探针材料
什么是“探针材料”？
这些微接触部件用于半导体和电子元件的电性能测试（晶圆测试和最终测试），对接触稳定性和耐久性要求极高。田中贵金属采用其专有的高性能贵金属合金，例如Pd-Ag-Cu、Pd-Ag-Au-Pt-Cu以及高硬度Pd合金，并提供直径从Φ20到1000µm的导线，以及Pd-Ag-Cu和Cu合金板材。
一种用于半导体制造检测过程中的贵金属探针材料。
我们有多种贵金属材料可供使用，用作半导体制造前后工序检测的探针。
探针材料应用
半导体集成回路在其制造工艺的前后两阶段进行电流导电测试。
前述工艺中的通电测试称为晶圆测试，使用探针卡。探针卡使用悬臂杆型或垂直型等探针作为探针。
后续过程中的开机测试称为最终测试，使用测试套筒。测试套筒使用弹簧探头*的探头探针。
探针材料性能要求因应用而异，如机械性能如硬度和弯曲性，以及电阻率等电性能，因此材料种类繁多。
*弹簧探针也被称为Pogopin。“POGO”是Everett Charles Technologies, Inc.的注册商标。
探针类型和特点
悬臂杆型
- 特性：用于带有端部结构的探针卡，其原理为悬臂梁。探针的尖端被胶带包裹并弯曲，使其呈针状。
- 材料的要求特性:材料的硬度、线性、电阻率、弯曲性等
- 线径:Φ50~300μm
垂直型
- 特点：用于终端结构垂直排列的探针卡，根据方法不同，采用屈曲变形。探针尖端根据被测器件的电极形状加工成针状或半球形。
- 材料的要求特性:材料的硬度、线性、电阻率、弯曲性等
- 线径:Φ20~70μm
弹簧探针
- 特点：也称为接触式探针。用于集成电路、电子元件和印刷电路基板的电气连续性测试。探针尖端形状可根据被测物体进行定制。
- 所需材料特性：材料硬度、线性度、接触电阻等。
- 线径:Φ500μm~1,000μm
主要探针材料列表
| SP-1 | SP-2 | TK-1Pro | TK-FS | TK-SK | TK-SR | Ir | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 组成 (mass%) |
Pd | 35 | – | 40 | 55.8 | 48.9 | – | – |
| Ag | 30 | 10 | 29.5 | 6.9 | 19.25 | – | – | |
| Au | 10 | 70 | – | – | – | – | – | |
| Pt | 10 | 5 | – | – | – | – | – | |
| 其他 | Cu, Zn | Cu, Ni | Cu等 | Cu等 | Cu等 | Rh | Ir | |
| 对应线直径 (mm) | 0.08-1.00 | 0.08-1.00 | 0.1-1.00 | 0.03-1.00 | 0.50-0.8 | 0.018-0.30 | 0.03-0.30 | |
| 电阻率 |
25-33 | 13.3 | 11 | 6.1-6.9 | 16.1 | 5.3-7.0 | 5.6 | |
| 电导率 (%IACS) | 5.2-6.9 | 13 | 15.7 | 25.0-28.3 | 10.7 | 24.6-32.5 | 30.8 | |
| 电阻温度系数 (ppm) | 299 | 420 | – | 1346 | – | 4500 | 3900 | |
| 维氏硬度（HV） | 300-350 | 300-360 | 500-540 | 400-520 | 600-640 | 450-620 | 500-750 | |
| 拉伸强度 (MPa) | 1210- 1450 |
1210- 1350 |
1800- 2000 |
1250- 1720 |
– | 2000- 3860 |
1700- 3600 |
|
| 拉伸 (%) | 1-2 | 1-2 | 2-3 | 10-25 | 0-1 | 1-3 | 1-2 | |
| 杨氏模量 (GPa) | 112 | 106 | 110 | 150 | 119 | 380 | 530 | |
| 0.2%耐力 (MPa) | 1160- 1400 |
1100- 1250 |
– | 1180- 1640 |
– | 1400-3000 | -3400 | |
| 弹性极限 (MPa) | 1110- 1170 |
1050- 1100 |
– | 1000- 1500 |
– | 650-1300 | -2900 | |
| 弹性拉伸 (%) | 0.9-1.3 | 0.8-1.0 | – | 0.8-1.1 | 0-1 | 0.2-0.4 | 0.4-0.6 | |
| |
3-6 | 3-6 | 0-2 | 10-14 | 0-2 | 8-10 | – | |
| 备注 | *2 | – | – | *3 | *3 | *3 | *3 | |
*1:线径0.10mm时到断裂为止的反复折弯次数 (本公司基准)
*2:相当于ASTM B540
*3:本公司拥有的专利对象产品
以上仅为一例，未登载的成分也可对应，敬请咨询。
*以上为线材特性值。线材和片材（板材）材料的特性值有所不同。
*TK-FS 和 SP-1 也可提供片材（板材）。详情请参见本页底部的“垂直探针板材”。
标准材料:TK-1Pro
田中贵金属公司提供的弹簧探针标准材料
用途
这种材料主要用于针头中的柱塞部件。
在保持传统 TK-1接触电阻稳定性的同时，我们提高了切割性能。
特点
- 改进了传统TK-1的力学性能
- 与传统的TK-1相比，硬度提高了约10%
- 进一步提高韧性有助于改善切削加工时的切削性
TK-1Pro与TK-1三点弯曲性能比较
开发材料:TK-FS
同时实现低电阻率，高弯曲性和宽硬度范围。
尽管现有产品中没有材料同时实现高硬度、高较低电阻率和高柔韧性，但该产品成功解决了这一问题，使得将同一材料应用于多种探针成为可能。 它是一种能够处理多种类型的探针材料，如晶圆测试（前处理）探针卡和垂直型的悬臂杆型。
特点
- 它同时实现了三个功能：维氏硬度达到 500 或更高，电阻率低于 7.0µΩ･cm，并且耐重复折弯性（我们的标准）。
- 我们独特的加工技术可以调整至很宽的维氏硬度范围（400 至 520）。
- 与田中贵金属工业现有的探针材料相比，它的延伸率更高（10%至25%）。
TK-FS的性能（与主要探针材料的比较）
硬度/电导率
![[探针材料特性对比（硬度/导电性）图] TK-FS 及其他](https://data.wovn.io/ImageValue/production/688b3c307ffdea2de8055986/zh-CHS/fbd84386716e75ed72f1684a64a3e68a/wp_content_uploads_sites_images_ex_cn_products_images_probe_pins_img_block04_01.jpg)
伸长率
![[探针材料特性对比（伸长率）对比图] TK-FS 等](https://data.wovn.io/ImageValue/production/688b3c307ffdea2de8055986/zh-CHS/f3539995cd493dd4cbe8b8e18344b780/wp_content_uploads_sites_images_ex_cn_products_images_probe_pins_img_block04_02.jpg)
TK-FS高抗弯曲性
90°反复折弯试验示意图
开发材料:TK-SK
作为钯合金材料，硬度达到了640HV。
在半导体检测设备中，这可以减少探针磨损造成的变形，从而延长检测设备的使用寿命并降低其成本。
用途
作为探针的钯合金材料，其最大硬度为 640HV，因此主要用于后处理中进行的最终电气测试的测试插座。
特点
弹簧探针的探针用作测试插座的探针。在检查过程中，探针（针头）的尖端因接触基板时产生摩擦而因磨损而变形。此外，焊锡材料可能会附着在针头上，因此需要刮除焊料进行清洁，这也会导致针头因磨损而变形。
检测设备中的探针因在检测过程中发生变形而需要定期维护，但使用高硬度探针有望减少半导体检测设备中探针因磨损而产生的变形，从而延长检测设备的使用寿命并降低其成本。
产品性质参考值
| 物理性质 | 参考值 |
|---|---|
| 对应线直径 (mm) | 0.50-0.80 |
| 熔点 (°C) | 997℃ |
| 密度 (g/cm3) | 10.52 |
| 维氏硬度（HV） | 640 |
| 电阻率 (μΩ·cm) | 16.1 |
| 电导率 (%IACS) | 10.7 |
我们专有的探针材料与非贵金属高硬度材料的硬度对比。
开发材料:TK-SR
一种新型的铑探针具有高强度、高弹性极限、高硬度和高导电性。
在半导体检查装置中，有助于延长探针卡的寿命、稳定性能。
用途
探针材料，预计能提供高且长期稳定的性能，并作为前一工艺晶圆测试的探针卡。
特点
探针卡用于半导体前生产工艺，用于硅晶圆的导电测试，每片片需使用数千~数万个精确探针。导电测试可在极小负载下进行，反复进行数十万次，有时甚至数百万次。如果哪怕是单探针变形或断裂，可能需要更换探针或直接更换探针卡，因此需要耐久性以防止在多次负载下变形或断裂。
采用高强度高弹性的TK-SR可减少探针的变形和弯曲，实现长期稳定性能。此外，元件更换频率降低，延长探针卡寿命并降低成本。
“TK-SR”产品性能 (参考值)
| 特性 | TK-SR (As Drawn) |
传统Rh射线 | |
|---|---|---|---|
| 线径 [mm] | 0.018 | 0.150 | 0.150 |
| UTS [MPa] | 3860 | 2478 | 1912 |
| 弹性限 [MPa] | 1210 | 1122 | 860 |
| 断裂伸长率 [%] | 2.72 | 2.46 | 1.42 |
| 维氏硬度[HV] | 620 | 543 | 499 |
| 电阻率 [μΩ·cm] | 6.6 | 6.3 | 5.4 |
垂直探针板材
提供各类贵金属箔（板材）。
最小厚度可达60µm。紧跟日益细化的间距趋势。
对于垂直探针，我们可以提供 TK-FS、SP-1 和 TK-101 片材（板材）。
特性
| TK-FS (Pd-Ag-Cu) |
SP-1 (Pd-Ag-Au-Pt-Cu) |
TK-101 (Cu-Ag) |
||
|---|---|---|---|---|
| 密度 (g/cm3) | 10.49 | 11.90 | 9.07 | |
| 熔点 (°C) | 1,100 | 1,098 | 780 (Solidus) | |
| 电阻率 at R.T. (μΩ・cm) |
As-Rolled | – | 25.2 | 2.5 |
| As-Aged | 6* | – | – | |
| 维氏硬度 （高压） |
As-Rolled | – | 300 | 330 |
| As-Aged | 400-420* | – | – | |
| 拉伸强度 (MPa) | 1,200* | 1,100 | 1,000 | |
| 杨氏模量 (GPa) | 110* | 110 | 105 | |
| 0.2%耐力 (MPa) | 1,150* | – | 900 | |
*:由于是TK-FS表格的开发品，因此特性值仅供参考。
可用的工作表大小
| TK-FS (Pd-Ag-Cu) |
SP-1 (Pd-Ag-Au-Pt-Cu) |
TK-101 (Cu-Ag) |
|
|---|---|---|---|
| 厚度 (mm) | 0.06～0.20 | 0.06～0.20 | 0.06～0.20 |
| 宽度 (mm) | ～70 | ～70 | ～70 |
| 长度 (mm) | ～330 | ～330 | ～330 |
关于翘曲和起伏，样品发放时不问，会根据您的要求进行商谈。
探针用铜合金板材性能比较（电导率/20℃抗拉强度）
