KR100833992B1 - 원통형 전극을 이용한 프로브 니들의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 칩이나 평판 디스플레이의 양·불량 여부를 검사하는데 사용되는 프로브 카드의 핵심 부품인 프로브 니들의 제조에 관한 것으로 프로브 니들의 팁 부위를 가공하는 기술이다. 알칼리성 용액내에서 전기화학적 에칭을 통해 프로브 니들로 사용되는 텅스텐 와이어를 가공하는 것으로, 본 발명에서는 음극 재료로 스텐레스 스틸로 제조된 원통형 전극을 사용하였다. 대칭성이 뛰어난 팁 가공을 위해 텅스텐 와이어를 원통형 전극의 중심에 얼라인시키며 전극의 일부를 대기중으로 노출시킴으로서 에칭시 발생되는 수소 가스로 인한 용액의 부피 팽창 효과를 이용해서 가공되는 팁의 길이를 제어할 수 있다.

Description

원통형 전극을 이용한 프로브 니들의 제조 방법{Process for preparing the probe needle by means of cylinderic electrode}

도 1은 본 발명에 따른 전기화학적 에칭 장치의 개략도를 나타내며, 전기화학적 반응이 시작되기 전의 상태를 나타낸다.

도 2은 본 발명에 따른 전기화학적 에칭 장치의 개략도를 나타내며, 전기화학적 반응이 진행중인 상태를 나타낸다.

본 발명은 원통형 전극을 이용한 프로브 니들의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 균일한 팁 형상을 가지며, 생성된 제품의 불량률을 저하시킬 수 있는 프로브 니들의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 칩이나 평판 디스플레이의 양·불량 여부를 검사하는데 사용되는 프로브 카드의 핵심 부품인 프로브 니들은 전기화학적인 에칭 기술을 사용하여 제조된다. 이와 같은 전기화학적 에칭 기술이란 가공하고자 하는 재료를 양극으로, 상대 전극을 음극으로 하여 회로를 형성하면 양극에서는 양극산화반응이 발생하고, 음극에서는 환원반응이 발생하게 되어 양극재료의 에칭을 통하여 프로브 니들을 제조하는 것이다.

예를 들어 와이어 형태의 음극이 설치된 알칼리 용액에 양극으로서 텅스텐 와이어를 침적시킨 후 전압을 인가하여 전기화학적 반응을 시킴으로써 끝이 뾰족한 프로브 니들의 팁 가공이 이루어지게 된다. 이 때 원하는 팁 길이를 얻기 위해 텅스텐 와이어를 일정 속도로 용액 내에 점진적으로 침적시키게 된다. 즉 와이어 형태의 음극은 침적속도에 따라 용액에 침적되는 단부에서의 전기화학적 에칭이 다른 단부보다 많이 일어나게 되므로, 상기 침적속도를 조절함에 따라 프로브 니들의 길이 및 형상을 조절할 수 있게 된다.

그러나 이러한 제조 방법을 적용하여 가공된 팁은 불균일한 전류 분포로 인해 대칭성이 떨어지는 형상이 얻어질 수 있으며, 대량으로 제조시 각 니들간 전류 분포의 상호 간섭으로 인해 팁 형상의 예측이 곤란하다는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 균일한 형상을 얻을 수 있고, 대량생산시 제품의 불량률을 감소시킬 수 있는 프로브 니들의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

음극인 원통형 전극의 일부를 에칭 용액에 침적하고 나머지를 대기중에 노출시키는 단계;

양극인 금속 와이어를 상기 원통형 전극의 중심에 정렬하고, 에칭 용액에 그 일부를 침적하고 나머지를 대기중에 노출시키는 단계; 및

전기화학적 방법으로 상기 금속 와이어를 에칭 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 니들의 제조방법을 제공한다.

상기 제조방법에서, 상기 금속 와이어를 전기화학적 방법으로 에칭가공하는 과정에서 발생하는 수소가스의 부피 팽창으로 인하여 상기 원통형 전극 내부에 존재하는 에칭 용액의 높이가 외부에 존재하는 에칭 용액의 높이보다 상승하는 것을 특징으로 한다.

상기 제조방법에서, 음극인 원통형 전극의 재질로서 백금, 탄소, 그래파이트 또는 스테인레스강을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 제조방법에서, 양극전극의 재질은 베릴륨-구리, 팔라듐, 백금-이리듐, 텅스텐 또는 텅스텐-레늄이 바람직하다.

상기 제조방법에서, 에칭 용액으로서는 수산화나트륨 용액을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 제조방법에서, 에칭 용액의 온도로서는 0 내지 70℃가 바람직하다.

상기 제조방법에서, 전기화학적 방법으로서는 정전압방법을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 제조방법에서, 정전압방법으로서는 10 내지 15V의 정전압을 가하는 것이 바람직하다.

이하에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명은 프로브 니들 팁의 가공 길이를 제어하기 위하여 기계적인 방법으 로 점진적으로 용액내에 침적시켜야 하는 종래기술의 어려움을 해소하기 위해, 음극으로 원통형 전극을 사용하고 프로브 니들을 전극 중심에 정렬하여 대칭성이 뛰어난 팁 가공을 가능하게 함과 가공시 원통형 전극 내부에서 발생되는 수소 가스의 부피 팽창을 통해 팁 길이의 제어를 가능하게 하고, 대량 생산시 각각의 프로브 니들에 독립적인 음극을 부여해 각 전기화학적 셀간의 전류 분포의 상호 간섭을 억제시키는 것을 가능하게 한다.

이를 위해, 본 발명은 다수의 프로브 니들의 소재인 금속인 와이어를 동일한 수의 원통형 전극의 중심에 정렬하며, 상기 원통형 전극은 그 일부를 에칭 용액에 침적시키고 그 나머지를 대기중에 노출되도록 위치시켜야 한다. 이로 인하여 각각의 프로브 니들은 그에 대응되는 각각의 원통형 전극에 의해 독립적으로 가공될 수 있으며 상기 원통형 전극의 중심에 정렬됨으로 인해 종래기술에 비교하여 대칭성이 우수한 팁 가공을 얻을 수 있다.

상기와 같이 원통형 전극을 에칭 용액 내에 위치시킬 때 그 일부를 용액의 높이보다 높게 위치시킴으로써 에칭 가공시 원통형 전극 내부에서 발생되는 수소 가스의 부피 팽창으로 인해 에칭 용액의 높이가 원통형 전극 외부의 높이보다 더 높이 상승하게 되어 가공된 팁 길이를 쉽게 제어할 수 있는데 특징이 있다.

본 발명의 프로브 니들의 제조방법은, 음극인 원통형 전극의 일부를 전해욕에 침적하고 나머지를 대기중에 노출시키고, 양극인 금속 와이어를 상기 원통형 전극의 중심에 정렬하고, 전해욕에 그 일부를 침적하고 나머지를 대기중에 노출시킨 후, 전기화학적 방법으로 상기 금속 와이어를 에칭 가공하는 단계를 포함한다.

상기 제조방법에서, 프로브 니들의 소재가 되는 상기 금속 와이어를 전기화학적 방법으로 에칭가공하는 과정에서 발생하는 수소가스의 부피 팽창으로 인하여 상기 원통형 전극 내부에 존재하는 전해욕의 높이가 외부에 존재하는 전해욕의 높이보다 상승하게 된다.

상기 제조방법에서, 음극인 원통형 전극의 재질로서는 통상의 프로브 니들의제조시 사용가능한 일반적인 금속전극의 재질을 사용할 수 있지만, 예를 들어 백금, 탄소, 그래파이트 또는 스테인레스 강을 사용할 수 있으며, 경제적 및 효율적인 측면에서 스테인레스 강이 바람직하다.

상기 제조방법에서, 프로브 니들로서 사용되는 양극의 금속은 프로브 니들에 통상적으로 사용되는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있지만, 베릴륨-구리, 팔라듐, 백금-이리듐, 텅스텐 또는 텅스텐-레늄이 바람직하고, 특히 텅스텐이 바람직하다.

상기 제조방법에서, 에칭 용액으로서는 통상의 프로브 니들의 제조시 사용가능한 산 또는 염기성 용액이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 텅스텐 와이어를 양극 전극으로 사용하는 경우에는 수산화나트륨 수용액을 사용하는 것이 바람직하다. 불산과 질산의 혼합용액을 사용하는 경우에는 금속의 용해는 가능하나 금속 와이어의 모양 제어가 어렵고 위험한 작업환경이 조성되어 바람직하지 않으며, 염화나트륨 용액의 경우에는 슬러지가 발생할 우려가 있다.

상기 제조방법에서, 에칭 용액의 온도로서는 0 내지 70℃가 바람직하다.

상기 제조방법에서, 텅스텐 와이어의 양극산화를 일으키는 전기화학적 방법으로서는 정전압방법(potentio-stat) 및 정전류방법(galvano-stat)을 사용할 수 있 으며, 특히 정전압방법이 바람직하고, 이와 같은 정전압방법으로서는 10 내지 15V의 정전압을 가하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 제조방법에서, 양극 및 음극에서 발생하는 전기화학적인 반응을 양극의 재질로서 텅스텐을 사용한 경우를 예로 들어 설명하면 다음과 같다.

-양극 반응식

W + 6OH^- --------> WO₃ + 3H₂O + 6e : 텅스텐이 산화

WO₃ + 2NaOH --------> Na₂WO₄ + H₂O : 텅스텐이 전해용출

-음극 반응식

6Na⁺ + 6H₂O + 6e --------> 2NaOH + 3H₂ : 수소가스 방출

-최종반응식

W + 2NaOH + 2H₂O --------> Na₂WO₄ + 3H₂

상기 반응식에 기재한 바와 같이, 양극에서는 텅스텐 와이어가 산화되어 금속 이온 상태로 용출되어 나오며, 음극에서는 수소가스가 방출된다. 여기서 방출되는 수소가스가 원통형으로 된 음극 전극 내부에서 고르게 발생하여 그 내부의 에칭 용액 수위를 상승시키는 역할을 수행하게 된다.

이하에서 본 발명을 실시예를 들어 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

에칭용액 1300ml(10% 수산화나트륨 용액)를 가공조(가로×세로×높이 : 270×170×33mm)에 가하고, 음극인 스테인레스 강 파이프(길이 3.5cm, 외측지름 1cm, 내측지름 0.8cm)를 약 2.4cm만 잠기도록 상기 가공조에 고정시킨 후, 지름 150㎛의 텅스텐 와이어를 양극으로 사용하여 0.6cm만 잠기도록 상기 스테인레스 강 파이프의 중심에 고정하였다. 직류 전원 공급기의 (+)단자를 텅스텐 와이어에, (-)단자를 스테인레스 강 파이프에 연결한 후 12V의 정전압을 인가하였다. 약 9초 후에 텅스텐 와이어의 절단과 함께 수용액의 수위가 텅스텐 와이어의 끝단보다 낮게 내려가고 전류가 흐르지 않게 된다. 얻어진 프로브 니들 팁을 현미경으로 관찰하여 그 형상을 관찰하였다.

실시예 2

에칭용액 1300ml(10% 수산화나트륨 용액)를 가공조(가로×세로×높이 : 270×170×33mm)에 가하고, 음극인 스테인레스 강 파이프(길이 3.5cm, 외측지름 1cm, 내측지름 0.8cm) 10개를 약 2.4cm만 잠기도록 상기 가공조에 1cm 간격으로 고정시킨 후, 지름 150㎛의 텅스텐 와이어 10개를 양극으로 사용하여 0.6cm만 잠기도록 상기 원통형 스테인레스 강의 내부 중심에 고정하였다. 직류 전원 공급기의 (+)단자를 텅스텐 와이어에, (-)단자를 스테인레스 강 파이프에 연결한 후 12V의 정전압을 인가하였다. 약 9초 후에 텅스텐 와이어의 절단과 함께 수용액의 수위가 텅스텐 와이어의 끝단보다 낮게 내려가고 전류가 흐르지 않게 된다. 얻어진 프로브 니들 팁을 현미경으로 관찰하여, 그 형상을 관찰하였다.

비교예

도 3에 나타낸 바와 같은 장치를 구성하여 프로브 니들 팁을 제조하였다. 에칭용액 1300ml(10% 수산화나트륨 용액)를 가공조(가로×세로×높이 : 270×170×33mm)에 가하고, 음극인 백금전극 및 양극인 텅스텐 와이어 8개에 10V의 전압을 인가한 후 0.0244mm/sec의 속도로 상기 양극인 텅스텐 와이어의 단부를 약 2.2mm 정도를 침지하였다. 이러한 침지과정을 3회에 걸쳐 반복하였다. 니들간 거리는 5mm이었으며, 음극인 백금전극의 길이는 50mm이었고, 상온에서 상기 에칭을 실시하였다. 얻어진 프로브 니들의 형상을 현미경으로 관찰하였다.

상기 실시예 1 내지 2 및 비교예에서 얻어진 프로브 니들 팁에 대하여 현미경으로 관찰한 결과, 상기 비교예 1에서 얻어진 프로브 니들 팁의 경우는 실시예 1 내지 2의 팁과 비교하여 불균일한 전류 분포로 인해 그 대칭성이 다소 저하되었으며, 각 니들간 전류 분포의 상호간섭하여 팁 형상의 예측도 어려웠다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 원통형 전극을 사용함으로서 대칭성이 뛰어난 프로브 니들의 팁 가공을 용이하게 할 수 있으며 원통형 전극의 노출 길이를 조절하여 가공될 팁의 길이를 용이하게 조절할 수 있다. 또한 각각의 프로브 니들에 대해 각각의 음극이 존재하기 때문에 에칭시 전류 분포의 상호 간섭을 방지할 수 있어 대량 생산시 불량률을 낮추어 수율을 향상시킬 수 있다. 상기와 같은 프로브니들은 반도체 칩이나 평판 디스플레이의 양·불량 여부를 검사하는데 사용되는 프로브 카드의 핵심 부품으로서 유용하다.

Claims (8)

1. 음극인 원통형 전극의 일부를 에칭 용액에 침적하고 나머지를 대기중에 노출시키는 단계;

   양극인 텅스텐 와이어를 상기 원통형 전극의 중심에 정렬하고, 에칭 용액에 그 일부를 침적하고 나머지를 대기중에 노출시키는 단계; 및

   전기화학적 방법으로 상기 텅스텐 와이어를 에칭 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 니들의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 텅스텐 와이어를 전기화학적 방법으로 에칭가공하는 과정에서 발생하는 수소가스의 부피 팽창으로 인하여 상기 원통형 전극 내부에 존재하는 에칭 용액의 높이가 외부에 존재하는 에칭 용액의 높이보다 상승하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 음극인 원통형 전극의 재질이 스테인레스 강인 것을 특징으로 하는 제조방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 양극의 재질이 베릴륨-구리, 팔라듐, 백금-이리듐, 텅스텐 또는 텅스텐-레늄인 것을 특징으로 하는 제조방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 에칭 용액이 수산화나트륨 수용액인 것을 특징 으로 하는 제조방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 에칭 용액의 온도가 0 내지 70℃인 것을 특징으로 하는 제조방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전기화학적 방법이 정전압방법인 것을 특징으로 하는 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 정전압방법이 10 내지 15V의 정전압을 가하는 것임을 특징으로 하는 제조방법.

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