测试针和制造测试针的方法技术

本发明专利技术涉及用于半导体元件电子测试的测试针(100、100')和电绝缘护套元件(300)，其包括导电芯元件(200)，其中芯元件(200)由金属合金构成，护套元件(300)局部地包围芯元件(200)，且芯元件(200)包括用于与半导体元件电接触的远端接触段(210)。根据本发明专利技术设定，芯元件(200)的金属合金包含至少67重量%铑、0.1重量%至1重量%锆、最多1重量%钇和最多1重量%铈。本发明专利技术还涉及制造本发明专利技术的测试针的方法。

Test needle and method of manufacturing the same

The present invention relates to a semiconductor device testing needle of electronic testing (100, 100') and electrical insulating sheath element (300), which comprises a conductive core element (200), of which the core element (200) is composed of a metal alloy sheath element (300) partially encloses the core element (200), and the core components (200 including) for remote contact section and a semiconductor element in electrical contact (210). According to the present invention, a metal alloy of a core element (200) contains at least 67 wt.% rhodium, a weight of up to 1 wt.% zirconium, up to a weight of up to 1 wt.% yttrium and up to a maximum of 1 wt.% ce. The invention also relates to a method for manufacturing a test needle of the present invention.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及用于半导体元件电子测试的测试针，其包括导电芯元件和电绝缘护套元件，其中所述芯元件由金属合金构成，所述护套元件局部地包围芯元件，且所述芯元件包括用于与半导体元件电接触的远端接触段。此外，本专利技术涉及制造测试针的方法。在芯片制造过程中，在加工后直接使半导体元件与测试针接触，以在半导体元件的未锯切状态下测试集成电路（IC）的功能性。测试针固定在与半导体元件的设计相匹配的测试卡中。在该测试过程中，将半导体元件压到针上并任选穿过钝化层建立针与IC板之间的接触。然后测试各种参数，如接触、在高电流密度下的通过性能和在温度改变时的电性能。所述测试针必须具有高电导率和高热导率、良好耐蚀性和高硬度以及良好的弹性（Federeigenschaft）。对许多材料而言，硬度的提高通常伴随着脆度的提高，这对弹性和对可加工性而言是不利的。由于最新发展趋势是半导体元件上IC的日益小型化，必须实现测试针在测试卡上持续更密集组装的排布。因此，要求测试针越来越细。为了满足这些要求，用于制造测试针的材料必须具有高硬度和良好弹性并且可加工成细线。钨基测试针已知用于对铝垫片的测试。钨、钨合金和钨陶瓷非常硬，因此适合于接触铝垫片，因为必须首先刺穿铝垫片上普遍存在的氧化层或钝化层。但钨对氧化敏感。形成的氧化钨附着在铝垫片上并由此在接触区域中导致不合意的污染。钨较不适用于对金垫片的测试，因为金垫片比铝垫片不坚固并出于机械原因通常无法承受用含钨测试针的测试。为了用于金垫片，Pd合金是已知的，例如DeringerNey公司的Paliney?H3C或AdvancedProbing公司的NewTec?。钯的缺点在于，必需复杂的改型（Umform）工艺和沉积硬化以制造合适的钯合金。这增加必要生产步骤的数量。此外，钯的电导率仅勉强满足要求。US2006/0197542A1和US2010/0239453A1公开了用作测试针的铱基合金。铱的热导率和电导率低于其它铂族金属，并是脆且无弹性的，因此难以加工。因此本专利技术的目的是克服现有技术的缺点。特别地，本专利技术的目的是找到一种材料，其与许多钯基和/或铂基合金不同，其足够硬以经受对IC的百万次测试并具有比钯和铂或相应合金更好的热导率和电导率。在此，与虽然具有必要硬度的钨不同，该材料应抗氧化。此外，应容易将该材料加工成细测试针，以满足在测试卡上的高组装密度要求。为了实现所述目的，提出具有权利要求1的特征的用于半导体元件电子测试的测试针。此外，为为了实现所述目的，提出具有权利要求11的特征的制造用于半导体元件电子测试的测试针的方法。从属权利要求各自阐述优选扩展实施方案。关于测试针所描述的特征和细节在此也适用于方法，反之亦然。本专利技术的测试针的特征在于芯元件的金属合金包含：-至少67重量%铑；-0.1重量%至1重量%锆；-最多1重量%钇；和-最多1重量%铈。铱和其它铂族金属与铑相比的缺点在于它们的电导率和热导率较低。高电导率和热导率是用于测试针的合意性质，这些由铑满足。纯铑具有高弹性模量并在用于测试针时表现出过度塑性行为。因此，推荐将铑和铱制成合金。但是，在大于30重量%的铑含量下，将该材料加工成细线变难并且可预料到频繁的断线。令人惊讶地，已经表明，含有0.1重量%至1重量%的锆含量的铑仍可根据本专利技术加工成细线，并保留与铱相比在热导率和电导率方面的优点和更低得多的弹性模量，即更好的弹性。已经表明，含有至少67重量%铑的铑含量和0.1重量%至1重量%锆的锆含量的铑基金属合金可容易加工成细线，由此可获得用作测试针的芯元件的金属合金，其可利用纯铑在硬度、热导率、电导率和低弹性模量方面的优点以用于半导体元件电子测试的测试针中。通过伴随着锆与铑制合金所产生的金属结构的晶粒细化，阻碍在高于150℃的温度下的晶粒生长并由此令人惊讶地实现该金属合金在最大50微米至100微米直径下的良好可变形性。此外，通过将锆和任选钇和铈加入合金中，产生一种不同于纯铑而可硬化以制造测试针芯元件的金属合金。在变形至目标直径后，该材料可通过简单温度处理硬化，这可廉价地实现。在此，可以调节本专利技术的铑基金属合金的硬度，以能确保少或完全不损害金垫片。用于接触金垫片的本专利技术测试针具有400HV至650HV的硬度。同时，可调节至该金属合金的高硬度以用在用于铝垫片的测试针中。用于接触铝垫片的本专利技术测试针具有500HV至750HV的硬度。此外，可容易加工，由此能在标准工艺中制造直径50微米至150微米，例如80微米的线而不必预料到断线。同时，该测试针可以制成具有高的线性度，以实现精确接触接触点（金垫片或铝垫片）。同时，本专利技术的测试针具有足够弹性，以致测试针在接触过程中没有表现出塑性变形，因此使测试针与接触垫片之间的接触稳定，且测试针的磨损最小化。特别地，用于芯元件所述的金属合金的重大优点在于，它们可蚀刻。薄铑层的可蚀刻性有利于测试针制造过程中的尖端成型。用于薄铑层的结构化的蚀刻介质是本领域技术人员已知的。在本专利技术的范围内，术语“芯元件”是指在横截面上观察到的测试针内部，其中该芯元件是导电的并且为细长形状。该芯元件由金属合金构成，该芯元件特别包含至少67重量%铑、0.1至1重量%锆、最多1重量%钇和最多1重量%铈。在本专利技术的范围内，术语“半导体元件”是指在衬底体上逐层构建的集成电路系统。该术语还包括施加到逐层构建的集成电路系统上并用于连接到传导元件例如接合线、带上的电流传导装置。因此，这尤其包括接触垫片或晶片。术语“护套元件”是指在横截面上观察到的至少部分包围芯元件的元件，其中该护套元件是电绝缘的。“远端接触段”是芯元件的末端区，经其在半导体元件电子测试过程中建立测试针和半导体元件上的接触垫片之间的接触。在一个实施方案中，远端接触段包括用于该远端接触段在接触垫片上的实际接触的尖端。“晶粒度”是金属结构的晶粒的直径，其中横穿芯元件的纵轴测量该直径。“晶粒细化”是指金属和金属合金的如下性质，即通过将一种或多种特定元素与金属或金属合金制成合金，观察到该金属或金属合金的金属结构的晶粒度改变成更小的晶粒度。“硬拉状态”是指该金属合金在成型后，例如在由锭拉制成线后的状态。在金属或金属合金的冷成型过程中，金属或金属合金的晶格变形，由此提高该金属或金属合金的强度，但降低可变形性。“热处理状态”是指该金属合金在温度处理后的状态。通过冷成型合金的温度处理，至少部分出现新的金属结构，由此至少部分再次建立冷成型前的合金原始性质。本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于半导体元件电子测试的测试针(100、100')，其包括导电芯元件(200)和电绝缘护套元件(300)，其中芯元件(200)由金属合金构成，护套元件(300)局部地包围芯元件(200)，且芯元件(200)包括用于与半导体元件电接触的远端接触段(210)，其特征在于芯元件(200)的金属合金包含：‑ 至少67重量%铑；‑ 0.1重量%至1重量%锆；‑ 最多1重量%钇；和‑ 最多1重量%铈。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于半导体元件电子测试的测试针(100、100')，其包括导电芯元件(200)和电绝缘
护套元件(300)，其中芯元件(200)由金属合金构成，护套元件(300)局部地包围芯元件
(200)，且芯元件(200)包括用于与半导体元件电接触的远端接触段(210)，其特征在于芯元
件(200)的金属合金包含：
-至少67重量%铑；
-0.1重量%至1重量%锆；
-最多1重量%钇；和
-最多1重量%铈。
2.根据权利要求1的测试针(100、100')，其特征在于芯元件(200)的金属合金包含至少
97重量%铑。
3.根据权利要求1或2的测试针(100、100')，其特征在于芯元件(200)的金属合金包含
0.1重量%至0.6重量%锆。
4.根据前述权利要求任一项的测试针(100、100')，其特征在于芯元件(200)的金属合
金包含两种金属的至少一种：
-0.01重量%至0.5重量%钇，和
-0.01重量%至0.5重量%铈。
5.根据前述权利要求任一项的测试针(100、100')，其特征在于芯元件(200)的金属合
金显示晶粒细化，以与至少99.999%纯铑相比具有更高的可延展性。
6.根据前述权利要求任一项的测试针(100、100')，其特征在于芯元件(200)的金属合
金在硬拉状态下的硬度为500HV至750HV和/或在热处理状态下的硬度为400HV至650
HV，以经由所述芯元件的远端接触段接触具有金垫片或铝垫片的半导体元件。
7.根据前述权利要求任一项的测试针(100、100')，其特征在于护套元件(300)在周向
上完全包围芯元件(200)且护套元件(300)在纵向上部分包围芯元件(200)。
8.根据前述权利要求任一项的测试针(100、100')，其特征在于层状的导电包封元件
(310)在周向上完全包围电绝缘护套元件(300)并在纵向上至少部分包围电绝缘护套...

【专利技术属性】
技术研发人员：P泽伦森，N施陶特，R魏兰德，I普伦策尔，DF卢普顿，
申请(专利权)人：贺利氏德国有限两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE