(57)【要約】プローブプランジャー（１４ａ，ｂ）及びその製造方法が提供される。プローブプランジャー（１４ａ，ｂ）はパラジウム−コバルト合金の如き比較的硬くかつ比較的低い接触抵抗の外側層（２０）を含む。いくつかの実施態様において、外部表面（２２）の一部は自己制限酸化物の少なくとも一つの領域を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下のものを含むプローブプランジャー：
外部表面を有するベース；
ベースの外部表面の上に横たわりかつベースの外部表面と直接接触するバリア層；及び
バリア層の外部表面の上に横たわりかつバリア層の外部表面と直接接触するパラジウム−コバルト合金外側層。
【請求項２】
外側層が約２００マイクロインチ未満の厚さを有する請求項１のプローブプランジャー。
【請求項３】
外側層が約２０マイクロインチから約３０マイクロインチまでの範囲の厚さを有する請求項１のプローブプランジャー。
【請求項４】
外側層が約５０％より多いパラジウム及び約５０％未満のコバルトを含む請求項１のプローブプランジャー。
【請求項５】
外側層が約７５％のパラジウム及び約２５％のコバルトを含む請求項１のプローブプランジャー。
【請求項６】
パラジウム−コバルト合金が約１００ミリオーム未満の接触抵抗を有する請求項１のプローブプランジャー。
【請求項７】
プローブプランジャーの外側層がコバルトの酸化物の少なくとも一つの領域を更に含む請求項１のプローブプランジャー。
【請求項８】
少なくとも一つの領域が外側層の厚さより小さい厚さを有する請求項７のプローブプランジャー。
【請求項９】
少なくとも一つの領域が外側層の外部表面の上に横たわりかつ外側層の外部表面と直接接触する層である請求項８のプローブプランジャー。
【請求項１０】
層が連続層である請求項９のプローブプランジャー。
【請求項１１】
連続層がプローブプランジャーを包囲する請求項１０のプローブプランジャー。
【請求項１２】
コバルトの酸化物がＣｏＯ，Ｃｏ２Ｏ３，Ｃｏ３Ｏ４及びそれらの組合せからなる群から選択される請求項６のプローブプランジャー。
【請求項１３】
プローブプランジャーの外側層が約１０％より多い酸素を含む請求項６のプローブプランジャー。
【請求項１４】
プローブプランジャーの外側層が約５％未満のニッケルを含む請求項６のプローブプランジャー。
【請求項１５】
以下のものを含むプローブプランジャー：
外部表面を有するベース；
ベースの外部表面の上に横たわりかつベースの外部表面と直接接触するバリア層；及び
バリア層の外部表面の上に横たわりかつバリア層の外部表面と直接接触するパラジウム−コバルト合金外側層；
ただし、外側層はコバルトの酸化物の少なくとも一つの領域を含む。
【請求項１６】
少なくとも一つの領域が外側層の厚さより小さい厚さを有する請求項１５のプローブプランジャー。
【請求項１７】
少なくとも一つの領域が外側層の外部表面の上に横たわりかつ外側層の外部表面と直接接触する層である請求項１６のプローブプランジャー。
【請求項１８】
層が連続層である請求項１７のプローブプランジャー。
【請求項１９】
連続層がプローブプランジャーを包囲する請求項１８のプローブプランジャー。
【請求項２０】
コバルトの酸化物がＣｏＯ，Ｃｏ２Ｏ３，Ｃｏ３Ｏ４及びそれらの組合せからなる群から選択される請求項１５のプローブプランジャー。
【請求項２１】
プローブプランジャーの外側層が約１０％より多い酸素を含む請求項１５のプローブプランジャー。
【請求項２２】
プローブプランジャーの外側層が約５％未満のニッケルを含む請求項１５のプローブプランジャー。
【請求項２３】
以下のものを含むプローブプランジャー：
外部表面を有する実質的に円筒形のベース；
ベースの外部表面の上に横たわりかつベースの外部表面と直接接触するバリア層；及び
バリア層の外部表面の上に横たわりかつバリア層の外部表面と直接接触する外側層；
ただし、外側層は第一金属と第二金属の合金であり、第一金属はパラジウム、白金、ロジウム、銀、ニッケル及びそれらの組合せ及びそれらの合金からなる群から選択され；第二金属はコバルト、ニッケル、燐及びそれらの組合せ及びそれらの合金からなる群から選択される。
【請求項２４】
第一金属がパラジウムであり、第二金属がコバルトである請求項２３のプローブプランジャー。
【請求項２５】
第一金属がパラジウムであり、第二金属がニッケルである請求項２３のプローブプランジャー。
【請求項２６】
第一金属がニッケルであり、第二金属が燐である請求項２３のプローブプランジャー。
【請求項２７】
外側層がコバルトの酸化物の少なくとも一つの領域を含む請求項２４のプローブプランジャー。
【請求項２８】
外側層がニッケルの酸化物の少なくとも一つの領域を含む請求項２５のプローブプランジャー。
【請求項２９】
外側層がニッケルの酸化物の少なくとも一つの領域を含む請求項２６のプローブプランジャー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景
技術分野
本発明はテストプローブプランジャー、前記プランジャーを含むテストプローブ及びそれらの製造方法に関し、特にパラジウム−コバルト合金の外側層を有するテストプローブプランジャーに関する。
【０００２】
関連ケース
本願の優先権は３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下、２００１年９月２４日に出願された共願で係属中のＵ．Ｓ．仮特許出願Ｎｏ．６０／３２４２５２に対して主張される。この出願はその全体をここに参考として組入れられる。
【０００３】
関連技術
集積回路のためのテストプローブに関する技術は極めて複雑であり、抵抗要求、強度要求並びに構造的制限を含む多くの考慮事項の注意深いバランスを必要とする。一般的にかかるテストプローブは極めて低い抵抗で延伸されかつ極めて導電率が高い金属である鋼の如き比較的硬いベース材料から形成される。
【０００４】
ＩＣをテストすることに関連する一つの問題はプローブプランジャーの外部表面上への酸化物の形成である。かかる表面酸化物はテストプローブの接触抵抗に影響を与えるかもしれず、これは次に、テストされるべきＩＣのテスト特性に影響を与えるかもしれない。例えば、表面酸化物は全接触抵抗が高くなるようにプローブの機能に干渉するかもしれず、これはＩＣの測定される特性に有害な影響を与えるであろう。それ故、かかる表面酸化物の効果を最小にするか又は削除するため、周囲条件にさらされたときに酸化しないか又は最小にのみ酸化する金属でテストプローブを被覆することが望ましい。
【０００５】
金、銀、白金、パラジウム、イリジウム、レニウム、水銀、ルテニウム及びオスミウムは「貴金属」と称されることがある。それはそれらが周囲条件にさらされたときに他の金属よりも一般的に反応性が低いか又は非反応性であるためである。加えて、いわゆる貴金属は低い接触抵抗の如き極めて望ましい物理的及び電気的特性を一般的に有し、それらはそれらの色、光沢及び美的特性を一般的に維持する。これらの理由のため、貴金属はテストプローブを被覆するために一般的に用いられる。
【０００６】
金を除けば全ての金属は空気中の酸素と反応して酸化物を形成する（他の貴金属を含めてたとえより少ない度合いであっても）。金属によって形成された表面酸化物は様々な度合いの導電率、厚さ及び硬度を有する。従って、金はその非反応性ゆえ及びそれが酸化物を形成しないためテストプローブを被覆するための及びＩＣ用の電気的相互連結を形成するための工業的な標準に徐々になってきた。金がプローブプランジャーをめっきするために用いられる場合、極めて少量の他の金属（コバルト、ニッケル又は鉄の如き）が付着物の滑らかさ及び硬度を増大させるために及び付着物の摩擦係数を減少させるために金と共に共付着されることができる（典型的にはシアン化物−金属複合体として）。かかる共付着物を含むめっきされた金付着物は「硬い」金として知られている。共付着物は一般的に１％未満の濃度で存在し、典型的には約０．２〜０．３％である。
【０００７】
ＩＣをテストすることに関連する他の問題は、はんだ上への酸化物の形成である。一般的に、テストプローブが集積回路をテストするために用いられる場合、テストプローブはＩＣリード線のはんだでめっきされた表面又ははんだボールと接触する。はんだの表面は純粋な柔らかいはんだを被覆する酸化物スキンを一般的に有し、このことははんだ酸化物が純粋なはんだより硬くかつずっと導電率が小さいので問題であるかもしれない。プローブプランジャーがはんだの表面に触れると、その先端は下にある純粋なはんだと接触するためにまず表面酸化物を通って押さなければならない。はんだボール又ははんだの表面酸化物を貫くことを容易にするため、テストプローブは通常ばね型のプランジャーを有しており、これは高い法線力を発揮し、先端が表面を貫くことを可能とする。テストプローブ内部のばねはテスト装置がプローブを予め決められた距離だけ移動させることを可能とし、これは特定の法線力を作り出す。一旦プローブが解放されると少量のはんだ及びその酸化物は一般的にプランジャーの先端に付着されたまま残る。
【０００８】
プランジャーの先端に付着されたまま残るはんだは問題である。何故ならそれはプランジャーの表面金属と冶金学的に反応するかもしれないからである。はんだとプランジャーの表面の金属の間の正確な反応は表面材料の特性並びに周囲温度及び圧力に依存するであろう。
【０００９】
加えて、はんだ中の錫はテストプローブ上のめっきされた被覆中に拡散して金属間化合物を形成するかもしれない。もしはんだがめっきされた被覆と反応することに成功すると、それは強い付着の結合を形成するであろう。
【００１０】
金めっきされたプランジャーの場合、はんだはたとえ通常の室温であってもかつ比較的低い圧力のテストプローブばね力であっても強い結合を形成することに通常成功する。テストプローブの追加のサイクルははんだの追加の小片を引き出し、そしてもしプランジャー表面が以前のはんだ接触からの強く付着した残存物で既に被覆されているなら、はんだの追加の小片は表面に容易に付着するであろう。時間が経つにつれ、プローブプランジャー上のはんだ付着物と金属間化合物はプローブプランジャーの抵抗を増大させ、結局プローブが交換されて捨てられなければならないほど十分に高い抵抗値を生ずるであろう。
【００１１】
プローブプランジャー上のはんだ付着物の問題を解決しようとする多くの試みが工業上なされてきている。一つの試みは所定数のテストサイクルの後、はんだ付着を機械的に、典型的にはブラシを用いてごしごしこすり、そしてもし可能ならテストプローブを追加のサイクルのために使用し続けることを含む。しかし、機械的にごしごしこすることはプローブプランジャーが損傷を受けるかも知れないので不都合である。はんだ付着物を除去する他の試みはプローブプランジャーを化学的に洗浄することを含み、これは化学物質が望ましくない残留物を残すかもしれないので不都合である。いずれの場合においても全てのはんだを除去することはできなかった。従って、錫はプランジャー表面に残留し、結局、金の中に拡散して金−錫金属間化合物を形成するであろう。金−錫金属間化合物は一般的にプローブプランジャーの外部の元の金層より高い抵抗値を有する。そして再び、時間が経つにつれてプローブプランジャーははんだの機械的付着物及び金めっきの上の増大する厚い表面金属間化合物被覆を獲得するであろう。テストプローブの金めっき層は下に埋められ、非効果的になるか又は元の金めっき層より効果が小さくなるであろう。これらの問題は金めっきされたプランジャーで特に顕著である。何故なら金と錫の間には高い度合いの引力があるからである。
【００１２】
テストプローブへのはんだ付着の問題を克服するために工業的に行われている他の試みはプランジャーとはんだの間の接触面積を最小にするためにプローブプランジャーの構造を変化させることを含む。
【００１３】
別の試みはＰＴＦＥを含む被覆でテストプローブを被覆することを含む。
【００１４】
プローブプランジャーの外部のめっきされた金属外側層と集積回路のリード線上の錫はんだの間の減少された親和力を有しかつ現在のテスト装置に匹敵する低い抵抗値を有する集積回路のための改良されたテストプローブに対する要求がこの技術分野に存在する。
【００１５】
概要
本発明はＩＣをテストするためのテストプローブの一部を形成するテストプローブプランジャー（以下、「プローブプランジャー」又は「プランジャー」と称する）に向けられている。このプローブプランジャーははんだに対する減少された親和力を有しかつはんだと金属間化合物を容易には形成しない材料の外側層でめっきされている。外側層が形成される好ましい材料はとりわけ、比較的低い摩擦係数、良好な延性、比較的小さい粒子寸法及び低い接触抵抗を有するように選択され、これらの全ては組合わされてとりわけ、はんだに対する減少された親和性を与えることができる。このプローブプランジャーの好ましい実施態様は全ての好ましい特徴を組合わせる。
【００１６】
一実施態様において、本発明はプローブプランジャーに向けられる。このプローブプランジャーは外部表面を有するベース及びベースの外部表面の上に横たわりかつベースの外部表面と直接接触するバリア層を含む。パラジウム−コバルト合金外側層がバリア層の外部表面の上に横たわりかつバリア層の外部表面と直接接触する。
【００１７】
別の実施態様において、プローブプランジャーは外部表面を有する実質的に円筒形のベース及びベースの外部表面の上に横たわりかつベースの外部表面と直接接触するバリア層を含む。パラジウム−コバルト合金外側層がバリア層の外部表面の上に横たわりかつバリア層の外部表面と直接接触する。外側層はコバルトの酸化物の少なくとも一つの領域を含む。
【００１８】
なお別の実施態様において、プローブプランジャーは外部表面を有する実質的に円筒形のベース及びベースの外部表面の上に横たわりかつベースの外部表面と直接接触するバリア層を含む。外側層はバリア層の外部表面の上に横たわりかつバリア層の外部表面と直接接触する。好ましくは、外側層は第一金属と第二金属の合金である。第一金属はパラジウム、白金、ロジウム、銀、ニッケル及びそれらの組合せ及びそれらの合金からなる群から選択されることができる。第二金属はコバルト、ニッケル、燐及びそれらの組合せ及びそれらの合金からなる群から選択されることができる。
【００１９】
本発明は上述のプローブプランジャーの製造方法及び使用方法にも向けられており、それは上述のプローブプランジャーのいずれかを選択された時間期間の間、選択された温度で酸素含有環境中で熱処理して外側層中に又は外側層上に自己制限酸化物の少なくとも一つの領域を形成されることを含むことができる。
【００２０】
本発明の上述の及び他の目的、特徴及び利点は添付の図面に示されるような本発明の好ましい実施態様の以下の一層詳細な記述から明らかになるであろう。図面中、参照記号は様々な図面を通じて同一の部分を示す。これらの図面は必ずしも一定尺度ではなく、代わりに本発明の原理を示すことに強調が置かれている。本発明の原理及び特徴は本発明の範囲から離れることなしに変更されて多数の実施態様で用いられることができる。
【００２１】
図面の簡単な記述
図中、
図１は本発明による例示的テストプローブの側面図である；
図２は図１に示されるテストプローブのプローブプランジャーの部分的断面図である；
図３は図２に示されるプローブプランジャーの拡大された部分的断面図である；
図４は熱処理後の図３に示されるプローブプランジャーの部分的断面図である；
図５は様々な被覆の低レベル接触抵抗に対する熱処理の効果を示す比較グラフである。
【００２２】
好ましい実施態様の詳細な記述
本発明は金属合金の外側層を有するテストプローブプランジャーに向けられており、その少なくとも一つは「貴」金属であることが好ましい。本発明による外側層を有するプローブプランジャーは従来の「硬い」金めっきされたプローブプランジャーと比較すると錫はんだに対する減少された親和性を有することができる。錫はんだに対する外側層の減少された親和性は錫はんだがプローブプランジャーの外部表面から一層容易に滑り落ちることを可能にする。従って、本発明のプローブプランジャーの端上の錫はんだの付着物は金の外部表面を有するプローブプランジャーと比較して減少される。加えて、本発明のプローブプランジャーの外側層は錫はんだと金属間化合物を容易には形成せず、しかも錫はんだの外部表面上に典型的に形成される錫酸化物の表面を通して破断するには十分硬い。好ましい実施態様において、外側層はパラジウム−コバルト合金（以下ＰｄＣｏ合金と称する）である。
【００２３】
上述の通り、本発明のプローブプランジャーの外側層の効果はプローブプランジャーの外部表面に対する錫はんだの親和性又は接着力を抑え及び／又は最小化し、それによりテスト中のプローブプランジャー上への錫はんだの付着を最小化することである。本発明による外側層を有するプローブプランジャーはある例では例えば無電解ニッケル（ＥＮ）及び金の連続層でめっきされたものよりわずかに高い抵抗を有することができる。しかし、特定の状況においてはプローブプランジャー上に付着した減少したはんだの利点は本発明のプローブプランジャーにおいて見出される比較的高い抵抗よりまさる。例えば、減少されたはんだ付着はテスト中のプローブプランジャーの機械的及び／又は化学的洗浄の必要性を最小化し、いくつかの場合には削除することができる。
【００２４】
他の実施態様において、本発明は自己制限酸化物の領域が外側層中に又は外側層上に形成された金属合金の外側層を有するテストプローブプランジャーに向けられる。自己制限酸化物の存在はいくつかの場合には自己制限酸化物を有さないものよりわずかに高い抵抗値を生ずるかもしれないが、以前の実施態様と同じようにそれはプローブプランジャー表面からのはんだの反発をさらに増大させ、はんだの拡散に対する外側層の抵抗を増大させるかもしれない。従って、プローブプランジャーの寿命は増大され接触抵抗特性は時間にわたって一層安定であるかもしれない。
【００２５】
図１は本発明による例示的テストプローブ１０を示す。示される通り、テストプローブ１０は実質的に円筒形の本体１２を含む。この本体１２は本体１２の対向端に配置された実質的に同一のプローブプランジャー１４ａ，ｂを含み、これらはそれぞれプローブ先端１５ａ，ｂを含む。
【００２６】
図２及び３に示される通り、プローブプランジャー１４ａ，ｂはベース１６、ベース１６の上に横たわりかつベース１６と直接接触するバリア材料の層１８、及びバリア層１８の上に横たわりかつバリア層１８と直接接触する外側層２０を含む。外側層２０は外部表面２２を有する。当業者は本発明がここで図示する例示的なテストプローブの形状及び構成に限定されないこと、及び他の形状及び構成を有するテストプローブも含まれることを意図されることを理解するであろう。
【００２７】
ここに開示された実施態様のいずれかによれば、ベース１６が形成されることができる材料は硬度、機械加工性、腐蝕に対する抵抗性などを含む様々な要因に基づいて選択されることができる。ベース材料のための好適な特性の選択は当業者によって理解されるであろう。好ましい実施態様において、ベースが形成されることができる材料はベリリウム−銅又は「工具」加工可能な又は機械加工可能な鋼（炭素ベースのもの）を含み、これらの両方は工業的に幅広く用いられる。
【００２８】
好ましくは、バリア層１８は外側層２０中へのベース１６の拡散を防止する材料であって外側層２０とベース１６の間の金属間化合物の形成も防止する材料から形成されることができる。バリア層１８は当業者に公知の様々な材料から形成されることができ、これらの材料には以下のものが含まれるがこれらに限定されない：ニッケル、無電解ニッケル、コバルト、パラジウム、白金、チタン／タングステン、モリブデン、それらの組合せ及びそれらの合金。バリア層１８の材料の選択は当業者に公知の多くの考慮事項に基づくであろう。この実施態様においてはバリア層１８は無電解ニッケルであることが好ましい。無電解ニッケルは燐とニッケルの合金であり、典型的に約８８％から約９８％までの範囲のニッケル濃度を有する。
【００２９】
バリア層１８は好ましくは約５０マイクロインチから約４００マイクロインチまでの範囲の厚さを有し、より好ましくは約７５マイクロインチから約３００マイクロインチまで、一層好ましくは約７５マイクロインチから約１５０マイクロインチまでの範囲の厚さを有する。また、本実施態様においてバリア層１８はＡＳＴＭ  Ｂ６６７−９７に従って測定されたとき、好ましくは約１１０ミリオーム未満の接触抵抗を有し、より好ましくは約４０ミリオーム未満、一層好ましくは約１０ミリオーム未満の接触抵抗を有する。
【００３０】
外側層２０は少なくとも二つの金属の合金又は混合物であることが好ましく、そのうちの一つは「貴」金属であることが好ましい。合金に含まれる金属の相対パーセンテージは、以下一層詳細に記述されるように、付着される合金の望ましい特性に依存するであろう。それ故、望ましい特性を与える限りいかなる比率の金属も用いられることができる。好ましい実施態様において、外側層２０は約２５重量％の第一金属及び約７５重量％の第二金属から約９５重量％の第一金属及び約５重量％の第二金属までを含む混合物であることが好ましい。
【００３１】
好ましくは、外側層２０は周囲及び典型的なテスト条件下で非反応性の金属から形成される。
【００３２】
外側層２０は好ましくは約５マイクロインチから約１００マイクロインチまでの範囲の厚さを有し、より好ましくは約１０マイクロインチから約５０マイクロインチまで、一層好ましくは約２０マイクロインチから約３０マイクロインチまでの範囲の厚さを有する。
【００３３】
外側層２０は比較的低い摩擦係数を有することが望ましく、それはプローブプランジャーの動きを滑らかにしかつ錫はんだの如き外来物質がプランジャーの外部表面に付着することなしにプランジャーの外部表面に沿ってすべり落ちることを可能にする。
【００３４】
また、外側層は（パーセント伸びとして測定して）好ましくは少なくとも約３％の延性を有し、より好ましくは少なくとも約５％、一層好ましくは約７％より大きい延性を有する。一般的に、外側層２０の延性が大きいほど、それは機械的応力の下でひび割れを起こしにくい。
【００３５】
いくつかの実質態様においては比較的小さい粒子寸法を有する材料から外側層２０を形成することが好ましく、これは金属間化合物の形成を最小化するであろう。粒子寸法は好ましくは約２００オングストローム未満であり、より好ましくは約１００オングストローム未満、一層好ましくは約５０オングストローム未満である。
【００３６】
外側層２０はテストの間に用いられる温度及び／又は延長された時間の間の焼きつけにさらされたとき層間の拡散に抵抗する材料合金から形成されることが好ましい。一般的に、外側層の融点と加工及びテストの間に用いられる最高温度の間の差異が大きいほど層間の拡散は起こりにくい。
【００３７】
外側層２０はＡＳＴＭ  Ｂ６６７−９７に従って測定されたとき好ましくは約２００ミリオーム未満の接触抵抗を有し、より好ましくは約５０ミリオーム、一層好ましくは約１０ミリオーム未満の接触抵抗を有する。
【００３８】
以下の表１は外側層２０が形成されることができる好適な材料の好ましい特性を要約する。当業者は外側層２０のための最も好ましい材料はすべての好ましい特性を最も好ましい範囲で有するであろうということを理解するだろう。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
また、比較的低い多孔度を有する材料から外側層２０を形成することも好ましく、これは腐蝕性材料が外側層２０及びバリア層１８を通って浸透してベースに損傷を与えることを最小化するか又は防止する。
【００４１】
外側層２０に用いるのに好適な材料はパラジウム、白金、ロジウム、銀、ニッケル、コバルト、燐及びそれらの組合せ及びそれらの合金を含む。
【００４２】
好ましい実施態様において、第一金属はパラジウム、白金、ロジウム、銀、ニッケル及びそれらの組合せ及びそれらの合金から選択されることができ；第二金属はコバルト、ニッケル、燐及びそれらの組合せから選択されることができる。
【００４３】
外側層２０のための好ましい合金はＰｄＣｏ，ＰｄＮｉ及び無電解ニッケルを含む。
【００４４】
好ましい実施態様において、外側層２０は約２５重量％のパラジウム及び約７５重量％のコバルトから約９５重量％のパラジウム及び約５重量％のコバルトまでを含みかつ約５０マイクロインチ未満の厚さ及び約４０ミリオーム未満の接触抵抗を有するＰｄＣｏ合金である。
【００４５】
特に好ましい実施態様において、外側層２０は約７５重量％のパラジウム及び約２５重量％のコバルトを含みかつ約２０〜３０マイクロインチの範囲の厚さ及び約１０ミリオーム未満の接触抵抗を有するＰｄＣｏ合金である。
【００４６】
従って、本発明の一つの側面は金属合金を含む外側層を有するプローブプランジャーに向けられている。
【００４７】
本発明の別の実施態様はプローブプランジャー１４ａ，ｂの被覆方法である。この方法は好適なベース１６上に選択された金属又は金属合金の連続層をめっきすることを含む。この方法によれば、好適なベース１６が選択されることができ、そしてもし望ましいのなら又は必要ならベースはめっきされたバリア層を受け入れるように調製されることができる。かかる調製方法は例えば当業者には公知技術であるエッチング、洗浄、脱脂、ストライクめっき及びこれらの技術のいかなる組合せを含むことができる。バリア層１８及び外側層２０は次にやはり当業者には公知の技術を用いてベース１６上にめっきされることができる。また、この方法によれば、めっきされたバリア層１８の表面は、再び上述の技術のいずれかを用いることによって、めっきされた外側層２０を受け入れるように調製されることができる。いくつかの実施態様において、この方法は以下に一層詳細に記述されるように更なる処理を含んでもよい。上述のめっき技術はすべて当業者に公知であるだろう。
【００４８】
当業者はめっきに用いられる合金中の金属の相対パーセンテージの選択はめっきされる合金の望ましい最終組成によって部分的に決定されること、その組成はめっき浴に含まれる合金のパーセンテージに対応して変化しうることを認識するであろう。
【００４９】
従って、本発明の別の側面は金属合金でプローブプランジャーを被覆する方法に向けられている。
【００５０】
図４はプローブプランジャー１１４ａ，ｂの別の実施態様を示す。示される通り、プローブプランジャー１１４ａ，ｂはプローブプランジャー１４ａ，ｂと実質的に同一の構造を有する。プローブプランジャー１１４ａ，ｂの外側層１２０は自己制限酸化物の少なくとも一つの領域１２４を追加的に含む。酸化物形成の正確な機構は知られていない。従って、例えば自己制限酸化物は領域中で生長して図４に示されるように外部表面１２２の全面積の一部のみを含むかもしれないし、又はそれは外部表面１２２の全面積を被覆する層として生長するかもしれない。本実施態様での説明を容易とするため、自己制限酸化物は領域１２４によって表されている（たとえ酸化物生長の正確な機構がかかるモデルに従わないとしても）。従って、少なくとも一つの領域１２４は層であることができ、それは連続層であることができ、この層は自己制限酸化物が外側層１２０より薄い厚さを有すると仮定して、外側層１２０が自己制限酸化物に包囲されるように外側層１２０中に又は外側層１２０の上に横たわって形成されることができる。
【００５１】
本実施態様において、外側層１２０は、金属の一つが以下に記述されるような熱処理にさらされたとき外側層１２０の全厚さより薄い自己制限酸化物を形成することができると仮定して、以前の実施態様で記述したのと同一の材料から形成されることが好ましい。ここで用いられる通り「自己制限酸化物（ｓｅｌｆ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ  ｏｘｉｄｅ）」は大気中の酸素が外側層１２０中に浸透して外側層１２０を形成する材料を酸化することができる深さによって制限される厚さを有する金属酸化物を意味する。
【００５２】
酸化物領域１２４の形成方法は選択された温度で選択された時間期間の間、空気の如き酸素含有環境中にプローブプランジャーを置くことによってプローブプランジャー１１４ａ，ｂを熱処理することを含む。好ましくは、温度は外側層１２０に含まれる第一又は第二金属の一方の酸化を防止して外側層１２０に含まれる残りの第一又は第二金属の酸化を生じさせるように選択される。当業者は熱処理の時間、温度及び大気条件を変化させることは領域１２４中に形成される酸化物の組成を変化させるかもしれないということを認識するであろう。
【００５３】
以前の実施態様と同様、ＰｄＣｏ合金は外側層１２０のための特に好ましい材料であり、領域１２４はＣｏＯ，Ｃｏ２Ｏ３，Ｃｏ３Ｏ４から選択されるものを含むいかなるコバルト酸化物及びコバルト酸化物の組合せから選択されることが好ましい。ＰｄＣｏ合金が用いられる場合、熱処理温度はコバルトが酸化する温度より高くかつパラジウムが酸化する温度（約３８０℃）より低い温度に維持されることが好ましい。好ましい実施態様において、コバルト酸化物の領域１２４はＰｄＣｏ合金でめっきされたプローブプランジャーを約２００℃から約２５０℃までの範囲の温度で約３０分から約４時間までの間、空気中で加熱することによって形成されることができる。かかる条件はＣｏＯ，Ｃｏ２Ｏ３，Ｃｏ３Ｏ４及びそれらの組合せの領域１２４の形成をもたらすことができる。
【００５４】
ＰｄＣｏが外側層１２０のために用いられかつ約３００℃より高い温度で熱処理される場合、無電解ニッケルがバリア層１８のために用いられているとニッケルがパラジウム及び／又はコバルト酸化物を通って拡散することがあり、これはいくつかの事例では望ましいかもしれないということが見出されている。従って、外部表面上のパラジウム及びコバルト酸化物の濃度を最大にすることが望ましい場合、約３００℃より低い熱処理温度を維持することが好ましい。当業者は他の材料のための熱処理条件はルーチンの実験を通して決定されることができることを認識するであろう。
【００５５】
従って、本方法は選択された濃度のコバルト酸化物を含む選択された量の外部表面を有するプローブプランジャーを与える。
【００５６】
本発明の別の実施態様は金属合金から形成された相互連結であって選択された量のコバルト酸化物を含む相互連結に向けられている。好ましい実施態様において、合金はＰｄＣｏであることができる。この相互連結はめっき、蒸発及びスパッターリングを含む当業者に公知のいかなる方法によっても形成されることができる。相互連結の形成後、装置は相互連結の表面上に選択された濃度の自己制限酸化物を形成させるために上述のように熱処理されてもよい。かかる相互連結はかかる材料を用いることによってはんだに対する減少された親和性及び減少された金属間化合物の形成の如きプローブプランジャー上の外側層と同様の特性及び利点を有することができる。
【００５７】
本発明は以下の実施例によって更に説明されるであろう。これらの実施例は本質的に説明のためのものであることを意図されており、本発明の範囲を制限するものと見なされるべきではない。
【００５８】
加工実施例
実施例１
炭素鋼プランジャー（Ｒｉｋａ  Ｄｅｎｓｈｉ  Ｊａｐａｎによって製造されたもの）はニッケルのバリア層及びパラジウムコバルト合金の外側層でめっきされた。脱イオン水（ＤＩ）がプロセス中の各工程の後でプローブプランジャーをリンスするために用いられた。
【００５９】
炭素鋼プランジャーのめっきプロセスはプランジャー表面をめっきに先立って調製することを含んでいた。表面調製はプランジャーを約１０分間約１４０°ＦでＯａｋｉｔｅ  １９０（ＣｈｅｍｅｔａｌｌＯａｋｉｔｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙから入手可能）の溶液を用いて超音波で脱脂し、続いて約１０分間約１５０°ＦでＯａｋｉｔｅ  １９０（ＣｈｅｍｅｔａｌｌＯａｋｉｔｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙから入手可能）の溶液中で電気洗浄し、ＴＡＳ  ３Ｚ（Ｔｅｃｈｎｉｃ  ｏｆ  Ｃｒａｎｓｔｏｎ，Ｒｈｏｄｅ  Ｉｓｌａｎｄから入手可能）の溶液中で約３０秒間酸活性化することを含んでいた。
【００６０】
表面調製後、ニッケルバリア層はニッケルストライクを５分間７ＡＳＦでＥｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ、第４版、Ｌａｗｒｅｎｃｅ  Ｊ．  Ｄｕｒｎｅｙ編、Ｖａｎ  Ｎｏｓｔｒａｎｄ  Ｒｅｉｎｈｏｌｄ  １９８４に従って調製したＷｏｏｄｓ  Ｎｉｃｋｅｌ溶液を用いて行うことによりめっきされた。ニッケルストライクの後、無電解ニッケルめっきを１５〜２５分間１９０°ＦでＴｅｃｈｎｉｃ  ＥＮ  ２６００溶液（Ｔｅｃｈｎｉｃから入手可能）を用いて行った。
【００６１】
ニッケルバリア層がめっきされた後、ニッケル表面はニッケル表面を２０％のＨＣＬ溶液を用いて第一活性化することによってパラジウムコバルト合金の外側層のために調製された。この後、ＰａｌｌａＴｅｃｈＰｄＣｏ  ＰＣ２  ＬＳ（Ｅｎｔｈｏｎｅ  ＯＭＩから入手可能）を用いて約２．５ＡＳＦで約５〜８分間約１２０°Ｆでめっきが行われた。
【００６２】
生じたプランジャーは約７５から約１００マイクロインチの厚さ範囲のニッケル層及び約２０から約３０マイクロインチの厚さ範囲の７５／２５ＰｄＣｏ合金層を有していた。
【００６３】
実施例２
ベリリウム−銅プランジャー（Ｒｉｋａ  Ｄｅｎｓｈｉ  Ｊａｐａｎによって製造されたもの）はニッケルのバリア層でめっきされ、続いてパラジウムコバルト合金の外側層でめっきされた。脱イオン水（ＤＩ）がプロセス中の各工程の後でプローブプランジャーをリンスするために用いられた。
【００６４】
プランジャーの表面はまずめっきのために調製された。表面調製はプランジャーを約１０分間約１４０°ＦでＴｅｃｈｎｉｃ  ＴＳＣ  １５０８−Ｌ（Ｔｅｃｈｎｉｃｓから入手可能）を用いて超音波で脱脂し、続いて６分間１５０°ＦでＯａｋｉｔｅ  ９０（Ｃｈｅｍｅｔａｌｌ  Ｏａｋｉｔｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．）中で陽極及び陰極電気洗浄し、燐酸／硝酸／酢酸の透明な浸液で湯あかを除くことを含んでいた。次に酸活性化がプローブプランジャー上で３〜５分間ＴＡＳ  ３Ｚ（Ｔｅｃｈｎｉｃ）を用いて超音波中で行われた。
【００６５】
表面調製後、ニッケルバリア層はニッケルストライクを３分間７ＡＳＦでＷｏｏｄｓ  Ｎｉｃｋｅｌ溶液を用いて行うことによりめっきされた。ニッケルバリア層は次に無電解ニッケルめっき溶液（ＴｅｃｈｎｉｃからＴｅｃｈｎｉｃ  ＥＮ  ２６００の商品名で入手可能）を用いて約１５〜２５分間約１９０°Ｆでめっきされた。
【００６６】
ＰｄＣｏの外側層は実施例１と同様のプロセスを用いてめっきされた。
【００６７】
生じたプランジャーは約７５から約１００マイクロインチの厚さ範囲のニッケル層及び約２０〜約３０マイクロインチの厚さ範囲の７５／２５ＰｄＣｏ合金層を有していた。
【００６８】
実施例３
六つのテストクーポンは実施例２と同様にめっきされ、続いて熱処理された。テストクーポンは未知の銅合金の平坦なシートから調製され、約１．５″×１．０″×０．０４２″に切断された。電気的接触（銅電線）を受け入れるための穴が各クーポンにドリルで開けられた。すべてのテストクーポンは実施例２に従ってめっきされた。熱処理は各サンプルを以下の表２に示すように異なる温度に空気中で約２時間Ｔｈｅｒｍｏｌｙｎｅ  １４００  Ｆｕｒｎａｎｃｅ中で加熱することを含んでいた。コントロールのテストクーポンは熱処理されなかった。
【００６９】
テストクーポンの表面は熱処理の前後で可視的に検査された。その結果は以下の表２に示されている。
【００７０】
【表２】
2005504962.tif 000004
【００７１】
上記結果は、色が熱処理によって生ずる表面特性の可視的指標として用いられることができることを示す。
【００７２】
実施例４
実施例３からのテストクーポンの表面はＥｖａｎｓ  Ｅａｓｔテスト研究所によってＸ線光電子分光分析法（ＥＳＣＡ又はＸＰＳとしても知られている）を用いて分析された。ＥＳＣＡは約７０オングストローム（０．２８μインチ）の深さまで感知することができる。
【００７３】
【表３】
2005504962.tif 000005
【００７４】
上記表面分析結果は、熱処理温度が上昇するにつれてパラジウムの表面濃度は減少し、酸素及びニッケルの表面濃度は増大することを示す。拡散したニッケルの多くは金属ニッケルとして残る。３００℃より高い熱処理温度では、パラジウムの存在は外部表面ではもはや検出されない。
【００７５】
酸素含有量の増大は表面でのコバルトの酸化物（Ｃｏ０，Ｃｏ＋２，Ｃｏ＋３）の形成に寄与しうる。ニッケル濃度の増大は表面へのニッケルの拡散のためである。
【００７６】
上記結果は、約２５０℃未満の熱処理温度では外側表面は様々なコバルト酸化物（Ｃｏ０，Ｃｏ＋２，Ｃｏ＋３）及びパラジウムを含むが、約２５０℃より高い温度では外側表面は約５０％より大きいニッケル（Ｎｉ０，Ｎｉ＋２）及びコバルト酸化物（Ｃｏ０，Ｃｏ＋２，Ｃｏ＋３）の組合せを含み、パラジウムは検出されなかった（ＮＤ）ということを示す。
【００７７】
実施例５
液体はんだが様々な熱処理されたＰｄＣｏ合金めっきされた最終製品に付着する程度を測定するために、はんだ浸漬テストがテストサンプルで行われた。
【００７８】
テストサンプルは実施例２に従ってめっきされた銅箔片（１″×２″×０．００１５″）であった。テストサンプルは実施例３に記述されるのと同様の方法で熱処理された。
【００７９】
はんだ浸漬テストは６０／４０  Ｐｂ／Ｓｎはんだを用いてＣｒａｎｓｔｏｎ，Ｒｈｏｄｅ  ＩｓｌａｎｄのＴｅｃｈｎｉｃでＭＩＬ−ＳＴＤ−２０２法２０８に従って、行われた。用いられたフラックスはＳｕｐｅｒｉｏｒ  Ｎｏ．１００型ＲＡ（ロジンベースのフォームフラックス）であった。各箔は半分に切断され、約２３０℃のはんだ温度で２秒の挿入時間、５秒の滞留時間、及び２秒の除去時間で手動で浸漬された。各箔の第二の半分ははんだ浸漬に先立ってフラックスに浸漬された。
【００８０】
【表４】
2005504962.tif 000006
【００８１】
熱処理にさらされずかつフラックスに浸漬されなかったテストサンプル（＃１）は良好なはんだ付着量（＞９０％）を有していた。すべての他のフラックスに浸漬されなかったテストサンプルは貧弱な付着量（＜５％）を有していた。フラックスはすべてのサンプルについてはんだ付け性を改良した。熱処理中に最高の温度にさらされたサンプルは最低の付着量を有していた。最良の付着量は熱処理を行わずにフラックスを用いたサンプル又は約２５０℃までの温度の熱処理を行ないかつフラックスを用いたサンプルで得られた。
【００８２】
はんだ浸漬テストの結果は、ＰｄＣｏ合金外側層はすべての温度で熱処理されたときに最も良くはんだを反発するということを示す。３００℃以上の温度で熱処理されたサンプルはフラックスが用いられた場合であってもはんだに対する最良の抵抗性を示した。
【００８３】
実施例６
１６のテストサンプルが未知の銅合金の平坦なシートから調製され、約１．５″×１．０″×０．０４２″に切断された。各サンプルは電気的接触としての銅電線を挿入するために上縁近くに二つの穴をドリルで開けられた。サンプルは次に脱脂され、電気洗浄され、ニッケルストライクめっきされ、無電解ニッケル（ＥＮ）でめっきされた。サンプルのうち六つはＰｄ／Ｃｏで（実施例２と同様に）更にめっきされ、サンプルのうち四つは「硬い」金（コバルト硬化された金）の付着物で更にめっきされ、六つは外側層としてＥＮを有するままであった。
【００８４】
各群から一つのテストサンプルがコントロールとしてとりのけられ、残りの１３サンプルは以下の表に示されるように熱処理された。熱処理はＴｈｅｒｍｏｌｙｎｅ  １４００炉で空気中で２時間の滞留時間で行われた。
【００８５】
各テストサンプルの接触抵抗はＡＳＴＭ  Ｂ６６７−９７「Ｓｔａｎｄａｒｄ  ｐｒａｃｔｉｃｅ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｕｓｅ  ｏｆ  ａ  Ｐｒｏｂｅ  ｆｏｒ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ」に従ってＣｏｎｔｅｃｈ  Ｒｅｓｅａｒｃｈで測定された。各サンプルは一方の側で６回測定された；２０グラムの法線力で２回、４０グラムで２回及び６０グラムで２回。各テストサンプルを測定するために用いられた法線力は２０〜６０グラムの範囲であった。各サンプルは中央で調査され、次に中央から０．１″の場所で各法線力で調査された。
【００８６】
【表６】
2005504962.tif 000007
【００８７】
比較の目的のため、図５はグラフの形態での上記結果を示す（熱処理温度対低レベル接触抵抗（Ｌｏｇ））。
【００８８】
予測されるように、従来のＥＮ／Ａｕでめっきされたテストクーポンはすべての温度で最低の接触抵抗を有していた。ＥＮ及びＥＮ／ＰｄＣｏ合金でめっきされたテストクーポンは同様の結果を有しており、全体的にわずかに高い接触抵抗を示し、３００℃より高い温度では約１０倍増大した接触抵抗を示した。
【００８９】
上記結果は４００℃までの熱処理は表に示されるように被覆されたプローブプランジャーの接触抵抗に悪影響を与えないことを示す。何故ならすべての接触抵抗値は許容可能な限度内であったからである。
【００９０】
本発明はその好ましい実施態様を参照して特に示され記述されてきたが、当業者には添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神及び範囲から離れることなしに本発明の精神及び範囲内で形態及び細部について様々な変更をなしうることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明による例示的テストプローブの側面図である。
【図２】図１に示されるテストプローブのプローブプランジャーの部分的断面図である。
【図３】図２に示されるプローブプランジャーの拡大された部分的断面図である。
【図４】熱処理後の図３に示されるプローブプランジャーの部分的断面図である。
【図５】様々な被覆の低レベル接触抵抗に対する熱処理の効果を示す比較グラフである。
【図１】
2005504962.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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