探針材料
什麼是「探針材料」？
這些微接觸部件用於半導體和電子元件的電氣性能測試（晶圓測試和最終測試），對接觸穩定性和耐久性要求極高。田中貴金屬採用其專有的高性能貴金屬合金，例如Pd-Ag-Cu、Pd-Ag-Au-Pt-Cu以及高硬度Pd合金，並提供直徑從Φ20到1000µm的導線，以及Pd-Ag-Cu和Cu合金板。
一種用於半導體製造檢測過程中的貴金屬探針材料。
我們有多種貴金屬材料可供使用，用作半導體製造前後工序檢測的探針。
探針材料應用
半導體整合迴路在其製造過程的前後階段進行電流導電測試。
前一個過程中進行的開機測試稱為晶圓測試，並使用探針卡。探針卡使用懸臂型或垂直型等探針作為探針。
後續過程中進行的通電測試稱為最終測試，並使用測試插座。測試插座使用彈簧探針*的探針作為探針。
探針材料所需的性能會依應用而異，例如機械性質如硬度和彎曲性，以及電氣性質如電阻率，因此有多種材料可供選擇。
※彈簧探針，俗稱Pogopin。「POGO」是Everett Charles Technologies, Inc.的註冊商標。
探針類型和特色
懸臂型
- 特性：用於具有終端結構的探針卡，其原理為懸臂樑。探針的尖端會用膠帶包裹並彎曲，使其呈針狀。
- 材料的要求特性:材料的硬度、線性、電阻率、彎曲性等
- 線徑:Φ50~300μm
垂直型
- 特點：用於探針卡，端子結構垂直排列，依方法不同，會利用屈曲變形。探針尖端依據被測裝置的電極形狀加工成針狀或半球形。
- 材料的要求特性:材料的硬度、線性、電阻率、彎曲性等
- 線徑:Φ20~70μm
彈簧探針
- 特點：也稱為接觸式探針。用於積體電路、電子元件和印刷電路基板的電氣連續性測試。探針尖端形狀可依被測物體進行客製化。
- 所需材料特性：材料硬度、線性度、接觸電阻等。
- 線徑:Φ500μm~1,000μm
主要探針材料列表
| SP-1 | SP-2 | TK-1Pro | TK-FS | TK-SK | TK-SR | Ir | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 組成 (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 | |
| 對應線直徑 (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 | |
| 電阻率 |
25-33 | 13.3 | 11 | 6.1-6.9 | 16.1 | 5.3-7.0 | 5.6 | |
| 電導率 (%IACS) | 5.2-6.9 | 13 | 15.7 | 25.0-28.3 | 10.7 | 24.6-32.5 | 30.8 | |
| 電阻溫度係數 (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 | |
| 拉伸強度 (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 | |
| 楊氏模量 (GPa) | 112 | 106 | 110 | 150 | 119 | 380 | 530 | |
| 0.2%耐力 (MPa) | 1160- 1400 |
1100- 1250 |
– | 1180- 1640 |
– | 1400-3000 | -3400 | |
| 彈性極限 (MPa) | 1110- 1170 |
1050- 1100 |
– | 1000- 1500 |
– | 650-1300 | -2900 | |
| 彈性拉伸 (%) | 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 | – | |
| 備註 | *2 | – | – | *3 | *3 | *3 | *3 | |
*1:線徑0.10mm時到斷裂為止的反復折彎次數 (本公司基準)
*2:相當於ASTM B540
*3:本公司擁有的專利對象產品
以上僅為一例，未登載的成分也可對應，敬請咨詢。
*以上為線材特性值。線材和片材（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）。詳情請參閱本頁底部的「垂直探針板材」。
標準材料:TK-1Pro
田中貴金屬公司提供的彈簧探針標準材料
用途
這種材料主要用於頂針中的柱塞部件。
在保持傳統 TK-1接觸電阻穩定性的同時，我們提高了切割性能。
特色
- 改進了傳統TK-1的力學性能
- 與傳統的TK-1相比，硬度提高了約10%
- 進一步提高韌性有助於改善切削加工時的切削性
TK-1Pro與TK-1三點彎曲性能比較
開發材料:TK-FS
同時實現低電阻率，高彎曲性和寬硬度範圍。
雖然我們現有產品中沒有任何材料同時具備高硬度、低電阻率與高柔韌性，但此產品成功解決了這個問題，使得同一材料能應用於各種探針。 它是一種能處理多種探針的材料，例如用於晶圓測試（前製程）探針卡和垂直型的懸臂型。
特色
- 它同時實現了三個功能：维氏硬度達到 500 或更高，電阻率低於 7.0µΩ･cm，並且反覆彎曲耐性（我們的標準）。
- 我們獨特的加工技術可調整至很寬的维氏硬度範圍（400 至 520）。
- 與田中貴金屬工業現有的探針材料相比，它的延伸率更高（10%至25%）。
TK-FS的性能（與主要探針材料的比較）
硬度/電導率
![[探針材料特性對比（硬度/導電性）圖] TK-FS 及其他](https://data.wovn.io/ImageValue/production/688b3c307ffdea2de8055986/zh-CHT/2607985ff8b88be4184921d8d5fe948a/wp_content_uploads_sites_images_ex_tw_products_images_probe_pins_img_block04_01.jpg)
伸長率
![[探針材料特性對比（伸長率）對比圖] TK-FS 等](https://data.wovn.io/ImageValue/production/688b3c307ffdea2de8055986/zh-CHT/a74e3076f21685622604a3a62aa41634/wp_content_uploads_sites_images_ex_tw_products_images_probe_pins_img_block04_02.jpg)
TK-FS高抗彎曲性
90°反復折彎試驗示意圖
開發材料:TK-SK
作為鈀合金材料，硬度達到了640HV。
在半導體檢測設備中，這可以減少探針磨損造成的變形，從而延長檢測設備的使用壽命並降低其成本。
用途
作為探針的鈀合金材料，其最大硬度為 640HV，因此主要用於後處理中進行的最終電氣測試的測試插座。
特色
彈簧探針的探針作為測試插座的探針。檢查時，探針（頂針）尖端因接觸基板時產生摩擦而因磨損而變形。此外，焊料可能附著於頂針上，因此必須刮除焊錫材料以進行清潔，這也會使頂針因磨損而變形。
檢測設備中的探針因在檢測過程中發生變形而需要定期維護，但使用高硬度探針有望減少半導體檢測設備中探針因磨損而產生的變形，從而延長檢測設備的使用壽命並降低其成本。
產品性質參考值
| 物理性質 | 參考值 |
|---|---|
| 對應線直徑 (mm) | 0.50-0.80 |
| 熔點 (°C) | 997℃ |
| 密度 (g/cm3) | 10.52 |
| 维氏硬度（HV） | 640 |
| 電阻率 (μΩ·cm) | 16.1 |
| 電導率 (%IACS) | 10.7 |
我們專有的探針材料與非貴金屬高硬度材料的硬度對比。
材料:TK-SR
一種新型的銠探針具有高強度、高彈性極限、高硬度和高導電性。
在半導體檢測設備中，對於探針卡的長壽命和性能穩定做出了貢獻。
用途
探針材料，預期能提供高且長期穩定的性能，並作為前一製程晶圓測試的探針卡。
特色
探針卡用於半導體預生產過程中矽晶圓的導電測試，每片片需使用數千~數萬個精確探針。導電測試可在極小負載下進行，重複數十萬次，有時甚至數百萬次。若單探針變形或斷裂，依設備需求探針更換探針卡或探針卡本身，因此需具備耐久性以防止多次負載下變形或斷裂。
採用具有高強度與高彈性的TK-SR，可減少探針的變形與彎曲，實現長期穩定的性能。此外，元件更換頻率降低，有助於延長探針卡壽命並降低成本。
「TK-SR」產品性能 (參考值)
| 特性 | TK-SR (As Drawn) |
傳統Rh線 | |
|---|---|---|---|
| 高度 [mm] | 0.018 | 0.150 | 0.150 |
| UTS [MPa] | 3860 | 2478 | 1912 |
| 容量 [MPa] | 1210 | 1122 | 860 |
| 破断伸长率 [%] | 2.72 | 2.46 | 1.42 |
| 维氏硬度[HV] | 620 | 543 | 499 |
| 比電阻 [μΩ·cm] | 6.6 | 6.3 | 5.4 |
垂直探針板材
提供各類貴金屬薄片（板材）。
實現最小厚度達60微米，以因應日益精細化的趨勢。
對於垂直探針，我們可以提供 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 | |
| 熔點 (°C) | 1,100 | 1,098 | 780 (Solidus) | |
| 電阻率 at R.T. (μΩ・cm) |
As-Rolled | – | 25.2 | 2.5 |
| As-Aged | 6* | – | – | |
| 维氏硬度 （高壓） |
As-Rolled | – | 300 | 330 |
| As-Aged | 400-420* | – | – | |
| 拉伸強度 (MPa) | 1,200* | 1,100 | 1,000 | |
| 楊氏模量 (GPa) | 110* | 110 | 105 | |
| 0.2%耐力 (MPa) | 1,150* | – | 900 | |
*:由於是TK-FS表格的開發品，因此特性值僅供參考。
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 |
| 寬度 (mm) | ～70 | ～70 | ～70 |
| 長度 (mm) | ～330 | ～330 | ～330 |
關於翹曲和起伏，樣品發放時不問，會根據您的要求進行商談。
探針用銅合金板材性能比較（電導率/20℃抗拉強度）
