[發明專利]用于電子測試探針的耐磨導電多層復合薄膜及其工業制備方法

有效

• 申請號: 201510122140.0
• 申請日: 2015-03-19
• 公開（公告）號: CN104730298B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 段團利;馬大衍;宋忠孝;趙鵬濤
• 申請（專利權）人: 西安福科材料科技有限公司
• 主分類號: G01R1/067
• 分類號: G01R1/067;G01R3/00;B32B15/04;C23C14/35;C23C14/32;C23C14/14;C23C14/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于半導體測試技術零部件領域，具體涉及一種應用于電子測試探針的耐磨導電多層薄膜結構及其工業制備方法。

背景技術

伴隨著21世紀信息、生物、納米等技術的發展，電子器件、微電子元器件、微機械系統的服役壽命和可靠性是使用者最為關心的問題之一。互連導線在單一電場作用下，其抵抗電遷移的平均失效時間不僅隨著導線線寬的降低而迅速下降，而且隨著溫度的升高而急劇降低。制造可靠的互連結構將是面臨的持久性的挑戰。為了保證集成電路系統具有可靠的使用性能，其投入使用前和發生故障后的線路檢測成為電子元器件和互聯線路穩定運行和維修的前提和保障。

目前，用于探測電子元器件和聯線特性的常用方法為：利用電性能測試儀器，采用二或者四探針方法對其電學特性進行測量，以判斷電子器件和互聯導線的質量優劣。對于大型集成電路而言，其線路板上的電子元器件數量可達數萬甚至數十萬個，而接觸產品的探針往往在數小時內要承受數萬個測試頻次，典型的探針為鋼制，直徑約為1～2mm左右，在彈簧作用下在針筒內部反復往復運動，這種過程中探針處于嚴酷的摩擦磨損環境中，為了測試的可靠性，探針必須具有良好的接觸導電性和耐磨特性，探針表面處理是解決此類環境下其功能性和耐用性的重要手段。

當前使用的探針產品，主要是通過表面電鍍技術涂覆Ni/Au涂層，來提高探針表面的耐磨性和接觸導電特性。但電鍍層硬度有限，其耐磨性不足，使用過程中由于表面磨損至探針鋼基材，此時摩擦系數增大致使耐磨性急劇下降，導致磨粒脫落，致使探針測試阻抗大幅增加和波動，最終測試結果失真，探針失效。

TiN硬質陶瓷涂層具有良好的表面光潔度，較高的表面硬度、抗磨損性能以及較低的摩擦系數，是抗磨損涂層的常用選擇，但TiN硬質陶瓷涂層在單獨使用時厚度通常較大，并不適用于電子測試探針這類直徑較小的基材，因此，亟需研究一種厚度較小、抗磨損性能較高的涂層結構，并開發出探針基材表面涂層結構的高效制備工藝。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于電子測試探針的耐磨導電多層復合薄膜及其工業制備方法。

為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種用于電子測試探針的耐磨導電多層復合薄膜，包括沉積于襯底上的金屬Ti界面層，所述金屬Ti界面層上沉積有耐磨TiN薄膜層，耐磨TiN薄膜層上沉積有Ti金屬過渡層，Ti金屬過渡層上沉積有導電層，所述襯底為表面未經過涂層處理的電子測試探針。

所述金屬Ti界面層的厚度為40～60nm，Ti金屬過渡層的厚度為20～50nm；耐磨TiN薄膜層的厚度為200～500nm。

所述導電層包括沉積于Ti金屬過渡層上的Ni過渡層以及沉積于所述Ni過渡層上的Au薄膜層，所述Ni過渡層的厚度為30～70nm，所述Au薄膜層的厚度為50～100nm。

所述金屬Ti界面層、耐磨TiN薄膜層、Ti金屬過渡層以及所述Ni過渡層采用電弧離子鍍制備而成，所述Au薄膜層采用磁控濺射沉積制備而成。

所述電子測試探針為鋼制材料。

一種用于電子測試探針的耐磨導電多層復合薄膜的工業制備方法，包括以下步驟：對未經過涂層處理的電子測試探針表面進行清洗得到待鍍探針，然后將待鍍探針裝入碾盤式轉籠工裝內并置于鍍膜真空腔中，然后在待鍍探針隨轉籠轉動而連續翻滾的條件下，在待鍍探針表面制備得到具有Ti/TiN/Ti/Ni/Au多層結構的薄膜。

所述Ti/TiN/Ti/Ni/Au多層結構的薄膜的制備方法具體包括以下步驟：

1)在待鍍探針表面沉積一層厚度為40～60nm的金屬Ti界面層；

2)在金屬Ti界面層上沉積一層厚度為200～500nm的耐磨TiN薄膜層；

3)在耐磨TiN薄膜層上沉積一層厚度為20～50nm的Ti金屬過渡層；

4)在Ti金屬過渡層上沉積一層厚度為30～70nm的Ni過鍍層；

5)在Ni過鍍層上沉積一層厚度為50～100nm的Au薄膜層。

所述步驟1)、2)、3)以及4)中采用電弧離子鍍方式完成沉積；所述步驟5)中采用射頻等離子體磁控濺射方式完成沉積。