 전극재가 Sn 합금일 경우, 접촉 시에 Sn 합금이 변형되고, 프로브의 선단으로부터 계속되는 경사진 경사면에도 Sn 합금이 부착된다. 본 발명자들이 검토한 결과, Sn 부착은 많은 경우에는 전기적 접점 부재의 축선에 수직인 면보다도, 오히려 경사면(예를 들어 축선으로부터 40 내지 50° 정도 경사진 경사면)으로부터 부착이 개시되어, 서서히 전기적 접점 부재 전체를 피복해서 접촉 저항이 불안정해지는 것이 판명되었다. 따라서, 본 발명에서는 상기한 경사면에서의 Sn 부착을 억제하면 된다라는 관점으로부터, 경사면에서의 Sn 부착에 영향을 미치는 인자를 검토했다.

그 결과, 상기 경사면의 표면 거칠기와 Sn 부착에 상관 관계가 있는 것을 발견하고, 또한 경사면의 표면 거칠기는 탄소 피막의 막 두께와 탄소 피막 중의 Pd 함유량에 영향을 받는 것을 알았다. 후기하는 실시예 3에서 상세하게 서술하는 바와 같이, 경사면에서의 산술 평균 거칠기 Ra가 약 3㎚ 이하인 경우에, Sn 부착 억제 효과가 유효하게 발휘될 수 있고, 그를 위해서는(전기적 접점 부재의 축선에 수직인 면에서의 값으로 환산하여) 탄소 피막의 막 두께를 5 내지 200㎚, 또한 탄소 피막 중에 포함되는 Pd의 함유량을 10 내지 50원자%로 하면 되는 것이 명확해졌다.

이상의 관점으로부터, 본 발명에서는, 탄소 피막 중의 바람직한 Pd량을 10 내지 50원자%、보다 바람직하게는 10 내지 23원자%로 정했다. 보다 바람직한 Pd량은, 11원자% 이상, 22원자% 이하이며, 더욱 바람직한 Pd량은, 12원자% 이상, 21원자% 이하이다. 탄소 피막의 조성은, EPMA 혹은 오제 전자 분광법에 의해 측정할 수 있다. 또한, 금속 원소의 농도와 전기 저항에는 양호한 상관 관계가 있으므로, 미리 EPMA 등의 방법으로 이 관계를 구해 두면, 간이적으로 전기 저항으로 농도를 결정할 수 있다.

상기 탄소 피막 중에 소정량의 Pd를 포함하는 것은 모두 본 발명의 범위 내에 포함된다. 따라서, 탄소 피막 중의 Pd의 분포 형태는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 탄소 피막 중에 Pd가 균일하게 분산된 상태로 존재해도 되고, 혹은 스퍼터링 조건을 변화시키는 것 등으로 하여 탄소 피막 중의 Pd 농도가 변화되는 상태로 존재해도 된다.

피검체와의 저 부착성, 및 접촉 저항의 저감화를 확실하게 실현하기 위해서는, 탄소 피막은 소정 두께를 갖고 있는 것이 바람직하고, 대략, 5㎚ 이상, 10㎛ 이하인 것이 바람직하다. 상기 탄소 피막의 형성에 의해, 탄소 피막 자체가 산화되기 어려워져서 전기적 접점 부재의 표면으로부터 탄소 피막 내부로의 산소의 침입이 유효하게 억제되는 동시에, 탄소 피막 아래에 있는 중간층(예를 들어 도 1에 도시하는 혼합층이나 금속 밀착층)으로의 산소의 침입도 억제되게 된다.

상세하게는, 본 발명자들이, 상술한 고온 시험 등을 행해서 전기적 접점 부재의 접촉 저항의 경시 변화를 조사한 결과, 탄소 피막의 바람직한 막 두께가 5㎚ 이상이면, 원하는 레벨까지 접촉 저항을 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 탄소 피막의 하한은, 보다 바람직하게는 7㎚ 이상이며, 더욱 바람직하게는 10㎚ 이상이다. 또한, 탄소 피막의 막 두께가 두꺼울수록 내구성은 향상하지만, 지나치게 두꺼우면 탄소 피막의 표면 거칠기가 증대하는 것 외에, 내부 응력 때문에 탄소 피막이 박리되거나, 전기적 접점 부재의 접촉 저항이 높아지는 등의 문제가 있으므로, 탄소 피막의 바람직한 상한은 10㎛로 한다. 보다 바람직한 Pd 함유층의 상한은 5㎛ 이하이며, 더욱 바람직하게는 2㎛ 이하이다(더욱 바람직하게는 600㎚ 이하이며, 더욱 바람직하게는 400㎚ 이하임).

본 발명에서는, 탄소 피막의 막 두께가 5㎚ 내지 10㎛(바람직하게는 5 내지 600㎚, 보다 바람직하게는 5 내지 400㎚)이고, 또한 탄소 피막 중의 Pd량이 10 내지 23원자%인 것이 바람직하지만, 본 발명에서는, 탄소 피막의 막 두께에 따라, 탄소 피막 중에 포함되는 Pd의 함유량을 설정할 수 있고, 상기 막 두께 중에서도 특히 5 내지 200㎚일 경우에는, Pd량의 상한은 50원자%까지 허용(즉, Pd량은 10 내지 50원자%. Pd량은 바람직하게는 15 내지 40원자%, 보다 바람직하게는 20 내지 35원자%)할 수 있다.

본 발명의 특징 부분은, 피검체와 접촉하는 전기적 접점 부재의 표면(탄소 피막)이 Pd를 함유하도록 구성한 데 있고, 그 이외의 구성은 특별히 한정되지 않고, 전기적 접점 부재의 기술 분야에 있어서 통상 사용되는 것을 적절하게 선택해서 채용할 수 있다.

예를 들어, 본 발명에 있어서의 탄소 피막은, 다이아몬드 라이크 카본(DLC)막 등으로 대표되는 바와 같이, 고경도이고, 내마모성 및 미끄럼 이동성이 우수하고, 탄소 피막의 전체면에 걸쳐서 비정질인 것이 바람직하다. 이러한 탄소 피막은, 상대재와의 콘택트를 반복해도 소모하지 않고, 상대재가 부착되는 일도 없고, 또한 비정질인 것에 의해 표면의 요철을 증가시킬 가능성도 작기 때문이다.

상기 탄소 피막에는, 본 발명의 작용에 악영향을 미치지 않는 한도에 있어서, Pd 이외의 금속이나 그 탄화물이 함유되어 있어도 된다. 즉, 탄소 피막에는 Pd만 포함되어 있어도 되고, Pd 이외의 금속으로서, 예를 들어 W, Ta, Mo, Nb, Ti, Cr 등이 적어도 1 종류 이상 포함되어 있어도 된다.

또한, 탄소 피막 중에 포함될 수 있는, Pd 이외의 금속의 함유량은, 검사시에 요구되는 접촉 저항값 등을 고려하면, 10원자% 정도 이하로 억제되어 있는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5원자% 정도 이하이다. Pd 이외의 금속의 함유량이 지나치게 많으면, 당해 금속의 산화에 의해 접촉 저항이 상승되고, 또한, 고온 하의 검사에 있어서의 내Sn 부착성이 저하되기 때문이다.

이와 같은 층 구성을 갖는 탄소 피막(또는, 후기하는 중간층)은, 화학 기상 증착법(CVD법), 스퍼터링법 및 아크 이온 플레이팅법(AIP법) 등, 여러 가지 성막 방법으로 형성할 수 있지만, 전기 저항이 낮은 탄소 피막이 형성되기 쉽거나, 탄소 피막에 금속 원소를 도입하기 쉬운 점에서, 스퍼터링법이나 AIP법을 적용하는 것이 바람직하다. 특히, 스퍼터링법은, 양질의 탄소 피막을 형성하므로 가장 바람직하다. 즉, 탄소 피막 본래의 성질에서는, 다이아몬드 구조나 그라파이트 구조가 있고, 충분한 경도와 낮은 전기 전도를 얻기 위해서는 양자의 중간적인 구조인 아몰퍼스 구조가 바람직한 것이지만, 이러한 구조는 스퍼터링법에서 가장 얻어지기 쉽고, 또 전기 전도를 저해하는 수소의 혼입도 거의 발생하는 일은 없다.

또한, 상기 탄소 피막 하에 배치되는 기재는, 강도나 도전성을 고려하여, 베릴륨 구리(Be-Cu); 팔라듐(Pd), 텅스텐(W), 이리듐(Ir) 또는 이들의 합금; 탄소 공구강 등이 적절하게 사용된다. 또 필요에 따라서, 상기 기재 상(탄소 피막과 기재 사이)에 Au계 등의 도금이 실시되어 있어도 된다.

또한, 상기 기재 또는 그 위의 도금(이하, 「기재 등」이라고 부름)과, 탄소 피막 사이에는, 밀착성을 향상시키기 위한 중간층이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 기재 등과 탄소 피막은 원래 밀착성이 나쁜 것이며, 또 탄소 피막은, 기재 등을 구성하는 금속과의 열팽창률의 차에 기인해서 성막 시에 압축 응력이 잔존하므로, 기재 등과의 계면에서 박리하기 쉽기 때문이다. 이러한 중간층으로서는 공지의 것을 사용할 수 있고, 예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2002-318247호 공보에 기재된 중간층 등을 참조할 수 있다. 구체적으로는 중간층으로서, 예를 들어, 기재와 밀착성이 양호한 금속(예를 들어 Ni 등) 또는 그 합금으로 이루어지는 금속 밀착층을 적어도 한 층 이상 갖는 것 ;상기 금속 밀착층 상에 상기 금속 밀착층의 금속(예를 들어 Ni 등)과, 상기 탄소 피막에 포함되는 금속 원소(예를 들어 Pd 등)와, 탄소를 포함하는 혼합층을 형성시킨 것 등을 들 수 있다. 이 혼합층은, 기재측으로부터 탄소 피막측으로 됨에 따라, 상기 혼합층 중의 탄소 함유량이 계속해서 증가하는 경사층이어도 된다. 상기 금속 밀착층에 사용하는 금속은, 기재 등의 종류에 따라 적절한 것을 선택하면 되지만, 기재 등(특히 도금)이 Au계인 경우에는 Ni를 사용하는 것이 바람직하고, 이와 같이 기재 등에 따라서 적절한 중간층을 설치함으로써, 우수한 내구성을 실현할 수 있다. 예를 들어 후기하는 실시예에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 금속 밀착층(Cr) 상에 혼합층(Cr+C+Pd)을 형성하고, 또한, 당해 혼합층 중의 원소의 농도가 단계적으로 변화되도록 조정하고 있지만, 이러한 혼합층의 형성에 의해 혼합층 중의 응력도 단계적으로 변화되어, 기재로부터 혼합층이 박리되는 것을 유효하게 방지할 수 있다. 또한, 혼합층 중에 Cr이나 Pd가 포함되어 있으므로, 혼합층의 도전성도 향상한다.

본 발명의 전기적 접점 부재는, 그 대표적인 형태로서 콘택트 프로브 핀을 들 수 있지만, 그 밖에, 예를 들어, 판 스프링 형태의 것이나 그 밖의 형태의 것도 포함되는 것이다. 즉, 이들의 형태의 것에서도, 모서리에 상당하는 개소가 존재하는 경우가 있고(예를 들어, 판 스프링의 구석부, 반구 형상의 돌기 등), 상기와 같은 전단력이 발생할 경우가 있기 때문이다. 또한, 상기와 같은 콘택트 프로브 핀에 있어서도, 접촉 부분(피검체와 접촉하는 부분)의 형상은 여러 가지 것이 알려져 있고, 예를 들어 2 분할, 3 분할, 4 분할된 것(혹은, 분할되어 있지 않은 것) 등이 있지만, 본 발명의 전기적 접점 부재는 그 모두를 포함하는 것이다.

본 발명의 전기적 접점 부재에 의해 검사되는 피검체(전극)는, 통상 땜납이 사용되지만, 이것은 기본적으로 Sn을 포함하는 것이며, 이 Sn은 특히 콘택트 프로브 핀의 표면에 부착되기 쉬운 것이다. 따라서, 피검체가 Sn 또는 Sn 합금으로 이루어질 경우, 본 발명의 전기적 접점 부재를 적용하면, 특히 그 효과가 유효하게 발휘된다.

본 발명에는, 상기 전기적 접점 부재를 복수개 갖는 검사용 접속 장치도 포함된다. 전기적 접점 부재의 개수에 특별히 제한은 없고, 피검체의 종류나 형상에 따라 적절하게 설정할 수 있다.

이하, 실시예를 들어서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 의해 제한되지 않고, 전ㆍ후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적절하게 변경을 가해서 실시하는 것도 가능하며, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

실시예

실시예 1

본 실시예에서는, Pd의 유용성(실온에서의 장기간 방치 후의 접촉 저항의 저감화 작용)을 조사하기 위해서, 표 1에 나타내는 다양한 금속 원소를 포함하는 탄소 피막을 구비한 전기적 접점 부재를 제작했다.

구체적으로는, 본 실시예에서는, 콘택트 프로브로서, 선단부가 4 분할된 스프링 내장 프로브를 사용했다. 이 콘택트 프로브(주식회사 요코오제, YPW-6XT03-047)는, Be-Cu 기재의 최표면에 Au-Co 합금으로 도금된 것이다.

다음에, 이하와 같이 하여, 스퍼터링법에 의해, 기재와의 밀착성을 향상시키기 위한 중간층, 및 탄소 피막을 순차 성막했다.

구체적으로는, 우선, 상기 Au계 도금 상에 DC 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용하여, Ni를 50㎚, 및 Cr을 50㎚, 이 순서로 성막했다. 상세한 스퍼터링 조건은 이하와 같다.

도달 진공도:6.7×10^-4Pa

타깃:Ni 타깃, 및 Cr 타깃

타깃 사이즈:φ6inch

Ar 가스압:0.13Pa

스퍼터 전력:500W

기재 바이어스:0V

이어서, 상기 Cr막 상에 Cr과, 그 후에 형성되는 탄소 피막 중의 첨가 원소(원소의 종류는 표 1에 나타낸 바와 같음)를 포함하는 탄소와의 혼합층을 100㎚ 성막했다. 구체적으로는, 혼합층에 있어서, Cr, 및 첨가 원소를 포함하는 탄소의 비율을, 각 타깃(Cr 타깃, 및 탄소 타깃에 첨가 원소에 칩을 적재한 복합 타깃)에 투입하는 전력을, 각각 114W→34W, 59W→935W의 범위로 조정함으로써, 막 두께 20㎚씩 5단계로 변화시켰다. 이와 같이 금속 밀착층(Cr)과 탄소 피막 사이에 단계적으로 농도가 변화되는 혼합층을 설치함으로써, 막 중의 응력도 단계적으로 변화되고, 기재로부터의 막의 박리를 유효하게 방지할 수 있다.

그 후, 표 1에 기재된 첨가 원소를 포함하는 탄소 피막을 400㎚ 성막했다. 상세한 스퍼터링 조건은 이하와 같다.

타깃: 탄소 타깃에 첨가 원소에 칩을 적재한 복합 타깃

Ar 가스압:0.13Pa

스퍼터 전력:1000W

기재 바이어스:-40V

타깃 사이즈:φ6inch

상기와 같이 해서 얻어진 탄소 피막을 갖는 콘택트 프로브를, 실내(온도:23℃, 습도:50%의 대기 중)에 방치하고, 납 프리 땜납(Sn-3원자% Ag-0.5원자% Cu)으로 이루어지는 전극에 대한 접촉 저항값을 경시적으로 측정했다(제작 직후, 및 2주일 방치 후). 접촉 저항값의 측정은, 납 프리 땜납 전극에 2개의 선을 접속하고, 또 콘택트 프로브의 반대측에 접촉하는 Au 전극에도 2개의 선을 접속하여, 각각 각 1개에 전류를 인가하고, 나머지의 각 1개 사이의 전압을 측정하는, 소위 켈빈 접속에 의해, 콘택트 프로브 자신+상하 전극과의 접촉 저항+상하 전극의 내부 저항을 측정하고, 그 이외의 저항 성분은 캔슬할 수 있는 방법에 의해 측정을 행했다.

이와 같이 하여, 방치 직후 및 2주간 방치 후의 접촉 저항값(프로브 본체의 저항+접촉 저항+전극의 내부 저항)을 측정했다. 동일한 조작을 5회 반복하여(n=5), 그 평균값을 산출했을 때, 방치 직후에 비해 2주간 방치 후의 접촉 저항의 상승이 300mΩ 미만인 것을 Ｏ, 300mΩ 이상인 것을 Ｘ로 했다.

이들의 결과를 표 1에 병기한다. 표 1에 있어서, 「E+03」이라 함은, 「×10³」을 의미한다. 또한, 표 1에는 나타내지 않고 있지만, 방치 직후의 각 콘택트 프로브의 접촉 저항은, 모두 35 내지 55mΩ로, 매우 낮은 것이었다.

표 1로부터, 탄소 피막 중에 Pd를 포함하지 않는 No.1, Pd 이외의 금속인 W, Al, Zn, Cr, Mo, Ta, Sn, Mn, Zr을 각각 포함하는 No.7 내지 12, 14 내지 16은, 모두 실온 방치 후의 접촉 저항이 크게 상승되어, 본 발명의 합격 기준을 만족할 수 없었다(판정Ｘ). 또한, Pd량이 본 발명의 바람직한 범위를 하회하는 No.2도 원하는 특성을 얻을 수 없었다.

이에 대해, No.3 내지 6은 본 발명에서 규정하는 Pd를, 본 발명의 바람직한 하한을 초과하도록 포함하는 예이며, 모두 실온 방치 후의 접촉 저항의 상승을 유효하게 억제할 수 있었다(판정Ｏ).

또한, No.13은, 본 발명에서 규정하지 않는 Ru를 포함하는 예이지만, 실온 방치 후의 접촉 저항의 상승을 유효하게 억제할 수 있었다(판정Ｏ).

표 1의 결과로부터, 실온 방치에서 안정된 접촉 저항을 확보하기 위해서는, Pd 및 Ru의 사용이 유효한 것을 알 수 있다.

실시예 2

본 실시예에서는, Pd의 유용성(고온에서의 반복 접촉 후의 접촉 저항의 저감화 작용)을 조사하기 위해서, 표 2에 나타내는 다양한 금속 원소를 포함하는 탄소 피막을 구비한 전기적 접점 부재를 제작했다.

구체적으로는, 콘택트 프로브로서, 선단이 둥근 형상의 스프링 내장 프로브(주식회사 요코오제 YPW-6XA03-062)를 사용하고, 표 2에 나타내는 첨가 원소를 포함하는 것 이외는 전술한 실시예 1과 마찬가지로 하여 제작한 각 콘택트 프로브를 사용하고, 순Sn 전극으로 이루어지는 전극에 대하여, 85℃에서 10만회의 접촉을 행하고, 콘택트 프로브 선단으로의 Sn 부착에 의한 접촉 저항 상승의 유무를 실시예 1과 마찬가지로 하여 측정했다. 구체적으로는, 100회의 접촉마다 1회의 빈도로 100mA의 통전을 행하고 그때마다, 접촉 저항을 측정하여, 85℃에서 10만회(100000회)의 접촉을 행하도록 했다. 그리고 1회째의 접촉시의 접촉 저항값, 101회째의 접촉시의 접촉 저항값, …100001회째의 접촉시의 접촉 저항값의 평균을 산출해서 상기 시험 후의 접촉 저항값을 구하고, 이 접촉 저항값이 300mΩ 미만인 것을 Ｏ, 300mΩ 이상인 것을 Ｘ로 했다.

이들 결과를 표 2에 병기한다. 표 2에는 나타내고 있지 않지만, 상기 시험의 초기에는, 어느 쪽의 예도 50mΩ의 낮은 접촉 저항을 갖고 있었다.

표 2에 있어서, No.1은 코팅 없음의 예이며, 고온 시험에 의해 Sn이 부착되고, 고온 시험 후의 접촉 저항은 1865mΩ로, 현저하게 증가했다. No.2는, 탄소 피막 중에 첨가 원소를 포함하지 않는 예이며, 상기 No.1과 마찬가지로, 접촉 저항값이 지극히 높아져서 측정 상한(3Ω)에 도달했다.

No.7은, Pd량이 본 발명의 바람직한 범위를 초과하는 예이며, 고온 시험에 의해 Sn이 부착되어서 시험 후의 접촉 저항이 증가되어, 원하는 특성을 얻을 수 없었다(판정Ｘ).

또 No.9는, 본 발명에서 규정하는 Pd 이외의 Cr을 첨가한 예이며, 고온 시험 후에 Sn이 부착되어서 접촉 저항이 증가되어, 원하는 특성을 얻을 수 없었다(판정Ｘ). Cr에 대해서는, 전술한 표 1의 No.10에 나타낸 바와 같이, 동일한 정도의 Cr을 첨가했을 때의 실온 방치 후의 접촉 저항도 증가하는 것을 확인하고 있다.

No.10은, Ru를 첨가한 예이다. 전술한 표 1의 No.13에서는 동일한 정도의 Ru를 첨가해서 실온 방치 후의 접촉 저항의 저감 작용을 갖고 있었던 것에 대해, 고온 시험 후에는 Sn이 표면에 부착되어서 접촉 저항이 현저하게 증가되어, 원하는 특성을 확보할 수 없는 것이 판명되었다(판정Ｘ).

이에 대해, No.3 내지 6은 본 발명에서 규정하는 Pd를, 본 발명의 바람직한 범위 내(하한 및 상한)로 포함하는 예이며, 고온 시험 후도 Sn은 부착되지 않고, 시험 후의 접촉 저항의 상승을 유효하게 억제할 수 있었다(판정Ｏ).

또 No.8은, W를 첨가한 예이다. 전술한 표 1의 No.7에서는 동일한 정도의 W를 첨가해서 실온 방치 후의 접촉 저항의 저감 작용을 갖지 않는 것이 판명되었으나(표 1에서는 판정Ｘ), 고온 시험 후는, Sn의 부착은 볼 수 없고 접촉 저항의 상승을 유효하게 억제할 수 있는 것이 판명되었다(표 2에서는 판정Ｏ).

이들 표 1 및 표 2의 결과를 종합적으로 감안하면, Pd를 본 발명의 범위 내에서 표층에 포함하는 탄소 피막을 구비한 콘택트 프로브를 사용하면, 피검체인 Sn과의 부착이 억제되어, 실온에서의 장기간 방치 후뿐만 아니라 고온에서의 반복 시험 후도, 접촉 저항의 상승이 확실하게 억제할 수 있는 것이 확인되었다.

이에 대해, Pd 이외의 금속을 사용한 경우에는, 어느 쪽의 시험 하에서도 접촉 저항이 상승하거나, 혹은, 어느 한쪽의 시험 조건에서는 양호한 특성을 나타내지만, 양쪽의 시험 조건을 클리어하는 것은 불가능한 것을 알았다.

실시예 3

실시예 1에서 배치한 콘택트 프로브의 선단 부분과 동일한 위치에, 연직 방향으로부터 45° 기울인 실리콘 웨이퍼를 배치해(콘택트 프로브의 경사면을 모의), 실리콘 웨이퍼 상에 탄소 피막을 성막했다. 성막은, 실시예 1과 동일한 성막 장치 및 조건에서, 탄소 피막의 막 두께 및 탄소 피막 중의 Pd 함유량의 농도를 변화시켜 행하였다. 또한, 기재로서 실리콘 웨이퍼를 사용한 이유는, 기재의 표면의 요철이 탄소 피막 최표면의 요철에 부여하는 영향을 없애기 위해, 및 미소한 선단부에서의 AFM 측정에 기술적인 곤란을 경감하기 위해서이다. 또한, 비교를 위해 스퍼터링 타깃과 평행하게 배치(즉, 수평이며, 연직 방향으로부터의 각도가 90°)한 실리콘 웨이퍼에도 성막했다.

연직 방향으로부터 45° 기울인 실리콘 웨이퍼 상의 탄소 피막의, 3㎛×3㎛의 영역에서 측정한 산술 평균 거칠기 Ra와, Sn 부착의 관계를 시험한 결과, Ra가 3㎚ 이하의 경우에 Sn 부착이 억제되어 있는 것이 명확해졌다. 따라서, 탄소 피막의 막 두께와 탄소 피막 중의 Pd량을 변화시켜, Ra를 측정하고, Ra가 3㎚ 이하의 경우를Ｏ, Ra가 3㎚를 초과할 경우를 Ｘ로 하여, 그 결과를 표 3에 나타냈다. 또한, 45°로 기울인 시료에서는, 막 두께가 증가할수록, 그것에 비례해서 거칠기가 증가되는 경향이 명확해졌으므로, 표 3에 있어서의 막 두께:200㎚의 데이터는 막 두께가 100㎚와 400㎚일 때의 Ra의 데이터를 연결하는 직선으로부터 구한 것이다. 또한, 표 3에 있어서의 탄소 피막의 막 두께와 탄소 피막 중의 Pd량은, 수평으로 배치한 실리콘 웨이퍼 상에 성막했을 경우의 탄소 피막의 막 두께와 Pd량으로 환산한 값이다.

표 3으로부터, 탄소 피막의 Pd량이 23원자% 이하일 경우에는 어느 쪽의 막 두께에서도 Ra가 3㎚ 이하(즉, Sn 부착을 억제)로 되어 있고, 특히 막 두께가 200㎚ 이하일 경우에는, Pd가 23원자%를 초과해서 50원자% 이하 정도의 범위까지 Sn 부착을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.

한편, 수평(연직 방향으로부터의 각도가 90°)으로 배치한 시료의 Ra 측정 결과에서는, 표 3에 나타내는 막 두께 및 Pd량의 범위에 있어서, Ra가 모두 0.1㎚ <Ra<0.3㎚로 매우 작은 값이 되고, 막 두께 및 Pd량의 영향을 볼 수 없었다. 이것은, 연직 방향으로부터의 각도가 90°일 경우(즉 콘택트 프로브 등의 전기적 접점 부재에서 말하자면, 축선과 수직인 면), 막 두께와 Pd량을 제어해도 이 부분의 Sn 부착 억제 효과에는 그다지 영향은 없고, 연직 방향으로부터 40 내지 50° 정도 기울였을 경우 즉 콘택트 프로브 등의 전기적 접점 부재에서 말하면, 축선과 40 내지 50°의 각도를 갖는 면에 있어서의 표면 거칠기를 제어하기 위해, 막 두께와 Pd량을 제어하는 것이 매우 유효한 것을 나타내고 있다.

본 출원을 상세하게 또 특정한 실시 형태를 참조해서 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하는 일 없이 여러 가지 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에 있어서 명백하다.

본 출원은, 2011년 6월 15일 출원한 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2011-133483)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

본 발명의 전기적 접점 부재는, 피검체와 접촉하는 전기적 접점 부재의 표면이, Pd를 함유하는 탄소 피막이며, 바람직하게는 탄소 피막 중의 Pd량이 적절하게 제어되어 있으므로, 특히, 약 85℃ 정도의 고온에서의 반복 접촉이나, 대기 중에서 장기간 방치된 후도, 피검체와의 저 부착성을 실현할 수 있는 동시에, 접촉 저항의 상승을 억제할 수 있고, 장기간에 걸쳐서 안정된 전기적 접촉을 유지할 수 있다.

Claims (4)

1. 피검체에 반복해 접촉하는 전기적 접점 부재이며,
   상기 피검체와 접촉하는 상기 전기적 접점 부재의 표면은, Pd를 함유하는 탄소 피막으로 구성되어 있고,
   85℃에 있어서 10만회의 검사 및 실온에 2주간 방치의 검사 후에 있어서의 접촉 저항이 300mΩ 미만으로 억제되고,
   상기 탄소 피막의 막 두께가 5㎚ 내지 10㎛일 때는, 상기 탄소 피막 중에 포함되는 Pd의 함유량이 10 내지 23원자%이며,
   상기 탄소 피막의 막 두께가 5 내지 200㎚일 때는, 상기 탄소 피막 중에 포함되는 Pd의 함유량이 10 내지 50원자%인 것을 특징으로 하는, 전기적 접점 부재.
2. 제1항에 있어서, 검사되는 피검체는 Sn을 포함하는, 전기적 접점 부재.
3. 제1항에 기재된 전기적 접점 부재를 복수개 갖는, 검사용 접속 장치.
4. 제2항에 기재된 전기적 접점 부재를 복수개 갖는, 검사용 접속 장치.
   
   

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