WO2009107289A1 - 硬度、加工性、並びに、防汚特性に優れたイリジウム合金 - Google Patents

硬度、加工性、並びに、防汚特性に優れたイリジウム合金 Download PDF

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智和 小幡
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of measuring instruments, e.g. of probe tips

Definitions

  • the present invention relates to an iridium alloy suitable for a wire constituting a probe pin for inspecting electrical characteristics of a semiconductor integrated circuit or the like, and a manufacturing method thereof.
  • probe pins Inspection of electrical characteristics of a semiconductor integrated circuit or the like is performed by bringing probe pins into contact with a large number of electrode pads.
  • conventionally used materials for probe pins include those using beryllium copper (Be—Cu), phosphor bronze (Cu—Sn—P), tungsten (W), palladium (Pd) and silver. There are those using an alloy to which (Ag) or the like is added.
  • copper alloys and tungsten are materials that are relatively easily oxidized even if they are sufficient in mechanical properties, while palladium alloys are somewhat inferior in hardness, etc., even though they are good in oxidation resistance characteristics. There is.
  • Iridium is attracting attention as a new constituent material of the probe pin.
  • Iridium is a metal excellent in oxidation resistance, electrical characteristics, and current resistance, and is sufficient in hardness, and is therefore suitable as a material for probe pins that are repeatedly contacted.
  • iridium also has several points that are insufficient to meet the characteristics required for probe pins in the future. For example, recent semiconductor integrated circuits and the like tend to have a narrower pitch between electrode pads due to higher density, and therefore it is required to make the probe pin wire diameter finer. In this respect, iridium has high hardness and is difficult to be thinned, and often breaks during processing, and thus it is difficult to meet such demands.
  • the probe pin is also required to respond to the increase in the inspection speed of the circuit in addition to the higher density as described above.
  • the higher inspection speed increases the load due to friction and generates heat at that time. There is a concern about strength reduction due to This problem can occur even with iridium, and an improvement in mechanical properties at high temperatures is required.
  • the present invention has been made in the background as described above, and is a material for a probe pin that is required to be further miniaturized in the future and whose use environment is severe, and can meet these requirements.
  • the material is provided.
  • the present inventors conducted intensive research and examined the possibility of improving workability and the like by adding a trace amount of an additive element to pure iridium, which is the conventional material. And from the examination, it has a characteristic preferable as a wire for a probe pin by adding zirconium, aluminum, and copper in a composite manner.
  • the present invention is an iridium alloy suitable for a probe pin wire to which zirconium is an essential element as an additive element, and further added with aluminum and / or copper, and the additive concentration of zirconium is 100 to 500 ppm,
  • This is an iridium alloy having a total addition concentration of aluminum and copper of 10 to 500 ppm.
  • the addition of a small amount of these additive elements contributes to the refinement of crystal grains of the iridium material, and increases the workability and high-temperature strength. As a result, the original processability is better than that of pure iridium, and processing at a high temperature is facilitated. As a result, the material according to the present invention can be processed into an ultrafine wire of 0.05 to 0.5 mm, and can cope with a higher density of probe pins. Further, the increase in high temperature strength also leads to an increase in hardness, and the surface hardness thereof is 700 Hv or higher immediately after processing, and can be maintained at 600 Hv or higher even when subjected to heat treatment at 1000 ° C. And even if it becomes high temperature by the temperature rise by repeated contact, it is possible to maintain stable contact characteristics without being worn.
  • the additive element added to iridium is a combination of zirconium, aluminum, and copper.
  • zirconium although only zirconium is used as an additive element, there is a certain effect, but in the present invention, at least one of aluminum and copper is added for further improvement of characteristics.
  • zirconium is preferable as an essential additive element is that it has a function of increasing the recrystallization temperature of iridium in addition to crystal grain refinement, so it is suitable for increasing high-temperature strength and ensuring workability at high temperatures. is there.
  • the zirconium concentration is set to 100 to 500 ppm, and the aluminum concentration and the copper concentration are set to 10 to 500 ppm (total of both aluminum and copper). Concentration).
  • One or both of aluminum and copper are added so that at least one of aluminum and copper is used.
  • each additive element described above is the minimum addition amount for exhibiting a remarkable workability improvement effect.
  • the upper limit of the total additive amount of additive elements is set to 1000 ppm. If it exceeds 1000 ppm, workability deteriorates and wire breakage may occur during thin wire processing. This is because even if it is possible, cracks or the like may occur during subsequent processing. Moreover, excessive addition of an additive element increases specific resistance and deteriorates electrical characteristics.
  • the more preferable upper limit of the total addition amount of an additional element is 600 ppm, More preferably, it is 400 ppm.
  • the iridium alloy suitable for the probe pin wire according to the present invention is manufactured by manufacturing an ingot or bar made of an iridium alloy having a predetermined composition to which zirconium, aluminum, and copper are added, and processing the wire. Specifically, what consists of the following processes is preferable.
  • B A step of hot working the rod to obtain a wire having a wire diameter of 0.5 to 1.0 mm.
  • C A step of performing at least one combination of annealing at 1000 to 1200 ° C. and energization heating wire drawing for one or more passes on the wire.
  • D A step of performing at least one combination of annealing at 900 to 1200 ° C. and cold drawing for one or more passes on the wire after the electric heating and drawing.
  • the coarse wire is processed into a wire having a thickness of 0.5 mm or less while securing the material hardness and suppressing defects by performing a combination of electric heating and wire drawing and cold working.
  • the processing method according to the present invention will be described in detail below.
  • a casting method with high energy density such as arc melting or high frequency melting is applied.
  • the zirconium concentration is adjusted at the time of casting.
  • powder or small lump can be used.
  • hot forging and hot rolling are applied, and these may be repeated.
  • the standard of the processing size in this step is about 3 to 10 mm square for a rod with a square cross section (step (a)).
  • the processing in the step ((b) step) in which the rod is used as the rough wire is to anneal the rod and then to form a wire having a wire diameter of 0.5 to 1.0 mm by hot working.
  • the annealing temperature is preferably 1100 ° C. to 1300 ° C. and is preferably performed in a non-oxidizing gas atmosphere.
  • a swaging process and a draw bench process are preferable and what combined these is more preferable.
  • each processing can be performed in a plurality of passes.
  • annealing may be performed a plurality of times. For example, after annealing, swaging processing and draw bench processing are performed, and after annealing again, draw bench processing is performed to obtain a wire having a target wire diameter.
  • the electric heating and wire drawing performed in the step (c) is a wire drawing process in which the wire to be processed is passed through a die and a pressure roller.
  • the wire to be processed is energized from the outside and the resistance heat at that time is processed. It is a heat source for ensuring safety.
  • the electric heating wire drawing enables high temperature and uniform heating by adjusting the applied current, and a zirconium-containing iridium alloy having a high high temperature strength can be processed relatively easily.
  • the applied current is 8.0 to 12.0 mA.
  • a die as the processed member, and the processing rate is set by the hole diameter of the die.
  • the processing rate per pass is preferably set to 15 to 20%.
  • a lubricant for reducing friction between the die and the wire to be processed, but it is preferable to use carbon powder as a lubricant to suppress disconnection and defects.
  • annealing at 1000 to 1200 ° C. is necessary to ensure workability.
  • One set of the combination of annealing and processing of one pass or more is performed, and one or more sets of processing are performed.
  • the standard of the wire diameter achieved in this energization heating wire drawing step is 0.2 to 0.8 mm, and particularly 0.2 to 0.00 mm when an ultrafine wire of 0.15 mm or less is finally produced. It is preferable to use 3 mm as a guide.
  • the cold wire drawing step (step (d)) is performed to adjust the final wire diameter and to provide strength by cold working.
  • this wire drawing it is preferable to set the processing rate per pass to 4 to 10%.
  • this cold drawing it is preferable to use rapeseed oil as a lubricant.
  • Even before the wire drawing it is necessary to perform an annealing process at 900 to 1200 ° C. in order to ensure workability. And it can be processed into a wire having a wire diameter of 0.05 to 0.5 mm by the above cold wire drawing.
  • FIG. 1 shows a manufacturing process of a probe pin wire in the present embodiment.
  • This manufacturing process can be broadly divided into a melting (casting) process, a hot working process, a rough wire working process, an electric heating and drawing process, and a cold drawing process.
  • melting melting
  • hot working hot working
  • rough wire working rough wire working
  • electric heating and drawing electric heating and drawing
  • cold drawing cold drawing
  • ⁇ Melting step> Pure iridium powder and additive element (zirconium, aluminum, copper) powder were weighed and mixed so as to have a predetermined composition, and arc-melted to produce a rod-shaped iridium alloy ingot.
  • ⁇ Hot processing step> The rod-shaped ingot was hot forged at 1400 ° C. to obtain an 8 mm square rod. And it hot-rolled by the grooved roll (temperature 1400 degreeC), and was set as the 5-mm square wire.
  • ⁇ Coarse wire processing step> Before processing, annealing treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 1200 ° C. for 30 minutes, and hot swaging processing and draw bench processing were performed. In the hot swaging process, the wire was passed through the swager while heating the burner, and this was performed for 10 passes to obtain a wire diameter of 3.04 mm. Next, this wire was processed by a draw bench while heating with a burner, and this was performed 20 passes to obtain a wire diameter of 1.90 mm. And annealing was performed again, draw bench processing was performed 20 passes, and it was set as the rough wire of wire diameter 0.51mm.
  • ⁇ Electric heating wire drawing process> About the rough wire material processed through the above process, the wire drawing process was performed using the electric heating wire drawing apparatus.
  • the wire is drawn by passing it through a die while feeding it from a feed roll.
  • the energization heating is performed by using a feed roll and a die as an electrode, whereby the coarse wire is energized and heated. The die is heated independently.
  • the processing conditions were a current of 9.5 mA and a feed rate of 2.72 m / min. Also, carbon powder is applied to the wire just after the feed roller.
  • annealing treatment was performed at 1100 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. Then, 4 passes of wire drawing were performed under the above conditions. The combination of this annealing and electric heating wire drawing was performed twice, and it was set as the wire with a wire diameter of 0.27 mm.
  • ⁇ Cold wire drawing step> Annealing treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 1100 ° C. for 30 minutes to perform cold wire drawing. The combination of heat treatment and cold drawing was performed 10 times, and finally a wire having a wire diameter of 0.1 mm was obtained.
  • the number of times that the disconnection occurred during the processing for obtaining one lot (total length 300 m) of the wire (wire diameter 0.1 mm) was recorded. And the bending test was done about the manufactured wire. This bending test is performed until the wire is bent back to 90 ° until the wire breaks, and the number of times of bending at which breakage occurs is measured. Furthermore, the surface hardness of the manufactured wire was measured with a Vickers hardness meter immediately after manufacturing and after heat treatment at 1000 ° C. for 30 minutes. The results of these studies are shown in Tables 1 to 4.
  • the iridium alloy which is an Example regarding this invention which uses zirconium of 100 ppm or more as an essential element, and added at least one of aluminum and copper in a composite of 10 ppm or more has characteristics exceeding those of these reference examples. It can be seen that these are extremely good (Tables 2 and 3). However, it can be seen that the effects of the iridium alloys (Reference Examples 13 to 20) which are below the lower limit of the amount of each element added (zirconium 100 ppm, aluminum / copper 10 ppm) are reduced.
  • a pure iridium ingot was manufactured without adding an additive element for comparison with the present embodiment, and an attempt was made to manufacture a fine wire in the same process as in the present embodiment.
  • annealing was subsequently performed at 1000 ° C. for 30 minutes for current heating and wire drawing, a grain coarsened structure was formed, and breakage occurred frequently in subsequent processing, and processing into thin wires could not be performed.
  • the thin wire arbitrarily selected from the above-mentioned examples and comparative examples was cut and subjected to tip processing to examine the anti-contamination property due to repeated contact as a probe pin.
  • the probe pin there is a problem of contamination such as formation of an oxide film on the probe pin itself by repeated use and adhesion of foreign matter from a contact partner, and resistance to contamination is also an important characteristic.
  • the evaluation of the anti-contamination property was performed with a simulation test apparatus shown in FIG.
  • the manufactured probe pin is set in an apparatus, and the electrical resistance is measured while repeatedly contacting under the following conditions.
  • the electrical resistance increases as the number of contacts increases, but the number of contacts up to that time was measured with the point of time when it exceeded 5 ⁇ being required to be cleaned by contamination.
  • Table 5 shows the measurement results of the number of times of contact until the contact resistance exceeds 5 ⁇ .
  • Table 5 also shows the test results of tungsten, which is a conventional material.
  • Test conditions ⁇ Contact partner: Aluminum pad ⁇ Contact pressure: 8 g / 1 pin ⁇ Applied current: 100 mmA / 1 pin
  • the probe pin wire according to the present invention uses an iridium alloy containing zirconium, aluminum, and copper as additive elements, thereby increasing the high-temperature strength and ensuring workability. Thus, thinning and high strength that cannot be achieved are possible. According to the present invention, it is possible to manufacture a probe pin with a narrow pitch, and it is possible to maintain stable characteristics even in a use environment that receives repeated friction.

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Abstract

　本発明は、添加元素としてジルコニウムを必須元素とし、更に、アルミニウム及び／又は銅を添加したプローブピン用の線材に適したイリジウム合金であって、ジルコニウムの添加濃度が１００～５００ｐｐｍであり、アルミニウムと銅との合計添加濃度が１０～５００ｐｐｍであるイリジウム合金である。 　本発明によれば、今後、更なる微細化が求められると共に、使用環境が苛酷となるプローブピン用の材料について、これらの要求に対応可能となる。

Description

硬度、加工性、並びに、防汚特性に優れたイリジウム合金
　本発明は、半導体集積回路等の電気特性を検査するためのプローブピンを構成する線材に適したイリジウム合金及びその製造方法に関する。
　半導体集積回路等の電気特性の検査においては、その多数の電極パッドにプローブピンを接触させることによって行われている。プローブピンの構成材料に対しては、何百万回と繰返し行われる検査に対する耐磨耗性を確保するための硬度、酸化皮膜発生による検査対象物の汚染を抑制するための耐酸化性、更に、信号遅延を改善するための低比抵抗等の特性が要求されている。ここで、従来から用いられているプローブピン用の材料としては、ベリリウム銅（Ｂｅ－Ｃｕ）、リン青銅（Ｃｕ－Ｓｎ－Ｐ）、タングステン（Ｗ）を使用したもの、パラジウム（Ｐｄ）に銀（Ａｇ）等を添加した合金を用いたものなどがある。
特開平１０－０３８９２２号公報 特開平０５－１５４７１９号公報 特開２００４－０９３３５５号公報
　上記従来の材料は、その要求特性に対し全てを具備するものではない。即ち、銅合金やタングステンは、機械的性質においては十分であっても、比較的酸化し易い材料であり、一方のパラジウム合金は、耐酸化特性においては良好であっても硬度等においてやや劣る面がある。
　そこで、プローブピンの新たな構成材料としてイリジウムが注目されている。イリジウムは、耐酸化特性、電気的特性、耐電流性に優れた金属であり、硬度においても十分なものであることから、繰返し接触を受けるプローブピンの材料として好適である。
　しかし、イリジウムも、今後プローブピンに要求される特性に対応するためには不十分な点がいくつかある。例えば、近年の半導体集積回路等においては高密度化により電極パッド間がより狭ピッチ化する傾向にあることから、プローブピンの線径を微細にすることが要請される。この点、イリジウムは、硬度が高く細線化が困難であり、加工途中に断線することが多く、かかる要請に応え難い。
　また、プローブピンには、上記のような高密度化と共に、回路の検査速度の上昇への対応も要求されるところであるが、検査速度の高速化は摩擦による負荷を増大せしめ、その際の発熱による強度低下が懸念される。この問題はイリジウムであっても生じ得るものであり、高温下での機械的特性の向上が求められる。
　本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、今後更なる微細化が求められると共に、使用環境が苛酷となるプローブピン用の材料であって、これらの要求に対応可能な材料を提供するものである。
　上記課題を解決すべく、本発明者等は鋭意研究を行い、上記従来材料である純イリジウムに対し、微量の添加元素を添加することによる加工性等の改善の可能性を検討した。そして、その検討から、ジルコニウム、アルミニウム、銅を複合的に添加することでプローブピン用の線材として好ましい特性を有するものとした。
　即ち、本発明は、添加元素としてジルコニウムを必須元素とし、更に、アルミニウム及び／又は銅を添加したプローブピン用の線材に適したイリジウム合金であって、ジルコニウムの添加濃度が１００～５００ｐｐｍであり、アルミニウムと銅との合計添加濃度が１０～５００ｐｐｍであるイリジウム合金である。
　これらの添加元素の微量添加は、イリジウム材料の結晶粒の微細化に寄与し、加工性及び高温強度を上昇させる。これにより、純イリジウムよりも、本来の加工性が良好となる上に、高温での加工が容易となる。その結果、本発明に係る材料は、０．０５～０．５ｍｍの極細線への加工も可能とすることができ、プローブピンの高密度化に対応することができる。また、高温強度の上昇は、硬度の上昇にも繋がり、その表面硬度は、加工直後の状態で７００Ｈｖ以上を示し、１０００℃の熱処理を受けても６００Ｈｖ以上を維持することができるものとなる。そして、繰返し接触による温度上昇により高温となっても摩耗することなく、安定した接触特性を維持することができる。
　上記の通り、イリジウムに添加する添加元素は、ジルコニウム、アルミニウム、銅を組み合わせたものである。この点、ジルコニウムのみを添加元素としてもある程度の効果はあるが、本発明は、特性改善の更なる向上のため、アルミニウム、銅の少なくともいずれかを添加する。ジルコニウムが必須の添加元素として好ましい理由は、ジルコニウムは結晶粒微細化に加えて、イリジウムの再結晶温度を上昇させる作用も有することから、高温強度の上昇及び高温での加工性確保に好適だからである。
　そして、ジルコニウムを必須の添加元素としつつ、アルミニウム、銅の少なくともいずれかを添加する本発明は、ジルコニウム濃度を１００～５００ｐｐｍとし、アルミニウム濃度、銅濃度を１０～５００ｐｐｍ（アルミニウム、銅の両者の合計濃度）とする。尚、アルミニウム、銅の少なくともいずれかとしているように、アルミニウム、銅のいずれか一方又は双方を添加する。
　上記の各添加元素の下限値は、顕著な加工性改善効果を発揮するための最低限の添加量である。一方、添加元素（ジルコニウム、アルミニウム、銅）の合計添加量の上限を１０００ｐｐｍとするのは、１０００ｐｐｍを超えると加工性が悪化し、細線加工中に断線が生じるおそれがあるのに加え、細線化ができたとしてもその後の加工の際に割れなどが生じることがあるからである。また、添加元素の過度の添加は、比抵抗を上昇させ電気的特性を悪化させてしまうからである。そして、添加元素の合計添加量のより好ましい上限値は、６００ｐｐｍであり、更に好ましくは４００ｐｐｍである。
　本発明に係るプローブピン用線材に適するイリジウム合金は、ジルコニウム、アルミニウム、銅を添加した所定組成のイリジウム合金からなるインゴット、棒材を製造し、これを線材加工することにより製造される。具体的には、以下の工程からなるものが好ましい。
（ａ）ジルコニウムとアルミニウム及び／又は銅とからなる添加元素と、残部イリジウムからなる合金を鋳造し、鋳造品を棒材とする工程。
（ｂ）前記棒材を熱間加工して線径０．５～１．０ｍｍの線材とする工程。
（ｃ）前記線材について、１０００～１２００℃での焼鈍と１パス以上の通電加熱伸線加工との組み合わせを少なくとも１回行う工程。
（ｄ）通電加熱伸線後の線材について、９００～１２００℃での焼鈍と１パス以上の冷間伸線加工との組み合わせを少なくとも１回行う工程。
　上記製造工程において、合金の鋳造及び棒材への鍛造、更にこれを線径０．５～１．０ｍｍの線材（以下、粗線材と称する）とすることについては、公知の方法で対応できる。本発明においては、粗線材について、通電加熱伸線と冷間加工とを組み合わせて行うことにより、材料硬度の確保及び欠陥の抑制を行いつつ、０．５ｍｍ以下の線材に加工するものである。本発明に係る加工方法について以下、詳細に説明する。
　合金の鋳造においては、イリジウムが高融点であることからアーク溶解、高周波溶解等の高エネルギー密度の鋳造法が適用される。ジルコニウム濃度は、鋳造の際に調整されるが、このときの原料の形態としては粉末状、小塊状のものが使用できる。合金鋳造後のインゴットを棒材にするため加工としては、熱間鍛造及び熱間圧延が適用され、これらを繰り返し行っても良い。この工程での加工サイズの目安は、断面が角形状の棒材としては３～１０ｍｍ角程度にする（以上、（ａ）工程）。
　棒材を粗線材とする工程（（ｂ）工程）における加工は、棒材を焼鈍した後、熱間加工により線径０．５～１．０ｍｍの線材とするものである。焼鈍温度としては、１１００℃～１３００℃とし、非酸化性ガス雰囲気で行うのが好ましい。そして、熱間加工としては、スウェージング加工、ドローベンチ加工が好ましく、これらを組み合わせたものがより好ましい。このとき、それぞれの加工を複数パス行うことができる。また、この工程においては焼鈍を複数回行っても良い。例えば、焼鈍後にスウェージング加工、ドローベンチ加工を行い、再度焼鈍した後にドローベンチ加工を行い目的の線径の線材とすることができる。
　そして、（ｃ）工程で行う通電加熱伸線とは、被加工線材をダイス、加圧ローラーに通過させる伸線加工であるが、被加工線材を外部から通電し、その際の抵抗熱を加工性確保のための熱源とするものである。通電加熱伸線は、印加する電流を調整することで高温かつ均一な加熱が可能であり、高温強度の高いジルコニウム含有イリジウム合金も比較的容易に加工することができる。
　本発明で行う通電伸線加工の条件としては、印加電流を８．０～１２．０ｍＡとするのが好ましい。また、加工部材としてダイスを使用するのが好ましく、加工率はダイスの孔径により設定される。１パスあたりの加工率は、１５～２０％に設定することが好ましい。また、この伸線加工においては、ダイスと被加工線材との摩擦を緩和するための潤滑剤を使用することが好ましいが、断線、欠陥を抑制する潤滑剤としてカーボン粉末を用いることが好ましい。
　通電加熱伸線の前には、加工性確保のために１０００～１２００℃での焼鈍が必要であり、焼鈍と１パス以上の加工との組み合わせを１セットとして、１セット以上の加工処理を行う。この通電加熱伸線工程において達成する線径の目安としては、０．２～０．８ｍｍとし、特に、最終的に０．１５ｍｍ以下の極細線を製造する場合には、０．２～０．３ｍｍを目安とするのが好ましい。
　冷間伸線工程（（ｄ）工程）は、最終的な線径の調整と、冷間加工による強度付与のために行う。この伸線加工では１パスあたりの加工率を４～１０％に設定することが好ましい。また、この冷間伸線においては潤滑剤としてナタネ油を用いることが好ましい。尚、この伸線加工の前においても、加工性確保のために９００～１２００℃での焼鈍処理を行うことが必要である。そして以上の冷間伸線加工により線径０．０５～０．５ｍｍの線材へ加工することができる。
第１実施形態に係るプローブピン用の線材の製造工程を説明する図。 耐汚染特性評価のための模擬試験装置の構成を説明する図。
　以下、本発明の好適な実施形態を説明する。本実施形態では、ジルコニウム、アルミニウム、銅の添加量を適宜に変更したイリジウム合金を製造し、これを線材として加工の可否を検討した。
　図１は、本実施形態におけるプローブピン用線材の製造工程を示す。この製造工程は、大別すると、溶解（鋳造）工程、熱間加工工程、粗線材加工工程、通電加熱伸線工程、冷間伸線工程に分けられる。以下、各工程について説明する。
＜溶解工程＞：純イリジウム粉末と、添加元素（ジルコニウム、アルミニウム、銅）の粉末とを、所定組成となるように秤量混合し、これをアーク溶解して棒状のイリジウム合金インゴットを製造した。
＜熱間加工工程＞：上記棒状インゴットを、１４００℃で熱間鍛造し、８ｍｍ角の棒材とした。そして、溝付き圧延ロールによる熱間圧延を行い（温度１４００℃）、５ｍｍ角の線材とした。
＜粗線材加工工程＞：加工前に１２００℃で３０分間、窒素雰囲気下で焼鈍処理を行い、熱間スウエージング加工、ドローベンチ加工を行った。熱間スウエージング加工は、線材をバーナー加熱しつつスェージャーを通過させ、これを１０パス行い線径３．０４ｍｍとした。次に、この線材をバーナー加熱しつつドローベンチにより加工し、これを２０パス行って、線径１．９０ｍｍとした。そして、再度の焼鈍を行い、ドローベンチ加工を２０パス行い、線径０．５１ｍｍの粗線材とした。
＜通電加熱伸線工程＞：以上の工程を経て加工された粗線材について、通電加熱伸線装置を用いて伸線加工を行った。この通電加熱伸線装置においては、粗線材を送りロールから送りつつダイスに通過させて伸線される。このときの通電加熱は、送りロール及びダイスを電極として通電し、これにより粗線材が通電加熱される。尚、ダイスは単独で加熱している。本実施形態での、加工条件は、電流９．５ｍＡ、送り速度２．７２ｍ／ｍｉｎとした。また、送りローラーの直後でカーボン粉末を線材に塗布している。
　通電加熱伸線の前には、１１００℃で３０分間、窒素雰囲気下で焼鈍処理を行った。そして、上記条件にて伸線加工を４パス行った。この焼鈍と通電加熱伸線との組み合わせを２回行い、線径０．２７ｍｍの線材とした。
＜冷間伸線工程＞：１１００℃で３０分間、窒素雰囲気下で焼鈍処理を行い、冷間伸線を行った。熱処理と冷間伸線との組み合わせを１０回行い、最終的に線径０．１ｍｍの線材とした。
　本実施形態では、以上の製造工程において、１ロット（全長３００ｍ）の線材（線径０．１ｍｍ）を得るための加工中に断線が発生した回数を記録した。そして、製造された線材について曲げ試験を行った。この曲げ試験は、線材を９０°に曲げて戻す動作を断線するまで行い、破断が生じる曲げ回数を計測するものである。更に、製造された線材について、製造直後及び１０００℃で３０分間熱処理した後の表面硬度をビッカース硬度計にて測定した。これらの検討結果を表１～４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表１～表３の結果から、例えば、表１の参考例１～１２のように、ジルコニウム、アルミニウム、銅のいずれか一つを添加したイリジウムは、加工途中の断線も少なく、線材に加工後も曲げに強くなっていることがわかる。また、その硬度は、加工直後で７００Ｈｖを超えており、１０００℃の熱処理を受けても６００Ｈｖ以上を維持している。従って、これらの添加元素の単独添加には、加工性及び強度の向上効果があることが確認できる。
　そして、本願発明に関する実施例である、１００ｐｐｍ以上のジルコニウムを必須元素とし、アルミニウム、銅の少なくともいずれかを１０ｐｐｍ以上複合的に添加したイリジウム合金は、これら参考例のイリジウム合金を超える特性を有し、極めて良好なものであることがわかる（表２、３）。但し、各元素の添加量の下限値（ジルコニウム１００ｐｐｍ、アルミニウム・銅１０ｐｐｍ）を下回るイリジウム合金（参考例１３～２０）は、その効果が薄くなっていることがわかる。
　これに対し、表４の比較例からわかるように、添加元素量が１ｐｐｍ未満と少ないものは、加工性が劣る上に、硬度の面でも不足が生じ熱処理により著しい硬度低下が見られる。また、添加元素の合計濃度が１０００ｐｐｍを超えると、硬度は改善されても、加工性は劣ったままである。
　尚、本実施形態と対比すべく添加元素を添加せずに純イリジウムインゴットを製造し、本実施形態と同様の工程での細線の製造を試みた。その結果、粗線材製造工程までは一応の加工ができ線径１．０ｍｍとすることができた。しかし、その後通電加熱伸線のための１０００℃×３０分の焼鈍を行ったところ、結晶粒粗大化組織となりその後の加工で断線が頻繁に生じ細線への加工ができなかった。
　次に、上記実施例、比較例の中から任意に選択した細線を切断及び先端加工してプローブピンとして、繰返し接触による耐汚染特性を検討した。上述のように、プローブピンにおいては、繰返し使用によるプローブピン自体の酸化皮膜形成、接触相手からの異物の付着といった汚染の問題があり、汚染に対する耐性も重要な特性となっている。
　この耐汚染特性の評価は、図２で示す模擬試験装置にておこなった。この試験は、製造したプローブピンを装置にセットし、下記条件にて繰返し接触しつつ電気抵抗を測定するものである。試験では、接触回数の増加に伴い電気抵抗が上昇するが、５Ωを超えた時点を汚染によるクリーニングが必要となる時点として、それまでの接触回数を測定した。接触抵抗が５Ωを超えるまでの接触回数の測定結果を表５に示す。尚、表５には、従来材であるタングステンの試験結果もあわせて示した。
試験条件
・接触相手：アルミ製パッド
・接触圧力：８g／１ピン
・印加電流：１００ｍｍＡ／１ピン
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表５から、各実施例に係る材料からなるプローブピンは、従来材であるタングステンに対し、クリーニングを要するまでの接触回数が１５０倍以上となり、極めて高い耐汚染特性があることが確認された。この点、比較例１、５にも耐汚染特性改善の効果はみられるものの、各実施例と比較すると劣ることがわかる。この模擬試験結果から、本願発明に係るプローブピンの高い耐汚染特性が確認されたが、このことは実際の試験装置においてもプローブピンのクリーニングレス化（クリーニング頻度の現象）を図り、トータルでの検査時間の大幅に短縮せしめることに繋がる。
　以上説明したように、本発明に係るプローブピン用の線材は、ジルコニウム、アルミニウム、銅を添加元素とするイリジウム合金を適用することで、高温強度の上昇を図って加工性を確保し、純イリジウムでは達成できない細線化及び高強度化を可能とするものである。本発明によれば、狭ピッチ化されるプロープピンの製造を可能とし、また、繰返し摩擦を受ける使用環境においても安定した特性を維持することができる。

Claims (4)

  1. 添加元素としてジルコニウムを必須元素とし、更に、アルミニウム及び／又は銅を添加したプローブピン用の線材に適したイリジウム合金であって、
    　ジルコニウムの添加濃度が１００～５００ｐｐｍであり、アルミニウムと銅との合計添加濃度が１０～５００ｐｐｍであるイリジウム合金。
  2. 添加元素の合計濃度は６００ｐｐｍ以下である請求項１記載のイリジウム合金。
  3. 請求項１又は請求項２記載のイリジウム合金からなるプローブピン。
  4. 請求項１又は請求項２に記載のプローブピン用の線材の製造方法であって下記工程からなる方法。
    （ａ）ジルコニウムとアルミニウム及び／又は銅とからなる添加元素と、残部イリジウムからなる合金を鋳造し、鋳造品を棒材とする工程。
    （ｂ）前記棒材を熱間加工して線径０．５～１．０ｍｍの線材とする工程。
    （ｃ）前記線材について、１０００～１２００℃での焼鈍と１パス以上の通電加熱伸線加工との組み合わせを少なくとも１回行う工程。
    （ｄ）通電加熱伸線後の線材について、９００～１２００℃での焼鈍と１パス以上の冷間伸線加工との組み合わせを少なくとも１回行う工程。
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