KR100188861B1 - 고온측정용 탐침카드 - Google Patents

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KR100188861B1
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노부유키 무라카미
코오지 카타히라
히로시 이와다
카즈마사 오오쿠보
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오쿠보 마사오
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Abstract

탐침카드는 제조과정이 마무리된 집적회로 칩을 검사하기 위한 검사장비의 구성부분으로, 통상적으로 복수개의 매우 가늘고 끝부분이 굽은 탐침이 장착되며, 각 탐침은 앞끝이 측정대상물인 집적회로 칩의 패드 위치에 조준되도록 배치된다.
탐침을 이용하여 측정할 때에 가장 중요한 조건은 측정시간 동안에 탐침이 집적회로 칩 패드의 조준된 위치에 일정한 접촉 압력을 유지하는 것이나, 고온에서는 가열된 집적회로 칩이 복사열을 방출하기 때문에 탐침카드의 열팽창으로 인한 접촉점의 위치벗어남이 야기되어 접촉압력이 변경될 수 있다. 본 발명은 탐침카드 제조에 있어서 매우 작은 수치의 열팽창계수를 가지거나 집적회로 또는 웨이퍼와 같은 수치의 열팽창계수를 가지는 세라믹 재질을 채용하여 탐침 접촉점의 위치벗어남을 피하고, 기타 고온에서의 측정시 발생되는 여러 문제점들을 해결할 수 있는 장치들을 제시한다.

Description

고온측정용 탐침카드
제1도는 본 발명의 제1실시예를 나타낸 탐침의 개략적 단면도.
제2도는 제1도에 도시된 탐침카드 요부의 부분확대도.
제3도는 제1실시예를 나타낸 탐침카드의 개략적 일부 파단사시도.
제4도는 본 발명의 제2실시예를 나타낸 탐침카드의 개략적 단면도.
제5도는 제2실시예에 사용된 이방성도전필름의 개략적 단면도.
제6도는 제2실시예를 나타낸 탐침카드의 개략적 일부 파단사시도.
제7도는 본 발명의 제3실시예를 나타낸 탐침카드의 개략적 단면도.
제8도는 제3실시예를 나타낸 탐침카드의 개략적 일부 파단사시도.
제9도는 제3실시예를 나타낸 탐침카드를 상향관찰시의 개략적 분해사시도.
제10도는 제3실시예에서 스프링핀으로써 상호연결구를 구현한 다른예의 개략적 단면도.
제11도는 스프링핀을 포함한 제3실시예의 탐침카드를 상향관찰시의 개략적 분해 사시도.
제12도는 고밀도의 탐침배치를 표현한 본 발명의 다른예를 나타낸 탐침카드 요부의 개략적 단면도.
제13도는 고온측정용 종래 탐침카드 요부의 개략적 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 탐침 100A : 내부배열 탐침
100B : 외부배열 탐침 110 : 탐침 앞끝
200 : 세라믹제 보드 200A : 세라믹기판 본체부
200B : 세라믹기판 지지부 240 : 유지부재
241 : 경사면 250 : 내열성 접착제
300 : 인쇄기판 310 : 배선패턴
320 : 연결단자 400 : 지지구
510 : 전기전도성 납 520 : 이방성도전필름
530 : 스프링핀 600 : 웨이퍼
610 : 집적회로 칩 611 : 집적회로 칩의 패드
700 : 웨이퍼홀더
본 발명은 고온의 측정대상물을 검사하기 위한 탐침카드(Probe Card)에 관한 것이다.
탐침카드는 제조과정이 마무리된 집적회로 칩(IC)을 검사하기 위한 검사장비(Prober)의 구성부분이며, 미국 특허 제5,134,365호는 탐침카드가 무엇이며, 본 발명이 이로부터 새롭게 달성되었음을 알 수 있는 인용자료이다.
고온측정용 종래 탐침카드를 제13도를 참고하여 설명하면, 이 도면에서 알 수 있는 바와 같이 웨이퍼(600)가 히터(710)를 내장한 웨이퍼홀더(wafer holder)(700)에 올려져 있고, 80℃~160℃ 정도로 웨이퍼가 가열될 때 고온측정용 탐침카드를 사용하여 고온에서 고밀도집적회로 칩(LSI, 광의로는 집적회로 칩)의 검사가 이루어진다.
고온측정용 종래 탐침카드는, 배선패턴(wiring pattern)이 있는 인쇄기판(print board)(300)과 인쇄기판(300)에 장착된 탐침(probe)(100)으로 구성되어 있다. 통상적으로 인쇄기판(300)은 유리강화에폭시수지(glass reinforced epoxy resin)로 제조되고, 복수개의 탐침을 장착하기 위해 다층구조로 이루어져 있다.
또한, 인쇄기판(300)의 상부에는 연결단자(connector ends)(320)가 배선패턴(310)과 연결되어 있고, 인쇄기판(300)을 관통하는 작은 구멍(210)이 있어 배선패턴(310)과 탐침(100)의 뒷끝을 연결하는 역할을 한다. 각 탐침(100)은 인쇄기판(300)의 하부(즉, 고밀도집적회로 칩(광의로는 집적회로 칩)(610)이 노출된 방향인 웨이퍼(600) 상부와 반대방향)에 장착된 유지부재(retainer)(240)에 고정되어 있다. 이러한 유지부재(240)는 경사면(241)이 있어서, 탐침(100)의 길이 중앙부를 에폭시접착수지(270)를 이용하여 고정시키고, 탐침(100)의 뒷끝은 작은 구멍(210)을 관통하여 배선패턴(310)에 연결되어, 결국 연결단자(320)에 연결되나 이들의 상호 연결에 관한 상세한 설명은 여기서는 생략한다. 탐침 앞끝(즉, 탐침접촉부)(110)은 아래로 구부려져서 고밀도집적회로 칩(600)의 패드(pad)(611)에 정확하게 조준 또는 정렬된다.
그러나, 상기된 고온측정용 종래 탐침카드는 아래와 같은 문제점이 있다.
검사 또는 측정 초기에 웨이퍼(600)가 가열되고 기판(300)은 주위 분위기 온도 또는 상대적 낮은 온도일 때, 탐침 앞끝은 고밀도집적회로 칩(600)의 패드(611)와 정확히 정렬되어 접촉되어 있으나(제13도에는 접촉 상태는 도시되지 않음), 검사 또는 측정 도중에 웨이퍼(600) 또는 칩(610)으로부터의 복사열로 인해 기판(300)이 팽창하여 접촉점이 벗어나고, 따라서, 칩(610)에 대한 신뢰성 있는 측정이 불가능하거나 어려워진다.
본 발명은 상기된 문제점을 해결하기 위하여 고온에서 측정 도중에 위치벗어남이 없는 탐침카드의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 첫 번째 측면은 측정대상물의 전기적 특성 측정에 있어서, 가열된 조건에서 기판의 변형으로 인한 위치벗어남이 없고, 정확한 탐침 조준이 가능한 고온측정용 탐침카드에 관한 것이고, 특히, 본 발명의 탐침카드는 측정대상물의 패드와 접촉하는 탐침, 탐침을 장착하는 세라믹제 보드, 배선패턴이 있는 인쇄기판, 인쇄기판과 세라믹제 보드 사이의 공간유지를 위한 수단, 배선패턴을 탐침과 연결하기 위한 상호연결구로 구성되어 있고, 인쇄기판과 세라믹제 보드 사이의 공간은 공기통풍을 이용한 냉각으로 온도상승을 방지하기 위하여 필요하다.
본 발명의 두 번째 측면은 고온측정용 탐침카드에 있어서, 보드를 관찰대상물의 열팽창계수와 거의 같은 열팽창계수를 가진 세라믹제 보드로 구성함으로써, 열팽창 또는 변형을 같게 함으로써 탐침의 위치벗어남을 최소화하여 정확한 측정이 가능하도록 함에 있다.
본 발명의 세 번째 측면은 고온측정용 탐침카드에 있어서, 배선패턴과 탐침을 연결하는 상호연결구를 배선패턴 앞끝과 탐침 뒷끝을 연결하는 전기전도성 납으로 구성함으로써 정확한 측정이 가능하도록 함에 있다.
본 발명의 네번째 측면은 고온측정용 탐침카드에 있어서, 배선패턴과 탐침을 연결하는 상호연결구를 인쇄기판과 세라믹제 보드 사이의 공간을 연결하거나 공간을 채우는 이방성도전필름으로 구성함으로써 이들 사이에 전기전도가 가능하도록 함에 있으며, 이러한 수단은 연결배선작업이 불필요하여 결국 제작노력을 줄이게 된다.
본 발명의 다섯번째 측면은 고온측정용 탐침카드에 있어서, 배선패턴과 탐침을 연결하는 상호연결구를 스프링핀으로 구성함으로써, 납땜작업이 인쇄기판 또는 세라믹제 보드중 단 한 접촉부에서만 필요하므로, 결국 제작노력을 줄이게 된다.
본 발명의 여섯번째 측면은 고온측정용 탐침카드에 있어서, 탐침의 길이 중앙부를 유지하기 위한 내열성물질의 탐침 유지부재를 세라믹재 보드에 장착함으로써 고온에서 사용이 가능하고 유지부재의 변형 또는 위치벗어남을 방지하여 결국 탐침의 위치벗어남을 방지할 수 있다.
본 발명의 일곱번째 측면은 고온측정용 탐침카드에 있어서, 세라믹제 보드를 세라믹기판 본체부와 중앙보드를 유지하기 위한 세라믹기판 지지부로 구성하고 중앙 보드는 외부유지보드보다 얇게 제조함으므로써 고가의 주조비용을 줄이고, 결국, 저렴한 비용으로의 제작이 가능하다.
본 발명의 여덟번째 측면은 고온측정용 탐침카드에 있어서, 세라믹기판 본체부에 탐침을 장착하여 배선패턴과 상호연결함으로써 위치벗어남을 방지하여 정확한 측정이 가능하다.
이하 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 모든 도면에 걸쳐서 도면내의 같은 부호는 같은 부품을 나타낸다.
[실시예]
제1실시예를 제1도에서 제3도까지 나타내며, 탐침은 부호(100)으로 표시된다. 탐침은 한쪽(앞쪽)끝이 뾰족하고 앞끝(110)이 도면에서 도시된 정도로 구부러진 가는 바늘이며, 각 탐침은 세라믹제 기본보드(200)(이하, (200)은 세라믹제 보드라고 칭함) 하부에 고정되어 있어, 앞끝(110)은 하향으로 고밀도집적회로 칩(610)의 패드(611)을 조준하고 있다. 집적회로 칩들은 웨이퍼(600) 위에 배치되고 상향 노출되어 있으므로, 결국 상기 각 탐침(100) 앞끝(110) 바로 아래에 위치하고, 한편 웨이퍼(600)는 히터(710)를 내장한 웨이퍼홀더(700) 위에 올려져 있다.
도면 내의 부호(240)은 경사면(241)에 내열성접착제(250)를, 예를 들면, 에폭시접착제 또는 저온봉착용 프릿유리(frit glass)를 사용하여 탐침 앞끝(110)을 고정시키기 위한 유지부재이며, 이러한 접착제는 유지부재(240) 또는 지지구(spacer)(400)을 고정시킬 때에도 사용된다.
도면 내의 부호(300)은 인쇄기판을 나타내며, 지지구(400)를 이용하여 세라믹제 보드(200) 위에 공간을 띄워 포개진다. 인쇄기판(300)과 가열된 웨이퍼(600) 사이의 세라믹제 보드(200)의 삽입은 웨이퍼(600)에서 방출되는 상향 복사열을 차단하는 역할을 한다. 세라믹제 보드(200)는 웨이퍼(600)의 재료, 예를 들면, 지르콘과 같은 열팽창계수를 가진 세라믹으로 제조됨이 바람직하다. 인쇄기판(300)은 통상적으로 유리강화에폭시수지의 다층구조이며, 각 층은 전원 또는 신호회로를 위한 배선패턴이 있다.
도면 내의 부호(310)은 연결단자(320)를 포함한 배선패턴을 나타내며, 배선패턴(310)은 인쇄기판(300)의 작은 구멍(310a)과 세라믹제 보드(200)의 작은 구멍(210)을 관통하여 작은 구멍(210)의 아래 끝부분 또는 보드(200)의 하부에서 탐침 뒷끝과 연결된다.
도면 내의 부호(510)은 배선패턴(310)과 탐침 뒷끝을 연결하는 상호 연결구를 나타내며, 상세한 설명은 후에 기술된다. 도면 내의 부호(220)과 (330)은 제3도에서 잘 이해될 수 있는 바와 같이 큰 구멍을 나타내며, 이 큰구멍은 세라믹제 보드(200)와 기판(300)의 중앙부에 위치하여 작업자의 시각관찰을 용이하도록 하기 위한 것이므로 필수적인 것은 아니다.
도면 내의 부호(230)은 세라믹제 보드(200)를 도면내에서 도시되지 않은 프레임(frame) 또는 검사장비(prober)에 장착하기 위한 구멍이다. 제2도에서는 상호 연결구(510)와 작은 구멍(210) 내면의 금속도금(211)을 도시하고, 부호(311)은 작은 구멍(310a)을 채운 배선패턴(310) 끝부분을 나타내고, 점으로 표현된 점면적(부호가 부여되지 않음)은 땜납을 나타낸다. 상호연결구(510) 한쪽은 배선패턴(310) 끝부분(311)에 납땜되고, 다른쪽은 실린더 형태의 도금부분에 삽입되고, 탐침 뒷끝(부호가 부여되지 않음)은 도금부분(211)에 접촉되어 납땜되면, 상호연결기구는 완성된다. 그러나, 상호연결구(510)이 세라믹제 보드(200) 하부에까지 도달될 정도로 길어 도금부분(211)이 필요없이 직접 상호연결구(510)가 탐침 뒷끝과 접촉되게 하는 변형도 가능하다.
이 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 지금까지의 설명으로 제3도에 의해 표현된 것이 무엇인지를 이해할 수 있다는 가정하에 제3도를 참조하여 제1실시예의 작용을 기술한다.
고온에서의 측정 초기에 웨이퍼홀더(700) 또는 웨이퍼(600) 표면에서 방출되는 복사열이 탐침카드 전체에 전달된다. 즉, 세라믹제 보드(200)의 하부로 복사열이 전달되며 결국 인쇄기판(300)에까지 전달된다. 세라믹제 보드(200)는 80℃~160℃에서 열팽창계수가 작아 거의 팽창하지 않으나, 인쇄기판(300)은 이 온도 범위내에서 어느 정도 열팽창을 한다. 그러나, 탐침(100)은 인쇄기판(300)이 아닌 세라믹제 보드(200)에 고정되어 있으므로, 인쇄기판(300)의 열팽창은 탐침 앞끝(110)의 위치에 거의 영향을 미치지 못하므로, 본 발명의 고온측정용 탐침카드의 경우 위치벗어남이 거의 없는 탐침 앞끝(110) 제작이 가능하다.
제2실시예를 제4도 내지 제6도를 참조하여 설명한다. 여기서는 이미 설명된 것을 생략하며 주로 상기 내용과 상이하거나 새로운 것을 위주로 기술한다.
제2실시예와 제1실시예를 비교하면, 배선패턴(310)과 탐침(100)을 연결하는 상호연결기구와 세라믹제 보드(200)에 공간을 유지하여 인쇄기판(300)을 장착하는 수단에서 상당한 차이가 있다.
제2실시예에 있어서는 상호연결기구를 이방성도전필름으로써 구성한다. 이방성도전필름(520)은, 제5도에서 나타낸 바와 같이, 어느 정도의 탄성을 가진 내열성 기본필름(521)과, 예를 들면 폴리이미드, 기본필름(521)을 관통하여 기본필름 표면 전반에 걸쳐 같은 밀도를 가지는 전기전도성 선들(얇은 파이버)(522)로, 예를 들면 알루미늄으로 구성되어 있고, 상기 선들의 상부에 금도금을 하여 접촉시 전기전도성을 높일 전기전도성 선들은 더욱 바람직하다.
상기한 이방성도전필름(520)을 탐침카드장치에 적용함에 있어서, 각 선들(522)이 수직으로 배열되게 하여 이방성도전필름(520)을 작은 구멍(310a)과 210에 포개지도록 조준하여 세라믹제 보드(200) 상부에 올려놓고, 필름(520)을 인쇄기판으로 압축한다. 이 때, 배선패턴(310) 끝부분(311)이 위로부터 작은 구멍(310a)에 채워져있고, 탐침(100) 뒷끝이 아래로부터 작은 구멍(210)에 채워져 있다고 가정한다.
이러한 수단으로 상호연결이 완성되며, 더욱이 전기전도성 선들이 밀도있게 끼워져있어 인쇄기판(300)을 위로부터 압착함으로써 전기전도성이 저하될 염려없이 충분한 상호연결이 완성된다. 이러한 수단으로 인하여 제작이 상당히 편리해진다.
제2실시예의 지지대 수단에 관하여는, 제2실시예에서는 상호연결구로 이방성도전필름을 사용하므로 필름을 세라믹제 보드(200)와 인쇄기판(300) 사이에서 압착시킬 필요가 있으므로 제4도와 제6도에서 나타낸 바와 같이 볼트(411)와 너트(412)를 포함한 죄는 수단이 바람직하나, 너무 심하게 죄면 어느 정도의 공간 유지가 어려우므로 삼가해야 한다. 제2실시예의 작용은 제1실시예와 거의 같다.
제3실시예를 제7도 내지 제9도를 참고하여 기술한다. 상기 실시예들과의 차이는 세라믹제 보드(200) 구조에 있다.
제3실시예에서는 세라믹제 보드(200)이 두 부분으로 구성되며, 즉 세라믹기판 본체부(200A)와 세라믹기판 지지부(200B), 중앙보드(200A)에는 배선패턴(310)과 탐침(100)을 연결하는 상호연결구의 삽입구가 있고, 중앙보드(200A)는 고밀도집적회로 칩(610)을 포함한 웨이퍼(600)와 열팽창계수가 같은 지르콘으로 주조하는 것이 바람직하다. 중앙보드(200A)에는 중앙부 큰 구멍(220A)과 주변부 작은 구멍(210A)이 있고, 작은 구멍 내부면에는 금속도금(제7도에는 금속도금이 명확히 도시되지 않음)되어 있고, 큰 구멍(220A) 외주에는 유지부재(240)이 장착되어 있어 상기된 바와 같은 방법으로 탐침(100)을 고정시킨다. 외부보드(200B)는 고리형태이고, 중앙보드(200A) 외주와 맞물리게 하기 위하여 고리의 안쪽 모서리를 계단형태로 처리하고, 앞의 실시예들의 작은 구멍(230)과 동일기능을 수행하는 고리외주 부근에 작은 구멍(230B)을 만들고, 외부보드(200B)는 통상적으로 금속 또는 플라스틱(비세라믹 물질)로 제조된다. 외부보드(200B)는 제7도에서만 도시되어 있고, 제8도와 제9도에는 생략되었다.
제3실시예에서는 상호연결구로 제2실시예에서 기술된 이방성도전필름이고, 공간유지를 위한 지지구는 제1실시예에서 기술된 지지구(400)가 적용된다. 상기 제3실시예는 고가의 세라믹이 중앙보드에 한정되므로 세라믹제 보드의 제작 경비를 절감하면서도, 앞의 실시예들에서 달성하고자 하였던 위치벗어남 방지를 거의 같은 정도로 달성할 수 있다.
지금까지의 실시예들에서의 상호연결기구는 전기전도성 납(510) 또는 이방성도전필름(520)으로 구성되었으나, 제10도에서 나타난 바와 같은 스프링핀(530) 역시 상호연결기구의 대체물로 채용될 수 있다. 스프링핀(530)은 내부에 스프링(533)을 가진 실린더(531)와 실린더(531) 양 끝에 출입이 가능하게 된 한쌍의 접촉핀(532)로 구성되어 있다. 스프링핀(530)은 전기전도성 물질로 제조됨이 바람직하다.
제3실시예에서 스프링핀(530)이 상호연결구로써 채용된 예를 제11도를 참조하여 기술한다. 스프링핀(530), 접촉핀(532)들의 한쪽을 배선패턴(310) 끝부분(311)에 납땜하여 연결하고(제11도에는 이러한 상태가 도시되지 않았으나 제2도에서 도시됨), 인쇄기판(300)을 볼트(400), 너트(410)를 사용하여 세라믹제 보드(200)에 장착하면 결국 스프링핀(530), 접촉핀(532)들의 다른쪽이 중앙보드(200A) 작은 구멍(210)에 삽입되어 금속도금부분(211)과 접촉하게 된다. 이 때, 탐침(100) 뒷끝이 작은 구멍(210)에 삽입되어 있으면, 결과적으로 탐침 뒷끝과의 접촉이 달성된다.
상기 실시예들에서는 탐침(100)이 단층 원주 배열구조이나, 배열구조가 2층 또는 복수층이어도 좋다. 제12도에 나타낸 바와 같이 유지부재(240)의 경사면(241) 위에 내부 배열된 탐침(100A)은 내열접착제 또는 저온봉착용 프릿유리를 사용하여 형성된 받침대(250)로 고정되어 있고, 여기에 얇은 조각(242)를 접착시켜 외부 배열된 탐침(100B)을 같은 방법으로 고정한다. 이 때, 내부 배열된 탐침(100A) 앞끝(110A)과 외부 배열된 탐침(100B) 앞끝(110B)은 유지부재 받침대(250)으로부터 같은 길이, 같은 높이를 갖도록 배열한다. 따라서, 도시되지는 않았으나 고밀도집적회로 칩의 패드와 양호한 접촉이 가능하고, 탐침에 의한 접촉압력이 다른 경우에 발생될 수 있는 에러를 방지할 수 있다.
여기에서 도시되고 기술된 본 발명의 형태는 발명된 것들의 바람직한 실시예이고, 상기 설명에서부터 벗어남이 없이 본 발명의 여러 변형이 가능할 것이다.

Claims (11)

  1. 측정대상물에 접촉하는 탐침(100)과, 측정대상물의 열팽창계수와 같은 재질로 이루어지고, 또한, 상기 탐침이 부착되어 있는 세라믹제 보드(200)와, 배선패턴(310)이 있는 인쇄기판(300)과, 상기 인쇄기판(300)과 상기 세라믹제 보드(200) 사이의 공간유지를 위한 수단과, 배선패턴(310)을 탐침과 연결하기 위한 상호연결구로 구성된 것을 특징으로 하는 고온측정용 탐침카드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상호연결구는 배선패턴의 앞끝과 탐침 뒷끝을 연결하는 납으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고온측정용 탐침카드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 상호연결구는 이방성도전필름으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고온측정용 탐침카드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 상호연결구는 스프링핀으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고온측정용 탐침카드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 세라믹제 보드(200)는, 세라믹기판 본체부와 상기 세라믹기판 본체부를 지지하는 세라믹기판 지지부로 구성되는 것을 특징으로 하는 고온측정용 탐침카드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 세라믹기판 본체부에는 상기 탐칩과 상기 배선패턴이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 고온측정용 탐침카드.
  7. 제1항에 있어서, 상기 세라믹제 보드에는, 상기 탐침을 유지하고, 시험을 실시하기 위한 고온의 분위기에 견디어 내는 유지부재가 상기 탐침의 길이 중앙부에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 고온측정용 탐침카드.
  8. 제5항에 있어서, 상기 세라믹기판 본체부에, 탐침을 유지하고, 시험을 실시하기 위한 고온의 분위기에 견디어 내는 유지부재가 상기 탐침의 길이 중앙부에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 고온측정용 탐침카드.
  9. 제7항에 있어서, 상기 유지부재가 시험을 실시하기 위한 고온의 분위기에 견디어 내는 접착제에 의해 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 고온측정용 탐침카드.
  10. 제9항에 있어서, 상기 접착제는, 고온에서 내성이 있는 내열성의 에폭시접착제인 것을 특징으로 하는 고온측정용 탐침카드.
  11. 제9항에 있어서, 상기 접착제는, 저온봉착용 프릿유리인 것을 특징으로 하는 고온측정용 탐침카드.
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