TW202409304A

TW202409304A - 用於探針之帶形複合材料

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Publication number: TW202409304A
Application number: TW112125953A
Authority: TW
Inventors: 喬納斯費歇爾; 馬克史曼
Original assignee: 德商賀利氏德國有限責任兩合公司
Priority date: 2022-08-16
Filing date: 2023-07-12
Publication date: 2024-03-01

Abstract

本發明係關於一種用於生產探針之帶形夾層複合材料，其中一內核心層(1)經配置在二個外覆蓋層(2, 3)之間，其中該內核心層(1)由包含至少30wt.%之鈀的一鈀合金或包含至少30wt.%之鉑的一鉑合金組成，且其中該二個外覆蓋層(2, 3)由包含至少90wt.%之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅合金及/或包含至少70wt.%之銀的銀合金組成。本發明亦關於一種探針、一種接合帶、一種探針陣列、及一種用於生產一複合材料的方法。

Description

用於探針之帶形複合材料

本發明係關於帶形夾層狀層疊複合材料，用於半導體元件之電子測試的探針可自其衝壓或切割，及自此一帶形夾層狀層疊複合材料產生或使用此一帶形夾層狀層疊複合材料的探針、接合帶、及探針陣列。

本發明亦關於用於從來自帶的二種不同材料產生此一帶形夾層狀層疊複合材料的方法。

除了探針外，亦可從該複合材料製造從與探針相同的物理性質獲益的接合帶或接合導線。接合帶係帶形接合導線。

在晶片生產期間，在處理之後，藉由探針直接接觸晶圓，以測試未切割狀態之積體電路(IC)的功能性。在此情形中，在個別晶片結構化之後，探針陣列測試半導體晶圓的功能性。探針固定在與該晶圓之設計匹配的測試卡（探針卡）中。在測試程序中，將晶圓壓在探針上，並建立探針與IC的銲墊之間的接觸。接著測試各種參數，諸如接觸、高電流密度下的電特性、及在溫度變化期間的電行為。

因此，探針用於生產電力電子器件，晶片及其他電路之接觸以供測試電接觸件之品質（參見例如US 2014/0266278 A1及US 2010/0194415 A1）。

在電力電子器件上的應用（諸如探針或接合帶）除了需要高導電率外，亦需要高機械強度及硬度。此外，耐溫性或抗熱性亦非常重要。

良好探針的關鍵參數係高導電率（因為必須在用於電力電子器件之IC的測試期間傳輸高電流）以及高硬度（以保持低維護間隔）。額外地，探針及接合帶從產生良好彈簧性質的低彈性模數(m _E)及高降伏強度(Rp _0.2)獲益。高導熱率招致良好的熱能耗散，且因此招致儘可能地低的電阻的額外熱增加。合適的硬度、彈性模數、及降伏強度係必要的，以首先保持低維護間隔並其次實現探針的良好彈簧性質。

純銅的導電率(100% IACS = 58.1 * 10 ⁶S/m)用作判定導電率的參考。然而，因為純銅(Cu)及純銀(Ag)明顯地太過柔軟且探針將在使用期間變形，其等不能用於此等目的。

在電力電子器件上的應用（諸如探針或接合帶）除了需要高導電率外，亦需要高機械強度及硬度。在此情形中，耐溫性或抗熱性亦非常重要。

目前將經析出硬化的銅合金、銠合金（Rh合金）、或鈀合金（Pd合金）使用為探針的材料，其等藉由冷激澆鑄、溶解退火、析出熱處理、及輥壓以形成具有小於55µm之厚度的薄帶。

已知鈀合金用於使用在金墊上，諸如來自公司Deringer Ney的Paliney® H3C或來自公司Advanced Probing的NewTec®。用於探針的一般材料係可含有10wt.%之金及10wt.%之鉑且以例如產品名稱Paliney® 7、Hera 6321、及Hera 648銷售的經析出硬化鈀-銀合金。US 2014/377 129 A1及US 5 833 774 A揭示用於電應用的經硬化Ag-Pd-Cu合金。這些合金具有400至500HV的高硬度。然而，在9至12% IACS，導電率相當低。在探針的情形中，高導電率係關鍵因素。

為了在鋁墊上進行測試，廣泛使用由材料鎢、碳化鎢、鈀銅銀合金、及鎢錸所製成之探針。後者尤其硬，鋁墊比金墊更堅固，且能夠比金墊更佳地承受使用硬針的測試。此等探針亦不具有非常高的導電率。具有較高導電率的合金（諸如CuAg7）比鈀銀合金或鈀-銅-銀合金的硬度低（大約320HV1）且更不耐熱。

此外，在市場上存在用於探針的PtNi30合金。US 2010/0239453 A1及EP 2-248 920 A1揭示用於產生探針的低摻雜銥合金。

US 2006/0197542 A1揭示用於產生探針的鉑基底合金。該等合金具有在300HV與500HV之間的高硬度，以能夠藉由配置在金墊上的漆層產生良好接觸。

原則上合適的鈀-銅-銀合金已從US 1 913 423 A及GB 354 216 A得知。鈀-銅-銀合金可形成具有超晶格的結構，其導致合金的導電率及機械穩定性上的改善。接著，晶格中之原子不再隨機分布，但其依週期性結構（超晶格）排列。結果，具有多於350HV1之硬度（根據DIN EN ISO 6507-1:2018至-4:2018，以9.81 N（1公斤力）測試力進行的維克氏硬度測試）、高於19.5% IACS的導電率、及至多1500MPa的斷裂強度係可行的。雖然鈀合金（諸如從EP 3 960 890 A1得知的鈀-銅-銀-釕/銠合金）及從先前技術得知的鉑基底合金即使在高溫下仍具有非常良好的機械性質，導電率及導熱率與銅及銅合金相比較不良好。

然而，PtNi合金（鉑-鎳合金）或銠(Rh)亦使用為用於探針生產之膜的材料。在表示導電率、導熱率、拉伸強度、與硬度之間的最佳可能折衷的此類金屬或合金的情形中，最大可能導電率係5%至30% IACS，且因此與銅相比相當低。

US 10 385 424 B2揭示額外含有至多5wt.%之錸的鈀-銅-銀合金。此鈀-銅-銀合金係以產品名稱Paliney® 25銷售。以此方式，導電率可顯著增加且達到大於19.5% IACS之值。然而，此處的缺點係錸具有3180℃的極高熔點，且因此必須以複雜方式與其他金屬合金化。

WO 2016/009293 A1提出將由機械堅硬的第一材料組成的尖端配置在探針之前側上的探針，且探針的其餘部分由具有高導電率的第二材料組成。類似探針亦從US 2013/0099813 A1、US 2016/0252547 A1、EP 2 060 921 A1、及US 2012/0286816 A1得知。US 2019/0101569 A1提出包含此一尖端的護套導線，尖端僅緊固至護套導線的導線芯。在此情形中，護套導線應具有具有單一塗層的導線芯。此處的缺點係探針在其長度上不再具有均質物理性質，且導電率及導熱率還有拉伸強度皆非常顯著地取決於二種材料之間的接合。額外地，因為電流必須通過二個區域，如同電阻器之串聯電路的情形，一個區域中的低導電率無法簡單地由另一區域中的高導電率補償。

作為用於生產探針或接合導線的複合導線，可能使用例如全部塗佈的導線，其可藉由連續輥壓程序或借助伽凡尼塗層生產為稱為護套導線或雙導線者。例如，此等複合導線在內部可具有以貴金屬合金（例如，Hera238）塗佈的非貴金屬（例如，Cu合金（諸如CuBe2）），以在滑環傳輸器中的滑動接觸件或亦在微型開關中的切換接觸件的情形中能夠用於接觸技術的應用，如DE 10 2019 130 522 A1中所描述的。

為改善探針的導電率，目前亦將純銅流電地沈積在鈀合金上。用於生產作為探針之護套導線的銠基底合金的伽凡尼塗層從EP 3 862 759 B1得知。其他經塗佈探針從WO 2016/107729 A1、US 2017/0307657 A1、及US 2014/0176172 A1得知。

此處的缺點係純銅僅具有低硬度及低耐熱性及不良的彈簧性質，由於此，以此方式從鈀合金及銅產生的複合材料的機械性質受負面影響。

因此改善經流電塗佈鈀合金，使得可在沒有複合材料的機械性質及自其產生之探針或接合帶的機械性質同時劣化的狀況下或在該等機械性質的劣化降低的狀況下達成導電率上的改善將係所欲的。

因此，本發明之目標為克服先前技術之缺點。具體而言，應找到用於半導體元件之電子測試的探針自其產生（且具體而言藉由衝壓或切割）的複合材料以及用於產生此一複合材料的方法，其中複合材料與鈀合金相比具有經改善導電率而沒有採如以純銅流電地塗佈鈀合金之情形之此一方式之此程序中的機械性質（具體而言拉伸強度及熱拉伸強度且較佳地還有硬度）劣化。該複合材料及該方法的實現應係簡單及不昂貴的，且應適用於量產。探針及接合帶應能夠以儘可能簡單且有成本效益的方式從複合材料生產，較佳地意圖使探針的尖端由硬鈀合金或鉑合金組成。此外，複合材料在複合材料的材料之間應具有儘可能機械穩定的接合。

本發明的目的係藉由如請求項1的複合材料、藉由如請求項9的探針或接合帶、藉由如請求項11的探針陣列、藉由如請求項12的複合物、探針、或探針陣列的用途、及藉由如請求項13的方法實現。較佳實施例揭示在附屬請求項2至8、10、14及15中。

本發明的目的係藉由一種用於生產用於半導體元件之電子測試之探針的複合材料達成，該複合材料係帶形的並藉由二個相互平行的主表面定界，該複合材料垂直於該等平行主表面層疊且具有包含一內核心層及二個外覆蓋層的一夾層構造，該內核心層經配置在該二個外覆蓋層之間，且該內核心層在二個相對側上穩固地連接至該二個外覆蓋層，該二個外覆蓋層形成該等平行主表面，該內核心層由包含至少30wt.%之鈀的一鈀合金或由包含至少30wt.%之鉑的一鉑合金組成，且該二個外覆蓋層由包含至少90wt.%之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅合金、或由包含至少70wt.%之銀的一經析出硬化及/或散布硬化銀合金、或由包含至少90wt.%之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅合金及包含至少70wt.%之銀的一經析出硬化及/或散布硬化銀合金組成。

經析出硬化的銅合金及銀合金導致高硬度及拉伸強度。

即使在高溫下，經分散硬化的銅合金及銀合金導致高硬度及拉伸強度。

經析出硬化及/或散布硬化銅合金及經析出硬化及/或散布硬化銀合金二者可皆係經析出硬化及經散布硬化的。

在合金析出硬化的情形中，合金中的析出係由溫度處理所導致。在合金散布硬化的情形中，分散物分布於合金中。分散物在固化之前可分散為熔融物中的粒子。此類分散物經常係氧化物或硼化物，根據本發明，較佳地係金屬氧化物。

平行主表面形成帶形複合材料的最大表面。平行主表面較佳地形成帶形複合材料之表面的至少50%，尤其較佳地平行主表面形成帶形複合材料之表面的至少90%，非常尤其較佳地平行主表面形成帶形複合材料之表面的至少99%。

帶形複合材料較佳地在初步近似中或在良好近似中採扁平長方體的形狀。

二個外覆蓋層可由不同的銅合金或銀合金組成。二個外覆蓋層的一者由銅合金組成且二個外覆蓋層的另一者由銀合金組成亦係可行的。然而，較佳地根據本發明，二個外覆蓋層係由相同的銅合金或銀合金組成，尤其較佳地相同的銅合金。

彼此平行的主表面不必形成數學意義上的完全平行或平面平行表面。若彼此平行的主表面相對於彼此至多傾斜至多5°的角度就足夠。較佳地，彼此平行的主表面以至多1°的角度相關於彼此傾斜。

彼此平行的主表面較佳地亦係平面平行的。

較佳地，彼此平行的主表面係平面表面。此處，平坦表面亦不意指平坦至原子範圍的表面，而係如在輥壓期間產生的平坦表面。

探針及接合帶可藉由垂直於平行主表面或亦可藉由對角於平行主表面切割複合材料的帶而從帶形複合材料生產。額外地，針的一端可係尖頭狀的，且較佳地採內核心層的材料形成探針之尖端的此一方式。藉由將尖端按壓至待檢查的半導體表面上並經由探針測量導電率，此尖端接著可用以相關於其導電率測試半導體結構。

在本情形中，將雜質理解為意指由涉及之所有元素的合成所造成的雜質。

若可將材料使用為探針，則其亦適合使用為接合帶或接合導線。

內核心層及二個外覆蓋層較佳地係金屬。

即使在高溫（大約300℃），經析出硬化及散布硬化的銅合金及銀合金導致複合材料的高硬度及拉伸強度。

可較佳地提供內核心層連接至二個外覆蓋層，尤其係藉由輥壓接合連接。

可提供帶形複合材料具有至多300µm的厚度，較佳地具有至多100µm的厚度。

複合材料的厚度對應於由二個外覆蓋層的外表面形成的二個主平面之間的距離。

較厚的複合材料在沒有額外輥壓的狀況下不能藉由切割或衝壓複合材料而輕易地使用為探針。

此外，可提供內核心層的厚度至少等於二個外覆蓋層的厚度，較佳地係至少二個外覆蓋層之厚度的二倍厚。

亦可提供內核心層的厚度係至多二個外覆蓋層之厚度的十倍厚，較佳地係至多二個外覆蓋層之厚度的五倍厚，尤其較佳地係至多二個外覆蓋層之厚度的三倍厚。

此確保複合物的物理性質由覆蓋層及核心層的材料一起判定。

可提供該內核心層直接連接至該二個外覆蓋層。

此意謂著無其他層（諸如黏著劑層及/或擴散保護層）配置在內核心層與二個外覆蓋層之間。

此措施使生產複合材料變得容易且有成本效益。已發現在藉由根據本發明的方法生產根據本發明的複合材料時，不需要額外的中間層。擴散層可在輥壓接合期間及後續熱處理期間產生在內核心層與二個外覆蓋層之間。就本發明的意義而言，此不被視為係單獨（其他）層，而視為係在內核心層與二個外覆蓋層之間的邊界表面之區域中的連接。

此外，可提供該複合材料由該內核心層及該等外覆蓋層組成。

此使複合材料不需要任何其他層或部件變得更清楚。因此，複合材料的製造係有成本效益的。

替代地，例如，二個外覆蓋層可在主表面上塗佈或可將材料施加至複合材料的邊緣以用於探針的電接觸。

亦可提供該二個外覆蓋層由包含至少90wt.%之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅合金、較佳地由包含至少97wt.%之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅合金、尤其較佳地由包含至少99wt.%重量之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅合金組成。

具有高銅含量之經析出硬化及經散布硬化的銅合金尤其良好地適用於探針的生產，因為對於具有高銅含量的銅合金，其等具有高導電率以及相對高硬度及拉伸強度。

亦可較佳地提供該內核心層由含有至少30wt.%之鈀的一鈀合金、較佳地由含有至少35wt.%之鈀的一鈀合金、尤其較佳地由根據EP 3 960 890 A1的一鈀-銅-銀合金組成。

較佳地，內核心層係由含有至少35wt.%之鈀、至少20wt.%之銅、及至少20wt.%之銀的鈀-銅-銀合金，尤其較佳地由含有31wt.%之銅及29wt.%之銀、至多6wt.%之選自由銠、釕、及錸所組成之群組的至少一個元素、及包括雜質之鈀的其餘部分的鈀-銅-銀合金組成。

尤其較佳地，內核心層係由根據EP 3 960 890 A1的鈀-銅-銀合金組成。在此情形中，尤其較佳的鈀-銅-銀合金在EP 3 960 890 A1的段落[0013]中描述。尤其非常佳的實施例描述在EP 3 960 890 A1的段落[0021]至[0048]及[0067]中。

此類鈀合金導致複合材料及由其生產之探針及接合帶的特別高的拉伸強度及耐熱性。

亦可提供該複合材料具有在室溫下使用一四點測量方法在該二個外覆蓋層的一者上測量之至少35% IACS (20.3 10 ⁶S/m)、較佳地至少40% IACS (23.2 106S/m)、尤其較佳地至少45% IACS (26.1 10 ⁶S/m)的一導電率。

此外，可提供該複合材料在室溫下在該二個覆蓋層中具有至少170、較佳地至少190、尤其較佳地至少196的一維氏硬度HV0.05。

此外，可提供該複合材料在室溫下具有與該內核心層的該平面平行之至少1000MPa、較佳地至少1100MPa的一拉伸強度。

亦可提供該複合材料在室溫下具有與該內核心層的該平面平行之至少950MPa、較佳地至少1050MPa的一降伏強度。

複合材料的此等物理性質可使用根據本發明的複合材料實現，並為自其生產的探針及接合帶帶來有利材料性質。具體而言，此等物理性質的組合為探針及接合帶帶來非常良好的性質。具體而言，高導電率與高拉伸強度的組合對探針及接合帶係有利的。

導電率可藉由使用Burster Resistomat 2316借助在經定義長度之測試物體上4極測量電壓降而判定。測量係在複合材料之具有5mm或更大之邊緣長度之區域、55µm之厚度、及10mA之測量電流的主表面上進行。

此外，可提供複合材料在室溫下具有至少1000MPa、較佳地至少1150MPa、尤其較佳地1300MPa的0.2%降伏點Rp _0.2（彈性限度）。

此等機械及電性質且尤其其組合確保複合材料具有特別良好的彈性性質及高導電率，以能夠將此使用為探針或接合帶。

0.2%降伏點Rp _0.2可使用Zwick拉伸測試器Z250判定。拉伸測試可在具有50µm之厚度及13mm之寬度的複合材料上並基於本文實行。相關於降伏強度Rp _0.2的測試速度係1mm/min。

此外，可提供該經析出硬化及/或散布硬化銅合金係包含至少98wt.%之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅-鉻合金、尤其係包含至少0.5wt.%及至多1.2wt.%之鉻、及包含至少0.03wt.%至至多0.3wt.%之鋯、且其餘部分係包括雜質之銅的一經析出硬化及/或散布硬化CuCr1Zr合金。

亦可提供該經析出硬化及/或散布硬化銅合金係包含至少99wt.%之銅的一經析出硬化銅-鉻-鈦合金，尤其係包含0.3wt.%之鉻、0.1wt.%之鈦、0.02wt.%之Si、且其餘部分係包括雜質之銅的一經析出硬化銅-鉻-鈦-矽合金。

此外，可提供該經析出硬化及/或散布硬化銅合金係包含至少98wt.%之銅的一經析出硬化銅-鉻-銀合金，尤其係包含0.5wt.%之鉻、0.2wt.%之銀、0.08wt.%之鐵、0.06wt.%之鈦、0.03wt.%之Si、且其餘部分係包括雜質之銅的一經析出硬化銅-鉻-銀-鐵-鈦-矽合金。

根據本發明的此等銅合金係尤其較佳的。

此外，可提供該經析出硬化及/或散布硬化銅合金係包含至少90wt.%之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅-銀合金，尤其係包含至少3wt.%之銀至至多7wt.%之銀，且其餘部分係包括雜質之銅或該其餘部分係包括雜質且包括0wt.%至至多2wt.%之氧化分散物之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅-銀合金。

根據本發明之包含3wt.%之銀的此一銅合金(CuAg3)尤其較佳。

此外，可提供該經析出硬化及/或散布硬化銀合金係包含至少70wt.%之銀的一銀-銅合金、較佳地係包含至少9wt.%之銅及至多29wt.%之銅且其餘部分係包括雜質之銀的一銀-銅合金、尤其較佳地係包含10wt.%之銅且其餘部分係包括雜質之銀的一銀-銅合金、或包含28wt.%之銅且其餘部分係包括雜質之銀的一銀-銅合金。

亦可提供該鈀合金係包含作為該主組分之一鈀-銅-銀合金，該鈀-銅-銀合金具有至少1.05及至多1.6之鈀對銅的一重量比且具有至少3及至多6之鈀對銀的一重量比，且該鈀-銅-銀合金含有多於1wt.%且至多6wt.%之釕、銠、或釕及銠，及作為該其餘部分的鈀、銅、及銀及至多1wt.%之包括雜質的其他金屬元素，較佳地少於0.3wt.%之銥。

根據本發明的此鈀-銅-銀合金尤其較佳。

至少1.05且至多1.6之鈀對銅的重量比意指該鈀-銅-銀合金中所含有之鈀的重量係該鈀-銅-銀合金中所含有之銅的重量的至少105%且至多160%。

因此，至少3且至多6之鈀對銀的重量比意指該鈀-銅-銀合金中所含有之鈀的重量係該鈀-銅-銀合金中所含有之銀的重量的至少三倍且至多六倍。

此外，可提供該鈀合金係一鈀-銀-銅-鉑合金，尤其係包含38wt.%之銀、15wt.%之銅、1.5wt.%之鉑、1wt.%之鋅、0.5wt.%之金、且其餘部分係包括雜質之鈀的一鈀-銀-銅-鉑-鋅-金合金、或包含30wt.%之銀、14wt.%之銅、10wt.%之鉑、10wt.%之金、1wt.%之鋅、且其餘部分係包括雜質之鈀的一鈀-銅-鉑-金-鋅合金。

亦可提供該鈀合金係一鈀-銅-銀-釕合金，尤其係包含36.5wt.%之銅、10.5wt.%之銀、1.5wt.%之釕、且其餘部分係包括雜質之鈀的一鈀-銅-銀-釕合金，或包含36.5wt.%之銅、10.5wt.%之銀、1.1wt.%之釕、0.4wt.%之錸，且其餘部分係包括雜質之鈀的一鈀-銅-銀-釕-錸合金。

此外，可提供該鈀合金係一鈀-銅-銀-銠合金，尤其係包含36.5wt.%之銅、10.5wt.%之銀、1.5wt.%之銠、且其餘部分係包括雜質之鈀的一鈀-銅-銀-銠合金。

此外，可提供該鈀合金係一鈀-銅-銀合金，尤其係包含31wt.%之銅、29wt.%之銀、且其餘部分係包括雜質之鈀的一鈀-銅-銀合金。

此外，可提供該鈀合金係一鈀-銀-銅合金，尤其係包含38wt.%之銀、15wt.%之銅、且其餘部分係包括雜質之鈀的一鈀-銀-銅合金。

亦可提供該鉑合金係一鉑-鎳合金，較佳地係包含至少3wt.%及至多10wt.%之鎳且其餘部分係包括雜質之鉑的一鉑-鎳合金，尤其較佳地係包含5wt.%之鎳且其餘部分係包括雜質之鉑的一鉑-鎳合金。

在前述合金中，始終首先提及合金中依重量計具有最高比例的元素。較佳地，其次提及合金中依重量計具有第二最高比例的元素較佳。尤其較佳地，第三個提及合金中依重量計具有第三最高比例的元素。非常尤其較佳地，在所提及之合金的情形中，所提及之合金組分以根據其等依重量計的比例序列排序。

在本情形中，將主組分理解為意指主要的元素（亦即，以量計的最大組分，亦即例如鈀-銅-銀合金中所含的鈀比銅或銀更多）（在此情形中，鈀、鉑、銅、或銀）。

此等合金特別良好地適用於生產根據本發明的複合材料。

可提供該經析出硬化及/或散布硬化銅合金包含或包含至多2wt.%的析出物及/或分散物，較佳地包含或包含至多1wt.%的析出物及/或分散物，該等析出物及/或分散物組成至少95wt.%之選自由鉻、鈦、矽、鐵、氧、鋯、及銀組成之列表之元素中之至少一者。

此少量析出物及/或分散物足以改善銅合金的硬度，且若適用，亦改善銀合金的硬度，而不會非常大幅地降低導電率。

析出物及/或分散物的比例可借助於掃描式電子顯微鏡亦或光顯微鏡藉由評估銅合金的截面而相關於析出物及/或分散物對銅合金之總面積的表面比判定，其中針對此目的，需要將析出物及/或分散物及圍繞其等之基質的密度列入考量。例如，密度可借助能量分散式或波長分散式X射線分析（EDX或WDX）或借助X射線螢光而在組成物分析的基礎上判定。

可提供該經析出硬化及/或散布硬化銀合金包含或包含至多2wt.%的析出物及/或分散物，較佳地至多1wt.%的析出物及/或分散物，該等析出物及/或分散物組成至少95wt.%之選自由鉻、鈦、矽、鐵、氧、鋯、及銅組成之列表之元素中之至少一者。

此外，可提供該內核心層由一經析出硬化及/或散布硬化鈀合金或一經析出硬化及/或散布硬化鉑合金組成。

此改善複合材料的拉伸強度及自其生產之探針之針尖的穩定性。較佳地，內核心層係由經析出硬化及/或散布硬化鈀合金組成。

本發明所基於的目的亦藉由由上文描述之複合材料之帶組成的探針或接合帶達成。

探針與接合帶從複合材料的有利物理性質獲益。

在此情形中，可提供探針具有由內核心層的材料所組成的尖端。

此達成探針的高穩定性。包含此尖端的探針可因此非常常使用而不必置換或非常頻繁地調節。

本發明所基於的該等目的進一步藉由包含經配置成彼此相鄰的複數個上文提及之探針的一探針陣列達成。

本發明所基於的該等目的亦藉由使用上文描述的一複合材料或上文描述的一探針或上文描述的一探針陣列以用於測試電接觸件或用於電接觸或用於生產一滑動接觸件而達成。

本發明所基於的該等目的進一步藉由一種用於從二種金屬合金生產一複合材料的方法達成，該複合材料適合且經提供用於生產用於半導體元件的該電子測試的探針，且該方法的特徵在於下列時間連續步驟： A)提供包含至少30wt.%之鈀的一鈀合金或包含至少30wt.%之鉑的一鉑合金的一第一帶、及包含至少90wt.%之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅合金或包含至少70wt.%之銀的一經析出硬化及/或散布硬化銀合金的一第二帶、及包含至少90wt.%之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅合金或包含至少70wt.%之銀的一經析出硬化及/或散布硬化銀合金的一第三帶， B)將該第一帶配置在該第二帶與該第三帶之間，並將該第一帶放置抵靠該第二帶及抵靠該第三帶，及 C)藉由輥壓接合經放置彼此抵靠的該等帶而將該第一帶連接至該第二帶及該第三帶，該輥壓接合從該第一帶、該第二帶、及該第三帶的該等材料生產一連續帶形複合材料。

較佳地，在輥壓接合期間，降低第一帶、第二帶、及第三帶的厚度。

輥壓接合可在多個步驟中執行，複合物的厚度在各步驟中降低。

在根據本發明的該方法中，可提供在步驟C)之後實行一步驟D)： D)在步驟C)中生產之該複合物的溫度處理，該第一帶的該材料在該溫度處理期間經析出硬化及/或散布硬化。

由於下游的溫度處理，帶可預先借助於壓輥彼此良好地連接。

此外，可提供上文描述的一複合材料係借助於該方法生產、或上文描述的至少一個探針或上文描述的至少一個接合帶係借助於該方法藉由切割或衝壓該複合材料生產、較佳地係上文描述的複數個探針或接合帶係借助於該方法藉由切割或衝壓生產。

本發明係基於出人意料地發現固體且堅硬的鈀合金或鉑合金的層可在二側上以具有較高導電率的經析出硬化的銅合金及/或銀合金塗佈，以產生夾層狀及帶形的複合材料，該複合材料相關於拉伸強度及耐熱性以及硬度的機械性質相較於以純銅或純銀塗佈的鈀合金或鉑合金改善，且同時相較於純粹堅硬的鈀合金或鉑合金在導電率上達成顯著增加。出人意料地發現，在本發明的上下文中，使用經析出硬化的銅合金及/或銀合金的此一塗層可借助輥壓接合方法實現，該塗層將不可能使用伽凡尼塗層製造。本發明亦基於當核心層及二個外覆蓋層具有類似硬度時，其等可藉由輥壓接合彼此良好地連接的發現。

較佳地根據本發明之由用於線材料或探針的銅及鈀合金組成的複合材料有利地組合銅合金（高導電率）及鈀合金（高耐熱性及良好彈簧性質）的正面性質。此提供具有比現有鈀合金（Hera 6321®或Paliney H3C®）更佳的導電率及比CuAg7更佳的耐熱性及總硬度的材料。所使用的銅合金以純銅的約80%導電率具有純銅的四倍強度，且因此具有顯著更佳的總體性質。在輥壓接合期間使用的此等合金無法使用通常限於純金屬及少數選定合金的流電程序沈積。

亦可流電地施加不同金屬及貴金屬的多種不同層，以達成有利的性質組合。然而，經析出硬化合金不能以此方式沉積，且此使程序非常複雜。在最終熱處理期間，亦存在擴散風險，其導因於混合晶體形成而在導電率上具有負面效應。

藉由進一步輥壓加工硬化以銅流電塗佈的鈀合金亦係可想像的。然而，此處不預期性質將一致，因為銅及鈀合金具有顯著不同的硬度，導致非均勻變形。

圖1及圖2顯示根據通過本發明之複合材料的示意截面圖。截面區域以陰影線顯示。

複合材料具有內核心層1及二個外覆蓋層2、3。

內核心層1由包含至少30wt.%之鈀的鈀合金或由包含至少30wt.%之鉑的鉑合金組成。二個外覆蓋層2、3的各者可由包含至少90wt.%之銅的經析出硬化及/或散布硬化銅合金、或由包含至少70wt.%之銀的經析出硬化及/或散布硬化銀合金組成。

較佳地，內核心層1由如描述在EP 3 960 890 A1中的鈀合金組成。

二個外覆蓋層2、3較佳地由包含至少90wt.%之銅的經析出硬化及/或散布硬化銅合金、尤其較佳地由包含至少98wt.%之銅的經析出硬化銅合金組成。

內核心層1及二個外覆蓋層2、3可藉由輥壓接合各別材料的帶而彼此穩固地連接並彼此直接連接。

複合材料具有由覆蓋層2、3的向外指向表面形成的二個相對主表面4、5。主表面4、5可經配置成彼此平面平行。複合材料可在良好近似中形成扁平長方體，主表面4、5較佳地一起大於複合材料的所有其他表面。

內核心層1及二個外覆蓋層2、3經由邊界表面6、7彼此連接。二個外覆蓋層2、3與內核心層1之材料的混合可在邊界表面6、7的區域中發生。

例如，根據本發明的複合材料可如下所示地生產：

由包含在頂部及底部之經析出硬化及/或散布硬化銅合金及/或經析出硬化及/或散布硬化銀合金，以及在中間的鉑合金或鈀合金（尤其係鈀超晶格）的三個金屬片材組成的夾層在具有大約60至75%之槽減少的輥槽中輥壓在一起，此三個金屬片材經冷銲並形成複合物。在此情形中，材料的硬度非常類似，其以將在硬化狀態中的經析出硬化及/或散布硬化銅合金及/或經析出硬化及/或散布硬化銀合金與在溶解退火狀態中的鈀合金或鉑合金（尤其與根據EP 3 960 890 A1之鈀超晶格合金）輥壓而達成。在輥壓至30至60µm的所欲厚度之後，鉑合金或鈀合金的硬度及導電率藉由以380℃調節退火達5分鐘（較佳地在真空或在保護氣體下）而調整。在此情形中，在銅合金及/或銀合金的機械及電性質不受負面影響的狀況下，鈀合金或鉑合金的導電率及強度可觀地增加（見根據EP 3 960 890 A1的鈀超晶格）。鈀合金可類似於描述於EP 3 960 890 A1中的方法同樣地產生。

為實行比較測量，將具有36.5wt.%之銅、10.5wt.%之銀、1.5wt.%之釕、且其餘部分係包括少於0.1wt.%之雜質之鈀的組成且根據EP 3 960 890 A1產生的鈀合金片材，及包含0.3wt.%之鉻、0.1wt.%之鈦、0.02wt.%之矽、且其餘部分係銅的經析出硬化銅合金Wieland-K75 (C18070)的二個片材輥壓在一起。隨後，將複合物輥壓至54µm的厚度。

以此方式生產之根據本發明的二個複合材料在圖3及圖4中顯示為帶形複合材料之截面的光顯微相片。相片使用Leica DM 6光顯微鏡使用入射光建立。針對此目的，複合材料嵌入在環氧樹脂中並垂直於輥壓平面研磨及拋光。環氧樹脂在圖3及圖4中呈現黑色且係非複合材料的部分。

圖3所示的複合材料A因此具有由具有36.5wt.%之銅、10.5wt.%之銀、1.5wt.%之釕、且其餘部分係包括小於0.1wt.%之雜質之鈀之組成的鈀合金製成的內核心層11。核心層11在二側上由包含0.3wt.%之鉻、0.1wt.%之鈦、0.02wt.%之矽、且其餘部分係銅之經析出硬化銅合金Wieland-K75 (C18070)的二個外覆蓋層12、13所圍繞。二個外覆蓋層12、13以各別主表面14、15定界複合材料A，該等主表面形成複合材料A之表面的主要部分。借助於輥壓，將內核心層11及二個外覆蓋層12、13連接在一起並穩固地連接。不存在中間層。內核心層11及二個外覆蓋層12、13經由邊界表面16、17彼此連接。二個外覆蓋層12、13與內核心層11之材料的混合可在邊界表面16、17的區域中發生。

圖4所示的複合材料B類似地具有由具有36.5wt.%之銅、10.5wt.%之銀、1.5wt.%之釕、且其餘部分係包括小於0.1wt.%之雜質之鈀之組成的鈀合金製成的內核心層21。核心層21在二側上由包含0.3wt.%之鉻、0.1wt.%之鈦、0.02wt.%之矽、且其餘部分係銅之經析出硬化銅合金Wieland-K75 (C18070)的二個外覆蓋層22、23所圍繞。二個外覆蓋層22、23以各別主表面24、25定界複合材料B，該等主表面形成複合材料B之表面的主要部分。借助於輥壓，將內核心層21及二個外覆蓋層22、23連接在一起並穩固地連接。此處亦不存在中間層。內核心層21及二個外覆蓋層22、23經由邊界表面26、27彼此連接。二個外覆蓋層22、23與內核心層21之材料的混合可在邊界表面26、27的區域中發生。

隨後，導電率借助於在由經析出硬化銅合金形成的複合材料A及B的主表面14、15、24、25的一者上的四點測量判定。四點測量方法（亦稱為四點測量或四尖端測量）係用於判定片電阻（亦即，表面或薄層的電阻）的方法。在該方法中，將四個測量尖端成列地帶至箔的表面上，已知電流在二個外測量尖端上流動，並借助於此等二個內測量尖端測量二個內測量尖端之間的電位差（亦即，電壓）。因為方法係基於四導體測量的原理，幾乎與測量尖端與表面之間的過渡電阻無關（Thomson橋接原理）。相鄰測量尖端分別具有相同距離。片電阻 R根據下式從所測量的電壓 U及電流 I得出：

為從片電阻 R計算層材料的比電阻 ρ，將片電阻乘以箔的厚度 d（層厚度）：

導電率從比電阻的倒數得出。

硬度（HV0.05 -根據DIN EN ISO 6507-1:2018至-4:2018使用0.4905 N（0.05公斤力）之測試力的維氏硬度測試），強度係借助於拉伸測試而測試。

生產並研究顯示於圖3及圖4中的複合材料A及B。

亦研究具有產品名稱Hera 6321之以B之重量計具有39wt.%之Pd、31wt.%之Cu、29wt.%之Ag、0.9wt.%之Zn、及0.1wt.%之組成的鈀-銅-銀合金，以用於比較。表1：所研究之合金的導電率(IACS)及硬度的測量結果表列於下

	IACS [%]	硬度[HV0.05]
Hera 6321	9至12	400至500
複合材料A	56.5	200
複合材料B	55.8	197

複合材料A及B的測量係在厚度54µm的片材上進行。Hera-6321合金係在厚度54µm的片材上測量。

根據本發明之方法的序列於下文參照圖5以及圖1及圖2描述。

在第一工作步驟101中，可提供或生產由包含至少30wt.%之鈀的鈀合金製成的帶及包含至少90wt.%之銅的經析出硬化及/或散布硬化銅合金的二個帶。

在第二工作步驟102中，鈀合金的帶可位於銅合金的帶之間。

在第三工作步驟103中，帶可藉由輥壓接合連接在一起，帶的厚度在輥壓接合期間降低。

在可選的第四工作步驟104中，以此方式生產之複合物的厚度可在一或多個步驟中藉由進一步輥壓降低至目標厚度（例如，至50µm）。

在第五工作步驟105中，以此方式生產的複合物可經調節退火（例如，在380℃達5分鐘）以調整鈀合金之中間核心層1的所欲硬度。

在可選的第六工作步驟106中，可將複合材料切割或衝壓成帶。

隨後，探針或接合帶的最終生產可可選地在第七工作步驟107中發生。針對此目的，例如，可將帶的核心層1加工為探針的尖端。

在以上描述中及在申請專利範圍、圖式、及實施例中揭示之本發明的特徵可獨立地或採任何期望組合而對於在其各種實施例中實施本發明係必要的。

1, 11, 21:內核心層 1, 11, 21:外覆蓋層 3, 13, 23:外覆蓋層 4, 14, 24:主表面 5, 15, 25:主表面 6, 16, 26:邊界表面 7, 17, 27:邊界表面 101:第一工作步驟 102:第二工作步驟 103:第三工作步驟 104:第四工作步驟 105:第五工作步驟 106:第六工作步驟 107:第七工作步驟

本發明的進一步實施例於下文參照四個示意圖解釋，但不因此限制本發明。在圖式中：［圖1］：透過根據本發明之複合材料之細部顯示示意截面圖；［圖2］：透過根據圖1之根據本發明之複合材料之細部顯示示意透視截面圖；［圖3］：顯示根據本發明之複合材料的拋光截面的光顯微照片；［圖4］：顯示根據本發明之其他複合材料的拋光截面的光顯微照片；及［圖5］：顯示根據本發明之方法的流程圖。

1:內核心層；外覆蓋層

3:外覆蓋層

4:主表面

5:主表面

6:邊界表面

7:邊界表面

Claims

一種用於生產用於半導體元件之電子測試之探針的複合材料，其中該複合材料係帶形的並藉由二個相互平行的主表面(4, 5, 14, 15, 24, 25)定界，其中該複合材料垂直於該等平行主表面(4, 5, 14, 15, 24, 25)層疊並具有包含一內核心層(1, 11, 21)及二個外覆蓋層(2, 3, 12, 13, 22, 23)的一夾層構造，其中該內核心層(1, 11, 21)經配置在該二個外覆蓋層(2, 3, 12, 13, 22, 23)之間，且該內核心層(1, 11, 21)在二個相對側上穩固地連接至該二個外覆蓋層(2, 3, 12, 13, 22, 23)，其中該二個外覆蓋層(2, 3, 12, 13, 22, 23)形成該等平行主表面(4, 5, 14, 15, 24, 25)，其中該內核心層(1, 11, 21)由包含至少30wt.%之鈀的一鈀合金或由包含至少30wt.%之鉑的一鉑合金組成，且其中該二個外覆蓋層(2, 3, 12, 13, 22, 23)由包含至少90wt.%之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅合金、或由包含至少70wt.%之銀的一經析出硬化及/或散布硬化銀合金、或由包含至少90wt.%之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅合金、及由包含至少70wt.%之銀的一經析出硬化及/或散布硬化銀合金組成。
如請求項1之複合材料，其中該內核心層(1, 11, 21)直接連接至該二個外覆蓋層(2, 3, 12, 13, 22, 23)，及/或該複合材料由該內核心層(1, 11, 21)及該等外覆蓋層(2, 3, 12, 13, 22, 23)組成。
如前述請求項中任一項之複合材料，其中該二個外覆蓋層(2, 3, 12, 13, 22, 23)由包含至少90wt.%之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅合金組成、較佳地由包含至少97wt.%之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅合金組成、尤其較佳地由包含至少99wt.%之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅合金組成。
如前述請求項中任一項之複合材料，其中該內核心層(1, 11, 21)由含有至少30wt.%之鈀的一鈀合金組成、較佳地由含有至少35wt.%之鈀的一鈀合金組成、尤其較佳地由根據EP 3 960 890 A1的一鈀-銅-銀合金組成。
如前述請求項中任一項之複合材料，其中該複合材料具有在室溫下借助一四點測量方法在該二個外覆蓋層(2, 3, 12, 13, 22, 23)的一者上測量之至少35% IACS (20.3 10 ⁶S/m)、較佳地至少40% IACS (23.2 10 ⁶S/m)、尤其較佳地至少45% IACS (26.1 10 ⁶S/m)的一導電率，及/或該複合材料在室溫下在該二個覆蓋層(2, 3, 12, 13, 22, 23)中具有至少170、較佳地至少190、尤其較佳地至少196的一維氏硬度HV0.05，且/或該複合材料在室溫下具有與該內核心層(1, 11, 21)之該平面平行之至少1000MPa、較佳地至少1100MPa的一拉伸強度，且/或該複合材料在室溫下具有與該內核心層(1, 11, 21)之該平面平行之至少950MPa、較佳地至少1050MPa的一降伏強度。
如前述請求項中任一項之複合材料，其中該經析出硬化及/或散布硬化銅合金係包含至少98wt.%之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅-鉻合金，尤其係包含至少0.5wt.%及至多1.2wt.%之鉻、及至少0.03wt.%至至多0.3wt.%之鋯、且其餘部分係包括雜質之銅的一經析出硬化及/或散布硬化CuCr1Zr合金，或該經析出硬化及/或散布硬化銅合金係包含至少99wt.%之銅的一經析出硬化銅-鉻-鈦合金，尤其係包含0.3wt.%之鉻、0.1wt.%之鈦、0.02wt.%之Si、且其餘部分係包括雜質之銅的一經析出硬化銅-鉻-鈦-矽合金，或該經析出硬化及/或散布硬化銅合金係包含至少98wt.%之銅的一經析出硬化銅-鉻-銀合金，尤其係包含0.5wt.%之鉻、0.2wt.%之銀、0.08wt.%之鐵、0.06wt.%之鈦、0.03wt.%之Si、且其餘部分係包括雜質之銅的一經析出硬化銅-鉻-銀-鐵-鈦-矽合金，或該經析出硬化及/或散布硬化銅合金係包含至少90wt.%之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅-銀合金，尤其係包含至少3wt.%至至多7wt.%之銀，且其餘部分係包括雜質之銅或其餘部分係包括雜質且包括0wt.%至至多2wt.%之氧化分散物之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅-銀合金，及/或該經析出硬化及/或散布硬化銀合金係包含至少70wt.%之銀的一銀-銅合金、較佳地係包含至少9wt.%之銅及至多29wt.%之銅且其餘部分係包括雜質之銀的一銀-銅合金、尤其較佳地係包含10wt.%之銅且其餘部分係包括雜質之銀的一銀-銅合金、或包含28wt.%之銅且其餘部分係包括雜質之銀的一銀-銅合金，及/或該鈀合金係包含作為該主組分之鈀的一鈀-銅-銀合金，其中該鈀-銅-銀合金具有至少1.05及至多1.6之鈀對銅的一重量比及至少3及至多6之鈀對銀的一重量比，且其中該鈀-銅-銀合金含有多於1wt.%且至多6wt.%之釕、銠、或釕及銠，及作為其餘部分的鈀、銅、及銀及至多1wt.%之包括雜質的其他金屬元素，較佳地依重量計少於0.3wt.%之銥，或該鈀合金係一鈀-銀-銅-鉑合金，尤其係包含38wt.%之銀、15wt.%之銅、1.5wt.%之鉑、1wt.%之鋅、0.5wt.%之金、且其餘部分係包括雜質之鈀的一鈀-銀-銅-鉑-鋅-金合金、或包含30wt.%之銀、14wt.%之銅、10wt.%之鉑、10wt.%之金、1wt.%之鋅、且其餘部分係包括雜質之鈀的一鈀-銀-銅-鉑-金-鋅合金，或該鈀合金係一鈀-銅-銀-釕合金，尤其係包含36.5wt.%之銅、10.5wt.%之銀、1.5wt.%之釕、且其餘部分係包括雜質之鈀的一鈀-銅-銀-釕合金，或包含36.5wt.%之銅、10.5wt.%之銀、1.1wt.%之釕、0.4wt.%之錸，且其餘部分係包括雜質之鈀的一鈀-銅-銀-釕-錸合金，或該鈀合金係一鈀-銅-銀-銠合金，尤其係包含36.5wt.%之銅、10.5wt.%之銀、1.5wt.%之銠、且其餘部分係包括雜質之鈀的一鈀-銅-銀-銠合金，或該鈀合金係一鈀-銅-銀合金，尤其係包含31wt.%之銅、29wt.%之銀、且其餘部分係包括雜質之鈀的一鈀-銅-銀合金，或該鈀合金係一鈀-銀-銅合金，尤其係包含38wt.%之銀、15wt.%之銅、且其餘部分係包括雜質之鈀的一鈀-銀-銅合金，或該鉑合金係一鉑-鎳合金，較佳地係包含至少3wt.%及至多10wt.%之鎳且其餘部分係包括雜質之鉑的一鉑-鎳合金，尤其較佳地係包含5wt.%之鎳且其餘部分係包括雜質之鉑的一鉑-鎳合金。
如前述請求項中任一項之複合材料，其中該經析出硬化及/或散布硬化銅合金包含或包含至多2wt.%的析出物及/或分散物，較佳地包含或包含至多1wt.%的析出物及/或分散物，該等析出物及/或分散物組成至少95wt.%之選自由鉻、鈦、矽、鐵、氧、鋯、及銀組成之列表之元素中之至少一者。
如前述請求項中任一項之複合材料，其中該內核心層(1, 11, 21)由一經析出硬化及/或散布硬化鈀合金或一經析出硬化及/或散布硬化鉑合金組成。
一種探針或接合帶，其由如前述請求項中任一項的複合材料的一帶組成。
如請求項9之探針，其中該探針具有由該內核心層(1, 11, 21)的該材料組成的一尖端。
一種探針陣列，其具有複數個如請求項9或請求項10中任一項之探針，該複數個探針經配置成彼此相鄰。
一種如請求項1至8中任一項之複合材料、或如請求項9或請求項10其中任一項之探針、或如請求項11之探針陣列用於測試電接觸件、或用於電接觸、或用於生產一滑動接觸件之用途。
一種用於生產由二種金屬合金製成的一複合材料之方法，其中該複合材料適合且經提供用於生產用於半導體元件的電子測試的探針，且其中該方法的特徵在於下列時間連續步驟： A)提供包含至少30wt.%之鈀的一鈀合金或包含至少30wt.%之鉑的一鉑合金的一第一帶、及包含至少90wt.%之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅合金或包含至少70wt.%之銀的一經析出硬化及/或散布硬化銀合金的一第二帶、及包含至少90wt.%之銅的一經析出硬化及/或散布硬化銅合金或包含至少70wt.%之銀的一經析出硬化及/或散布硬化銀合金的一第三帶， B)將該第一帶配置在該第二帶與該第三帶之間，並將該第一帶放置抵靠該第二帶及抵靠該第三帶，及 C)藉由輥壓接合經放置彼此抵靠的該等帶而將該第一帶連接至該第二帶及該第三帶，該輥壓接合從該第一帶、該第二帶、及該第三帶的該等材料生產一連續帶形複合材料。
如請求項13之方法，其中在步驟C)之後，執行一步驟D)： D)在步驟C)中生產之該複合物的溫度處理，該第一帶的該材料在該溫度處理期間經析出硬化及/或散布硬化。
如請求項13或請求項14中任一項之方法，其中如請求項1至8中任一項的複合材料係借助於該方法來生產，或如請求項9或請求項10中任一項的至少一個探針或至少一個接合帶係借助於該方法、藉由切割或衝壓該複合材料而生產，較佳地如請求項9或請求項10中任一項的複數個探針或接合帶係借助於該方法、藉由切割或衝壓而生產。