KR100864185B1 - 가변강성 기능을 가진 수직형 미세 접촉 프로브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로브 카드(probe card)에 사용되는 벨로우즈 형상을 가진 수직형 미세 접촉 프로브에 관한 것이다.

반도체 칩의 정상 유무를 전기적으로 테스트하기 위해 사용되는 수직형 프로브 카드는, 프로브가 수직방향으로 세워져 상단의 프로브 카드 본체에 고정되고 하단의 프로브 끝이 반도체 칩의 패드와 접촉되는 구조를 갖는다. 그리고 완전한 전기적 접촉을 위하여 어느 정도의 접촉력이 필요하며, 수직형이기 때문에 패드에 단차가 존재할 경우 이를 극복하기 위해 변형을 흡수할 수 있는 스프링 형태의 구조를 갖는다.

본 발명에서는 패드의 단차를 극복하고 자연산화막 제거에 용이하도록 가변 강성 기능과 자동정렬 기능을 가진 수직형 프로브를 설계한 것을 특징으로 한다.

프로브, 미세 접촉, 수직형, 벨로우즈형

Description

가변강성 기능을 가진 수직형 미세 접촉 프로브{VERTICAL MICRO CONTACT PROBE WITH VARIABLE STIFFNESS}

도 1은 종래기술에 따른 캔틸레버(cantilever)형 미세 접촉 프로브의 사시도,

도 2는 종래기술에 따른 벨로우즈형 스프링 형상을 가진 수직형 미세 접촉 프로브를 나타내는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 가변강성 및 자동정렬 기능을 갖는 수직형 미세 접촉 프로브를 나타내는 도면으로서, (a)는 측면도이고 (b)는 실제 제작된 상기 수직형 미세 접촉 프로브를 촬영한 사진,

도 4는 본 발명에 따른 도 3의 상기 수직형 미세 접촉 프로브를 사용하여 힘에 따른 변위량의 변화를 측정한 실험결과를 나타내는 그래프들이다.

본 발명은 프로브 카드(probe card)에 사용되는 수직형 미세 접촉 프로브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강성이 가변되는 가변강성 기능을 가지도록 만들어지는 수직형 미세 접촉 프로브에 관한 것이다.

최근 기술의 발전에 따라 반도체 칩은 점점 더 고집적화되고 있다. 일반적으로 제조가 완료된 반도체 칩은 패키징되기 전에 전기적 검사를 실시하며 검사 결과에 따라 양품은 패키징하고 불량품은 폐기처분된다. 이러한 전기적 검사에는 측정기기가 내장된 테스터와 반도체 칩의 패드 사이를 전기적으로 접촉시켜주는 프로브 카드가 사용된다.

종래의 LOC(Line Of Center) 형태의 소자 측정에는 도 1에 도시된 바와 같은 캔틸레버(Cantilever) 타입의 프로브를 사용하여 전기적 측정을 실시하였다.

그러나 현재 비메모리 분야와 통신분야에서는 전기적 성능을 향상시킬 수 있고 집적 밀도를 높일 수 있는 C4(Controlled Collapse Chip Connection) 형태의 소자를 사용하고 있으며, 이러한 C4 소자의 패드형태는 일반적으로 비정규 2차원 배열로 되어 있고 반도체 칩의 고집적화에 따라 반도체 칩 패드 사이의 거리(pad pitch)가 작아지고 있기 때문에, 이에 대응하기 위해 수직형 미세 접촉 프로브가 필요하게 되었다.

일반적으로 수직형 미세 접촉 프로브는 전해도금과 같은 반도체 공정으로 제작되기 때문에 형상의 제약이 있다. 그리고 이러한 프로브는, 패드 사이에 단차가 있는 것을 극복하기 위해 수직변위를 흡수할 수 있는 구조를 가져야 하는 동시에, 전극표면에 존재하는 자연 산화막(native oxide)을 제거하기 위해 프로브에 횡방향 힘(lateral force)이 생길 수 있는 구조로 되어 있어야 한다.

이러한 조건을 만족하기 위해서 종래 도 2에 도시된 바와 같은 벨로우즈 형상의 미세 접촉 프로브가 응력 완화를 위하여 공지되어 있었다. 그러나, 이러한 종래의 벨로우즈 형상의 미세 접촉 프로브의 경우에도 여전히 좌굴(buckling)이 일어나며 단차가 큰 경우에는 적용하기 어렵다는 문제가 있었다. 또한, 프로브 간의 피치를 줄이기도 쉽지 않다는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 수직형 미세 접촉 프로브가 스토퍼를 가지도록 하여 강성이 가변될 수 있는 동시에 자동정렬이 가능하도록 한 수직형 미세 접촉 프로브를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따르면, 반도체 칩의 전기적 검사를 수행하는 미세 접촉 프로브로서, 압축시 인접한 프로브 몸체에 접촉되어 상기 프로브 몸체를 지지할 수 있는 스토퍼를 가지는 것을 특징으로 하는 미세 접촉 프로브가 제공된다.

여기에서, 상기 프로브 몸체는 직경이 상이한 2개의 원호가 연달아 형성되어 있는 복수의 단위 형상이 서로 반대 방향으로 엇갈리게 적층됨으로써 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 프로브 몸체를 형성하는 단위 형상의 직경이 상이한 2개의 원호 중 직경이 큰 것이 외측에 위치되고 직경이 작은 것이 내측에 위치되도록 배열되며, 상하로 인접한 직경이 큰 원호들 사이에 상기 스토퍼가 형성되어 상기 스토퍼는 상기 프로브 몸체의 좌우측에 2열로 배열될 수 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 프로브의 피치와 상기 스토퍼의 높이는 압축력의 세기에 따라 프로브의 강성이 변화하기 시작하는 시작점을 조절하기 위해서 변경될 수 있다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 반도체 칩의 전기적 검사를 수행하는 미세 접촉 프로브로서, 직경이 상이한 2개의 원호가 연달아 형성되어 있는 복수의 단위 형상이 서로 반대 방향으로 엇갈리게 적층됨으로써 이루어지는 프로브 몸체와, 상기 프로브 몸체의 상부에 형성되어 반도체 칩의 전극 패드와 접촉되는 머리부와, 압축시 인접한 상기 프로브 몸체에 접촉되어 상기 프로브 몸체를 지지할 수 있는 스토퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 접촉 프로브가 제공된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직형 미세 접촉 프로브를 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3에는 본 발명에 따른 가변강성 및 자동정렬 기능을 갖는 수직형 미세 접촉 프로브로서, (a)에는 측면도가 도시되어 있고, (b)에는 실제 제작된 상기 수직형 미세 접촉 프로브를 촬영한 사진이 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수직형 미세 접촉 프로브는 압축시 상하로 인접한 프로브 몸체에 접촉되어 상기 프로브 몸체를 지지할 수 있는 스토퍼(s)를 가진다.

본 발명에 따른 수직형 미세 접촉 프로브의 몸체는 대략 바이올린이나 기타의 몸체 형상과 같이 직경이 상이한 2개의 원호가 연달아 형성되어 있는 복수의 단위 형상이 서로 반대 방향으로 엇갈리게 적층됨으로써 이루어진다. 또한, 복수의 단위 형상이 적층되어 이루어진 몸체 상부에는 반도체 칩의 전극 패드와 접촉되는 삼각형상 머리부가 형성되어 있다.

상기 몸체를 형성하는 단위 형상의 직경이 상이한 2개의 원호 중 직경이 큰 것이 외측에 위치되고 직경이 작은 것이 내측에 위치되도록 배열되며, 상하로 인접한 직경이 큰 원호들 사이에는 상기 스토퍼(s)가 형성된다.

그에 따라, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 스토퍼(s)는 프로브 몸체의 좌우측에 2열로 배열되어, 추후 설명하는 바와 같이 프로브의 압축시 자동정렬이 가능하게 된다.

상기 스토퍼(s)로 인하여 본 발명의 수직형 미세 접촉 프로브는 가변강성을 가지게 된다. 즉, 스토퍼가 인접하는 몸체와 접촉하지 않은 상태에서 상기 프로브는 작은 강성을 가지지만, 외력에 의해 프로브가 가압되어 스토퍼가 인접하는 몸체와 접촉하게 되면 상기 프로브는 큰 강성을 가지게 된다.

한편, 본 발명의 수직형 미세 접촉 프로브의 몸체를 이루는 상기 단위 형상은 상술한 바와 같이 직경이 상이한 2개의 원호가 연달아 형성되어 있는 바이올린이나 기타 형상을 가지는데, 이는 몸체의 압축시 압축응력을 받는 부위의 면적을 증가시킴으로써 응력이 집중되는 지점을 분산시켜서 최대응력을 감소시키기 위한 것이다. 프로브의 몸체를 이루는 단위 형상이 상술한 바와 같은 형상을 가질 경우 압축응력이 분산되어 강도 면에서 유리한 장점을 가질 수 있다.

도 3에는 직경이 큰 원호의 외주 상단에서 위쪽으로 돌출된 사각형상의 스토퍼(s)가 도시되어 있지만, 이 스토퍼(s)의 형상은 사각형 이외에도 원형이나 타원형, 또는 다각형상을 가질 수 있다.

스토퍼의 형상이 사각형인 경우에는 접촉시 면접촉을 하지만, 원형이나 타원형인 경우에는 선접촉을 하게 되므로, 원형이나 타원형인 경우에 접촉면적이 작아져서 마찰력이 감소되고 전기저항이 커지는 특성을 가질 수 있다.

또한, 이 스토퍼(s)는 직경이 큰 원호의 외주 상단에 형성되는 것 이외에도 외주 하단에 형성되거나, 상단 및 하단 모두에 형성될 수 있다. 스토퍼가 상단 및 하단에 모두 형성되면 접촉면적을 조절할 수 있어 설계 자유도가 향상될 수 있다.

상술한 바와 같이, 도 2에 도시된 종래의 벨로우즈 형상의 수직형 미세 접촉 프로브의 경우, 여전히 좌굴이 일어나며 단차가 큰 패드에 접촉할 때에는 적용하기 어렵고, 프로브 간의 피치를 줄이기도 쉽지 않다는 문제가 있었다.

그러나, 본 발명에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이 수직형 미세 접촉 프로브가 스토퍼(s)를 가지기 때문에, 단차가 있는 패드에 접촉하는 초기 시점에는 스토퍼(s)가 상하로 인접하는 몸체에 접촉하지 않은 상태이므로 프로브가 작은 강성을 가지게 되고, 패드에 완전히 접촉한 후 자연산화막을 제거하고자 할 때에는 스토퍼(s)가 상하로 인접하는 몸체에 접촉한 상태이므로 프로브가 큰 강성을 가지게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 수직형 미세 접촉 프로브는 상황에 따라 작은 강성과 큰 강성을 갖는 가변강성 기능을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 스토퍼(s)가 접촉됨으로써 프로브가 자동적으로 정렬되는 성질을 가지게 된다. 나아가서, 프로브가 자동정렬됨에 따라 프로브간 피 치를 줄이는데 유리하게 된다.

실제 사용시 프로브는 복수개가 프로브 카드에 배열된 채 사용된다. 따라서 하나의 프로브와 다른 하나의 프로브 사이에는 프로브간 피치(참고로, 프로브 피치는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 하나의 프로브 내에서의 스토퍼와 스토퍼 사이의 간격을 의미한다.)가 존재하게 된다. 프로브의 선단 위치가 프로브의 중심축선으로부터 벗어나 있을 경우, 프로브간 피치가 작다면 압축됨에 따라 프로브가 기울어지거나 굴곡되어 주변의 다른 프로브와 기계적 접촉이 발생할 우려가 있다.

본 발명의 수직형 미세 접촉 프로브에 따르면, 스토퍼에 의해 프로브가 자동적으로 정렬되는 성질을 가지므로, 압축시 프로브의 머리부 선단 위치가 프로브의 중심축선에서 벗어나 있더라도 스토퍼가 인접하는 몸체에 접촉되는 순간부터 프로브가 자동정렬되어 직립되므로, 주변의 다른 프로브와 기계적인 접촉이 일어나는 것이 방지되고, 프로브간 피치를 감소시킬 수 있게 된다.

도 4에는 두께 10㎛, 프로브 피치 10㎛인 경우의 수직형 미세 접촉 프로브를 사용하여 힘에 따른 변위량의 변화를 측정한 실험결과를 나타내는 그래프가 도시되어 있다.

Shape A ~ C는 스토퍼가 없는 프로브를 사용하여 측정된 실험결과를 나타내는 것이고, Shape D, E는 스토퍼가 있는 프로브를 사용하여 측정된 실험결과를 나타내는 것이다.

스토퍼를 가지지 않는 Shape A ~ C의 경우에는 힘의 세기가 증가함에 따라 변위량이 일정하게 증가하므로 그래프의 기울기, 즉 프로브의 강성이 변화하지 않 음을 알 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 스토퍼를 가지는 Shape D, E의 경우에는 그래프의 기울기, 즉 프로브의 강성이 변하고 있음을 알 수 있다.

본 발명에 따르면, 강성이 변화하기 시작하는 시작점은 프로브의 피치와 스토퍼의 높이를 변경시킴으로써 설계자가 임의대로 조절할 수 있다.

이상에서는 본 발명이 특정 실시예를 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어야 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 수직형 미세 접촉 프로브가 스토퍼를 가지도록 하여 강성이 가변될 수 있는 동시에 자동정렬이 가능하도록 한 수직형 미세 접촉 프로브가 제공된다.

Claims (10)

1. 반도체 칩의 전기적 검사를 수행하는 미세 접촉 프로브로서,

   압축시 인접한 프로브 몸체에 접촉되어 상기 프로브 몸체를 지지할 수 있는 스토퍼를 가지며,

   상기 스토퍼는 상기 프로브 몸체의 좌우측에 2열로 배열되어 압축시 상기 미세 접촉 프로브가 자동정렬되어 직립될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 미세 접촉 프로브.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 프로브 몸체는 직경이 상이한 2개의 원호가 연달아 형성되어 있는 복수의 단위 형상이 서로 반대 방향으로 엇갈리게 적층됨으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세 접촉 프로브.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 프로브 몸체를 형성하는 단위 형상의 직경이 상이한 2개의 원호 중 직경이 큰 것이 외측에 위치되고 직경이 작은 것이 내측에 위치되도록 배열되며,

   상하로 인접한 직경이 큰 원호들 사이에 상기 스토퍼가 형성되어 상기 스토퍼는 상기 프로브 몸체의 좌우측에 2열로 배열될 수 있는 것을 특징으로 하는 미세 접촉 프로브.
4. 삭제
5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스토퍼는, 사각형, 원형, 타원형, 및 다각형 중에서 선택된 어느 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 미세 접촉 프로브.
6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스토퍼는 프로브 몸체의 상단과 하단 중 적어도 한 곳에 형성되는 것을 특징으로 하는 미세 접촉 프로브.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 프로브의 피치와 상기 스토퍼의 높이는 압축력의 세기에 따라 프로브의 강성이 변화하기 시작하는 시작점을 조절하기 위해서 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 미세 접촉 프로브.
8. 반도체 칩의 전기적 검사를 수행하는 미세 접촉 프로브로서,

   직경이 상이한 2개의 원호가 연달아 형성되어 있는 복수의 단위 형상이 서로 반대 방향으로 엇갈리게 적층됨으로써 이루어지는 프로브 몸체와, 상기 프로브 몸체의 상부에 형성되어 반도체 칩의 전극 패드와 접촉되는 머리부와, 압축시 인접한 상기 프로브 몸체에 접촉되어 상기 프로브 몸체를 지지할 수 있는 스토퍼를 포함하며,

   상기 프로브 몸체를 형성하는 단위 형상의 직경이 상이한 2개의 원호 중 직경이 큰 것이 외측에 위치되고 직경이 작은 것이 내측에 위치되도록 배열되며,

   상기 스토퍼는 상하로 인접한 직경이 큰 원호들 사이에 형성되어 상기 프로브 몸체의 좌우측에 2열로 배열되는 것을 특징으로 하는 미세 접촉 프로브.
9. 삭제
10. 삭제

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