[发明专利]钯基合金

说明书

钯基三元或更多元合金包括大约45‑55 wt%的钯、大约32‑42 wt%的铜、大约8‑15 wt%的银、大约0‑5 wt%的铼，以及任选地至多1.0 wt%的一种或更多种改性元素。该合金是可时效硬化的，提供超过350 HK(Knoop，100克负荷)的硬度，具有19.5%IACS(International Annealed Copper Standard，国际退火铜标准)以上的电导率，在高达480℉(250℃)的温度下具有100 ksi以上的高温强度，并在其完全时效硬化的条件下保持延展性(拉伸伸长率2%)。该合金可用于静态和可移动的电触点和探针应用。

技术领域

本公开涉及贵金属合金组合物、包含该贵金属合金组合物的探针和生产此类探针的 方法。

背景

在半导体制造领域，持续需要更小的器件尺寸(即每单位面积更高的晶体管计数)和 提高的处理能力(即更快的处理速度)。

由于它们合意的抗氧化性，使用贵金属合金用于固定的和可移动的或滑动的电触点 以及测试探针广泛用于诸如滑环电刷、半导体探针、电位式传感器等等的应用。过去60年来，Paliney^TM7已经被认为是用于在其完全时效硬化条件下要求优异的抗氧化性和可 成形性的应用的基准合金。但是，其电导率非常低，仅为大约5.5％IACS。

授予Klein等人的美国专利5,833,774公开了用于此类应用的银/钯/铜合金组合物， 并描述了一系列贵金属合金，其在经热处理时可提供一系列硬度水平，电导率在12-16％ IACS范围内。即使符合该教导的商业合金(Paliney^TMH3C和Paliney^TMC)具有是Paliney 7 的近乎三倍的电导率值(参见表2)，它们仍缺乏许多新应用所需的载流容量。例如，对于 直径在100微米以下的集成电路(IC)测试探针，可成功使用的电流水平由于过度电加热而 保持在2安培以下(“New Generation of Probe Alloys”,Smith等人,IEEE SWTest Workshop, 2013年6月)。这一类中的合金的另一缺点在于当处于完全时效硬化条件下时它们难以成 形为复杂的、高公差的形状。

授予Klein的美国专利6,210,636公开了适用于滑动电触点应用的低成本银/钯/铜/镍 /锌高强度合金。但是，因为开发这种合金是用以通过提高其镍和锌含量来降低其贵金属 含量和由此产生的成本，所以与具有较高贵金属含量的合金相比，其抗氧化性不佳。此 外，对于这些合金而言，总电导率通常在10％IACS以下(Paliney^TM5,DNI网站)。

虽然自20世纪50年代以来已经研究了Pd-Cu-Ag家族中的合金(Raub和Worwag,Z.Metallkd.,1955,46,52-57)，但是大多数发表的著作集中于记录可能的相关系并确定有序化对合金的电学性能的影响。如图1A和图1B中所示，有序化反应已知为显著降低电阻 率。图1A包含Cu-Au二元合金的相图，其显示了有序的化学计量相Cu₃Au和CuAu的 存在。图1B(Barrett,1952)例示了在二元Au-Cu合金经热处理以便由无序态转变为有序 态时，其电阻率的变化。在无序态中(背景虚线)，电阻率在每种纯金属态下最小化，并随 着两种元素混合而逐渐提高，在50-50原子％水平附近达到最大值。但是，通过在合适的 时间-温度方案中对合金进行热处理，有可能产生有序相并使25原子％和50原子％的Au 水平处的电阻率均最小化。当组成由化学计量值在任一方向上改变时，电阻率值以线性 对称方式变化。这种行为是有序-无序转变的普遍接受的模式。