TWI819866B - 包含Ａｇ－Ｐｄ－Ｃｕ系合金之探針用材料 - Google Patents
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Abstract
本發明係包含Ag-Pd-Cu系合金之探針用材料，該Ag-Pd-Cu系合金係以Ag、Pd、Cu、第1添加元素的B及第2添加元素的Zn、Bi、Sn之至少任一元素作為必要元素。此處，第1添加元素之濃度為0.1質量%以上1.5質量%以下，前述第2添加元素之濃度為0.1質量%以上1.0質量%以下。而且關於Ag-Pd-Cu系合金之Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度，必須是僅以該等三元素形成Ag-Pd-Cu三元合金而換算之Ag濃度(S
Ag)、Pd濃度(S
Pd)、Cu濃度(S
Cu)均落於Ag-Pd-Cu三元系狀態圖中之特定範圍內。本發明之探針用材料之電阻值及硬度‧耐磨耗性優異，同時彎折耐性提高。
Description
本發明有關適於電氣‧電子機器及半導體裝置等之檢查中使用之探針的合金材料。詳言之，有關由Ag-Pd-Cu系合金構成，各構成元素組成及添加元素的選擇經最佳化，為低電阻且耐磨耗性優異，進而彎折加工性亦優異之探針用材料。
於各種電子機器之基板及半導體裝置之半導體晶圓上所搭載之元件等之導通檢查‧動作特性檢查，係使用具備探針之探針檢查裝置。於探針卡支持有多數探針，使探針與元件等之電極接觸，藉由於與電極之間傳送接收電信號而進行檢查。
探針係於無數次重複與電極之接觸‧分離同時進行通電之嚴苛環境下使用。因此，探針用材料，除了作為導電材料之低電阻以外，還被要求耐磨耗性‧硬度等之機械性質及耐腐蝕性‧耐氧化性等。
且，探針形態有多種，廣為悉知者為直線狀之垂直型、懸臂之懸臂型探針及彈簧探針(附彈簧之針)型之探針。該等中，懸臂型探針係以單側彎折加工成60°~90°的角度，以此狀態與檢查對象物重複接觸‧分離而使用。因此，懸臂型探針，在使用過程中於經彎折加工之部位的負載較大，有時導致疲勞斷裂。且，彈簧探針型之探針係尖端部經加工為複雜形狀，當接觸壓較大時，亦有發生斷裂‧部分缺損之情況。因此，適用於該等探針之材料，彎折耐性亦為重要的特性。
迄今，考慮到上述各種要求特性，提案有數種合金金屬作為探針用材料。例如，提案有以Pt、Ir、Au等之貴金屬為主成分之貴金屬基合金作為探針用材料。該等貴金屬合金之耐磨耗性特別優異，因塑性加工及析出效果而已知為高硬度探針用材料(專利文獻1、2)。
又，作為探針用材料，Ag-Pd-Cu合金之適用例係眾所周知。Ag-Pd-Cu合金係電阻比較低的合金，進而，亦可期待因老化析出所形成之PdCu相而使硬度上升。而且，藉由在Ag-Pd-Cu合金中添加各種添加元素，可實現耐氧化性及加工性等之特性提高。作為由Ag-Pd-Cu系合金所成之探針用材料，有如下，例如添加Ni、Zn、B作為添加元素，在確保耐氧化性‧耐褪色性的同時，具有良好的電性性質(專利文獻3)。且，於Ag-Pd-Cu合金中添加In作為添加元素，可以比以往更高程度發揮比電阻、硬度、加工性之均衡(專利文獻4)。此外，關於彎折耐性，則有經添加Pt之Ag-Pd-Cu-Pt合金(專利文獻5)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第4176133號說明書
[專利文獻2]日本專利第4216823號說明書
[專利文獻3]日本特表平10-504062號公報
[專利文獻4]國際公開WO2019/194322號公報
[專利文獻5]國際公開WO2012/077378號公報
[發明欲解決之課題]
迄今之探針用材料，大多著眼於要求特性之一部分改善者，均衡良好地改善全部要求特性者很少。上述專利文獻1、2之貴金屬基合金在硬度‧耐磨耗性雖極為良好，但構成金屬之特性上，電阻值較高。
另一方面，Ag-Pd-Cu系合金相對於專利文獻1、2之貴金屬基合金為低電阻，藉由選定添加元素可實現耐腐蝕性等之複數特性之提高。然而，若考慮彎折耐性等，迄今之Ag-Pd-Cu系合金就全體特性提高之觀點尚不充分。若關於上述先前技術來看，專利文獻3之Ag-Pd-Cu-Ni-Zn-B合金有電阻稍高的傾向，關於彎折耐性之改善效果也不清楚。專利文獻4之Ag-Pd-Cu-In合金，In使合金之延展性降低且使彎折耐性降低。且，於考慮到彎折耐性之專利文獻4的Ag-Pd-Cu-Pt合金，雖可抑制彎折部分之疲勞斷裂，但硬度過低，作為探針用材料之基本特性較差。
又，關於由Ag-Pd-Cu系合金所成之探針用材料，今後被要求更安定、顯示更低電阻值。近年來，於廣為普及之HV‧EV等之電動車等所搭載之功率裝置(SiC、GaN等)，由於係以於高溫下動作為前提，故其檢查環境亦設定於100℃~250℃之高溫範圍。Ag-Pd-Cu系合金在此溫度範圍內雖具有耐氧化性等，但於更為高溫之超過300℃的狀態下發生特性變化。如上述，Ag-Pd-Cu系合金係老化硬化型的合金，於300℃以上會進行老化之故。探針因於裝置之檢查步驟中通電故有因電阻熱而使環境溫度成為高溫之可能性。為了不於探針材料產生特性變化，必須將電阻值比以往更為減低而抑制加熱。
本發明係基於以上背景而完成者，而提供電阻值及硬度(耐磨耗性)等之對以往探針用材料所要求之特性優異並且彎折耐性經提高之探針用材料。
[用以解決課題之手段]
本發明之具體檢討中，本發明人等進行以Ag-Pd-Cu系合金為基本之材料開發。其理由係認為Ag-Pd-Cu系合金本質上為低電阻合金，藉由進行組成之最佳化而成為比以往更低電阻之材料。而且，合金之低電阻化係作為探針之導電構件應優先考慮的特性。且，如上述，老化硬化型合金的Ag-Pd-Cu系合金，雖在300℃以上之高溫下有特性變化之憂慮，但此問題亦可藉由低電阻化而對應。
而且，本發明人等發現到作為可對應於上述課題之Ag-Pd-Cu系合金，若使僅由作為其基礎的Ag、Pd、Cu之3種元素構成的Ag-Pd-Cu三元合金的組成最佳化，及以適當範圍添加有可對該經最佳化之Ag-Pd-Cu三元合金賦予耐磨耗性與彎折耐性的添加元素之Ag-Pd-Cu系合金，而想出本發明。
欲解決上述課題之本發明係一種探針用材料，其係包含Ag-Pd-Cu系合金之探針用材料，該Ag-Pd-Cu系合金包含Ag、Pd、Cu、第1添加元素的B及第2添加元素的Zn、Bi、Sn之至少任一元素以及不可避免之雜質，基於前述Ag-Pd-Cu系合金之Ag濃度、Pd濃度與Cu濃度之合計值，前述Ag濃度、前述Pd濃度與前述Cu濃度之各者換算為Ag-Pd-Cu三元合金之Ag濃度S
Ag、Pd濃度S
Pd、Cu濃度S
Cu時，前述S
Ag、前述S
Pd、前述S
Cu均落於Ag-Pd-Cu三元系狀態圖中之將A1點(Ag：5.5質量%，Pd：47.5質量%，Cu：47質量%)、A2點(Ag：5.5質量%，Pd：58.5質量%，Cu：36質量%)、A3點(Ag：18質量%，Pd：49質量%，Cu：33質量%)、A4點(Ag：18質量%，Pd：45質量%，Cu：37質量%)之各點間以直線圍成之多角形(A1-A2-A3-A4)的範圍內，前述第1添加元素之濃度為0.1質量%以上1.5質量%以下，前述第2添加元素之濃度為0.1質量%以上1.0質量%以下。以下，針對本發明之探針用材料之構成及各種特性詳細說明。又本說明書中，僅以Ag、Pd、Cu之3元素構成之合金稱為「Ag-Pd-Cu三元合金」。且，包含Ag、Pd、Cu與1種以上之其以外之元素的合金稱為「Ag-Pd-Cu系合金」。
I.本發明之探針用材料之構成
如上述，本發明之探針用材料包含Ag-Pd-Cu系合金。該Ag-Pd-Cu系合金係於Ag-Pd-Cu三元合金中，添加作為第1添加元素之B及作為第2添加元素之Zn、Bi、Sn之至少任一元素而構成之5元系以上之Ag-Pd-Cu系合金。以下，針對該等必要構成元素之作用與組成範圍加以說明。
(i)Ag、Pd、Cu
本發明中適用之Ag-Pd-Cu系合金之要件係其Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度換算為Ag-Pd-Cu三元合金之Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度時之濃度值(S
Ag、S
Pd、S
Cu)，落於Ag-Pd-Cu三元合金之狀態圖之後述特定區域(A1-A2-A3-A4)的範圍內。
因此，本發明之Ag-Pd-Cu系合金之Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度換算為Ag-Pd-Cu三元合金之Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度，係本發明中重視合金開發的架構之理由。亦即，本發明中，首先，關於Ag-Pd-Cu三元合金，其本身作為探針用材料而可能最佳之組成範圍已明瞭。該最佳化之Ag-Pd-Cu三元合金係落於特定之組成範圍，該範圍係成為相對於上述先前技術Ag濃度減低，Pd濃度提高之低Ag高Pd之合金。該Ag-Pd-Cu三元合金主要目的係低電阻化，同時具有即使為三元合金亦能儘可能發揮耐磨耗性及彎折耐性之組成範圍。而且，本發明係以Ag-Pd-Cu三元合金之最佳化為前提，實現添加元素之種類與濃度之較佳性。
若考慮此種合金設計之過程，關於本發明之Ag-Pd-Cu系合金，第1添加元素及第2添加元素未作用時(即，未添加各添加元素時)之合金組成，被視為相當於經最佳化之Ag-Pd-Cu三元合金之組成是為合理。本發明人等基於該理由而如上述般規定本發明之Ag-Pd-Cu系合金之Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度。
因此，「將Ag-Pd-Cu系合金之Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度換算為Ag-Pd-Cu三元合金的Ag濃度(S
Ag)、Pd濃度(S
Pd)、Cu濃度(S
Cu)」係指「假定為構成本發明之Ag-Pd-Cu系合金的Ag、Pd、Cu不改變各元素間之濃度比下形成Ag-Pd-Cu三元合金時，將該Ag-Pd-Cu三元合金的Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度換算為S
Ag、S
Pd、S
Cu」。作為該換算之具體方法，首先，求出構成本發明之Ag-Pd-Cu系合金之Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度之合計值。因存在第1、第2添加元素故該合計值未達100質量%。接著，將前述合計值與假想之Ag-Pd-Cu三元合金的Ag、Pd、Cu之合計濃度(100質量%)之比(100/(本發明之Ag-Pd-Cu系合金的Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度之合計值))設為用以換算的係數K。接著，藉由將該係數K乘以本發明之Ag-Pd-Cu系合金的Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度各者，可獲得S
Ag、S
Pd、S
Cu。
又，以上之Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度相關之要件，於多數情況下，將換算前之濃度值本身落於Ag-Pd-Cu三元合金的狀態圖之特定區域(A1-A2-A3-A4)的範圍內可為較佳。因此，亦有時未進行上述換算，而基於Ag-Pd-Cu系合金的Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度進行上述要件之判斷。然而，本說明書中，依循本申請案規定之判斷方法‧要件進行說明。
因此，構成本發明之探針用材料之Ag-Pd-Cu系合金，係以S
Ag、S
Pd、S
Cu位於Ag-Pd-Cu三元系狀態圖中之將A1點(Ag：5.5質量%，Pd：47.5質量%，Cu：47質量%)、A2點(Ag：5.5質量%，Pd：58.5質量%，Cu：36質量%)、A3點(Ag：18質量%，Pd：49質量%，Cu：33質量%)、A4點(Ag：18質量%，Pd：45質量%，Cu：37質量%)之各點間以直線圍成之多角形(A1-A2-A3-A4)的範圍內之方式，設定Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度。規定S
Ag、S
Pd、S
Cu應採用之濃度範圍的Ag-Pd-Cu三元系狀態圖之多角形(A1-A2-A3-A4)示於圖1。
本發明之Ag-Pd-Cu系合金之Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度的換算值的S
Ag、S
Pd、S
Cu之範圍如上述般規定的理由，主要係為了實現Ag-Pd-Cu系合金之低電阻化。即，S
Ag、S
Pd、S
Cu之至少任一者位於圖1之各點(A1、A2、A3、A4)相互連接的線(A1-A2、A2-A3、A3-A4、A4-A1)的外側之Ag-Pd-Cu系合金，有老化熱處理後之比電阻變高之傾向。且，本發明中之S
Ag、S
Pd、S
Cu的範圍還亦可能對Ag-Pd-Cu系合金的耐磨耗性(硬度)及彎折耐性造成影響。特別是，S
Ag、S
Pd、S
Cu之至少任一者位於圖1中之A2-A3線之外側般的Ag-Pd-Cu系合金有硬度變低之傾向。且，S
Ag、S
Pd、S
Cu之至少任一者位於A3-A4線之外側般的Ag-Pd-Cu系合金有彎折耐性差的傾向。
又本發明中，「落於將各點間以直線圍成之多角形(A1-A2-A3-A4)的範圍內」包含S
Ag、S
Pd、S
Cu位於該多角形的邊上或頂點上之情況。
又，本發明之Ag-Pd-Cu系合金中，Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度之換算值得S
Ag、S
Pd、S
Cu較佳位於將A1點、A2點、B3點(Ag：13質量%、Pd：52.8質量%、Cu：34.2質量%)、B4點(Ag：13質量%，Pd：46質量%，Cu：41質量%)之各點間以直線圍成之多角形(A1-A2-B3-B4)的範圍內。規定該Ag、Pd、Cu之各元素的較佳濃度範圍之多角形(A1-A2-B3-B4)示於圖2。該組成範圍係對於圖1之組成限定之組成範圍的合金，係可顯示更適宜的比電阻及彎折耐性之合金組成。
而且，本發明之Ag-Pd-Cu系合金中之S
Ag、S
Pd、S
Cu之特佳範圍係位於將C1點(Ag：5.5質量%，Pd：52質量%，Cu：42.5質量%)、A2點、C3點(Ag：11質量%，Pd：54.3質量%，Cu：34.7質量%)、C4點(Ag：11質量%，Pd：50質量%，Cu：39質量%)之各點間以直線圍成之多角形(C1-A2-C3-C4)的範圍內。規定該Ag、Pd、Cu之各元素的特佳濃度範圍之多角形(C1-A2-C3-C4)示於圖3。如此S
Ag、S
Pd、S
Cu位於最受限之範圍內般之Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度的Ag-Pd-Cu系合金顯示特別適宜的比電阻及彎折耐性等。
(ii)第1添加元素(B)
第1添加元素的B(硼)係藉由添加適量，除了Ag-Pd-Cu系合金之硬度上升(耐磨耗性提高)之作用以外，亦具有對合金賦予延展性提高彎折耐性之作用的添加元素。B濃度為0.1質量%以上1.5質量%以下。若未達0.1質量%則未能發揮前述效果，若超過1.5質量%則塑性加工性降低而使冷加工變得困難，缺乏硬度上升效果。B的過量添加亦可能成為彎折耐性降低之要因。B濃度更佳為0.15質量%以上0.5質量%以下。
(iii)第2添加元素(Zn、Bi、Sn)
第2添加元素的Zn(鋅)、Bi(鉍)、Sn(錫)與Ag-Pd-Cu系合金之老化硬化因子的PdCu規則相形成金屬間化合物。藉由該金屬間化合物之粒界強化而提高耐磨耗性。Zn、Bi、Sn需要添加至少任一者，但亦可僅添加1種。Zn、Bi、Sn以該等之合計濃度計包含0.1質量%以上1.0質量%以下。未達0.1質量%時未能發揮前述效果，超過1.0質量%時彎折耐性降低。且Zn、Bi、Sn之過量添加亦成為使塑性加工性降低使冷加工變得困難之要因。Zn、Bi、Sn之合計濃度更佳為0.1質量%以上0.5質量%以下。
(iv)不可避免之雜質
本發明之探針用材料實質上以Ag、Pd、Cu與上述第1、第2添加元素(B及Zn、Bi、Sn之至少任一者)構成。因此，該等必要構成元素之濃度合計，即Ag濃度與Pd濃度與Cu濃度與前述第1添加元素之濃度與前述第2添加元素之濃度的合計為100質量%。然而，本發明之探針用材料亦可含有不可避免之雜質。作為不可避免之雜質有包含Au、Co、Cr、Fe、Ir、Mg、Ni、Pt、Rh、Ru、Si、Ti等之可能性。該等雜質較佳合計為0.02質量%以下，更佳為0.005質量%以下。檢測出不可避免之雜質時，上述必要構成元素之濃度合計值與不可避免之雜質之和為100質量%。
又，本發明之Ag-Pd-Cu系合金之各構成元素的濃度(Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度、第1及第2添加元素濃度)之測定方法未特別限制，但可適用感應耦合發光分光分析(ICP發光分光分析)及螢光X射線分析(XRF分析)等。此外，亦可適用能量分散型X射線分析(EDX)及波長分散型X射線分析(WDX)等之分析法的簡易測定法。
II.本發明之探針用材料的特性及使用形態
如截至目前所述，構成本發明之探針用材料的Ag-Pd-Cu系合金為低電阻且具有耐磨耗性，同時彎折耐性優異。本發明之Ag-Pd-Cu系合金，作為電性特性，較佳在室溫下之比電阻為10μΩ·cm以下。更佳於室溫下之比電阻值為8μΩ·cm以下。且，該比電阻值及後述之硬度及彎折耐性之基準，係相對於後述之製造方法中進行老化熱處理後之狀態的合金者。
且，本發明之Ag-Pd-Cu系合金為了確保耐磨耗性較佳為高硬度。具體而言，維氏硬度較佳為380Hv以上，更佳為420HV以上。關於硬度上限未特別限制，但就適當進行加工熱處理仍有界限。又，即使僅過度提高硬度，亦有彎折耐性降低之虞。此外，由於係探針用途，故亦有對檢查對象物造成傷痕之虞。基於此，本發明之探針用材料之硬度較佳為580Hv以下者。
此外，本發明之Ag-Pd-Cu系合金之彎折耐性優異。關於彎折耐性之評價，可藉由重複彎折Ag-Pd-Cu系合金線材時的次數評價。具體而言，將Ag-Pd-Cu系合金之線材一端固定，交替重複進行自直線狀態以約90°之角度彎折之第1彎折步驟與以將自彎折狀態恢復至直線狀態之方式彎折之第2彎折步驟，將各別的第1彎折步驟與第2彎折步驟作為1次的彎折次數，計數直至線材斷裂為止之彎折次數。藉由該彎折次數可評價彎折耐性。又，斷裂係線材完全斷開的狀態，較佳計算成為此狀態時之彎折次數。因此，本發明之Ag-Pd-Cu系合金基於該評價方法之彎折次數較佳為5次以上。且，上限不應特別設定，由於本發明之合金也是金屬材料，故不可能無限彎折，因此較佳為30次以下。
本發明當然雖供於探針用途，但作為其形態大多以加工成線材、棒材的狀態使用。該等形態下之尺寸未特別限制，但關於線徑大多以直徑50μm以上1000μm以下的線材利用。上述電阻值及硬度較佳在作成該線材時展現。上述彎折耐性之評價中，較佳於該線徑範圍滿足上述基準。又，由於包含本發明之Ag-Pd-Cu系合金之探針形態係彎折耐性優異，故適用於懸臂型探針，但未必限定於此。亦可利用於垂直型等之其他形態的探針。
III.本發明之探針用材料之製造方法
本發明之探針用材料係藉由熔融鑄造法製造上述組成的Ag-Pd-Cu系合金的合金錠，將合金錠冷加工至適於探針的尺寸‧形狀後，進行老化熱處理而製造。熔融鑄造法除了可應用真空熔解(減壓熔解)、大氣熔解(環境熔解)後鑄造而製造合金錠外，亦可應用連續鑄造法、電弧熔解。
熔解鑄造上述合金錠時，亦可準備圖1之A1-A2-A3-A4的範圍內之組成的Ag、Pd、Cu(合計100%)，於其中添加第1添加元素與第2添加元素進行熔解鑄造。且，預先設定Ag-Pd-Cu系合金之第1添加元素及第2添加元素的濃度與S
Ag、S
Pd、S
Cu，亦可基於該等決定合金錠的Ag、Pd、Cu之濃度。此時，由於可自所設定之第1添加元素及第2添加元素之濃度算出上述係數K，故可自所設定之S
Ag、S
Pd、S
Cu與係數K的倒數(1/K)決定合金錠之Ag、Pd、Cu的濃度。
冷加工步驟係用以將Ag-Pd-Cu系合金錠成形為所需形狀‧尺寸，同時對合金導入加工應變，獲得作為探針所需的強度‧硬度之步驟。作為冷加工之形式，可適當選擇壓延加工(包括溝槽壓延)、拉線加工、抽拉‧擠出加工等，該等可重複數次或組合。作為加工溫度較佳於100℃以下進行。
老化熱處理係針對上述加工後之Ag-Pd-Cu系合金進行熱處理，用以使PdCu規則相析出而獲得所需硬度之步驟。老化熱處理之溫度較佳為300℃以上580℃以下。作為處理時間較佳為10分鐘以上4小時以下。
又，上述老化熱處理較佳與溶體化熱處理組合進行。溶體化熱處理係在高溫下對Ag-Pd-Cu系合金熱處理，使其處於均質過飽和固溶體狀態之處理，適於藉隨後之老化處理析出PdCu規則相所用之處理。本發明之Ag-Pd-Cu系合金中溶體化熱處理之加熱溫度較佳為650℃以上950℃以下。加熱後之冷卻較佳為水冷等之急冷。
溶體化處理可進行複數次。上述冷加工步驟中，可進行複數次拉線加工等，但藉由於每次冷加工進行溶體化處理，於最後冷加工後進行老化熱處理而可獲得最佳特性的Ag-Pd-Cu系合金。如此冷加工與溶體化處理組合而進行複數次時，例如可將1次冷加工中之加工率(橫截面積減少率)控制於12%以上80%以下同時進行溶體化熱處理。
因此，經過上述老化熱處理之Ag-Pd-Cu系合金，具有適當之硬度及電性特性同時具備彎折耐性。老化處理後，亦可進而加工成作為探針必要的形狀。且，亦也可作為懸臂型之探針進行彎折加工。
[發明效果]
如以上說明，本發明之探針用材料，係以Ag-Pd-Cu系合金為基本，將Ag、Pd、Cu的組成範圍基於由上述A1點、A2點、A3點、A4點圍成之區域進行最佳化，而達成低電阻化。因此，藉由添加適當的添加元素，而賦予耐磨耗性及彎折耐性。
以下，針對本發明之較佳實施形態加以說明。本實施形態中，製造由各種組成的Ag-Pd-Cu系合金所成之探針用材料，測定其硬度及比電阻，進而進行彎折耐性之評價試驗。
本實施形態中，製作Ag、Pd、Cu之金屬坯原料經混合之狀態的基底材，於該基底材中添加第1添加元素(B)與第2添加元素(Zn、Bi、Sn)之金屬坯原料後，熔解鑄造而製造Ag-Pd-Cu系合金錠。本實施形態中，製作12種以圖1之A1-A2-A3-A4的範圍內之比率混合Ag、Pd、Cu之基底材(於實施例1~34與比較例5~12中使用)。且，製作4種以圖1之A1-A2-A3-A4的範圍外之比率混合Ag、Pd、Cu之基底材(於比較例1~4中使用)。接著，添加各添加元素後，藉由真空熔解與連續鑄造而製造Ag-Pd-Cu系合金錠。又作為比較例，亦製造未添加第1、第2添加元素之兩者或一者的Ag-Pd-Cu三元合金錠或Ag-Pd-Cu系合金錠。
針對所製造之各種合金錠，以ICP進行各構成元素之濃度分析。接著，將測定之Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度換算為S
Ag、S
Pd、S
Cu。關於本實施形態所製造之Ag-Pd-Cu系合金的S
Ag、S
Pd、S
Cu，於Ag-Pd-Cu三元系狀態圖之位置示於圖4及圖5。
其次，各種組成之Ag-Pd-Cu三元合金及Ag-Pd-Cu系合金的合金錠藉由冷溝槽壓延加工為4mm方形棒材，進而進行冷拉線加工，作成直徑2mm之線材。該合金線材在800℃加熱30分鐘後予以水冷，進行第1次溶體化處理。其次，藉由冷拉線加工而加工成直徑1mm的線材，在850℃加熱30分鐘，予以水冷進行第2次溶體化處理。然後，藉由冷拉線加工而加工為直徑0.1mm的細線後，進行老化熱處理。老化熱處理係於300~580℃加熱60分鐘。
針對所製造之各種組成的Ag-Pd-Cu三元合金及Ag-Pd-Cu系合金的細線，進行硬度與比電阻之測定。該等測定係針對老化熱處理之前(加工後)與老化處理後的細線兩者進行。硬度測定係以維氏硬度計進行，設為負載200gf，推入時間10秒。且比電阻之測定係藉由電阻計測定電阻，自試料的剖面積與長度算出比電阻。
然後，針對各細線進行彎折耐性之評價試驗。該評價試驗係藉由基於上述評價方法的方法進行。如圖6所示，利用治具將一端固定之合金細線(直徑0.1mm)以90°的角度彎折，以自彎折狀態恢復到直線狀態之方式予以彎折。然後，再度交替重複90°彎折及恢復加工操作，計數直至產生斷裂為止之彎折次數進行評價。針對老化熱處理前後之細線亦進行該彎折耐性之評價。
針對本實施形態所製造之Ag-Pd-Cu三元合金及Ag-Pd-Cu系合金細線的各種測定結果示於表1。
由表1可知就實現本發明之課題的低電阻、硬度(耐磨耗性)彎折耐性之改善，Ag、Pd、Cu的組成範圍之最佳化與適當添加元素之添加係必要。亦即，S
Ag、S
Pd、S
Cu成為圖1之多角形(A1-A2-A3-A4)的區域外的Ag、Pd、Cu濃度之Ag-Pd-Cu系合金，有比電阻變高之傾向(比較例1~4)。具體而言，A1-A2線外側之組成的合金(比較例1)、A2-A3線外側之組成的合金(比較例2)、A3-A4線外側之組成的合金(比較例3)係老化熱處理後的比電阻較高而超過10μΩ·cm。且，比較例2之硬度亦較差(未達380Hv)，比較例3的彎折耐性較差(彎折次數3次)。而且，A4-A1線外側之組成的合金(比較例4)，比電阻之值雖為10μΩ·cm以下，但有高電阻之傾向。該比較例4之彎折次數未達5次(4次)，彎折耐性差。如以上，比較例1~4雖適當包含本發明中適用的添加元素(B與Zn、Bi、Sn之至少任一者)，但就低電阻化之觀點較差，亦有硬度及彎折耐性不足之情況。
因此，Ag-Pd-Cu系合金中添加元素之適當添加亦為必要。認為無添加元素之Ag-Pd-Cu三元合金，硬度最低，耐磨耗性亦差(比較例5)。且，關於B，以適當範圍外的添加量，缺乏硬度上升之效果(比較例6~8)。此外，B的過量添加可能導致彎折耐性之明顯降低(比較例9)。此外，Zn、Bi、Sn雖係對硬度上升有效之添加元素，但其添加量為適當範圍以外時，彎折次數未達5次而彎折耐性降低(比較例10~12)。
對於以上比較例之Ag-Pd-Cu系合金，以使S
Ag、S
Pd、S
Cu成為圖1之多角形(A1-A2-A3-A4)的範圍內之方式控制Ag、Pd、Cu的濃度，進而適當添加B及Zn、Bi、Sn之至少任一者的Ag-Pd-Cu系合金(實施例1~34)，確認可發揮低電阻(比電阻)、耐磨耗性(硬度)、彎折耐性(彎折次數)均優異之特性。
[產業上之可利用性]
如以上說明，本發明之探針用材料為低電阻且耐磨耗性優異，彎折耐性亦良好。本發明適用於各種電子機器、半導體裝置、功率裝置等中之檢查用之探針卡的探針。特別是彎折耐性優異之本發明，亦可有用地適用於懸臂型探針及彈簧探針形狀之探針。
[圖1]係顯示Ag-Pd-Cu三元系狀態圖與本發明之Ag-Pd-Cu系合金的Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度的換算值之S
Ag、S
Pd、S
Cu的範圍(A1-A2-A3-A4)的圖。
[圖2]係顯示Ag-Pd-Cu三元系狀態圖與本發明之Ag-Pd-Cu系合金的Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度的換算值之S
Ag、S
Pd、S
Cu的較佳範圍(A1-A2-B3-B4)的圖。
[圖3]係顯示Ag-Pd-Cu三元系狀態圖與本發明之Ag-Pd-Cu系合金的Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度的換算值之S
Ag、S
Pd、S
Cu的更佳範圍(C1-A2-C3-C4)的圖。
[圖4]係顯示Ag-Pd-Cu三元系狀態圖與以本實施形態檢討之實施例1~34與比較例5~12之Ag-Pd-Cu系合金的Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度的換算值之S
Ag、S
Pd、S
Cu的圖。
[圖5]係顯示Ag-Pd-Cu三元系狀態圖與以本實施形態檢討之比較例1~4之Ag-Pd-Cu系合金的Ag濃度、Pd濃度、Cu濃度的換算值之S
Ag、S
Pd、S
Cu的圖。
[圖6]係說明以本實施形態製造的Ag-Pd-Cu系合金之彎折耐性之評價方法的圖。
Claims (11)
- 一種探針用材料，其係包含Ag-Pd-Cu系合金之探針用材料，該Ag-Pd-Cu系合金包含Ag、Pd、Cu、第1添加元素的B及第2添加元素的Zn、Bi、Sn之至少任一元素以及不可避免之雜質，基於前述Ag-Pd-Cu系合金之Ag濃度、Pd濃度與Cu濃度之合計值，前述Ag濃度、前述Pd濃度與前述Cu濃度之各者換算為Ag-Pd-Cu三元合金之Ag濃度SAg、Pd濃度SPd、Cu濃度SCu時，前述SAg、前述SPd、前述SCu均落於Ag-Pd-Cu三元系狀態圖中之將A1點(Ag：5.5質量%，Pd：47.5質量%，Cu：47質量%)、A2點(Ag：5.5質量%，Pd：58.5質量%，Cu：36質量%)、A3點(Ag：18質量%，Pd：49質量%，Cu：33質量%)、A4點(Ag：18質量%，Pd：45質量%，Cu：37質量%)之各點間以直線圍成之多角形(A1-A2-A3-A4)的範圍內，前述第1添加元素之濃度為0.1質量%以上1.5質量%以下，前述第2添加元素之濃度為0.1質量%以上1.0質量%以下。
- 如請求項1之探針用材料，其中前述SAg、前述SPd、前述SCu均落於將A1點、A2點、B3點(Ag：13質量%，Pd：52.8質量%，Cu：34.2質量%)、B4點(Ag：13質量%，Pd：46質量%，Cu：41質量%)之各點間以直線 圍成之多角形(A1-A2-B3-B4)的範圍內。
- 如請求項1或2之探針用材料，其中前述SAg、前述SPd、前述SCu均落於將C1點(Ag：5.5質量%，Pd：52質量%，Cu：42.5質量%)、A2點、C3點(Ag：11質量%，Pd：54.3質量%，Cu：34.7質量%)、C4點(Ag：11質量%，Pd：50質量%，Cu：39質量%)之各點間以直線圍成之多角形(C1-A2-C3-C4)的範圍內。
- 如請求項1或2之探針用材料，其中老化熱處理後之比電阻為10μΩ．cm以下。
- 如請求項3之探針用材料，其中老化熱處理後之比電阻為10μΩ．cm以下。
- 如請求項1或2之探針用材料，其中維氏(Vickers)硬度為380Hv以上580Hv以下。
- 如請求項3之探針用材料，其中維氏硬度為380Hv以上580Hv以下。
- 如請求項1或2之探針用材料，其中將包含Ag-Pd-Cu系合金之線材一端固定，交替重複進行將前述線材自直線狀態以約90°之角度彎折之第1彎折步驟與以將彎折狀態恢復至前述直線狀態之方式彎折之第2彎折步驟，將各別的前述第1彎折步驟與第2彎折步驟作為1次的彎折次數，計數直至前述線材斷裂為止之彎折次數時，所計數之前述彎折次數為5次以上。
- 如請求項3之探針用材料，其中將包含 Ag-Pd-Cu系合金之線材一端固定，交替重複進行將前述線材自直線狀態以約90°之角度彎折之第1彎折步驟與以將彎折狀態恢復至前述直線狀態之方式彎折之第2彎折步驟，將各別的前述第1彎折步驟與第2彎折步驟作為1次的彎折次數，計數直至前述線材斷裂為止之彎折次數時，所計數之前述彎折次數為5次以上。
- 一種探針，其包含如請求項1至9中任一項之探針用材料。
- 一種探針用材料之製造方法，其包含下述步驟：將Ag-Pd-Cu三元系狀態圖中之將A1點(Ag：5.5質量%，Pd：47.5質量%，Cu：47質量%)、A2點(Ag：5.5質量%，Pd：58.5質量%，Cu：36質量%)、A3點(Ag：18質量%，Pd：49質量%，Cu：33質量%)、A4點(Ag：18質量%，Pd：45質量%，Cu：37質量%)之各點間以直線圍成之多角形(A1-A2-A3-A4)的範圍內之組成的Ag、Pd、Cu，與0.1質量%以上1.5質量%以下的濃度之前述第1添加元素，與0.1質量%以上1.0質量%以下的濃度之前述第2添加元素進行熔融鑄造而製造Ag-Pd-Cu系合金之步驟。
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