KR102202826B1

KR102202826B1 - 플런저 및 이를 적용한 프로브 핀

Info

Publication number: KR102202826B1
Application number: KR1020200140091A
Authority: KR
Inventors: 이병성; 이종찬; 오승민
Original assignee: (주) 네스텍코리아
Priority date: 2020-10-27
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2021-01-14

Abstract

기둥 형상의 몸체부; 및 상기 몸체부 선단으로부터 연장 형성되되, 상기 몸체부의 길이방향을 따라 돌출한 탐침돌기들을 구비하는 접촉부; 를 포함하고, 상기 접촉부는, 상기 몸체부 선단의 중앙영역에 위치하는 중앙 탐침돌기; 및 상기 중앙 탐침돌기의 외곽을 에워싸며 상기 몸체부의 둘레를 따라 배치된 적어도 셋 이상의 외곽 탐침돌기; 를 구비하며, 상기 탐침돌기들은, 그 종단면에서 상기 몸체부 선단으로부터 연장되며 돌출하는 시발점인 타단에서부터 정점인 일단으로 갈수록 폭이 감소하며, 상기 탐침돌기들의 일단은 첨예한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 플런저 및 이를 적용한 프로브 핀을 제공한다.

Description

플런저 및 이를 적용한 프로브 핀 {PLUNGER AND PROBE PIN USING THE SAME}

본 발명은 플런저 및 이를 적용한 프로브 핀에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조공정에는 반도체 소자의 성능 및 양부(良否)판정을 위한 테스트 공정이 수반되며, 이러한 테스트 공정은 각종 계측기기를 장착한 테스터(tester)를 사용하여 칩이나 반도체 패키지 형태를 갖는 각각의 반도체 집적회로에 대한 전기적인 기능검사를 수행하는 것이 일반적이다.

이때, 테스트 공정에서 테스터의 검사접점과 반도체 소자의 피검사접점과 각기 접촉하며, 반도체 소자와 테스터 간을 전기적으로 연결시키기 위한 프로브 핀(또는 포고핀)이 사용된다.

이러한, 프로브 핀은, 도1에 예시된 바와 같이, 프로브 핀(10) 본체로 사용되며, 내부가 비어있는 원기둥 형태의 배럴(200)과, 배럴(200)의 양단에 각각 결합되는 탑 플런저 및 바텀 플런저(이하, 설명의 편의를 위해 ‘플런저(100)’라 통칭함)와, 배럴(200) 내부에서 플런저(100)들 사이에 배치되어 탄성력을 제공하는 스프링(300)으로 구성되는 것이 일반적이다.

이때, 플런저는 그 단부 형상에 따라 니들(Needle)형, 크라운(Crown) 형 등으로 구분될 수 있는데, 본 발명은 크라운 형으로 마련된 플런저에 관한 것이다.

한편, 도2는 종래의 크라운 형 플런저들을 도시한 것으로, 그 형상을 살펴보면, 도2(a)에 도시된 플런저의 경우, 복수의 첨단부가 동일 높이로 형성되어 있으며, 그 중심부에 복수의 첨단부 간 골이 구비된 구조를 가진다. 그리고, 도2(b)에 도시된 플런저의 경우, 복수의 첨단부가 동일 높이로 형성되어 있으며, 복수의 첨단부 간 골이 동일 수평선상에 배치되어 있는 구조를 가진다.

이러한 종래의 크라운 형 플런저는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

먼저, 복수개의 첨단부가 동일 높이로 형성되어 있어, 반복 검사 시 마모가 발생하게 되면 복수개의 첨단부의 정점이 모두 비슷하게 무뎌져, 플런저의 단부는 피검사접점의 금속을 뚫지 못하며 피검사접점과 검사접점 간 전기적 연결을 위한 컨택이 유지되지 못하고 , 이로 인해 검사 신뢰성을 확보하기 어려운 문제점이 있었다.

다음으로, 복수의 첨단부 간의 골을 이루는 경계선이 동일 수평선상에 배치됨에 따라, ‘V’자 형상으로 패인 구조의 골에는 이물이 쌓일 수밖에 없다. 즉, 이물에 의한 컨택 성능 저하가 야기될 수 있었다. 이를 방지하기 위해서는 이물을 제거하기 위한 별도의 클리닝 작업이 요구되는데, 반복되는 클리닝 작업에 의해 그 수명이 단축될 수 있는 문제점이 존재하였다.

대한민국 등록특허공보 제10-0546361호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이물에 의한 컨택 성능 저하를 방지하고, 새로운 피검사접점과의 반복적인 테스트 공정 중 안정적인 전기적 접촉이 이루어질 수 있도록 그 컨택 성능이 오랜 기간 유지될 수 있는 플런저 및 이를 적용한 프로브 핀을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 플런저는, 기둥 형상의 몸체부; 및 상기 몸체부 선단으로부터 연장 형성되되, 상기 몸체부의 길이방향을 따라 돌출한 탐침돌기들을 구비하는 접촉부; 를 포함하고, 상기 접촉부는, 상기 몸체부 선단의 중앙영역에 위치하는 중앙 탐침돌기; 및 상기 중앙 탐침돌기의 외곽을 에워싸며 상기 몸체부의 둘레를 따라 배치된 적어도 셋 이상의 외곽 탐침돌기; 를 구비하며, 상기 탐침돌기들은, 그 종단면에서 상기 몸체부 선단으로부터 연장되며 돌출하는 시발점인 타단에서부터 정점인 일단으로 갈수록 폭이 감소하며, 상기 탐침돌기들의 일단은 첨예한 형상을 가질 수 있다.

여기서, 상기 접촉부는, 상기 중앙 탐침돌기의 돌출 시발점인 타단이 상기 외곽 탐침돌기들의 경사진 측면에 걸쳐져 위치하며, 상기 외곽 탐침돌기들과 상기 중앙 탐침돌기 간이 이루는 골(이하, ‘제1 골’이라 칭함)이 상기 외곽 탐침돌기들 간이 이루는 골(이하, ‘제2 골’이라 칭함)보다 상기 몸체부 선단으로부터 고위에 위치할 수 있다.

그리고, 상기 접촉부는, 상기 외곽 탐침돌기들 중 어느 하나의 외곽 탐침돌기의 경사진 측면 및 중앙 탐침돌기의 경사진 측면으로 이루어진 제1 경사면과 이웃한 다른 하나의 외곽 탐침돌기의 경사진 측면인 제2 경사면 간이 빗각을 이루되, 상기 제1 경사면과 제2 경사면 간의 경계선은 상기 몸체부의 외측 방향을 향해 고위에서 저위로 기울어지며 비스듬하게 마련될 수 있다.

또한, 상기 외곽 탐침돌기는, 상기 중앙 탐침돌기보다 긴 돌출 길이를 가질 수 있다.

한편, 프로브 핀은, 상기한 플런저를 적용함으로써 쉽게 구현될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 피검사접점과 컨택하기 위한 접촉부에 구비된 탐침돌기들이 단차를 가짐에 따라, 일부 탐침돌기가 마모된 경우에도 피검사점점과 플런저 간의 컨택이 이루어질 수 있어, 새로운 피검사접점과의 반복적인 테스트 공정 중 오랜 기간 컨택 성능을 유지하며, 그 검사의 신뢰성을 확보할 수 있다.

둘째, 접촉부에 구비된 탐침돌기들이 일 방향으로 회전하는 결을 가지도록 구비됨에 따라, 피검사접점의 이물을 뚫기 용이하여, 피검사접점과의 안정적인 컨택이 이루어질 수 있다.

셋째, 접촉부를 구성하는 탐침돌기들 간 경계선이 상방에서 하방을 향하는 비스듬한 사선으로 마련됨에 따라, 별도의 클리닝 작업을 수행하지 않더라도, 이물이 경계선을 따라 외부로 밀려나며 제거될 수 있다. 이에, 플런저의 컨택 성능이 오랜 기간 유지되고, 클리닝 작업에 의해 그 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.

넷째, 프로프 핀에 본 발명이 제안하는 플런저가 적용됨으로써, 종래 크라운 형 플런저를 구비한 프로브 핀 대비 컨택 성능 향상에 따른 검사의 신뢰성이 확보될 수 있으며, 그 수명 또한 연장될 수 있다.

도1은 종래 기술에 제시된 프로브 핀을 도시한 것이다.
도2는 종래의 크라운 타입의 플런저를 도시한 것이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플런저의 적용예를 도시한 것이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플런저를 도시한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.

<프로브 핀에 관한 개략적인 설명>

도1은 종래 기술에 제시된 프로브 핀을 도시한 것이고, 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플런저의 적용예를 도시한 것이다.

도1 및 도3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 핀 및 이의 적용예를 설명하고자 한다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로프 핀(10)은 도1에 제시된 바와 같이 일반적인 프로브 핀의 구조와 동일한 구조로 마련될 수 있다.

살펴보면, 프로브 핀(10) 본체로 사용되며, 내부가 비어있는 기둥 형태의 배럴(200)과, 배럴(200)의 양단에 각각 결합되는 탑 플런저 및 바텀 플런저(이하, 설명의 편의를 위해 ‘플런저(100)’라 통칭함)와, 배럴(200) 내부에서 플런저(100)들 사이에 배치되어 탄성력을 제공하는 스프링(300)을 포함하여 구성된다.

위와 같은 기본 구성을 가지는 프로브 핀(10)에서 본 발명은 플런저(100)와 관련된다. 즉, 본 발명의 프로브 핀(10)은 후술할 플런저(100)를 적용함으로써 쉽게 구현될 수 있는 것이다.

참고로, 도3을 참조하여 본 발명에서 제시하는 플런저(100)의 적용예를 살펴보면, 반도체 소자에 대한 테스트 공정 중 프로브 핀(10)은 하우징 개념의 소켓에 담겨진 상태로, 장비에 의해 픽업 및 이송되어진 BGA 패키지가 소켓 상에 안착되어지면, 하부방향 즉, 소켓 방향을 향하고 있는 BGA Ball(B)이 상부 방향 즉, BGA 패키지 방향을 향하는 플런저(100) 예컨대, 탑 플런저와 컨택되게 된다.

이때, 플런저(100)가 피검사접점에 컨택할 때, 낮은 접촉 저항을 얻기 위해 BGA Ball(B) 예컨대, 솔더볼 표면의 산화물 층과 같은 이물을 기계적으로 파괴하면서 후술할 플런저(100)에 구비된 접촉부(120)가 솔더볼까지 뚫고 들어가게 된다.

이 경우, 반복된 테스트 과정에서, 종래의 크라운 형 플런저에는 피검사접점과 컨택 시 발생하는 입자들이 축적되어, 플런저와 피검사접점간의 안정적인 전기적 컨택을 유지하기 어려워 플런저 선단의 정기적인 청소가 요구된다. 그러나, 플런저에 대한 청소는 그 수명을 단축시키는 문제점이 있었다.

이에, 이 발명에서 제안하는 플런저(100)는 종래 기술대비 BGA Ball과 같은 반도체 소자의 피검사접점과의 컨택 성능 향상 및 수명연장 측면으로 개선된 구조를 가지며, 이하에서는, 본 발명이 제안하는 플런저(100)에 관하여 구체적으로 설명하고자 한다.

<플런저에 관한 설명>

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플런저를 도시한 것이다. 여기서, 도4a는 플런저의 측면도이고, 도4b는 플런저의 사시도이며, 도4c는 도4b와 다른 방향에서 바라본 플런저의 사시도와 그 평면도를 도시한 것이다.

도4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플런저(100)는 몸체부(110) 및 접촉부(120)를 포함하여 구성된다.

몸체부(110)는 기둥 형상으로 마련되며, 좀더 구체적으로는 원기둥 형상으로 마련되는 것이 바람직하다. 이때, 몸체부(110)의 선단에는 후술할 접촉부(120)가 구비되고, 몸체부(120)의 하단은 앞서 언급한 프로브 핀(10)의 배럴(200)에 인입될 수 있다.

참고로, 도면에는 구체적으로 도시되진 않았지만, 몸체부(120)의 하단은 배럴(200)에 수용되기 적합한 구조로 가공될 수 있음은 물론이다.

접촉부(120)는 몸체부(110) 선단으로부터 연장 형성되되, 몸체부(110)의 길이방향을 따라 돌출한 탐침돌기들(121,122)을 구비한다.

여기서, 접촉부(120)는 몸체부(110) 선단의 중앙영역에 위치하는 중앙 탐침돌기(121) 및 중앙 탐침돌기(121)의 외곽을 애워싸며 몸체부(110)의 둘레를 따라 배치된 적어도 셋 이상의 외곽 탐침돌기(122)를 구비할 수 있다.

이때, 탐침돌기들(121, 122)은 그 종단면에서 몸체부(110) 선단으로부터 연장되며 돌출하는 시발점인 타단(SP)에서부터 정점인 일단(PP)으로 갈수록 폭이 감소하며, 탐침돌기들(121, 122)의 일단은 첨예한 형상을 가진다.

그리고, 접촉부(120)는 중앙 탐침돌기(121)의 돌출 시발점인 타단(121-SP)이 외곽 탐침돌기들(122a, 122b, 122c)의 경사진 측면에 걸쳐져 위치하며, 외곽 탐침돌기들(122a, 122b, 122c) 각각과 중앙 탐침돌기(121) 간이 이루는 골(이하, ‘제1 골(V1)’이라 칭함)이 외곽 탐침돌기들(122a, 122b, 122c) 간이 이루는 골(이하, ‘제2 골(V2)’이라 칭함)보다 몸체부(110) 선단으로부터 고위(高位)에 위치한다.

또한, 접촉부(120)는 외곽 탐침돌기들(122a, 122b, 122c) 중 어느 하나의 외곽 탐침돌기(122a)의 경사진 측면 및 중앙 탐침돌기(121)의 경사진 측면으로 이루어진 제1 경사면(S1)과 이웃한 다른 하나의 외곽 탐침돌기(122b)의 경사진 측면인 제2 경사면(S2) 간이 빗각을 이루되, 제1 경사면(S1)과 제2 경사면(S2) 간의 경계선(IL)은 몸체부(110)의 외측 방향을 향해 고위(高位)에서 저위(低位)로 기울어지며 비스듬하게 마련될 수 있다.

즉, 제1 골(V1)과 제2 골(V) 간에는 소정의 높이차(h1)가 구비되며, 제1 경사면(S)과 제2 경사면(S2) 간의 경계선(IL)이 하방으로 소정각도 기울어진 비스듬한 형상으로 구비되게 되는데, 이는 각 탐침돌기들(121, 122)의 경사면을 따라 흘러내려온 이물이 접촉부(120)에 쌓이지 않고 경계선(IL)을 따라 하방으로 밀려나며 별도의 클리닝작업을 수행하지 않더라도 플런저(100) 외부로 제거될 수 있도록 하기 위함이다.

이때, 이물은 반복적인 테스트 공정 중 접촉부(120)와 피검사접점의 컨택 시 발생하는 입자들을 의미한다.

참고로, 외곽 탐침돌기들(122a, 122b, 122c)과 중앙 탐침돌기(121) 간의 경계선(IL)은, 외곽 탐침돌기들(122a, 122b, 122c) 중 어느 하나의 외곽 탐침돌기(122a)의 경사진 측면 및 중앙 탐침돌기(121)의 경사진 측면으로 이루어진 제1 경사면(S1)과 이웃한 다른 하나의 외곽 탐침돌기(122b)의 경사진 측면인 제2 경사면(S2) 간의 제1 경계선(IL-1), 외곽 탐침돌기들(122a, 122b, 122c) 중 다른 하나의 외곽 탐침돌기(122b)의 경사진 측면 및 중앙 탐침돌기(121)의 경사진 측면으로 이루어진 제3 경사면(S3)과 이웃한 또 다른 하나의 외곽 탐침돌기(122c)의 경사진 측면인 제4 경사면(S4) 간의 제2 경계선(IL-2), 외곽 탐침돌기들(122a, 122b, 122c) 중 또 다른 하나의 외곽 탐침돌기(122c)의 경사진 측면 및 중앙 탐침돌기(121)의 경사진 측면으로 이루어진 제5 경사면(S5)과 이웃한 어느 하나의 외곽 탐침돌기(122a)의 경사진 측면인 제6 경사면(S6) 간의 제3 경계선(IL-2)을 포함할 수 있다.

상술한 각 경계선들(IL-1, IL-2, IL-3)은 앞서 언급한 바와 같이 각 경계선(IL-1, IL-2, IL-3)들을 이루는 경사면 간이 빗각을 이루며, 그 경계선(IL-1, IL-2, IL-3)이 상방에서 하방으로 기울어지며 비스듬하게 마련된다.

그리고, 본 발명이 제시하는 플런저(100)는, 외곽 탐침돌기들(122a, 122b, 122c)이 중앙 탐침돌기(121)보다 긴 돌출길이를 가지도록 탐침돌기들(121, 122) 간의 단차(h2)를 주어, 피검사접점과 컨택하는 접점의 양을 조절하였다. 이에, 가장 긴 돌출길이를 가지는 외곽 탐침돌기(122)가 새로운 피검사접점과 반복적으로 접촉하는 반복 테스트로 인해 마모되었을 경우에, 중앙 탐침돌기(121)가 피검사접점에 컨택하며 컨택 성능이 유지될 수 있게 된다. 이때, 본 발명이 제안한 플런저(100)에 의해 이를 구비한 프로브 핀(10)은 오랜 기간 컨택 성능을 유지할 수 있게 되고, 그 수명 또한 연장될 수 있는 것이다.

또한, 본 발명이 제시하는 플런저(100)는, 외곽 탐침돌기들(122a, 122b, 122c)의 외측면이 세 부분으로 구분될 수 있는데, 어느 하나의 외곽 탐침돌기(122a)를 기준으로 설명하면, 몸체부(110)로부터 연장되되, 몸체부(110)의 외면 형상을 따라 곡면형으로 마련된 제1 측면(122a-1), 경사진 두 개의 측면(이하, 각각 ‘제2 측면(122a-2)’ 및 ‘제3 측면(122a-3)’이라 칭함)으로 구분될 수 있다.

이때, 제2 측면(122a-2)은 제3 측면(122a-3) 대비 넓은 면적을 가지고, 제3 측면(122a-3)은 인접한 중앙 탐침돌기(121)의 경사진 측면과 제1 경사면(S1)을 이루게 되며, 그 정점(122a-PP)에서부터 중앙 탐침돌기(121)의 시발점(121-SP)으로 향하는 선이 사선으로 이어지게 된다. 이러한 형상에 의해, 본 발명이 제시하는 플런저(100)의 접촉부(120)는 도4c에 도시된 바와 같이 회전하는 결을 가지도록 마련되어, 이러한 결은 테스트 공정 시, BGA Ball 또는 패드와 같은 피검사접점의 이물을 뚫기 용이하게 작용하며, 피검사접점과 접촉부(120) 간의 안정적인 전기적 접촉이 이루어지도록 할 수 있다. 참고로, 피검사접점의 이물은 솔더볼 표면에 코팅된 산화물 층 같이 피검사접점을 덮은 상이한 물질을 의미한다.

결과적으로, 본 발명이 제시하는 플런저(100)의 형상은, 탐침돌기들(121, 122)의 단차조절을 통해 접점의 양을 조절하고, 그 일부가 마모된 경우에도 피검사접점과의 접촉이 이루어져 그 컨택 성능을 오랜 기간 유지하며, 테스트 공정 시, 피검사접점의 이물을 뚫기 용이한 구조로, 탐침돌기(121, 122)들이 일 방향으로 회전하는 결 형상을 가짐에 따라 피검사접점과의 안정적인 컨택 성능을 보장할 수 있다. 또한, 접촉부(120)의 탐침돌기들(121, 122) 간의 경계선(IL-1, IL-2, IL-3)이 상방에서 하방을 향하는 사선으로 마련됨에 따라, 피검사접점과 접촉 시, 피검사접점에 의해 상부 방향에서 눌러지는 이물이 경계선(IL)을 따라 내려오게 되며, 별도의 클리닝 작업 없이도 이물이 쌓이지 않고 외부로 밀려나며 제거될 수 있다. 즉, 자체적인 클리닝이 이루어질 수 있어, 이물에 의한 컨택 성능 저하를 방지할 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 균등개념으로 이해되어져야 할 것이다.

10 : 프로브 핀
100 : 플런저
110 : 몸체부
120 : 접촉부
121 : 중앙 탐침돌기
121-SP : 타단
121-PP : 일단
122 : 외곽 탐침돌기
122-SP : 타단
122-PP : 일단
V1 : 제1 골
V2 : 제2 골
IL-1 : 제1 경계선
IL-2 : 제2 경계선
IL-3 : 제3 경계선
S1 : 제1 경사면
S2 : 제2 경사면
S3 : 제3 경사면
S4 : 제4 경사면
S5 : 제5 경사면
S6 : 제2 경사면
200 : 배럴
300 : 탄성부재

Claims

기둥 형상의 몸체부; 및
상기 몸체부 선단으로부터 연장 형성되되, 상기 몸체부의 길이방향을 따라 돌출한 탐침돌기들을 구비하는 접촉부; 를 포함하고,
상기 접촉부는,
상기 몸체부 선단의 중앙영역에 위치하는 중앙 탐침돌기; 및
상기 중앙 탐침돌기의 외곽을 에워싸며 상기 몸체부의 둘레를 따라 배치된 적어도 셋 이상의 외곽 탐침돌기; 를 구비하며,
상기 탐침돌기들은, 그 종단면에서 상기 몸체부 선단으로부터 연장되며 돌출하는 시발점인 타단에서부터 정점인 일단으로 갈수록 폭이 감소하며, 상기 탐침돌기들의 일단은 첨예한 형상을 가지고,
상기 접촉부는, 상기 중앙 탐침돌기의 돌출 시발점인 타단이 상기 외곽 탐침돌기들의 경사진 측면에 걸쳐져 위치하며, 상기 외곽 탐침돌기들과 상기 중앙 탐침돌기 간이 이루는 골(이하, ‘제1 골’이라 칭함)이 상기 외곽 탐침돌기들 간이 이루는 골(이하, ‘제2 골’이라 칭함)보다 상기 몸체부 선단으로부터 고위에 위치하는 것을 특징으로 하는
플런저.
삭제
제1항에 있어서,
상기 접촉부는, 상기 외곽 탐침돌기들 중 어느 하나의 외곽 탐침돌기의 경사진 측면 및 중앙 탐침돌기의 경사진 측면으로 이루어진 제1 경사면과 이웃한 다른 하나의 외곽 탐침돌기의 경사진 측면인 제2 경사면 간이 빗각을 이루되, 상기 제1 경사면과 제2 경사면 간의 경계선은 상기 몸체부의 외측 방향을 향해 고위에서 저위로 기울어지며 비스듬하게 마련되는 것을 특징으로 하는
플런저.
제3항에 있어서,
상기 외곽 탐침돌기는, 상기 중앙 탐침돌기보다 긴 돌출 길이를 가지는 것을 특징으로 하는
플런저.
제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 따른 플런저가 적용된 프로브 핀.