KR101962644B1 - 검사프로브 및 이를 사용한 검사장치 - Google Patents

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Abstract

피검사체의 피검사접점과 검사회로의 검사접점을 전기적으로 연결하기 위한 검사프로브가 개시된다. 검사프로브는 제1단자접촉부와, 상기 제1단자접촉부에 대해 접근 및 이격 가능한 제2단자접촉부와, 상기 제1단자접촉부와 제2단자접촉부를 상호 연결하여 상기 제2단자접촉부의 접근에 의해 탄성적으로 변형되며, 상기 탄성적으로 변형되는 방향을 따라 적층되는 복수의 도금층으로 이루어진 탄성연결부를 포함한다. 본 발명에 의한 검사프로브는 탄성 변형되는 방향으로 다수의 도금층이 적층됨으로써 피로파괴를 경감시킬 수 있어 내구성을 향상시킬 수 있다.

Description

검사프로브 및 이를 사용한 검사장치{A TEST PROBE AND TEST DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 반도체와 같은 피검사체의 전기적 특성을 검사하기 위한 검사프로브 및 이를 사용한 검사장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼와 같은 피검사체의 전기적 특성이나 적정성 여부를 검사하는 검사장치로서, 피검사체의 단자와 검사회로기판의 단자 사이를 전기적으로 연결하는 다수의 검사프로브들과 이 프로브들을 지지하는 프로브지지부를 가진 프로브카드가 사용되고 있다.
기술이 발전할수록 반도체 웨이퍼의 크기는 커지고 반도체는 점점 작아지게 되었다. 그만큼 한 장의 웨이퍼에 담을 수 있는 패드 숫자가 늘어나고, 그에 따라 반도체 패드 간의 거리가 점점 좁아져야 한다. 이와 같이 피치가 좁아지면 좁아질 수록 더욱더 고밀도 프로브 카드가 요구된다.
일반적으로 프로브카드는 캔틸레버 프로브, 버티컬 프로브, 및 MEMS 프로브들이 적용되고 있다. 캔틸레버 타입(cantilever type)은 모든 공정을 사람이 일일이 수정, 작업해야 하는 단점이 있지만, 제조 비용이 MEMS나 버티컬 타입(vertical type) 보다 저렴하다. 그러나 수리나 수선해야 하는 상황이 되면 다시 사람이 일일이 핀을 배열해야 하므로 작업이 까다로울 수밖에 없었다.
MEMS나 버티컬 타입(vertical type)은 정밀 기계의 도움을 받아 검사프로브들을 결합하는 방식이며 제조 가격이 올라가지만 정밀도는 월등히 올라가게 된다.
도 1은 종래의 MEMS타입의 검사프로브(10)를 나타내는 도이다. 도시한 바와 같이, 검사프로브(10)는 피검사체의 단자와 검사회로기판의 단자를 각각 접촉하는 제1단자접촉부(12), 제2단자접촉부(14), 제1 및 제2단자접촉부(12,14) 사이를 연결하는 사전 만곡변형된 탄성변형부(16)를 포함한다. 이때, 검사프로브(10)는 탄성변형부(16)의 탄성변형 방향에 대해 수직방향으로 적층된 다수의 도금층(10A,10B,10C,10D,10E)으로 형성될 수 있다. 그러나 탄성변형 방향에 대해 수직방향으로 적층된 다수의 도금층(10A,10B,10C,10D,10E)은 많은 횟수의 검사를 수행하는 과정에 운동 응력에 의해 다층 도금의 계면이 박리되는 문제가 발생한다. 이와 같은 다층 도금의 계면박리는 검사프로브의 내구성을 저하한다.
본 발명의 목적은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로 검사 시에 발생하는 다수 도금층의 계면박리를 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있는 검사프로브 및 이를 사용한 검사장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제들을 해결하기 위한 검사프로브가 제공된다. 검사프로브는 피검사체의 피검사접점과 검사회로의 검사접점을 전기적으로 연결하기 위한 검사프로브가 개시된다. 검사프로브는 제1단자접촉부와, 상기 제1단자접촉부에 대해 접근 및 이격 가능한 제2단자접촉부와, 상기 제1단자접촉부와 제2단자접촉부를 상호 연결하여 상기 제2단자접촉부의 접근에 의해 탄성적으로 변형되며, 상기 탄성적으로 변형되는 방향을 따라 적층되는 복수의 도금층으로 이루어진 탄성연결부를 포함한다. 본 발명에 의한 검사프로브는 탄성 변형되는 방향으로 다수의 도금층이 적층됨으로써 피로파괴를 경감시킬 수 있어 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기 탄성연결부는 만곡경로를 따라 만곡되어 상기 제1단자접촉부와 제2단자접촉부를 탄성적으로 상호 연결하며, 복수의 도금층은 상기 만곡경로를 포함한 만곡평면을 따라 적층될 수 있다.
상기 복수의 도금층은 탄성도금층 및 상기 탄성도금층보다 낮은 탄성계수를 갖고 전도도가 높은 전도성도금층을 포함할 수 있다.
상기 복수의 도금층은 최외각에 형성된 절연코팅층을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 검사프로브 제조방법이 제공된다. 검사프로브 제조방법은, 복수 층으로 평판 상 프로브 본체를 적층 도금하는 단계와, 상기 복수 층의 프로브 본체를 1차 열처리하는 단계와, 상기 1차 열처리된 프로브 본체의 중간 부분을 적층방향으로 만곡 변형시키는 프로스 가공단계와, 상기 만곡 변형된 프로브 본체를 2차 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 검사대상의 전기적 특성을 검사하는 검사장치가 제공된다. 검사장치는 다수의 가이드공을 가진 제1지지부재와, 다수의 단자공을 가지며 상기 제1지지부재에 평행하게 이격 배치되는 제2지지부재와, 상기 제1지지부재의 가이드공에 삽입되어 검사방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 지지된 제1단자접촉부, 상기 제2지지부재의 단자공에 지지된 제2단자접촉부, 및 상기 제1단자접촉부와 제2단자접촉부를 상호 연결하여 상기 제2단자접촉부의 접근에 의해 탄성적으로 변형되며, 상기 탄성적으로 변형되는 방향을 따라 적층되는 복수의 도금층으로 이루어진 탄성연결부를 갖는 다수의 검사프로브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 검사프로브는 탄성변형되는 방향으로 적층된 다수의 도금층을 포함함으로써 탄성변형 운동에 의한 다층도금층의 계면 박리를 방지할 수 있고 그 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 검사프로브를 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 검사프로브의 사시도,
도 3은 도 2의 검사프로브를 제조하는 과정을 나타내는 순서도,
도 4는 도 2의 검사프로브를 사용한 검사장치의 단면도, 및
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 검사프로브의 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 검사프로브(100)의 사시도이다. 도시한 바와 같이, 검사프로브(100)는 도전성 재질로서, 검사대상(10)의 범프단자(12)와 검사회로기판(인터포저)(20)의 패드단자(22) 사이를 전기적으로 연결한다. 검사프로브(100)는 검사대상(10)과 회로기판(20) 이외에도 임의의 2 접점을 전기적으로 연결하는 목적으로 적용될 수 있음은 물론이다. 이하, 검사프로브(100)는 검사대상(10)과 회로기판(20) 사이를 연결하는 것으로 예를 들어 설명하기로 한다.
검사프로브(100)는 검사회로기판(20)의 패드단자(22)에 접촉하는 단자접촉부(110), 검사 시에 탄성적으로 좌굴변형되는 탄성변형부(120) 및 검사대상(10)의 범프단자(12)에 접촉하는 슬라이딩접촉부(130)를 포함한다.
단자접촉부(110)는 선형의 판재형상으로 연장하는 단자접촉본체부(112) 및 단자접촉본체부(112)으로부터 점차 좁아지고 검사회로기판(20)의 패드단자(22)에 접촉하는 예를 들면 피라미드 형상의 제1접촉팁(114)을 포함한다.
탄성변형부(120)는 단자접촉부(110)에 일체로 연결되고 소정의 만곡경로를 따라 만곡된 판재형상을 가진다. 탄성변형부(120)는 슬라이딩접촉부(130)가 단자접촉부(110)를 향해 접근할 때 만곡된 방향으로 탄성적으로 좌굴변형된다. 탄성변형부(120)는 슬라이딩접촉부(130)가 단자접촉부(110)로부터 이격될 때 탄성적으로 좌굴변형된 상태에서 변형전의 상태로 복원된다.
슬라이딩접촉부(130)는 탄성변형부(120)에 일체로 연결된 선형의 판재 형상을 가진 슬라이딩접촉본체부(132) 및 검사대상(10)의 접촉하는 제2접촉팁(134)을 포함한다. 슬라이딩접촉부(130)는 검사 시에 검사대상(10)의 접촉 가압에 따라 단자접촉부(110)를 향해 접근 이동하고 탄성변형부(120)를 탄성적으로 변형시킨다. 슬라이딩접촉부(130)는 검사대상(10)의 접촉 가압력을 해제함에 따라 탄성적으로 변형된 탄성변형부(120)의 복원에 의해 단자접촉부(110)로부터 이격 이동한다.
검사프로브(100)는 한정되지 않는 5개의 도금층(100A,100B,100C,100D,100E)으로 이루어져 있다. 5개의 도금층(100A,100B,100C,100D,100E)은 두께 방향, 즉 탄성변형부의 만곡경로를 포함하는 만곡평면을 따라 적층된다. 다시 말하면, 5개의 도금층(100A,100B,100C,100D,100E)은 탄성변형부(120)의 탄성 변형방향으로 적층 형성된다. 5개의 도금층(100A,100B,100C,100D,100E)은 전도도가 높은 전도성도금층 및 전도성도금층 보다 탄성계수가 높은 탄성도금층이 혼합되어 형성된다. 물론, 모두 전도성도금층 또는 탄성도금층으로만으로도 형성될 수 있다. 여기서, 전도성도금층과 탄성도금층은 기본적으로 전도성이 좋은 재질로 이루어지나, 탄성계수에서 차이가 있다.
도 3은 도 2의 검사프로브(100)를 제조하는 과정을 설명하는 순서도이다.
단계 S11에서, 예를 들면 전도성도금층과 탄성도금층을 교대로 평판 상으로 적층 도금하여 다수 도금층의 프로브 본체를 형성한다. 적층 도금 방법은 침지코팅법, 화학기상증착법, 전해도금, 무전해도금, 원자층증착법을 포함한다. 전도성도금층과 탄성도금층은 Au(금), Pt(백금), Ag(은), Cu(구리), Al(알루미늄), Fe(철), Be(베릴륨), Rh(로듐), Pd(팔라듐)합금 계열, Ni(니켈)합금, 알루미늄 산화물, 그래핀, 그래핀 산화물, 그라파이트, 이황화 몰리브덴, 이황화 몰리브덴 금속 등의 단독 또는 그 합금으로 이루어진다. 전도성도금층과 탄성도금층는 예를 들면 Pd(팔라듐)합금, Ni(니켈)합금 등의 함유량의 조절을 통해 탄성계수가 조절될 수 있다.
단계 S12에서, 다수 도금층의 프로브 본체는 원활한 프레스 가공을 위해 강화 열처리 또는 풀림 열처리다.
단계 S13에서, 열처리된 프로브 본체는 탄성변형부에 해당하는 중간 부분을 정밀금형을 통한 프레스 성형에 의해 적층 방향을 따라 만곡 변형시킨다.
단계 S14에서, 탄성변형부가 형성된 프로브 본체는 탄성 확보를 위해 강화 열처리된다.
단계 S15에서, 강화 열처리된 프로브 본체는 전체적으로 또는 특정 부위, 예를 들면 탄성변형부나 탄성변형부의 최상부에 절연코팅층을 형성한다. 절연코팅층은 검사장치(1)에 다수의 검사프로브(100)가 매우 인접해서 배치될 때 인접한 검사프로브 간의 쇼트를 방지하기 위한 것이다. 절연코팅층은 또한 적층 도금된 복수 도금층의 측면에 손상 또는 산화를 방지함으로써 검사프로브의 내구성을 향상시킨다. 절연코팅은 다이아몬드 코팅, 페를린 코팅, 테프론 코팅, 산화막 코팅 등을 포함한다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 검사프로브(100)를 적용한 검사장치(1)를 나타내는 단면도이다.
검사장치(1)는 다수의 단자공(32)을 가진 제1지지부재(30), 다수의 가이드공(42)을 가지며 상기 제1지지부재(30)에 평행하게 이격 배치되는 제2지지부재(40), 및 상기 단자공(32)과 가이드공(42)에 양단부가 삽입되는 다수의 검사프로브(100)를 포함한다.
제1지지부재(30)는 절연성 판상부재로서 검사프로브(100)의 단자접촉부(110)가 삽입되는 다수의 단자공(32)이 형성되어 있다.
제2지지부재(40)는 절연성 판상부재로서 슬라이딩접촉부(130)가 단자접촉부(110)를 향해 슬라이딩 이동하여 접근 및 이격가능하도록 삽입되는 다수의 가이드공(42)이 형성되어 있다.
검사프로브(100)는 도 1에 나타낸 검사프로브(100)와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
검사 시에, 슬라이딩접촉부(130)의 단부에 검사대상(10), 예를 들면 반도체의 단자패드(12)를 접촉한 상태에서 가압하면 슬라이딩접촉부(130)가 가이드공(42) 내에서 슬라이딩 이동하여 단자접촉부(110)를 향해 이동한다. 탄성변형부(120)는 슬라이딩접촉부(130)의 이동에 의해 만곡방향으로 추가 변형된다. 이때, 탄성변형부(120)가 복수 도금층의 적층방향으로의 탄성 변형에 의한 운동 응력이 발생하여 전체 운동 하중을 내리고 도금층 간의 박리 현상을 없앨 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 검사프로브(200)를 나타내는 사시도이다. 도시된 바와 같이, 검사프로브(200)는 한정되지 않는 5개의 도금층(200A,200B,200C,200D,200E) 및 도금층의 외각을 덮고 있는 절연코팅층(200F)으로 이루어져 있다. 5개의 도금층(200A,200B,200C,200D,200E)은 두께 방향, 즉 탄성변형부의 만곡경로를 포함하는 만곡평면을 따라 적층된다. 다시 말하면, 5개의 도금층(200A,200B,200C,200D,200E)은 탄성변형부(220)의 탄성 변형방향으로 적층 형성된다. 절연코팅층(200F)은 검사장치(1)에 적용된 다수의 인접한 검사프로브들(200) 간의 쇼트를 방지하고, 적층 도금된 복수 도금층의 측면에 손상 또는 산화를 방지하여 검사프로브(200)의 내구성을 향상시킨다. 절연코팅층(200F)은 선택적으로 탄성변형부(230)의 최상층(200E) 상에만 코팅될 수도 있다.
검사프로브(200)는 검사회로기판(20)의 패드단자(22)에 접촉하는 단자접촉부(210), 검사 시에 탄성적으로 좌굴변형되는 탄성변형부(220) 및 검사대상(10)의 범프단자(12)에 접촉하는 슬라이딩접촉부(230)를 포함한다. 이하, 도 2의 검사프로브(100)와 동일한 부분인 단자접촉부(210) 및 슬라이딩접촉부(230)에 대한 설명은 생략한다.
탄성변형부(220)는 길이방향을 따라 형성된 적어도 하나의 슬릿(222)을 포함한다. 슬릿(222)은 탄성변형부(220)의 좌굴 변형을 용이하게 하고 지나친 응력 변화에 의한 내구성 저하를 방지한다. 특히, 슬릿(222)은 도 1에 나타낸 변형방향에 수직으로 적층하는 종래의 방식으로는 형성할 수 없다.
이상과 같이 본 발명은 한정된 예시적 실시예와 도면을 통해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 예시적 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 예시적 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1: 검사장치 10: 검사대상
20: 회로기판(인터포저) 100, 200: 검사프로브
100A~100E: 도금층 100F: 절연코팅층
110,210: 단자접촉부 120,220: 탄성변형부
130,230: 슬라이딩접촉부 222: 절연코팅층

Claims (6)

  1. 검사대상의 전기적 특성을 검사하는 검사프로브에 있어서,
    제1단자접촉부와;
    상기 제1단자접촉부에 대해 접근 및 이격 가능한 제2단자접촉부와;
    상기 제1단자접촉부와 제2단자접촉부를 상호 연결하여 상기 제2단자접촉부의 접근에 의해 탄성적으로 변형되며, 상기 탄성적으로 변형되는 방향을 따라 적층되는 복수의 도금층으로 이루어진 탄성연결부를 가지며,
    상기 탄성연결부는 길이방향을 따라 연장하며 상기 탄성변형 방향으로 관통하는 적어도 하나의 슬릿을 갖는 것을 특징으로 하는 검사프로브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탄성연결부는 만곡경로를 따라 만곡되어 상기 제1단자접촉부와 제2단자접촉부를 탄성적으로 상호 연결하며,
    복수의 도금층은 상기 만곡경로를 포함한 만곡평면을 따라 적층되는 것을 특징으로 하는 검사프로브.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 도금층은 탄성도금층 및 상기 탄성도금층보다 낮은 탄성계수가 낮고 전도도가 높은 전도성도금층을 포함하는 것을 특징으로 하는 검사프로브.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 도금층은 최외각에 형성된 절연코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 검사프로브.
  5. 검사프로브 제조방법에 있어서,
    복수 층으로 평판 상 프로브 본체를 적층 도금하는 단계와;
    상기 복수 층의 프로브 본체를 1차 열처리하는 단계와;
    상기 1차 열처리된 프로브 본체의 중간 부분을 적층방향으로 만곡 변형시키는 프로스 가공단계와;
    상기 만곡 변형된 프로브 본체를 2차 열처리하는 단계를 포함하며,
    상기 프로브 본체는 중간부분에 길이방향을 따라 연장하며 상기 만곡변형 방향으로 관통하는 적어도 하나의 슬릿을 갖는 것을 특징으로 하는 검사프로브 제조방법.
  6. 검사대상의 전기적 특성을 검사하는 검사장치에 있어서,
    다수의 가이드공을 가진 제1지지부재와;
    다수의 단자공을 가지며 상기 제1지지부재에 평행하게 이격 배치되는 제2지지부재와;
    상기 제1지지부재의 가이드공에 삽입되어 검사방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 지지된 제1단자접촉부, 상기 제2지지부재의 단자공에 지지된 제2단자접촉부, 및 상기 제1단자접촉부와 제2단자접촉부를 상호 연결하여 상기 제2단자접촉부의 접근에 의해 탄성적으로 변형되며, 상기 탄성적으로 변형되는 방향을 따라 적층되는 복수의 도금층으로 이루어진 탄성연결부를 갖는 다수의 검사프로브를 포함하며,
    상기 탄성연결부는 길이방향을 따라 연장하며 상기 탄성변형 방향으로 관통하는 적어도 하나의 슬릿을 갖는 것을 특징으로 하는 검사장치.
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