KR101729069B1

KR101729069B1 - 방열구가 형성된 배럴을 구비한 프로브

Info

Publication number: KR101729069B1
Application number: KR1020150179106A
Authority: KR
Inventors: 백병선; 신세훈; 표창률; 김학준
Original assignee: 주식회사 새한마이크로텍
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2017-05-02

Abstract

본 발명은 반도체, 디스플레이 등의 검사대상의 제작 도중 또는 제작 후에 검사대상의 성능을 확인하기 위해 검사대상과 테스트 장비를 전기적으로 연결 시켜주는 프로브 카드에 설치되는 프로브에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 일단이 검사 대상물의 단자와 접속되는 플런저와, 상기 플런저의 일부를 수용하는 원통형 배럴을 포함하며, 상기 배럴에는, 상기 배럴의 벽면의 일부가 나선형으로 제거되어 형성된 스프링 스트랩에 의한 적어도 하나의 스프링부가 형성되며, 상기 플런저의 일부가 상기 배럴의 일부에 접합된 프로브에 있어서, 상기 배럴에는 프로브에서 발생한 열을 외부로 방출하기 위한 방열구가 형성된 것을 특징으로 하는 프로브가 제공된다.

Description

방열구가 형성된 배럴을 구비한 프로브{A probe having a barrel with heat release holes}

본 발명은 반도체, 디스플레이 등의 검사대상의 제작 도중 또는 제작 후에 검사대상의 성능을 확인하기 위해 검사대상과 테스트 장비를 전기적으로 연결 시켜주는 프로브 카드에 설치되는 프로브에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 스프링부가 일체로 형성되어 있는 배럴과 배럴에 접합된 플런저를 구비하는 프로브에 관한 것이다.

프로브 카드는 복수의 프로브를 구비한다. 프로브는 일정한 압력이 가해진 상태에서 검사대상의 단자와 테스트 장비의 단자에 일시적으로 접속되어, 검사대상의 단자와 테스트 장비의 단자 사이에 전기신호를 전달한다.

프로브 카드를 이용하여 측정되는 검사대상으로는 인쇄회로기판, 디스플레이용 전극판, 반도체 패키지용 기판, 반도체 웨이퍼, 반도체칩 등이 있다.

검사대상의 종류에 따라서 다양한 형태의 프로브가 사용되고 있으며, 등록특허 10-1321355, 등록특허 10-1365095, 공개특허 10-2013-0105326에는 전도성이 있는 원기둥형태의 플런저와, 플런저를 감싸는 원통형 배럴을 구비한 프로브가 개시되어 있다. 원통형 배럴에는 하나 또는 두 개의 스프링부가 형성되어 있으며, 이 스프링부의 탄성력에 의해서 프로브의 끝단이 단자에 가압되어 프로브와 단자가 접촉된다.

반도체 집적화에 따라서 프로브의 크기는 점점 작아지며, 반대로 프로브에 요구되는 한계 전류 값은 증가하고 있어서, 대책이 요구되고 있다. 현재 사용되고 있는 프로브에 현재 요구되고 있는 수준의 전류를 흘리면, 심한 경우에는 줄열에 의해서 프로브가 녹아 버리는 현상이 발생한다. 또한, 금속은 온도가 증가하면, 저항이 커지므로, 발열에 의한 전기저항이 증가하여 프로브에 흐르는 전류 값이 감소할 수도 있다. 만약, 같은 전류가 흐른다면, 증가한 저항에 의해서, 발열이 더 심해지고, 발열에 의해서 저항이 다시 증가하는 악순환이 일어날 수 있다.

등록특허 10-1321355 등록특허 10-1365095 공개특허 10-2013-0105326

본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 발열 문제가 개선된 프로브를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 향상된 한계 전류 값을 갖는 프로브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 일단이 검사 대상물의 단자와 접속되는 플런저와, 상기 플런저의 일부를 수용하는 원통형 배럴을 포함하며, 상기 배럴에는, 상기 배럴의 벽면의 일부가 나선형으로 제거되어 형성된 스프링 스트랩에 의한 적어도 하나의 스프링부가 형성되며, 상기 플런저의 일부가 상기 배럴의 일부에 접합된 프로브에 있어서, 상기 배럴에는 프로브에서 발생한 열을 외부로 방출하기 위한 방열구가 형성된 것을 특징으로 하는 프로브가 제공된다.

상기 방열구는 상기 배럴의 길이방향을 따라서 배치된 복수의 원통형 관통구멍, 상기 배럴의 길이방향을 따라서 길게 형성된 슬릿, 상기 배럴의 길이방향과 경사진 슬릿을 포함할 수 있다.

상기 스프링부의 스프링 스트랩 사이의 간격(c)과 스프링 스트랩의 폭(w)의 비는 3:7 내지 7:3인 것이 바람직하다. 또한, 스프링 스트랩의 폭(w)은 배럴의 외경(d)의 0.5 내지 1배인 것이 바람직하다

또한, 상기 스트랩은 폭이 일정한 몸체부와, 몸체부와 상기 배럴의 단면을 연결하는 전이부를 포함하며, 상기 전이부는 상기 배럴에 흐르는 전류의 전류 밀도가 급격하게 변화하는 것을 방지하기 위해, 상기 배럴의 단면과 상기 몸체부가 예각으로 만나는 공간을 채우는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전이부는 오목한 곡면을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전이부의 오목한 곡면의 곡률 반경은 상기 스프링 스프랩의 폭(w)의 0.3 내지 0.8배인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 프로브는 방열구를 통해서 열을 방출할 수 있으므로, 향상된 한계 전류 값을 가질 수 있다. 또한, 일부 실시예의 경우에는 스프링부와 배럴의 단면이 서로 만나는 부분에 전이부를 형성하여, 열이 집중되는 것을 방지하여, 향상된 전류 값을 가질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 프로브의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 프로브의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 프로브의 일부를 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 프로브의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 프로브의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태들로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 더욱 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.

도 1은 본 발명에 따른 프로브의 일실시예를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프로브의 일실시예는 플런저(10)와 배럴(20)을 포함한다. 배럴(20)의 외부로 노출된 플런저(10)의 일단(11)을 반도체, 디스플레이 등의 검사대상의 단자에 전기적으로 접속시키고, 배럴(20)의 반대쪽 끝단(26)을 테스트 장비의 단자와 전기적으로 접속시켜 검사대상의 전기적 특성을 검사한다.

플런저(10)는 원기둥 형태의 도체이다. 플런저(10)는 텅스텐, 탄소강, Cu 합금, Pd 합금, Au 합금 등으로 이루어질 수 있다. 본 실시예에 있어서, 플런저(10)의 길이는 대략 3.7㎜이고, 지름은 대략 32㎛일 수 있다. 이들 값은 일례에 불과한 것으로서, 플런저(10)의 치수가 이들 값으로 한정되는 것은 아니다. 검사대상의 단자와 접속되는, 플런저(10)의 노출된 선단(11)은 다양한 형태일 수 있다. 도 1에는 플런저(10)의 선단(11)이 평평한 것으로 도시되 있으나, 끝단으로 진행할수록 지름이 작아지는 원뿔 또는 바늘 형태일 수도 있으며, 뭉뚝한 형태일 수도 있다.

플런저(10)는 배럴(20)의 내부에 삽입되어 있으며, 플런저(10)의 선단(11)은 배럴(20)의 외부로 노출되어 있다. 플런저(10)는, 플런저(10)가 후퇴하였을 때, 플런저(10)의 타단이 배럴(20)의 외부로 노출되지 않을 정도로 배럴(20)의 내부에 삽입된다. 플런저(10)가 후퇴하였을 때, 플런저(10)의 타단이 외부로 노출되면, 플런저(10)의 양단이 각각 검사대상의 단자 및 검사장치의 단자에 접속되어 배럴(20)의 스프링부가 작용할 수 없기 때문이다.

배럴(20)은 대체로 원통형인 도체이다. 배럴(20)은 길이방향으로 따라서 순서대로 고정부(21), 제1스프링부(22), 연결부(23), 제2스프링부(24), 접속부(25)를 구비한다. 고정부(21)는 대략 0.6㎜, 제1스프링부(22)는 0.85㎜, 연결부(23)는 0.31㎜, 제2스프링부(24)는 0.85㎜, 접속부(25)는 0.69㎜일 수 있다. 플런저(10)가 배럴(20)의 내부에서 자유롭게 직선 이동할 수 있도록, 배럴(20)의 내경은 플런저(10)의 지름에 비해서 2㎛ 정도 큰 것이 바람직하다. 물론 이러한 수치는 일례에 불과한 것으로서, 배럴(20)의 치수가 이들 값으로 한정되는 것은 아니다. 배럴(20)은 니켈, 니켈 합금, 금 도금된 니켈 등으로 이루어질 수 있다. 인접하는 프로브와의 단락을 방지하기 위해서 배럴(20)의 외주면에는 절연막이 피복될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 플런저(10)와 배럴(20)은 고정부(21)에서 서로 접합된다. 플런저(10)와 배럴(20)은 스팟 용접에 의해서 서로 접합될 수 있다. 플런저(10)와 배럴(20)은 스팟 용접부(12)를 통해서 전기적 및 기계적으로 연결된다. 따라서 배럴(20)의 고정부(21)는 플런저(10)와 함께 이동한다.

제1스프링부(22)와 제2스프링부(24)는 배럴(20)의 벽면의 일부를 나선형으로 제거함으로써 형성된다. 제1스프링부(22)와 제2스프링부(24)는 가늘고 긴 판 형태의 스프링 스트랩(27)을 나선 모양으로 감은 형태이다. 제1스프링부(22)와 제2스프링부(24)는 각각 6~12 턴 정도이며, 서로 반대방향으로 감겨 있는 것이 바람직하다. 스프링부가 압축되면서, 축선을 따라 선회하므로, 제1스프링부(22)와 제2스프링부(24)가 서로 같은 방향으로 감겨 있으면, 플런저(10)가 검사대상의 단자 표면을 긁어 내면서 이동할 수 있기 때문이다. 서로 반대 방향으로 감겨 있으면, 제1스프링부(22)와 제2스프링부(24)가 서로 반대방향으로 선회하므로, 플런저(10)가 선회하지 않는다. 제1스프링부(22)와 제2스프링부(24)를 형성하는 방법에 대해서는 이후에 다시 설명한다.

도 3을 참고하면, 압력이 가해지지 않은 상태의 자유길이를 기준으로 할 때, 제1스프링부(22)와 제2스프링부(24)의 스프링 스트랩(27) 사이의 간격(c)와 스프링 스트랩(27)의 폭(w)의 비는 3:7 내지 7:3인 것이 바람직하다. 스프링 스트랩(27) 사이의 간격(c)이 너무 좁으면, 방열이 어렵기 때문이다. 또한, 스프링 스트랩(27)의 폭(w)은 배럴(20)의 외경(d)의 0.5 내지 1배인 것이 바람직하다. 스프링 스트랩(27)의 폭(w)이 너무 작으면, 스프링 스트랩(27)의 단면적 감소로 전류밀도가 증가하여 발열이 심할 수 있다.

도 3을 계속 참고하면, 제2스프링부(24)의 스프링 스트랩(27)은 접속부(25)의 끝단 단면에서 접속부(25)의 수평면인 접속부(25)의 단면과 예각(나선각)을 이루면서 연결된다. 이 부분은 단면적이 급격하게 감소하는 부분으로서, 전류밀도가 높기 때문에 열이 많이 발생할 수 있다. 본 실시예에서는 단면적이 급격하게 변화하는 것을 방지하기 위해, 스프링 스트랩(27)이 전이부(272)를 구비한다. 즉, 스프링 스트랩(27)은 그 폭이 일정한 몸체부(271)와 몸체부(271)와 배럴(20)의 접속부(25)를 연결하는 전이부(272)를 포함한다. 전이부(272)는 스프링 스트랩(27)과 접속부(25)의 단면 사이에 형성되는 공간을 오목한 곡면(273)이 형성되도록 메운다. 즉, 전이부(272)는 전류가 흐르는 단면적이 순차적으로 변화하여 스프링 스트랩(27)과 접속부(25)의 끝단의 연결된 부분에서 전류밀도가 급격히 상승하는 것을 방지한다. 오목한 곡면(273)의 곡률 반경은 스트랩 폭(w)의 0.3 내지 0.8배 정도인 것이 바람직하다.

제2스프링부(24)의 몸체부(28)와 배럴(20)의 연결부(23) 역시 전이부(272)를 통해서 연결되며, 제1스프링부(24)도 같은 방식으로 연결부(23) 및 고정부(21)와 연결된다.

다시 도 1을 참고하면, 제1스프링부(22)와 제2스프링부(24)의 사이에 배치되는 원통형의 연결부(23)에는 열을 방출하기 위한 방열구(30)가 형성된다. 제1스프링부(22)와 제2스프링부(24)는 일정한 피치로 감겨있는 스프링 스트랩(27)으로 이루어지므로. 열이 배출될 수 있는 공간이 생기지만, 방열구(30)가 형성되지 않은 종래의 연결부는 밀폐되어 있어서, 상대적으로 열의 방출이 어려웠다. 본 실시예에서는 연결부(23)에 방열구(30)를 형성하여, 연결부(23)에 열이 집중되는 것을 방지할 수 있다.

방열구(30)는 프로브의 대칭성을 유지하기 위해서 서로 대향하는 위치에 쌍으로 형성된다. 본 실시예에서 방열구(30)는 프로브의 길이 방향에 대해서 경사진 슬릿형태이다. 슬릿은 연결부(23)의 반대편에 위치하는 대향면에도 형성된다. 결국, 한 쌍의 슬릿은 X자 형태를 이룬다. 슬릿은 본 실시예와 같이, 길이방향 양단이 곡선으로 이루어진 캡슐 형태일 수 있으며, 타원형이나, 직사각형 형태일 수도 있다.

접속부(25)는 테스트 장비의 단자와 접속된다. 배럴(20)에 절연층을 형성할 경우 접속부(25)의 끝단(26)의 표면은 제외하고 절연층을 형성하여야 한다.

이하에서는 배럴(20)을 제조하는 방법에 대해서 설명한다. 배럴(20)의 제조방법은 공지기술이므로 간단히 설명한다.

먼저, 원통형 코어의 표면에 니켈도금 층을 형성한다.

그리고 니켈도금 층의 외주면에 절연막을 형성한다.

다음, 레이저를 이용하여 나선형으로 절연막을 제거한다. 동시에 방열구(30)에 해당되는 부분의 절연막도 함께 제거한다.

다음, 에칭을 통해서 절연막이 제거된 부분의 니켈도금 층을 제거한다.

마지막으로, 원통형 코어를 제거하면, 배럴(20)이 완성된다.

도 4는 본 발명에 따른 프로브의 다른 실시예를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 프로브의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 도 4와 5에 도시된 실시예는 도 1에 도시된 실시예와 방열구의 형태에만 차이가 있으므로, 여기에 대해서만 설명한다.

도 4에 도시된 실시예의 경우에는 방열구(31)가 길이방향을 따라서 형성된 복수의 원형 관통구멍 형태이다. 물론 반대편 대향면에도 동일한 수의 관통구멍이 형성된다. 도 5에 도시된 실시예의 경우에는 방열구(32)가 길이방향을 따라서 형성된 슬릿 형태이다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환할 수 있을 것이며, 그와 같은 실시예는 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

예를 들어, 스프링부가 두 개인 것으로 설명하였으나, 하나일 수도 있으며, 세 개 이상일 수도 있다. 또한, 방열구가 스프링부 사이에 배치되는 것으로 설명하였으나, 방열구는 스피링부를 제외한 배럴의 어느 구간에나 형성할 수 있다. 예를 들어, 스프링부가 하나인 경우 스프링부의 위와 아래 구간에 각각 방열구를 형성할 수도 있으며, 스프링부의 위 또는 아래 중 하나의 구간에만 방열구를 형성할 수도 있다.

10: 플런저
20: 배럴
21: 고정부
22: 제1스프링부
23: 연결부
24: 제2스프링부
25: 접속부
30, 31, 32: 방열구

Claims

일단이 검사 대상물의 단자와 접속되는 플런저와, 상기 플런저의 일부를 수용하는 원통형 배럴을 포함하며, 상기 배럴에는, 상기 배럴의 벽면의 일부가 나선형으로 제거되어 형성된 스프링 스트랩에 의한 적어도 하나의 스프링부가 형성되며, 상기 플런저의 일부가 상기 배럴의 일부에 접합된 프로브에 있어서,
상기 배럴에는 프로브에서 발생한 열을 외부로 방출하기 위한 방열구가 형성된 것을 특징으로 하는 프로브.
제1항에서,
상기 방열구는 상기 배럴의 길이방향을 따라서 배치된 복수의 원통형 관통구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브.
제1항에서,
상기 방열구는 상기 배럴의 길이방향을 따라서 길게 형성된 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브.
제1항에서,
상기 방열구는 상기 배럴의 길이방향과 경사진 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브.
제1항에서,
상기 스프링부의 스프링 스트랩 사이의 간격(c)과 스프링 스트랩의 폭(w)의 비는 3:7 내지 7:3인 것을 특징으로 하는 프로브.
제1항에서,
상기 스프링 스트랩(27)의 폭(w)은 배럴(20)의 외경(d)의 0.5 내지 1배인 것을 특징으로 하는 프로브.
제1항에서,
상기 스프링 스트랩은 폭이 일정한 몸체부와, 몸체부와 상기 배럴의 단면을 연결하는 전이부를 포함하며, 상기 전이부는 상기 배럴에 흐르는 전류의 전류 밀도가 급격하게 변화하는 것을 방지하기 위해, 상기 배럴의 단면과 상기 몸체부가 예각으로 만나는 공간을 채우는 것을 특징으로 하는 프로브.
제7항에서,
상기 전이부는 오목한 곡면을 형성하는 것을 특징으로 하는 프로브.
제8항에서,
상기 전이부의 오목한 곡면의 곡률 반경은 상기 스프링 스트랩의 폭(w)의 0.3 내지 0.8배인 것을 특징으로 하는 프로브.
제1항에 있어서,
상기 배럴에는 제1스프링부와 제2스프링부가 형성되며, 상기 방열구는 상기 제1스프링부와 제2스프링부 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 프로브.