TW202403066A - 探測針用合金材料 - Google Patents
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Abstract
課題在於提供一種探測針用合金材料，其可抑制在探針檢測時檢測對象的電路連接部之銲料與探針材料之成分擴散。
解決手段在於一種探測針用合金材料，其特徵為包含大於20質量%60質量%以下之Pd、3質量%以上且小於20質量%之Ag、3質量%以上50質量%以下之Ni、3質量%以上74質量%以下之Cu。還有一種探測針用合金材料，其特徵為包含大於20質量%60質量%以下之Pd、20質量%以上35質量%以下之Ag、7質量%以上50質量%以下之Ni、3質量%以上53質量%以下之Cu。
Description
本發明係關於一種用於檢測半導體晶圓上的積體電路或液晶顯示裝置等的電氣特性之探測針用合金材料(以下簡稱為「探針材料」)。
在半導體晶圓上所形成的積體電路或液晶顯示裝置等之電氣特性之檢測中，係使用組裝有多個探針之插座或探針卡。此檢測係藉由使組裝於插座或探針卡中之探測針接觸積體電路或液晶顯示裝置等的電極或端子、導電部來進行。
此種探測針需要低接觸電阻與耐重複接觸之硬度。就探針材料而言，係使用鈹銅合金或鎢、鎢合金、鉑合金、鈀合金等。
專利文獻1中揭示一種由16%以上50%以下之銅、約35%至約59%之鈀、及4%以上之銀所構成之鈀合金(以下稱為AgPdCu合金)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 美國專利第1935897號說明書
[發明欲解決之課題]
以往，塑性加工性優異且會析出硬化之AgPdCu合金，因源自其硬度之形狀穩定性與低電阻率特性而被使用作為探針材料。但是，於使用在有關使用銲料(例如Sn-Bi系銲料)之電路連接部的情形，存在以下課題。也就是說，由於在檢測時探測針與銲料重複接觸、通電，所以因其焦耳熱等，而Sn等的銲料成分與探針材料的成分會相互擴散，有探測針尖端的耗損變快的傾向。在此情形，由於接觸電阻會突發性或經時性地變動，而發生檢測不良，因此會需要清潔或更換接觸的尖端部，而有降低檢測步驟的運轉率之問題。
於是，迫切要求開發具有抑制銲料成分之擴散的耐銲性(solder resistance)之探針材料。
本發明之目的係提供一種探針材料，其可抑制在探針檢測時檢測對象的電路連接部之銲料與探針材料之成分擴散。
[用以解決課題之手段]
發現一種探針材料，其特徵為包含大於20質量%60質量%以下之Pd、3質量%以上且小於20質量%之Ag、3質量%以上50質量%以下之Ni、3質量%以上74質量%以下之Cu，從而完成本發明。
還發現一種探針材料，其特徵為包含大於20質量%60質量%以下之Pd、20質量%以上35質量%以下之Ag、7質量%以上50質量%以下之Ni、3質量%以上53質量%以下之Cu，從而完成本發明。
上述之中，也可替代Cu的一部分，含有合計0.2質量%以上2.0質量%以下之In、Sn、Zn、Ga中的至少一種。
[發明之效果]
如依據本發明，則能提供一種探針材料，其抑制在檢測時檢測對象的電路連接部之銲料與探針材料之成分的擴散。
[用以實施發明的形態]
本發明之第1發明係一種探針材料，其特徵為包含大於20質量%60質量%以下之Pd、3質量%以上且小於20質量%之Ag、3質量%以上50質量%以下之Ni、3質量%以上74質量%以下之Cu。
又，本發明之第2發明係一種探針材料，其特徵為包含大於20質量%60質量%以下之Pd、20質量%以上35質量%以下之Ag、7質量%以上50質量%以下之Ni、3質量%以上53質量%以下之Cu。
上述之中，也可替代Cu的一部分，含有合計0.2質量%以上2.0質量%以下之In、Sn、Zn、Ga中的至少一種。
Pd的耐蝕性優異但在20質量%以下時其耐蝕性會不夠。另一方面，若Pd大於60質量%，則會因無法充分抑制銲料與探針材料的成分之擴散而不適合。
作為另一態樣，Pd含量可為22～55質量%。又，作為另一態樣，Pd含量可為25～50質量%。
藉由對合金添加Ni，有提升合金的耐銲性之效果。如根據實驗，則需要的添加量依照Ag含量而不同，
在第1發明，由於Ag添加量少至小於20質量%，所以Ni小於3質量%時，會無法充分抑制銲料與探針材料的成分之擴散，而若Ni大於50質量%，則在冷條件下的軋延與拉線等塑性加工會變得困難。
在第2發明，由於Ag添加量多至20質量%以上，所以Ni小於7質量%時，會無法充分抑制銲料與探針材料的成分之擴散，而若Ni大於50質量%，則在冷條件下的軋延與拉線等塑性加工會變得困難。
於第1發明之情形，作為另一態樣，Ni的含量可為5～40質量%。又，作為另一態樣，Ni的含量可為7質量%～35質量%。
於第2發明之情形，作為另一態樣，Ni的含量可為8～40質量%。又，作為另一態樣，Ni的含量可為10～35質量%。又，作為另一態樣，Ni的含量可為11～35質量%。
Ag藉由與Pd和Cu組合添加來提升時效硬化，但在小於3質量%的情形，效果不足，而若大於35質量%，則因無法充分抑制銲料與探針材料的成分之擴散而不適合。
於第1發明之情形，作為另一態樣，Ag可為4質量%～18質量%。
於第2發明之情形，作為另一態樣，Ag可為21～33質量%。
Cu除了電阻率低以外，藉由與Pd合金化，有提升硬度的效果。另一方面，若大量添加，則耐蝕性降低。因此，小於3質量%時，則得不到充分的硬度，若大於74質量%，則耐蝕性降低。
於第1發明之情形，作為另一態樣，Cu含量可為5～70質量%。又，作為另一態樣，Cu含量可為10～60質量%。另外，作為另一態樣，Cu含量可為15～50質量%。
於第2發明之情形，作為另一態樣，Cu含量可為5～47質量%。又，作為另一態樣，Cu含量可為10～40質量%。
添加In、Sn、Zn、Ga中的至少一種，會進一步提升時效硬化，但小於0.2質量%時，與無添加幾乎沒有差別，而添加大於2質量%時，在冷條件下的軋延與拉線等塑性加工會變得困難。
作為另一態樣，In、Sn、Zn、Ga中的至少一種之合計含量可為0.3～1.5質量%。
對於本發明之合金來說，重要的是抑制因銲料與探針材料的成分之擴散而探測針尖端耗損的現象，硬度沒有必要到現有的AgPdCu合金之程度，但隨著檢測次數增加，接觸面有時會機械性崩潰，所以希望為堅硬的。可於200HV以上使用，但本發明之合金能得到250HV以上之硬度。硬度除了因加工所致的加工硬化以外，也可為因時效所致的硬度提升。
本發明之合金中，銲料與探針材料的成分之擴散會被抑制，推測是因為以下原因。也就是說，茲認為：由於添加進探針材料中的Ni在銲料與探測針的接觸界面形成Sn-Ni等薄且緻密的金屬間化合物層，而發揮妨礙銲料與探針材料的成分之擴散的效果，抑制了探測針尖端容易被耗損掉這件事。
[實施例]
對本發明實施例進行說明。
首先，將Ag、Pd、Cu、Ni、In、Sn、Zn、Ga調配成如表1之組成後，於氬氣體環境中以電弧熔解法熔解，製作出各合金錠。將實施例及比較例的合金的組成與各自的特性示於表1。
將上述各合金錠反覆軋延、熱處理，製作軋延率[＝((軋延前的厚度－軋延後的厚度)/軋延前的厚度)×100]為75%之板材，作為用於評價硬度及耐銲性之測試片。
此時，作為加工性調查，將能製作軋延率75%的板材者評價為○、將不能製作者評價為×。對於無法製作軋延率75%的板材、加工性為×之合金組成(比較例4、比較例9)，不實施之後的測試。
關於所製作的各合金之測試片，進行下述評價，將其結果示於表2。
硬度係將測試片的截面的中心用微小維克氏硬度試驗機(Micro-Vickers hardness tester)，以荷重200gf、保持時間10秒之條件進行測定。將此時的硬度稱為「加工材料硬度」。另外，將經300～400℃、1h時效處理過的測試片(稱為時效材料)的截面的中心用微小維克氏硬度試驗機，以荷重200gf、保持時間10秒之條件進行測定。將此時的硬度稱為「時效材料硬度」。
耐銲性係將Sn-Bi系銲料放在測試片(10mm×10mm×厚度0.5mm)上，於N
2氣體環境中，以250℃、1h之條件進行熱處理，在測試片上使銲料熔化。熱處理後，將測試片嵌入樹脂而露出截面，以EPMA將銲料與測試片的界面在垂直方向進行線分析。將藉由來自銲料的Sn、來自合金的Pd的相互擴散而Sn及Pd共存的層作為擴散層，測定其厚度。
所測定的擴散層之厚度越薄，則判斷為耐銲性越高，將擴散層的厚度小於100μm之合金評價為◎、100～200μm的合金評價為○、200μm以上的合金評價為×。將評價結果示於表2。
電阻率係將軋延率[＝((軋延前的厚度－軋延後的厚度)/軋延前的厚度)×100]加工至90%之板材作為測試片。電阻率係於室溫測定各試料的電阻，依據式1算出。
式1：電阻率=(電阻×截面積)／測定長度
[表1]
表1
| No. | 組成(質量%) | 加工性 | |||||||
| Ag | Pd | Cu | Ni | In | Sn | Zn | Ga | ||
| 實施例1 | 3 | 45 | 42 | 10 | ○ | ||||
| 實施例2 | 5 | 43 | 42 | 10 | ○ | ||||
| 實施例3 | 15 | 33 | 42 | 10 | ○ | ||||
| 實施例4 | 20 | 30 | 40 | 10 | ○ | ||||
| 實施例5 | 30 | 30 | 30 | 10 | ○ | ||||
| 實施例6 | 10 | 38 | 22 | 30 | ○ | ||||
| 實施例7 | 10 | 45 | 40 | 5 | ○ | ||||
| 實施例8 | 25 | 40 | 25 | 10 | ○ | ||||
| 實施例9 | 25 | 30 | 15 | 30 | ○ | ||||
| 實施例10 | 10 | 40 | 39.5 | 10 | 0.5 | ○ | |||
| 實施例11 | 10 | 40 | 39.5 | 10 | 0.5 | ○ | |||
| 實施例12 | 10 | 40 | 39.5 | 10 | 0.5 | ○ | |||
| 實施例13 | 10 | 40 | 39.2 | 10 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | ○ |
| 實施例14 | 10 | 40 | 38.5 | 10 | 1.5 | ○ | |||
| 實施例15 | 22 | 40.5 | 27 | 10 | 0.5 | ○ | |||
| 實施例16 | 25 | 40 | 24.5 | 10 | 0.5 | ○ | |||
| 實施例17 | 25 | 40 | 24.5 | 10 | 0.5 | ○ | |||
| 實施例18 | 25 | 40 | 24.5 | 10 | 0.5 | ○ | |||
| 實施例19 | 25 | 40 | 24.2 | 10 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | ○ |
| 實施例20 | 25 | 40 | 23.5 | 10 | 1.5 | ○ | |||
| 比較例1 | 24.5 | 45 | 30 | 0.5 | ○ | ||||
| 比較例2 | 40 | 30 | 20 | 10 | ○ | ||||
| 比較例3 | 10 | 47 | 42 | 1 | ○ | ||||
| 比較例4 | 10 | 20 | 10 | 60 | × | ||||
| 比較例5 | 25 | 40 | 29 | 6 | ○ | ||||
| 比較例6 | 24.3 | 44.5 | 29.7 | 1 | 0.5 | ○ | |||
| 比較例7 | 23.8 | 43.6 | 29.1 | 3 | 0.5 | ○ | |||
| 比較例8 | 23.3 | 42.7 | 28.5 | 5 | 0.5 | ○ | |||
| 比較例9 | 25 | 40 | 22.5 | 10 | 2.5 | × | |||
| 比較例10 | 75 | 15 | 10 | ○ |
[表2]
表2
| No. | 電阻率 μΩ・cm | 加工材料硬度 HV | 時效材料硬度 HV | 擴散層的厚度 μm | 擴散層厚度 評價 |
| 實施例1 | 46 | 300 | 320 | 20 | ◎ |
| 實施例2 | 44 | 310 | 330 | 20 | ◎ |
| 實施例3 | 46 | 290 | 330 | 15 | ◎ |
| 實施例4 | 44 | 300 | 330 | 45 | ◎ |
| 實施例5 | 44 | 280 | 320 | 65 | ◎ |
| 實施例6 | 38 | 350 | 370 | 10 | ◎ |
| 實施例7 | 35 | 330 | 350 | 25 | ◎ |
| 實施例8 | 30 | 320 | 350 | 40 | ◎ |
| 實施例9 | 25 | 320 | 340 | 10 | ◎ |
| 實施例10 | 39 | 340 | 370 | 20 | ◎ |
| 實施例11 | 38 | 330 | 360 | 20 | ◎ |
| 實施例12 | 41 | 330 | 370 | 20 | ◎ |
| 實施例13 | 40 | 330 | 380 | 15 | ◎ |
| 實施例14 | 42 | 340 | 360 | 30 | ◎ |
| 實施例15 | 34 | 330 | 370 | 15 | ◎ |
| 實施例16 | 39 | 320 | 370 | 20 | ◎ |
| 實施例17 | 38 | 310 | 360 | 25 | ◎ |
| 實施例18 | 29 | 320 | 360 | 20 | ◎ |
| 實施例19 | 30 | 320 | 370 | 20 | ◎ |
| 實施例20 | 38 | 340 | 360 | 30 | ◎ |
| 比較例1 | 25 | 350 | 550 | 600 以上 | × |
| 比較例2 | 39 | 270 | 320 | 215 | × |
| 比較例3 | 27 | 320 | 340 | 600以上 | × |
| 比較例5 | 28 | 320 | 360 | 240 | × |
| 比較例6 | 26 | 340 | 540 | 370 | × |
| 比較例7 | 31 | 350 | 460 | 600以上 | × |
| 比較例8 | 27 | 340 | 410 | 360 | × |
| 比較例10 | 43 | 290 | 300 | 600以上 | × |
由以上結果可知，依照本發明所製作的合金具有高耐銲性，且兼具探針材料所被要求的硬度、時效硬化能力及電阻率。因此，能夠依照本發明而提供適合作為具有耐銲性的探針材料之材料。
無
無
無。
Claims (4)
- 一種探測針用合金材料，其特徵為包含 大於20質量%60質量%以下之Pd、 3質量%以上且小於20質量%之Ag、 3質量%以上50質量%以下之Ni、 3質量%以上74質量%以下之Cu。
- 如請求項1之探測針用合金材料，其替代Cu的一部分，含有0.2質量%以上2.0質量%以下之In、Sn、Zn、Ga中的至少一種。
- 一種探測針用合金材料，其特徵為包含 大於20質量%60質量%以下之Pd、 20質量%以上35質量%以下之Ag、 7質量%以上50質量%以下之Ni、 3質量%以上53質量%以下之Cu。
- 如請求項3之探測針用合金材料，其替代Cu的一部分，含有0.2質量%以上2.0質量%以下之In、Sn、Zn、Ga中的至少一種。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| JP2022052781A JP2023145888A (ja) | 2022-03-29 | 2022-03-29 | プローブピン用合金材料 |
| JP2022-052781 | 2022-03-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202403066A true TW202403066A (zh) | 2024-01-16 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| TW112107489A TW202403066A (zh) | 2022-03-29 | 2023-03-02 | 探測針用合金材料 |
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2023
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- 2023-03-02 TW TW112107489A patent/TW202403066A/zh unknown
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