WO2024053552A1 - プローブピン用合金材料 - Google Patents

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恭徳 江川
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Yokowo Co Ltd
Ishifuku Metal Industry Co Ltd
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    • G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
    • G01R1/067—Measuring probes

Definitions

  • the present invention relates to an alloy material for probe pins (hereinafter abbreviated as "probe material”) for testing the electrical characteristics of integrated circuits, liquid crystal display devices, etc. on semiconductor wafers.
  • probe material an alloy material for probe pins
  • Sockets and probe cards incorporating multiple probes are used to test the electrical characteristics of integrated circuits, liquid crystal display devices, etc. formed on semiconductor wafers. This inspection is performed by bringing probe pins incorporated into sockets or probe cards into contact with electrodes, terminals, or conductive parts of integrated circuits, liquid crystal display devices, or the like.
  • Such probe pins require low contact resistance and hardness that can withstand repeated contact.
  • the probe material beryllium copper alloy, tungsten, tungsten alloy, platinum alloy, palladium alloy, etc. are used.
  • Patent Document 1 discloses a palladium alloy (hereinafter referred to as AgPdCu alloy) composed of 16% or more and 50% or less copper, about 35% to about 59% palladium, and 4% or more silver.
  • AgPdCu alloy a palladium alloy
  • AgPdCu alloy which has excellent plastic workability and is precipitation hardened, has been used as a probe material because of its shape stability derived from its hardness and low resistivity characteristics.
  • solder eg, Sn-Bi solder
  • the following problems have existed.
  • the solder components such as Sn and the components of the probe material tend to diffuse into each other due to Joule heat, etc., and the tip of the probe pin tends to wear out faster. Ta.
  • the contact resistance fluctuates suddenly or over time, resulting in inspection failures, which necessitates cleaning or replacing the contacting tip, which reduces the operating rate of the inspection process. Met.
  • An object of the present invention is to provide a probe material that can suppress diffusion of components of the probe material and solder in a circuit connection part to be tested during probe testing.
  • a probe material that has both the hardness and specific resistance required of a probe material, and that suppresses the diffusion of the components of the probe material and the solder of the circuit connection part to be inspected during inspection.
  • the present invention is a probe material characterized by comprising 40 to 95 mass% of Pt, 0.5 to 50 mass% of Cu, and 3 to 50 mass% of Ni.
  • Pt has excellent corrosion resistance, but if it is less than 40 mass%, the corrosion resistance will be insufficient. On the other hand, when it exceeds 95 mass%, the hardness does not reach 300 HV even with work hardening through heavy working, which is not the hardness required for probes.
  • the Pt content can be 45 to 90 mass%. Furthermore, in another embodiment, the content of Pt can be 50 to 83 mass%.
  • Cu can increase hardness while maintaining good workability. However, if the Cu amount is less than 0.5 mass%, the hardness will be insufficient. On the other hand, if it exceeds 50 mass%, corrosion resistance decreases. In another embodiment, the Cu content can be 9 mass% or more.
  • Ni can improve hardness without reducing solder resistance. However, if Ni is less than 3 mass%, the effect of improving hardness during processing is insufficient, and if Ni exceeds 50 mass%, plastic working such as cold rolling or wire drawing becomes difficult.
  • the Ni content can be 5 to 40 mass%. Further, in another embodiment, the Ni content can be 10 mass% to 35 mass%.
  • the alloy of the present invention it is important for the alloy of the present invention to suppress the phenomenon in which the tip of the probe pin wears out due to the diffusion of the components of the solder and probe material, and although it is not required to be as hard as the existing AgPdCu alloy, it is necessary to increase the number of inspections. As a result, the contact surface may be mechanically crushed, so it is desirable that it be hard. Although it can be used with a hardness of 200HV or higher, a hardness of 250HV or higher is required, and a hardness of 300HV or higher is desired. Hardness may be improved by work hardening. Furthermore, in terms of properties other than hardness, it is desired to suppress specific resistance, since generation of Joule heat due to the current applied during inspection is not desired. Basically, it can be used at 90 ⁇ cm or less, but lower is preferable.
  • the reason why the diffusion of the components of the solder and probe material is suppressed in the alloy of the present invention is as follows.
  • the Ni added to the probe material has the effect of suppressing the diffusion of the components of the solder and probe material by forming a thin and dense intermetallic compound layer such as Sn-Ni at the interface where the solder and probe pin contact. This is thought to suppress the tip of the probe pin from being easily worn out.
  • Table 1 shows the compositions and properties of the alloys of Examples and Comparative Examples.
  • test pieces of each alloy produced were evaluated as follows, and the results are shown in Table 2.
  • Hardness was measured at the center of the cross section of the test piece using a micro Vickers hardness tester under conditions of a load of 200 gf and a holding time of 10 seconds. The hardness at that time is called the "worked material hardness.”
  • Solder resistance was evaluated as follows. Sn-Bi solder was placed on a test piece (10 mm x 10 mm x 0.5 mm thick) and heat treated in an N 2 atmosphere at 250°C for 1 hour to melt the solder on the test piece. After heat treatment, the test piece was embedded in resin, a cross section was taken, and EPMA was used to conduct line analysis in the vertical direction at the interface between the solder and the test piece. From the line analysis results of Sn, which is a component of the solder, and the element that is the main component of the alloy (Pt in Example, Pd in Comparative Example 1), the layer in which Sn and the main element are both present is considered to be a diffusion layer, and its thickness is determined. was measured.
  • the specific resistance was calculated according to Equation 1 by measuring the electrical resistance of each sample at room temperature.
  • Formula 1: Specific resistance (electrical resistance x cross-sectional area) / measurement length
  • Examples 1 to 14 have high solder resistance, and due to 80% rolling processing, have a hardness of 300 HV or more and a specific resistance of less than 90 ⁇ cm. It can be seen that the alloy produced according to the present invention has high solder resistance as well as hardness and specific resistance required for probe materials. Therefore, the present invention makes it possible to provide a material suitable as a probe material having solder resistance.

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Abstract

本発明は、プローブ検査時に検査対象の回路接続部のはんだとプローブ材の成分が拡散することを抑制することができるプローブピン用合金材料を提供することを目的とする。　本発明のプローブピン用合金材料は、Pt 40～95mass%、Cu 0.5～50mass%、Ni 3～50mass%からなる。

Description

プローブピン用合金材料
　本発明は、半導体ウェハ上の集積回路や液晶表示装置等の電気的特性を検査するためのプローブピン用合金材料(以下、「プローブ材」と略称する)に関する。
　半導体ウェハ上に形成された集積回路や液晶表示装置等の電気的特性の検査には、複数のプローブが組み込まれたソケットやプローブカードが用いられている。この検査は、ソケットやプローブカードに組み込まれたプローブピンを、集積回路や液晶表示装置等の電極や端子、導電部に接触させることにより行われている。
　このようなプローブピンは、低い接触抵抗と繰り返し接触に耐える硬さが必要となる。プローブ材としては、ベリリウム銅合金やタングステン、タングステン合金、白金合金、パラジウム合金等が使用されている。
　特許文献1には、16％以上50％以下の銅、約35％から約59％のパラジウム、および4％以上の銀で構成されたパラジウム合金（以下、AgPdCu 合金）が開示されている。
米国特許第１９３５８９７号明細書
　従来、塑性加工性に優れ、析出硬化するAgPdCu 合金は、その硬さに由来する形状安定性と低い比抵抗特性からプローブ材として使用されてきた。しかし、はんだ(例えば、Sn-Bi系はんだ)が使用されている回路接続部に関して使用される場合に、以下の課題が存在していた。すなわち、検査時にプローブピンとはんだが繰り返し接触し、通電することで、そのジュール熱等によって、Snなどのはんだ成分とプローブ材の成分が相互に拡散し、プローブピン先端の消耗が速くなる傾向にあった。そのような場合、突発的又は経時的に接触抵抗が変動し、検査不良が発生するため、接触する先端部のクリーニングや交換が必要になり、検査工程の稼働率を低下させてしまうことが問題であった。
　そこで、はんだ成分の拡散を抑制する耐はんだ性を有するプローブ材の開発が強く求められている。
　本発明の目的は、プローブ検査時に検査対象の回路接続部のはんだとプローブ材の成分の拡散を抑制することができるプローブ材を提供することである。
　Pt 40～95mass%、Cu 0.5～50mass%、Ni 3～50mass%からなることを特徴とするプローブ材を見出し、本発明を完了するに至った。
　本発明に従うと、プローブ材に求められる硬さ、比抵抗を併せ持つとともに、検査時に検査対象の回路接続部のはんだとプローブ材の成分が拡散することを抑制したプローブ材を提供することができる。
　本発明は、Pt 40～95mass%、Cu 0.5～50mass%、Ni 3～50mass%からなることを特徴とするプローブ材である。
　Ptは 耐食性が優れているが、40mass%未満の場合、耐食性が不十分となる。一方、95mass%を超えた場合、強加工による加工硬化でも硬さが300HVに届かず、プローブに要求されている硬さには届いていない。
　別の態様として、Pt含有量は45～90mass%であることができる。また、別の態様として、Ptの含有量は50～83mass%であることができる。
　Cuは、Ptに対し、加工性が良好なまま硬さを上げることができる。ただし、Cu量が、0.5mass％未満の場合、硬さが不十分となる。一方、50mass%超の場合、耐食性が低下する。別の態様として、Cu含有量は9mass％以上であることができる。
　Niは、耐はんだ性を低下させず、硬さを向上させることができる。
　ただしNiが3mass%未満では、加工時の硬さ向上への効果が不十分で、Niが50mass%を超えると冷間での圧延や伸線といった塑性加工が困難となる。
　別の態様として、Niの含有量は5～40mass%であることができる。また、別の態様として、Niの含有量は10mass%～35mass%であることができる。
　本発明の合金は、はんだとプローブ材の成分の拡散により、プローブピン先端が消耗する現象を抑えることが重要であり、硬さは既存のAgPdCu合金ほど必要とはされないが、検査回数の増加に伴い、接触面が機械的に潰れることがあるので硬いことが望ましい。200HV以上で使用は可能だが、250HV以上の硬さが要求されており、さらに300HV以上の硬さが望まれている。
　硬さは、加工硬化で向上させても良い。
　また硬さ以外の特性として、検査時に流す電流によるジュール熱の発生は望まれないため、比抵抗の抑制が求められている。基本的に90μΩ・cm以下で使用可能だが、より低い方が望ましい。
　本発明の合金において、はんだとプローブ材の成分の拡散が抑制されるのは以下の理由によると推定する。すなわち、プローブ材に添加されたNiが、はんだとプローブピンの接触した界面にSn-Ni等の薄く緻密な金属間化合物層を形成することで、はんだとプローブ材の成分の拡散を抑制する効果を発揮し、プローブピン先端を容易に消耗させることを抑制すると考えられる。
　本発明の実施例について説明する。
　先ず、Pt、Cu、Niを表1の組成となるように配合した後、アルゴン雰囲気中でアーク溶解法にて溶解し、各合金インゴットを作製した。実施例及び比較例の合金の組成とそれぞれの特性を表1に示す。
　上記の各合金インゴットを、圧延、熱処理を繰り返し、圧延率[＝((圧延前の厚さ－圧延後の厚さ)/圧延前の厚さ)×100]が80%の板材を作製し、硬さ及び耐はんだ性を評価するための試験片とした。
　その際、加工性調査として80％の板材が作製できたものを○、作製できなかったものを×と評価した。板材が作製できず加工性が×となった合金組成に対しては、以後の試験を実施していない。
　作製した各合金の試験片に関して、下記の評価を行い、その結果を表2に示す。
　硬さは、試験片の断面の中心をマイクロビッカース硬さ試験機で、荷重200gf、保持時間10秒の条件で測定した。そのときの硬さを「加工材硬さ」という。
　耐はんだ性は以下の通り評価した。Sn-Bi系はんだを試験片（10ｍｍ×10ｍｍ×厚さ0.5mm）の上に乗せ、N2雰囲気中、250℃、1hの条件で熱処理し、試験片上ではんだを溶融させた。熱処理後、試験片を樹脂に埋め込んで断面を出し、EPMAにてはんだと試験片の界面を垂直方向に線分析を行った。はんだの成分であるSnと、合金の主成分である元素（実施例はPt、比較例1はPd）の線分析結果から、Snおよび主元素が共に存在する層を拡散層とし、その厚さを測定した。
　測定した拡散層の厚さが薄いほど、耐はんだ性が高いと判断し、拡散層の厚さが100μm未満の合金を◎、100～200μmの合金を〇、200μm以上の合金を×と評価した。評価の結果を表2に示す。
　比抵抗は、圧延率[＝((圧延前の厚さ－圧延後の厚さ)/圧延前の厚さ)×100]が90%まで加工した板材を試験片とした。比抵抗は、室温で各試料の電気抵抗を測定し、式1に従い算出した。
　式1：比抵抗=(電気抵抗×断面積)／測定長
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　以上の結果から、実施例1～14は、高い耐はんだ性を有しつつ、80%圧延加工により、300HV以上の硬さ、比抵抗も90μΩ・cm未満となっている。
　本発明により作製した合金は、高い耐はんだ性を有しつつ、プローブ材に求められる硬さ、比抵抗を併せ持つことが分かる。よって、本発明によって、耐はんだ性を有するプローブ材として好適な材料を提供することが可能となる。

Claims (1)

  1. 　Pt 40～95mass%、Cu 0.5～50mass%、Ni 3～50mass%からなることを特徴とするプローブピン用合金材料。
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