TW202100765A - 經塗覆的銅/耐火金屬箔及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於量測電接觸之探針及用於電接觸晶片之接線，其中該探針或該接線係由箔片製造，該箔片具有100 µm的最大厚度且具有以下多層複合物：由銅及/或含有至少90重量%銅之銅基合金製成的Cu層，及由來自鈮及鉭族之耐火金屬製成之耐火金屬層，或由含有至少90重量%之至少一種耐火金屬之耐火金屬基合金製成的耐火金屬層，其中該多層複合物具有每10 µm厚度至少125個Cu層及125個耐火金屬層，其中該探針之厚度在2 µm與100 µm之間或該接線之橫截面在2 µm與100 µm之間。 本發明進一步係關於一種製造此類探針及此類接線的方法。

Description

經塗覆的銅/耐火金屬箔及其製造方法
本發明係關於一種用於量測電接觸之探針及用於電接觸晶片之接線，其中探針或接線由用於製成探針或接線之箔片製成，及一種製造此類箔片、此類探針或此類接線之方法。
探針用於大功率電子設備之製造、晶片及其他電性電路之接觸中，以便測試電接觸之質量(參見例如US 2014/0266278 A1及US 2010/0194415 A1)。目前，金屬或合金用於具有高電導率及熱導率以及高硬度及拉伸強度之探針。在本文中，純銅(100% IACS)之電導率充當參考。然而，出於此類目的，由於其延展性太強且針在使用期間將變形，而無法使用銅(Cu)。用於探針之典型材料為時效硬化之鈀銀合金，其含有10%金及10%鉑，且其例如以產品名稱Paliney® 7及Hera 648出售。然而，PtNi合金或銠亦可用作用於製造探針之箔片材料。對於在電導率、熱導率、拉伸強度及硬度之間具有最佳可能折衷點之此類金屬或合金，最大可能電導率為5-30% IACS。
然而，除探針之外，其他應用(尤其諸如接線)獲益於具有高電導率及熱導率且同時具有良好機械特性(諸如高硬度及拉伸強度)之材料。
大功率電子設備中之諸如探針或接合帶(接線)之應用需要高機械強度及硬度以及高電導率。在本文中，溫度穩定性或熱穩定性亦為非常重要的。出於此目的，目前使用沈澱硬化之銅合金(Cu合金)，其使用冷鑄、溶液退火、沈澱熱處理及軋製成厚度小於54 µm之薄帶進行處理。
由於沈澱硬化，沈澱硬化之Cu合金僅具有某一程度之熱穩定性，尤其係由於在使用期間出現的機械負載。此意謂其在增加之溫度下軟化且不再能夠實現其功能。尤其對於非常細的探針而言，由於由此產生之高電流密度，同時具有較小的散熱剖面，在使用期間可出現探針顯著升溫。對於加熱的探針而言，由於探針之電性及機械特性之顯著變化，在藉由探針量測及電接觸期間不會發生變化。出於此原因，目前，尤其對於細探針，使用更耐熱、較佳地固溶體硬化合金，諸如來自Cu及Be之彼等合金，然而其具有比沈澱硬化之Cu合金顯著較差的電導率。
WO 2016/009293 A1提出一種探針，其中一個探針在其尖端上由機械上堅硬的第一材料組成，且該針之剩餘部分由具有高電導率之第二材料組成。自US 2013/0099813 A1、EP 2 060 921 A1及US 2012/0286816 A1中已知類似的探針。此等探針之不足之處為探針在其長度上不再具有均勻的物理特性，且電導率及熱導率以及拉伸強度在很大程度上視兩種材料之間的結合而定。此外，一個區域中之低電導率無法簡單地藉由另一區域中之高電導率補償，此係由於電流必須通過兩個區域。
T. Nizolek, N.A. Mara, I.J. Beyerlein, J.T. Avallone, J.E. Scott及T.M. Pollock在Metallogr. Microstruct. Anal. (2014) 3, 470-476中之文章「Processing and Deformation Behavior of Bulk Cu-Nb Nanolaminates」提出一種由等份之銅及鈮製成的實心體，其經由銅片與鈮片之多次軋製及摺疊而獲得。由此製造之主體具有高機械硬度及彈性。此種材料亦描述於I.J. Beyerlein等人:「Interface-driven microstructure development andultra-high strength of bulk nanostructured Cu-Nb multilayers」J. Mater. Res.,第28卷，第13期，2013年7月14日中，且關於其機械特性進行研究。在本公開案中，論述了較強的機械特性。然而，尚未論述此材料之電特性。由於材料之不明確電導率，此無法簡單地用於製造探針。由此種材料製造細探針或接線亦將需要大量努力。此外，由於不均勻層結構，相關物理特性亦可取決於自材料切割探針或接線之方向。J.S. Carpenter, R.J. McCabe, S.J. Zheng, T.A. Wynn, N.A. Mara及I.J. Beyerlein在Metallurgical and Materials Transactions A (2014年4月)，第45A卷, 2192-2208中之文章「Processing Parameter Influence on Texture and Microstructural Evolution in Cu-Nb Multilayer Composites Fabricated via Accumulative Roll Bonding」描述一種軋製及摺疊50/50 CuNb合金之方法。不同的組成描述於S.C. Jha, R.G. Delagi, J.A. Forster及P.D. Krotz在Metallurgical and Materials Transactions A (1993年1月)，第24A卷, 15-20中之文章「High-Strength High-Conductivity Cu-Nb Microcomposite Sheet Fabricated via Multiple Roll Bonding」中，其中文章中提議經由非層壓澆鑄合金捆紮及拉製來製造線材。儘管以此方式製造之線材不具有電導率，但其的確具有良好的機械特性，諸如高硬度、耐熱性及拉伸強度。在S.C.V. Lim及A.D. Rollett於Materials Science and Engineering A 520 (2009) 189-195中之文章「Length scale effects on recrystallization and texture evolution in Cu layers of a roll-bonded Cu-Nb composite」中，參見織構研究純銅及合金銅在薄層中之再結晶。在N.A. Mara, D. Bhattacharyya, R.G. Hoagland及A. Misra於Science Direct, Scripta Materialia 58 (2008) 874-877中之文章「Tensile behavior of 40 nm Cu/Nb nanoscale multilayers」中，研究銅-鈮多層複合物之延伸行為。
因此，本發明之目標為解決先前技術之缺點。特定而言，將發現一種探針及一種接線，且將發現一種用於製造探針或接線之方法，其中探針或接線具有高電導率，而同時亦以簡單方式具有良好的機械特性，諸如高硬度、耐熱性及拉伸強度。
探針或接線可由箔片製成。塗覆方法不適用於製造此類箔，此係因為塗層無法簡單地自基板移除且經塗覆基板之物理特性不對應於塗層之彼等物理特性。同時，需要大量努力以製造具有必要厚度之塗層。
藉助於用於量測電接觸之探針或用於電接觸晶片之接線來達成本發明之目標，其中探針或接線由用於製造探針或接線之箔片製成，箔片具有100 µm之最大厚度且箔片具有以下之多層複合物： Cu層，其由銅及/或含有至少90重量%銅之銅基合金製成，及 由來自鈮及鉭族之耐火金屬製成之耐火金屬層，或由含有至少90重量%之至少一種鈮、鉭、釩、鎢、鉬及鉻族耐火金屬的耐火金屬基合金製成之耐火金屬層， 其中多層複合物具有每10 µm厚度至少125個Cu層及125個耐火金屬層，其中探針之厚度在2 µm與100 µm之間或其中接線之橫截面在2 µm與100 µm之間。
用於量測電接觸之探針或用於晶片之電接觸的接線較佳為箔條帶。在此處，可藉由切割或衝壓箔片來製造條帶。因此，探針較佳為寬度在2 µm與100 µm之間的用於製造探針或接線之箔條帶。以另外較佳的方式，接線為寬度在2 µm與100 µm之間的用於製造探針或接線之箔條帶。
理論上，來自第4亞族、第5亞族及第6亞族之所有耐火金屬可用作耐火金屬層，亦即鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、鉬(Mo)及鎢(W)。然而，鈮及鉭為較佳的，其中鈮較佳於鉭。因此，作為耐火金屬基合金，含有至少90重量%鈮之Nb基合金、含有至少90重量%鉭之Ta基合金及含有至少90重量% NbTa之NbTa基合金為較佳的。
關於箔片且亦關於根據本發明之方法給出之金屬，銅(Cu)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、釩(V)、鉬(Mo)及鎢(W)可以常用方式展示。可能的情況為Cu及Nb、Ta、V、Mo及/或W經視為包括常見雜質，尤其包括由熔化所引起之雜質。此類雜質由製造過程產生且通常以最大1重量%或更少之份額存在，較佳地以最大0.1重量%或更少之份額存在。
作為Cu層，可使用包括由熔化所引起之雜質的Cu或包括由熔化所引起之雜質的含有至少90重量% Cu之Cu基合金。
由包括由熔化所引起之雜質的Nb製成之Nb層可用作耐火金屬層，或可使用由包括由熔化所引起之雜質的含有至少90重量% Nb的Nb基合金製成之Nb層。
由包括由熔化所引起之雜質的Ta製成之Ta層可用作耐火金屬層，或可使用由包括由熔化所引起之雜質的含有至少90重量% Ta的Ta基合金製成之Ta層。
此外，包括由熔化所引起之雜質的含有至少90重量% NbTa的NbTa合金可用作耐火金屬層。
可較佳地規定銅或銅基合金含有低於20 ppm (百萬分率)硫、低於10 ppm鐵及低於10 ppm鎳。
亦可較佳地規定耐火金屬或耐火金屬基合金含有低於50 ppm鐵、低於50 ppm鎳及在每種情況下，低於10 ppm不為耐火金屬之化學元素。
亦可較佳地規定鈮或鈮基合金含有低於50 ppm碳、低於50 ppm氧、低於50 ppm氮、低於50 ppm鐵、低於50 ppm鎳及高達200 ppm鉭。
亦可較佳地規定鉭或鉭基合金含有低於50 ppm碳、低於50 ppm氧、低於50 ppm氮、低於50 ppm鐵、低於50 ppm鎳及高達200 ppm鈮。
較佳地可進一步規定鉭鈮合金含有低於50 ppm碳、低於50 ppm氧、低於50 ppm氮、低於50 ppm鐵及低於50 ppm鎳。
除此處所列舉之彼等雜質以外，其他雜質可低於5 ppm，較佳地低於1 ppm。
Cu層及耐火金屬層較佳地位於垂直於箔片厚度之平面上(亦即平行於箔片平面)的層中。
以尤其較佳的方式，將Cu層及耐火金屬層冷焊接在一起。
使用探針以藉由量測電導率來判定電接觸之存在。熟習此項技術者根據此專業術語而已知探針。
接線，亦稱為接合帶，用於晶片與積體電路之電接觸。
耐火金屬層不可為連續的，且亦可在箔片內形成空間上受限的島。Cu層亦可具有孔及有間斷之區域。然而，根據本發明，當耐火金屬層以及Cu層為連續時為較佳的。
然而，在本專利申請案之意義上，層(Cu層、耐火金屬層、Nb層、Ta層、NbTa層)不視為連續表面，且亦為有間斷之表面，且在耐火金屬層之情況下，亦作為以多個局部平坦夾雜物的形式存在之層。在此處，平坦夾雜物相對於平行於箔片厚度之方向可為平坦的。
較佳地，可規定箔片具有最大50 µm之厚度。對於具有此厚度之箔片，細探針及接線可自箔片直接切割或衝壓。
較佳地可規定箔片具有每10 µm厚度至少150個Cu層及150個耐火金屬層，尤其較佳地每10 µm厚度至少200個Cu層及200個耐火金屬層，極尤其較佳地每10 µm厚度至少500個Cu層及500個耐火金屬層。關於此等厚度，在每種情況下，箔片之機械特性得到進一步改善，而不會因此使所需電導率受影響。
較佳地，可規定箔片由多層複合物組成。箔片因而不具有除Cu層及耐火金屬層以外的其他組分。
箔片較佳為金屬箔。箔片亦可為經塗覆的金屬箔。
關於根據本發明之箔片，可規定耐火金屬層為Nb層，其由鈮或含有90重量%鈮之Nb基合金組成，或耐火金屬層為Ta層，其由鉭或含有至少90重量%鉭之Ta基合金組成，或耐火金屬層為NbTa層，其由含有至少90重量% NbTa之NbTa合金組成。
關於此等耐火金屬層，獲得特別硬的耐熱箔片，其較適合用作探針且亦用作接線。
此外，可規定Cu層在平行於箔片厚度之方向上連接到一起，尤其係冷焊接，或彼此鄰接，其中較佳地Cu層形成黏合基質，耐火金屬層經安置於該黏合基質中，其中以尤其較佳的方式，Cu層亦在平行於箔片厚度之方向上形成黏合基質。
因此，實現了箔片具有高電導率且同時藉由耐火金屬層機械穩定且硬化。由銅產生之高電導率及經由封閉的耐火金屬層實現之高硬度及耐熱性的此混合物，亦即箔片及由箔片製造之探針及接線之硬度，即使在高達200℃之高溫下亦使得箔片非常適合使用，尤其用於探針以及接線。平行於箔片厚度之方向較佳地垂直對準Cu層。
此外，可規定箔片在垂直於箔片厚度之平面上具有至少5×106 A/(V m)的電導率，較佳地在垂直於箔片厚度之平面上具有至少10×106 A/(V m)的電導率，尤其較佳地在垂直於箔片厚度之平面上具有至少20×106 A/(V m)的電導率。
因此，由於其高電導率及同時其高硬度及耐熱性，箔片高度適用於製造探針或用於製造接線。
在此處，較佳地在室溫下用四點量測法測定電導率。
較佳地，在平行於箔片厚度之方向上之電導率比垂直於箔片厚度之平面上的電導率低至少50%，較佳地最大為垂直於箔片厚度之平面上之尺寸的一半。
使用四點量測法進行量測。四點量測法，亦稱為四點量測或四端量測，為用於測定表面或薄層之表面電阻(亦即電阻)之方法。利用該方法，將四個量測點排成一列放在箔片之表面上，其中使已知電流在兩個外部點上流動，且利用兩個內部點，量測電位差(換言之，此等點之間的電壓)。由於方法係基於四線量測之原理，其很大程度上與量測端與表面之間的轉移電阻無關(開爾文電橋原理(Kelvin bridge principle))。相鄰量測端各自為等距的。表面電阻R 根據下式由所量測電壓U 及電流I 得出：
Figure 02_image001
為了由表面電阻R計算塗層材料的比電阻ρ ，將其乘以箔片之厚度d (層厚度)：
Figure 02_image003
電導率由比電阻之倒數產生。電導率較佳地在室溫(25℃)下量測。
可提供箔片在垂直於箔片厚度之平面上具有至少4 GPa之無壓痕硬度，較佳地在垂直於箔片厚度之平面上具有至少5 GPa的硬度。
在本文中，給定硬度與室溫(25℃)相關。為了量測，使用具有連續剛度量測測試單元(CSM)之奈米壓頭，可能藉由其在高達1,000℃之溫度下連續評估硬度。出於此目的，使用峰值為120 mN且公差為± 50 mN之連續增加的力。作為壓痕尖端，使用Berkovich碳化鎢尖端，或「Berkovich壓頭」。根據具有上文給出之參數的W. C. Oliver, G. M. Pharr, Journal of Materials Research, 1992, 1564及自J.M. Wheeler,等人Curr Opin Solid St M 19 (2015) 354-366已知的結構來進行奈米壓痕量測。
亦可規定箔片之多層複合物在平行於箔片厚度之方向上具有至少150的維氏硬度VH0.1，較佳地在平行於箔片厚度之方向上具有至少250的維氏硬度HV0.1。
在本文中，在箔片厚度之方向上用0.1N的力量測維氏硬度HV0.1。根據德國工業標準DIN EN ISO 6507-1:2018至-4:2018: DIN Deutsches Institut für Normung e.V.:金屬物質-維氏硬度測試-部分1:測試程序來量測維氏硬度。
關於此硬度，由箔片製造之探針可使用多次以量測觸點，而不會使其很大程度上變形或磨損。
根據本發明之一較佳實施例，可規定Cu層之最大層厚度及/或耐火金屬層之最大層厚度低於1 µm，較佳地低於100 nm。
因此，確保箔片之充分硬化。
如所呈現，最大層厚度視為最大局部層厚度。因此，可能為此情況且尤其係具有非常薄的層厚度，與垂直於箔片厚度之整個區域上平均的層厚度相比，實現了局部明顯更大的層厚度。可基於箔片之橫軸面部分使用光柵電子顯微鏡(raster electron microscope；REM)來測定層厚度。
由於製造(諸如摺疊)，平均層厚度在其尺寸方面亦可略微不同，且在此情況下變化至有限程度。
此外，可規定在箔片之整個多層複合物中耐火金屬層之比例介於3重量%與30重量%之間，較佳地在5重量%與25重量%之間，尤其較佳地在15重量%與20重量%之間。
箔片之多層複合物之質量剩餘部分較佳地歸屬於Cu層。
因此，可提供保證高電導率之銅基質或銅基合金基質，且同時經由足夠用於此目的之一定量的耐火金屬層來實現高機械強度。
此外，可規定Cu層由銀含量在2重量%與8重量%之間的銅基合金，較佳地CuAg3合金或CuAg7合金組成。
CuAg3合金為含有3重量%銀(Ag)且其餘為銅之銅基合金。CuAg7合金為含有7重量%銀且其餘為銅之銅基合金。此外，自然亦存在常見雜質。
此銀含量導致高電導率，同時增加Cu層之機械硬度。
根據進一步發展，可規定耐火金屬層在Cu層之間形成部分局部受限之夾雜物，其中較佳地，夾雜物在垂直於箔片厚度之寬度方向上延伸10 µm與1,000 µm之間，且在平行於箔片厚度之厚度方向延伸50 nm與20 µm之間，且/或其中較佳地，寬度方向上的夾雜物為垂直於箔片厚度之尺寸的至少兩倍，尤其係平行於箔片厚度之厚度方向上之尺寸的至少五倍。
因此，實現箔片之高機械硬化，而不會顯著降低Cu層之電導率。
較佳地，亦可規定，製造厚度為至少1 µm、較佳地厚度為至少3 µm且極尤其較佳地厚度為至少6 µm之箔片。
因此，確保了尤其由箔片製造之探針以及由箔片製造之接線具有足夠的厚度，以使得在探針及接線中不會出現過高的電流密度。因此，當傳導電流時，避免探針及接線之過度溫度升高。更薄的箔片僅可在大量額外努力之情況下使用冷軋製方法來製造。此外，更薄的箔片不可再以低成本進一步加工。
亦可規定Cu層及耐火金屬層之層厚度為1 nm至7 nm，較佳地1 nm至5 nm。
因此，獲得了特別穩定的化合物。
亦藉助於一種製造用於製造探針或接線之箔片的方法來達成形成本發明之基礎的目標，其特徵在於以下步驟： 1)     製備第一銅片或含有90重量%銅之銅基合金片或兩個第一銅片及/或含有至少90重量%銅之銅基合金片； 2)     製備第二鈮片或含有至少90重量%鈮之鈮基合金片或含有至少90重量%鉭之鉭基合金片或含有至少90重量%之至少一種鈮、鉭、釩、鎢、鉬及鉻族耐火金屬之耐火金屬合金； 3)     將第一薄片及第二薄片重疊或將第二薄片置放在兩個第一薄片之間； 4)     隨後冷軋製第一薄片及第二薄片或兩個第一薄片及第二薄片，使得此等薄片冷焊接在一起且形成多層複合物； 5)     藉由分離多層複合物、將多層複合物之部分重疊且冷軋製多層複合物之經重疊部分，或藉由將多層複合物折彎、將多層複合物之經折彎部分重疊且冷軋製多層複合物之經重疊部分來對多層複合物進行摺疊，其中重複摺疊至少七次，以便獲得多次摺疊之多層複合物；及 6)     視情況，將多次摺疊之多層複合物軋製至最大厚度100 µm，只要多次摺疊之多層複合物具有更大的厚度。
因此，在本發明之範疇內，摺疊亦視為一種方法步驟，其中將多層複合物切割成部分，且重疊經切割開之部分以便接著軋製該等重疊部分。
在本文中，可規定利用該方法製造根據本發明之箔片。
因此，該方法可產生與箔片相同的優勢。
此外，可規定在重疊第一薄片及第二薄片之前，至少將第一薄片及/或第二薄片之欲用於冷焊接的表面粗糙化，尤其藉助於刷塗粗糙化，或在將第二薄片置於兩個第一薄片之間之前，至少將第一薄片及/或第二薄片之欲用於冷焊接的表面粗糙化，尤其藉助於刷塗粗糙化，其中較佳地，將第一薄片或兩個第一薄片及/或第二薄片之欲用於冷焊接的所有表面粗糙化，尤其較佳地藉助於用金屬刷刷塗。
因此，多層複合物可互鎖，使得各層彼此更好地結合，且不太傾向於在垂直於箔片厚度之平面內分離，且因此形成相對於待製造之箔片厚度太厚的夾雜物。
亦藉助於可用此種方法獲得之箔片來達成形成本發明之基礎的目標。
形成本發明之基礎的目標進一步藉助於用於量測電接觸之探針來達成，該探針由根據本發明之箔片或用此方法製造，其中探針之厚度在2 µm與100 µm之間。
探針可在其表面上塗覆有金屬。較佳地，探針可在其表面上塗覆有金、銀、鉑、鈀或具有此等元素中之至少一者的基合金。
形成本發明之基礎的目標最終亦藉助於用於晶片之電接觸的接線而達成，該接線由根據本發明之箔片或用此方法製造，其中接線之剖面在2 µm與100 µm之間。
本發明係基於出人意料的發現：藉助於具有多個薄Cu層及多個薄耐火金屬層之多層複合物的100 µm厚箔片，有可能提供一種材料，可以簡單的方式自該材料切割或衝壓製成探針或接線，該等探針或接線沿其長度方向具有由銅產生之高電導率，而同時具有高硬度及耐熱性，其由當Cu層及耐火金屬層合併時在Cu層之間形成的一或多種耐火金屬之比例造成。經由將初始材料、銅及耐火金屬彼此冷軋製且摺疊，形成穩定的接合，該穩定接合在機械上相當適合用作探針且用作接線或接合帶。
將一者疊置於另一者上的薄片(諸如Cu-Nb-Cu)可由此彼此軋製，使得將其冷焊接且形成薄片形式之層壓多層複合物。此經分割，將一者疊置於另一者上且再次彼此軋製。隨著此等軋製步驟中之各者，層數目及邊界面(在此實例中Cu-Nb)數目加倍。在層數目超過500至1,000，或層厚度小於1 µm之情況下，由於邊界面或低層厚度，在冷固定時會出現額外的硬化效應。根據本發明使用此硬化效應，同時具有高電導率。
藉助於軋製製造之金屬多層複合物能夠實現在高溫下亦可保持(高耐熱性)的高電導率及高機械硬度之組合。
所使用之方法(亦稱為「累積軋製接合」或ARB)及發生的硬化效應，對於製造用作探針或接合帶之高導電材料之方法的使用為未知的，儘管其奈米結構具有良好的耐熱性。
除銅及鈮之外，所有合金對於製造不形成混合晶體(諸如Cu與Mo、Ta、W、Cr)之箔片為適合的且感興趣的。
本發明之例示性實施例參照不限制本發明的11個圖式說明於下，其中：
圖1展示經由冷焊接Cu-Nb多層複合物(N6)之橫截面之光柵電子顯微鏡(REM)記錄，該多層複合物在根據本發明製造箔片期間作為中間產物經摺疊六次。圖2至圖6以橫截面展示摺疊八次的Cu-Nb多層複合物(N8)、摺疊十二次的Cu-Nb多層複合物(N12)及摺疊十四次的Cu-Nb多層複合物(N14)。
圖7至圖10展示根據本發明之由Cu層(暗)及Nb層(亮)製成之箔片之橫截面的REM相片。箔片具有19重量%比例的Nb且剩餘部分為銅，包括常見雜質。
為了製造根據本發明之箔及多層複合物，首先使用冷軋製由兩個2 mm厚的銅片及一個1 mm厚的鈮片製造Cu-Nb多層複合物。銅片及鈮片在交付之前已經軋製。銅片由材料標籤為「CW008A」之OFE-Cu組成。鈮片由材料標籤為「R04200 1型」之鈮組成，且在Ta高達0.1%之情況下具有至少99.8%的Nb含量且由WHS Sondermetalle e.K交付。
經由多次摺疊、經由分離多層複合物、多層複合物之分離部分彼此疊置以及經由冷軋製多層複合物之彼此疊置部分，在多層複合物中產生增加數目之Cu層及Nb層。在室溫下進行冷軋製，其中軋輥來自Carl Wezel BW 300/350且軋製速度為8 m/min。
使用ARB方法製造多層複合物，如T. Nizolek等人:「Processing and Deformation Behavior of Bulk Cu-Nb Nanolaminates」, Metallogr. Microstruct. Anal. (2014) 3, 470-476中所描述。在製造多層複合物期間，使用N4 (摺疊四次)、N6 (摺疊六次)、N8 (摺疊八次)、N12 (摺疊十二次)及N14 (摺疊十四次)之ARB循環數值。為了製造箔片，接著使用冷軋製將此等箔片軋製至大約43 µm之厚度。在ARB程序期間，各別地抽取50-60%的隨機樣本。
根據圖7、圖9及圖10之箔片摺疊十二次且根據圖8之箔片摺疊十四次，且接著軋製直至其達成所需厚度。
出於檢查目的，藉助於光柵電子顯微鏡表徵層架構及微觀結構。出於此目的，多層複合物作為中間產物在平行於多層複合物之厚度的方向上研磨。同樣，在平行於箔片厚度之方向上研磨箔片。藉由後向散射電子形成REM之對比度，使得圖1至圖10中之鈮看起來比銅亮。此外，在箔片厚度之方向上進行維氏硬度量測，且在垂直於箔片厚度之方向上進行電導率量測。圖11中展示此程序之結果。
在圖4及圖6中所展示之放大圖中，可見與圖1所展示之Nb層相比，Nb層不再以多層複合物中之均勻厚的層呈現。實際上，藉由摺疊程序及冷軋製，已製造具有局部Nb夾雜物之層結構，圍繞該夾雜物置放Cu層。由於因Nb夾雜物所引起的Cu層變形且由於Nb夾雜物本身，同樣由於材料中之位移擴展減弱而發生多層複合物之緊致。同時，銅層在多層複合物中之不同位置處彼此接觸，使得電導率由銅決定性地地測定。然而，Nb層之完全分離不為合乎需要的，此係由於對於仍然存在之層結構，硬化效應更大。
在圖7至圖10中，可看出在多層複合物中形成局部Nb夾雜物(尤其參見圖7及圖9)。然而，箔片中之層結構仍無破損。在某些情況下，Nb層現在僅為20 nm厚(參見圖10)。
如圖11中可見，當已朝上摺疊八次(N8)時，得到比純銅(Cu)略微較高之維氏硬度，及與純銅相比僅略微降低的電導率。當摺疊十二次(N12)時及當摺疊十四次(N14)時，得到顯著更高的維氏硬度，其亦超出純鈮(Nb)之維氏硬度。同時，得到高於15 MS/m之電導率且因此不遠低於純銅之電導率，但超過純鈮之電導率。如關於N12及N14之量測所展示，進一步摺疊不一定導致顯著更高的維氏硬度，同時降低電導率。因此，根據本發明，十次至十四次摺疊(N10至N14)為較佳的。摺疊十二次(N12)為極尤其較佳的。
在箔片厚度之方向中用0.1 N的力來量測維氏硬度HV0.1，量測值展示於圖11中。根據德國工業標準DIN EN ISO 6507-1:2018至-4:2018: DIN Deutsches Institut für Normung e.V.:金屬物質-維氏硬度測試-部分1:測試程序來量測維氏硬度。此為維氏微硬度測試。
藉由四點量測法來測定電導率。
根據本發明之箔片N8且尤其N12及N14之特徵在於高硬度且同時具有良好的電導率。此外，箔片如此薄，厚度約為43 µm，自如此生產之箔片，可直接藉由自箔片中切割探針或接線來獲得探針或接線。然而，由於薄的Cu層及Nb層，在箔片之剖面上產生了很大程度上均勻的材料。由箔片製造之探針由於其硬度僅緩慢磨損，且同時良好的傳導電流以便測試觸點，使得在需要更換探針之前，可以高量測敏感度測試大量的電觸點。關於根據本發明之箔片的接線或接合帶，其僅引起低電阻損耗且同時亦可藉由較小剖面承受機械負載。因此，由於良好的電性接觸，在晶片之電接觸期間極少發生浪費。探針或接線可僅用抗氧化金屬塗覆以用於表面處理。在本文中，舉例而言，可使用金、鉑或鈀。
以上描述及申請專利範圍、附圖及例示性實施例中所揭示之本發明之特徵可單獨地或以在其不同實施例中實現本發明所需之任意組合形式必不可少。
圖1展示經由冷焊接Cu-Nb多層複合物之橫截面之光柵電子顯微鏡(REM)相片，該多層複合物在根據本發明製造箔片期間作為中間產物經摺疊6次； 圖2展示經由冷焊接Cu-Nb多層複合物之橫截面的REM相片，該多層複合物在根據本發明製造箔片期間作為中間產物經摺疊8次； 圖3展示經由冷焊接Cu-Nb多層複合物之橫截面的REM相片，該多層複合物在根據本發明製造箔片期間作為中間產物經摺疊12次； 圖4展示根據圖3之相片區域的放大圖； 圖5展示經由冷焊接Cu-Nb多層複合物之橫截面的REM相片，該多層複合物在根據本發明製造箔片期間作為中間產物經摺疊14次； 圖6展示根據圖5之相片區域的放大圖； 圖7展示經由根據本發明之由Cu層及Nb層組成之箔片之橫截面的REM相片，該箔片大約42 µm厚且已摺疊12次； 圖8展示經由根據本發明之由Cu層及Nb層組成之箔片之橫截面的REM相片，該箔片大約44 µm厚且已摺疊14次； 圖9展示根據圖7之相片區域的放大圖；以及 圖10展示根據圖7之相片區域的進一步放大圖；以及 圖11展示維氏硬度與電導率的圖解，其中根據本發明之不同箔片的量測值與純銅及純鈮的量測值進行了比較。

Claims (17)

  1. 一種用於量測電接觸之探針或用於電接觸晶片之接線，其中該探針或該接線係由用於製造探針或接線之箔片製造，該箔片具有100 µm之最大厚度且該箔片具有以下之多層複合物： Cu層，其由銅及/或含有至少90重量%銅之銅基合金製成，及 由來自鈮及鉭族之耐火金屬製成之耐火金屬層，或由含有至少90重量%之至少一種鈮、鉭、釩、鎢、鉬及鉻族耐火金屬的耐火金屬基合金製成之耐火金屬層， 其中該多層複合物具有每10 µm厚度至少125個Cu層及125個耐火金屬層， 其中該探針之厚度在2 µm與100 µm之間或該接線之橫截面在2 µm與100 µm之間。
  2. 如請求項1之探針或接線，其中 該等耐火金屬層為Nb層，其由鈮或含有至少90重量%鈮之Nb基合金組成，或 該等耐火金屬層為Ta層，其由鉭或含有至少90重量%鉭之Ta基合金組成，或 該等耐火金屬層為NbTa層，其由NbTa或含有至少90重量% NbTa之NbTa基合金組成。
  3. 如請求項1或2之探針或接線，其中 該等Cu層在平行於該箔片厚度之方向上連接，尤其為冷焊接，或彼此鄰接，其中較佳地，該等Cu層形成黏合基質，該等耐火金屬層經安置於該黏合基質中，其中以尤其較佳方式，該等Cu層亦在平行於該箔片厚度之該方向上形成黏合基質。
  4. 如請求項1或2之探針或接線，其中 該箔片在垂直於該箔片厚度之平面上具有至少5×106 A/(V m)的電導率，較佳地在垂直於該箔片厚度之該平面上具有至少10×106 A/(V m)的電導率，尤其較佳地在垂直於該箔片厚度之該平面上具有至少20×106 A/(V m)的電導率。
  5. 如請求項1或2之探針或接線，其中 該箔片之該多層複合物在平行於該箔片厚度之方向上具有至少150的維氏硬度(Vickers hardness) VH0.1，較佳地在平行於該箔片厚度之方向上具有至少250的維氏硬度HV0.1。
  6. 如請求項1或2之探針或接線，其中 該等Cu層之最大層厚度及/或該等耐火金屬層之最大層厚度低於1 µm，較佳地低於100 nm。
  7. 如請求項1或2之探針或接線，其中 在該箔片之該整個多層複合物中耐火金屬層之比例介於3重量%與30重量%之間，較佳地在5重量%與25重量%之間，尤其較佳地在15重量%與20重量%之間。
  8. 如請求項1或2之探針或接線，其中 該等Cu層由銀含量在2重量%與8重量%之間的銅基合金，較佳地CuAg3合金或CuAg7合金組成。
  9. 如請求項1或2之探針或接線，其中 該等耐火金屬層在該等Cu層之間形成部分局部受限之夾雜物， 其中較佳地，該等夾雜物在垂直於該箔片厚度之寬度方向上延伸10 µm與1,000 µm之間，且在平行於該箔片厚度之厚度方向上延伸50 nm與20 µm之間，及/或 其中較佳地，在該寬度方向上之該等夾雜物為垂直於該箔片厚度之尺寸的至少兩倍，尤其為平行於該箔片厚度之該厚度方向上之尺寸的至少五倍。
  10. 如請求項1或2之探針或接線，其中 該箔片之厚度為至少1 µm，較佳地厚度為至少3 µm，且極其較佳地為至少6 µm。
  11. 如請求項1或2之探針或接線，其中 該等Cu層及該等耐火金屬層之層厚度為1 nm至7 nm，較佳地1 nm至5 nm。
  12. 如請求項1或2之探針或接線，其中 該箔片具有每10 µm厚度至少150個Cu層及150個耐火金屬層，較佳地每10 µm厚度至少200個Cu層及200個耐火金屬層，尤其較佳地每10 µm厚度至少500個Cu層及500個耐火金屬層。
  13. 一種製造用於製造探針或接線之箔片的方法，其特徵在於以下步驟： 製備第一銅片或含有90重量%銅之銅基合金片或兩個第一銅片及/或含有至少90重量%銅之銅基合金片； 製備第二鈮片或含有至少90重量%鈮之鈮基合金片或含有至少90重量%鉭之鉭基合金片或含有至少90重量%之至少一種鈮、鉭、釩、鎢、鉬及鉻族耐火金屬之耐火金屬合金； 將該第一薄片及該第二薄片重疊或將該第二薄片置放在該兩個第一薄片之間； 隨後冷軋製該第一薄片及該第二薄片或該兩個第一薄片及該第二薄片，使得此等薄片冷焊接在一起且形成多層複合物； 藉由分離該多層複合物、將該多層複合物之部分重疊且冷軋製該多層複合物之經重疊部分，或藉由將該多層複合物折彎、將該多層複合物之經折彎部分重疊且冷軋製該多層複合物之經重疊部分來對該多層複合物進行摺疊，其中重複該摺疊至少七次，以便獲得多次摺疊之多層複合物；以及 若適宜，將該經多次摺疊之多層複合物軋製至最大厚度100 µm，直至該經多次摺疊之多層複合物具有更大的厚度。
  14. 如請求項13之方法，其中 藉由該方法製造如請求項1至12中任一項之箔片。
  15. 如請求項13或14之方法，其中 在重疊該第一薄片及該第二薄片之前，至少將該第一薄片及/或該第二薄片之欲用於冷焊接之表面粗糙化，尤其藉助於刷塗粗糙化，或 在將該第二薄片置放在該兩個第一薄片之間之前，至少將該第一薄片及/或該第二薄片之欲用於冷焊接之表面粗糙化，尤其藉助於刷塗粗糙化， 其中較佳地，將該第一薄片或該兩個第一薄片及/或該第二薄片之欲用於冷焊接之所有表面粗糙化，尤其較佳地藉助於用金屬刷刷塗。
  16. 如請求項13或14之方法，其中 製造厚度為至少1 µm、較佳地厚度為至少3 µm且尤佳厚度為至少6 µm之該箔片。
  17. 一種用於量測電接觸之探針或用於電接觸晶片之接線，其中該探針或接線係由箔片製造，該箔片可藉由如請求項13至16中任一項之方法，特定言之切割或衝壓獲得， 其中該箔片包含經多次摺疊之多層複合物，該經多次摺疊之多層複合物由銅或含有至少90重量%銅之銅基合金製成，及 由鈮或含有至少90重量%鈮之鈮基合金製成，或由鉭或含有至少90重量%鉭之鉭基合金製成，或由含有至少90重量%之至少一種鈮、鉭、釩、鎢、鉬及鉻族耐火金屬之耐火金屬合金製成； 其中該探針之厚度在2 µm與100 µm之間或其中該接線之剖面在2 µm與100 µm之間。
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