專利名稱：：硬度、加工性及防污特性優(yōu)良的銥合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種銥合金及其制造方法，該銥合金適合作為構(gòu)成用于檢查半導(dǎo)體集成電路等的電特性的探針的線材。
背景技術(shù)：
：半導(dǎo)體集成電路等的電特性的檢查通過使探針與半導(dǎo)體集成電路等的多個電極座相接觸來進行。對于探針的構(gòu)成材料，要求用于確保能應(yīng)對反復(fù)進行幾百萬次的檢查的耐磨損性的硬度、用于抑制因氧化皮膜的產(chǎn)生而引起的檢查對象物的污染的耐氧化性以及用于改善信號延遲的低比電阻等特性。作為以往使用的探針用材料，有使用鈹青銅(Be-Cu)、磷青銅(Cu-Sn-P)、鎢(W)的材料和使用在鈀(Pd)中添加銀(Ag)等而得的合金的材料等。專利文獻1日本專利特開平10-038922號公報專利文獻2日本專利特開平05-154719號公報專利文獻3日本專利特開2004-093355號公報上述現(xiàn)有材料不具備所要求的全部特性。即，銅合金和鎢在機械性質(zhì)方面足以滿足要求，但卻是比較容易氧化的材料，另一方面，鈀合金在耐氧化特性方面良好，但在硬度等方面較差。于是，銥作為探針的新的構(gòu)成材料正受到關(guān)注。銥是耐氧化特性、電特性、耐電流性優(yōu)良的金屬，在硬度方面也足以滿足要求，所以適合作為反復(fù)受到接觸的探針的材料。發(fā)明的揭示但是，銥在某些方面也不足以滿足將來探針?biāo)蟮奶匦?。例如，近年的半?dǎo)體集成電路等有因高密度化而導(dǎo)致電極座之間的窄間距化的傾向，所以要求使探針的線徑微細(xì)。在這一點上，銥的硬度高，難以細(xì)線化，加工途中經(jīng)常會斷線，難以滿足上述要求。此外，對于探針，不僅要求上述的高密度化，而且也要求能應(yīng)對電路的檢查速度的提升，但檢查速度的高速化使因摩擦而產(chǎn)生的負(fù)荷增大，可能會因此時的發(fā)熱而導(dǎo)致強度下降。銥也會產(chǎn)生該問題，要求提高高溫下的機械特性。本發(fā)明是以上述事實為背景而完成的發(fā)明，提供一種探針用材料，該材料是將來要求進一步的微細(xì)化且使用環(huán)境嚴(yán)酷的材料，能應(yīng)對上述要求。本發(fā)明人為解決上述問題進行了認(rèn)真研究，研究了通過在上述作為現(xiàn)有材料的純銥中添加微量的添加元素來改善加工性等的可能性。而且，根據(jù)該研究，通過復(fù)合添加鋯、鋁、銅，可使銥具有作為探針用線材的良好特性。S卩，本發(fā)明是一種銥合金，該銥合金以作為添加元素的鋯為必要元素，而且還添加有鋁和/或銅，適合作為探針用線材，其特征在于，鋯的添加濃度為100500ppm，鋁和銅的總添加濃度為10500ppm。這些添加元素的微量添加有助于銥材料的晶粒的微細(xì)化，使加工性和高溫強度提高。藉此，與純銥相比，不僅本身的加工性良好，而且高溫下的加工變得容易。其結(jié)果是，本發(fā)明的材料可加工成0.050.5mm的極細(xì)線，可應(yīng)對探針的高密度化。此外，高溫強度的上升有利于硬度的上升，其表面硬度在剛加工完的狀態(tài)下為700Hv以上，即使接受了1000°C的熱處理也能維持在600Hv以上。而且，即使因反復(fù)接觸而導(dǎo)致溫度上升達(dá)到高溫，也不會磨損，能維持穩(wěn)定的接觸特性。如上所述，添加于銥的添加元素是鋯、鋁、銅的組合。在這一點上，雖然僅以鋯作為添加元素也有一定程度的效果，但在本發(fā)明中，為了進一步改善特性，添加鋁和銅中的至少任一種。作為必要的添加元素優(yōu)選鋯的原因在于，鋯不僅具有使晶粒微細(xì)化的作用，而且具有提高銥的重結(jié)晶溫度的作用，因此適用于提升高溫強度及確保高溫下的加工性。而且，以鋯為必要的添加元素的同時添加鋁和銅中的至少任一種的本發(fā)明中，將鋯濃度設(shè)為100500ppm，將鋁濃度和銅濃度設(shè)為10500ppm(鋁和銅兩者的總濃度)。另外，選擇鋁和銅中的至少任一種，是指添加鋁和銅中的任一種或同時添加鋁和銅。上述各添加元素的下限值是用于發(fā)揮顯著的加工性改善效果的最低限度的添加量。另一方面，之所以將添加元素(鋯、鋁、銅)的總添加量的上限設(shè)為lOOOppm，是因為如果超過lOOOppm，則加工性變差，在細(xì)線加工中可能會發(fā)生斷線，而且即使可以細(xì)線化，在后續(xù)加工時也可能會發(fā)生開裂等。此外也是因為添加元素的過量添加會使比電阻提高，使電特性變差。添加元素的總添加量的更優(yōu)選的上限值為600ppm，更好是400ppm。適合作為本發(fā)明的探針用線材的銥合金通過下述方法制造制造由添加有鋯、鋁、銅的規(guī)定組成的銥合金構(gòu)成的錠、棒材，對其進行線材加工。具體而言，較好是由以下工序構(gòu)成的方法。(a)鑄造由添加元素和剩余量的銥構(gòu)成的合金，將鑄造品制成棒材的工序，所述添加元素包括鋯、鋁和/或銅。(b)對所述棒材進行熱加工，制成線徑0.51.Omm的線材的工序。(c)對所述線材進行至少1次組合加工的工序，該組合加工是10001200°C下的退火和1道次以上的通電加熱拉絲加工的組合。(d)對通電加熱拉絲后的線材進行至少1次組合加工的工序，該組合加工是9001200°C下的退火和1道次以上的冷拉絲加工的組合。上述制造工序中，對于鑄造合金及鍛造成棒材、以及將其制成線徑0.51.Omm的線材(以下稱為粗線材)，可采用公知的方法。本發(fā)明中，對于粗線材，通過組合進行通電加熱拉絲和冷加工，可在確保材料硬度和抑制缺陷的同時加工出0.5mm以下的線材。下面對本發(fā)明的加工方法進行詳細(xì)說明。在合金的鑄造中，由于銥的熔點高，因此采用電弧熔化、高頻感應(yīng)加熱熔化等高能量密度的鑄造法。鋯濃度在鑄造時進行調(diào)整，作為此時的原料的形態(tài)，可采用粉末狀、小塊狀的原料。作為用于將合金鑄造后的錠制成棒材的加工，可采用熱鍛和熱軋，也可反復(fù)進行上述加工。作為截面為方形的棒材，該工序中的加工尺寸的標(biāo)準(zhǔn)為3IOmm左右見方(上面的工序(a))。將棒材制成粗線材的工序(工序(b))中的加工是在將棒材退火后通過熱加工將其制成線徑0.51.Omm的線材。退火溫度為1100°C1300°C，較好是在非氧化性氣體氣氛中進行。作為熱加工，優(yōu)選鐓鍛(swaging)加工、拉拔(drawbench)加工，更優(yōu)選它們的組合。此時，各加工可進行多道次。此外，該工序中可進行多次退火。例如，可以在退火后進行鐓鍛加工、拉拔加工，再次退火后進行拉拔加工，從而制成目標(biāo)線徑的線材。工序(c)中進行的通電加熱拉絲是指使被加工線材通過模具、加工輥的拉絲加工，從外部對被加工線材通電，將此時的電阻熱作為用于確保加工性的熱源。通電加熱拉絲可通過調(diào)整所施加的電流來實現(xiàn)高溫且均勻的加熱，即使是高溫強度高的含鋯的銥合金，也能比較容易地進行加工。作為本發(fā)明中進行的通電拉絲加工的條件，較好是將施加電流設(shè)為8.012.0mA。此外，作為加工構(gòu)件，優(yōu)選使用模具，加工率根據(jù)模具的孔徑設(shè)定。較好是將每1道次的加工率設(shè)定為1520%。此外，該拉絲加工中，較好是使用用于減小模具與被加工線材之間的摩擦的潤滑劑，作為用于抑制斷線和缺陷的潤滑劑，優(yōu)選使用碳粉末。為了確保加工性，在通電加熱拉絲前必須進行1000°C1200°C下的退火，將退火和1道次以上的加工的組合作為1套，進行1套以上的加工處理。該通電加熱拉絲工序中達(dá)到的線徑的標(biāo)準(zhǔn)為0.20.8mm，特別是在最終要制造0.15mm以下的極細(xì)線的情況下，較好是將標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為0.20.3mm。冷拉絲工序(工序(d))是為了調(diào)整最終的線徑和通過冷加工來賦予強度而進行的工序。該拉絲加工中，較好是將每1道次的加工率設(shè)定為410%。此外，該冷拉絲中，較好是使用菜籽油作為潤滑劑。另外，為了確保加工性，在該拉絲加工前也必須進行90(TC1200°C下的退火處理。通過上述冷拉絲加工，可加工成線徑0.050.5mm的線材。附圖的簡單說明圖1是說明第一實施方式中的探針用線材的制造工序的圖。圖2是說明用于耐污染特性評價的模擬試驗裝置的結(jié)構(gòu)的圖。實施發(fā)明的最佳方式下面對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行說明。本實施方式中，對適當(dāng)?shù)馗淖冧?、鋁、銅的添加量來制造銥合金并將其制成線材的加工的可行性進行研究。圖1所示為本實施方式中的探針用線材的制造工序。該制造工序大致分為熔化(鑄造)工序、熱加工工序、粗線材加工工序、通電加熱拉絲工序、冷拉絲工序。下面對各工序進行說明。<熔化工序>按照規(guī)定組成稱量純銥粉末和添加元素(鋯、鋁、銅)的粉末并混合，將其電弧熔化，制成棒狀的銥合金錠?！礋峒庸すば?gt;將上述棒狀錠于1400°C熱鍛造，制成8mm見方的棒材。然后，用帶溝的軋輥進行熱軋制(溫度1400°C)，制成5mm見方的線材。<粗線材加工工序>在加工前于1200°C在氮氣氣氛下進行30分鐘的退火處理，進行熱鐓鍛加工、拉拔加工。熱鐓鍛加工是在對線材進行燃燒器加熱的同時使其通過鍛造機，進行10道次的上述操作，使線徑達(dá)到3.04mm。接著，在對該線材進行燃燒器加熱的同時通過拉拔機進行加工，進行20道次的上述操作，使線徑達(dá)到1.90mm。然后，再次進行退火，進行20道次的拉拔加工，制成線徑0.51mm的粗線材。<通電加熱拉絲工序>用通電加熱拉絲裝置對經(jīng)過以上工序加工而成的粗線材進行拉絲加工。在該通電加熱拉絲裝置中，一邊從輸送輥輸送粗線材，一邊使其通過模具來進行拉絲。此時的通電加熱是將輸送輥和模具作為電極通電，藉此對粗線材進行通電加熱。另外，對模具單獨加熱。本實施方式中的加工條件是電流9.5mA、輸送速度2.72m/分鐘。此外，在經(jīng)過輸送輥后立即在線材上涂布碳粉末。在通電加熱拉絲前，于1100°C在氮氣氣氛下進行30分鐘的退火處理。然后在上述條件下進行4道次的拉絲加工。進行2次該退火和通電加熱拉絲的組合，制成線徑0.27mm的線材。〈冷拉絲工序>于1100°C在氮氣氣氛下進行30分鐘的退火處理，進行冷拉絲。進行10次熱處理和冷拉絲的組合，最終制成線徑0.Imm的線材。本實施方式中，在以上的制造工序中，記錄在為獲得1批(全長300m)線材(線徑0.Imm)而進行的加工中發(fā)生斷線的次數(shù)。然后，對所制成的線材進行彎曲試驗。該彎曲試驗是進行將線材彎成90°然后恢復(fù)的動作直至斷線，測定發(fā)生斷裂的彎曲次數(shù)。然后，對于所制成的線材，用維氏硬度計測定剛制造完成時的表面硬度以及于1000°C進行30分鐘的熱處理后的表面硬度。上述研究結(jié)果示于表14。[表1]*單獨添加Al、Cu、Zr<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>*1加工性評價斷線次數(shù)線材加工中發(fā)生斷線的次數(shù)彎曲次數(shù)所制成的線材到發(fā)生斷裂為止的彎曲次數(shù)[表2]*添加選自Al、Cu、Zr的兩種元素<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>加工性評價斷線次數(shù)線材加工中發(fā)生斷線的次數(shù)彎曲次數(shù)所制成的線材到發(fā)生斷裂為止的彎曲次數(shù)[表3]*添加Al、Cu、&三種元素<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>*1加工性評價斷線次數(shù)線材加工中發(fā)生斷線的次數(shù)彎曲次數(shù)所制成的線材到發(fā)生斷裂為止的彎曲次數(shù)[表4]*A1、Cu、Zr的添加濃度在合適的范圍外<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>加工性評價斷線次數(shù)線材加工中發(fā)生斷線的次數(shù)彎曲次數(shù)所制成的線材到發(fā)生斷裂為止的彎曲次數(shù)由表1表3的結(jié)果可知，例如表1的參考例112所述，添加有鋯、鋁、銅中的任一種的銥在加工途中的斷線少，且線材在加工后也耐彎曲。此外，其硬度在剛加工完成時超過700Hv，即使受到了1000°C的熱處理也能維持在600Hv以上。因此可以確認(rèn)，這些添加元素的單獨添加具有提高加工性和強度的效果。還可知，與本發(fā)明相關(guān)的實施例、即以IOOppm以上的鋯為必要元素、復(fù)合添加有IOppm以上的鋁和銅中的至少任一種的銥合金具有超越上述參考例的銥合金的特性，是極好的材料(表2、3)。但是，各元素的添加量低于下限值(鋯lOOppm，鋁、銅IOppm)的銥合金(參考例1320)中，其效果變?nèi)?。相對地，由?的比較例可知，添加元素量不足Ippm的銥合金不僅加工性差，而且在硬度方面也有所不足，通過熱處理可見明顯的硬度下降。此外，添加元素的總濃度如果超過lOOOppm，則即使硬度得到了改善，加工性也仍然很差。另外，為了與本實施方式進行對比，不添加添加元素來制造純銥錠，嘗試通過與本實施方式相同的工序來制造細(xì)線。其結(jié)果是，到粗線材制造工序為止尚能進行加工，可使線徑達(dá)到1.0mm。但是，在隨后進行的用于通電加熱拉絲的1000°CX30分鐘的退火時，晶粒粗大化，形成組織，在隨后的加工中頻繁發(fā)生斷線，無法加工成細(xì)線。接著，對從上述實施例和比較例中任意選擇的細(xì)線進行切割和前端加工，制成探針，對反復(fù)接觸下的耐污染特性進行研究。如上所述，對探針來說，由于存在反復(fù)使用下探針本身的氧化皮膜形成、來自接觸對象的異物的附著這樣的污染問題，因此對污染的耐性也成為重要的特性。該耐污染特性的評價采用圖2所示的模擬試驗裝置進行。該試驗中，將制成的探針設(shè)置于裝置中，在下述條件下反復(fù)接觸并同時測定電阻。試驗中，電阻隨著接觸次數(shù)的增加而上升，將超過5Ω的時刻作為因污染而需要清洗的時刻，測定到此時為止的接觸次數(shù)。接觸電阻超過5Ω為止的接觸次數(shù)的測定結(jié)果示于表5。另外，表5中也一并示出了作為現(xiàn)有材料的鎢的試驗結(jié)果。試驗條件接觸對象，鋁墊接觸壓力8g/l個探針·施加電流lOOmmA/1個探針[表5]<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>*2接觸次數(shù)接觸電阻超過5Ω為止的接觸次數(shù)由表5可以確認(rèn)，由各實施例的材料構(gòu)成的探針相對于作為現(xiàn)有材料的鎢，到需要清洗為止的接觸次數(shù)在150倍以上，具有極高的耐污染特性。在這一點上，可知雖然在比較例1、5中也可見耐污染特性改善的效果，但與各實施例相比較差。由該模擬試驗結(jié)果可以確認(rèn)本發(fā)明的探針的高耐污染特性，這即使是在實際的試驗裝置中也可實現(xiàn)探針的免清洗化(清洗頻度的現(xiàn)象)，有利于總檢查時間的大幅縮短。產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如上所述，作為本發(fā)明的探針用線材，通過采用以鋯、鋁、銅為添加元素的銥合金，可實現(xiàn)高溫強度的提升，確保加工性，實現(xiàn)在純銥中無法實現(xiàn)的細(xì)線化和高強度化。利用本發(fā)明，可制造窄間距化的探針，而且即使在受到反復(fù)摩擦的使用環(huán)境中也能維持穩(wěn)定的特性。權(quán)利要求一種銥合金，該銥合金以作為添加元素的鋯為必要元素，而且還添加有鋁和/或銅，適合作為探針用線材，其特征在于，鋯的添加濃度為100～500ppm，鋁和銅的總添加濃度為10～500ppm。2.如權(quán)利要求1所述的銥合金，其特征在于，添加元素的總濃度在600ppm以下。3.一種探針，其特征在于，由權(quán)利要求1或2所述的銥合金構(gòu)成。4.權(quán)利要求1或2所述的探針用線材的制造方法，其特征在于，由下述工序構(gòu)成(a)鑄造由添加元素和剩余量的銥構(gòu)成的合金，將鑄造品制成棒材的工序，所述添加元素包括鋯、鋁和/或銅；(b)對所述棒材進行熱加工，制成線徑0.51.Omm的線材的工序；(c)對所述線材進行至少1次組合加工的工序，該組合加工是10001200°C下的退火和1道次以上的通電加熱拉絲加工的組合；(d)對通電加熱拉絲后的線材進行至少1次組合加工的工序，該組合加工是9001200°C下的退火和1道次以上的冷拉絲加工的組合。全文摘要本發(fā)明是一種銥合金，該銥合金以作為添加元素的鋯為必要元素，而且還添加有鋁和/或銅，適合作為探針用的線材，其特征在于，鋯的添加濃度為100～500ppm，鋁和銅的總添加濃度為10～500ppm。根據(jù)本發(fā)明，對于將來要求進一步的微細(xì)化且使用環(huán)境嚴(yán)酷的探針用材料，能應(yīng)對上述要求。文檔編號G01R1/067GK101809176SQ20088011049公開日2010年8月18日申請日期2008年11月17日優(yōu)先權(quán)日2008年2月27日發(fā)明者小幡智和申請人:田中貴金屬工業(yè)株式會社