TW202413658A - Ｃｕ－Ａｇ合金線及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明的課題在於提供同時滿足適合於探針的硬度及電阻率之Cu-Ag合金線。解決上述課題之Cu-Ag合金線係含有0.1至30質量%的Ag，剩餘部分由Cu及不可避免的雜質所組成者，該Cu-Ag合金線係維氏硬度為300HV以上且電阻率為3.0μΩ．cm以下。
Description
本發明係關於Cu-Ag合金線及其製造方法。
在檢查半導體積體電路等之檢查對象物的電氣特性之際，係使用排列有複數個探針(probe pin)之探針卡(probe card)，使探針的前端部與檢查對象物的檢查對象部位接觸而進行電氣特性的檢查。
探針因為會重複數千次、數萬次地與檢查對象部位接觸而使用，因此對於該探針會要求要有充分的「硬度」。另外，為了使檢查用訊號的輸入輸出能夠透過探針而確實地進行，當然也會要求探針的「電阻率」要低。例如，維氏硬度為300至400HV，電阻率為3.0μΩ．cm以下的話，則滿足硬度及電阻率的該要求。
過去採用的材料有Pd(鈀)合金及Be(鈹)合金，但Pd合金的維氏硬度為300至380HV，電阻率為30μΩ．cm左右，而Be合金的維氏硬度為250HV左右，電阻率為2.6μΩ．cm左右，都尚未到達同時滿足可適用於探針的硬度及電阻率要求之程度。
專利文獻1中揭示了適用於探針之Cu合金。
根據專利文獻1之技術，係調整Ag(銀)及In(銦)的添加量，並施加塑性加工使斷面減少率成為75至95%，而試圖同時達成適合用來作為探針之硬度提高及電阻率減低(段落0019、0024至0027)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2019-26921號公報
然而，查看專利文獻1的實施例，塑性加工後的維氏硬度雖變高但也只有300HV左右，塑性加工後的電阻率也只有4.1至8.6μΩ．cm左右，難以說該Cu合金同時滿足適合於探針之硬度及電阻率。
因此本發明的主要目的在於提供同時滿足適合於探針的硬度及電阻率之Cu-Ag合金線及其製造方法。
為了上述課題，根據本發明的一態樣提供一種Cu-Ag合金線，係含有0.1至30質量%的Ag，剩餘部分由Cu及不可避免的雜質所組成者，其中，
維氏硬度為300HV以上且電阻率為3.0μΩ．cm以下。
根據本發明的另一態樣提供一種Cu-Ag合金線的製造方法，係包括：
鑄造出含有0.1至30質量%的Ag，剩餘部分由Cu及不可避免的雜質所組成的棒材之步驟；
在真空或惰性氣體環境中以300至700℃之溫度對於前述棒材進行1至60小時的加熱之步驟；
以2.3以上的冷間加工度對於加熱後的前述棒材進行伸線加工而製造出第一線材之步驟；
在真空或惰性氣體環境中以300至700℃之溫度對於前述第一線材進行1至60小時的加熱之步驟；以及
以超過7.2的冷間加工度對於加熱後的前述第一線材進行伸線加工而製造出第二線材之步驟。
根據本發明，可提供同時滿足適合於探針的硬度及電阻率(維氏硬度300HV以上，電阻率3.0μΩ．cm以下)之Cu-Ag合金線及其製造方法(參照下述實施例)。
10:供給用的線軸
20:回收用的線軸
30:另一個回收用的線軸
S1:熔融-鑄造步驟
S2:析出熱處理步驟
S3:伸線加工步驟
S4:中間熱處理步驟
S5:伸線加工步驟
S6:扭線加工步驟
圖1係按時間先後順序顯示Cu-Ag合金線的製造方法之流程圖。
圖2係概略地顯示扭線加工步驟的處理之圖。
圖3係按時間先後順序顯示樣品1至4的製造方法之流程圖。
圖4係按時間先後順序顯示樣品5至10的製造方法之流程圖。
以下，說明本發明的較佳實施型態的Cu-Ag合金線及其製造方法。本說明書中，有關表示數值範圍之「A至B」之記載，下限值A及上限值B都包含在該數值範圍內。
(1)Cu-Ag合金線
Cu-Ag合金線係具有以下組成：含有0.1至30質量%的Ag，且較佳為10至15質量%的Ag，剩餘部分為Cu及不可避免的雜質，且具有Cu基固溶相以及Cu-Ag共晶相及Ag析出相藉由冷間加工而拉伸成纖維狀之組織。
Cu-Ag合金線依據JIS Z 2244而測出的維氏硬度為300HV以上，用雙電橋法(double bridge method)而量測算出的電阻率為3.0μΩ．cm以下，很適合用於在檢查半導體積體電路等之檢查對象物的電氣特性之際使用的探針的用途。Cu-Ag合金線的用途並不限定於該用途，也適用於電子零件的配線用途、以及包含電氣的連接之所有的用途。
(2)Cu-Ag合金線的製造方法
圖1係按時間先後順序顯示Cu-Ag合金線的製造方法之流程圖。
如圖1所示，Cu-Ag合金線的製造方法基本上係按順序進行熔融-鑄造步驟S1、熱處理步驟S2、伸線加工步驟S3、熱處理步驟S4、伸線加工步驟S5及扭線加工步驟S6之各處理。
熔融-鑄造步驟S1係用1000至1400℃之溫度使原料熔融，調製出含有0.1至30質量%的Ag，剩餘部分為Cu及不可避免的雜質之組成物(熔融金屬)。
「原料」只要在熔融後的階段成為含有0.1至30質量%的Ag，剩餘部分為Cu及不可避免的雜質之組成物即可，在熔融前的階段，Ag及Cu可為個別存在的單體，亦可為Ag及Cu的一體物(化合物)。
然後，將熔融物(熔融金屬)澆灌入鑄模，然後在0.5至60分鐘之內冷卻到室溫，鑄造出在Cu基中形成有網目狀的Cu-Ag共晶相之具有一定的直徑之棒材A。
熱處理步驟S2係在真空或惰性氣體環境中用300至700℃的溫度對於棒材A進行1至60小時的加熱，使固溶於Cu基中的Ag析出而成為Ag析出相。加熱溫度較佳為400至500℃，加熱時間較佳為5至10小時。惰性氣體可使用N2(氮氣)或Ar(氬氣)。
此處的熱處理誘發Ag析出相的析出，主要是有助於Cu-Ag合金線的硬度提高及電阻率減低。
伸線加工步驟S3係以2.3以上的冷間加工度對於棒材A進行伸線加工而製造出線材B1。此處的「冷間加工度」係為如下式所表示的值。
冷間加工度=ln((棒材A的剖面積)/(線材B1的剖面積))
熱處理步驟S4係在真空或惰性氣體環境中用300至700℃的溫度對於線材B1進行1至60小時的加熱，使之退火。加熱溫度較佳為300至500℃，更佳為300至400℃，加熱時間較佳為5至50小時。惰性氣體可使用N2或Ar。
伸線加工步驟S5係以超過7.2的冷間加工度對於線材B1進行伸線加工而製造出線材B2。此處的「冷間加工度」係為如下式所表示的值。
冷間加工度=ln((線材B1的剖面積)/(線材B2的剖面積))
此處的冷間加工度較佳的是在8.1以上。
另外，熱處理步驟S4及伸線加工步驟S5可一直重複進行複數次。
扭線加工步驟S6係進行線材B2的扭轉加工。
扭線加工步驟S6係一邊使捲繞有線材B2之原捲繞的線軸(bobbin)(供給用的線軸)旋轉，一邊用回收用的線軸從供給用的線軸將線材B2捲收過來，而進行線材B2的扭線加工。
如圖2所示，扭線加工步驟S6詳細來說係進行兩步驟的扭線加工，第一步驟係一邊使供給用的線軸10正向旋轉一邊以回收用的線軸20將線材B2捲收過來，第二步驟係一邊使該回收用的線軸20反向旋轉一邊以另一個回收用的線軸30將線材B2捲收過來。
線材B2的扭轉量(施加於線材B2的扭轉量)可定義為如下的式子。
「線材B2的扭轉量」
=供給用線軸的轉速[rpm]/線材B2的線速[mm/min]
扭線加工步驟S6中，將第一步驟的線材B2的扭轉量設定得比第二步驟的線材B2的扭轉量大。
詳言之，扭線加工步驟S6中，使線材B2以0.1轉/mm以上的扭轉量正向旋轉，然後使線材B2以比該正向旋轉時的扭轉量小的扭轉量反向旋轉。
線材B2的扭線加工主要是有助於在維持Cu-Ag合金線的導電率的同時調整(提高)最終的硬度。扭線加工步驟S6係特別在不施加熱處理的情況下進行扭線加工，以抑制維氏硬度的降低。
藉由從上述熔融-鑄造步驟S1到扭線加工步驟S6之處理，可製造出Cu-Ag合金線。
[實施例]
(1)線材樣品的製作
(1.1)樣品1至4
樣品1至4的製作方法係如圖3所示。
以1000至1400℃的溫度對原料進行加熱使之熔融，調製出具有表1的組成比之組成物(熔融金屬)。
然後，將熔融物(熔融金屬)澆灌入鑄模並在10分鐘之內冷卻到室溫，鑄造出直徑11.5mm的棒材A。
然後，在N2氣體環境中以500℃的溫度對於棒材A進行10小時的加熱。
然後，對於棒材A進行從直徑11.5mm到直徑2.2mm之伸線加工而製造出冷間加工度3.3的線材B1。
然後，在N2氣體環境中以350℃的溫度對於線材B1進行30小時的加熱。
然後，對於線材B1進行從直徑2.2mm到直徑0.06mm之伸線加工而製造出冷間加工度7.2的線材B2。
(1.2)樣品5、7
樣品5、7的製作方法係如圖4所示。
以1000至1400℃的溫度對原料進行加熱使之熔融，調製出具有表1的組成比之組成物(熔融金屬)。
然後，將熔融物(熔融金屬)澆灌入鑄模並在10分鐘之內冷卻到室溫，鑄造出直徑17.5mm的棒材A。
然後，在N2氣體環境中以500℃的溫度對於棒材A進行10小時的加熱。
然後，對於棒材A進行從直徑17.5mm到直徑3.4mm之伸線加工而製造出冷間加工度3.3的線材B1。
然後，在N2氣體環境中以350℃的溫度對於線材B1進行30小時的加熱。
然後，對於線材B1進行從直徑3.4mm到直徑0.06mm之伸線加工而製造出冷間加工度8.1的線材B2。
(1.3)樣品6、8
樣品6、8的製作方法係如圖4所示。
以1000至1400℃的溫度對原料進行加熱使之熔融，調製出具有表1的組成比之組成物(熔融金屬)。
然後，將熔融物(熔融金屬)澆灌入鑄模並在10分鐘之內冷卻到室溫，鑄造出直徑17.5mm的棒材A。
然後，在N2氣體環境中以500℃的溫度對於棒材A進行10小時的加熱。
然後，對於棒材A進行從直徑17.5mm到直徑5.6mm之伸線加工而製造出冷間加工度2.3的線材B1。
然後，在N2氣體環境中以350℃的溫度對於線材B1進行30小時的加熱。
然後，對於線材B1進行從直徑5.6mm到直徑0.06mm之伸線加工而製造出冷間加工度9.1的線材B2。
(1.4)樣品9、10
樣品9、10的製作方法係如圖4所示。
以與樣品5、7一樣的方法製造出線材B2。
然後，對於線材B2進行圖2的扭線加工。在第一步驟將線材B2的扭轉量設定為1.5轉/mm而使線材B2正向旋轉。在第二步驟將線材B2的扭轉量設定為0.27轉/mm而使線材B2反向旋轉。
(2)線材樣品的特性評價
(2.1)維氏硬度的測定
以依據JIS Z 2244之方法測出維氏硬度。
測定裝置係使用松澤公司(Matsuzawa Co.,Ltd)製的維氏硬度測定裝置(AMT-X7AFS)。測定條件如下：
負荷：25gf
保持時間：15秒
測定結果顯示於表1中。
(2.2)拉伸強度的測定
依據JIS Z 2241，對樣品量測各五個的拉伸強度，算出其平均值(MPa)。算出結果顯示於表1中。
(2.3)電阻率及導電率的測定
以雙電橋法，在控制在20℃(±2℃)的室內對樣品量測各五個的電阻並算出電阻率(μΩ．cm)及導電率(%IACS)的各平均值。電壓端子間距離為500mm。算出結果顯示於表1中。
(2.4)直線性的評價
為了評價直線性而量測各樣品的曲率半徑。
具體而言係使用基恩士公司(KEYENCE CORPORATION)製的數位電子顯微鏡VHX-6000，從樣品的圓弧任意選定三個點算出曲率半徑(mm)。算出結果顯示於表1中。
[表1]
(3)總結
如表1所示，從樣品5至10得到維氏硬度為300HV以上且電阻率為3.0μΩ．cm以下之結果。尤其，對線材B2進行扭線加工時，曲率半徑會在300mm以上。
本申請案主張以2022年6月7日在日本提出之特願2022-092485號申請案為根據之優先權。本案說明書援用該日本申請案的說明書及圖式中記載的所有內容。
S1:熔融-鑄造步驟
S2:析出熱處理步驟
S3:伸線加工步驟
S4:中間熱處理步驟
S5:伸線加工步驟
S6:扭線加工步驟
Claims (5)
- 一種Cu-Ag合金線，係含有0.1至30質量%的Ag，剩餘部分由Cu及不可避免的雜質所組成者，其中，維氏硬度為300HV以上且電阻率為3.0μΩ．cm以下。
- 如請求項1所述之Cu-Ag合金線，其中，曲率半徑係在300mm以上。
- 一種Cu-Ag合金線的製造方法，係包括：鑄造出含有0.1至30質量%的Ag，剩餘部分由Cu及不可避免的雜質所組成的棒材之步驟；在真空或惰性氣體環境中以300至700℃的溫度對於前述棒材進行1至60小時的加熱之步驟；以2.3以上的冷間加工度對於加熱後的前述棒材進行伸線加工而製造出第一線材之步驟；在真空或惰性氣體環境中以300至700℃的溫度對於前述第一線材進行1至60小時的加熱之步驟；以及以超過7.2的冷間加工度對於加熱後的前述第一線材進行伸線加工而製造出第二線材之步驟。
- 如請求項3所述之Cu-Ag合金線的製造方法，其中，製造出前述第二線材之步驟係將冷間加工度設為8.1以上。
- 如請求項3或4所述之Cu-Ag合金線的製造方法，係包括：對於前述第二線材進行扭線加工之步驟，對於前述第二線材進行扭線加工之步驟中，係以0.1轉/mm以上的扭轉量使前述第二線材正向旋轉，接著以比前述正向旋轉時的扭轉量小的扭轉量使前述第二線材反向旋轉。
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