KR101353188B1 - 프로브 카드 조립체 - Google Patents

Abstract

프로브 카드 조립체(300)는 그 위에 복수의 프로브 접촉기 팁들(395)을 갖는 프로브 접촉기 기판(310)과, 프로브 접촉기 기판(310)과 프로브 카드 배선 기판(330) 사이에 배치되는 인터포저(340)를 구비한 프로브 카드 배선 기판(330)을 갖는다. 프로브 카드 배선 기판에 결합된 체결 기구(380)에 의해 고정될 때까지 프로브 접촉기 기판과 접촉하는 지지 기둥(320)은 수직으로 조정 가능하다. 기둥이 고정 위치에 고정될 때, 그 위치는 복수의 프로브 접촉기 기판의 면이 사전 결정된 기준면에 대체로 평행한 위치이다.

프로브 카드 조립체, 인터포저, 체결 기구, 지지 기둥, 체결 칼라

Description

프로브 카드 조립체 {PROBE CARD ASSEMBLY}

본 발명의 실시예는 프로브 카드 조립체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 프로브 카드의 기준면에 대하여 정확하게 고정된 프로브 기판 위치를 갖는 프로브 카드 조립체를 제공하기 위한 방법과 장치에 관한 것이다.

반도체 칩의 웨이퍼를 테스트하기 위하여 사용되는 최신 프로브 카드 조립체는 일반적으로 인쇄 회로 기판[Printed Circuit Board(PCB)][또한 인쇄 배선 기판(printed wiring board) 또는 프로브 카드 배선 기판이라고도 함], 웨이퍼와 접촉하기 위한 프로브를 갖는 프로브 접촉기 기판(probe contactor substrate)(때때로 프로브 헤드라고 함), 그리고 PCB를 프로브 접촉기 기판에 연결하는 인터포저(interposer)로 구성된다.

프로브(또한 프로브 접촉기라고도 함)는 일반적으로 수직 방향("z" 방향)으로 약간 제한된 범위의 유연성을 갖는 적어도 한 개의 스프링을 포함하는 유연한 기구이다. 몇몇의 프로브는 최소한의 유연성을 갖거나 유연성이 없다. 사용시에, 테스트 중인 웨이퍼는 프로브의 팁과 접촉하기 위해 상방으로 가압된다. 실제로, 프로브 접촉기 기판의 표면에 비틀림 또는 휨에 의해 야기되는 시스템적 z 에러(systemic z errors) 뿐만 아니라 필름 응력, 식각 제어, 조립 제어 등에 의해 야기되는 몇몇의 제조 공정과 관련된 z 에러(프로브 팁의 비평탄도)가 있다. 프로브 접촉기 기판이 휘거나 비틀린다면, (프로브들이 균일한 높이라고 가정하면) 팁을 관통하는 가상 표면이 존재할 것이다. 따라서, 몇몇의 프로브 팁은 웨이퍼와 먼저 접촉할 것이고[최초 접촉 z 높이(the first touch z height)라 불림], 몇몇의 프로브 팁은 웨이퍼와 마지막에 접촉할 것이다[최종 접촉 z 높이(last touch z height)]. 프로브는 일반적으로 제한된 범위의 유연성[많은 미세 가공 기술(microfabricated technologies)에서 50 마이크로미터(㎛) 이하만큼 작음]을 갖기 때문에, 팁 z 높이에서 공정 관련 z 에러 및 시스템적 z 에러 모두를 최소화하는 것이 바람직하다. 몇몇의 에러는 프로브 카드 조립체 설계가 아니라, 프로브 접촉기 기판상의 프로브의 제조와 가장 직접적으로 관련되어 있다. 그러나 몇몇의 에러는 프로브 카드 조립체와, 프로브 접촉기 기판 또는 기판들과 함께 PCB가 장착되는 방법과 대개 직접적으로 관련되어 있다. 이런 상기의 에러를 최소화하는 것이 본 발명의 주제이다.

이전의 프로브 카드 용례에서, 프로버는 테스트 중에 웨이퍼를 운반하는 척(chuck)의 표면에 대해 평탄화된 표면을 갖는다. 프로브 카드 PCB는 일반적으로 프로버의 이런 평탄화된 표면에 장착된다. 따라서, 그러한 모든 프로브 카드 조립체는 프로브 팁의 면(프로브 팁과 면 사이의 전체적인 제곱 평균근 z 에러를 최소화하는 최적합면)과 PCB의 면[PCB는 "기준면(reference plane)"으로 생각될 수 있다 프로브 팁이 PCB와 동일 평면상에 있는 경우, 척과도 동일 평면상에 있고, 따라서 테스트 중인 웨이퍼와도 동일 평면상에 있다] 사이의 잘 제어된 평행 관계를 필 요로 한다. 그러한 설계는 테스트 중인 웨이퍼에 프로브의 더 균일한 접촉(최초 접촉 z 거리와 최종 접촉 z 거리 사이의 거리가 더 작음)을 초래할 것이다. 새로운 프로브 카드에서, 프로브 팁들은 전형적으로 어떤 형태의 운동 마운트(kinematic mounts)[테스트 장비 내로 프로브 카드의 정확하고 반복 가능한 기계식 도킹을 제공하고, 웨이퍼 척의 면과 평행 관계를 달성하기 위해 필요한 적어도 3 자유도(three degress of freedom)에 제약(constraint)을 제공하는 마운트를 설명하기 위해 여기에 사용됨]인 프로브 카드 상의 마운팅 점들(mounting points)을 기준으로 한다. 어느 실시예에서나, 웨이퍼 척의 면에 그 자체로 평행한 기준 면에 평행하도록 프로브 접촉기의 팁들을 정렬할 필요가 있다.

프로브 접촉기 기판이 프로브 카드 조립체[PCB, 연계된 스티프너 링(stiffener ring) 및/또는 다른 기계식 소자를 포함함]에 평면 방식으로 장착될 수 있는 두 가지의 통상적인 방법이 있다: 고정식 프로브 카드 조립체[Fixed Probe Card Assemblies (FPCAs)]와 조정 가능한 프로브 카드 조립체[Adjustable Probe Card Assemblies (APCAs)]. FPCAs는 설계의 단순함(이동 또는 조정 가능한 부분이 없음)과 상대적으로 낮은 비용을 제공한다. 그러나, 평행 관계에 필요한 기계 가공 공차는, 특히 대면적 프로브 카드의 경우, 달성하기 어려울 수 있다. 그러므로 실제로, 조립 중에 어느 정도의 조정 가능성을 제공하기 위하여 심들(shims)이 종종 사용된다. 실제적인 대안임에도 불구하고, 시밍(shimming)은 제조 환경에서 요구되는 공차(약 수 마이크론)에 정확하게 수행되기가 어렵다.

도1A에 도시되고 "버클링 비임 프로브를 갖는 프로브 접촉기"라는 제목의 미 국 특허번호 제 3,806,801호에 설명된 바와 같이 FPCAs는 전형적인 "버클링 비임(Buckling Beam)" 조립체를 포함한다. 버클링 비임 조립체는 수직 버클링 비임 프로브 헤드, PCB, 그리고 프로브 헤드와 PCB 사이에 위치된 인터포저를 갖는다. 이런 경우에 인터포저는 기판을 PCB에 전기적으로 연결(터미널에서 터미널로)하는 솔더 볼(solder balls)의 어레이(array)를 포함하지만 스프링-핀(spring-pins)에 의해 인터포저가 PCB에 기판을 연결하는 다른 예시들이 본 기술 분야에 주지되어 있다. 다른 형태의 버클링 비임 프로브 카드에는, 인터포저가 없고 버클링 비임이 직접적으로 PCB의 터미널에 연결된다.

어느 형태의 버클링 비임 조립체에서나 표면이 평행하도록 헤드를 먼저 기계 가공하고, 그 후, 헤드와 PCB사이의 시밍에 의해 프로브 헤드가 PCB 표면에 평행하게 된다. 프로브 카드를 장착하고 프로브 팁을 마운트에 평행하게 연마(lapping)하는 것 또한 본 기술 분야에서 일반적으로 실시되고 있으나, 이 기술은 프로브 팁에 원하지 않는 손상을 도입하고 코팅된 프로브(기부 스프링 재료와 다른 재료로 얇게 코팅된 프로브)에는 실용적이지 않다.

APCA는 본 기술 분야에 주지되어 있고, 작은 그룹의 조정 가능한 핀을 제공하는 것에서부터 카드의 기준면에 대해 제 위치에 조정 가능한 전체 프로브-지지(probe-bearing) 기판 패널 또는 조립체까지의 범위에 이른다. 한결같은 특성은 프로브 그룹들이 그들 사이에 전기적 접촉을 유지하는 동안 프로브 카드 기준 면에 대해 이동하기 위한 기구가 제공된다는 것이다. 조정 가능성의 장점은 평행 관계가 이용 간 또는 이용 중인 분야에서도 쉽게 달성될 수 있다는 것이다. 그러나 조 정 가능성 또한 시간의 경과와 열 싸이클링(thermal cycling)에 따른 조정의 표류(drift), 상대적으로 복잡한 정밀 기계식 조립체에 필요한 비용 및 조립의 어려움을 포함하여 현저한 많은 단점들이 있다. 게다가, 조정 기구는 현저한 공간을 점유하고, 프로브의 인접 블록의 밀도를 제한할 수 있다.

도1B에 도시된 바와 같이, "프로브 카드 조립체의 프로브 소자의 팁을 평탄화하는 방법"이라는 제목의 미국 특허 번호 제 5,974,662호는 그러한 APCA를 설명하고, 프로브 카드 조립체의 기준면에 대해 프로브 팁의 조정을 구비한 프로브 카드를 제조하는 방법을 개시한다. 조립체는 방위가 조정될 수 있는 방법으로 프로브 카드에 장착된 공간 변형 기판(space transformer substrate)을 통합한다. 프로브 접촉기 기판을 PCB에 전기적으로 상호 연결하기 위해 직각의 스프링 인터포저가 사용되고 기판에 지지하는 차동 나사(differential screws)는 조정 가능성을 제공한다. 이런 특정한 설계는 특히 비용이 많이 들고, 조립하기 어려우며, 복잡하다. 또한, 조정 가능성을 달성하기 위해 필요한 매우 많은 기계식 부품들이 본질적으로 설계를 열적으로 불안정하게 한다.

몇몇의 경우에, PCB에 부착된 프로브 카드 기판(각각 복수의 프로브를 구비)의 다중 "타일들(tiles)"을 갖는 것이 바람직하다. 더 넓은 조립체 위에 프로브 카드 기판의 조립은 다양한 방법으로 성취될 수 있다. 본 조립체들의 대부분은 두 종류 중 하나에 속한다: 추가 정렬 없이 캐리어(carrier)에 기판이 개별적으로 고정되는 고정식 조립체; 조정 가능한 레벨링 기구(leveling mechanism) 상의 카드에 기판이 장착되는 정렬식 조립체. 고정식 조립체는 다양한 소자의 공차와, 서로에 대해 다양한 기판 상의 접점의 전체적인 공차를 조정하기 위해 사용되는 툴링(tooling)에 의존한다. 참고를 위해, 모든 세 직교 방향에서 양호한 공차는 약 +/- 5 마이크로미터(㎛)이고, 이는 고정식 조립체를 통해 달성하기 매우 어려운 숫자이다. 폼 팩터 인터내셔널(Form Factor International)에 양도된 미국 특허 공개 번호 제 20040163252호는 도2A에 도시된 바와 같은 고정식 조립체의 예시이다.

조정 가능한 조립체는 서로에 대해 기판을 정렬하기 위하여 완전한 6 자유도(sixdegrees of freedom)를 구비한 어떤 형태의 거시적으로 조정 가능한 마운트를 전형적으로 필요로 한다. 본 방법의 문제점은 마운트가 상대적으로 매우 커서(그래서, 프로브 카드에 제공된 종래의 외형에 맞지 않음) 번거롭고, 비용이 많이 들며, 불안정하다는 것이다(즉, 특히 열 편위(thermal excursions)에 노출된 때, 시간 함수로서 위치가 표류함). "석영 프로브 장치(Quartz Probe Apparatus)"라는 제목의 미국 특허 번호 제 5,091,694호는 도2B에 도시된 바와 같은, 조정 가능한 조립체의 예시이다.

따라서, 개선된 프로브 카드 조립체와 PCB 또는 그러한 프로브 카드 조립체의 기준면에 프로브 헤드(들)을 평탄화하는 덜 비싸지만 안정한 방법이 필요하다.

본 발명의 실시예는 FPCA 또는 APCA가 아닌 새로운 종류의 프로브 카드 조립체를 제공한다. 조립 공정에서 초기 평행 관계를 달성하기 위해 심 또는 다른 유사한 수단에 의존하지 않고, 프로브-지지 기판을 평행 위치 내로 정렬하고 그 위치에 반영구적으로 체결하는 기구를 제공한다. 체결 기구 때문에, 일단 제 위치에 장착되면 기판의 위치와 방위는 조정될 수 없다. 반영구적으로 체결된 마운트의 장점은 조정 가능한 마운트에 대하여 기계적 및 열적으로 안정하다는 것이다. 또한, 반영구적인 마운트는 제조가 덜 비싸다.

반영구적인 마운트는 프로브 카드의 서비스 또는 수리가 필요한 경우에 쉽게 조립되고 분해되는 특징을 갖는다. 마운팅 기구(mounting mechanism)의 몇몇 부분은 일회용이고, 프로브 카드가 재조립될 때마다 교체가 필요할 수 있다.

현재 발명의 또 다른 실시예는 반영구적인, 정렬되어 있지만 조정은 불가능한, 상부 구조에 대한 복수의 프로브 기판의 마운트를 제공한다. 개시된 정렬 방법은 기판마다의 완전히 조정 가능한 기계식 마운트의 비용, 복잡성 및 크기를 동반하지 않고 기판 위치의 극도로 높은 기계적 정밀성을 제공한다.

도1A는 본 기술 분야에 공지된 바와 같은 고정식 프로브 카드 조립체를 도시한다.

도1B는 본 기술 분야에 공지된 바와 같은 조정 가능한 프로브 카드 조립체를 도시한다.

도2A는 본 기술 분야에 공지된 바와 같은 복수의 기판을 위한 고정식 프로브 카드 조립체를 도시한다.

도2B는 본 기술 분야에 공지된 바와 같은 복수의 기판을 위한 조정 가능한 프로브 카드 조립체를 도시한다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 프로브 카드 조립체를 도시한다.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 단순한 세트-스크류(set-screw) 형태의 체결 칼라 시스템(locking collar system)을 도시한다.

도5는 본 발명의 실시예에 따른 굽은 상태에서 단순한 세트 스크류 형태의 체결 칼라 시스템을 도시한다.

도6은 본 발명의 실시예에 따른 프로브 카드 조립체를 도시한다.

도7은 본 발명의 실시예에 따른 체결 칼라 시스템을 도시한다.

도8은 본 발명의 실시예에 따른 지지 기둥(support post)을 도시한다.

도9A는 본 발명의 실시예에 따른 고정식 다중-기판 프로브 카드 조립체를 도시한다.

도9B는 본 발명의 실시예에 따른 서브-마운트를 구비한 고정식 다중-프로브 카드 조립체를 도시한다.

도10은 본 발명의 실시예에 따른 프로브 카드 조립체의 열적 프로파일(thermal profile)을 도시한다.

도11은 본 발명의 실시예에 따른 결합된 체결 칼라를 도시한다.

도12는 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 결합식 체결 칼라를 도시한다.

도13은 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 기계식 체결 칼라를 도시한다.

도14는 지지핀을 포함하는 본 발명의 실시예를 도시한다.

도15는 본 발명의 실시예에 따른 기판 대 기둥(substrate-to-post) 부착 수단을 도시한다.

도16은 본 발명의 실시예에 따른 트레이스 라우팅(trace routing)을 보여주 는 서브-마운트 조립체의 저면도를 도시한다.

도17은 본 발명의 실시예에 따른 서브-마운트의 조립체의 확대된 도면을 도시한다.

도18은 본 발명의 실시예에 따른 다중 기판 서브-조립체를 위한 정렬 공구를 도시한다.

도19는 다중 기판 서브-조립체를 정렬하는 방법을 도시한다.

도20은 본 발명의 실시예에 따른 체결 칼라를 도시한다.

도3은 본 발명의 실시예에 따라 반영구적인 마운트를 갖는 프로브 카드 조립체(300)을 도시한다. 도3에 도시된 바와 같이, 프로브 카드 조립체는 지지 기둥(320)으로 도시되며 프로브 접촉기 기판(310)에 결합된 지지 구조를 갖는 프로브 접촉기 기판(310)으로 구성된다. 제 위치에 유연한 인터포저[compliant interposer(340)]를 두고 인쇄 회로 기판("PCB")(330)에 결합되도록 프로브 접촉기 기판(310)이 조립된다. 프로브 접촉기(395)의 팁이 기준점(360)에 의해 형성되는 면에 평행한 면에 있도록 하는 방위로 접촉기 기판(310)이 기준점(360)에 정렬된다. 도3에서 기준점(360)은 이전에 설명한 바와 같이 운동 마운팅 점들 변화를 갖지만, 프로브 카드 조립체가 그러한 마운팅 점(360)을 갖지 않는 경우, 프로브 접촉기(395)의 팁은 PCB(330)의 바닥면의 것과 같이 다른 기준면에 평행한 면에 있다는 것을 인식하는 것이 중요하다. 기판(310)이 적절히 정렬되고 나면, 기판(310)은 체결 칼라(380)와 같은 고정된 로크(lock)에 의해 스티프너 링(370)에 조립되 고, 이는 지지 기둥(320)의 꼭대기를 제 위치에 확고하게 고정하도록 작용한다. 대안적으로, 고정식 로크는 접착 본드, 측 방향 세트 스크류 장치, 콜릿(collet) 장치 및 본 기술 분야에 공지된 임의의 다른 체결 기구를 포함하지만 이에 제한되지는 않는, 많은 체결 기구들 중에 어떤 것도 될 수 있다.

지지 기둥(320)으로 도시된 지지 구조는 강체(rigid)일 수 있고 지지 프레임(350) 또는 프로브 접촉기 기판(310)에 직접적으로 견고하게 부착될 수 있거나, 체결 칼라(380)(도5 참조)에서 대체로 수직으로 이동하는 동안 약간 절곡하게 하고 프로브 접촉기 기판(310)의 티핑과 틸팅을 수용하기 위하여 특히 베이스[지지 프레임(350) 근처]에서 가요성 소자(390)를 통합할 수 있다. 가요성 소자(390)는 지지 기둥(320)의 꼭대기와 바닥이 직선을 미소하게 벗어나 굴곡될 수 있게 하여 체결 칼라(380)와 프로브 접촉기 기판(310) 사이의 임의의 각 오정렬을 바로잡는다. 지지 기둥(320)의 가요성 소자(390)는 증가된 가요성을 위한 더 얇은 단면(도8에 도시된 바와 같이), 홀 또는 노치(notch)와 같이 기둥을 잘라낸 휨(flexure) 소자, 또는 다중 부품 기둥에 내장된 분리 스프링으로 기계 가공된 지지 기둥(320)의 부분이 될 수 있다.

지지 기둥은 로드(rod) 또는 바(bar) 형상이 될 필요는 없으며, 오히려 프로브 접촉기 기판(310)을 지지하기 위하여 로드, 핀, 사각 기둥, 직사각형 단면을 구비한 기둥, 6각형 단면을 구비한 기둥, 또는 리브(rib)를 포함하지만 이에 제한되지는 않는 어떠한 적절한 형상도 될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.

지지 기둥(320)은 프로브 카드의 구성에 따라 사용 중에 인장(tension) 또는 압축(compression)될 수 있다. 인장[예컨대 압축된 인터포저(340)의 수직력(vertical forces)에 의해 공급된 그러한 인장력]되는 경우, 지지 기둥(320)은 접촉기 기판(310) 또는 직접적으로 프로브 접촉기 기판(310)에 결합된 지지 프레임(350)에 결합될 수 있다. 지지 기둥(320)은 접착 결합, 나사 체결(threading), 또는 본 기술 분야에 공지된 다른 결합 수단에 의해 지지 프레임(350) 또는 접촉기 기판(310)에 결합될 수 있다. 그러나, 수리의 목적 때문에 나사 체결과 같은 비영구적인 부착 수단이 바람직할 것이다. 압축[예컨대, 인터포저(340)가 추가적인 리프-스프링(leaf-spring)에 의해 사전 압축되거나, 인장-모드 수직 인터포저가 이용되는 경우]되는 경우, 지지 기둥(320)은 바람직하게 볼 단부(ball ends)를 구비한 지지 프레임(350) 또는 프로브 접촉기 기판(310)에 단순히 접촉할 수 있다. 볼 단부는 볼과 면 사이에 명확한 단일 접촉점이 있기 때문에 최적의 정확성을 제공한다. 임의의 다른 기둥 단부(예컨대 평평한)는 기판의 면 또는 수반되는 각에 따라 다른 점들의 에지(edges)에서의 프레임과 접촉한다. 택일적으로, 지지 기둥(320)과 체결 칼라(380)는 하기에 설명되고 도12, 도13 및 도14에 도시된 체결 칼라(1020)와 같이, 필요하다면 측 방향력(lateral forces)을 지지하도록 설계 될 수 있다.

도20은 지지 기둥(320)을 고정하기 위하여 변형할 수 있는 콜릿(1400)과 같은 부품을 통합할 수 있는 체결 칼라(380)을 도시한다. 콜릿 체결 칼라의 실시예에서, 나사 가공된 홀(2000)은 스티프너(370) 또는 PCB(330) 내에 절삭된다[도20에서, 홀은 PCB(330) 내에 절삭되고, 접촉기 기판(310)과 PCB(330) 사이에 위치될 수 있는 인터포저는 도시되지 않는다). 지지 기둥(320)은 스티프너(370) 또는 PCB(330) 내에 절삭되는 이런 홀을 통해 수직으로 조정될 수 있고, 콜릿(1400)은 이런 수직 조정을 자유롭게 하게 한다. 지지 기둥(320)이 정확한 수직 높이에 위치되면, 체결 너트[locking nut(2010)]는 나사 가공된 홀(2000) 내에 나사 결합되고 콜릿(1400)을 압축하여 지지 기둥(320)을 체결 칼라(380)에 확고하게 고정한다.

본 발명의 체결 칼라의 대체 실시예는 도4에 도시된 바와 같이 단일 세트-스크류 형태의 체결 칼라 장치(400)를 포함할 수 있다. 도5에 도시된 바와 같이, 조립 툴링이고 프로브 카드의 부분이 아닌 임시 마이크로미터 포지셔너[temporary micrometer positioner(405)]에 의해 지지 기둥(320) 수직 위치가 조정된다. 포지셔너(405)의 단부 샤프트(shaft)는 지지 기둥(320)의 꼭대기로 단순히 밀 수 있거나, 지지 기둥(320)을 아래 및 위로 밀거나 당길 수 있도록 고정될 수 있다[예컨대, 지지 기둥(320)의 꼭대기의 홀 내에 나사 결합됨(미도시)]. 세 개의 지지 기둥(320)은 조립 중에 프로브 접촉기 기판(310)을 위치시키기 위해 이용된다(세 점은 면을 정의하는데 최소치임). 프로브 접촉기 기판(310)이 양호한 평면 방위에 위치되면, 지지 기둥(320)을 지지 칼라(420) 내에 클램핑하기 위하여 세트 스크류(미도시)는 세트 스크류 홀(415) 내로 삽입되며, 그 자체는 스티프너(370)에 견고하게 부착된다. 대안적으로, 지지 칼라(420)는 프로브 카드(330)의 다른 기준 기계식 소자에 부착될 수 있다. 세트 스크류는 조임 중에 지지 기둥(320)의 원하지 않는 운동을 야기하지 않고 지지 기둥(320)을 고정식으로 부착하기 위해 볼 단부, 회전 방지 삽입체(anti-rotation insert) 또는 본 기술 분야에 공지된 다른 기계 소자를 채용할 수 있다.

도7은 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 체결 칼라 시스템을 도시한다. 도7에 도시된 체결 칼라는 제 위치에 기둥을 부착하기 위해 영구적인 접착 결합을 이용한다. 지지 기둥(320)은 접착 재료(740)를 사용하여 체결 칼라(730)에 결합된다. 그러나 결합은 연납땜 또는 레이저 용접이나 본 기술 분야에 공지된 두 부품을 함께 결합하는 다른 방법을 포함할 수 있는 유사한 수단을 이용하여 성취될 수 있다. 체결 칼라(730)는 스티프너 마운트(370) 내[또는 프로브 카드(330) 상의 다른 적절한 마운팅 위치]로 나사 결합된다. 체결 칼라(730)는 지지 기둥(320)을 수용하고, 지지 기둥 위치의 적절한 조정 범위를 제공하며, 지지 기둥(320)을 체결 칼라(730)에 결합하기 위한 접착제를 수용하기 위해 설계된 공동(cavity)을 제공한다. 지지 기둥(320)은 지지 프레임(350)에 어느 한쪽이 일체형이거나 직접적으로 프로브 접촉기 기판(310)에 부착되는 기둥 리셉터클[post receptacle(760)]에 나사 결합되는 나사 가공된 단부(710)를 갖는다.

조립 중에, 프로브 접촉기 기판(710)은 전술된 바와 같이 평평하게 되고, 접착 재료(740)가 분배 및 경화된다. 접착제는 두 부분 경화 시스템, UV 경화, 열 경화 또는 접착제의 본 기술 분야에 공지된 다른 형태의 접착제가 될 수 있다. 지지 기둥(720)과 기둥 리셉터클(760) 사이, 지지 칼라(730)와 스티프너 마운트(750) 사이의 나사부는 수리 또는 제조 재가공이 필요한 경우, 조합 결합된 지지 기둥/지지 칼라 쌍이 편리하게 제거되고 대체될 수 있도록 서로 정합된다.

또한, 지지 프레임(350)이 편리하며, 필수적이지는 않다는 것이 인식되어야 한다. 지지 기둥(320)은 프로브 접촉기 기판(310) 또는 프로브 접촉기 기판(310)에 부착된 다른 지지 구조에 직접적으로 장착될 수 있다.

도6은 본 발명의 실시예에 따라 부착된 장치 툴링을 구비한 프로브 카드 조립체를 도시한다. 도6에 도시된 바와 같이, 프로브 카드 조립체(600)는 체결 칼라(380), 지지 기둥(320)을 포함하며, 이들 각각은 오정렬된 기판을 수용하기 위한 가요성 조인트[flexible joint(390)]로 구성된다. 프로브 카드 조립체(600)는 PCB(330)와 기판(310)에 결합된 인터포저 스프링(340)을 포함한다. 체결 칼라(380)는 위치를 측 방향(x와 y)으로 조정하기 위한 수단과 함께 스티프너(370)에 장착된다. 그러한 마운트는 마운트 위치에 작은 정도의 조정을 가능하게 하는 작은 간극을 스크류 홀에 구비한 스크류 마운트가 될 수 있다. x와 y 방향에서 마이크로미터 툴링(630)은 또한 마운팅 스크류의 조임 전에 체결 칼라(380)의 위치를 설정시 채용될 수 있다. 마이크로미터 툴링(630)은 조립 전에 기판(310)의 직각 위치와 방위를 조정하는 적어도 세 위치에서 기판(310) 상에 지지된다.

도19에 관해 하기 설명된 바와 같이 게이지(gauges) 또는 광학 수단과 같은 임의의 적절한 수단에 의해 조립 전의 정렬 공정 중에 평탄도가 측정될 수 있다.

전술된 바와 같이, 몇몇의 실시예에서, 하나의 큰 기판 대신에 프로브 기판의 다중 "타일들"을 갖는 것이 바람직하다. 도9는 기계식 상부 구조, 본 경우에는 체결 스티프너 링(370)에 고정된 다중 접촉기-지지 기판(310A)을 포함하는 프로브 카드 조립체를 도시한다. 접촉기 지지 기판(310A)은 일반적으로 접촉기 기판(310)보다 작은 것을 제외하고는 접촉기 기판(310)과 유사하다. 그러나 프로브 접촉 기(395)를 지지하는 기판을 제공하는 동일한 목적으로 작용한다. 도9와 이어지는 모든 도면에서 세 개의 데카르트 축들(Cartesian axes)은 도시된 바와 같이 나타냄을 인식하라. 데카르트 축에 관해, 회전 명명은 다음과 같다: 티핑은 x축을 중심으로 회전하는 것으로 정의된다; 틸팅(tilting)은 y축을 중심으로 한다; 요잉(yawing)은 z축을 중심으로 한다. 2차원 도면에 관해 이를 이해하는 것이 더 쉬울 것이다: 도9의 시야각으로부터, 티핑은 지면에 더 "매립된" 구조는 위로 티핑되고(tipped up) 지면에 근접한 구조는 아래로 티핑되는 것(tipped down)(또는 그 반대)을 의미한다. 틸팅은 지면의 왼쪽의 구조는 위로 틸팅되고(tilted up) 지면의 오른쪽의 구조는 아래로 틸팅되는 것(tilted down)(또는 그 반대)을 의미한다. 요잉은 왼쪽의 구조는 지면 밖으로 나오고, 오른쪽의 구조는 지면 속으로 들어가도록 회전함(또는 그 반대)을 의미한다.

제 위치에 지지 기둥(320)을 (기계식, 접착제, 연납땜 또는 더 상술될 유사한 수단에 의하여) 체결하기 전에, 후술될 체결 칼라(1020)는 프로브 카드 기준점(360)과, 한 기판(310A)으로부터 다른 기판(310A)까지에 대해 기판(310A)이 정확하게 위치되도록 하는 6 자유도(티핑, 틸팅, 회전, x, y, 및 z)를 각각 제공한다. 유연한 인터포저(340)는 스프링 핀 어레이, 스프링 어레이, ZIF 커넥터, 측 방향 인터포저, 고무화된 전도성 인터포저(rubberized conductive interposers) 및 기타 등등을 포함한, 본 기술 분야에서 공지된 임의의 인터포저가 될 수 있다. 유연한 인터포저(340)의 주된 정의는 고정 전의 정렬 중에 기판(310A)과 PCB(330) 사이에 운동의 필요한 범위를 수용하기 위해 충분한 유연성을 공급하면서 일대일 기 준으로 기판(310A)과 PCB(330)(단지 인쇄 회로 기판이 아닌, 임의의 종류의 다중층 배선 기판이 될 수 있다) 상의 대응 터미널 사이에 전기적 연결을 제공하는 것이다.

기판(310A) 자체는 프로브 카드 및 전자 패키징의 기술 분야에서 모두 공지된 세라믹[저온 동시 소성 유리-세라믹(Low Temperature Cofired Glass-Ceramics "LTCC"; 고온 동시 소성 세라믹(High Temperature Cofired Ceramics "HTCC"; 다중층 유기 공간 트랜스포머 "PCB" 또는 "MLO"; 유전체 코팅된 실리콘, 석영, 세라믹 등을 포함한 플러그드 비아 기판(Plugged via substrates)]을 포함하는 다중층 배선 기판이 될 수 있다. 기판의 유익한 특징은, 위에 프로브 접촉기(395)가 부착된 안정한 기계식 플랫폼; 상부 표면 상의 터미널들 사이의 전기적 연결, 하부 표면 또는 상부 표면상의 터미널들; 선택적으로, 어느 정도의 신호 재분배["공간 변형(space tranformation)"이라고도 불림]; 선택적으로 어느 정도의 접지(ground) 및 힘 면(power plane); 그리고 선택적으로, 우회 커패시터들(bypass capacitors) 및 또는 기판 또는 그 위에 부착된 것 중 어느 하나에 꼭 필요한 다른 수동 또는 능동 전자 부품을 제공한다는 것이다.

"스티프너 링"(370)은 PCB(330)에 강성(stiffness)을 제공하는 기계식 소자이다. 선택적으로, "데이텀(datum)" 또는 프로브 카드(330)를 장착하기 위한 (그리고 접촉기 팁의 위치가 참조되는) 기준면을 형성하는 마운팅 점(360)을 제공할 수 있다.

도10은 제안된 조립체의 또 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 상부 구조 또는 서브-마운트(1010)는 기판(310A)이 지지 기둥(1000)에 의해 부착되는 곳에 제공된다. 서브-마운트(1010)는 주 체결 칼라(1020)와, 기판(310A)에서 PCB(330)로 신호를 통과시키기 위하여 인터포저(340) 커넥터의 표면을 통한 개구를 용인하는 기계 가공된 특징을 구비하는 일반적으로 평평한 형상을 갖는다. 프로브 접촉기(395)의 개별 팁이 서로에 대해 최적합 면 내에, 그리고 서로에 대해 x와 y의 위치 내에 오도록 마운팅 공정 중에 기판(310A)이 서로 정렬된다. 이런 정렬은 후에 더 자세히 설명될 것이다. 후에 더 자세히 설명될, 주 지지 기둥(1000)과 주 체결 칼라(1010)의 구성에 의해 기판(310A)이 서브-마운트(1010)에 장착된다. 기판(310A)이 서로에 대해 정렬되고 서브-마운트(1010)(특정 테스터 환경에서의 테스트 중에 웨이퍼와 정합되기 위하여 열적으로 엔지니어링된 강한 재료로 만들어짐)에 부착되면, 서브-마운트(1010)는 프로브 카드(330) 기준면[기준 마운팅 점(360) 또는 PCB 그 자체의 면 중 하나에 의해 생성됨)과 같은 높이가 되고 제2 지지 기둥(320) 및 제2 체결 칼라(380)에 의해 제 위치에 고정된다. 일반적으로, 적어도 세 개 또는 보다 바람직하게 네 개의 지지 기둥(320) 및 제2 체결 칼라(380)를 이용하여 서브-마운트(1010)가 PCB(330)에 부착될 것이다.

현실 세계의 테스트 조건에서, 웨이퍼(1120)(도11 참조)는 프로브 카드 조립체 아래에 제공되는 프로버의 웨이퍼 척(1110) 상에서 가열된다. 프로브 카드 조립체 아래에 나타난다. 테스트 셀 내에 존재하는 열 전도도와 열 전달 조건 때문에, 프로브 카드를 통해 z 방향으로 웨이퍼 표면으로부터 자연적인 열 구배가 있다.

도11은 웨이퍼 척(1110)(대기 온도 이상의 이런 경우에)으로부터 시작해서 프로브 조립체를 통해 대기 온도에 더 가까운 테스트 헤드(1100)까지 진행하는 가능한 온도 프로파일을 개략적으로 도시한다. 척(1110) 온도 150℃의 예시 데이터는 130℃에서의 접촉기 기판(310A), 100℃에서의 서브 마운트(1010), 60℃에서의 프로브 카드 PCB(330) 상부 표면을 도시한다.

프로브 접촉기(395)는 웨이퍼(1120)의 프로브 패드에 정확하게 정렬되어야 하므로[+/- 5 마이크로미터(㎛)의 전형적인 공차로], 실리콘 웨이퍼와 열적으로 잘 정합되는 프로브 카드(330)를 제공하는 것이 바람직하다. 프로브 카드 조립체의 구조를 통한 열 구배는 열 정합을 달성하기에 복잡한 어려움이 있지만 열 팽창 엔지니어링 계산에 포함될 수 있다. 임의의 경우에, (웨이퍼가 일반적으로 실리콘으로 구성되기 때문에) 실리콘에 단단히 정합되는 접촉기 기판(310A)을 갖는 것이 일반적으로 바람직하다. 실리콘은 물론, 특정 세라믹, 금속, 유리-세라믹은 이런 요건을 충족시킨다. 서브-마운트(1010)는 포괄적인(또는 기판 대 기판) 정렬을 제공하기 때문에, 낮은 열 팽창 계수[Thermal Expansion Coefficient(TEC)]를 갖지만 서브-마운트(1010)의 중간 온도를 보상하기 위해 실리콘 및 세라믹의 온도보다는 다소 높은 서브-마운트 재료를 제공하는 것이 바람직하다[서브-마운트가 웨이퍼(112)보다 낮은 온도에 있으므로, 서브-마운트와 웨이퍼의 주어진 x-y 위치에서의 전체적인 길이 팽창을 같게 하기 위해 더 높은 TEC를 가져야만 한다]. 인터포저 부하(interposer loads)와 프로빙 부하(probing loads) 하의 굴곡(bowing) 또는 비틀림(warping)을 피하고 기계 가공 또는 제조의 용이함을 위해 추가적으로 바람 직한 특성은 기계적 강도이다. 스테인리스 스틸, 텅스텐 복합체, 다른 것들 중의 니켈 합금과 같은 특정 금속들은 이런 바람직한 특성들을 제공한다. 이용 가능하지만 덜 바람직한 다른 대안은 파우더 형태 세라믹 및 기계 가공성 세라믹을 포함한다.

주 체결 칼라(1020)와 지지 기둥(1000) 조립체의 기능은 기판(310A)을 서브-마운트(1010)[또는 때때로 경우에 따라 스티프너 링(370); 체결 칼라와 스티프너 링(370)의 다양한 특성을 설명하는 것에 관해, 용어 "스티프너 링"(370)과 "서브-마운트"(1010)는 서로 바꿔 사용될 수 있다)에 정확하고, 안정된 위치와 방위에 고정하는 수단을 제공하는 것이다. (적어도 세 개의 점이 면을 정의하기 위해 필요하다는 조건 하에) 세 개 이상의 칼라(1020)와 지지 기둥(1000) 세트들은 기판(310A)를 고정하기 위해 사용될 수 있다. 칼라/기둥(1020/1000)의 세트의 양호한 수는 기판(310A)의 모퉁이를 지지하는 각 하나씩, 기판(310A) 당 네 개이다. 주 체결 칼라(1020)는 기판(310A)의 위치 설정(positioning)에 6 자유도(티핑, 틸팅, 요잉, x, y, z)를 제공한다. 정렬 운동의 범위는 다양한 부품의 제조된 것과 같은 공차에 의해 결정된다. 전형적인 x, y 및 z의 범위는 약 50에서 100 마이크로미터(㎛)(이는 기판의 요잉 조정을 포함함)가 될 것이다. 티핑과 틸팅의 범위는 약 50 또는 100 아크-초(arc-seconds)가 될 것이다.

체결 칼라(1020)는 정렬 중에 서브-마운트(1010)에 대한 기판(310A)의 자유로운 움직임을 제공하고, 정렬되면 안정한 고정된 마운팅을 제공해야 한다. 필수적이지는 않지만 바람직하게는, 칼라(1020)와 스터드(1000) 조립체는 고정되면 기 계식 분해 또는 제거 및 대체 중의 하나에 의해 재작업될 수 있어야 한다.

다양한 체결 기구(1020)가 아래의 소구분에 설명된 몇몇 기능을 충족시키기 위해 사용될 수 있다.

도12는 접착성 체결 칼라(1020)를 도시한다. 기판(310A)을 기둥(1000)에 고정시키기 위해 나사 가공된 삽입부(1200)가 접촉기 기판(310A)(또는 존재한다면 기판 프레임) 상에 제공된다. 결합된 조립체가 유닛으로서 제거될 수 있도록 기둥(1000)과 삽입부(1200) 상의 나사산은 칼라 삽입부(1220) 상의 나사산과 정합한다. 칼라(1220)는 서브-마운트(1010) 또는 스티프너(370)[서브-마운트(1010)가 존재하는지 그렇지 않은지에 따라] 내로 나사 결합되고, x, y, 티핑 및 틸팅 운동에 필요한 완전한 범위를 위하여 내부의 직경과 지지 기둥의 외부 직경 사이에 충분한 간극을 제공한다. 예컨대, 기둥(1000)은 4 밀리미터(mm)의 외부 직경을 갖고, 칼라(1220)는 5 밀리미터(mm)의 내부 직경을 가질 수 있다. 고무 플렉스 시일[rubber flex seal(1210)]이 경화 전에 접착제(1240)를 누르기 위해 사용될 수 있다. 연납땜 또는 어떤 다른 결합 작용제[예컨대, 경납땜 금속(brazing metal)]가 사용되는 경우, 고무 시일(1210)은 필요하지 않을 수 있다.

툴링이 기둥의 꼭대기(1000)에 부착될 수 있도록 기둥의 꼭대기에 나사 가공된 홀(1230)이 제공되며, 툴링은 접촉기 기판(310A)과, 따라서 서브-마운트(1010) 또는 스티프너(370) 상의 몇몇 기계적 데이텀[기준점(360), 또는 PCB(330)의 면과 같은]에 대하여 공간에서 기판(310A) 상의 프로브 접촉기(395)의 프로브 팁이 정확하게 방위를 맞추는 데 사용된다. 그러한 직접적인 기판(310A) 유지가 체결 칼 라(1020)의 결합 또는 체결 이후에 원하지 않는 변형 및 변형 이완을 야기하는 기판(310A) 상의 힘(forces)을 줄 수 있기 때문에, 정렬 중에 접촉기 기판(310A) 그 자체를 유지하는 대안과 비교하여 이런 기둥의 꼭대기 툴링 점이 유리하다. 꼭대기로부터 기둥(1000)을 유지하는 것은 기판(310A) 상에 또한 원하지 않는 힘을 주지만, 툴링의 체결 및 제거 이후에 이 힘은 위치 내에 체결되고 이완되지 않을 것이다.

도13은 더 얇은 접착제(1240) 결합선과, (접착제 또는 연납땜이 고온에서 크립(creep)되고, 금속과 세라믹보다 높은 열 팽창 계수를 갖기 때문에) 따라서 개선된 열적 및 기계적 안정성을 제공하는 결합된 체결 칼라(1020)의 다른 실시예를 도시한다. 따라서 채용된 접착제(1240) 또는 결합 작용제의 두께를 최소화하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 슬라이딩 칼라[sliding collar(1310)]는 [마운팅 스크류(1300)에 의해 고정되기 전에 서브-마운트 공동(cavity)으로 슬라이딩함으로써] 정렬에 필요한 x와 y의 운동 범위를 용이하게 하고, 접착제(1240) 결합은 z 성분 및 조정 범위의 임의의 티핑과 틸팅을 맡는다. 와셔(1320)는 나사(1300)를 조일 때 발생하는 토오크(torque) 또는 교란(disturbance)으로부터 칼라(1220)를 분리하기 위해 첨가될 수 있다.

지지 기둥(1000)을 서브-마운트(1210)에 체결하는 것에 관하여 사용되는 체결 칼라(1020)의 전형적인 치수는 전체 직경으로 약 1 센티미터(cm)지만, 기능에 적절한 어떤 크기도 될 수 있다.

도14는 본 용례의 6 자유도를 구비한 기계식 체결 칼라(1020)의 대표적인 예 를 도시한다. 체결 콜릿(1400)은 마운팅 나사(1300)의 조임 이전에 x와 y의 방향으로 이동하는 것이 자유로운 반면, 콜릿 체결 칼라(1410)의 조임에 앞서 체결 콜릿(1400)은 기둥이 z, 티핑 및 틸팅으로 이동하게 하며, 체결 콜릿(1400)의 꼭대기를 기둥(1000)과의 단단한 결합으로 압착한다. 그러한 기계식 구성은 본 용례를 위해 채용될 수 있는 더 넓은 범위의 마운트 중 단 하나의 예시일 뿐이며, 분할 볼(split ball) 콜릿 구성 및 기타 등등, 기계식 설계의 기술 분야에 공지된 모든 것을 포함한다.

전술된 바와 같이 평탄화된 방식으로 서브-마운트(1010) 조립체를 프로브 카드(330)에 고정시키기 위해 제2 체결 칼라(380)와 핀(320)(도10에 도시된 바와 같음)이 사용된다. 제2 체결 칼라(380)의 구성은 전술되고 도4와 도7에 도시된 종류가 될 수 있거나, 또는 주 체결 핀(1020) 및 도12, 도13 그리고 도14에 도시된 것과 같은 방식으로 구성될 수 있다. 유사하게, 제2 핀(320)은 도4 또는 도7에 도시된 실시예 중의 하나가 될 수 있거나, 또한 도12에 도시된 실시예가 될 수도 있다.

프로브 카드가 웨이퍼(1120)에 접촉(touchdown)하는 동안 생성되는 수직(양의 z 방향) 힘에 대해 접촉기 기판(310A)을 추가적으로 지지하기 위해 수직 지지 핀(1500)(도15에 도시된 바와 같은)이 사용될 수 있다. 핀(1500)은 기판(310A)에 근접하게 접촉하지만 기판(310A)에 연결되지는 않는 평평한 단부의 도웰(dowel) 핀이 될 수 있다. 기판(310A)과 PCB(330) 사이의 인터포저(340) 연결에 필요한 영역을 방해하지 않도록 핀(1500)은 충분히 작은 직경이 될 수 있다. 예컨대, 핀(1500)이 스크라이브 스트리트(scribe street) 폭[웨이퍼를 스크라이빙 또는 다 이싱(dicing)하기 위한 웨이퍼 상의 인접한 다이(die) 사이의 영역]과 대체로 직경이 동일한 경우, 접촉기 기판(310A)의 중심 영역을 지지하기 위하여 주기적으로(periodic basis) 다이 사이의 모퉁이에 핀(1500)이 위치될 수 있다. 서로 또는 프로브 카드(330)에 대해 수직 지지 핀(1500)은 공간에서 기판(들)(310A)을 평탄화하는 역할을 하지 않는다는 것이 인식되어야 한다. 접촉기 어레이의 접촉 중에 개선된 평탄도가 유지될 수 있도록 핀(1500)은 단순히 수직 지지를 제공한다. 핀(1500)은 서브-마운트(1010) 내로 억지 끼워 맞춤되거나(press-fit), 서브-마운트(1010) 내로 나사 결합될 수 있다. 도15의 실시예는 서브-마운트(1010) 내로 나사 결합된 핀(1500)을 도시한다. 이런 경우에 핀(1500)은 기판(310A)의 표면에 거의 접촉할 때까지 아래로 나사 결합될 수 있다.

전형적으로 세라믹 또는 유리-세라믹인, 상대적으로 취성인 기판 재료(310A)에 지나치게 응력을 가하지 않고 기계적 정밀도 뿐만 아니라 우수한 열적 안정성도 제공하는 방식으로 지지 기둥(1000)은 기판(310A)에 부착될 수 있다. 지지 기둥(1000)의 교체를 위해 용이한 제거가 가능한 방식으로 지지 기둥(1000)이 기판(310A)에 부착될 수 있는 것도 또한 유익하다. 그러한 한 부착 수단이 도16에 도시된다.

도16에서, 기판 마운트 삽입부(1600)는 접촉기 기판(310A)의 인터포저 측면 표면의 블라인드 홀(blind hole) 내로 결합된다. 본 기술 분야에 공지된 다른 부착 기술 뿐만 아니라, 접착제, 유리, 연납땜, 또는 경납땜으로 결합이 형성될 수 있다. 삽입부(1600)는 금속 또는 세라믹으로 될 수 있지만, 기계 가공성과 강도를 위해 금속이 양호하다. 가능한 금속은 스테인리스 스틸, 인바(Invar), 코바(Covar), 스틸, 황동(Brass) 등을 포함한다. 일 실시예에서, 기둥 샤프트(1000)가 [삽입부(1600)의 나사 가공된 영역(1620)과 기둥(1000)의 나사 가공된 단부(1640)를 이용하여] 삽입부(1600) 내로 나사 결합될 때, 확실하게 안정한 체결 위치를 제공하기 위하여 삽입부(1600)는 기둥 샤프트(1000)의 단부 상의 정합 특성부(1630)에 정합하는 원추형 시트 표면(1610)과 같은 특성부를 갖는다. 다른 구성이 파는 것과 같이 사용될 수 있지만, 설명된 것은 바람직한 특징을 예시한다.

더 넓은 작동 프로브의 영역(active probable area)을 제공하기 위하여 네 개의 기판(310A)이 서브-마운트(1010)에 조립될 수 있다. 웨이퍼(1120) 상의 모든 다이가 다이의 열 또는 행을 빠뜨리지 않고 동시에 프로브될 수 있도록 네 기판(310A)이 서로 근접하여 맞닿는 것이 바람직하다. 이런 단부를 달성하기 위하여, 프로브 접촉기(395)는 각각의 기판(310A)의 두 내부 에지에 매우 근접하여 위치된다. 게다가, 프로브 접촉기(395)가 어떤 식으로든 기판(310A)으로 돌출하지 않는다고 가정하면, 인접한 기판들(310A) 사이의 거리는 스크라이브 스트리트 폭[폭이 약 100 마이크로미터(㎛)임]보다 좁다. 이는 프로브 접촉기(395)가 기판(310A) 상에 제조된 후에 다이싱이 전형적으로 수행될 프로브 접촉기(395)에 근접한 기판(310A)을 다이싱[다이아몬드 휠 커팅(diamond wheel cutting)]함으로써 달성될 수 있다.

프로브 힘(probing forces)이 기판(310A)의 원하지 않는 변형을 야기하지 않도록 기판(310A)이 적절히 지지될 필요가 있다는 또 다른 문제가 발생한다. 실제 로, 기판(310A)의 각 에지 상의 적어도 한 위치에 그러한 지지가 필요하다. 따라서, 기판(310A) 당 적어도 네 위치에 지지 기둥(1000)이 부착되어야 한다. 그 결과, 중심 지지부(들)(1000)의 위치[프로빙 영역의 에지 근처의 기둥(1000)과는 대조적으로 프로빙 영역의 "중간"에 위치될 기둥(1000)]는 기둥이 인터포저 접촉부(1810)(도18 참조)를 방해하지 않도록 제공되어야만 한다. 이는 프로브 기판(310A)으로 스페이스-트랜스포머(space-transformer)를 사용하고, 도17에 도시된 바와 같이 중심에서 떨어진 프로브 접촉기(395)로부터 인터포저 접촉부(1810)로 대각선 방식으로 신호 트레이스(signal traces)를 라우팅(routing)함으로써 성취될 수 있다.

도17은 분할된 조립체에 있는 것과 같이 방위를 취한 네 개의 기판 세그먼트들[segments(310A)]을 도시한다. 서브-마운트(1010)는 명확함을 위해 도시되지 않는다. 도17에서 시야는 기판(310A)의 프로브 접촉기(395) 측면으로부터이다. 프로브 작동 영역[Probe Active Area(1710)]은 각 기판(310A)의 두 내부 에지로 완전히 연장되는 고체 사각형(solid square)으로 도시된다. 점선은 기판(310A)의 다른 측면 상의 인터포저 접촉 영역(1720)을 도시하며, 벡터(1700) 거리와 방향을 라우팅함으로써 대각선으로 오프셋(offset)된다. 이런 오프셋 라우팅은 기판(310A)의 인터포저 측면 상의 점선 원으로 도시된 내부 기판 마운트 삽입부(들)(1600)에 방(room)을 제공한다.

도18은 조립된 것과 같은 두 기판의 내부 모퉁이를 근접하여 도시하며, 기둥(1000)이 프로브 접촉기(395)로부터 인터포저 접촉부(1810)로의 트레이스를 방해 하지 않는 것을 예시한다.

분할된 프로브 카드를 조립하는 공정에서, 서로 및 서브-마운트(1010)에 대해 기판 세그먼트(310A)를 공간에 정렬하는 것이 필요하다. 서브-마운트(1010)에 대한 정렬 공차는 상대적으로 크고, 유연성과 인터포저(340)의 범위[약 +/- 100 마이크로미터(㎛)]에 의해 정해진다. 한 기판 세그먼트(310A)와 서로 접한 기판 세그먼트(310A) 사이의 정렬 공차는 극히 미세하며, 조립된 프로브 카드의 팁 위치 정확성 사양에 의해 정해진다. 전형적으로 기판 대 기판 정렬은 임의의 프로브 접촉기(395)의 팁에서부터 프로브 접촉기(395)의 임의의 다른 팁까지 측정된 것과 같은 +/- 5 마이크로미터(㎛)인 상대적인 x와 y의 위치 공차, 그리고 10 마이크로미터(㎛)인 z 위치 공차를 수용한다.

그러한 정렬을 수행함에 있어, 마스터 기준(master reference)으로서 유리 마스크(1900)(도19 참조)를 사용하는 것이 도움이 될 수 있다. 프로브 접촉기(395)의 특정 팁에서 유리를 통해 조사하는(looking up) 카메라 현미경을 구비한 조립체에서 마스크(1900)는 기판(310A) 아래에 위치되고, 양호하게는 각각의 기판(310A)의 모퉁이에 위치된다. 정렬에 사용되기 위하여 유리 마스크(1900)는 프로브 접촉기(395)의 팁의 이상적인 위치에서 정렬 기준 마크[전형적으로 유리 위에 크롬 박막 패터(patters)]를 갖는다. 정렬 마스터로서 마스크(1900)의 사용에 대한 대안은 미쓰토요(Mitutoyo) 모델 QV-404와 같은 광 좌표 측정 시스템(optical coordinate measurement system)을 사용하는 것이다.

정렬과 서브-마운트로의 기판의 장착은 하기의 순서대로 성취될 수 있다.

1. 서브-마운트(1010)를 x, y, 티핑, 틸팅, 요잉, 그리고 z에서 마스크(1900)로 넓게 정렬(+/- 50 마이크로미터(㎛)의 공차로)한다.

2. 한 기판(310A)의 프로브 접촉기(395) 팁 패턴을 x, y, 티핑, 틸팅, 요잉, 그리고 z에서 마스크(1900) 상의 대응하는 기준으로 미세하게 정렬한다. 이는 하기 설명된 바와 같이 카메라(1910)와 6축 매니퓰레이터[6-axis manipulator(1930)]를 사용하여 양호하게 행해질 수 있다.

3. 주 체결 칼라(1020)를 정렬된 기판(310A)에 결합 또는 체결한다.

4. 나머지 모든 기판들(310A)에 대해 단계 2-3을 반복한다.

정렬 툴링은 도19에 도시된 소자들로 구성된다. 물론 다른 구성도 가능하며, 특허 청구 범위에 제한되지 않는다.

프로브 접촉기(395)의 정렬된 팁과 약 5 마이크로미터(㎛)로 위치 설정한 마스크(1900) 기준 마크를 해상하기 위하여 카메라(1910)는 충분한 배율의 상방 조사(upward looking) 현미경 카메라이다. 모든 6축에 기판(310A)을 위치시키기 위해 기판(310A) 위치당 적어도 세 대의 카메라가 사용된다(각 카메라는 주어진 위치에서 마스크 기준으로 x, y 및 z 정렬을 제공한다). 정렬 마스크(1900)는 이미 설명된 바와 같이 기준 마크를 제외하고 투명하다. 기판 서브-마운트(1010)는 정렬 마스크(1900) 및 카메라(1910)와 같이 동일한 지지 툴링에 고정된다. 정렬된 제1 기판(310A)은 기판 손잡이 웨브[substrate handle web(1920)] 또는 기판 마운팅 기둥(1000)의 꼭대기를 손잡이(1920)에 부착시킴에 의한 판에 클램핑된다. 손잡이(1920)는 6축 매니퓰레이터 스테이지(1930)에 고정되고, 이미 설명한 바와 같이 마스크(1900)에 대해 위치 내로 이동된다. 마지막으로, 기둥(1000)이 서브-마운트(1010)에 결합되고, 다음 기판(310A)이 정렬된다. 기준에 대해 두 개의 대각선으로 대향한 팁의 x와 y의 위치 에러를 최소화함으로써, x, y 및 요잉 축이 정렬될 수 있다. 티핑, 틸팅 및 z축은 기판(310A)상의 프로브 접촉기(395)의 세 팁(면을 정의하는 세 팁)의 z 위치 에러를 최소화함으로써 정렬될 수 있다. z팁 위치는 현미경 초점(충분히 고배율에서, 초점은 수 마이크론 이내에서 팁 위치를 찾기 위해 사용될 수 있다)을 통해 결정될 수 있다. z팁 위치를 찾는 대체 방법은 접촉점에서의 간섭 무늬(interference fringe)를 보여줄 유리 마스크(1900)에 접촉하는 빛과, 마스크(1900)상의 에너지가 가해진 접촉 패드로의 프로브 접촉기(395)의 팁의 전기적 접촉을 포함한다. 정렬 공정에 대한 본 설명은 단지 예시이며, 정렬을 수행하기 위해 다른 방법도 사용될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.

상기의 설명은 본 발명의 특정 실시예를 참조하는 것이지만, 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않고 많은 대체, 수정 및 변경이 가해질 수 있음이 이해될 것이다. 첨부된 특허 청구 범위는 본 발명의 실제 범위와 기술 사상 내에서 행해진 것과 같은 그러한 대체, 수정 및 변경을 기꺼이 받아들인다. 현재 개시된 실시예는 그러므로 모든 태양에서 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 고려되고, 앞서 말한 설명보다는 첨부된 특허 청구 범위에 의해 나타난 본 발명의 범위로 고려되며, 특허 청구 범위의 의미와 등가성 범위 내에서 가해진 모든 변경은 그러므로 기꺼이 받아들여진다.

Claims (95)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제
27. 삭제
28. 삭제
29. 삭제
30. 삭제
31. 삭제
32. 삭제
33. 프로브 카드 조립체이며,

    제1 복수의 프로브 접촉기 팁을 갖는 제1 프로브 접촉기 기판과 제2 복수의 프로브 접촉기 팁을 갖는 제2 프로브 접촉기 기판과,

    프로브 카드 배선 기판과,

    제1 프로브 접촉기 기판과 프로브 카드 배선 기판 사이에 배치되고, 제1 프로브 접촉기 기판과 프로브 카드 배선 기판에 전기적으로 결합된 인터포저와,

    프로브 카드 배선 기판과 제1 및 제2 프로브 접촉기 기판 사이에 배치된 서브-마운트와,

    제1 프로브 접촉기 기판을 조정하고, 고정될 때까지 x-축, y-축 및 z-축을 따라, 그리고 틸팅, 티핑 및 요잉을 위해 조정할 수 있는 제1 지지 기둥과,

    서브-마운트에 결합되며, 제1 복수의 프로브 접촉기 팁의 한 면이 제2 복수의 프로브 접촉기 팁의 한 면과 동일 평면상에 있게 되는 위치인 고정 위치에 제1 지지 기둥의 단부를 확고하게 고정하기 위한 제1 로크와,

    고정될 때까지 수직으로 조정할 수 있으며, 서브-마운트를 수직으로 조정하기 위한 제2 지지 기둥과,

    마운팅 구조에 결합되며, 제1 복수의 프로브 접촉기 팁의 한 면이 사전 결정된 기준면과 평행하게 되는 위치인 고정 위치에 제2 지지 기둥의 단부를 고정하기 위한 제2 로크를 포함하는 프로브 카드 조립체.
34. 제33항에 있어서, 제1 지지 기둥을 고정 위치에 확고하게 고정하기 전에 제1 로크는 제1 지지 기둥이 x-축, y-축 및 z-축을 따라 그리고 티핑, 틸팅 및 요잉을 위해 이동될 수 있게 하는 프로브 카드 조립체.
35. 제34항에 있어서, 제1 로크는 제1 지지 기둥이 x축, y축 및 z축을 따라서 50 마이크로미터(㎛) 이동될 수 있게 하는 프로브 카드 조립체.
36. 제34항에 있어서, 제1 로크는 제1 지지 기둥이 x축, y축 및 z축을 따라서 100 마이크로미터(㎛) 이동될 수 있게 하는 프로브 카드 조립체.
37. 제34항에 있어서, 제1 로크는 제1 지지 기둥이 100 아크-초(arc-seconds) 티핑되거나 틸팅되게 하는 프로브 카드 조립체.
38. 제34항에 있어서, 제1 로크는 제1 지지 기둥이 50 아크-초(arc-seconds) 티핑되거나 틸팅되게 하는 프로브 카드 조립체.
39. 제33항에 있어서, 기준면이 프로브 카드 배선 기판의 한 면인 프로브 카드 조립체.
40. 제33항에 있어서, 기준면이 복수의 기준점에 의해 결정된 한 면인 프로브 카드 조립체.
41. 제33항에 있어서, 제2 지지 기둥은 기준면에 관해서 서브-마운트의 각 오정렬을 수용하기 위한 가요성 구역을 포함하는 프로브 카드 조립체.
42. 제41항에 있어서, 가요성 구역이 지지 기둥의 가늘어진 부분인 프로브 카드 조립체.
43. 제41항에 있어서, 가요성 구역이 스프링 소자인 프로브 카드 조립체.
44. 제33항에 있어서, 제1 로크가 세트 스크류 체결 칼라인 프로브 카드 조립체.
45. 제44항에 있어서, 세트 스크류 체결 칼라는 구멍을 갖는 지지 칼라를 포함하며, 지지 기둥의 수직 위치를 고정식으로 부착하기 위한 세트 스크류를 구멍을 통해 수용하는 프로브 카드 조립체.
46. 제33항에 있어서, 로크가 콜릿을 포함하는 프로브 카드 조립체.
47. 제33항에 있어서, 제1 로크가 접착 결합된 체결 칼라인 프로브 카드 조립체.
48. 삭제
49. 삭제
50. 제33항에 있어서, 제1 지지 기둥이 프로브 접촉기 기판에 결합된 프로브 카드 조립체.
51. 제33항에 있어서, 제1 지지 기둥이 제1 로크에 의해 확고하게 고정된 후에 제1 지지 기둥과 제1 로크가 프로브 카드 조립체로부터 제거될 수 있는 프로브 카드 조립체.
52. 프로브 카드 조립체이며,

    제1 복수의 프로브 접촉기 팁을 갖는 제1 프로브 접촉기 기판과 제2 복수의 프로브 접촉기 팁을 갖는 제2 프로브 접촉기 기판과,

    프로브 카드 배선 기판과,

    제1 프로브 접촉기 기판과 프로브 카드 배선 기판 사이에 배치되고, 제1 프로브 접촉기 기판과 프로브 카드 배선 기판에 전기적으로 결합된 인터포저와,

    제1 프로브 접촉기 기판과 접촉하며, 고정될 때까지 x-축, y-축 및 z-축을 따라 그리고 틸팅, 티핑 및 요잉을 위해 조정할 수 있는 제1 지지 구조와,

    고정 위치에 제1 지지 구조의 단부를 고정하기 위한 제1 로크를 포함하는 프로브 카드 조립체.
53. 제52항에 있어서, 제1 지지 구조를 고정 위치에 확고하게 고정하기 전에 제1 로크는 제1 지지 구조가 x-축, y-축 및 z-축을 따라 그리고 틸팅, 티핑 및 요잉을 위해 조정될 수 있게 하는 프로브 카드 조립체.
54. 제53항에 있어서, 제1 로크는 제1 지지 구조가 x축, y축 및 z축을 따라서 50 마이크로미터(㎛) 이동될 수 있게 하는 프로브 카드 조립체.
55. 삭제
56. 삭제
57. 제53항에 있어서, 제1 로크는 제1 지지 구조가 x축, y축 및 z축을 따라서 100 마이크로미터(㎛) 이동될 수 있게 하는 프로브 카드 조립체.
58. 제53항에 있어서, 제1 로크는 제1 지지 구조가 100 아크-초(arc-seconds) 티핑되거나 틸팅되게 하는 프로브 카드 조립체.
59. 제53항에 있어서, 제1 로크는 제1 지지 구조가 50 아크-초(arc-seconds) 티핑되거나 틸팅되게 하는 프로브 카드 조립체.
60. 제52항에 있어서, 서브-마운트를 추가로 포함하고, 제1 로크가 서브-마운트에 제거될 수 있게 결합된 프로브 카드 조립체.
61. 제60항에 있어서, 서브-마운트를 수직으로 조정하기 위한 제2 지지 구조를 추가로 포함하고, 제2 지지 구조는 기준면에 관해서 서브-마운트의 각 오정렬을 수용하기 위한 가요성 구역을 포함하는 프로브 카드 조립체.
62. 제61항에 있어서, 가요성 구역이 지지 구조의 가늘어진 부분인 프로브 카드 조립체.
63. 제61항에 있어서, 가요성 구역이 스프링 소자인 프로브 카드 조립체.
64. 제52항에 있어서, 제1 로크가 세트 스크류 체결 칼라인 프로브 카드 조립체.
65. 삭제
66. 제64항에 있어서, 세트 스크류 체결 칼라는 구멍을 갖는 지지 칼라를 포함하며, 지지 구조의 수직 위치를 고정식으로 부착하기 위한 세트 스크류를 구멍을 통해 수용하는 프로브 카드 조립체.
67. 제52항에 있어서, 로크가 콜릿을 포함하는 프로브 카드 조립체.
68. 제52항에 있어서, 제1 로크가 접착 결합된 체결 칼라인 프로브 카드 조립체.
69. 제52항에 있어서, 제1 지지 구조가 프로브 접촉기 기판에 결합된 프로브 카드 조립체.
70. 제52항에 있어서, 제1 지지 구조가 제1 로크에 의해 확고하게 고정된 후에 제1 지지 구조와 제1 로크가 프로브 카드 조립체로부터 제거될 수 있는 프로브 카드 조립체.
71. 제52항에 있어서, 제1 로크가 프로브 카드 배선 기판에 제거될 수 있게 결합된 프로브 카드 조립체.
72. 제52항에 있어서, 프로브 카드 배선 기판에 결합된 스티프너를 추가로 포함하는 프로브 카드 조립체.
73. 제72항에 있어서, 제1 로크가 스티프너에 제거될 수 있게 결합된 프로브 카드 조립체.
74. 제52항에 있어서, 고정 위치는 제1 복수의 프로브 접촉기 팁의 한 면이 제2 복수의 프로브 접촉기 팁의 한 면과 동일 평면상에 있게 되는 위치인 프로브 카드 조립체.
75. 제52항에 있어서, 고정 위치는 제1 복수의 프로브 접촉기 팁의 한 면이 제2 복수의 프로브 접촉기 팁의 한 면과 동일 평면상에 있게 되고, 제1 복수의 프로브 접촉기 팁의 한 면이 기준면에 평행하게 되는 위치인 프로브 카드 조립체.
76. 제75항에 있어서, 기준면이 프로브 카드 배선 기판의 한 면인 프로브 카드 조립체.
77. 제75항에 있어서, 기준면이 복수의 기준점에 의해 결정되는 프로브 카드 조립체.
78. 삭제
79. 삭제
80. 삭제
81. 삭제
82. 삭제
83. 삭제
84. 삭제
85. 삭제
86. 삭제
87. 삭제
88. 삭제
89. 삭제
90. 삭제
91. 삭제
92. 삭제
93. 삭제
94. 삭제
95. 삭제

Images