KR100910217B1

KR100910217B1 - 프로브 본딩장치 및 방법

Info

Publication number: KR100910217B1
Application number: KR1020080136935A
Authority: KR
Inventors: 김헌수; 장현진; 김상기
Original assignee: 주식회사 코디에스; 주식회사 젯텍
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2009-07-31

Abstract

본 발명은 프로브 본딩장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프로브를 납조에 디핑한 직후 솔더링할 수 있는 프로브 본딩장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명 의한 프로브 본딩장치는 복수의 프로브가 등간격으로 장착되는 카세트; 상기 카세트에 장착된 프로브를 파지하는 제1그리퍼; 상기 제1그리퍼에 파지된 프로브를 기구적으로 정렬하는 프리얼라인수단; 상기 프리얼라인수단에 의해 정렬된 프로브를 파지하는 제2그리퍼; 솔더 페이스트가 수용되는 납조; 상기 프로브가 본딩될 기판을 고정하는 스테이지; 및 레이저를 조사하여 상기 프로브를 상기 기판의 전극에 솔더링하는 레이저부;를 포함한다.

프로브. 레이저. 솔더링. 디핑. 카세트.

Description

프로브 본딩장치 및 방법{PROBE BONDING APPARATUS AND METHOD USING THE SAME}

일반적으로 프로브 카드(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(세라믹, 유기 또는 웨이퍼 등)(120)과, 상기 기판(120)의 전극(121) 본딩된 프로브(110)들을 포함하는 장치이다.

상기 프로브 카드(100)는 미세 전자 장치(예를 들면, 반도체장치)의 전기적 특성을 측정하기 위해 사용된다. 알려진 것처럼, 반도체 장치는 외부 전자 장치와의 상호 신호 전달을 위해 그 표면에 형성되는 패드들을 구비한다. 즉, 반도체 장치는 상기 패드들을 통해 전기적 신호를 입력받아 소정의 동작을 수행한 후, 처리한 결과를 다시 패드들을 통해 외부 전자 장치로 전달한다. 이때, 상기 프로브 카드는 상기 반도체 장치와 상기 외부 전자 장치(예를 들면, 테스터) 사이의 전기적 경로를 형성함으로써, 상기 반도체 장치에 대한 전기적 테스트를 가능하게 한다.

상기 프로브(110)는 상기 기판(120)의 전극(121)에 본딩되는 베이스(111)와, 상기 패드에 접촉하는 팁(112)을 포함한다.

한편, 반도체 장치가 고집적화됨에 따라 상기 반도체 장치의 패드들은 미세화될 뿐만 아니라 이들 사이의 간격 역시 좁아지고 있다. 이에 따라, 상기 프로브 카드들 역시 반도체 장치의 고집적화에 대응하여 미세하게 제작돼야 하지만, 이러한 미세화의 요구는 상기 프로브 카드를 제작하는 과정을 어렵게 만든다. 특히, 기판(120)에 형성된 전극(121)에, 상기 반도체 장치의 패드들에 접촉하는 프로브(110)들의 베이스(111)을 본딩시키는 결합 공정은 반도체 장치가 고집적화됨에 따라 다양한 기술적 어려움에 직면하고 있다.

상기 결합 공정을 위해 사용되는 기술들에는 수작업에 기초한 납땜 기술, 플립 칩 본더를 사용하는 기술 등이 있다. 하지만, 상기 플립 칩 본더를 사용하는 기술은 현재 널리 사용되고 있는 방법이지만, 단지 한 개의 프로브 불량이 프로브 카드 전체의 불량으로 이어지기 때문에, 제품의 생산 수율이 낮은 단점이 있다. 또한, 이 방법은 고가의 장비를 필요로 하기 때문에, 제품의 생산 비용이 증가하는 문제를 수반한다.

또한 상기 수작업에 기초한 납땜 기술은 작업자의 숙련도에 의해 제품의 품질이 결정될 뿐만 아니라 작업 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 이에 더하여, 상술한 미세화 추세에 따라, 이 방법은 요구되는 정렬 정밀도를 충족시키기 어렵다.

또한 납땜 기술을 위하여는 프로브를 본딩하기 전에 솔더를 도포하거나 도금하는 공정이 별도로 요구된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 프로브를 납조에 디핑한 직후 솔더링할 수 있는 프로브 본딩장치 및 방법을 제공함에 있다.

위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명 의한 프로브 본딩장치는 복수의 프로브가 등간격으로 장착되는 카세트; 상기 카세트에 장착된 프로브를 파지하는 제1그리퍼; 상기 제1그리퍼에 파지된 프로브를 기구적으로 정렬하는 프리얼라인수단; 상기 프리얼라인수단에 의해 정렬된 프로브를 파지하는 제2그리퍼; 솔더 페이스트가 수용되는 납조; 상기 프로브가 본딩될 기판을 고정하는 스테이지; 및 레이저를 조사하여 상기 프로브를 상기 기판의 전극에 솔더링하는 레이저부;를 포함한다.

또한 상기 카세트는 상기 프로브가 수직으로 삽입되는 홈이 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 카세트에 장착된 프로브의 위치를 맵핑하는 제1비전수단이 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 상기 제1그리퍼 또는 제2그리퍼는 상기 프로브를 양측면에서 파지하는 것이 바람직하다.

또한 상기 프리얼라인수단에 의해 기구적으로 정렬하거나 또는 납조에서 프 로브가 디핑되는 것을 확인하는 제2비전수단이 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 상기 프리얼라인수단은 상기 제1그리퍼로부터 상기 프로브를 전달받을 수 있도록 상호 대면하는 한 쌍의 지그인 것이 바람직하다.

또한 상기 납조는 평평한 형태의 몸체에 솔더 페이스트가 수용되는 솔더홈이 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 납조를 세정하는 클리닝수단이 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 상기 솔더홈에 솔더 페이스트를 주입하는 디스펜서가 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 상기 디스펜서를 세정하는 클리닝수단이 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 상기 납조에 수용된 솔더 페이스트의 상면을 평탄하게 하는 스퀴즈바가 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 상기 스퀴즈바를 세정하는 클리닝수단이 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 상기 제2그리퍼에 파지된 프로브와 기판의 정렬상태를 확인하는 제3비전수단이 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 상기 스테이지는 X방향 또는 Y방향으로 이동가능한 것이 바람직하다.

또한 상기 스테이지는 회전 가능한 것이 바람직하다.

또한 상기 스테이지는 상기 기판을 예열하는 예열수단이 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 상기 레이저부는 상기 레이저 빔의 형상 또는 크기를 조절할 수 있는 마스크가 더 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 프로브 본딩방법은 1) 카세트에 복수의 프로브를 등간격으로 장착하는 단계; 2) 제1그리퍼로 상기 프로브를 파지하는 단계; 3) 상기 프로브를 기구적으로 1차 정렬하는 단계; 4) 1차 정렬된 프로브를 제2그리퍼로 파지하는 단계; 5) 상기 프로브의 베이스를 솔더 페이스트가 수용된 납조에 디핑하는 단계; 및 6) 레이저를 조사하여 상기 프로브를 상기 기판의 전극에 솔더링하는 단계;를 포함한다.

또한 상기 프로브를 상호 대면하는 한 쌍의 지그에 전달함으로써 정렬하는 것이 바람직하다.

또한 상기 3)단계는 상기 프로브가 상기 한 쌍의 지그에 고정된 상태에서 상기 제1그리퍼로 상기 프로브를 가압하여 정렬하는 것이 바람직하다.

또한 상기 5)단계는 상기 제2그리퍼로 상기 프로브를 파지한 상태에서 상기 프로브와 납조를 X방향 또는 Y방향으로 상대운동하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 5)단계와 6)단계 사이에는 상기 제2그리퍼에 파지된 프로브의 정렬상태를 확인하는 단계가 더 부가되는 것이 바람직하다.

또한 상기 프로브의 정렬상태에 따라 상기 기판을 X방향 또는 Y방향으로 이동하거나 또는 회전시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 프로브를 납조에 디핑한 직후 솔더링할 수 있는 효과가 있다.

또한 프로브를 자동으로 공급할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예의 구성 및 작용을 설명한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 프로브 본딩장치(1)는 카세트(10)와, 제1그리퍼(20)와, 프리얼라인수단(30)과, 제2그리퍼(50)와, 납조(40)와, 스테이지(60)와, 레이저부(71)를 포함한다.

상기 카세트(10)는 프로브(110)의 베이스(111)가 수직으로 삽입되는 홈(11)이 등간격으로 형성되어 있다(도 4 참조). 또한 상기 카세트(10)는 가이드 레일(12)을 따라 X방향으로 왕복이동한다.

상기 제1그리퍼(20)는 상기 카세트(10)에 장착된 프로브(110)를 하나씩 파지하여 프리얼라인수단(30)에 전달하는 구성요소로서, 상기 프로브(110)를 양측면에서 파지한다(도 4 참조).

또한 상기 제1그리퍼(20)의 근처에는 제1비전수단(22)이 구비된다. 상기 제1비전수단(22)은 상기 카세트(10)가 가이드레일(12)을 따라 이동하여 접근하면 프로브(110)의 위치를 맵핑하여 정확한 위치를 파악하고 순서대로 이송할 수 있도록 한다. 또한 프로브(110)의 위치 뿐만 아니라 형태 등을 식별하여 불량인 프로브의 경우 건너뛰어 이웃하는 프로브를 이송할 수 있도록 한다.

또한 상기 제1그리퍼(20)와 제1비전수단(22)은 가이드레일(23)을 따라 Y방향으로 이동가능한 브라켓(21)에 고정설치된다.

상기 프리얼라인수단(30)은 상기 제1그리퍼(20)에 의해 이송된 프로브(110) 를 기구적으로 정렬하는 구성요소이다. 상기 제1그리퍼(20)로부터 상기 프로브를 전달받을 수 있도록 상호 대면하는 한 쌍의 지그(31,32)로 구성된다. 상기 한 쌍의 지그는 상호 접근 또는 이격되도록 동기구동한다.

상기 제2그리퍼(50)는 상기 가이드레일(23)을 따라 Y방향으로 이동가능한 브라켓(51)에 고정설치되며, 상기 프로브를 양측면에서 파지한다.

상기 납조(40)는 평평한 형태의 몸체에 솔더홈(41)이 형성되어 있어 디스펜서(42)에 의해 주입된 솔더 페이스트를 수용한다.

상기 납조(40)에 주입된 솔더 페이스트의 상면을 평탄하게 하는 스퀴즈바(43) 및 상기 스퀴즈 바(43)를 닦는 클리닝수단(44)이 구비된다.

또한 상기 디스펜서의 노즐(42a)을 세정하는 클리닝수단(미도시)과, 납조(40)를 세정하는 클리닝수단(미도시)도 구비된다.

또한 상기 프리얼라인수단(30) 및 납조(40)는 가이드레일(46)을 따라 X방향으로 수평이동이 가능하게 구성된다.

한편, 프리얼라인수단(30)에 의해 기구적으로 정렬하거나 납조(40)에서 디핑되는 것을 확인하는 제2비전수단(47)이 구비된다.

상기 스테이지(60)는 프로브가 본딩될 기판을 고정하는 구성요소로서, 기판을 예열하는 예열수단이 더 구비되고, 특히, 정렬을 위하여 X방향, Y방향 및 Z방향으로의 이동이 가능하고, 회전도 가능하게 구성된다.

한편, 상기 제2그리퍼(50)가 파지하고 있는 프로브와 기판의 위치상태를 확인하는 제3비전수단(73)이 구비된다.

또한 베이스에 솔더 페이스트가 발라진 프로브를 기판의 전극에 솔더링하기 위하여 상기 스테이지(60)의 상부에는 레이저부(71)가 구비되고, 솔더링과정을 모니터링하기 위한 모니터링수단(72)이 구비된다.

이하, 본 발명에 의한 본딩장치의 작동상태 및 이를 이용한 프로브 본딩방법을 설명한다.

먼저, 복수의 프로브(110)를 카세트(10)의 홈(11)에 삽입하여 수직으로 장착한다.

다음으로, 카세트(10)를 X방향으로 이동시켜 제1그리퍼(20)에 근접시키고, 제1비전(22)으로 프로브의 위치를 맵핑하여 정확한 위치를 파악하여 제1그리퍼(20)로 파지하여 순차적으로 이송한다(도 4 참조).

다음으로, 제1그리퍼(20)는 프리얼라인수단(30)인 한 쌍의 지그(31,32)로 프로브(110)를 전달한다. 즉, 한 쌍의 지그(31,32)가 상호 접근하여 프로브를 전달받는 과정에서 뒤틀림에 대한 정렬을 하게 된다(도 5a 참조). 이외에도 프리얼라인수단(30)에 전달된 프로브를 제1그리퍼(20)로 위에서 아래로 가압하거나(도 5b 참조), 앞에서 뒤로 가압하여(도 5c 참조) 보다 정밀하게 정렬할 수 있다.

이와 같이 정렬된 프로브(110)를 제2그리퍼(50)로 파지한다(도 5d 참조).

한편, 납조(40)에는 디스펜서(42)로 솔더 페이스트(P)를 주입하고(도 6a 참조), 납조의 상부에서 스퀴즈바(43)가 밀고 지나가면(도 6b 참조) 솔더 페이스트(P)의 상면이 평탄하게 할 수 있다. 만약, 납조(40)에 수용된 솔더 페이스트의 상면이 평탄하지 않으면, 프로브에 솔더 페이스트가 고르게 발라지지 않기 때문이 다.

다음으로, 기구적으로 정렬된 프로브의 베이스를 납조(40)에 디핑한다. 이 상태에서 상기 프로브(110)와 납조(40)를 X방향 또는 Y방향으로 상대운동시켜 충분한 양의 솔더페이스트가 발라지도록 한다(도 7 참조).

한편, 프로브의 기구적 정렬과, 납조에의 디핑과정은 제2비전수단(47)으로 확인한다.

다음으로, 납조(40)와 디스펜서(42)의 노즐(42a)과 스퀴즈바(43)를 세정하고, 솔더페이스트를 충진하고, 한편으로는 가이드레일(46)을 따라 제2그리퍼(50)를 수평이동시켜 기판(120)의 상부에 위치시킨다.

이 상태에서 제3비전수단(73)을 이용하여 프로브(110)와 기판(120)의 전극(121)의 위치를 확인하고 정렬한다. 구체적으로는 스테이지(60)를 X방향, Y방향 및 Z방향 또는 회전하여 정렬하는 것이다.

다음으로, 프로브(110)의 베이스 또는 기판(120)에 레이저(L)를 조사하여 프로브를 기판의 전극(121)에 솔더링한다(도 8a 내지 도 8c 참조).

물론, 이러한 솔더링 과정은 모니터링수단(72)을 통해 모니터링한다.

한편, 도 9a를 참조하면, 프로브(110)의 베이스(111)와 기판(120)의 전극(121)에 조사되는 레이저빔(L)이 스팟빔인 경우, 프로브의 상부로 에너지가 전달되어 솔더가 상부로 올라가게 된다.

도 9b를 참조하면, 레이저 빔(L)이 타원빔인 경우, 프로브의 상부로 에너지가 전달되는 것이 상대적으로 작아 솔더가 상부로 올라가지 않고 접합부위에 많이 형성된다. 따라서 강한 접합이 이루어진다.

이러한 사실에 기초로 레이저빔은 스팟빔보다는 타원빔이 더 바람직하다는 것을 알 수 있다. 다만, 도 9c와 같이, 소정형상 및 크기를 갖는 개구부가 형성된 마스크(M)를 이용함으로써 스팟빔으로도 타원빔과 동일한 효과를 낼 수 있는 것이다. 상기 마스크에 의해 빔의 크기 및 형상을 조절할 수 있는 것은 당연하다.

도 1은 일반적인 프로브 카드를 나타낸 것이다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 프로브 본딩장치를 나타낸 것이다.

도 4 내지 도 9c는 도 2에 도시된 장치의 작동상태를 순서대로 나타낸 것이다.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

1: 프로브 본딩장치 10: 카세트

11: 홈 20: 제1그리퍼

22: 제1비전 23: 가이드레일

30: 프리얼라인수단 40: 납조

41: 솔더홈 42: 디스펜서

43: 스퀴즈바 44, 45: 클리닝수단

46: 가이드레일 47: 제2비전

50: 제2그리퍼 60: 스테이지

71: 레이저부 72: 모니터링수단

73: 제3비전

Claims

복수의 프로브가 등간격으로 장착되는 카세트;

상기 카세트에 장착된 프로브를 파지하는 제1그리퍼;

상기 제1그리퍼에 파지된 프로브를 기구적으로 정렬하는 프리얼라인수단;

상기 프리얼라인수단에 의해 정렬된 프로브를 파지하는 제2그리퍼;

솔더 페이스트가 수용되는 납조;

상기 프로브가 본딩될 기판을 고정하는 스테이지; 및

레이저를 조사하여 상기 프로브를 상기 기판의 전극에 솔더링하는 레이저부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩장치.
제1항에 있어서,

상기 카세트는 상기 프로브가 수직으로 삽입되는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩장치.
제2항에 있어서,

상기 카세트에 장착된 프로브의 위치를 맵핑하는 제1비전수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩장치.
제2항에 있어서,

상기 제1그리퍼 또는 제2그리퍼는 상기 프로브를 양측면에서 파지하는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩장치.
제1항에 있어서,

상기 프로브가 상기 프리얼라인수단에 의해 기구적으로 정렬하거나 또는 상기 납조에서 디핑되는 것을 확인하는 제2비전수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩장치.
제1항에 있어서,

상기 프리얼라인수단은 상기 제1그리퍼로부터 상기 프로브를 전달받을 수 있도록 상호 대면하는 한 쌍의 지그인 것을 특징으로 하는 프로브 본딩장치.
제1항에 있어서,

상기 납조는 평평한 형태의 몸체에 솔더 페이스트가 수용되는 솔더홈이 형성 되는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩장치.
제7항에 있어서,

상기 납조를 세정하는 클리닝수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩장치.
제7항에 있어서,

상기 솔더홈에 솔더 페이스트를 주입하는 디스펜서가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩장치.
제9항에 있어서,

상기 디스펜서를 세정하는 클리닝수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩장치.
제7항에 있어서,

상기 납조에 수용된 솔더 페이스트의 상면을 평탄하게 하는 스퀴즈바가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩장치.
제11항에 있어서,

상기 스퀴즈바를 세정하는 클리닝수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩장치.
제1항에 있어서,

상기 제2그리퍼에 파지된 프로브와 기판의 정렬상태를 확인하는 제3비전수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩장치.
제1항에 있어서,

상기 스테이지는 X방향 또는 Y방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 프로브 본딩장치.
제1항에 있어서,

상기 스테이지는 회전 가능한 것을 특징으로 하는 프로브 본딩장치.
제1항에 있어서,

상기 스테이지는 상기 기판을 예열하는 예열수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩장치.
제1항에 있어서,

상기 레이저부는 상기 레이저의 빔 형상 또는 크기를 조절할 수 있는 마스크가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩장치.
1) 카세트에 복수의 프로브를 등간격으로 장착하는 단계;

2) 제1그리퍼로 상기 프로브를 파지하는 단계;

3) 상기 프로브를 기구적으로 1차 정렬하는 단계;

4) 1차 정렬된 프로브를 제2그리퍼로 파지하는 단계;

5) 상기 프로브의 베이스를 솔더 페이스트가 수용된 납조에 디핑하는 단계; 및

6) 레이저를 조사하여 상기 프로브를 기판의 전극에 솔더링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩방법.
제18항에 있어서,

상기 3)단계는 상기 프로브를 상호 대면하는 한 쌍의 지그에 전달함으로써 정렬하는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩방법.
제19항에 있어서,

상기 3)단계는 상기 프로브가 상기 한 쌍의 지그에 고정된 상태에서 상기 제1그리퍼로 상기 프로브를 가압하여 정렬하는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩방법.
제18항에 있어서,

상기 5)단계는 상기 제2그리퍼로 상기 프로브를 파지한 상태에서 상기 프로브와 납조를 X방향 또는 Y방향으로 상대운동시키는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩방법.
제18항에 있어서,

상기 5)단계와 6)단계 사이에는 상기 제2그리퍼에 파지된 프로브의 정렬상태 를 확인하는 단계가 더 부가되는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩방법.
제19항에 있어서,

상기 프로브의 정렬상태에 따라 상기 기판을 X방향 또는 Y방향으로 이동하거나 또는 회전시키는 것을 특징으로 하는 프로브 본딩방법.