TWI787302B - 一種二元銅銀合金體的製造方法、觸頭引腳以及使用二元銅銀合金的裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供構成觸頭引腳的材料及其加工方法，使用不同於以往的材料以及加工方法製造導電性部件。對包含銅以及銀的銅銀合金，至少使用銅合金用蝕刻液進行蝕刻處理得到導電性部件，可以選擇性地在銅合金用蝕刻液中添加銀用蝕刻液。

Description

一種二元銅銀合金體的製造方法、觸頭引腳以及使用二元銅銀合金的裝置

本發明涉及一種使用銅銀合金的導電性部件、觸頭引腳以及裝置，特別是涉及一種用於半導體晶圓、封裝(PKG，Packin)等檢查的使用銅銀合金的導電性部件、觸頭引腳以及裝置。

先前技術1(日本特表2008-516398號公告的摘要以及第(0006)段)中公開了用於電子器件的觸頭，該觸頭，具有規定的形狀，具有：上側觸頭引腳，其包含與待測試的物體即積體電路的引線接觸的觸頭部、2個支承突出部以及主體；下側觸頭引腳，其以與上側觸頭引腳正交的方式連接於上側觸頭引腳；彈簧，其嵌入在上側觸頭引腳和下側觸頭引腳之間的規定的區域。上側觸頭引腳和下側觸頭引腳，是通過對棒狀的銅合金材料進行機械加工、鍍金而製造的。

然而，先前技術1中公開的觸頭(測試器)，雖然對表面施加了鍍金，但是金的導電率一般比合金差，因此在使用鍍金的上側觸頭引腳以及下側觸頭引腳的情況下，在導電率、強度這一點上，其未必就是最合適的材料。最先進的半導體器件，間距不斷微小化，並且，存在流動大電流的傾向，因此對於鍍金的觸頭引腳來說，今後進行半導體晶圓的檢查逐漸變難。

本發明，著眼於構成觸頭引腳的材料及其加工方法，其所要解決的技術問題是通過不同於先前技術1的公開的材料以及加工方法製造觸頭引腳。

另外，本發明所要解決的技術問題是，不僅提供觸頭引腳，還提供使用該元件的導電性部件、測試器單元以及檢查裝置。

為了解決上述技術問題，本發明的導電性部件，是對包含銅以及銀的銅銀合金，至少使用銅合金用蝕刻液進行蝕刻處理而得到的。

所述銅合金用蝕刻液中可以添加有銀用蝕刻液。

另外，可以使用上文所述導電性部件製造本發明的觸頭引腳。

進一步，還能夠使用上述導電性部件製造各種裝置。這裡所說的裝置，例如可列舉插入器之類的連接器，探測器，包含IC插槽的測試器，用於音圈電機等的工業用彈簧，手抖校正用的光學影像穩定器的懸絲等。

10:管

15:掩膜圖案

20:曝光裝置

20a~20h:曝光裝置

30:旋轉裝置

32:旋轉軸部

34:管接收部

50:液槽

60:液槽

100:銅銀合金體

1000:觸頭引腳

112:上側觸頭

114:基部

122:下側觸頭

124:基部

130:彈簧部

圖1是本發明的實施方式的觸頭引腳的示意圖。

圖2是圖1之觸頭引腳的製造方法的說明圖。

圖3是本發明的實施方式的觸頭引腳的製造裝置的示意性的結構圖。

圖4是使用與銅相比的銀的添加量選用6wt%而製造銅銀合金板製造的觸頭引腳的評估結果的圖。

圖5是使用與銅相比的銀的添加量選用10wt%而製造的銅銀合金板製造的觸頭引腳的評估結果的圖。

圖6是圖3之觸頭引腳的製造裝置的變形例的說明圖。

以下，參照附圖說明本發明的實施方式。

圖1是本發明的實施方式的觸頭引腳0的示意圖。圖1所示的觸頭引腳1000用於直接接觸半導體晶圓、檢查半導體晶圓中是否流動有所需的電流的檢查裝置等。

觸頭引腳1000具備：形成為略S字的蛇形的彈簧部130，用於使觸頭引腳1000主體具有強度的基部114、基部124，與基部114、基部124鄰接的上側觸頭112以及下側觸頭122。觸頭引腳1000，選用銅銀合金作為材料，雖然本實施例為平面的形狀，但是也能夠選用圓柱狀之類的立體的形狀的觸頭引腳。

觸頭引腳100的各部的尺寸，雖然不限於此，但是可以使用如以下的尺寸。

彈簧部130：整體寬度約1mm，線徑：約0.2mm，整體長度約8mm，基部114：寬度約1mm，長度約3mm，基部124：寬度約1mm，長度約4mm，上側觸頭112，下側觸頭122：寬度約0.5mm，長度約2mm。

，已知一般情況下，銅合金的強度和導電率存在悖反關係，若強度高則導電率低，相反若導電率高則強度低。因此，在本實施方式中，反復鑽研銅銀合金板的製造步驟，製造出了高強度且高導電率的銅銀合金板。

另外，在蝕刻中，構成銅銀合金的銀部分和銅部分的蝕刻速度不同。本實施方式的銅銀合金，多由銅構成，與銅相比的銀的添加量左右著其強度和導電率。因此，在最終能夠實現觸頭引腳1000所需的強度和導電率的條件下，進行銅銀合金板的蝕刻。以下，說明(1)銅銀合金板的製造步驟和(2)銅銀合金板的蝕刻步驟的具體的方法。

(1)銅銀合金板的製造步驟

首先，分別準備構成銅銀合金板的銅以及銀。作為銅，例如，準備將市售品的電解銅或無氧銅製成10mm×30mm×50mm的短條狀的銅。作為銀，準備大致形狀的一次直徑為2mm~3mm之間的粒狀的銀。需要說明的是，無氧銅，例如，可以使用10mm-30mm×10mm-30mm×2mm-5mm的平板。

與銅相比的銀的添加量在0.2wt%-15wt%的範圍內，較佳在0.3wt%-10wt%的範圍內，更佳在0.5wt%-6wt%的範圍內。這是由於，若考慮銅銀合金板的製造成本的低價化，可以說銀的添加量相對較少更佳，但是少到銀小於0.5wt%的程度的話，無法得到觸頭引腳1000所需的強度。

接著，在上述條件下將添加了銀的銅，放入包含塔曼爐(Tammann)的高頻或低頻的真空溶解爐等溶解爐內，啟動溶解爐例如升溫到約1200℃，使銅和銀充分溶解，從而鑄造銅銀合金。

之後，對鑄造成為鑄錠的銅銀合金實施固溶熱處理。此時，在空氣中鑄造銅銀合金的情況下，該鑄錠的表面氧化，因此將該氧化部分磨削掉。 另一方面，銅銀合金，也能夠在氮氣、氬氣等的惰性氣氛中進行鑄造，在這種情況下，不需要該鑄錠的表面磨削處理。對銅銀合金實施固溶熱處理後進行冷軋，例如，在350℃~550℃下進行沉澱熱處理。

表1為本發明的實施方式的銅銀合金板的強度、導電率的測量結果的表。

表1中，將與銅相比的銀的添加量，分別改變為2wt%、3wt%、6wt%、8wt%，並且，在各種情況下，還將銅銀合金板的板厚改變為0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm。

如表1所示，可知隨著與銅相比的銀的添加量增加，存在抗拉強度增大，導電率降低的傾向。另外，可知銅銀合金板的板厚也會影響抗拉強度以及導電率，隨著板厚減小，存在抗拉強度增大，導電率減小的傾向。

因此可以說，只要根據使用了銅銀合金的導電性部件的用途，適當地確定與銅相比的銀的添加量以及銅銀合金板的板厚即可。

(2)銅銀合金板的蝕刻步驟

圖2是圖1中的觸頭引腳1000的製造方法的說明圖。如圖2所示作為觸頭引腳1000的前體的銅銀合金體100和具有透光性的管10，在該管的壁部上形成有與觸頭引腳1000的形狀對應的掩膜圖案15(示意性以網格為圖示)。其中，圖2中的銅銀合金體100，是將通過已上述的方法製造的大尺寸的銅銀合金體100，與觸頭引腳1000的尺寸相應地進行切割得到的。

在插入管10之前，將碘化銀、溴化銀、丙烯酸等的感光性物質通過噴塗、含浸等塗覆在銅銀合金體100的表面上。此時，根據需要，在塗覆感光性物質之前，可以在銅銀合金體100上塗覆偶聯劑，提高感光性物質的密合性。另外，可以對塗覆了感光性物質的銅銀合金體100，實施在100℃~400℃之間的溫度下加熱規定時間的預烘烤處理，從而使感光性物質固化。

管10，由石英玻璃、氟化鈣、氟化鎂、亞克力玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃、低熱膨脹玻璃、矽酸系玻璃、丙烯酸樹脂等形成。管10的內徑可以設置成，在掩膜圖案15形成於內壁的情況下，與感光性物質在其表面固化的銅銀合金體100的尺寸大致相同。

這是為了，在進行下文所述的曝光處理時，防止管10與銅銀合金體100的位置偏移，進行準確的圖案轉印。因此，管10的內徑，只要設置成能夠將銅銀合金體100通過壓入等插入管10的程度即可。需要說明的是，管10的形狀，無需設為圓筒狀，可以是斷面為橢圓狀的管，也可以是多邊形的管。

掩膜圖案15使曝光裝置20(圖3)照射的紫外光選擇性地到達銅銀合金體100，採用與最終產品的觸頭引腳1000的形狀對應的圖案。掩膜圖案15的形成方法，沒有特別的限定，可以採用電解電鍍、化學鍍、熱浸鍍、真空蒸鍍等已知的鍍敷法中的任一種。通過鍍敷形成的金屬膜，為0.5μm~5.0μm之間的厚度即可，作為其材料，能夠使用鎳、鉻、銅、鋁等。需要說明的是，掩膜圖案15可以是陽型、陰型的任一種。

另外，可以在管100的內壁形成掩膜圖案15，也可以在外壁形成掩膜圖案15。在管100為小直徑，且如2cm~3cm這樣較短的情況下，能夠在管100的內壁上形成掩膜圖案15。可以根據需要設置將來自曝光裝置20的照射光改變成平行光的透鏡，從而提高曝光時的解析度。

圖3是本發明的實施方式的觸頭引腳1000的製造裝置的結構圖。如圖3所示，將插入有銅銀合金體100的管10以其軸心為中心進行旋轉的旋轉 裝置30，朝向管10的圓筒面照射紫外光等的曝光裝置20，裝有使得被曝光裝置20曝光的銅銀合金體100顯影的顯影液的液槽50，裝有含浸銅銀合金體100的蝕刻液的液槽60。

需要說明的是這一點需要留意：為了說明的容易理解，繪製了圖3中所示的各部，實際上存在沒有按照圖示的尺寸比例的情況。

旋轉裝置30具備與未圖示的內置電機相連接的旋轉軸部32，和位於旋轉軸部32的頂端的管接收部34。管接收部34，構成為能夠相對於旋轉軸部32裝卸，能夠根據管10的尺寸進行選擇。旋轉軸部32，例如，在下述的條件的曝光裝置20的情況下，設定為以1分鐘1~2轉的速度旋轉。因此，旋轉軸部32的旋轉速度，根據曝光條件確定即可。需要說明的是，旋轉裝置30，不是如圖3所示僅僅與管10的一端相連接，而是與其兩端相連接也可以。

曝光裝置20，照射波長約為360nm~440nm(例如，390nm)之間，且功率約為150W的紫外光。具體地，雖然不限於此，但是曝光裝置20能夠使用氙氣燈、高壓水銀燈等。雖此實施例僅表示了設置1台曝光裝置20，但是也能夠通過設置多台以謀求縮短曝光時間。需要說明的是，曝光裝置20與管10的距離，只要是上述的紫外光的照射條件，設為20cm~50cm程度的間隔也可以。

液槽50中裝有顯影液，該顯影液用於從使用曝光裝置20進行了曝光處理的銅銀合金體100上，除去多餘的感光性材料。顯影液，根據感光性材料進行選擇即可，能夠使用作為有機鹼的TMAH(tetra-methyl-ammonium-hydroxide，四甲基氫氧化銨)的2.38wt%水溶液。

液槽60中裝有蝕刻液，該蝕刻液用於在對被曝光裝置20曝光後的銅銀合金體100實施顯影處理並進行所需的洗淨處理後，進行蝕刻。蝕刻液選擇比重為1.2~1.8之間的氯化鐵、過硫酸銨和升汞的混合液等適合銅合金的蝕刻的蝕刻液，進一步，選擇性地，還能夠少量添加同程度的比重的硝酸鐵液等適合銀的蝕刻的蝕刻液(例如，約為5%)。

若如此，在溶解時即使產生了銀的塊體等，也能夠防止該銀的塊體的殘留在蝕刻處理後的銅銀合金體100的表面上。雖然如此，但是當硝酸鐵液等的添加量多時，蝕刻處理後的銅銀合金體100的表面中的銀的比例變少，觸頭引腳1000的表面強度會降低，因此較不佳。

接著，說明觸頭引腳1000的製造方法。首先，準備與將要形成於銅銀合金體100的圖案對應的掩膜圖案15例如形成於其內壁的管10。管10，如已經描述的，由石英玻璃等形成。

另外，在銅銀合金體100的外表面上也塗覆感光性材料等。之後，在100℃~400℃之間的溫度下對銅銀合金體100進行預烘烤處理。將通過這樣使得感光性材料固化的銅銀合金體100插入管10內。

接著，將管10安裝在旋轉裝置30的管接收部34上，驅動旋轉裝置30的內置電機。由此，使管10以其軸心為中心旋轉。接下來，通過啟動曝光裝置20，一邊旋轉插入有銅銀合金體100的管10一邊進行曝光。

之後，從管10中取出銅銀合金體100，在裝有顯影液的液槽50中，含浸數十秒(例如20秒)。從銅銀合金體100上除去多餘的感光性材料。然後，對銅銀合金體100進行洗淨處理，並在裝有蝕刻液的液槽60中含浸銅銀合金體100。含浸時間，根據銅銀合金體100的材料、厚度等確定即可，但是一般可以選用2分鐘~15分鐘，例如10分鐘以下。通過以上的步驟，能夠製造所需的形狀的觸頭引腳1000。

需要說明的是，如果對於觸頭引腳1000的表面，施加通過電解電鍍、真空蒸鍍、靜電噴塗等將石墨烯等碳、納米銀等塗覆為2μm~3μm之間的厚度的塗膜處理，能夠進一步提高導電性，能夠提高觸頭引腳1000的容許電流。

圖4是使用與銅相比的銀的添加量選用6wt%而製造的銅銀合金板製造的觸頭引腳1000的評估結果的圖。評估物件的觸頭引腳1000，是使用圖1實施例的尺寸，全長為約20mm，厚度為約0.2mm。需要說明的是，圖4中的評估試驗，是觸頭引腳1000的位移量為0.8〔mm〕且次數為執行1萬次的情況下的平均值。另外，即使執行1萬次，觸頭引腳1000也未發現功能以及性能的降低。

圖4(a)中觸頭引腳1000的移動量與載荷的關係。需要說明的是，在圖4(a)中，在橫軸上觸頭引腳1000的位移量〔mm〕，在縱軸上觸頭引腳1000的載荷〔gf〕。在圖4(b)中觸頭引腳1000的移動量與接觸電阻的關係。需要說明的是，在圖4(b)中，在橫軸上觸頭引腳1000的位移量〔mm〕，在縱軸上觸頭引腳1000的與導電率相關的接觸電阻值〔mΩ〕。

另外，圖4(a)以及圖4(b)中的實線是觸頭引腳1000的位移量從0〔mm〕移動到0.8〔mm〕的情況下的載荷以及接觸電阻值，虛線所示觸頭引腳1000的位移量從0.8〔mm〕移動到0〔mm〕的情況下的載荷以及接觸電阻值。

根據圖4(a)可知，在觸頭引腳1000的位移量從0〔mm〕移動到0.8〔mm〕的情況下，和從0.8〔mm〕移動到0〔mm〕的情況下，載荷均為10〔gf〕以下。

根據圖4(b)可知，在觸頭引腳1000的位移量從0〔mm〕移動到0.8〔mm〕的情況下，當位移量為約0.25〔mm〕以上時，接觸電阻值為100〔mΩ〕以下；在從0.8〔mm〕移動到0〔mm〕的情況下，到位移量為約0.1〔mm〕為止，接觸電阻值為100〔mΩ〕以下。

圖5是使用與銅相比的銀的添加量選用10wt%而製造的銅銀合金板製造的觸頭引腳1000的評估結果的圖。評估物件的觸頭引腳1000，為使用圖1實施例的尺寸，全長為約20mm，厚度為約0.2mm。需要說明的是，圖5中的評估試驗，是觸頭引腳1000的位移量為0.8〔mm〕且次數為執行1萬次的情況下的平均值。另外，即使執行1萬次，觸頭引腳1000也未發現功能以及性能的降低。

圖5(a)中觸頭引腳1000的移動量與載荷的關係。需要說明的是，在圖5(a)中，在橫軸上觸頭引腳1000的位移量〔mm〕，在縱軸上觸頭引腳1000的載荷〔gf〕。圖5(b)中觸頭引腳1000的移動量與接觸電阻的關係。需要說明的是，在圖5(b)中，在橫軸上觸頭引腳1000的位移量〔mm〕，在縱軸上觸頭引腳1000的與導電率相關的接觸電阻值〔mΩ〕。

根據圖5(a)可知，在觸頭引腳1000的位移量從0〔mm〕移動到0.8〔mm〕的情況下，和從0.8〔mm〕移動到0〔mm〕的情況下，載荷均為10〔gf〕以下。

根據圖5(b)可知，在觸頭引腳1000的位移量從0〔mm〕移動到0.8〔mm〕的情況下，當位移量為約0.35〔mm〕以上時，接觸電阻值為100〔mΩ〕以下，在從0.8〔mm〕移動到0〔mm〕的情況下，到位移量為約0.1〔mm〕為止，接觸電阻值為100〔mΩ〕以下。

需要說明的是，近年，在半導體晶圓檢查裝置中，觸頭引腳的位移量為0.1〔mm〕~0.3〔mm〕之間，在這種情況下，要求載荷為約4〔gf〕以下、接觸電阻值為200〔mΩ〕以下，觸頭引腳1000，如根據圖4以及圖5任一者的評估結果可知的，滿足該要求。

另外，近年，在IC封裝用的測試插槽裝置中，觸頭引腳的位移量為0.5〔mm〕之間，在該情況下，要求載荷為約25〔gf〕以下、接觸電阻值為200〔mΩ〕以下，觸頭引腳1000，如根據圖4以及圖5的任一者的評估結果可知的，滿足該要求。

進一步，近年，在探針、檢測針等的電路及其所搭載的基板中，觸頭引腳的位移量為1.0〔mm〕之間，在這種情況下，要求載荷為約10〔gf〕~20〔gf〕以下、接觸電阻值為200〔mΩ〕以下，觸頭引腳1000，如根據圖4以及圖5的任一者的評估結果可知的，滿足該要求。

還另外，近年，在電池的檢查裝置中，觸頭引腳的位移量為0.7〔mm〕之間，在這種情況下，要求載荷為約14〔gf〕以下、接觸電阻值為100〔mΩ〕以下，觸頭引腳1000，如根據圖4以及圖5的任一者的評估結果可知的，滿足該要求。

圖6是圖3的製造裝置的變形例的說明圖。圖6為管10和曝光裝置20a~曝光裝置20h。需要說明的是，圖6是從圖3的管10的軸心方向觀察到的圖。雖然在圖3中僅用1台曝光裝置20進行曝光的例子，但是實施例則用8台曝光裝置20a~曝光裝置20h圍繞管10的圓筒面的狀態。

因此，當用多個曝光裝置20a~曝光裝置20h對管10進行曝光時，即使不設置旋轉裝置30使管10旋轉，也能夠對管10的圓筒面無遺漏地進行曝光。因此，在圖6所示的例子的情況下，存在無需設置旋轉裝置30的優點。

如以上所述，雖然在本實施方式，作為導電性部件的示例，示例了構成半導體測試器的觸頭引腳1000的製造裝置以及製造方法，但是也能夠作為除觸頭引腳1000以外的導電性材料使用。具體地，可示例插入器之類的連接器，探測器，包含IC插槽的測試器，用於音圈電機等的工業用彈簧，手抖校正用的光學影像穩定器的懸絲。

進一步，在本實施方式中，以製造銅銀合金板的情況為例進行了說明，但是不僅僅是板材，例如，也可以製造與用途相應的直徑的圓線材。這 樣，如已描述的，在使用導電性材料最終得到的產品為圓柱狀的情況下，或者，對於上文例示的彈簧等來說，省去了從銅銀合金板上切下的工序，因此能夠簡化製造步驟。即，本實施方式的導電性部件，還能夠製造具有與最終產品的形狀相應的形狀的銅銀合金體。

1000:觸頭引腳

112:上側觸頭

114:基部

122:下側觸頭

124:基部

130:彈簧部

Claims (6)

1. 一種觸頭引腳，由二元銅銀合金體構成，該二元銅銀合金體，與銅相比的銀的添加量為0.2wt%~15wt%，並且在位移量為0.1mm~0.3mm的情況下載荷為4gf以下。
2. 如請求項1所述之觸頭引腳，其中，包括S字的蛇形的彈簧部並且具有平面的形狀。
3. 如請求項1所述之觸頭引腳，其中，具有立體的形狀，該立體的形狀包括圓柱狀。
4. 如請求項1所述之觸頭引腳，其中，使用導電性物質對表面進行了塗膜處理。
5. 一種使用二元銅銀合金的裝置，其中，具有如請求項1所述之觸頭引腳。
6. 一種二元銅銀合金體的製造方法，其中，該二元銅銀合金體係至少使用銅合金用蝕刻液進行蝕刻處理而得到的用於觸頭引腳的二元銅銀合金體，包括：向銅中添加與銅相比之0.2wt%~15wt%的銀的步驟；對添加了銀的銅進行熔解形成二元銅銀合金的步驟；對熔解後的二元銅銀合金進行冷軋的步驟；以及對冷軋的二元銅銀合金在350℃~550℃下進行沉澱熱處理的步驟。

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