KR100643842B1

KR100643842B1 - 마이크로핀이 인터페이스 보드에 삽입되는 프로브 장치

Info

Publication number: KR100643842B1
Application number: KR1020050003153A
Authority: KR
Inventors: 이채윤
Original assignee: 리노공업주식회사
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2006-11-10
Also published as: US20060152240A1; TWI403725B; TW200624818A; KR20060082594A; JP2006194886A

Abstract

본 발명은 마이크로핀이 인터페이스 보드에 삽입되는 프로브 장치에 관한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 반도체 집적 회로의 기능이 정상인지를 검사하는 프로브 장치에 있어서, 반도체 집적 회로에 직접 접촉하여 반도체 집적 회로로 전류를 전달하는 마이크로핀; 마이크로핀을 둘러싸고 있는 고정 블록; 마이크로핀을 삽입시키기 위한 홈을 가지고 있으며, 마이크로핀을 통하여 반도체 집적 회로로 전류를 전송하는 인터페이스 보드; 마이크로핀과 인터페이스 보드 사이의 접촉성을 향상시키기 위한 마이크로핀 접촉부; 인터페이스 보드 위에 마운트(Mount)되어, 마이크로핀이 인터페이스 보드로부터 이탈되지 않도록 고정하는 마스크 보드; 및 마스크 보드를 인터페이스 보드에 고정시키기 위한 마스크 보드 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 땜납을 이용하지 않고 간단한 조립 공정만으로 프로브 장치를 구성하는 것이 가능하여 제작 시간 및 비용을 상당히 절감할 수 있으며, 보수도 용이하고, 섬세한 작업에서도 정확한 검사가 가능해진다.

프로브 장치, 마이크로핀, 인터페이스 보드, 회로 기판, 반도체, 검사

Description

마이크로핀이 인터페이스 보드에 삽입되는 프로브 장치{Probe Device with Micro-Pin Inserted in Interface Board}

도 1은 종래 프로브 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로핀이 인터페이스 보드에 삽입되는 방식의 프로브 장치의 구성도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로핀이 인터페이스 보드에 삽입되는 방식의 프로브 장치의 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 프로브팁(Needle Pin) 120 : 지지대

130 : 회로 기판 140 : 땜납

150 : 반도체 집적 회로 152 : 전극 패드

160 : 고정 블럭부 210 : 마이크로핀

212 : 고정 블럭 220 : 마이크로핀 접촉부

230 : 인터페이스 보드 240 : 마스크 보드

250 : 마스크 보드 고정부 252 : 고정용 볼트

254 : 고정용 너트

본 발명은 마이크로핀이 인터페이스 보드에 삽입되는 프로브 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 반도체 집적 회로의 성능을 검사하는 프로브 장치에서 인터페이스 보드에 홈을 생성하고, 생성된 홈에 마이크로핀을 삽입시킨 후 마스크를 씌워 구성하는 프로브 장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스를 제조하기 위해서는 반도체 웨이퍼(Wafer) 상에 정밀 사진 전사 기술 등을 이용하여 다수의 반도체 디바이스를 한꺼번에 형성하고 이후 각각의 디바이스를 절단하게 된다. 이러한 반도체 디바이스 제조 공정에서는 종래부터 프로브(Probe) 장치를 이용하여 반완성품인 반도체 디바이스의 전기적 특성을 반도체 웨이퍼 상태에서 테스트하고, 테스트 결과 양품이라고 판정된 것만을 패키징 등의 후공정에 보냄으로써 생산성의 향상을 꾀하고 있다.

이러한 테스트는 반도체 웨이퍼 상에 형성된 디바이스의 전극 패드에 프로브팁을 접촉시키고, 이 프로브팁에 전류를 인가하여 그 입력과 출력 신호를 분석하는 테스터를 이용하여 전기적 특성을 측정한다.

근래에는 반도체 디바이스가 점점 고기능화 및 소형화되어 회로의 집적도가 높아지고 있으며 전극 패드의 사이즈 또한 미세화되고, 그 전극 패드의 간격도 매우 좁아지고 있다. 따라서, 프로브 장치의 한정된 공간에 수백 개에서 수천 개의 프로브팁을 필요로 하게 되고 동시에 프로브팁이 전극 패드의 중심부에 정확하면서 안정적으로 접촉되도록 하는 기술을 필요로 하고 있다.

도 1은 종래 프로브 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

종래 프로브 장치(100)는 프로브팁(Needle Pin)(110), 지지대(120), 회로 기판(130), 땜납(140), 반도체 집적 회로(150), 전극 패드(152), 고정 블럭부(160)를 포함한다.

즉, 프로브팁(110)은 통상 니들(Needle) 형상이고, 도 1의 (가)와 같이 회로 기판(130) 상에 지지대(120)에 의해 지지되고 그 일측이 땜납(140)으로 결합되어 있다. 또한, 프로브팁(110)은 도 1의 (나)와 같이 고정 블럭부(160)에 둘러싸여 보호되고 있다. 그리고, 프로브팁(110)은 봉(Bar) 형태의 다른 일측이 절곡되어 경사부(110b)가 형성되고, 그 끝 부분에는 접촉단부(110a)가 형성되어 있다.

이러한 형상의 프로브팁(110)은 반도체 집적 회로(150)의 전극 패드(152)에 그 접촉단부(110a)가 접촉됨으로써 반도체 집적 회로(150)의 테스트가 이루어지는 것이다. 소형 전자 소자는 기능성 및 신뢰성을 검증하기 위하여 제조 공정 중에 일련의 검사 과정을 거치게 된다. 그러나, 웨이퍼 상의 모든 칩이 웨이퍼 프로브 검사에서 양호한 것으로 판명되는 것이 아니기 때문에 100 % 미만의 수율을 얻게 된다.

반도체 웨이퍼 상에 형성된 각각의 디바이스들은 절단 장치 등에 의해 각각의 칩으로 잘려지고, 테스트를 통과한 양호한 칩은 조립되어 패키징된다. 결함이 있는 소자를 파손시키기 위해, 패키징된 소자는 번인(Burn-in) 기판 상의 소켓에 탑재되고 8 시간 내지 72 시간의 번인 기간 동안 125 ~ 150 ℃의 온도에서 전기적으로 동작되어 다이나믹 번인 과정을 거치게 된다. 번인 검사는 파손 메커니즘을 촉진시켜 소자의 초기 파손 및 고장을 일으키도록 하며, 이러한 결함이 있는 소자가 상업적으로 사용되기 전에 기능성 전기 검사에 의해 가려낼 수 있게 하는 것이다.

완전 기능 검사는 패키징된 소자에 대하여 실시되며, 소자의 최대 동작 속도에 의해 각각의 소자를 분류하기 위하여 패키징된 소자를 다양한 동작 속도에서 동작시키게 된다.

이러한 검사를 수행하기 위한 프로브 장치는 도 1에서 보여지듯 회로 기판(130) 상에 프로브팁(110)을 땜납(140)을 이용하여 연결하므로, 프로브 장치에 오류가 발생하여도 분리 및 유지 보수가 어렵다. 또한, 다수의 프로브팁(110)을 사용하는 경우, 일일이 땜납을 해야 하므로 프로브 장치 제작 시간과 비용이 많이 소모되는 문제점이 발생한다.

또한, 프로브팁(110)과 회로 기판(130) 또는 프로브팁(110)과 반도체 집적 회로(150) 사이의 접촉이 정확하게 이루어지지 않게 된다. 특히, 프로브팁(110)과 반도체 집적 회로(150) 사이의 접촉은 프로브팁(110)의 끝 부위 절곡에 의해 그 경사부(110b)의 경사각이 커지고, 이로 인해 접촉단부(110a)가 전극 패드(152)와의 접촉시 전극 패드(152)와 반복되는 접촉에 의해 접촉단부(110a)가 계속해서 반복 압력을 받게 됨에 따라 그 접촉단부(110a)가 반도체 집적 회로(150)의 전극 패드(152)에 눌려지면서 필요 이상의 슬립(Slip)이 발생하게 된다. 이에 따라 접촉단부(110a)가 전극 패드(152)에 눌려질 때 전극 패드(152)에서 이동 범위가 커지게 되어 전극 패드(152)의 중심부를 벗어나고 심할 경우 패드의 손상을 주게 된다.

또한, 상기한 니들 형상의 프로브 장치로는 다수의 프로브팁(110)으로 다수의 전극 패드(152)를 동시에 테스트 하는 데는 한계가 있으며, 전술한 웨이퍼 레벨의 번인 테스트에 적용이 어렵다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 반도체 집적 회로의 성능을 검사하는 프로브 장치에서 인터페이스 보드에 홈을 생성하고, 생성된 홈에 마이크로핀을 삽입시킨 후 마스크를 씌워 구성하는 프로브 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도 록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로핀이 인터페이스 보드에 삽입되는 프로브 장치의 구성도이다.

본 발명에 따른 마이크로핀이 인터페이스 보드에 삽입되는 프로브 장치는 도 2와 같이 마이크로핀(210), 마이크로핀 접촉부(220), 인터페이스 보드(230), 마스크 보드(240), 마스크 보드 고정부(250)를 포함한다.

마이크로핀(210)은 검사 대상인 반도체 집적 회로(150)에 직접 접촉하여 전류를 전달하는 부분으로서, 반도체 집적 회로(150)로 전류가 잘 전도되도록 하기 위하여 전도성 재질, 예컨대 구리 계열 합금인 베리륨 카파(BeCu), 철합금(SK4), 텅스텐, 티타늄 등으로 제작되며, 강도를 높이기 위한 열처리가 가능한 재질을 사용한다.

이와 같은 마이크로핀(210)은 제 1 마이크로핀과 제 2 마이크로핀으로 분리되어 있고, 제 1 마이크로핀과 제 2 마이크로핀 사이에는 코일 스프링이 위치하고 있다. 제 1 마이크로핀은 반도체 집적 회로(150)의 전극 패드(152)와 접촉되고, 제 2 마이크로핀은 인터페이스 보드(230)의 홈 내부에 삽입되는 마이크로핀 접촉부(220)와 접촉된다. 제 1 마이크로핀이 전극 패드(152)와 접촉하면, 코일 스프링에 의해 제 2 마이크로핀 방향으로 삽입되며, 제 1 마이크로핀과 제 2 마이크로핀의 접촉에 의해 프로브 장치의 전류가 반도체 집적 회로(150)로 전달된다.

또한, 마이크로핀(210)은 고정 블럭(212)에 의해 둘러싸여 있으며, 고정 블럭(212)의 내부에는 앞서 언급된 코일 스프링이 포함되어 있다. 고정 블럭(212)은 상하가 개구된 원통형상으로 구성된다. 그리고, 고정 블럭(212)의 상단부는 내측으로 절곡부가 형성되어 마이크로핀(210)이 고정 블럭(212)의 외부로 돌출되는 것을 방지시킨다. 여기서, 고정 블럭(212)의 재질은 절연재로서, 3.15정도의 비 유전율 값을 갖는 PEI(Poly Ether Imide)와 강도 및 가공성이 좋은 엔지니어링 플라스틱(TORON) 또는 세라믹(알루미나) 등을 사용하는 것이 적합하다.

여기서, 마이크로핀(210)은 제 1 마이크로핀, 제 2 마이크로핀 및 코일 스프링으로 구성되는 형태를 기준으로 설명하였으나, 돌출부를 갖는 하나의 마이크로핀과 돌출부에 걸려서 마이크로핀의 수축 및 이완을 조절하는 코일 스프링으로 구성되는 형태, 두 개의 연결된 마이크로핀으로 구성되며 하나의 마이크로핀의 일부가 다른 마이크로핀의 내부로 삽입되는 형태 등 다양한 형태의 마이크로핀이 사용될 수 있다. 또한, 이상에 있어서는 코일 스프링이 탄성 복원력만을 제공하는 용도로 사용되는 구조를 기준으로 설명하였으나, 코일 스프링이 전도성 물질로 이루어져 코일 스프링을 통하여 제 1 마이크로핀과 제 2 마이크로핀 사이에 전류를 전달하도록 설정하는 것도 가능하다.

마이크로핀 접촉부(220)는 마이크로핀(210)과 인터페이스 보드(230) 사이의 신호 또는 전류를 전달하는 부분으로서, 금, 백금 등과 같이 내부식성, 내마모성 그리고 전기 전도성이 좋은 금속을 이용한다. 또한, 접촉성을 좋게 하기 위하여 건식도금의 방법을 사용한다. 여기서, 건식도금은 스퍼터(Sputter)나 화학 증착 장치 (CVD : Chemical Vapor Deposition) 등과 같은 장치를 이용하여 금속을 코팅하는 방법을 말한다.

인터페이스 보드(230)는 다층 구조로 되어 있는 인쇄 회로 기판 또는 세라믹 적층 기판으로서, 반도체 집적 회로(150)의 테스트를 위한 적절한 전류를 전송하기 위한 임피던스를 매칭하는 기판이다. 또한, 본 발명에 따라 인터페이스 보드(230)는 마이크로핀(210)의 삽입을 위하여 홈이 형성되어 있으며, 마스크 보드 고정부(250)의 삽입을 위한 홀이 형성되어 있다.

마스크 보드(240)는 인터페이스 보드(230) 위에 마운트(Mount)되어, 인터페이스 보드(230) 내에 삽입된 마이크로핀(210)이 밖으로 이탈하지 않도록 고정하는 역할을 수행한다. 이를 위하여 마스크 보드(240)에는 마이크로핀(210)이 돌출할 수 있도록 구멍이 뚫려 있다. 또한, 마스크 보드(240)는 상층부에 요철을 포함하여 피검사체인 반도체 집적 회로(150)를 고정시켜, 전극 패드(152)와 마이크로핀(210)이 일대일로 대응되도록 위치를 맞추는 역할도 수행한다. 여기서, 마스크 보드(240)는 마이크로핀(210) 사이의 간섭을 최소화하기 위하여 절연체로 구성하는 것이 바람직하다.

마스크 보드 고정부(250)는 마스크 보드(240)를 인터페이스 보드(230)에 고정시키는 역할을 수행한다. 마스크 보드 고정부(250)는 고정용 볼트(252)와 고정용 너트(254)로 구성되는 것이 통상적이며, 고정용 볼트(252)를 대신하여 가이드핀 등을 사용할 수도 있으며, 인터페이스 보드(230) 내부에 나사 모양의 홈을 새겨서 너트(254)를 대신하여 사용하는 것도 가능하다.

이와 같은 구성 요소를 결합하여 마이크로핀이 인터페이스 보드에 삽입되는 프로브 장치를 구성한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로핀이 인터페이스 보드에 삽입되는 프로브 장치의 단면도이다.

본 발명에 따른 프로브 장치의 인터페이스 보드(230)는 삽입된 마이크로핀(210)의 수 만큼의 홈을 포함하고 있다. 각 홈에는 마이크로핀 접촉부(220)와 마이크로핀(210)이 삽입되며, 홈의 깊이는 마이크로핀(210)의 고정 블럭(212)이 완전히 삽입될 정도의 깊이이다.

인터페이스 보드(230)의 홈에 마이크로핀 접촉부(220)와 마이크로핀(210)이 삽입되면, 그 위에 마스크 보드(240)가 마운트되고, 마스크 보드(240)의 홀을 통해 마이크로핀(210)이 돌출된다. 이 때, 마스크 보드(240)의 홀 부분에는 마이크로핀(210)만이 돌출되고, 마이크로핀(210)을 둘러싸고 있는 고정 블럭(212)은 통과할 수 없는 크기의 홀이다.

그리고, 고정용 볼트(252)와 너트(254)를 이용하여 마스크 보드(240)와 인터페이스 보드(230)를 고정시킨다. 이 때, 확실한 고정을 위하여 고정용 볼트(252)와 너트(254)는 2개 이상이어야 한다.

이와 같이 프로브 장치가 구성되면, 마이크로핀(210)을 반도체 집적 회로(150)의 전극 패드(152)에 접촉시켜, 해당 반도체 집적 회로의 이상 유무를 점검한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으 로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 인터페이스 보드에 마이크로핀을 삽입시킨 후 커버(마스크 보드)를 씌워 프로브 장치를 구성함으로써, 땜납을 이용하지 않고 간단한 조립 공정만으로 프로브 장치를 구성하는 것이 가능하여 제작 시간 및 비용을 상당히 절감할 수 있다. 또한, 마이크로핀 또는 마이크로핀 접촉부에서 이상이 발생하여 검사가 제대로 이루어지지 않는 경우, 고정 나사를 분리하고 마스크 보드를 제거하여, 이상이 발생한 마이크로핀 또는 마이크로핀 접촉부를 교체한 뒤, 다시 마스크 보드를 얹고 고정 나사를 이용하여 마스크 보드를 고정시키는 방법을 통해 프로브 장치의 보수가 용이하다.

그리고, 인터페이스 보드에 홈을 만들어 마이크로핀을 삽입시킴으로써, 접촉을 정확하게 할 수 있게 되어, 종래 마이크로핀의 고정을 위해 사용하던 하우징(Housing) 제작이 필요 없어 제작 단가가 상당히 절감되며, 불량률도 낮아진다. 또한, 100 ㎛ 이하의 파인 피치(Fine Pitch) 회로에서의 섬세한 작업에서도 정확한 검사가 가능해진다.

Claims

반도체 집적 회로의 기능이 정상인지를 검사하는 프로브 장치에 있어서,

상기 반도체 집적 회로에 직접 접촉하여 상기 반도체 집적 회로로 전류를 전달하는 마이크로핀;

상기 마이크로핀을 둘러싸고 있는 고정 블록;

상기 마이크로핀을 삽입시키기 위해 홈을 가지고 있으며, 상기 마이크로핀을 통하여 상기 반도체 집적 회로로 전류를 전송하는 인터페이스 보드;

상기 마이크로핀과 상기 인터페이스 보드 사이의 접촉성을 향상시키기 위해 건식도금 방법으로 코팅되어, 상기 인터페이스 보드에 구비된 상기 홈의 하단에 형성되는 마이크로핀 접촉부;

상기 인터페이스 보드 위에 마운트(Mount)되어, 상기 마이크로핀이 상기 인터페이스 보드로부터 이탈되지 않도록 고정하는 마스크 보드; 및

상기 마스크 보드를 상기 인터페이스 보드에 고정시키기 위한 마스크 보드 고정부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 마이크로핀은,

제 1 마이크로핀, 제 2 마이크로핀 및 코일 스프링을 포함하여 구성되며, 수축 및 이완을 통해 상기 제 1 마이크로핀 및 제 2 마이크로핀이 상하로 작동하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 마스크 보드는,

상기 마이크로핀을 돌출시키기 위한 홀을 가지고 있으며, 상기 홀의 크기는 상기 마이크로핀은 돌출 가능하지만, 상기 고정 블록은 돌출 불가능한 크기의 홀인 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 마스크 보드 고정부는,

고정용 볼트와 고정용 너트로 구성되어, 상기 고정용 볼트가 상기 마스크 보드와 상기 인터페이스 보드를 관통하여 상기 고정용 너트와 결합되는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 인터페이스 보드는,

상기 마스크 보드 고정부가 고정용 볼트로 구성되는 경우, 상기 고정용 볼트의 고정을 위한 나사 모양의 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.