KR101101239B1 - 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 12인치 이상으로 대구경화되어 가는 반도체 웨이퍼를 테스트하기 위한 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드에 관한 것이다.

본 발명은, 프로브빔이 장착되는 공간변형기, 인쇄회로기판 및 상기 공간변형기와 인쇄회로기판을 상호 소켓 형태로 연결하는 연결기을 구비하고, 공간변형기의 평탄도가 개선되며, 반도체 디바이스와 접촉하게 되는 프로브빔은 수직형의 구조로 되어 있다. 뿐만 아니라 본 발명은 공간변형기와 인쇄회로기판을 결합시키는 연결부가 기계적 반력없이 전기적으로만 연결되며, 공간변형기는 표면 처리가 부가되어 평탄도가 크게 개선된 것이다. 또한 프로브 카드 전체의 편평도 및 변형 방지를 위해서 별도의 조절 나사를 이용한다.

본 발명에 의하면 공간변형기의 평탄도를 향상시켜서 표면물질을 개선하고, 반도체 디바이스의 미세화에 대응하기 위한 프로브 카드의 미세 회로 형성이 가능해지며 12인치 이상의 웨이퍼 대형화에도 쉽게 적용되어 테스트할 수 있는 우수한 효과가 얻어진다.

반도체 디바이스, 프로브 카드, 수직형 프로브빔, 공간변형기, 연결부

Description

반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드{PROBE CARD FOR TESTING SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 웨이퍼 상에 구현된 반도체 디바이스의 전기적 특성을 테스트하는 프로브 카드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 디바이스와 접촉하게 되는 프로브빔이 수직형의 구조로 되어 있고, 공간변형기와 인쇄회로기판을 결합시키는 연결부가 기계적 반력없이 전기적으로만 연결되며, 공간변형기는 표면 처리가 부가되어 평탄도가 크게 개선되어 성능 및 내구성이 향상되고, 12인치 이상과 같이 대구경화되어 가는 반도체 웨이퍼를 테스트하기 위한 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드에 관한 것이다.

통상, 반도체 디바이스는 웨이퍼 상에 사진 식각 공정, 이온 주입 공정, 산화 공정, 확산 공정, 및 금속 공정 등의 일련의 반도체 공정을 수행함으로써 완성되고, 웨이퍼 상에 완성된 반도체 디바이스는 전기적 특성이 테스트되고, 상기 테스트 공정에 의해서 정상으로 판정된 디바이스만이 절단된 후 패키징되어 출하된다. 이때, 반도체 디바이스의 테스트는 프로브 카드(Probe Card)가 구비된 프로버(Prober)장비에 수행된다.

일반적으로, 종래의 프로카드는 반도체 디바이스와 직접 접촉하는 프로브의 구조에 따라서 멤브레인 타입(Membrane type), 캔틸레버 타입(Cantilever type), 니들타입(Needle type) 및 수직 타입(Vertical type) 등과 같이 다양한 형태로 이용되고 있다.

이중, 종래의 캔틸레버 형태의 프로브 카드(1)는 도 1에 도시된 바와 같은 구조를 갖는데, 캔틸레버 형태의 탐침용 프로브빔(10)이 일측에 장착되고, 다층 세라믹 기판(Multi-layer ceramic substrate)으로 제작된 공간변형기(40)와 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)(20)를 구비하며, 상기 공간변형기(40)와 인쇄회로기판(20)을 연결하는 연결기(30)를 구비한다.

이와 같은 종래의 캔틸레버 형태의 프로브 카드(1)는 프로브빔(10)의 구조상, 탄성력을 유지하기 위한 소정의 수평 공간이 필요함으로써 최근에 회로 패턴이 점점 미세해지면서 그 수가 증가하고 있는 반도체 디바이스의 대응에 한계를 노출하고 있다.

게다가, 반도체 디바이스의 테스트 영역 즉, 프로브빔(10)의 접촉부위의 배열이 과거의 일렬 구조에서 벗어나 복열 또는 난배열로 가고 있어서 더욱 반도체 디바이스와 캔틸레버 프로브빔의 일대일 대응에 어려움을 겪고 있다.

또한 종래의 캔틸레버 형태의 프로브 카드(1)는 일정한 탄성력을 가지는 스프링 형태의 연결기(30)를 이용하여 공간변형기(40)와 인쇄회로기판(20)을 연결시키고 있으며, 이와 같은 연결기(30)는 모든 부분이 공간변형기(40)와 인쇄회로기판(20)이 전기적으로 결합할 수 있도록 공간변형기(40)와 인쇄회로기판(20)의 각 단자에 적절한 압력이 가해져 체결되어 있다.

그런데, 최근 반도체 웨이퍼의 사이즈가 12인치 이상으로 커짐에 따라 이에 대응하는 프로브 카드(1)의 사이즈도 커지게 되어 연결기(30)의 접점 수는 증가하며, 그 결과 공간변형기(40)와 인쇄회로기판(20)의 양쪽에 가해지는 압력도 증가하고 있다.

따라서 종래의 프로브 카드(1)는 연결기(30)에서 발생하는 압력을 적절히 조절하기 위한 별도의 조립 공정이 필요해 졌으며, 연결기(30)의 압력으로부터 프로브 카드(1)가 변형되는 것을 방지하기 위한 보강 구조가 추가되기도 한다.

그러나 종래의 프로브 카드(1)에서 연결기(30)의 압력은 근본적으로 소멸시킬 수는 없고, 공간변형기(40)는 다층 세라믹 기판(Multi-layer ceramic substrate)으로 제작된 구조이어서 프로브 카드(1)의 평탄도가 극히 떨어져 반도체 디바이스의 테스트 불량이 빈번히 발생하고 있다.

즉 상기 공간변형기(40)는 적층 세라믹 기판으로 기판 표면의 평탄도가 일정하지 않고 부분적 또는 전체적으로 거친 면을 가짐으로써 마이크로(Micro) 단위로 관리되는 프로브 카드(1)의 평탄도 불량의 원인으로 작용하고 있다.

게다가, 이런 문제로 인하여 웨이퍼를 이용한 반도체 회로 공정에서 얻을 수 있는 미세 회로 패턴을 공간변형기 상에 형성하기가 힘들며, 또한 공간변형기(40)의 두께가 증가하게 되면 미세 회로 구멍(Via Hole)을 형성하는 데도 어려움을 겪고 있다. 따라서 공간변형기(40)의 평탄도를 개선하여 프로브 카드(1)의 품질과 성능을 개선시키는 것이 요구되었다.

본 발명의 목적은, 반도체 디바이스의 테스트 영역 즉, 프로브빔 접촉영역의 배열 형상에 구애받지 않고, 12인치 이상의 대형 웨이퍼 상에 형성된 반도체 디바이스를 테스트할 수 있으며, 반도체 디바이스의 테스트 과정중에 반도체 디바이스의 표면에 형성되는 스크러브 마크의 크기를 최소화시키고, 반도체 디바이스의 크기가 작아지는 경향에 최적으로 대응할 수 있도록 개선된 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 공간변형기와 인쇄회로기판을 연결하기 위한 상호 연결부에서 발생하는 압력을 최소화하여 프로브 카드 전체의 변형을 방지하고, 공간변형기와 인쇄회로기판을 용이하게 체결할 수 있으며, 신호전달 중에 전기적 잡음 발생이 적어 빠르고, 안정적인 신호의 전달이 가능하여 프로브 카드의 전기적 연결 특성이 개선된 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 평탄도가 개선된 다층 세라믹 기판의 표면에 전극을 형성시켜서 공간변형기 상에 형성되는 전기 회로를 조밀하게 형성시켜 반도체 디바이스의 테스트 영역 즉, 프로브빔의 접촉영역과 용이하게 일대일로 대응할 수 있도록 하고, 향상된 전극 접합력을 갖도록 함으로써 전극 불량을 개선할 수 있으며, 프로브 카드의 수명 단축을 효과적으로 방지할 수 있도록 된 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 프로브빔이 장착되는 공간변형기를 구비하고, 상기 공간변형기에 연결기를 통하여 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판을 구비한 프로브 카드에 있어서, 상기 프로브빔은, 도체 재료의 기둥으로 이루어지고, 공간변형기의 수직방향으로 연결되는 접합부; 상기 접합부의 반대측 기둥에 형성되어 반도체 디바이스에 접촉하는 탐침부; 및 상기 접합부와 탐침부 사이에서 도체 재료의 기둥이 나란하게 중첩으로 휘어져서 다수의 절곡 기둥으로 형성되고, 이와 같은 절곡 기둥들은 공간변형기에 대해 수직방향으로 평행하게 배치된 수직 탄성부;를 포함하고, 상기 공간변형기의 수직방향에 대해서 상기 접합부, 탐침부 및 수직 탄성부의 전체 폭은 전체 길이에 비해 짧게 형성되어 수직형의 구조로 이루어진 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드를 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 프로브빔은 도체 재료의 기둥으로 이루어지고, 공간변형기의 수직방향으로 연결되는 다수의 접합부; 상기 접합부의 반대측 기둥에 형성되어 반도체 디바이스에 접촉하는 탐침부; 및 상기 다수의 접합부와 탐침부 사이에서 도체 재료의 기둥이 나란하게 중첩으로 휘어져서 다수의 절곡 기둥으로 형성되고, 이와 같은 절곡 기둥들은 공간변형기에 대해 수직방향으로 평행하게 다중으로 배치된 수직 탄성부;를 포함하고, 상기 공간변형기의 수직방향에 대해서 상기 접합부, 탐침부 및 수직 탄성부의 전체 폭은 전체 길이에 비해 짧게 형성되어 수직형의 구조로 이루어지며, 다수의 접합부가 다중의 수직 탄성부를 통해서 하나의 탐침부에 연결된 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드를 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 프로브빔은 도체 재료의 기둥으로 이루어 지고, 공간변형기의 수직방향으로 연결되는 접합부; 상기 접합부의 반대측 기둥에 형성되어 반도체 디바이스에 접촉하는 탐침부; 및 상기 다수의 접합부와 탐침부 사이에서 "ㄹ"형의 다중 절곡구조로 형성된 수직 탄성부;를 포함하고, 상기 공간변형기의 수직방향에 대해서 상기 접합부, 탐침부 및 수직 탄성부의 전체 폭은 전체 길이에 비해 짧게 형성되어 수직형의 구조로 이루어진 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드를 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 프로브빔은 도체 재료의 기둥으로 이루어지고, 공간변형기의 수직방향으로 연결되는 접합부; 상기 접합부의 반대측 기둥에 형성되어 반도체 디바이스에 접촉하는 탐침부; 및 상기 다수의 접합부와 탐침부 사이에서 "S"형의 다중 절곡구조로 형성된 수직 탄성부;를 포함하고, 상기 공간변형기의 수직방향에 대해서 상기 접합부, 탐침부 및 수직 탄성부의 전체 폭은 전체 길이에 비해 짧게 형성되어 수직형의 구조로 이루어진 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드를 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 연결기는 인쇄회로기판의 일측면에 오목한 소켓이 다수 형성되고, 그 입구에는 직경 확대부가 각각 형성된 암 결합기; 및 상기 인쇄회로기판의 일측면에 마주하는 공간변형기의 일측면에 상기 인쇄회로기판의 소켓에 대응되는 위치에 돌출 형성된 핀들이 다수 형성되고, 상기 각각의 핀 선단에는 직경 축소부가 형성된 숫 결합기;를 포함하고, 상기 숫 결합기의 핀 선단에 형성된 직경 축소부의 경사각은 암 결합기의 소켓 입구에 형성된 직경 확대부의 경사각보다 작게 형성되고, 상기 인쇄회로기판의 소켓의 내경은 공간변형기의 핀 외 경에 일치하는 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드를 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 공간변형기는 다층 세라믹 재료로 이루어지고, 내부에는 전기회로가 형성되며, 표면으로 전기회로가 표출된 보디; 상기 보디의 표면에 증착 형성되고, 표면은 거울면의 평탄도를 형성한 세라믹 박막; 및 상기 세라믹 박막을 관통하여 상기 보디의 전기회로에 연결되고, 상기 전기회로를 세라믹 박막의 표면으로 연장시키도록 형성된 금속물질의 전기회로 연결부;를 포함하는 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드를 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 연결기는 공간변형기의 일측면에 오목한 소켓이 다수 형성되고, 그 입구에는 직경 확대부가 각각 형성된 암 결합기; 및 상기 공간변형기의 일측면에 마주하는 인쇄회로기판의 일측면에 상기 공간변형기의 소켓에 대응되는 위치에 돌출 형성된 핀들이 다수 형성되고, 상기 각각의 핀 선단에는 직경 축소부가 형성된 숫 결합기;를 포함하고, 상기 숫 결합기의 핀 선단에 형성된 직경 축소부의 경사각은 암 결합기의 소켓 입구에 형성된 직경 확대부의 경사각보다 작게 형성되고, 상기 공간변형기의 소켓의 내경은 인쇄회로기판의 핀 외경에 일치하는 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드를 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 인쇄회로기판을 관통하여 상기 공간변형기에 물리력을 가함으로써 상기 공간변형기의 평탄도를 조절하는 평탄도 조절 나사부가 더 구비되는 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드를 제공한다.

본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드는, 수직형 프로브빔 을 이용하여 프로브빔 공간에 의한 측정 제약이 없어지고 반도체 디바이스의 배열에 상관없이 반도체 디바이스와 프로브빔이 일대일로 대응하여 테스트를 용이하게 한다.

그리고 본 발명은 상호 연결부에 존재하는 내부 응력을 해소시켜 그 응력에 의한 프로브 카드의 변형 문제가 없으며, 변형을 방지하기 위한 별도의 장치가 필요 없다. 또한 공간변형기, 연결기, 인쇄회로기판 등 부품의 결합시, 내부응력의 상이함으로 발생되는 접촉 저항의 크기가 다르고, 장시간 사용함으로서 발생되는 접촉 불량을 해결 할 수 있다.

본 발명에 구비된 공간연결기는 소켓의 다리(Finger)는 한 개 이상으로 구성되어 핀의 삽입 방향과 직각으로 반력이 작용하여 최소한의 결합력에 의하여 결합할 수 있고, 이로 인한 공간변형기나 기타 부품에 변형 및 품질 저하를 유발하지 않으며, 핀과 다리에 의한 확실한 접촉을 보장 할 수 있다.

또한 본 발명에 구비된 공간연결기는 수나사 핀의 길이가 상이한 길이를 가짐으로 인하여 한 개의 공간변형기를 인쇄회로기판에 결합할 때 발생하는 최소한의 힘마저 분산 감소시키는 효과가 있어서 핀의 변형을 방지하고, 공간변형기와 인쇄회로기판을 용이하게 체결할 수 있다.

그리고 본 발명의 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드는 공간변형기의 미세한 평탄도 조절을 할 경우에는 평탄조절 장치에서 발생되는 조절력으로 기존의 장치들에서 발생하는 조절력보다 작은 힘으로 평탄도를 쉽고, 용이하게 조절함으로서 프로브 카드의 품질을 향상시킬 수 있다.

뿐만 아니라 본 발명은 공간변형기의 평탄도를 향상시켜서 표면물질을 개선하고, 반도체 디바이스의 미세화에 대응하기 위한 프로브 카드의 미세 회로 형성이 가능해지며 이종 공간변형기 구조는 12인치 이상의 웨이퍼 대형화에도 쉽게 적용되어 테스트할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드(100)의 전체 구성도이다. 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드(100)는 인쇄회로기판(150)과 공간변형기(400)를 전기적으로 결합시키기 위하여 핀과 소켓 홈으로 구성된 연결기(300)을 통해서 결합시키고 있다.

그리고 상기 공간변형기(400)의 평탄도와 소켓의 결합력을 유지하기 위하여 인쇄회로기판(150)을 관통하여 공간변형기(400)에 연결 결합된 조절 나사부(500)가 더 구비된다. 따라서 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드(100)는 상기 조절 나사부(500)의 조절에 의해서 공간변형기(400)와 인쇄회로기판(150) 사이의 상대적 평탄도가 조절된다.

또한, 상기 공간변형기(400)의 하부 표면에는 측정 반도체 디바이스 패턴에 맞춰 프로브빔(200)이 배열되어 있고, 상기 공간변형기(400), 인쇄회로기판(150), 연결기(300), 조절 나사부(500)를 하나의 프로브 카드가 되도록 결합시켜주는 보강판(600)이 존재한다.

본 발명은 이러한 상기 공간변형기(400), 인쇄회로기판(150) 및 연결기(300) 등의 프로브 카드(100)의 각 부품이 안정적으로 결합하며, 프로브 카드(100)의 편평도를 유지할 수 있도록 보강판(600)과 조절 나사부(500)를 이용하여 고정한다

본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드(100)에 구비된 공간변형기(400)는 그 일측에 다수의 프로브빔(200)을 형성하고 있는데, 이와 같은 프로브빔(200)은 전체 폭(W1)이 전체 길이(L1)에 비해 짧게 형성되어 수직형의 구조로 이루어져서 접합부(210)에 대해 탐침부(220)를 수직방향으로 이동하도록 해주는 수직 탄성부(230)를 구비한 것이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드에 구비된 프로브빔(200)의 모식도로서, 도 3a는 접합부(210)와 탐침부(220)를 하나의 수직 탄성부(230)로 연결한 프로브빔(200)이며, 도 3b는 이중의 수직 탄성부(230a)를 적용하여 스크러브 마크의 크기를 제어할 수 있도록 개선된 프로브빔(200)의 모식도이다.

본 발명의 프로브빔(200)은 반도체 디바이스와 접촉하였을 때 탐침부(220)가 디바이스 면에 미끄러지지 않고 일정한 응력을 가지도록 하는 수직 탄성부(230)가 탐침부(220)와 접합부(210)를 연결하고 있다. 이와 같은 수직 탄성부(230)의 위치에 따라 프로브빔(200)의 형태가 결정된다.

이러한 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드(100)의 프로브빔(200)은 중앙에 형성된 수직 탄성부(230)가 탐침부(220) 및 접합부(210)와 평행하게 수직으로 배열이 되면서 탐침부(220)와 접합부(210)를 양끝에서 연결하여 탄성 변형을 일으킬 수 있도록 한다.

도 3a에 도시된 본 발명의 프로브빔(200)은 접합부(210)가 공간변형기(400)의 수직방향(H)으로 연결되고, 도체 재료의 기둥(K)으로 이루어지며, 상기 접합부(210)의 반대측 기둥(K)에는 반도체 디바이스에 접촉하는 탐침부(220)가 구비된다.

그리고 이와 같은 접합부(210)와 탐침부(220) 사이에는 수직 탄성부(230)가 형성되는데, 이와 같은 수직 탄성부(230)는 도체 재료의 기둥(K)이 나란하게 중첩으로 휘어져서 다수의 절곡 기둥(Ka)으로 형성되고, 이와 같은 절곡 기둥(Ka)들은 공간변형기(400)에 대해 수직방향(H)으로 평행하게 배치된 구조이다.

이와 같은 본 발명의 프로브빔(200)은 상기 공간변형기(400)의 수직방향(H)에 대해서 상기 접합부(210), 탐침부(220) 및 수직 탄성부(230)의 전체 폭(W1)은 전체 길이(L1)에 비해 짧게 형성되어 수직형의 구조로 이루어진 것이다.

이와 같은 본 발명의 수직형 구조에서 상기 접합부(210), 탐침부(220) 및 수직 탄성부(230)의 전체 폭(W1)은 바람직하게는 캔틸레버 구조에 비하여 투영면적이 작게 차지하도록 함으로써 빔의 설치시 밀도를 증가시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따른 프로브빔(200)은 그 치수에 따라 예상치 못한 프로브빔(200)의 변형 제어를 위해서는 다중의 접합부(210)를 하나의 탐침부(220)에 상기에 설명한 방법으로 탄성부를 형성시켜 변형을 예방할 수 있도록 프로브빔(200)의 형상을 변경시킬 수 있다.

즉 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프 로브 카드(100)의 프로브빔(200)은 다수의 접합부(210)를 구비하고, 하나의 탐침부(220)를 구비하며, 상기 다수의 접합부(210)와 탐침부(220) 사이에서 다중으로 배치된 수직 탄성부(230a)를 구비하는데, 이와 같은 수직 탄성부(230a)는 도체 재료의 기둥(K)이 나란하게 중첩으로 휘어져서 다수의 절곡 기둥(Ka)으로 형성되고, 이와 같은 절곡 기둥(Ka)들은 공간변형기(400)에 대해 수직방향(H)으로 평행하게 다중으로 배치된 구조이다.

이와 같은 구조에서도 상기 공간변형기(400)의 수직방향(H)에 대해서 상기 접합부(210), 탐침부(220) 및 수직 탄성부(230a)의 전체 폭(W1)은 바람직하게는 캔틸레버 구조에 비하여 투영면적이 작게 차지하도록 구성됨으로써, 빔의 설치시 밀도를 증가시킬 수 있는수직형의 구조로 이루어지며, 다수의 접합부(210)가 다중의 수직 탄성부(230a)를 통해서 하나의 탐침부(220)에 연결된 것이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 변형 실시예에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드(100)의 프로브빔(200) 모식도로서, 도 4a는 탐침부(220)와 접합부(210)를 "ㄹ"형의 수직 탄성부(230b)로 연결한 프로브빔(200)이며, 도 4b는 탐침부(220)와 접합부(210)를 "S"형의 수직 탄성부(230c)로 연결한 프로브빔(200)의 모식도이다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드(100)은 도체 재료의 기둥(K)으로 이루어지고, 공간변형기(400)의 수직방향(H)으로 연결되는 접합부(210)와 상기 접합부(210)의 반대측 기둥(K)에 형성되어 반도체 디바이스에 접촉하는 탐침부(220)를 포함하고, 상기 다수의 접합부(210)와 탐침 부(220) 사이에서 다중 절곡구조로 형성된 수직 탄성부(230b)(230c)를 포함한다.

이와 같은 수직 탄성부(230b)(230c)는 바람직하게는 도 4a에 도시된 바와 같이, "ㄹ"형의 다중 절곡구조로 형성된 구조이거나, 도 4b에 도시된 바와 같이, "S"형의 다중 절곡구조로 형성된 구조이다.

그리고, 상기 공간변형기(400)의 수직방향(H)에 대해서 상기 접합부(210), 탐침부(220) 및 수직 탄성부(230b)(230c)의 전체 폭(W1)은 각각 전체 길이(L1)에 비해 짧게 형성되어 수직형의 구조로 이루어지며, 바람직하게는 상기 접합부(210), 탐침부(220) 및 수직 탄성부(230b)(230c)의 전체 폭(W1)은 캔틸레버에 비하여 투영면적이 작게 차지하도록 구성함으로써 빔의 설치시 밀도를 증가시킬 수 있다.

또한 이와 같은 본 발명은 상기 접합부(210)에 요철면(212)과 관통공(214)이 형성되는데, 이는 제품 검수시 프로브빔(200)의 변형과, 탐침부(220)의 파단을 막기 위한 접촉 면적의 증가를 위하여 형성된 것이다.

뿐만 아니라, 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드(100)의 브로브빔(200)은 수직 탄성부(230b)(230c)가 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 내부에 절단 공간(232b)(232c)을 형성하는데, 상기 절단 공간(232b)(232c)은 수직 탄성부(230b)(230c)의 절곡 기둥(Ka)의 외곽형상을 따라 형성되거나, 자유곡선의 도형으로 형성된 것이며, 반도체 디바이스에 접촉하는 탐침부(220)로부터 전달되는 충격 에너지를 흡수하고, 수요자의 요구스팩을 만족하기 위한 것이다.

또한 본 발명은 상기 접합부(210), 탐침부(220) 및 수직 탄성부(230b)(230c)를 형성하는 기둥(K)의 두께(T)는 반도체 디바이스에 접촉하는 탐침부(220)로부터 전달되는 충격 에너지에 의해서 변형이 없을 정도이며, 그 탄성력은 상기 수직 탄성부(230)의 양끝 접합 면적에 따라 결정된다.

이와 같은 본 발명의 프로브빔(200) 구조는 수요자의 요구조건에 부합하는 결과치를 나타내는 반력과 밀림량을 구비하게 되며, 아래와 같은 수치해석 프로그램의 수식들을 이용하여 설계 검증되고, 고직접화를 실현할 수 있게 된다.

상기와 같이 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드(100)의 프로브빔(200)은 탄성부(230)(230a)(230b)(230c)를 수직으로 배열시킴으로서 반도체 디바이스와의 접촉시, 프로브빔(200)의 동작 방향을 상하로만 제한하여 반도체 디바이스에서 발생하는 스크러브 마크의 흠을 최소화시키는데 용이하다.

뿐만 아니라, 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드(100)는 프로브빔(200)이 수직으로 뻗어있는 형상이 되어 많은 프로브빔(200)들을 작은 간격으로 쉽게 배열시킬 수 있음으로써 점점 작아지는 반도체 디바이스에 효과적으로 대응할 수 있다.

또한, 본 발명은 수요자의 요구에 부합되는 프로브 카드(100)의 제작시, 수율 안정 후 고직접화로 인한 1회 검수시, 많은 양의 제품을 동시에 검수하는 것이 가능하며, 그에 따라서 제품 제작 및 반도체 검사시간이 단축된다.

그리고 본 발명은 여러 가지 반도체 디바이스 제품에 다양하게 사용할 수 있는 공용 프로브빔(200)의 제작이 가능하며, 프로브빔(200)에 구비된 탐침부(220)의 팁(222) 밀림량을 최소화함으로서 후공정의 와이어 본딩 작업에서 작업영역이 넓어지게 되어 작업이 용이해지는 장점이 얻어지며, 제품의 수리 대응에도 단시간으로 대응할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드(100)는 인쇄회로기판(150)과 공간변형기(400)를 전기적으로 결합시키기 위한 연결기(300)를 구비하는데, 이와 같은 연결기(300)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 암 결합기(Female)(330)와 숫 결합기(Male)(350)의 구조로 이루어짐으로써 그 체결이 매우 용이하며, 최근에 수 마이크로 단위로 제어되는 정밀가공에 의해서 체결후, 평탄도도 양호하여 매우 효과적이며, 그 형성 위치는 서로 치환될 수도 있다.

또한, 상기 암 결합기(Female)(330)와 숫 결합기(Male)(350)은 전기적 특성이 뛰어나 도전성 물질로 이루어짐이 바람직하다.

이와 같은 연결기(300)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(150)의 일측면에 형성되는 암 결합기(Female)(330)를 구비한다. 이와 같은 암 결합기(330)는 PCB 기판으로 이루어진 인쇄회로기판(150)의 일측면에 다수의 구멍(322)을 형성하고, 각각 상기 구멍(322)으로는 전도성 피막(324)을 입혀서 인쇄회로기판(150)의 내부 회로(326)와 전기적으로 연결시킨 것이다.

그리고 이와 같은 전도성 피막(324)으로는 전도성 재료로 이루어진 오목한 원통형 소켓(332)이 각각 끼워지며, 이와 같은 오목한 소켓(332)의 입구에는 직경 확대부(334)가 각각 형성된 구조이다.

또한 본 발명의 연결기(300)는 상기 인쇄회로기판(150)의 일측면에 마주하는 공간변형기(400)의 일측면에 숫 결합기(350)를 형성하는데, 이와 같은 숫 결합기(350)는 인쇄회로기판(150)의 소켓(332)에 대응되는 위치에 돌출 형성된 핀(352) 들이 다수 형성되고, 상기 각각의 핀(352) 선단에는 직경 축소부(354)가 형성된 구조이다.

이와 같은 숫 결합기(350)의 핀(352)은 각각 공간변형기(400)의 측면에 일정 간격으로 전도성 결합 물질(356)을 이용하여 다수 접합 고정되며, 공간변형기(400)의 하부에 마련된 다수의 프로브빔(200)에 전기적으로 연결된다.

이와 같은 구조에서 상기 숫 결합기(350)의 핀(352) 선단에 형성된 직경 축소부(354)의 경사각(θ1)은 암 결합기(330)의 소켓(332) 입구에 형성된 직경 확대부(334)의 경사각(θ2)보다 작게 형성되고, 상기 공간변형기(400)의 핀(352) 외경(d1)은 인쇄회로기판(150)의 소켓(332)의 내경(d2)에 일치하는 것이다.

한편, 이와 같은 본 발명의 연결기(300)는 암 결합기(330)와 숫 결합기(350)의 위치가 상기와는 다르게 배치될 수 있다.

즉 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 암 결합기(330)는 MLC(Multi Layer Ceramic)로 이루어진 공간변형기(400)의 일측면에 다수의 구멍(342)을 형성하고, 각각 상기 구멍(342)으로는 전도성 피막(344)을 입혀서 공간변형기(400)의 프로브빔(200)들과 각각 전기적으로 연결시킨다.

그리고 이와 같은 전도성 피막(324)으로는 전도성 재료로 이루어진 오목한 원통형 소켓(332)이 각각 끼워지며, 이와 같은 오목한 소켓(332)의 입구에는 직경 확대부(334)가 각각 형성된 구조이다.

또한 상기 숫 결합기(350)는 공간변형기(400)의 소켓(332)에 대응되는 위치에서 인쇄회로기판(150)으로부터 돌출 형성된 핀(352)들로 이루어지고, 상기 각각 의 핀(352) 선단에는 직경 축소부(354)가 형성된 구조이다.

이와 같은 구조에서도 상기 숫 결합기(350)의 핀(352)은 각각 인쇄회로기판(150)의 면에 일정 간격으로 전도성 결합 물질(356)을 이용하여 다수 접합 고정되며, 인쇄회로기판(150)의 내부 회로(326)에 전기적으로 연결된다.

이와 같은 구조에서도 상기 숫 결합기(350)의 핀(352) 선단에 형성된 직경 축소부(354)의 경사각(θ1)은 암 결합기(330)의 소켓(332) 입구에 형성된 직경 확대부(334)의 경사각(θ2)보다 작게 형성되고, 상기 인쇄회로기판(150)의 핀(352) 외경(d1)은 공간변형기(400)의 소켓(332)의 내경(d2)에 일치하는 것이다.

상기와 같은 숫 결합기(350)의 핀(352)들은 프로브 카드에 수십 내지 수백 개 장착되며, 매우 많은 양이 일정 간격으로 배열된다.

이와 같이 인쇄회로기판(150)과 공간변형기(400)을 숫 결합기(350)와 암 결합기(330)를 이용하여 조립하는 경우, 매우 큰 결합력을 필요로 하며, 동시 결합을 하기 위해서는 매우 신중한 정렬과 결합이 필요하다.

따라서 본 발명에서는 핀(352)을 몇 개의 구간(P) 별로 각각의 서로 다른 길이로 구성되게 하여 소켓(332)과의 결합시 순차적으로 결합되도록 하고, 결합에 필요한 압력을 분산시키며 정렬에도 적은 수의 핀(352) 만을 이용하여 정렬시킬 수 있도록 한다.

즉 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 숫 결합기(Male)(350)의 핀(352)은 일정 구간(P) 별로 각각 가장 긴 길이(L2)와 가장 작은 길이(l2)사이의 높이 차(△h)를 형성하여 그 길이가 다르게 형성됨으로써 암 결합기(330)의 소켓(332)으로 삽입되 는 경우, 암 결합기(330) 소켓(332)으로의 핀(352) 삽입 순서가 다르게 되어 숫 결합기(350)와 암 결합기(330)의 결합에 필요한 힘이 분배되고, 숫 결합기(350)의 핀(352) 변형을 최소화하면서 조립 작업시간을 단축하도록 된 구조이다.

즉 숫 결합기(Male)(350)는 가장 긴 길이(L2)의 핀(352)으로부터 가장 작은 길이(l2)의 핀(352) 까지 점차 그 크기를 달리하여 높이 차(△h)가 형성된 것이다.

이와 같이 본 발명의 연결기(300)에 구비된 숫 결합기(350)와 암 결합기(330)가 조립되면 발력이 "0"로 되어 반도체 칩 불량검사시, 공간변형기(400)에 변형을 주지 않게 되고 평탄도가 안정적으로 구현된다.

도 9는 본 발명의 연결기(300)의 결합상태를 도시한 단면도이다. 이와 같이 암 결합기(330)의 소켓(332)에 숫 결합기(350)의 핀(352)이 각각 삽입되어 안정적으로 결합된 구조를 나타낸다.

이와 같은 연결기(300)를 이용하여 이 본 발명에 따른 프로브 카드(100)를 조립하는 경우, 공간변형기(400)와 인쇄회로기판(150)의 결합 위치를 서로 정렬시켜서 숫 결합기(350)의 각각의 핀(352)이 암 결합기(330)의 소켓(332)의 내부에 삽입하도록 결합시키면 된다.

이때, 결합과정에서 가장 길이가 긴 숫 결합기(350)의 각각의 핀(352)이 가장 먼저 암 결합기(330)의 소켓(332)의 내부에 삽입되고, 점차 길이가 작은 핀(352)들이 차례차례 암 결합기(330)의 소켓(332) 내부에 삽입되는 것을 알 수 있다.

이와 같은 결합 구조를 통하여 본 발명의 연결기(300)는 몇 개의 구간(P) 별 로 각각의 서로 다른 길이로 이루어진 핀(352)들이 순차적으로 소켓(332)의 내부에 차례차례 결합되도록 함으로써 결합에 필요한 압력을 분산시킬 수 있다. 따라서 숫 결합기(350)의 핀(352) 변형을 최소화하면서 조립 작업시간을 크게 단축할 수 있는 것이다.

또한 상기 숫 결합기(350)의 핀(352) 선단에 형성된 직경 축소부(354)의 경사각(θ1)은 암 결합기(330)의 소켓(332) 입구에 형성된 직경 확대부(334)의 경사각(θ2)보다 작게 형성되므로 숫 결합기(350)의 각각의 핀(352)이 암 결합기(330)의 각각의 소켓(332) 내부에 쉽게 삽입되고, 일단 삽입된 다음에는 상기 핀(352) 외경(d1)은 소켓(332)의 내경(d2)에 일치하기 때문에 서로 견고히 전기적으로 연결되는 것이다.

한편, 본 발명의 연결기(300)는 상기 암 결합기(330)의 소켓(332) 내부에는 다수의 스프링(Spring) 형태의 다리(Finger)(370)가 있어 핀(352)과 결합할 때 접촉 고정시키게 된다.

즉 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 암 결합기(330)의 소켓(332)에는 탄성을 가지고 있는 스프링(Spring) 형태의 다리(Finger)(370)가 형성되어 핀(352)이 들어왔을 때 전기적으로 연결되면서 그 결합을 유지시키게 된다. 이와 같은 구조에서는 상기 다리(370)의 구조로 인하여 각각의 핀(352)과 소켓(332)이 더욱 견고히 전기적으로 서로 연결되는 것이다.

이와 같이 본 발명은 인쇄회로기판(150)과 공간변형기(400)을 전기적으로 연결하기 위하여 숫결합기의 핀(352)과 암 결합기(330)의 소켓(332)을 끼워 연결시키 도록 되어 있다.

이때 상기 숫결합기의 핀(352)과 숫결합기의 소켓(332)은 그 체결이 매우 용이하며, 최근에 수 마이크로 단위로 제어되는 정밀가공에 의해서 체결후 평탄도도 매우 효과적이며, 그 형성 위치는 서로 치환될 수도 있는 것이다.

또한 상기 숫결합기의 핀(352) 및 암 결합기(330)의 소켓(332)들은 모두 전기적 특성이 뛰어나 도전성 물질로 이루어짐이 바람직하다.

이와 같이 본 발명은 PCB(Printed Circuit Ceramic) 기판으로 이루어진 인쇄회로기판(150) 또는 MLC(Multi Layer Ceramic)로 이루어진 공간변형기(400) 중의 어느 하나에 숫 결합기(350)의 핀(352)을 돌출 형성하고, 이에 대응하는 나머지 하나에는 암 결합기(330)의 소켓(332)을 일치시켜서 결합시키도록 되어 있다.

따라서 본 발명은 숫 결합기(350)와 암 결합기(330)의 완벽한 끼움 결합에 의해서 반도체 칩의 불량 검사시, 전기적 신호의 잡음 발생이 적어지고, 빠르고 안정적인 신호전달이 이루어지게 되어 작업 생산성 향상에 큰 효과가 얻어지며, 프로브 카드의 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 공간변형기(400)으로부터 인쇄회로기판(150)으로의 조립이 핀(352)과 소켓(332)의 끼움 결합을 통하여 간편하게 이루어짐으로써 작업자의 프로브 카드 제작 시간을 단축시킬 수 있으며, 그에 따른 작업 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 것이다.

도 11에는 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드(100)에서 사용되는 공간변형기(400)가 단면으로 도시되어 있다.

본 발명의 공간변형기(400)는 내부의 미세 회로 제작을 위해서 종래 기술인 유기물 회로의 적용을 위한 추가 공정을 도입하지 않고, 적층 세라믹 기판으로만 공간변형기(400)의 역할을 할 수 있도록 기판 표면에 플라즈마를 이용한 세라믹 박막(420)을 피복시켜 웨이퍼와 같은 거울 면을 만든다.

또한 미세 회로 구멍(Via Hole)을 형성하여 공간변형기(400)의 내부 전기회로(412)를 외부로 표출하고, 금속물질(470)의 전기회로 연결부(480)를 통하여 외부로 연장시킨다.

즉, 본 발명의 공간변형기(400)는 도 11에 도시된 바와 같이, 다층 세라믹 재료로 이루어지고, 내부에는 전기회로(412)가 형성되며, 표면으로 전기회로(412)가 표출된 보디(410)를 갖는데, 이와 같은 보디(410)의 표면에는 세라믹 박막(420)이 증착 형성되고, 그 표면은 연마되어 거울면의 평탄도를 구비한다.

상기 세라믹 박막(420)은 보디(410)의 물질과 동일한 물질을 플라즈마를 이용하여 수십~수백 um의 두께로 피복시킨 것을 나타낸다. 상기 세라믹 박막(420)의 두께는 공간변형기(400)의 거칠기에 따라 결정되며, 피복시킨 후 표면은 거울과 같은 면을 가지게 된다.

본 발명의 공간변형기(400)는 그 내부 전기회로(412)가 표면으로 도출되어 있어야, 이후 프로브 카드 조립시 프로브빔(200)이나 연결기(300)와 전기적 결합이 될 수 있으므로, 상기 세라믹 박막(420)의 피복후 일련의 사진 식각 공정, 에칭 공정, 그리고 도금 공정을 통하여 내부 전기회로(412)가 박막 피복에서도 연장이 되어 외부로 표출된다.

즉 상기 세라믹 박막(420)을 관통하여 상기 보디(410)의 전기회로(412)에 연결되고, 상기 전기회로(412)를 세라믹 박막(420)의 표면으로 연장시키도록 형성된 금속물질(470)의 전기회로 연결부(480)를 포함한다.

이와 같이 평탄도가 개선된 본 발명의 공간변형기(400) 표면으로 노출된 금속물질(470)의 전기회로 연결부(480)에 프로브빔(200) 또는 숫 결합기(350)의 핀(352)을 형성시키면, 금속물질(470)과 내부 전기회로(412)와의 접합력이 향상됨은 물론, 미세한 전극 패턴을 제작하는 데도 용이하게 되어 본 발명에 따른 프로브 카드(100)의 성능 향상 및 사용 수명을 크게 연장시킬 수 있는 것이다.

도 1은 종래의 기술에 따른 프로브 카드의 구조를 도시한 측단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드를 도시한 측단면도이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드에 구비된 수직형 프로브빔의 구조를 도시한 측면도이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드에 구비된 수직형 프로브빔의 "ㄹ"형 및 "S"형의 구조를 도시한 측면도이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드에 구비된 수직형 프로브빔에서 수직 탄성부의 내부에 절단 공간을 구비한 측면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드에 구비된 연결기를 도시한 것으로서 공간변형기에 숫 결합기가 형성되고, 인쇄회로기판에 암 결합기가 형성된 구조를 도시한 분해 사시도이다.

도 7은 도 6에 도시된 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드에 구비된 연결기를 도시한 단면도이다.

도 8a는 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드에 구비된 연결기를 도시한 것으로서 인쇄회로기판에 숫 결합기가 형성되고, 공간변형기에 암 결합기가 형성된 구조를 도시한 분해 사시도이다.

도 8b는 도 8a에 도시된 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드에 구비된 연결기를 도시한 확대 단면도이다.

도 9는 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드에 구비된 연결기에서 숫 결합기와 암 결합기를 이용하여 공간변형기과 인쇄회로기판을 결합시킨 구조를 도시한 단면도이다.

도 10은 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드에 구비된 연결기에서 암 결합기의 소켓 내부에 다리가 형성된 구조를 도시한 단면도이다.

도 11은 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드에 구비된 공간변형기를 도시한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1..... 종래의 프로브 카드 10..... 프로브빔

20.... 인쇄회로기판 30..... 연결기

40.... 공간변형기 100.... 프로브 카드

150.... 인쇄회로기판 200... 프로브빔

210... 접합부 212.... 요철면

214... 관통공 220..... 탐침부

222... 팁 230,230a,230b,230c... 수직 탄성부

232b,232c.... 절단 공간 322,342.... 구멍

324,344..... 전도성 피막 326.... 내부 회로

330..... 암 결합기(Female) 332..... 소켓

334.... 직경 확대부 350.... 숫 결합기(Male)

352..... 핀 354.... 직경 축소부

356..... 전도성 결합 물질 370.... 다리(Finger)

400..... 공간변형기 410..... 보디

412...... 전기회로 420..... 세라믹 박막

470..... 금속물질 480..... 전기회로 연결부

d1..... 핀 외경 d2..... 소켓 내경

H..... 프로브 카드의 수직방향

K..... 기둥 Ka.... 절곡 기둥

L1.... 세로방향의 전체 길이 L2..... 핀의 가장 긴 길이

l2..... 핀의 가장 작은 길이 P..... 구간

T..... 두께 W1.... 전체 폭

θ1... 직경 축소부의 경사각 θ2.... 직경 확대부의 경사각

△h.... 높이 차

Claims (1)

1. 프로브빔이 장착되는 공간변형기를 구비하고, 상기 공간변형기에 연결기를 통하여 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판을 구비한 프로브 카드에 있어서,

   상기 프로브빔(200)은, 도체 재료의 기둥(K)으로 이루어지고, 공간변형기(400)의 수직방향(H)으로 연결되는 접합부(210); 상기 접합부(210)의 반대측 기둥(K)에 형성되어 반도체 디바이스에 접촉하는 탐침부(220); 및 상기 접합부(210)와 탐침부(220) 사이에서 수직 탄성부(230);를 포함하고,

   상기 연결기(300)는 인쇄회로기판(150)의 일측면에 오목한 소켓(332)이 다수 형성되고, 그 입구에는 직경 확대부(334)가 각각 형성된 암 결합기(330); 및 상기 인쇄회로기판(150)의 일측면에 마주하는 공간변형기(400)의 일측면에 상기 인쇄회로기판(150)의 소켓(332)에 대응되는 위치에 돌출 형성된 핀(352)들이 다수 형성되고, 상기 각각의 핀(352) 선단에는 직경 축소부(354)가 형성된 숫 결합기(350);를 포함하고,

   상기 공간변형기(400)는 다층 세라믹 재료로 이루어지고, 내부에는 전기회로(412)가 형성되며, 표면으로 전기회로(412)가 표출된 보디(410); 상기 보디(410)의 표면에 증착 형성된 세라믹 박막(420); 및 상기 세라믹 박막(420)을 관통하여 상기 보디(410)의 전기회로(412)에 연결되고, 상기 전기회로(412)를 세라믹 박막(420)의 표면으로 연장시키도록 형성된 금속물질(470)의 전기회로 연결부(480);를 포함하는 것임을 특징으로 하는 반도체 디바이스 테스트용 프로브 카드(100).

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