KR100337234B1 - 테스트 자동화용 하이스피드 프로브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자부품 또는 PCB기판 등의 테스트시 사용되는 프로브에 관한 것으로, 종래의 프로브가 파인피치 및 하이스피드에서 사용불가능하고 테스트의 자동화에 적합하지 못함을 해결한 것이다. 이를 위해 본 발명에 따른 테스트 자동화용 하이스피드 프로브는, 양측이 개방되고 기다란 중공 원통형의 내부도체와; 상기 내부도체에 삽입되며 스프링에 의해 탄지되어 외부압력에 의해 상기 내부도체의 일측 종단면 내외로 입/출이 가능한 니들과; 상기 내부도체를 중심으로하여 등간격으로 상기 내부도체의 외곽에 원통형으로 구성되고 양측이 개방된 외부도체와; 상기 내부도체로부터 등간격으로 외부도체를 고정시키고 상기 내부도체와 외부도체간의 절연을 위해 상기 외부도체의 양 종단내에 위치하는 절연링과; 일측에는 커넥터가 구성되고, 타측은 상기 내부도체의 타측에 연결되는 동축케이블을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. 이러한 본 테스트 자동화용 하이스피드 프로브는, 하이스피드에서도 이용가능하고 기판테스트의 자동화에 손쉽게 이용할 수 있는 이점이 있다. 이러한 본 테스트 자동화용 하이스피드 프로브는 날로 패턴이 미세화되고 있는 PCB기판의 테스트의 자동화에 이용하면 매우 유용하다.

Description

테스트 자동화용 하이스피드 프로브{high speed probe for test automation}

본 발명은 전자부품 또는 PCB기판 등의 테스트시 사용되는 프로브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파인피치에 사용가능하고 임피던스를 최적으로 매칭시켜 하이스피드에서 사용가능하고 동시에 테스트의 자동화에 적합한 테스트 자동화용 하이스피드 프로브에 관한 것이다.

반도체기술이 진보하면서 메모리를 비롯한 전자부품의 단자피치가 갈수록 미세화되고 있으며 이러한 전자부품이 출하되기 전에는 완성된 전자부품이 제성능을 발휘하는지에 대한 테스트가 이루어진다. 그리고 이러한 성능테스트를 통과한 부품만이 출하된다. 한편, 상기 전자부품의 단자피치가 미세화되면서 상기 전자부품을 실장하는 PCB기판도 함께 미세화되고 있으며 상기 PCB기판도 테스트과정을 거쳐 출하되고 있다. 도1은 이러한 추세의 PCB기판의 예를 보인 것으로서 메모리보드용 PCB기판을 예로 보인 것이다.

도1을 참조하면, 하부에는 메모리기판을 착탈가능하도록 슬롯(3)이 구성되어 있고, 메모리를 실장할 수 있도록 스페이스(1)가 형성되어 있다. 그리고 상부의 좌우 양측에는 쿠폰부(5)가 형성되어 있다.

기판을 테스트할 때는 상기 슬롯(3)이나 상기 쿠폰부(5)를 검사장비로 테스트하여 임피던스가 원하는 범위안에 들어오는지를 판단하게 된다. 종래에는 검사장비로 오실로스코프를 이용하고 있으며 오실로스코프의 프로브를 상기 쿠폰부(5)에 접촉시켜 쿠폰부(5)의 임피던스를 측정하고 있다. 그러나 이와 같은 테스트작업은 수동으로 이루어지고 있어 테스트시간이 오래걸리는 문제점이 있다.

일반적인 오실로스코프의 프로브는 신호를 전달하는 니들과 그라운드가 분리되어 있고 또한, 프로브의 종단 니들의 크기와 그라운드의 크기때문에 0.5mm이하의 파인피치에서는 사용이 매우 불편하다. 따라서 테스트시간이 장시간 소요되고 이로 인해 모든 PCB기판에 대해서 테스트를 할 수 없고 무작위로 샘플을 채취해서 테스트를 실시하고 있다. 그러나 상기 PCB기판을 납품받는 측에서는 모든 PCB기판에 대해 테스트를 실시해주길 바라고 있으며 PCB기판을 납품하는 측에서는 이러한 업계의 요구를 만족시켜 주지 못하고 있는 실정이다.

또한, 테스트작업이 수동으로 이루어짐으로써 측정결과가 작업자에 따라 차이가 심하여 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.

이상과 같은 문제점을 해결하기 위해서 테스트를 자동화하려는 노력이 시도되고 있다. 그러나 현재는 자동화에 적합한 프로브가 개발되어 있지 못한 실정이다.

자동화를 위해서는 프로브가 여러 테스트포인트와 동시에 접촉할 수 있어야 하고 또한 여러 테스트포인트에 동시에 접촉이 확실히 이루어져야 하나 이러한 사항을 모두 만족하는 자동화용 프로브는 아직 미개발상태이다.

또한, 상기 오실로스코프 프로브의 구조상 하이스피드에서는 정확한 측정이 이루어지지 못하는 문제점이 있다.

피검사물에서 프로브로 전달된 신호를 오실로스코프로 손실없이 전달하기 위해 프로브와 오실로스코프간에는 임피던스매칭을 실시할 필요가 있다. 이에 따라 업계에서는 동축케이블의 다음단에서 임피던스매칭을 실시하여 하이스피드에서도 손실없이 신호를 전달할 수 있도록 하고 있다. 그러나 상기와 같이 임피던스매칭을 실시하고 있더라도 프로브의 종단부와 피측정대상과 그라운드간에 형성되는 루프로 인해서 동축프로브의 전단에서는 임피던스매칭이 잘 이루어지지 않아 이 부분으로 인한 오차는 감소해야만 했고 이로써 정확한 측정이 이루어지지 못하고 있다. 그러나 날로 피검사물이 하이스피드로 되면서 더욱 정교한 임피던스매칭의 필요성은 증대하고 있다.

따라서 상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 파인피치에 사용가능하고, 임피던스를 최적으로 매칭시켜 하이스피드에서 사용가능하며 또한, 테스트의 자동화에 적합한 테스트 자동화용 하이스피드 프로브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 종래의 PCB기판의 예를 보인 도.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 자동화용 하이스피드 프로브의 사시도.

도3은 도2의 프로브의 단면도

도4는 도2의 프로브의 니들의 사시도..

도5는 도2의 프로브의 사용상태도.

도6은 도5의 플레이트의 측면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 동축케이블 13 : 외부도체

15 : 니들 15a : 스프링

17 : 결합링 19 : 내부도체

21 : 절연링 25 : SMA 커넥터

45 : 플레이트

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 테스트 자동화용 하이스피드 프로브는, 양측이 개방되고 기다란 중공 원통형의 내부도체와; 상기 내부도체에 삽입되며 스프링에 의해 탄지되어 외부압력에 의해 상기 내부도체의 일측 종단면 내외로 입/출이 가능한 니들과; 상기 내부도체를 중심으로하여 등간격으로 상기 내부도체의 외곽에 원통형으로 구성되고 양측이 개방된 외부도체와; 상기 내부도체로부터 등간격으로 외부도체를 고정시키고 상기 내부도체와 외부도체간의 절연을 위해 상기 외부도체의 양 종단내에 위치하는 절연링과; 일측에는 커넥터가 구성되고, 타측은 상기 내부도체의 타측에 연결되는 동축케이블을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 테스트 자동화용 하이스피드프로브의 구성을 상세히 설명하기로 한다. 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 자동화용 하이스피드 프로브의 사시도이고, 도3은 도2의 프로브의 단면도이다.

도2를 참조하면, 본 하이스피드 프로브는, 외형적으로는, 일측에 SMA커넥터가 구성된 동축케이블(11)과, 상기 동축케이블(11)의 타측에 연결되고 기다란 원통형의 +중공 외부도체(13)와, 상기 외부도체(13)의 내부 중공에 삽입되고 일측에는 피검사물과 접촉할 수 있도록 침처럼 형성된 니들(15)과, 상기 동축케이블(11)과 상기 외부도체(13)를 결합시키는 결합링(17)으로 구성된다.

도3을 참조하면, 상기 외부도체(13)의 내부 중공에는 길다란 중공형의 내부도체(19)가 구성되고, 상기 외부도체(13)와 내부도체(19)의 양 종단간에는 상기 외부도체(13)와 내부도체(19)의 절연 및 지지를 위한 절연링(21)이 구성되고, 상기 니들(15)은 상기 내부도체(19)에 삽입구성된다.

상기 니들(15)은 피검사물과 접촉하여 신호를 전달하기 위한 구성으로, 상기 니들(15)을 자세히 도시한 것이 도4이다. 도4를 참조하면, 정확하게는 일측에는 침(15a)이 형성되고 중앙에는 스프링(15b)이 구성되며 타측(15c)은 미세한 각도로 벤딩되어 있는 또 하나의 스프링컨택트프로브(spring contact probe)이다. 이와 같이 상기 니들(15)이 또 하나의 프로브이므로 본 실시예에서는 편의상 상기 '스프링컨택트프로브'와 '니들'을 혼용하기로 한다.

상기 스프링(15b)은 니들(15a)의 일측이 피검사물과 접촉시 자체의 탄성력을 이용하여 접촉을 확고히 할 목적으로 니들(15a)의 다음단에 구성된다. 상기 스프링(15b)으로 인해 니들(15a)은 탄력적으로 상기 내부도체(19)로 출/입가능하고 이에 따라 피검사물과 접촉시 외부에서 상기 니들(15)의 하강시 하강위치가 정확하지 않더라도 모든 테스트포인트에 대해 정확하게 접촉하게 된다.

상기 스프링컨택트프로브(15)의 종단부(15c)가 소정의 각도를 가지며 벤딩되어 있기 때문에 상기 스프링컨택트프로브(15)는 후술하는 내부도체(19)의 내부에 삽입되어 쉽게 빠져나오지 않게 된다. 그러나 외부에서 상기 스프링컨택트프로브의 니들(15a)을 잡고 당기면 상기 스프링컨택트프로브(15)는 쉽게 내부도체(19)로부터 빠져나오게 된다.

상기 스프링컨택트프로브(15)는 내부도체(19)에 삽입되어 있고 상기 종단부(15c)는 상기 내부도체(19)의 내벽과 접촉된다. 따라서, 상기 니들(15)을 통해 전달된 신호는 상기 내부도체(19)로 전달가능하다.

다음으로, 상기 내부도체(19)는 상기 니들(15)의 소켓역할을 수행할 뿐만 아니라 상기 외부도체(13)와 협조하여 임피던스를 매칭시키기 위한 구성으로, 외경은 약 0.3mm정도이며 동축케이블의 심선(11a)과 연결된다.

상기 내부도체(19)는 상기 니들(15)의 분리가능한 소켓으로, 장시간의 사용으로 상기 니들(15)이 손상받은 경우 니들(15)만을 손쉽게 교체할 수 있도록 상기 내부도체(19)의 일측을 개방시켜 니들(15)이 출입가능하도록 하였다.

앞서 설명한 바와 같이 상기 니들(15a)의 타측(15c)은 소정의 각도로 벤딩되어 있어 마찰력으로 인해 쉽게 내부도체(19)로부터 이탈되지 않는다. 그러나 외부에서 강제로 니들(15)을 잡아당기면 쉽게 이탈가능하여 니들(15)이 손상받을 경우상기 니들(15)만을 교체가능하여 관리보수가 용이한 이점이 있다.

한편, 상기 내부도체(19)의 외경과 외부도체(13)의 내경에 의해 동축케이블(11)의 전단인 도체부(내부도체(19)와 외부도체(13))의 특성임피던스가 조절된다.

상기 외부도체(13)는 상기 내부도체(19)를 외부와 전기적으로 차폐시키는 역할 뿐만 아니라 상기 내부도체(19)와 협조하여 특성임피던스를 조절하기 위한 구성으로, 내경은 약 0.9mm 정도, 외경은 약 1.2mm 정도의 중공도체이다.

니들(15)을 통해 피검사물로부터 전달된 신호가 검사장비측으로 손실없이 전달되려면 선로가 입력측과 임피던스매칭되어 있어야 한다. 업계에서는 특성임피던스를 28[Ω] 또는 50[Ω]으로 선로를 임피던스매칭시켜주길 바라고 있으며 이에 따라 본 실시예에서는 상기 내부도체(19)의 외경과 상기 외부도체(13)의 내경을 조절하여 특성임피던스를 50[Ω]으로 조절하였다. 특성임피던스(Z)는 다음식으로 계산된다.

한편, 이러한 특성임피던스는 선로에 일괄 적용되어야 한다. 따라서, 본 실시예에서 상기 동축케이블(11)을 외경이 약 1.2mm로 특성임피던스가 50[Ω]으로 조절된 기성품을 사용하여 구성하였다.

상기 식1에서 상기 유전체는 외부도체(13)와 내부도체(19)간에 충진되는 유전체로서 특성임피던스는 상기 유전체에 의해 달라진다. 본 실시예에서는 상기 유전체를 공기(23)로 하였다. 즉, 상기 외부도체(13)와 내부도체(19)간에는 별다른 유전체가 충진되지 않고 공기(23)만이 충진된 상태이며 이러한 공기(23)의 비유전율(ε_r)은 1이다.

프로브내에 임피던스매칭을 위해 충진하는 유전체로는 일반적으로 테프론이 사용되고 있다. 상기 테프론은 비유전율이 약 2.1로서 본 실시예에서는 상기 테프론을 유전체로 사용할 경우 내부도체(19)와 외부도체(13)의 굵기가 커져 0.5mm이하의 파인피치에서 사용가능한 프로브를 제공하는 본 목적을 만족시키지 못하였다. 따라서, 본 실시예에서는 파인피치에서 사용가능하면서도 원하는 특성임피던스값을 얻기 위하여 상기 테프론보다 비유전율이 낮은 공기(23)를 유전체로 사용하였다.

본 실시예에서는 이상과 같이 유전체로 공기(23)를 사용하고 동축 원통도체(13,19)의 내외경을 조절함으로써 신호를 전달하는 최전단 도체부(13,19)에서 특성임피던스를 매칭시켰다. 다음단에 연결되는 동축케이블(11)은 이미 특성임피던스가 최적화되어 있으므로 상기 최전단이 임피던스매칭됨으로써 본 프로브는 모든 부분이 임피던스매칭된 것이다. 따라서, 본 프로브는 하이스피드에서 손실없이 신호를 전달할 수 있고, 이에 따라 하이스피드용 PCB기판의 임피던스 측정 및 하이스피드용 IC의 테스트에 사용가능한 이점이 발생한다. 테스트결과 본 실시예에 따른 프로브는 800MHz 이상에서 사용가능하였다.

다음으로, 상기 절연링(21)은 외부도체(13)와 내부도체(19)를 절연시키고 외부도체(13)의 중심에 상기 내부도체(19)를 지지시키기 위한 구성이다. 절연링(21)은 외부도체(13)의 양 종단부내에 삽입되어 내부도체(19)를 지지한다. 상기 절연링(21)을 사용함으로써 도체부(13,19)의 특성임피던스에 영향을 줄 수 있으나 상기 절연링(21)의 영향은 매우 약소하므로 무시하여도 된다. 그러나 상기 절연링(21)의 영향을 고려한다면 상기 절연링(21)의 삽입으로 인한 특성임피던스의 변동분을 상기 외부도체(13)의 내경 및 내부도체(19)의 외경을 조절하여 상쇄시키면 된다.

다음으로, 상기 동축케이블(11)은 상기 내부도체(19)를 통해 전달된 신호를 검사장비로 전달하기 위한 구성으로, 일측에는 표준 SMA커넥터(25)가 구성되고 특성임피던스가 50[Ω]이다. 따라서, 본 하이스피드용 프로브를 검사장비에 연결할 때는 상기 동축케이블(11)의 일측을 검사장비측에 구성된 SMA커넥터에 삽입시키면 된다.

그리고 상기 동축케이블(11)의 타측에 위치한 심선(11a)은 내부도체(19)와 납땜으로서 연결되고 동축케이블(11)의 타측 외부에는 결합링(17)이 구성되어 외부도체(13)와 동축케이블(11)을 연결시킨다. 따라서, 상기 외부도체(13)와 동축케이블(11)은 확고히 연결된다.

도5는 이상 설명한 도2의 프로브의 사용상태도로서, 본 프로브를 사용할 시에는 도5와 같이 쿠폰부의 모양에 맞게 다수개의 프로브(30)를 배치한 다음 상기 프로브(30)에 연결된 SMA커넥터를 RF스위치(41)에 연결하고, 상기 RF스위치(41)에 오실로스코프(43)를 연결하면 된다.

본 실시예에서는 프로브(30)를 구성함에 있어서 종래와 달리 그라운드를 구성하지 않고 신호전달을 위한 도체(내부도체(19))만을 구성하였다. 따라서, 프로브(30)의 전체 굵기가 최소화되어 다수개를 도5와 같이 쿠폰부의 모양에 맞게 배열하는 것이 가능해진다. 프로브(30)를 배치할 때는 PCB기판의 그라운드와 연결되는 프로브를 별도로 두어야 한다. 그리고 프로브(30)의 배치가 흩트러지지 않도록 플레이트(45)를 마련하여 플레이트(45)에 쿠폰부의 모양과 동일하게 홀을 형성하고 상기 홀에 프로브(30)의 외부도체(13)의 종단부를 삽입시키면 된다.

도5는 테스트위치가 2개소인 경우를 예로 든 것으로, 1대의 오실로스코프(43)로 여러 포인트를 일시에 측정할 수 있도록 RF스위치(41)를 중도에 사용한 경우이다. 상기 RF스위치(41)가 다수개의 프로브를 순차적으로 스위칭하여 오실로스코프(43)에는 1개의 프로브(30)만이 연결될 수 있도록 한다.

상기 플레이트(45)에 프로브(30)가 삽입된 모습을 자세하게 측면에서 보인 것이 도6으로, 도6은 상기 플레이트의 하부만을 도시한 것이다. 도6을 참조하면, 플레이트(45)에 외부도체(13)의 종단부가 삽입되어 플레이트(45)의 하부로 니들(15)이 돌출될 수 있도록 한다. 테스트시에는 도5와 같이 프로브(30)가 세팅된 플레이트(45)를 테스트하고자 하는 기판이나 부품 위로 하강시켜 니들(15)이 테스트포인트에 접촉할 수 있도록 한다. 니들(15)이 테스트포인트에 확고히 접촉할 수 있도록 플레이트(45)과 테스프포인트간의 거리를 니들(15)의 돌출길이보다 약간 좁게 하여 니들(15)이 스프링의 탄성력으로 테스트포인트에 확고히 접촉될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 실시예에 따른 프로브(30)는 니들(15)이 스프링에 의해 출입가능하다. 따라서, 모든 니들(15)이 정확하게 동일한 길이로 돌출되어 있지 않더라도 플레이트(45)를 기판위로 하강시 이러한 점을 고려하면 완전 평면이 아닌 기판에 대해서도 정확하게 접촉되어 테스트를 실시할 수 있게 된다.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 테스트 자동화용 하이스피드 프로브는, 신호전달용 도체와 그라운드를 분리시켜 단일의 프로브로 구성하고, 니들(15)이 출입가능토록 하였으며, 상기 프로브의 신호전달을 위한 도체부(13,19)를 동축케이블(11)의 특성임피던스와 동일하게 임피던스매칭시켰다. 따라서, 본 프로브는 하이스피드에서 이용가능하고 기판이나 부품테스트를 위한 자동화설비에 손쉽게 이용할 수 있는 이점이 있다. 이러한 본 테스트 자동화용 하이스피드 프로브는 파인피치 PCB기판 뿐만 아니라 전자부품의 테스트의 자동화에 이용하면 매우 유용하다.

Claims (1)

1. 양측이 개방되고 기다란 중공 원통형의 내부도체와;

   상기 내부도체에 삽입되며 스프링에 의해 탄지되어 외부압력에 의해 상기 내부도체의 일측 종단면 내외로 입/출이 가능한 니들과;

   상기 내부도체를 중심으로하여 등간격으로 상기 내부도체의 외곽에 원통형으로 구성되고 양측이 개방된 외부도체와;

   상기 내부도체로부터 등간격으로 외부도체를 고정시키고 상기 내부도체와 외부도체간의 절연을 위해 상기 외부도체의 양 종단내에 위치하는 절연링과;

   일측에는 커넥터가 구성되고, 타측은 상기 내부도체의 타측에 연결되는 동축케이블을 포함하여 구성되는 테스트 자동화용 하이스피드 프로브.