KR101818549B1 - 탄소 나노튜브를 포함하는 프로브 카드 조립체 및 프로브 핀 - Google Patents

탄소 나노튜브를 포함하는 프로브 카드 조립체 및 프로브 핀 Download PDF

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Abstract

회로 기판들을 테스트하기 위한 프로브 카드 조립체가 공개된다. 몇몇 실시예들에서, 상기 조립체는: 집적 회로와 정렬된 다중 층으로 이루어진 유전체 판으로서, 상기 집적 회로는 그 표면 상에 패턴으로 배열된 복수의 제 1 전기 접점들이 어레이되며, 상기 유전체 판은 그 표면 상에 복수의 제 1 전기 접점들과 실질적으로 연결되는 패턴으로 배열된 복수의 제 2 전기 접점들이 어레이되는, 다중 층으로 이루어진 유전체 판; 상기 유전체 판과 상기 집적 회로 사이에 개재되는 탄소 나노튜브 인터포저로서, 상기 나노튜브 인터포저는 상기 집적 회로 및 상기 유전체 판 상의 전기 접점들의 패턴과 연결되도록 배열되는 순응성 탄소 나노튜브들을 가지는, 탄소 나노튜브 인터포저; 및 상기 나노튜브 인터포저 상의 패턴에 어레이되고 상기 나노튜브들과 연결되는 복수의 수직 프로브들로서, 상기 수직 프로브들은 상기 탄소 나노튜브들을 경유하여 상기 복수의 제 1 전기 접점들 및 상기 복수의 제 2 전기 접점들과 전기 접촉하는, 수직 프로브들을 포함한다.

Description

탄소 나노튜브를 포함하는 프로브 카드 조립체 및 프로브 핀 {PROBE CARD ASSEMBLIES AND PROBE PINS INCLUDING CARBON NANOTUBES}
관련 출원(들)에 대한 교차 참조
본 출원은 2010년 12월 9일에 출원된 미국 가 출원 제 61/421,409호의 이익을 청구하며 이 가 출원은 공개되는 바와 같이 인용에 의해 전체적으로 본원에 포함된다.
본 출원은 탄소 나노튜브를 포함하는 프로브 카드 조립체 및 프로브 핀에 관한 것이다.
컴퓨터 칩 제조 산업에서, 불량(defective) 구성요소들을 제거하고 제조 프로세스를 모니터링하기 위해 제조 프로세스의 다양한 지점들에서 집적 회로(IC)들의 성능을 테스트하는 것이 필요하다. 비록 다양한 기술들 모두 IC 제조 프로세스의 증가되는 요구들에 의해 도전을 받지만 다양한 기술들이 이러한 목적을 위해 적용되고 있다.
전기 회로망(circuitry)을 전기적으로 테스트하기 위해, IC 상의 패드들과 접촉되는 것, 즉 IC를 "탐지하는 것(probe)"이 필요하다. 프로브들은 테스트될 IC 패드들과 매우 정확하게 정렬될 수 있어야 하고 IC에 전력을 제공하기에 충분한 전류를 제공할 뿐만 아니라 테스트 신호들이 왜곡되지 않도록 저 인덕턴스에서 신뢰성있는, 저 저항 전기 접촉을 제공할 수 있어야 한다. IC 제조가 점차적으로 더 작은 기하학적 형상, 증가되는 개수의 트랜지스터들, 및 더 높은 클록 주파수들로 진보함에 따라, IC를 탐지하기 위한 현존 기술들의 능력들이 도전을 받는다. 더 작은 기하학적 형상들이 감소된 테스트 패드 치수들을 초래하며, 이는 이어서 프로브들이 패드들과 미스(miss)되지 않는 것을 보장하기 위해 프로브들이 더 향상되게 정렬되는 것을 요구한다. 증가하는 개수의 트랜지스터들 및 더 높은 클록 주파수들은 프로브를 연소(burning up)시키거나 "용융(fusing)"시키거나 스프링력 및 피로 수명과 같은 프로브들의 물리적 특성들을 감소시키지 않으면서 프로브들이 증가된 전류의 양을 제공할 수 있는 것을 요구한다.
IC 제조업자들은 IC들이 최악의 경우의 환경 상태들을 더 잘 모의실험하기 위해 또는 가속화된 수명 테스트들을 수행하도록 상승된 주위 온도에서 테스트되는 것을 점점 더 소망한다. 이는 150 ℃의 상승된 온도에서 높은 전류 수준들을 제공할 수 있도록 프로브 상에 증가되는 부담을 가한다. IC들의 증가된 프로세싱 속도는 IC로 공급되는 클록 및 신호 파형들을 왜곡시키지 않도록 그리고 이 클록 및 신호 파형들을 IC로부터 모니터링 테스트 장비로 정확하게 전달하도록 프로브들이 저 인덕턴스를 가지는 것을 더 요구한다.
본 기술 분야에서의 몇몇 설계들은 프로브 헤드가 곡선형 프로브들의 어레이를 포함하는 공지된 종래의 수직 버클링 비임(VBB) 분류 인터페이스(sort interface) 유닛 조립체들을 조합하는 조립체들을 포함한다. 이 같은 설계들에서, 프로브들의 일 단부("팁(tip)들")는 테스트되는 웨이퍼와 접촉하고 다른 단부("헤드")는 스페이스 트랜스포머(space transformer)의 "C4" 측 상의 접촉 패드들의 어레이와 접촉한다. 와이어들의 곡선 형상은 웨이퍼와 접촉할 때 와이어들이 구부러지고 스프링으로서 작용하는 것을 허용한다. 와이어들의 압축은 와이어들이 웨이퍼 패드들의 손상 없이 웨이퍼 높이 및 평면도 변화들을 보상하는 것을 허용한다. 프로브들이 가요적이 되는 요구 조건은 프로브들의 제조 및 프로브 헤드의 조립을 복잡하게 한다. 또한, 와이어가 가요적이 됨에 따라 와이어 내의 기계적 응력을 제한하도록 와이어들이 비교적 길게(약 1/4 인치)되는 것을 요구한다.
탄소 나노튜브들의 이용을 포함하지 않는 다수의 공지된 테스팅 장치들이 있다. 예를 들면, 모두가 탄소 나노튜브 기술의 사용을 포함하지 않는 다양한 IC 테스팅 장치들을 교시하는 미국 특허 제 6906540, 6756797, 및 6297657호 각각은 공개된 바와 같이 전체적으로 인용에 의해 본원에 포함된다. 다른 조립체들은 탄소 나노튜브 묶음 프로브들의 사용을 포함한다. 이 같은 조립체들은 유일한 제조 도전들 및 어려운 수리 도전들을 제공할 수 있다.
공개된 요지의 하나의 양태는 회로 기판들을 테스트하기 위한 프로브 카드 조립체이다. 몇몇 실시예들에서, 상기 조립체는: 집적 회로와 정렬된 다중 층으로 이루어진(multi-layered) 유전체 판으로서, 상기 집적 회로는 그 표면 상에 패턴으로 배열된 복수의 제 1 전기 접점들이 어레이되며, 상기 유전체 판은 그 표면 상에 복수의 제 1 전기 접점들과 실질적으로 매칭되는(match) 패턴으로 배열된 복수의 제 2 전기 접점들이 어레이되는, 다중 층으로 이루어진 유전체 판; 상기 유전체 판과 상기 집적 회로 사이에 개재되는(interpose) 탄소 나노튜브 인터포저(interposer)로서, 상기 탄소 나노튜브 인터포저는 상기 집적 회로 및 상기 유전체 판 상의 전기 접점들의 패턴과 매칭되도록 배열되는 순응성(compliant) 나노튜브들을 가지는, 탄소 나노튜브 인터포저; 및 상기 나노튜브 인터포저 상의 패턴에 어레이되고 상기 탄소 나노튜브들과 연결되는 복수의 수직 프로브들로서, 상기 수직 프로브들은 상기 탄소 나노튜브들을 경유하여 상기 복수의 제 1 전기 접점들 및 상기 복수의 제 2 전기 접점들과 전기 접촉하는, 수직 프로브들을 포함한다.
본 발명을 예시하기 위해, 도면들은 본원에서 바람직한 공개된 요지의 형태를 보여준다. 그러나, 공개된 요지가 도면들에 도시된 정밀한 배열체들 및 수단들로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다.
도 1은 공개된 요지의 몇몇 실시예들에 따른 탄소 나노튜브 인터포저를 포함하는 프로브 카드 조립체의 측면도이며;
도 2는 공개된 요지의 몇몇 실시예들에 따른 상승된 표면들을 구비한 프로브들을 포함하는 프로브 카드 조립체의 측면도이다.
공개된 요지는 스페이스 트랜스포머와 프로브 헤드 조립체 사이의 갭을 메우기(bridge) 위해 인터포저들 내에 통합된 탄소 나노튜브들의 어레이들을 포함하며 일직선의 실질적인 강성 프로브들을 이용하여 테스팅될 때 필요한 순응성(compliance)을 제공하는 프로브 카드 조립체들을 포함한다.
지금부터 도 1 및 도 2를 참조하면, 공개된 요지의 몇몇 실시예들은 다중 층으로 이루어진 유전체 판(104), 탄소 나노튜브 인터포저(106), 및 복수의 실질적인 수직 및 강성 프로브(108)들을 포함하는, 회로 기판(102)들을 테스트하기 위한 프로브 카드 조립체(100)를 포함한다.
다중 층으로 이루어진 유전체 판(104)은 집적 회로(102)들과 정렬된다. 집적 회로(102)들에는 표면(110) 상에 패턴으로 배열되는 복수의 제 1 전기 접점(112)들이 어레이되었다. 유전체 판(104)에는 표면(114) 상에 복수의 제 1 전기 접점(112)들과 실질적으로 매칭되는 패턴으로 정렬된 복수의 제 2 전기 접점(116)들이 어레이되었다.
탄소 나노튜브 인터포저(106)는 유전체 판(104)과 집적 회로(102)들 사이에 개재된다. 탄소 나노튜브 인터포저(106)는 각각 집적 회로(102)들 및 유전체 판(104) 상의 전기 접점(112, 116)들의 패턴과 매칭되도록 배열되는 순응성 탄소 나노튜브(118)들을 가진다. 탄소 나노튜브(118)들은 화학적 증기 증착에 의해 사전-패턴화된 기판들 상에 수직으로 정렬된 다수의-벽으로 둘러싸인 탄소 나노튜브들의 "스팟(spot)들"을 내려 놓음으로써 형성될 수 있다. 이때 프리폴리머(prepolymer) 용액이 부가되어 경화된다. 이어서 투명한 폴리머 매트릭스 내에 탄소 나노튜브들이 정렬된 독립(freestanding) 필름 재료를 현상하도록 재료가 기판들로부터 벗겨진다.
복수의 실질적인 수직 및 강성, 즉 비-순응성 프로브(108)들은 나노튜브 인터포저(106) 상에 패턴으로 어레이되고 탄소 나노튜브(118)들에 인접하여 위치되거나 탄소 나노튜브(118)들과 연결된다. 수직 프로브(108)들은 탄소 나노튜브(118)들을 경유하여 복수의 제 1 전기 접점(112)들 및 복수의 제 2 전기 접점(116)들과 전기 접촉된다. 탄소 나노튜브(118)들은 수직 프로브(108)들과 복수의 제 2 전기 접점(116)들 사이의 전기 도관으로서 기능한다. 몇몇 실시예들에서, 탄소 나노튜브(118)들은 100 nm 미만의 반경 방향 간격을 가지는 어레이 내에 형성된다. 탄소 나노튜브(118)들이 주문된 크기일 수 있지만, 몇몇 실시예들에서, 탄소 나노튜브들 각각은 20 mil 미만의 높이를 가지며, 탄소 나노튜브 묶음들은 각각 압축의 8 미만의 g/mil(grams per mil)을 요구한다.
프로브 카드 조립체(100)의 제조를 용이하게 하도록, 구멍들의 제 1 어레이(122)를 포함하는 종래의 조립체 지원 필름(120) 및 구멍들의 제 2 어레이(128)를 가지는 하부 다이 헤드(126)를 포함하는 다이 헤드(124)가 구멍들의 제 1 어레이 및 구멍들의 제 2 어레이를 통하여 프로브들을 연장시킴으로써 프로브(108)들을 정렬하기 위해 사용될 수 있다.
도 2에 최상으로 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예들에서, 프로브(108')들은 하나 또는 둘 이상의 상승된 표면(130)들을 포함한다. 프로브(108') 상에 하나 또는 둘 이상의 상승된 표면(130)들은 프로브(108')를 다이 헤드(124) 내에 해제가능하게 고정한다.
유전체 판(104)과 집적 회로(102) 사이에 나노튜브 인터포저(106)를 삽입하는 것은 더 간단한 프로브 및 헤드 구성을 허용한다. 나노튜브들, 즉 나노튜브(118)들의 개별 묶음들은 스프링들과 같이 압축되어 필요한 순응성을 제공한다. 이는 프로브(108)들이 직선형 와이어 프로브들이 되는 것을 허용하는데, 이는 프로브들이 더 이상 가요적이어야 할 필요가 없기 때문에, 프로브 제조 프로세스를 매우 단순화하여 비용을 감소시킨다. 직선형 와이어들은 또한 헤드 내로 삽입하기가 매우 더 용이하여 자동화된 헤드 조립을 허용한다. 와이어들이 편향 응력들을 겪지 않기 때문에 와이어들은 매우 짧아질 수 있어, 와이어들의 인덕턴스를 감소시키고 더 높은 테스트 주파수들을 허용하며, 또한 와이어들의 전류 용량을 증가시킨다. 또한 와이어들은 더 작은 패드들 및 더 타이트한 패드 피치들에 의해 칩들의 테스팅을 수용하도록 서로 더 근접하게 배치되는 것을 허용한다.
프로브(108)는 주문된 크기일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 탄소 나노튜브 묶음(118)들은 100 nm 미만의 반경 방향 간격을 가지는 어레이로 형성되며, 탄소 나노튜브 묶음들 각각은 20 mil 미만의 높이를 가지며, 탄소 나노튜브 묶음들 각각은 8 미만의 g/mil(grams per mil)의 압축 강도를 가진다. 몇몇 실시예들에서, 각각의 프로브 샤프트(108)의 균일한 두께는 약 2 mil 내지 약 5 mil이다.
공개된 요지에 따른 조립체들 및 프로브들은 공지된 설계들에 대한 장점들을 제공한다. 공개된 요지에 따른 조립체들은 더 짧은 직선형의 제조된 접점들/프로브들의 사용을 허용하여, 더 높은 전류들 및 적은 인덕턴스를 허용할 것이다. 직선형 프로브들은 프로브들의 자동화된 삽입을 허용하여, 더 신속한 조립 및 더 짧은 리드-시간(lead-time)들을 초래한다. 나노튜브 묶음 프로브들이 아닌 제조된 프로브들의 사용은 헤드 복구성(reparability)을 유지한다.
직선형 프로브들의 사용은 정확도 및 정렬을 증가시키며 접점 및 인터페이스의 더 작은 기하학적 형상들을 허용하여, 단락 감소를 돕는다. 몇몇 실시예들은 0.5 mil 미만의 반경 방향 정렬을 포함한다.
공개된 요지에 따른 조립체들은 더 미세한 피치 해법들을 제공한다. 위에서 언급된 바와 같이, 나노튜브 인터포저 내의 나노튜브들은 소망하는 크기, 예를 들면 주문 폭 및 높이로 성장될 수 있으며, 20 mil 이거나 이 보다 짧은 접점들을 가질 수 있다. 나노튜브들은 순응성이며, 즉 웨이퍼/범프(bump) 높이 편차들을 수용하고, 더 큰 어레이들을 허용하고, 접촉 갭을 가지지 않으며, g/mil을 예를 들면 접점 당 총 8 g/mil 미만으로 낮출 수 있다. 결과적으로, 다중 층으로 이루어진 유전체 판(또는 다중 층으로 이루어진 세라믹(MLC)) 상의 전기 접점들 또는 패드들이 빨리 마모되지 않으며 재-도금이 요구되지 않는다.
종래의 프로브 카드 헤드들에 비해, 프로브 절연체 또는 코팅이 요구되지 않는다. 나노튜브 인터포저들은 고 용적 및 저 비용으로 신속하게 제조될 수 있다. 나노튜브 인터포저들은 미세한 피치 적용(application)들, 더 높은 주파수 적용들, 및 더 넓은 온도 범위들에 적절하다.
비록 공개된 내용이 이의 실시예들에 대해 설명되고 예시되었지만, 본 발명의 범위 내에서 부가 실시예들을 형성하도록 공개된 실시예들의 특징들이 조합, 재배열 등이 될 수 있으며, 다양한 다른 변화들, 생략들, 및 부가들이 본 출원의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 공개된 실시예들에서 그리고 공개된 실시예들에 대해 이루어질 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해되어야 한다.

Claims (14)

  1. 회로 기판들을 테스트하기 위한 프로브 카드 조립체로서,
    집적 회로와 정렬된 다중 층으로 이루어진(multi-layered) 유전체 판으로서, 상기 집적 회로에는 그 표면 상에 패턴으로 배열된 복수의 제 1 전기 접점들이 어레이되며, 상기 유전체 판에는 그 표면 상에 복수의 제 1 전기 접점들과 매칭되는(match) 패턴으로 배열된 복수의 제 2 전기 접점들이 어레이되는, 다중 층으로 이루어진 유전체 판;
    상기 유전체 판과 상기 집적 회로 사이에 개재되는 탄소 나노튜브 인터포저(interposer)로서, 상기 나노튜브 인터포저는 상기 집적 회로 및 상기 유전체 판 상의 전기 접점들의 패턴과 매칭되도록 배열되는 순응성(compliant) 탄소 나노튜브들을 가지는, 탄소 나노튜브 인터포저; 및
    상기 나노튜브 인터포저 상에서 패턴 형태로 어레이되고 상기 나노튜브들과 연결되는 복수의 강성(rigid) 수직 프로브들로서, 상기 수직 프로브들은 상기 탄소 나노튜브들을 경유하여 상기 복수의 제 1 전기 접점들 및 상기 복수의 제 2 전기 접점들과 전기 접촉함으로써 상기 탄소 나노튜브들이 웨이퍼 또는 범프(bump)의 높이를 보상하는(compensate), 복수의 강성 수직 프로브들을 포함하는,
    회로 기판들을 테스트하기 위한 프로브 카드 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브들 각각은 상기 수직 프로브들과 상기 복수의 제 2 전기 접점들 사이의 전기 도관으로서 기능하는,
    회로 기판들을 테스트하기 위한 프로브 카드 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    구멍들의 제 1 어레이를 가지는 조립체 지원 필름; 및
    구멍들의 제 2 어레이를 가지는 다이 헤드를 더 포함하며,
    상기 프로브들은 상기 구멍들의 제 1 어레이 및 구멍들의 제 2 어레이를 통하여 연장하는,
    회로 기판들을 테스트하기 위한 프로브 카드 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브들은 0.5 mil 미만의 반경 방향 간격을 가지는 어레이로 형성되는,
    회로 기판들을 테스트하기 위한 프로브 카드 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브들 각각은 1 mil 미만의 높이 및 폭을 가지는,
    회로 기판들을 테스트하기 위한 프로브 카드 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브들 각각은 8 g/mil(grams per mil) 미만인,
    회로 기판들을 테스트하기 위한 프로브 카드 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로브들 각각은 하나 또는 둘 이상의 상승된 표면들을 포함하는,
    회로 기판들을 테스트하기 위한 프로브 카드 조립체.
  8. 회로 기판들을 테스트하기 위한 프로브 카드 조립체로서,
    집적 회로와 정렬된 유전체 판으로서, 상기 집적 회로에는 그 표면들 중 하나의 표면상에 패턴으로 배열된 복수의 제 1 전기 접점들이 어레이되며, 상기 유전체 판에는 그 표면들 중 하나의 표면상에 복수의 제 1 전기 접점들과 매칭되는 패턴으로 배열된 복수의 제 2 전기 접점들이 어레이되는, 유전체 판;
    상기 유전체 판과 상기 집적 회로 사이에 개재되는 탄소 나노튜브 인터포저(interposer)로서, 상기 나노튜브 인터포저는 상기 집적 회로 및 상기 유전체 판 상의 전기 접점들의 패턴과 매칭되도록 배열되는 순응성(compliant) 탄소 나노튜브들을 가지는, 탄소 나노튜브 인터포저;
    상기 나노튜브 인터포저 상에서 패턴 형태로 어레이되고 상기 나노튜브들과 연결되는 복수의 강성 수직 프로브들로서, 상기 수직 프로브들은 상기 탄소 나노튜브들을 경유하여 상기 복수의 제 1 전기 접점들 및 상기 복수의 제 2 전기 접점들과 전기 접촉함으로써 상기 탄소 나노튜브들이 웨이퍼 또는 범프(bump)의 높이를 보상하는(compensate), 복수의 강성 수직 프로브들;
    구멍들의 제 1 어레이를 가지는 조립체 지원 필름; 및
    구멍들의 제 2 어레이를 포함하는 다이 헤드를 포함하며,
    상기 프로브들은 상기 구멍들의 제 1 어레이 및 구멍들의 제 2 어레이를 통하여 연장하는,
    회로 기판들을 테스트하기 위한 프로브 카드 조립체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 유전체 판은 다중 층으로 이루어진,
    회로 기판들을 테스트하기 위한 프로브 카드 조립체.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브들 각각은 상기 수직 프로브들과 상기 복수의 제 2 전기 접점들 사이의 전기 도관으로서 기능하는,
    회로 기판들을 테스트하기 위한 프로브 카드 조립체.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브들은 0.5 mil 미만의 반경 방향 간격을 가지는 어레이로 형성되는,
    회로 기판들을 테스트하기 위한 프로브 카드 조립체.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브들 각각은 1 mil 미만의 높이 및 폭을 가지는,
    회로 기판들을 테스트하기 위한 프로브 카드 조립체.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브들 각각은 8 g/mil 미만인,
    회로 기판들을 테스트하기 위한 프로브 카드 조립체.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로브들 각각은 하나 또는 둘 이상의 상승된 표면들을 포함하는,
    회로 기판들을 테스트하기 위한 프로브 카드 조립체.
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