KR100303039B1

KR100303039B1 - 프로브(Probe) 카드(Card)

Info

Publication number: KR100303039B1
Application number: KR1019980044757A
Authority: KR
Inventors: 이영희
Original assignee: 이영희
Priority date: 1998-10-26
Filing date: 1998-10-26
Publication date: 2001-12-01
Also published as: KR20000026979A

Abstract

본 발명은 반도체 디바이스(DEVICE)의 회로 완성도를 웨이퍼(WAFER) 상태에서 전기적으로 양품 혹은 불량품으로 분류하기 위한 테스트(TEST) 과정에서 요구되는 각종 전기적인 신호를 자동테스트장비(ATE: Automatic Test Equipment)로부터 받아 테스트하고자 하는 디바이스의 입·출력 통로인 패드(PAD)를 통하여 디바이스 내부로 전달하고, 동시에 디바이스 패드로부터 받은 전기적신호를 자동테스트장비에 전달하는 역할을 하는 프로브 카드(PROBE CARD)에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 위치고정판(4)에 디바이스 패드(7)와 동일한 X-Y좌표에 위치 가이드(GUIDE) 구멍(5)을 만들고, 그 위치에 니들을 삽입하여 디바이스 패드(7)와 니들 접촉부(1)의 X-Y위치가 항상 정확하게 일치하도록 하며, 니들은 직각 형태로 휜 직각부(3)을 이용하여 접촉부(1)의 높낮이 일정한 높이로 유지하는 것이다.

그리고 접촉부(1)의 높낮이 편차를 줄이고 항상 일정한 수평도를 유지하기 위하여 수평유지부(2)를 만드는 것이다. 즉, 모든 접촉부(1)를 일정한 높이로 맞춘 다음, 니들의 직각부(3)를 위치 고정판(4)에 일러스토머(ELASTOMER)로 몰딩(MOLDING)하여 접촉부(1)의 높낮이 편차를 최소화하면서 수평도를 항상 일정하게 유지하는 것이다.

또한 운동전환부(6), 즉 직각부(3)의 한쪽 부분을 위치고정판(4)에 고정하여 접촉부(1)가 패드(7)와 접촉 할 때 상하 움직임과 미끄럼 움직임이 동시에 발생하도록 하는 운동전환부(6)를 이용하여 니들과 패드 사이의 부도체 물질인 산화 실리콘 막을 제거하여 양호한 전기적 접촉이 이루어지도록 하는 것이다.

특히 디바이스의 패드(7)가 중앙배치식(LOC: Location of Center)에 적합한 곳에 사용되는 프로브 카드에 관한 것이다.

[색인어]

프로브 카드, 일러스토머, 니들, 디바이스, 텐션, 인쇄회로기판, 패드

Description

프로브 카드

본 발명은 디바이스 패드(7)와 자동테스트장비사이에 전기적 연결을 시켜주는 매개체 역할을 하는 것으로서, 특히 반복적으로 디바이스 패드(7)와 전기적 연결이 요구되는 곳에 사용되는 프로브 카드(제1도)에 관한 것으로서, 반도체 디바이스의 회로 완성도를 웨이퍼 상태에서 전기적으로 검사하여 양품과 불량품으로 분류하기 위한 테스트 공정에서 주로 사용되는 장치이다.

프로브카드(제1도)는 니들의 접촉부(1)와 디바이스 패드(7) 사이에는 반복적인 전기적 접촉이 요구된다. 이를 위하여 니들은 적당한 텐션(TENSION)을 유지하여야 하며, 접촉부(1)와 디바이스 패드(7)와의 X-Y위치가 항상 정확하게 일치하여야 하며, 접촉부(1)의 높낮이도 항상 일정하게 유지되어여야 한다. 다시 말하면, 디바이스 패드(7)와 모든 접촉부(1)와의 양호한 전기적 접촉을 이루기 위하여 모든 접촉부(1)의 높낮이 편차와 접촉부(1)와 디바이스 패드(7)와의 X-Y위치 편차가 적어야 한다. 마지막으로 모든 접촉부(1)의 높낮이 편차를 흡수할 수 있는 텐션이 요구된다.

종래의 기술은 니들 자체의 탄성을 이용하여 접촉부(1)의 텐션을 유지하는 구조로 되어있다. 다시 말하면 니들을 인쇄회로기관(10)과 수평적 형태로 연결하고 동시에 상하 좌우의 위치를 고정하기 위하여 이를 에폭시(EPOXY)로 몰딩(MOLDING)을 한다. 니들은 수평적 형태를 유지하여 니들 자체의 탄성에 의한 상하 움직임이 이루어질 수 있도록 되어있고 동시에 니들의 끝 부분을 약 105도 정도 휘어 다비이스 패드와 전기적 접촉이 이루어지는 구조로 되어 있으며 이에 따르는 문제점은 다음과 같다.

니들 자체의 탄성에 의하여 상하 움직임을 유지하기 위하여 니들은 수평적으로 에폭시에 고정되는 구조로 되어있기 때문에 접촉부(1)의 높낮이 차이 즉 수평도를 항상 일정하게 유지시키는데 한계가 있으며, 이것이 프로브 카드의 수명을 단축시키는데 결정적으로 영향을 미친다. 여러 개의 니들 중에서 한 개만 휘어져도 수평도가 흐트러져 소프트 컨택(SOFT CONTACT) 현상이 발생하여 양품을 불량품으로 판단하여 수율(Yield)이 저하되는 심각한 문제가 발생한다

또한 접촉부(1)의 X-Y위치가 쉽게 변화 할 수 있어 디바이스 패드(7)를 벗어나서 전기적 접촉이 일어나 디바이스에 심각한 결함을 유발시키는 문제가 발생되어 프로브 카드의 수명 단축에 결정적으로 영향을 미친다.

텐션 유지를 위하여 니들을 수평적인 형태로 배열함으로써 한번에 여러 개의 디바이스를 동시에 테스트할 수 있는 병렬 테스트(PARALLEL TEST)의 수를 증가시키는데 한계가 있다. 니들을 수평적 형태로 배열하는 방식은 병렬 테스트를 하기 위한 배열 방법이 매우 제한적이 되기 때문에 병렬 테스트를 할 수 있는 개수가 제한된다. 예를 들면 현재 사용중인 프로브카드의 병렬 테스트를 하기 위한 배열 방법은 1X8, 1X16, 혹은 2X8로 제한되어 병렬 테스트의 수는 최대 8 혹은 16개이다. 따라서 16개 이상의 병렬 테스트를 할 수 없다.

따라서 본 발명의 주된 목적은, 위치고정판(4)에 디바이스의 패드(7)와 동일한 X-Y좌표에 위치 가이드 구멍(5)을 만들어 패드(7)와 니들 접촉부(1)의 X-Y위치가 항상 정확하게 일치하도록 하며, 니들의 직각부(3)을 위치 고정판(4)에 일러스토머(ELASTOMER)로 몰딩하는 수평유지부(2)를 이용하여 접촉부(1)의 높낮이 편차를 최소화하면서 항상 일정하게 수평도를 유지하는 것이다.

그리고 직각형태로 휜 니들의 한 부분을 위치고정판(4)에 고정하는 운동전환부(6)를 이용하여 접촉부(1)가 패드(7)와 접촉 할 때 상하 움직임과 미끄럼 움직임이 동시에 발생하도록 하는 운동전환부(6)를 이용하여 양호한 전기적 접촉이 이루어지도록 하는 것이다.

제1도는 프로브 카드의 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 접촉부 2 : 수평유지도

3 : 직각부 4 : 위치고정판

5 : 위치 가이드 구멍 6 : 운동 전환부

7 : 디바이스 패드 8 : 웨이퍼

9 : 전기적 연결부 10 : 인쇄회로기판

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 디바이스 패드(7)와 전기적 접촉을 위한 전지적 특성과 모양이 동일한 여러 개의 니들과, 접촉부(1)의 높낮이 차이를 최소화하면서 수평도를 항상 일정하게 유지하기 위한 수평유지부(2), 접촉부(1)의 X-Y위치를 항상 일정하게 고정하기 위한 위치 가이드 구멍(5), 상하움직임과 미끄럼움직임이 동시에 발생하도록하기 위한 운동전환부(6), 자동테스트장비로부터 전기적 신호를 받기위한 인쇄회로기판(10)으로 구성되며 각각의 구성요소 및 역할은 다음과 같다.

프로브카드 니들은 전기적 특성과 모양이 동일한 여러 개로 구성되어 있고, 접촉부(1), 직각부(3), 운동전환부(6), 연결부(9)로 나누어진다.

재질은 전기적 전달 특성이 양호하면서 내마모성이 좋은 재질이 좋으며, 예를 들면 텅스텐(Tungsten), 텅스텐-리뉴움(Tungsten-Rhenium), 베릴륨구리(Beryllium Copper)등이 좋다. 또한 전도성을 높이기 위하여 니들을 금(Gold) 이나 니켈 등으로 도금하면 좋으며 도전성은 10.0Ω 이하가 좋다. 니들의 굵기는 패드의 최소 간격에 따라서 차이가 있으나 지름이 60㎛~200㎛정도가 적당하며 길이는 짧으면 짧을수록 좋으며 실제적으로 5.0㎜~50.0㎜가 적당하다.

가. 접촉부(1)

이 부분은 디바이스 패드(7)와 직접 전기적 접촉을 하며, 반복적으로 전기적 신호를 주고받는 역할을 하는 부분이다. 접촉부(1)의 단면적은 패드면적의 30%보다 작아야하며, 이를 위하여 이 부분의 굵기는 패드 크기에 따라 약간의 차이는 있으나 지름이 20㎛~60㎛가 적당하다. 접촉부(1)의 모양은 패드의 손상을 고려하여 둥근 (Radius)형태가 좋다. 이 부분에서 가장 중요한 것은 패드의 손상을 최소화하면서 니들과 패드 사이이 접촉저항을 최소화하는 것이다.

나. 직각부(3)

이 부분은 접촉부(1)의 높낮이를 일정하게 하며, 보다 안정적으로 수평유지부(2)의 기능을 할 수 있도록하는 역할을 한다. 이를 위하여 접촉부(1)의 높이가 위치고정판(4)보다 0.3~0.8㎜정도 높게 니들을 일정하게 직각형태로 구부린다.

다. 운동전환부(6)

이 부분은 니들이 상하(수직) 움직임과 미끄럼 움직임이 동시에 발생하도록 하기 위하여 직각부(3)의 한쪽 부분을 위치고정판(4)에 고정시키는 것이다. 패드(7)가 공기 중에 노출되면서 생성되는 부도체 물질인 산화알루미늄(Al203) 막에 의하여 접촉부(1)가 디바이스 패드(7)에 수직으로 접촉 할 때 디바이스 패드(7)와 접촉부(1) 사이의 접촉저항이 증가하여 정상적인 테스트를 방해하는 문제가 발생 할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 직각형태로 휜 니들의 한쪽 부분을 위치고정판(4)에 고정시켜 니들의 움직임이 상하(수직) 움직임과 미끄럼 움직임이 동시에 일어 날 수 있도록 하여 접촉부(1)와 디바이스 패드(7)사이의 부도체 물질을 제거하는 효과를 이용하여 접촉저항이 증가하는 것을 막는 것이다.

라. 연결부(9)

이 부분은 자동테스트장비로부터 테스트에 필요한 전기적 신호를 니들에 전달하기 위하여 인쇄회로기판(10)과 전기적인 연결을 하는 부분이다. 인쇄회로기판(10)과의 연결은 니들의 길이를 최소화하면서 전기적 특성도 향상시킬 수 있는 표면부착(Surface Mount) 방법이 좋다. 니들과 니들 사이의 합선현상을 방지하기 위하여 니들을 절연하는 것이 필요하며 에나멜 (ENAMEL)로 코팅(COATING)하여도 좋다.

마. 수평유지부(2)

이 부분은 접촉부(1)의 높낮이 차이를 최소화 하면서 수평도를 항상 일정하게 유지시키기 위한 부분이다. 접촉부(1)의 높낮이 차이는 30㎛~60㎛이내가 적당하다. 이를 위하여 직각부(3)를 위치고정판(4)에 일러스토머로 몰딩을 한다. 일러스토머의 재질은 폴리머(POLYMER)계열의 탄성이 높은 물질이 좋다. 그리고 온도에 대한 내열성 또한 중요하며 온도범위는 -20~250℃정도가 적당하다. 탄성의 지속성은 프로브카드(제1도)의 수명에 직접적인 영향을 주기 때문에 매우 중요한 요소이다. 일러스토머의 탄성은 접촉부(1)의 텐션에 직접적으로 영향을 주기 때문에 다음을 고려하여야 한다. 먼저 탄성력이 적으면 접촉부(1)와 디바이스 패드(7) 사이에 전기적 접촉저항이 증가하는 소프트 컨택(soft contact) 현상이 발생하여 정상적인 접촉상태를 방해하고 반대로 탄성이 커지면 디바이스 패드(7)에 손상을 초래한다. 따라서 일러스토머의 탄성은 접촉부(1)와 디바이스 패드(7) 사이의 전기적 접촉저항과 손상을 동시에 최소화 할 수 있는 조건을 만족시켜야한다. 따라서 실험결과 일러스토머의 탄성력은 10g~100g 정도가 적당하다.

바. 위치 가이드 구멍(5)

이부분은 접점부(1)과 디바이스 패드(7)사이에 전기적 접촉이 발생하도록 하기 위하여 디바이스 패드의 X-Y위치에 접촉부의 X-Y위치를 일치시키기 위한 부분이다. 이를 위하여 위치고정판(4)에 지름이 50~100㎛인 위치 가이드 구멍(5)을 만들고, 이 구멍에 접촉부(1)를 삽입시켜 반복적인 전기적 접촉이 이루어져도 디바이스 패드와 접촉부의 X-Y위치를 항상 일치시킨다.

사. 인쇄회로기판(10)

이부분은 자동시험장비와 직접 접촉되어 시험에 필요한 각종 전기신호를 니들의 연결부(9)를 통하여 전달하는 역할을 한다. 전기적 신호는 전달과정에서 손실이 최소화되어야 하며 이를 위하여 인쇄회로기판(10)과 연결부(9)는 표면부착 방식으로 전기적 연결이 이루어지는 것이 좋다. 인쇄회로기판(10)은 전기적 왜곡 현상을 최소화하기 위하여 자동시험장비와의 임피던스 매칭(IMPEDANCE MATCHING)이 절대적으로 필요하며 이것을 위하여 다층(MULTI-LAYER) 인쇄회로기판(10)으로 구성된다.

본 발명은 프로브카드 제조과정에서 쉽게 수평유지부(2)를 만들 수 있어 접촉부(1)의 높낮이 편차를 최소화하면서 항상 일정하게 수평도를 유지할 수 있으며, 위치 가이드 구멍(5)을 이용하여 접촉부(1)와 디바이스 패드(7)의 X-Y위치를 항상 정확하게 일치 시킬수 있으며, 운동전환부(6)을 이용하여 상하움직임과 동시에 미끄럼움직임이 발생하도록하여 접촉부(1)와 디바이스 패드(7) 사이에 항상 양호한 전기적 접촉이 이루어지도록 한다.

Claims

반도체 디바이스(DEVICE)의 회로 완성도를 웨이퍼(WAFER) 상태에서 전기적으로 양품 혹은 불량품으로 분류하기 위한 테스트(TEST) 과정에 필요한 각종 전기적인 신호를 자동테스트장비(ATE: Automatic Test Equipment)로부터 받아 테스트하고자 하는 디바이스의 입·출력 통로인 패드(PAD)를 통하여 디바이스 내부로 전달되고, 동시에 디바이스 패드로부터 받은 전기적신호를 자동테스트장비에 전달하는 역할을 하는 프로브 카드(제1도)에 있어서, 디바이스 패드(7)와 전기적 접촉을 위한 여러 개의 접촉부(1)와, 접촉부(1)의 높낮이 차이를 최소화 하기 이한 수평유지부(2), 접촉부(1)의 항상 일정한 위치 고정을 위한 위치 가이드 구멍(4), 상하움직임과 동시에 미끄럼움직임을 위한 운동전환부(6), 자동테스트장비로부터 전기적 신호를 니들에 전달하기 위한 인쇄회로기판(10)으로 구성된 프로브 카드(제1도).
제1항에 있어서, 접촉부(1)의 높낮이 편차를 줄이기 위하여 모든 접촉부(1)를 일정한 높이로 맞춘 다음, 니들의 직각형태로 휜 직각부(3)를 위치고정판(4)에 일러스토머로 몰딩한 수평유지부(2)를 이용하여 접촉부(1)의 높낮이 편차를 최소화하면서 수평도를 항상 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드(제1도).
제1항에 있어서, 위치고정판(4)에 디바이스의 패드(7)와 동일한 X-Y좌표에 위치 가이드(GUIDE)구멍(5)을 만들고, 이곳에 니들을 삽입하여 접촉부(1)와 디바이스 패드(7)의 X-Y위치가 항상 정확하게 일치시키는 것을 특징으로 하는 프로브 카드(제1도).
제1항에 있어서, 니들이 상하(수직) 움직임과 미끄럼 움직임이 동시에 발생하도록 하여 패드 위의 부도체 물질에 의한 니들과 패드 사이에 접촉저항이 증가하는 것을 방지하기 위하여 니들 직각부(3)의 한쪽 부분을 위치고정판(4)에 고정시킨 운동전환부(6)를 이용하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드(제1도)
제1항에 있어서, 수평유지부(2)에서 직각부(3)와 직각부(3) 사이의 간격을 넓히기 위하여 좌우 측으로 교대로 배열하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드(제1도)