KR20110035973A

KR20110035973A - 전기적 접점 부재

Info

Publication number: KR20110035973A
Application number: KR1020100094889A
Authority: KR
Inventors: 다까유끼 히라노; 아까시 야마구찌; 다까시 미야모또
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼; 가부시키가이샤 코베루코 카겐
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2011-04-06
Also published as: US20110214900A1; TWI411786B; US8410367B2; KR101161514B1; TW201135238A; JP5301515B2; CN102033144A; JP2011095254A; CN102033144B

Abstract

적어도 혼을 갖는 전기적 접점 부재의 사용시에 문제가 되는 탄소 피막의 박리를 최대한 저감하고, 장기간에 걸쳐 안정된 전기적 접촉을 유지할 수 있는 전기적 접점 부재를 제공한다. 혼을 갖는 선단부로 피검체에 반복 접촉하는 전기적 접점 부재이며, 기재와, 상기 선단부의 기재 표면에 형성되고, Au, Au 합금, Pd 또는 Pd 합금을 포함하는 하지층과, 그 하지층 표면에 형성된 중간층과, 상기 중간층의 표면에 형성되고, 금속 및 그 탄화물 중 적어도 하나를 함유한 탄소 피막을 포함하고, 또한 상기 중간층은, Ni 또는 Ni 합금을 포함하는 내측층과, Cr, Cr 합금, W, W 합금 중 적어도 1종을 포함하는 외측층을 갖는 적층 구조인 전기적 접점 부재이다.

Description

전기적 접점 부재 {ELECTRIC CONTACT MEMBER}

본 출원은 2009년 9월 30일에 출원된 일본 특허 출원 제2009-228057호에 기초하며 그로부터 우선권을 주장하고, 그 전체 내용이 본 명세서에 참고로 포함되어 있다.

본 발명은, 반도체 소자의 전기 특성을 검사하기 위해 사용되고, 혼(horn)을 갖는 선단부로 전극에 반복 접촉하는 전기적 접점 부재에 관한 것으로, 특히 검사의 반복에 의해 도전성이 열화되지 않는 내구성이 우수한 전기적 접점 부재에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 전기적 접점 부재로서는, 핀 형상[침상(針狀)]으로 형성된 콘택트 프로브(콘택트 프로브 핀)를 대표적인 것으로서 들 수 있지만, 예를 들어 판 스프링 형태의 것이나 그 밖의 형태의 것도 포함되는 것이며, 요컨대 혼을 갖는 선단부로 전극에 반복 접촉하는 전기적 접점 부재는 모두 포함되는 것이다.

집적 회로(IC), 대규모 집적 회로(LSI), 발광 다이오드(LED) 등의 전자 부품(즉, 반도체 소자를 사용한 전자 부품)은, 반도체 소자의 전극에 전기적 접점 부재를 접촉시켜 그 전기 특성이 검사된다. 이러한 검사 장치(반도체 검사 장치)에서 사용되는 전기적 접점 부재는, 도전성이 양호한 것(접촉 저항치가 낮은 것)은 물론, 피검체로서의 전극과의 반복 접촉에 의해서도 마모나 손상을 발생시키지 않을 정도로 우수한 내구성을 구비하고 있는 것이 요구된다.

상기와 같은 전기적 접점 부재(접촉 단자)는, 대표적인 것으로서 콘택트 프로브 핀을 들 수 있지만, 이러한 전기적 접점 부재의 접촉 저항치는, 일반적으로는 100mΩ 이하로 설정되어 있다. 그러나 피검체와의 반복 검사를 행함으로써, 수 100mΩ으로부터 수 Ω까지 악화되는 경우가 있다.

그 대책으로서, 종래부터 접촉 단자의 정기적인 클리닝이나 교환이 행해지고 있지만, 이들은 검사 공정의 신뢰성과 가동률을 현저하게 저하시키는 경우가 있으므로, 다른 대책이 검토되고 있다. 특히 땜납 재료나 Sn 도금 전극 등에서는, 표면이 산화되기 쉽고, 또한 유연하기 때문에 깎아내어져 접촉 단자측에 부착되기 쉬운 특성이 있어, 안정된 접촉을 취하는 것이 어렵다.

전기적 접점 부재(이하,「콘택트 프로브 핀」으로 대표되는 경우가 있음)의 접촉 저항치를 안정화시키는 방법으로서, 콘택트 프로브 핀의 선단부 근방(전극과 접촉하는 선단부와 그 근방)에, 탄소 피막을 코팅하는 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 일본 공개 특허 평10-226874호 공보, 일본 공개 특허 제2002-318247호 공보, 일본 공개 특허 제2003-231203호 공보, 일본 공개 특허 제2007-24613호 공보). 이들 기술에서는, 다이아몬드 라이크 카본(Diamond Like Carbon : DLC)으로 대표되는 탄소 피막에 대해, 텅스텐(W) 등의 합금 원소를 혼입시켜 탄소 피막이 갖는 피검체(전극)에 대한 저부착성과, 혼입시킨 금속(혹은 그 탄화물)의 작용에 의한 높은 도전성을 아울러 갖는 표면 피막으로 하는 것이 중요한 요건으로 되어 있다.

그러나 탄소 피막을 형성한 콘택트 프로브 핀에서는, 기재(基材)와 탄소 피막의 밀착성이 낮다고 하는 문제가 있다. 탄소 피막은 통상의 금속으로 이루어지는 기재에 대해 반응성이 낮으므로, 양호한 밀착력을 얻는 것이 어렵다. 또한 탄소 피막은 일반적으로 금속 기재에 비교하여 열팽창 계수가 작은 것도 밀착성 저하의 원인이라고 여겨지고 있다. 즉, 막을 형성할 때에 온도를 상승시키면, 그 열팽창차로부터 기재의 수축에 추종하지 않고, 막에는 압축 응력이 잔류하여, 이것 때문에도 막은 박리되기 쉬운 상태로 된다.

탄소 피막과 기재의 밀착성을 개선하기 위해, 상기 특허 문헌 중에도 각종 해결 수단이 예시되어 있다. 예를 들어, 일본 공개 특허 평10-226874호 공보에서는 탄소 피막의 내부 응력을 저감시키는 방법이 개시되어 있고, 일본 공개 특허 제2002-318247호 공보에서는 모재 금속과의 사이에 단계적인 경사 조성층을 형성하는 것이 제안되어 있다. 또한 일본 공개 특허 제2003-231203호 공보에서는 금속이나 그 질화물(예를 들어, CrN)층 등의 중간층을 형성함으로써, 일본 공개 특허 제2007-24613호 공보에서는, 실시예에 Cr막/Cr과 그라파이트와 W를 함유하는 경사 조성의 중간층을 형성함으로써, 탄소 피막과 기재의 밀착성을 개선하는 것이 예시되어 있다

한편, 콘택트 프로브 핀에서는, 그 기재 표면이나 전극과의 접점 부분에, Au, Pd, Au 합금 또는 Pd 합금 등의 귀금속이 형성되어 있는 것이 일반적이다. 또한, 내부에 스프링을 내장한 콘택트 프로브 핀(이것을 「스프링 프로브 핀」이라 함)에서는, 스프링과 접촉하는 내부에도 Au 등의 금속이 형성되는 것이 일반적이다. DLC막으로 대표되는 탄소 피막을 접점에 형성하기 위해서는, 이러한 금속(이하, 이들을 포함하여「Au나 Pd」로 대표하는 경우가 있음)에 대해 탄소 피막을 밀착성 좋게 형성할 필요가 있지만, Au나 Pd도 반응성이 낮아, 이러한 소재로 이루어지는 하지층에 대해 특히 감안한 밀착 향상 기술에 대해서는, 지금까지 제안되어 있지 않은 것이 실정이다. 예를 들어, 상기 스프링 프로브 핀에 DLC막을 형성하는 경우에는, 막을 안정적으로 밀착시키기 위해, 선단부만의 Au를 에칭으로 제거하는 등 부가적인 처리가 필요한 경우가 발생하고 있다.

또한 일본 공개 특허 제2002-318247호 공보에는, 실시예 중에서,「베릴륨 구리 합금에 Au 도금을 실시한 기재를 평판 형상으로 가공하고, 표면에 크롬(Cr)이나 그 탄화물 또는 질화물로 이루어지는 중간층과, 탄소 피막을 형성한 BGA(볼 그리드 어레이) 패키지를 위한 소킷용 콘택트」가 예시되어 있다. 이러한 평판 형상의 접촉 단자(콘택트용 단자)의 경우는, 막에 대해 수직으로 누르는 방향의 압축력이 주로 작용하므로, 사용하는 데 있어서는 피막에 강한 밀착력을 필요로 하지 않는다.

그러나 이러한 평판 형상의 접촉 단자라도, 그 선단부에는 혼(예를 들어, 예리한 코너부 등)을 포함하는 경우가 있고, 그 부분에서는 탄소 피막에 전단하는 방향에서의 응력도 작용한다. 이러한 경우에는, 수만 회라고 하는 연속적인 사용(접촉)에 있어서 탄소 피막이 박리되어 버려, 장기간에 걸쳐 안정된 전기적 접촉을 유지할 수 없다고 하는 문제가 발생하는 경우가 있다. 특히, 콘택트 프로브 핀에서는, 그 예리한 선단부(이 부분이 상기「혼」에 상당함)만으로 피검체와 접촉하게 되므로, 상기와 같은 문제는 현저해진다.

본 발명은 상기와 같은 사정에 착안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 적어도 혼을 갖는 전기적 접점 부재의 사용시에 문제가 되는 탄소 피막의 박리를 최대한 저감시키고, 장기간에 걸쳐 안정된 전기적 접촉을 유지할 수 있는 전기적 접점 부재를 제공하는 데 있다.

본 발명은 이하의 형태를 포함한다.

(1) 혼을 갖는 선단부로 피검체에 반복 접촉하는 전기적 접점 부재이며,

기재와,

상기 선단부의 기재 표면에 형성되고, Au, Au 합금, Pd 또는 Pd 합금을 포함하는 하지층과,

그 하지층 표면에 형성된 중간층과,

상기 중간층의 표면에 형성되고, 금속 및 그 탄화물 중 적어도 하나를 함유한 탄소 피막을 포함하고, 또한,

상기 중간층은, Ni 또는 Ni 합금을 포함하는 내측층과, Cr, Cr 합금, W, W 합금 중 적어도 1종을 포함하는 외측층을 갖는 적층 구조인 것을 특징으로 하는 전기적 접점 부재.

(2) 상기 탄소 피막 중에 포함되는 금속은, W, Ta, Mo, Nb, Ti 및 Cr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속인 (1)에 기재된 전기적 접점 부재.

(3) 상기 탄소 피막 중의 금속 및/또는 그 탄화물의 함유량은 10 내지 30원자％인 (1) 또는 (2)에 기재된 전기적 접점 부재.

(4) 상기 탄소 피막의 두께는 10㎚ 내지 10㎛인 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 전기적 접점 부재.

(5) 검사되는 피검체는, Sn 또는 Sn 합금을 포함하는 것인 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 전기적 접점 부재.

본 발명의 전기적 접점 부재에서는, Au, Au 합금, Pd 또는 Pd 합금으로 이루어지는 하지층 표면에, 소정의 적층 구조를 갖는 중간층을 개재하여, 금속 및/또는 그 탄화물을 함유한 탄소 피막을 형성함으로써, 탄소 피막을 밀착성 좋게 기재 표면에 형성할 수 있고, 장기간에 걸쳐 안정된 전기적 접촉을 유지할 수 있는 전기적 접점 부재를 실현할 수 있었다.

도 1은 본 발명의 콘택트 프로브 핀의 선단부의 형상을 모식적으로 도시한 설명도.
도 2는 제1 실시예에 있어서의 스크래치 시험 결과를 나타내는 막대 그래프.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)는 제1 실시예에 있어서의 콘택트 프로브 핀을 사용하였을 때의 10만회 접촉 후의 선단부의 상태를 나타내는 도면 대용 주사형 현미경 사진이며, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 주요부 확대도.
도 4는 제1 실시예에 있어서의 콘택트 프로브 핀을 사용하였을 때의 전기 저항치의 변화를 나타내는 그래프.
도 5의 (a) 및 도 5의 (b)는 비교예의 콘택트 프로브 핀을 사용하였을 때의 10만회 접촉 후의 선단부의 상태를 나타내는 도면 대용 주사형 현미경 사진이며, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)의 주요부 확대도.
도 6은 비교예의 콘택트 프로브 핀을 사용하였을 때의 전기 저항치의 변화를 나타내는 그래프.
도 7은 제2 실시예에 있어서의 콘택트 프로브 핀을 사용하였을 때의 전기 저항치의 변화를 나타내는 그래프.
도 8은 제4 실시예에 있어서의 콘택트 프로브 핀(4-1)을 사용하였을 때의 전기 저항치의 변화를 나타내는 그래프.
도 9는 제4 실시예에 있어서의 콘택트 프로브 핀(4-2)을 사용하였을 때의 전기 저항치의 변화를 나타내는 그래프.
도 10은 참고예에 있어서의 콘택트 프로브 핀(4-0)을 사용하였을 때의 전기 저항치의 변화를 나타내는 그래프.
도 11의 (a) 내지 도 11의 (d)는 제4 실시예에 있어서의 콘택트 프로브 핀(4-1)을 사용하였을 때의 접촉 시험 후의 프로브 핀 표면의 상태를 나타내는 도면 대용 주사형 현미경 사진으로, 도 11의 (a) 및 도 11의 (b)는 상면으로부터 본 SEM 관찰 결과이며, 도 11의 (b)는 도 11의 (a)의 주요부 확대도, 도 11의 (c) 및 도 11의 (d)는 측면으로부터 본 SEM 관찰 결과이며, 도 11의 (d)는 도 11의 (c)의 주요부 확대도.
도 12의 (a) 내지 도 12의 (d)는 제4 실시예에 있어서의 콘택트 프로브 핀(4-2)을 사용하였을 때의 접촉 시험 후의 프로브 핀 표면의 상태를 나타내는 도면 대용 주사형 현미경 사진으로, 도 12의 (a) 및 도 12의 (b)는 상면으로부터 본 SEM 관찰 결과이며, 도 12의 (b)는 도 12의 (a)의 주요부 확대도, 도 12의 (c) 및 도 12의 (d)는 측면으로부터 본 SEM 관찰 결과이며, 도 12의 (d)는 도 12의 (c)의 주요부 확대도.
도 13의 (a) 내지 도 13의 (d)는 참고예에 있어서의 콘택트 프로브 핀(4-0)을 사용하였을 때의 접촉 시험 후의 프로브 핀 표면의 상태를 나타내는 도면 대용 주사형 현미경 사진으로, 도 13의 (a) 및 도 13의 (b)는 상면으로부터 본 SEM 관찰 결과이며, 도 13의 (b)는 도 13의 (a)의 주요부 확대도, 도 13의 (c) 및 도 13의 (d)는 측면으로부터 본 SEM 관찰 결과이며, 도 13의 (d)는 도 13의 (c)의 주요부 확대도.

본 발명자들은, Au, Au 합금, Pd 또는 Pd 합금을 포함하는 하지층이 형성된 전기적 접점 부재에, 도전성을 부여하기 위한 금속이나 그 탄화물을 함유한 탄소 피막을 밀착성 좋게 형성하는 수단에 대해 다양한 각도에서 검토하였다.

그 결과, Ni 또는 Ni 합금을 포함하는 층(내측층)과, Cr, Cr 합금, W, W 합금 중 적어도 1종을 포함하는 층(외측층)을 갖는 적층 구조의 것을, 하지층과 탄소 피막 사이에 중간층으로서 개재시키면, 탄소 피막의 밀착성이 양호해져, Au나 Pd가 형성된 기재로부터 탄소 피막의 박리를 억제할 수 있고, 나아가서는 전극 구성 재료(Sn이나 Sn 합금)의 부착이나 그것에 의한 저항 변동을 억제하여, 안정된 콘택트 저항을 실현할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.

탄소 피막은 전술한 바와 같이 반응성이 낮은데다가 단단하고, 내부 응력도 크기 때문에, 금속 상에 안정적으로 부착시키기 위해서는, Cr이나 W를 포함하는 층을 개재시키고, 또한 필요에 의해 그 경사 조성층을 형성하는 것이 유효하다. 본 발명의 전기적 접점 부재에서는, 상기와 같은 Cr이나 W를 포함하는 층의 하지층으로서, 또한 Ni 또는 Ni 합금을 포함하는 층을 개재시킴으로써, Au나 Pd를 포함하는 하지층 상에 탄소 피막을 안정적으로 밀착시킬 수 있는 것이 판명된 것이다.

Ni 또는 Ni 합금을 포함하는 층(이하, 단순히「Ni층」이라 칭하는 경우가 있음)이, Au나 Pd를 포함하는 하지층에 대해 밀착성이 양호해지는 이유는, Ni가 Au나 Pd에 대해 고용한도가 넓어(전역에서 고용), 계면에 취약한 금속간 화합물을 형성하는 경우가 없기 때문이라고 생각된다. 즉, Ni층과, Au나 Pd의 하지층의 계면은, 서로 고용된 합금의 상태로 되어 있는 것이라고 예상된다.

일반적으로, 프린트 배선 기판 등의 Au 도금의 기초로서 Ni가 사용되는 경우가 있지만, 상하가 반대인 막 구조(Au나 Pd가 하지층인 경우)에 있어서, Ni층이 밀착층으로서 유효한 것은 지금까지 상세하게는 검토되어 있지 않다. 또한 Ni는, Cr이나 W와도 합금화되기 쉬운 금속이며, Ni/Cr 사이나 Ni/W 사이의 밀착성에 대해서도 특히 우수한 조합이다.

상술한 바와 같은 금속학적 관점에서뿐만 아니라, 재료의 기계적인 조합의 점에 있어서도 본 발명의 조합(적층 구조)은 특히 우수한 것으로 되어 있다. 즉, 탄소 피막과 같이 고경도의 재료 표면에 역학적 응력이 가해졌을 때에는, 가능한 한 막의 계면에 응력이 집중되지 않도록 설계하는 것이 중요해진다. 그러기 위해서는, 각 층 사이의 영률에 극단적인 차이가 존재하지 않도록 하는 것도 중요해진다. 박막의 탄성률(영률)은, 성막 방법에 따라서도 크게 변화되기 때문에 일률적으로는 말할 수 없지만, 각 소재(막을 구성하는 각 소재)에 있어서 하기와 같은 범위가 된다.

Au : 80 ~ 120㎬

Pd : 110 ~ 150㎬

Ni : 200 ~ 250㎬

Cr : ~ 280㎬

W : ~ 400㎬

탄소 피막 : 200 ~ 300㎬

경질인 탄소 피막과, Cr이나 W에 대해, Au나 Pd 등은 유연한 재료이며, Ni는 이 중간적인 재료가 되어, 상기한 양자의 계면에 발생하는 응력을 완화시키는 작용을 기대할 수 있다. 이와 같이 Ni층과, Cr, Cr 합금, W, W 합금 중 적어도 1종을 포함하는 층(외측층)을 갖는 적층 구조의 층을 탄소 피막의 밀착층으로서 사용하는 것은, Au나 Pd를 포함하는 하지층에 대해 특히 유효하고 독특한 조합이다.

예를 들어, Au 상에 Cr/C계의 적층막을 코팅하는 경우, 부분적으로 막 박리가 발생하여 Au가 노출되었을 때에, Au와 합금화되기 쉬운 Sn이 부착되기 쉬워지고, 일단 부착된 경우에는 그 부분을 기점으로 하여 눈사람식으로 Sn이 부착되어 가게 된다. 이에 대해, Ni층을 1층 개재시키면, Ni와 Sn이 서로 고용한도가 낮아 그로 인해 반응성이 낮고, 결과적으로 상기와 같은 Cr/C계의 막에 부분적으로 결함이 발생하여 Ni층이 노출되었을 때에 있어서도, Sn과의 반응성이 Au에 비해 보다 낮으므로, Sn의 부착이 억제되어, 콘택트 저항 변동이 낮게 억제되게 된다.

상기와 같은 작용을 발휘하는 Ni층은, 기본적으로는 Ni로 이루어지는 것이지만, Cr, Fe, Co, V, Ti, P 등의 합금 원소를 50원자％ 이하(바람직하게는 10 내지 30원자％)로 포함하는 Ni 합금이라도 좋고, 이러한 Ni 합금(Ni기 합금)이라도, Ni로 이루어지는 층과 동일한 효과를 발휘한다.

또한, 상기 Ni층의 성분 조성으로서, 불가피하게 혼입되어 오는 미량 성분까지 규정하는 것은 아니고, 본 발명의 특성이 저해되지 않는 한, 그들 불가피적 불순물의 미량 혼입은 허용할 수 있다.

상기와 같은 Ni층은, 예를 들어 스퍼터링법 등에 의해 형성할 수 있다. 이 Ni층의 두께에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 밀착층으로서의 기능을 발휘시키기 위해서는 5㎚ 정도 이상으로 하는 것이 바람직하다. 단, 지나치게 두꺼워지면, 결정 성장에 의한 표면의 요철의 증가 등, 본 발명의 용도로는 바람직하지 않은 영향도 발현될 가능성이 있어, 5㎛ 이하로 하는 것이 좋다. Ni층의 두께는, 보다 바람직하게는 10㎚ 이상, 더욱 바람직하게는 30㎚ 이상, 또한 보다 바람직하게는 3㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 2㎛ 이하이다.

상기와 같은 Ni층은, Au, Au 합금, Pd 또는 Pd 합금을 포함하는 하지층의 표면에 밀착성 좋게 형성되지만, Ni층이 형성되는 하지층의 표면에는 플라즈마 클리닝 등의 전처리를 실시해도 좋다. 이에 의해, Ni층과 하지층의 밀착성이 더욱 양호해진다. 또한, 상기 하지층은, 상기한 바와 같이 Au, Au 합금, Pd 또는 Pd 합금을 포함하는 것이며, 이들은 도금 등에 의해 형성되지만, 탄소 피막을 형성하는 이외의 장소에서 전기 접점으로서 내구성을 포함하여 기능하면서, (Ni의 경우와 마찬가지로) 불필요하게 표면의 요철을 증가시키지 않는 범위라고 하는 이유에 의해, 그 두께는 바람직하게는 0.01㎛ 내지 5㎛ 정도, 보다 바람직하게는 0.5㎛ 내지 3㎛ 정도, 더욱 바람직하게는 1㎛ 내지 2㎛ 정도이다. 또한, 프로브의 기재 자체가, Au 합금, 혹은 Pd 합금이라도 좋다.

또한, 상기 하지층은, Au, Au 합금, Pd 또는 Pd 합금으로 실질적으로 이루어지는 것이 바람직하고, Au, Au 합금, Pd 또는 Pd 합금으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다. 여기서, Au 합금으로서는 Co, Ni, Ag, Pd, Pt, Cu 등과의 합금이며, Au의 농도가 통상 30원자％ 이상, 보다 바람직하게는 50원자％ 이상, 더욱 바람직하게는 70원자％ 이상이다. 또한, Au 합금에 있어서, Co, Ni, Ag, Pd, Pt, Cu 등의 합금 원소의 농도는, 바람직하게는 0.1 내지 50원자％이다. 또한 Pd 합금으로서는, Co, Au, Ag, Cu 등과의 합금이며, Pd의 농도가 통상 30원자％ 이상, 보다 바람직하게는 70원자％ 이상이다. 또한, Pd 합금에 있어서, Co, Au, Ag, Cu 등의 합금 원소의 농도는, 바람직하게는 0.1 내지 50원자％이다.

또한, 상기 하지층의 성분 조성으로서, 불가피하게 혼입되어 오는 미량 성분까지 규정하는 것은 아니며, 본 발명의 특성이 저해되지 않는 한, 그들 불가피적 불순물의 미량 혼입은 허용할 수 있다.

한편, 중간층에 있어서의 외측층(탄소 피막측층)은, Cr, Cr 합금, W, W 합금 중 적어도 1종을 포함하는 층(이하,「Cr, W 함유층」이라 하는 경우가 있음)으로 구성되지만, 이 층은 다양한 형태를 포함하는 것이다. 예를 들어, (a) 상기 Cr, Cr 합금, W, W 합금 중 어느 1층으로 구성되는 경우, (b) 종류가 다른 2층 이상을 적층하여 구성되는 경우, (c) 종류가 다른 2층 이상을 다수조 적층하여 더욱 다층으로 적층하는 경우 등이 있고, 그들 모두 채용할 수 있다.

또한, 상기 Cr, W 함유층의 성분 조성으로서, 불가피적으로 혼입되어 오는 미량 성분까지 규정하는 것은 아니며, 본 발명의 특성이 저해되지 않는 한, 그들 불가피적 불순물의 미량 혼입은 허용할 수 있다.

이 Cr, W 함유층의 두께(다층의 경우는, 합계 두께)는, 5㎚ 내지 2㎛ 정도가 바람직하고, 보다 바람직하게는 10㎚ 내지 300㎚ 정도이다. 스퍼터링 등의 방법에 의해 형성한 Cr, W 함유층은, 기둥 형상으로 성장하기 쉬운 성질이 있고, 두꺼운 막에서는 표면의 요철이 현저해져, 전기적 접점 부재로서의 용도에 있어서 바람직하지 않으므로, Ni층에 비해 바람직한 두께의 상한이 좁혀진다.

최표면에 형성되는 탄소 피막의 두께에 대해서는, 10㎚ 내지 10㎛ 정도가 바람직하고, 보다 바람직하게는 100㎚ 내지 2㎛ 정도이다. 내구성의 점에서는 두꺼운 것이 바람직하지만, 지나치게 두꺼우면 표면의 요철이 증가할 뿐만 아니라, 내부 응력으로 인해 막의 박리가 발생하거나, 전기 접점 부재로서의 특성(접촉 저항)에의 장해가 된다.

탄소 피막에는, 금속이나 그 탄화물이 함유되지만, 그 함유량은 탄소 피막의 전기 저항률을 결정하는 것이 된다. 또한, 접촉 단자의 형상이나 실효적인 접촉 면적, 검사시에 요구되는 접촉 저항치나 필요한 테스트 횟수에 의해, 함유량에는 최적의 값이 존재한다. 이러한 관점으로부터, 탄소 피막 중의 금속이나 그 탄화물의 함유량은 10 내지 30원자％ 정도가 바람직하고, 보다 바람직하게는 15 내지 25원자％ 정도이다.

또한, 탄소 피막 중에 함유시키는 금속은, 용이하게 탄화물을 형성하는 금속인 경우에는, 탄소 피막 중에 균일하게 분산되어, 비정질이며 균일한 상태로 유지되게 된다. 이러한 관점에서, 탄소 피막 중에 함유시키는 금속으로서는, W, Ta, Mo, Nb, Ti, Cr 등을 들 수 있고, 이들 금속 중 1종 이상을 사용할 수 있다. 이 중, 탄화물의 안정성이나 저렴하게 입수할 수 있는 것을 고려하면, W가 가장 바람직하다.

본 발명의 전기적 접점 부재에서는, Au, Au 합금, Pd 또는 Pd 합금을 포함하는 하지층 표면에, 소정의 적층 구조를 갖는 중간층을 개재하여, 금속 및/또는 그 탄화물을 함유한 탄소 피막을 형성하는 것을 기본 구조로 하는 것이지만, 필요에 따라서 상기 중간층과 탄소 피막 사이에, 기재측(즉, 중간층측)으로부터 탄소 피막층측으로 됨에 따라 탄소 함유량이 경사적으로 증가하는(그것에 따라서 탄소막 중의 금속 및/또는 그 탄화물의 함유량이 감소하는) 경사 조성층을 더 형성하는 것도 유용하다. 이러한 구성을 채용함으로써, 최표면의 탄소 피막과 상기 중간층의 밀착성을 더욱 높일 수 있다.

본 발명의 전기적 접점 부재는, 그 대표적인 형태로서 콘택트 프로브 핀을 들 수 있지만, 이러한 콘택트 프로브 핀에 한정되지 않고, 예를 들어 판 스프링 형태의 것이나 그 밖의 형태의 것도 포함되는 것이다. 즉, 이들 형태의 것이라도, 혼에 상당하는 개소가 존재하는 경우가 있어(예를 들어, 판 스프링의 에지부, 반구 형상의 돌기 등), 상기와 같은 전단력이 발생하는 경우가 있기 때문이다. 또한, 상기와 같은 콘택트 프로브 핀에 있어서도, 접촉 부분(피검체와 접촉하는 부분)의 형상은 다양한 것이 알려져 있고, 예를 들어 2분할, 3분할, 4분할된 것(혹은, 분할되어 있지 않은 것) 등이 있지만, 본 발명의 전기적 접점 부재는 그 전부를 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 합금을 포함하는 경우, 본 발명의 전기적 접점 부재를 적용하면, 특히 그 효과가 유효하게 발휘된다.

본 발명의 전기적 접촉 부재에서 사용하는 기재로서는, 예를 들어 베릴륨 구리(Be-Cu), 팔라듐(Pd) 또는 그 합금, 탄소 공구강 중 어느 하나로 이루어지는 것을 적용할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니며, 상기·후기의 취지에 적합한 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

(실시예)

[제1 실시예]

콘택트 프로브 핀에는 도 1에 도시하는 바와 같이, 선단부가 4분할된 스프링 내장 프로브를 사용하였다. 이 콘택트 프로브 핀은, 그 표면이 Au 도금된 것이며, 기재(1)는 Be-Cu제이다. 또한, 도 1은 그 선단부를 측면으로부터 투영한 상태를 모식적으로 도시한 것이고, 그 형상은 2개의 돌기로서 나타내어져 있다. 또한 도 1에 있어서, 부호 2는 하지층, 3은 Ni 또는 Ni 합금으로 이루어지는 내측층, 4는 Cr, Cr 합금, W, W 합금 중 적어도 1종을 포함하는 외측층, 5는 금속 및/또는 그 탄화물을 함유한 탄소 피막을 각각 나타내고 있다.

마그네트론 스퍼터링 장치에, 탄소(그라파이트) 타깃, Cr 타깃 및 Ni 타깃 각각을 배치하고, 그들에 대향하는 위치에, 콘택트 프로브 핀을 배치하였다.

스퍼터링 챔버를, 6.7×10^-4㎩ 이하까지 진공 배기한 후, Ar 가스를 도입하여 압력을 0.13㎩로 조정하였다. 기재에 고주파 전압을 인가함으로써, Ar 이온 에칭을 실시한 후, 기재와의 밀착층으로서 Ni를 두께 50㎚, Cr을 두께 50㎚ 적층하여 형성하고, 그 위에 다시 Cr과 카본(탄소)을 교대로 성막하면서, 서서히 탄소 피막의 비율을 증가시키는 경사 조성층(상기 도 1에서는 도시하지 않음)을 성막하고(두께 : 100㎚), 마지막으로 최표면의 탄소 피막의 성막시에는 투입 전력 밀도 5.66W/㎠로 W 칩을 적재한 그라파이트 타깃을 DC 마그네트론 방전시키고, 기재에는 -100V의 바이어스 전압을 인가하여, 약 400㎚(0.4㎛)의 두께로 코팅을 실시하였다. 이때, Ni층을 형성하지 않는 것 이외에는 상기와 마찬가지로 하여, 성막한 콘택트 프로브 핀에 대해서도 제작하였다(비교예).

상기 각 콘택트 프로브 핀과 동시에, 동일한 기재에 성막한 플레이트를 사용하여, 밀착력을 평가하는 스크래치 시험을 실시하였다. 스크래치 평가는, 시판되는 스크래치 테스터를 사용하여, 테이블 속도 10㎜/분, 부하 속도 : 40N/분과 100N/분의 2가지 조건으로 박리 하중(Au 하지층이 노출된 시점에서의 하중)을 측정함으로써, 밀착성을 평가하였다. 그 결과를, 도 2에 나타낸다(실시예의 것을「DLC/경사 조성/Cr/Ni」, 비교예의 것을「DLC/경사 조성/Cr」이라 각각 표시). 이 결과로부터 명백한 바와 같이, Ni층을 삽입한 것에서는 현저하게 밀착성이 향상되어 있는 것을 알 수 있다.

상기에서 형성한 각 탄소 피막이 형성된 콘택트 프로브 핀을 사용하여, 무연납(Sn＋3원자％Cu＋0.5원자％Ag)으로 이루어지는 전극에 대해, 10만회의 접촉을 행하여, 선단부의 막 박리의 모습을 관찰하였다. 또한, 막 박리에 의한 전기 저항치의 안정성의 유무를 확인하기 위해, 접촉마다 100㎃의 통전을 실시하고, 전기 저항치의 변화(저항치 변동)를 구하였다. 단, 저항의 측정은 100회에 1회로 하였다.

본 발명의 콘택트 프로브 핀을 사용하였을 때의 10만회의 접촉 후의 선단부의 상태를 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)(선단부의 상태를 나타내는 도면 대용 주사형 현미경 사진)에 나타낸다. 여기서, 도 3의 (b)는 도 3의 (a) 중에서 실선으로 둘러싸인 부분의 확대도이다. 또한, 이때의 전기 저항치의 변화(콘택트 횟수와 저항치 변동의 관계)를 도 4에 나타낸다.

비교예(Ni층을 형성하고 있지 않은 것)의 콘택트 프로브 핀을 사용하였을 때의 10만회 접촉 후의 선단부의 상태를 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)(선단부의 상태를 나타내는 도면 대용 주사형 현미경 사진)에 나타낸다. 여기서, 도 5의 (b)는 도 5의 (a) 중에서 실선으로 둘러싸인 부분의 확대도이다. 또한, 이때의 전기 저항치의 변화(콘택트 횟수와 저항치 변동의 관계)를 도 6에 나타낸다.

Ni층을 형성하지 않고 Cr층만을 중간층으로 한 것에서는, 표면의 탄소 피막이 박리되어 Au 합금의 표면이 노출되어 있는 것을 확인할 수 있었다[도 5의 (b)의 점선으로 둘러싸인 부분]. 그 영향으로 저항치 변동도 커져 있는 것을 알 수 있다(도 6). 저항치 변동의 허용치는 시험 대상의 종류 등에 따라 다르지만, 가령 500mΩ의 변화가 허용된다고 하면, 비교예에서는 1만회 정도가 한계이지만, 본 발명의 것에서는 10만회 이상의 접촉이 가능한 것을 알 수 있다.

[제2 실시예]

콘택트 프로브 핀으로서, Be-Cu제의 기재(1)의 표면에, Pd(하지층)가 도금된[제1 실시예와 마찬가지로 선단부가 4분할된 형상의 것] 것을 사용하는 것 이외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 Ni층, Cr층, 경사 조성층 및 탄소 피막을 차례로 형성하여, 탄소 피막이 형성된 콘택트 프로브 핀으로 하였다.

상기에서 형성한 탄소 피막이 형성된 콘택트 프로브 핀을 사용하여, 무연납(Sn＋3원자％Cu＋0.5원자％Ag)으로 이루어지는 전극에 대해, 10만회의 접촉을 행하여, 선단부의 막 박리의 상태를 관찰하는 동시에, 막 박리에 의한 전기 저항치의 안정성의 유무를 확인하기 위해, 접촉마다 100㎃의 통전을 실시하여, 전기 저항치의 변화(저항치 변동)를 구하였다(단, 저항의 측정은 100회에 1회). 이 콘택트 프로브 핀을 사용하였을 때의 전기 저항치의 변화(콘택트 횟수와 저항치 변동의 관계)를 도 7에 나타낸다. 그 결과, 막 박리에 의한 저항치 상승은 보이지 않고, 안정되어 있어, 6만회 정도까지 프로브의 클리닝 등 부가적인 처리를 행하는 일 없이 안정적인 측정이 가능한 것을 알 수 있다.

[제3 실시예]

콘택트 프로브 핀으로서, 기재(1)가 Pd 합금인 시판되는 콘택트 프로브 핀(제1 실시예와 마찬가지로 선단부가 4분할된 형상의 것)을 사용하는 것 이외에는, 제1 실시예와 동일하게 하여 Ni층, Cr층 경사 조성층 및 탄소 피막을 차례로 형성하여 탄소 피막이 형성된 콘택트 프로브 핀으로 하였다.

상기에서 형성한 탄소 피막이 형성된 콘택트 프로브 핀을 사용하여, 무연납(Sn＋3원자％Cu＋0.5원자％Ag)으로 이루어지는 전극에 대해, 10만회의 접촉을 행하여, 선단부의 막 박리의 상태를 관찰하였다. 그 결과, 막 박리는 관찰되지 않고, 제2 실시예와 동일한, 안정된 막의 밀착성이 확보되어 있는 것을 확인하였다.

[제4 실시예]

콘택트 프로브 핀으로서, 기재(1)가 Be-Cu, 그 표면이 Ni 및 Au로 순차 도금된 것이고[보다 상세하게는, 기재(Be-Cu) 상에, Ni 도금층, Au 도금층의 순으로 형성되어 있음], 또한 그 선단부 형상이 1정상점 뿐인, 시판되는 콘택트 프로브 핀을 사용하는 것 이외에는, 제1 실시예와 동일하게 하여 Ni층, Cr층, 경사 조성층 및 탄소 피막을 순차 형성하여, 탄소 피막이 형성된 콘택트 프로브 핀(4-1)으로 하였다. 또한, 이때 상기 Ni층을 50㎚로부터 2㎛로 변경한 콘택트 프로브 핀(4-2;Ni층 이외는 4-1과 완전히 동일)을 형성하였다.

콘택트 프로브 핀(4-1과 4-2)을 사용하여, IC의 전극의 1종인 Pd-PPF(Palladium Pre Plated Lead Frame;Cu 합금 기재 상에 Ni 도금 0.6㎛ 정도, Pd 도금, 최표면에 Au 극박층, 합쳐서 20㎚ 정도)와 동일한 적층 구조의 평판을 준비하고, 이에 대해 130℃의 조건에서, 콘택트 프로브 핀 설계의 스트로크로 10만회의 연속 콘택트를 행하였다(전류 등의 조건은 제1 실시예와 동일). 이때의 전기 저항치의 변화를 도 8[콘택트 프로브 핀(4-1)] 및 도 9[콘택트 프로브 핀(4-2)]에 나타낸다. 또한, 시험 후의 콘택트 프로브 핀 표면의 SEM 관찰 결과를 도 11의 (a) 내지 (d)[콘택트 프로브 핀(4-1)] 및 도 12의 (a) 내지 (d)[콘택트 프로브 핀(4-2)]에 나타낸다. 여기서, 도 11의 (a) 및 도 11의 (b)는 상면으로부터 본 SEM 관찰 결과이고, 도 11의 (b)는 도 11의 (a)의 실선으로 둘러싸인 부분의 확대도이다. 도 11의 (c) 및 도 11의 (d)는 측면으로부터 본 SEM 관찰 결과이고, 도 11의 (d)는 도 11의 (c)의 실선으로 둘러싸인 부분의 확대도이다. 마찬가지로, 도 12의 (a) 및 도 12의 (b)는 상면으로부터 본 SEM 관찰 결과이고, 도 12의 (b)는 도 12의 (a)의 실선으로 둘러싸인 부분의 확대도이다. 도 12의 (c) 및 도 12의 (d)는 측면으로부터 본 SEM 관찰 결과이고, 도 12의 (d)는 도 12의 (c)의 실선으로 둘러싸인 부분의 확대도이다.

Sn이나 Sn 합금 등에 비교하여 경질인 Pd-PPF에 콘택트한 경우에는, 본래 우수한 내구성을 나타내는 4-1의 DLC 코팅 콘택트 프로브 핀이라도, 접촉에 의한 큰 응력에 의해 DLC에 박리 등은 발생되어 있지 않지만, 프로브 핀 선단부의 변형이 보인다. 한편, Ni를 두껍게 한 4-2의 콘택트 프로브 핀에서는, 변형도 전혀 보이지 않는다. Ni층의 후막화에 의해 탄소 피막에 발생하는 응력을 완화시켜 파손이나 변형을 방지하여, 더욱 높은 내구성이 발휘되는 것에 의한 것이다.

[참고예]

제4 실시예에서 사용한 시판되는 콘택트 프로브 핀 자체, 즉 콘택트 프로브 핀(4-1, 4-2)과 같이 Ni층, Cr층, 경사 조성층 및 탄소 피막을 형성하지 않는 콘택트 프로브 핀[콘택트 프로브 핀(4-0)]을 사용하여, 제4 실시예와 동일하게 하여 10만회의 연속 콘택트를 행하였다. 이때의 전기 저항치의 변화를 도 10에 나타낸다. 또한, 시험 후의 콘택트 프로브 핀 표면의 SEM 관찰 결과를 도 13의 (a) 내지 (d)에 나타낸다. 여기서, 도 13의 (a) 및 도 13의 (b)는 상면으로부터 본 SEM 관찰 결과이고, 도 13의 (b)는 도 13의 (a)의 실선으로 둘러싸인 부분의 확대도이다. 또한, 도 13의 (b)에 기재된 Cu라 함은, 기재(Be-Cu) 유래의 Cu를 나타내고 있다. 도 13의 (c) 및 도 13의 (d)는 측면으로부터 본 SEM 관찰 결과이고, 도 13의 (d)는 도 13의 (c)의 실선으로 둘러싸인 부분의 확대도이다. 도 13의 (a) 내지 도 13의 (d)로부터 명백한 바와 같이 본 발명의 요건을 충족시키지 않는 콘택트 프로브 핀(4-0)에 있어서는 접촉에 의한 큰 응력에 의해 접촉 표면이 크게 깎여, 기재가 노출되어 있다. 이 참고예에 비교하여, 콘택트 프로브 핀(4-1)에서도 프로브의 변형은 현저하게 작아지고 마모나 소모도 없으므로, 프로브의 내구성이 크게 향상되어 있는 것을 알 수 있다. 콘택트 프로브 핀(4-2)에서는, 그 효과가 더욱 높은 것은 명백하다.

1 : 기재
2 : 하지층
3 : Ni 또는 Ni 합금으로 이루어지는 내측층
4 : Cr, Cr 합금, W, W 합금 중 적어도 1종을 포함하는 외측층
5 : 금속 및/또는 그 탄화물을 함유한 탄소 피막

Claims

혼을 갖는 선단부로 피검체에 반복 접촉하는 전기적 접점 부재이며,
기재와,
상기 선단부의 기재 표면에 형성되고, Au, Au 합금, Pd 또는 Pd 합금을 포함하는 하지층과,
그 하지층 표면에 형성된 중간층과,
상기 중간층의 표면에 형성되고, 금속 및 그 탄화물 중 적어도 하나를 함유한 탄소 피막을 포함하고, 또한,
상기 중간층은, Ni 또는 Ni 합금을 포함하는 내측층과, Cr, Cr 합금, W, W 합금 중 적어도 1종을 포함하는 외측층을 갖는 적층 구조인 것을 특징으로 하는, 전기적 접점 부재.
제1항에 있어서, 상기 탄소 피막 중에 포함되는 금속은, W, Ta, Mo, Nb, Ti 및 Cr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속인, 전기적 접점 부재.
제1항에 있어서, 상기 탄소 피막 중의 금속 및/또는 그 탄화물의 함유량은 10 내지 30원자％인, 전기적 접점 부재.
제1항에 있어서, 상기 탄소 피막의 두께는 10㎚ 내지 10㎛인, 전기적 접점 부재.
제1항에 있어서, 검사되는 피검체는 Sn 또는 Sn 합금을 포함하는 것인, 전기적 접점 부재.