TW201702392A

TW201702392A - 合金材料、接觸探針及連接端子

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Publication number: TW201702392A
Application number: TW105110500A
Authority: TW
Inventors: 風間俊男; 谷幸央; 荘司哲; 安楽照男; 相之谷正之; 久保田智大; 豊武孝太郎; 安部一志
Original assignee: 日本發條股份有限公司; 山本貴金屬地金股份有限公司; 神鋼金屬製造有限公司
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2017-01-16
Also published as: WO2016159316A1; JPWO2016159316A1; JP6728057B2

Abstract

本發明之合金材料係以銅(Cu)為主成分，並添加有10至30wt%之銀(Ag)、及0.5至10wt%之鎳(Ni)。藉此，可提供不具有皮膜且Sn耐蝕性優異的合金材料、由該合金材料所構成之接觸探針及連接端子。

Description

合金材料、接觸探針及連接端子

本發明係關於例如合金材料，且關於由該合金材料所構成之用於半導體積體電路或液晶顯示裝置等檢查對象的導電狀態檢查或操作特性檢查之接觸探針，以及連接電接點彼此之間的連接端子。

以往，在進行半導體積體電路、液晶面板等檢查對象的導電狀態檢查或操作特性檢查時，使用一種導電性的接觸探針，其係謀求檢查對象與具有輸出檢查用訊號的電路基板之訊號處理裝置之間的電性連接。為了進行正確的導電狀態檢查及操作特性檢查，必須確實地進行透過接觸探針之檢查用訊號的輸出入。

接觸探針係以反覆接觸於半導體積體電路或液晶顯示裝置等檢查對象物的方式使用。此時，例如由於反覆的使用導致接觸探針劣化時，會對檢查結果造成影響。特別是如鍍錫(Sn)的電極等檢查對象較為柔軟時，電極的鍍Sn容易附著於接觸探針表面，因鍍Sn的附著產生電阻值的改變，而難以進行安定的檢查。因此，接觸探針所使用的材料，必須是即使反覆接觸仍不易磨損且相較於檢查對象有高的硬度、高的導電性、耐蝕性及良好的耐氧化性。對於此要求，為了提升Sn耐蝕性，例如提出了對接觸探針頭的前端部塗佈碳皮膜之技術或施行鍍覆銠(Rh)之技術等(例如參照專利文獻1、2)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平10-226874號公報

[專利文獻2]日本特開2002-131334號公報

然而，上述各式的塗佈技術或鍍覆技術中，可能會有因與檢查對象的反覆接觸造成皮膜剝落，以異物附著於檢查對象進而引起導電不良之情況。因此，期望係以沒有皮膜剝落的疑慮之無垢材來製作接觸探針頭。

本發明係有鑑於上述課題而研發者，其目的在於提供一種不具有皮膜且Sn耐蝕性優異之合金材料、由該合金材料所構成之接觸探針及連接端子。

為了解決上述課題並達成目的，本發明之合金材料，係以銅(Cu)為主成分，並添加有10至30wt%之銀(Ag)、及0.5至10wt%之鎳(Ni)。

又，本發明之合金材料係在上述發明中，更添加有5至20wt%之鈀(Pd)。

又，本發明之合金材料係在上述發明中，更添加有0.5至5wt%之錫(Sn)。

又，本發明之合金材料係在上述發明中，更添加有0.01至0.1wt%之銥(Ir)及釕(Ru)中的任一種或該等元素之組合。

再者，本發明之接觸探針，係在長度方向的兩端分別與接觸對象接觸之導電性的接觸探針，其至少一部分係使用上述發明之合金材料形成。

又，本發明之接觸探針係在上述發明中，具有：導電性的第1柱塞，係在一端與一方的接觸對象接觸；導電性的第2柱塞，係在一端與另一方的接觸對象接觸；以及線圈彈簧，係設置於前述第1與第2柱塞之間而伸縮自如地連結該第1與第2柱塞；而前述第1柱塞、前述第2柱塞及前述線圈彈簧中至少一者係由前述合金材料所構成。

又，本發明之連接端子，係在長度方向的兩端分別與接觸對象接觸之導電性的連接端子，其至少一部分係使用上述發明之合金材料形成。

根據本發明，設為以Cu為主成分，並添加有10至30wt%之銀(Ag)、及0.5至10wt%之鎳(Ni)，故不具有皮膜，可發揮Sn耐蝕性優異，且可用來作為接觸探針或連接端子而得到導電性/加工性/硬度均為優異之合金材料的效果。

1‧‧‧插座

2‧‧‧接觸探針(探針)

3‧‧‧探針支架

4‧‧‧支架構件

21‧‧‧第1柱塞

22‧‧‧第2柱塞

23‧‧‧線圈彈簧

23a‧‧‧緊密捲繞部

23b‧‧‧寬鬆捲繞部

31‧‧‧第1構件

32‧‧‧第2構件

33、34‧‧‧支架孔

100‧‧‧半導體積體電路

101‧‧‧連接用電極

200‧‧‧電路基板

201‧‧‧電極

第1圖係表示本發明之實施形態的合金材料之一使用態樣的插座之概略構成的透視圖。

第2圖係表示本發明之實施形態的合金材料之一使用態樣的插座之主要部分的構成之部分剖面圖。

第3圖係表示本發明之實施形態的合金材料之一使用態樣的插座，在檢查半導體積體電路時之插座的主要部分之構成的部分剖面圖。

以下，將與圖式一起詳細說明用以實施本發明之形態。此外，本發明並非限定於以下的實施形態。又，在以下的說明中所參照的各圖，只不過在能夠理解本發明之內容的程度內概略性地表示形狀、大小及位置關係。亦即，本發明並非只限定於各圖所例示的形狀、大小及位置關係。

對本發明的實施形態之合金材料加以說明。本發明係以銅(Cu)為主成分的合金材料。Cu雖表現高的導電性，但其耐氧化性稍差、硬度亦低。因此，藉由添加銀(Ag)、鎳(Ni)作為對Cu的添加元素，試圖提升導電性、硬度、耐氧化性及錫(Sn)耐蝕性。

Ag之導電性/耐氧化性優異，而且，藉由進行時效處理使已固溶於Cu中的Ag析出，可期待硬度提升。由於時效析出硬化係在Ag添加量少時不易發生，故期望添加10wt%以上之Ag。但添加到超過30wt%時Sn耐蝕性會劣化，因此不佳。

更進一步，在本實施形態之合金材料中添加0.5至10wt%之Ni。Ni具有Sn耐蝕性提升/硬度提升之效果。當未達0.5wt%時無法得到Sn耐蝕性，超過10wt%時加工性會劣化，係屬不佳。

又，於上述組成的合金材料中，更可添加5至20wt%之鈀(Pd)。Pd之耐氧化性優異，亦可藉由添加而期待硬度的提升。當Pd添加量少時，對耐氧化性提升/硬度提升並無效果，故期待添加5wt%以上之Pd。但添加到超過20wt%時導電性/Sn耐蝕性會降低，因此不佳。

又，對於上述組成的合金材料，更可添加0.5至5wt%之Sn。藉由Sn的添加，可抑制來自外部的Sn附著，亦可期待硬度提升。當Sn添加量少時，對Sn耐蝕性提升/硬度提升並無效果，故期待添加0.5wt%以上之Sn。但添加到超過5wt%時加工性會降低，因此不佳。

又，對於上述組成的合金材料，更可添加有0.01至0.1wt%之銥(Ir)、釕(Ru)中的任一種或該等元素之組合。該等添加金屬係有利於加工性，且相較於未添加者，其減少壓延加工時合金表面產生之細微的裂痕，進而改善加工性。Ir、Ru中的任一種或該等元素之組合的添加量即使超過0.1wt%時仍不會改變效果，故以0.01至0.1wt%為適量。Ir、Ru具有使結晶粒微細化的作用，當結晶粒較小，在壓延加工時便不易產生粒界裂痕。

根據上述的實施形態，設為以Cu為主成分，且添加有10至30wt%之Ag、0.5至10wt%之Ni，故可得到於導電性、硬度、耐氧化性、Sn耐蝕性優異的合金材料作為接觸探針。

其次，說明將本實施形態之合金材料作為接觸探針使用的情況。第1圖係表示本發明之實施形態的合金材料之一使用態樣的插座(接觸探針)之概略構成的透視圖。第1圖所示之插座1係在進行作為檢查對象物之半導體積體電路100的電特性檢查時所使用的裝置，且為電性連接半導體積體電路100與朝半導體積體電路100輸出檢查用訊號的電路基板200之間的裝置。

插座1係具有：複數個接觸探針2(以下簡稱「探針2」)，係在長度方向之一方的端部側與作為被接觸體之半導體積體電路100的一個電極(接觸對象)接觸，而在另一方的端部側分別與電路基板200的電極(接觸對象)接觸；探針支架3，係將複數個探針2依照預定的圖案收納並保持；以及支架構件4，係設置於探針支架3的周圍，在檢查時對與複數個探針2接觸之半導體積體電路100產生位置偏移者予以抑制。

第2圖係表示有關本實施形態的合金材料之一使用態樣的插座(接觸探針)之主要部分的構成之部分剖面圖，且係表示探針支架3所收納的探針2之詳細構成之圖。第2圖所示之探針2具備：第1柱塞21，係在進行半導體積體電路100的檢查時，與該半導體積體電路100的連接用電極接觸；第2柱塞22，係與具有檢查電路的電路基板200之電極201接觸；以及線圈彈簧23，係設置於第1柱塞21與第2柱塞22之間而伸縮自如地連結第1柱塞21及第2柱塞22。構成探針2的第1柱塞21及第2柱塞22、以及線圈彈簧23係具有同一軸線。探針2當與半導體積體電路100接觸時，藉由線圈彈簧23向軸線方向進行伸縮，以緩和對於半導體積體電路100的連接用電極之衝撃，同時對半導體積體電路100及電路基板200施加荷重。

第1柱塞21、第2柱塞22及線圈彈簧23之至少一者係使用上述合金材料而形成，且較佳係全部構件均使用該合金材料而形成。又，線圈彈簧23係以下述方式來設計線材的直徑、及經捲繞而成的直徑：施加有預定荷重時之寬鬆捲繞部23b的收縮量處於施加有初始荷重時，例如以成為較在探針2收納於探針支架3的狀態(參照第1圖)時之第2柱塞22的基端部與緊密捲繞部23a之間的最短距離更大的彈簧特性。藉由使用具有該彈簧特性的線圈彈簧23，可在對探針2施加預定荷重時，使基端部滑動接合於緊密捲繞部23a內，而可進行基端部與緊密捲繞部23a之間的電性導電。

探針支架3係使用樹脂、可加工陶瓷、矽等絶緣性材料形成，且係第2圖之位於上表面側的第1構件31及位於下表面側的第2構件32積層而成。於第1構件 31及第2構件32中，分別形成相同數量個用以收容複數個探針2之支架孔33及34，而收容探針2的支架孔33及34係以彼此的軸線成一致的方式形成。支架孔33及34的形成位置係因應半導體積體電路100的配線圖案而決定。

第3圖係表示本實施形態的合金材料之一使用態樣的插座(接觸探針)，在檢查半導體積體電路時之插座的主要部分之構成的剖面圖，且係表示使用探針支架3的半導體積體電路100在檢查時之狀態的圖。在進行半導體積體電路100的檢查而線圈彈簧23被壓縮時，如第3圖所示，第2柱塞22的基端部會與緊密捲繞部23a的內圓周側滑動接合。此時，自電路基板200供應至半導體積體電路100的檢查用訊號，係經由第2柱塞22、緊密捲繞部23a、第1柱塞21而到達半導體積體電路100的連接用電極101。如此，在探針2中，由於第1柱塞21與第2柱塞22係透過緊密捲繞部23a進行導電，故可將電性訊號的導電路徑設成最小。所以，檢查時將防止訊號流動至寬鬆捲繞部23b，可謀求使電感降低及安定化。此外，在本實施例中，雖採用線圈彈簧具有寬鬆捲繞部與緊密捲繞部者加以說明，但使用僅由寬鬆捲繞部所構成的線圈彈簧亦無妨。

又，由於第1柱塞21的前端係形成為尖細，故即使在連接用電極101的表面形成氧化皮膜時，仍可刺破氧化皮膜，使第1柱塞21的前端與連接用電極101直接接觸。

此外，在此所說明的探針2之構成只不過是其中一例，亦可將上述的合金材料應用於以往已知的各種種類之探針。例如，其不限定於如上述之由柱塞與線圈彈簧所構成者，亦可為將具備管材構件的探針、彈簧針或金屬線撓曲成弓狀而獲得荷重之金屬線探針、連接電接點彼此之間的連接端子(連接器)。

在此，連接端子係連接電接點彼此之間者，例如如上述之探針2，係具備：分別與各電接點接觸之導電性的2個端子、以及可使各端子保持滑動的彈性構件(或保持構件)者。在如此之連接端子中，至少端子係由上述合金材料所構成。

(實施例)

以下將詳細說明本發明的合金材料之實施例及比較例。首先說明本實施例之合金材料的測定內容。

硬度試驗片係在溶解處理及時效處理後，經維氏硬度(時效材硬度)測定。

導電度用的試驗片係藉由溶解處理及時效處理而製作。然後，使用電阻測定機來測定該導電度用的試驗片之電阻值，而求出導電度。

Sn耐蝕性評價用的試驗片係依以下的方式而製作。以使前端直徑成為0.1mm的方式，對預先製作的導電度用之試驗片進行切削加工。藉由預定的彈力使試驗片接觸至鍍Sn板，以SEM觀察試驗片前端。Sn耐蝕性的評價，係以SEM觀察時如無Sn附著者設為○，而觀察到有附著者則設為×。

加工性係依在先前的導電度用試驗片製作時之壓延加工、以及製作Sn耐蝕性評價用試驗片時之切削加工時的加工能否進行來予以評價。關於評價基準，只要進行壓延加工時未斷裂，且切削加工成針形狀時位於加工尺寸公差內就設為○，而位於公差外就設為×。

其次，就本實施例之合金材料的各金屬的重量比比率加以說明。表1係表示實施例1至13及比較例1至7之合金材料的重量比比率(組成)與測定結果者。實施例1至13為本實施形態之範圍內的組成。比較例1至7為超出本實施形態之範圍的組成。

以下就實施例1至13及比較例1至7的測定結果加以說明。實施例1至13為本實施形態之範圍內的組成。由實施例1至13可確認未觀察到Sn的附著而表現高的Sn耐蝕性。又，對於硬度/導電性/加工性仍呈現良好的結果。

比較例1為Ni添加量少之超出本實施形態之範圍的組成。相較於實施例1至13，比較例1係Sn附著多且Sn耐蝕性低。就比較例1而言，當Ni添加量少時Sn耐蝕性會劣化，可謂不佳。

比較例2為Ni添加量多之超出本實施形態之範圍的組成。比較例2並無法施行精密度優良的加工。就比較例2而言，當Ni添加量多時加工性會劣化，可謂不佳。

比較例3為Ag添加量少之超出本實施形態之範圍的組成。相較於實施例1至13，比較例3係硬度低且作為接觸探針用途方面並不佳。

比較例4為Ag添加量多之超出本實施形態之範圍的組成。相較於實施例1至13，比較例4係Sn附著多且Sn耐蝕性低。就比較例4而言，當Ag添加量多時Sn耐蝕性會劣化，可謂不佳。

比較例5為Pd添加量多之超出本實施形態之範圍的組成。相較於實施例1至13，比較例5係Sn附著多且Sn耐蝕性低。就比較例5而言，當Pd添加量多時Sn耐蝕性會劣化，可謂不佳。

比較例6為Sn添加量多之超出本實施形態之範圍的組成。比較例6係在壓延加工時產生裂紋，無法施行導電度用試驗片的加工。根據比較例6，可以說當Sn添加量多時加工性會劣化，可謂不佳。

比較例7為由Cu、Ag、Pd、錳(Mn)及Ir所構成之超出本實施形態之範圍的組成。相較於實施例1至13，比較例7係硬度雖大但切削加工性差，Sn耐蝕性亦不佳。就比較例7而言，作為以Sn焊料等低硬度材為對象的接觸探針用途，可謂不佳。

(產業上之可利用性)

如以上所述，在導電性、硬度、耐氧化性、Sn耐蝕性方面，本發明之合金材料、由該合金材料所構成之接觸探針及連接端子係可用來作為接觸探針使用。