KR20010039971A - 납땜 볼용 접촉기 - Google Patents

Abstract

피검사체의 전기적 특성을 검사하기 위한 검사용 신호를, 테스터와 피검사체 사이에서 전송하기 위해서, 피검사체에 형성된 복수의 납땜 전극 각각과 접촉하는 복수개의 프로브를 포함하는 접촉기가 개시되어 있고, 상기 프로브의 선단부는 상기 납땜 전극의 가장 높은 위치의 외측에서, 각 납땜 전극에 전기적으로 접촉하는 접촉단 구조를 갖는다.

이 접촉단 구조의 선단부는 통체, 원통체일 수 있다. 또한, 납땜 전극으로서는 납땜 볼이 채용될 수 있다.

Description

납땜 볼용 접촉기{CONTACTOR FOR SOLDER BALLS}

본 발명은 피검사체의 전기적 특성을 검사하기 위한 검사용 신호를, 테스터와 피검사체 사이에서 전송하기 위해서, 피검사체에 형성된 복수의 납땜 전극(예컨대, 납땜 볼) 각각과 접촉하는 복수개의 프로브를 구비하는 납땜 볼용 접촉기에 관한 것이다.

반도체 장치의 검사에 있어서는, 웨이퍼 등의 피검사체의 전기적 특성을 검사하는 공정이 실시된다. 이 검사 공정에서는, 프로브 장치가 널리 사용되고 있다. 프로브 장치는 프로브 카드를 구비하고, 프로브 카드는 피 처리체 표면의 전극부에 접촉하여 피검사체와 테스터 사이에서 검사용 신호의 교환을 실행하는 복수개의 프로브를 구비하고 있다.

종래의 프로브 카드로서, 프로브가 캔틸레버식으로 지지된 타입이 널리 사용되고 있다. 반도체 장치의 성능이 비약적으로 향상되어, 반도체 장치가 고 집적화된 결과, 반도체 장치의 전극의 수는 현저히 증가하여, 전극간의 피치는 점점 더 좁아져 왔다. 이와 같은 좁은 피치화에 대응하기 위해서, 프로브 카드의 프로브의 수를 증가시킴과 동시에, 그 간격도 좁혀 가야 한다. 그러나, 종래의 캔틸레버 타입의 프로브 카드는 구조적으로 다(多) 핀화, 좁은 피치화에 충분히 대응하기 어렵다. 그 때문에, 캔틸레버 타입의 프로브 대신에, 절연성 기판에 수직 침이나 범프 등의 프로브를 설치한 타입이 개발되었다. 이 타입의 접촉기에 의해, 프로브의 다 핀화, 좁은 피치화가 실현되어 가고 있다.

반도체 장치의 초 고집적화에 따라, 그 장착 기술은 현저히 진보하여, 베어 칩이나 칩 스케일 팩키지(chip scale package)가 실장되도록 되어 왔다. 예컨대 베어 칩의 경우에는, 웨이퍼상에 형성된 전체 집적 회로(이하, 칩이라고 칭함)의 전극부에 납땜 볼이 형성된다. 이 납땜 볼을 통해, 각 칩의 전기적 특성이 검사된다.

납땜 볼을 통해, 각 칩의 전기적 특성을 검사하는 경우, 종래에는 예컨대 평탄한 선단부를 갖는 프로브나, 또는 도 5a에 도시된 뾰족한 선단부를 갖는 프로브(1)가 이용되고 있다. 검사시에, 피검사체를 향하여 접촉기를 이동시킴으로써, 그 프로브의 선단부는 피검사체의 납땜 볼에 전기적으로 접촉한다. 이 때, 도 5a에 도시된 뾰족한 선단부를 갖는 프로브(1)가 사용되는 경우, 피검사체를 향하여 접촉기를 이동시킴으로써, 프로브(1)의 침끝이 납땜 볼(B)에 꽂힌다. 프로브(1)는 납땜 볼과 전기적으로 접촉하여, 양자는 전기적으로 접속된다. 평탄한 선단부를 갖는 프로브가 사용되는 경우, 피검사체를 향하여 접촉기를 이동시켜 접촉시키는 것만으로는, 프로브와 납땜 볼 사이에 산화막이 개재하여, 그 결과 양자는 전기적으로 접촉할 수 없다. 이 때문에, 예컨대 피검사체를 문질러 닦아, 납땜 볼 표면의 산화막을 절삭함으로써, 프로브를 납땜 볼에 전기적으로 접촉시킨다.

종래의 도 5a에 도시된 프로브의 경우, 프로브(1)의 침끝은 납땜 전극(납땜 볼)(B)의 중심에 꽂혀서, 납땜 볼(1)의 중심에 침 구멍(1')이 형성된다. 이 후, 기판 또는 팩키지가 침 구멍(1')이 있는 납땜 볼(B)에 접합된다. 이 접합에 있어서, 침 구멍(1') 부분이 오목부로 되기 때문에, 이 점으로부터 기판 등과 납땜 볼(B)은 충분히 전기적으로 접합할 수 없다. 이러한 접합 상태를 개량하기 위해서, 접합 전에 납땜 볼(B)의 표면을 구면(球面)형상으로 다시 성형하기 위한 리플로우 공정(reflow process)이 필요하게 되어, 결과적으로 반도체 장치의 고 비용화를 초래한다.

평탄한 침끝을 갖는 프로브가 사용되는 경우, 상기한 바와 같이 피검사체를 문질러 닦아야 한다. 이 때문에, 납땜 볼의 중앙 부분에 오목부가 형성되어, 납땜 볼을 리플로우하는 공정이 필요하게 된다. 일본 특허 공개 공보 제 1998-221367 호에는 프로브와 납땜 볼을 확실히 접촉시키기 위해서, 프로브의 침끝 형상을 고안한 기술이 제안되어 있다. 이 기술은 납땜 볼 표면상을 프로브의 선단부가 미끄러지는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 납땜 볼의 중심부는 손상되어, 그 결과 검사후에 납땜 볼을 리플로우하는 공정이 필요하게 된다.

본 발명은 이러한 과제의 적어도 일부를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 프로브를 납땜 볼에 전기적으로 접촉시킬 수 있고, 또한 납땜 볼의 중앙 부분을 손상시키지 않는 납땜 볼용 접촉기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원 발명의 제 1 관점에 따르면, 피검사체의 전기적 특성을 검사하기 위한 검사용 신호를, 테스터와 피검사체 사이에서 전송하기 위해서, 피검사체에 형성된 복수의 납땜 볼 각각과 접촉하는 복수개의 프로브를 포함하되, 상기 프로브의 선단부는 상기 납땜 볼의 중심보다 외측에서, 각 납땜 볼에 전기적으로 접촉하는 접촉단(接觸端) 구조를 갖는 납땜 볼용 접촉기가 제공된다.

본원 발명의 제 2 관점에 따르면, 피검사체의 전기적 특성을 검사하기 위한 검사용 신호를, 테스터와 피검사체 사이에서 전송하기 위해서, 피검사체에 형성된 복수의 납땜 전극 각각과 접촉하는 복수개의 프로브를 포함하되, 상기 프로브의 선단부는 상기 납땜 전극의 가장 높은 위치의 외측에서, 각 납땜 전극에 전기적으로 접촉하는 접촉단 구조를 갖는 접촉기가 제공된다.

상기 납땜 볼 접촉기 및 접촉기는 다음의 구성을 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 프로브의 접촉단 구조의 선단부는 통체이다.

상기 프로브의 접촉단 구조의 선단부는 원통체이다.

상기 원통체의 내경은 상기 납땜 볼의 외경보다 작다.

상기 프로브는 포고(POGO) 핀 구조에 의해 지지되어 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점은 이하의 명세서에 기재되고, 그 일부는 해당 개시로부터 자명하든가, 또는 본 발명의 실행에 의해 얻어질 것이다. 본 발명의 해당 목적 및 장점은 여기에 특히 지적되는 수단과 조합에 의해 실현되고, 얻어진다.

첨부한 도면은, 명세서의 일부와 연휴하고 또한 일부를 구성하며, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한다. 그리고, 도면은 후술하는 일반적인 기술과 이하에 기술하는 바람직한 실시예에 관한 상세한 설명에 의해, 본 발명의 설명을 뒷받침한다.

도 1은 본 발명의 납땜 볼용 접촉기의 일 실시예를 적용한 프로브 카드를 모식적으로 도시하는 단면도,

도 2는 도 1에 도시된 납땜 볼용 접촉기의 주요부를 확대하여 도시한 단면도,

도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 프로브의 동작 설명도로서, 도 3a는 프로브와 납땜 볼이 접촉하는 상태를 설명하는 단면도, 도 3b는 프로브가 납땜 볼로부터 분리된 상태를 도시한 단면도,

도 4a 및 도 4b는 각각 도 2에 도시된 프로브에 의해서 생긴 납땜 볼 표면의 접촉 흔적을 도시한 평면도,

도 5a 및 도 5b는 평탄한 선단부를 갖는 프로브의 동작 설명도로서, 도 5a는 프로브와 납땜 볼이 접촉한 상태를 설명하는 단면도, 도 5b는 프로브가 분리된 상태에서의 납땜 볼의 단면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10: 메인 보드 20: 변환 보드

30: 접촉기 31: 프로브

31A: 하부 핀 31B: 상부 핀

31C: 슬리브 31D: 원통부

32: 본체 기판 33: 하부 판

34: 상부 판 W: 웨이퍼(피검사체)

B: 납땜 볼 100: 프로브 카드

이하, 도 1 내지 도 5에 도시된 실시예에 근거하여 본 발명을 설명한다. 도 1은 본 실시예의 납땜 볼용 접촉기를 구비한 프로브 카드의 일례를 도시한다. 도 1에 도시된 프로브 카드(100)는 메인 보드(10)를 구비하고, 메인 보드의 상면(예컨대 주위)에 복수개의 접촉 단자(41)가 설치되어 있다. 이 접촉 단자(41)는 링형상으로 복수열에 걸쳐 배열될 수 있고, 테스터측의 포고 핀이 대응 접촉 단자에 접촉된다.

메인 보드(10)의 하면(예컨대 중앙 영역)에는 복수개의 접속용 단자(11)가 배치된다(예컨대 매트릭스 형상). 각 접촉 단자는 각 접속용 단자(11)에 접속되어 있다. 변환 보드(20)는 그 상면에 복수개의 상부 단자(42)와, 하면에 복수개의 하부 단자(43)를 구비하고 있다. 상부 단자(42)와 하부 단자(43)는 매트릭스 형상으로 배치된다. 하부 단자(43)의 배치는 상부 단자(42)의 배치의 축소 패턴으로 될 수 있다. 각 상부 단자(42)는 상기 접속용 단자(11) 각각에 전기적으로 접촉한다. 접촉기(30)는 프로브(31)를 구비하고, 프로브의 상부는 상기 하부 단자(43)에 전기적으로 접촉하며, 프로브의 하부는 피검사체의 납땜 전극(B)과 전기적으로 접촉한다. 이 납땜 전극(B)에는 산 형상의 납땜 전극이 포함되고, 바람직하게는 납땜 볼이 채용될 수 있다. 상기 접촉기(30)는 매트릭스 형상으로 배열된 프로브(31)와, 이들 프로브(31)를 지지하는 세라믹 등의 절연성 재료로 형성된 본체 기판(32)과, 하부 판(33) 및 상부 판(34)를 구비한다. 하부 판(33) 및 상부 판(34)은 절연성 재료로 형성되고, 본체 기판(32)을 상하로부터 끼운다. 프로브(31)의 침끝은 웨이퍼(W)의 납땜 볼(B)에 전기적으로 접촉한다.

도 2에는 도 1의 접촉기(30)의 주요부가 확대되어 도시되어 있다. 본 실시예의 접촉기(30)는 도 2 및 도 3a에 도시된 바와 같이, 특징적 형태를 갖는 프로브(31)를 구비하고 있다. 이 프로브(31)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 핀(31A)과, 상부 핀(31B)과, 슬리브(31C)를 구비한 포고 핀으로서 구성될 수 있다. 하부 핀(31A)은 웨이퍼(W)와 접촉하고, 상부 핀(31B)은 변환 보드(20)에 접촉하며, 슬리브(31C)는 이들 양자(31A, 31B)에 탄력을 부여하기 위한 코일 스프링을 수용하고 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본체 기판(32)은 프로브(31)의 배열에 맞추어 매트릭스 형상으로 형성된 복수개의 관통 구멍(32A)을 갖는다. 이들 관통 구멍(32A)의 직경은 각각 슬리브(31C)의 직경보다도 약간 크게 형성되어 있다. 하부 판(33)은 본체 기판(32)의 복수개의 관통 구멍(32A)의 각각에 대응하는 복수개의 관통 구멍(33A)을 갖는다. 이들 관통 구멍(33A)의 하부의 직경은 모두 관통 구멍(32A)의 직경보다 작게 형성되어 있다. 이 관통 구멍(33A)은, 하부(33B)의 직경이 하부 핀(31A)의 직경보다 약간 크게, 본체 기판(32)의 관통 구멍(32A)의 직경보다 작게 형성된다. 상부(33C)의 직경은 하부(33B)의 직경보다 크게, 본체 기판(32)의 관통 구멍(32A)부의 직경과 거의 동일하게 형성되어 있다. 하부(33B)의 소직경부와 상부(33C)의 대직경부의 경계 위치에 슬리브(31C)를 수용하기 위한 단차부가 형성될 수 있다.

상부 판(34)은 본체 기판(32)의 복수개의 관통 구멍(32A)의 각각에 대응하는 복수개의 관통 구멍(34A)를 갖는다. 이들 관통 구멍(34A)의 직경은 모두 관통 구멍(32A)의 직경보다 작게 형성되어 있다. 프로브(31)의 슬리브(31C)는 하부 판(33)의 관통 구멍(33A)의 상부(33C)와, 본체 기판(32)의 관통 구멍(32A)으로 만들어지는 공간에 수납된다. 프로브(31)의 하부 핀(31A)은 하부 판(33)의 관통 구멍(33A)을 관통하고, 그 침끝은 하부 판(33)의 하면으로부터 돌출한다. 또한 프로브(31)의 상부 핀(31B)은 상부 판(34)의 상면으로부터 돌출한다.

따라서, 접촉기(30)와 변환 보드(20)를 접촉시키면, 상부 핀(31B)의 상단부가 변환 보드(20)의 전극에 탄력적으로 접촉함으로써, 프로브(31)는 변환 보드(20)에 전기적으로 접속된다.

하부 핀(31A)의 접촉단 구조는, 도 2 및 도 3a에 도시된 바와 같이, 중앙 부분에 오목부를 갖는 통체(31D)로서 형성될 수 있다. 이 통체로서 원통이 채용될 수 있다. 본 실시예에서는, 하부 핀(31A)의 전체가 동일 직경으로 형성되지만, 원통부(31D)의 외경은, 그 상측 부분보다 소직경으로 형성될 수도 있다. 원통부(31D)의 내경은 납땜 볼(B)의 외경보다 작게 형성된다. 이 결과, 원통부(31D)의 접촉단부는 납땜 볼(B)의 경사면에 접촉한다. 또한, 원통부(31D)의 접촉단부는 수평 방향으로 평탄한 평면으로서 형성될 수 있고, 그 선단부의 외주면은 테이퍼 면으로 될 수 있다. 원통부(31D)의 접촉단부를 평탄면 또는 테이퍼 면으로 형성함으로써, 접촉단부가 납땜 볼(B)에 탄력적으로 접촉하였을 때에, 도 3a에 도시된 바와 같이 원통부(31D)의 선단부는 납땜 볼(B)의 구면에 미끄럼 접합하여, 해당 구면상의 산화막을 절삭하여, 절삭 부스러기(B')를 외측으로 쓸어낼 수 있다(소위 자기 클리닝 작용). 원통부(31D)의 선단부 구조는 여러가지의 가공 기술(예컨대 에칭 기술, 레이저 가공 기술 등)에 의해 얻을 수 있다.

도 2 및 도 3a에 있어서, 하부 핀(31A)의 접촉단부가 원통부(31D)로서 형성된 구조가 도시되었다. 그러나, 원통부(31D)는 다각형이나 그 밖의 형상으로 형성된 것이어도 무방하다. 이 접촉단부는 블레이드 형상으로 될 수 있다. 블레이드의 날끝은 납땜 볼(B)의 구면의 외연부에 침투함으로써, 프로브(31)가 납땜 볼(B)과 전기적으로 접촉한다. 결국, 프로브(31)의 접촉단 구조는 납땜 볼(B)의 가장 높은 위치[예컨대 납땜 볼(B)의 중심]보다 외측에서 접촉하여, 납땜 볼(B)과 전기적으로 접속되도록 접촉하는 형상이면, 어느쪽의 형상이어도 무방하다.

다음에, 전극 패드에 납땜 전극(납땜 볼)(B)이 형성된 웨이퍼(W)가 검사되는 경우에 있어서, 본원 발명의 접촉기의 동작을 설명한다. 웨이퍼(W)가 상승하고, 도 2에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W)의 납땜 볼(B)에 접촉기(30)의 프로브(31)가 접촉한다. 이 때, 납땜 볼(B)에 다소의 고저 차이가 있더라도, 하부 핀(31A)은 모든 납땜 볼(B)과 탄력적으로 접촉할 수 있다. 그 후, 웨이퍼(W)를 향하여 접촉기를 오버드라이브시키면, 도 3a에 도시된 바와 같이 원통체(31D)의 선단부의 내주면에 의해 납땜 볼(B)의 구면상의 산화막이 절삭된다. 이 결과, 원통부(31D)는 산화막이 제거된 노출 납땜(exposed solder)에 접촉하여, 프로브(31)가 납땜 볼(B)과 전기적으로 도통한다. 이 때, 프로브(31)의 원통부(31D)는, 예컨대 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 납땜 볼(B)에 원형상 또는 원호상으로 접촉하여, 전기적으로 도통하기 위한 충분한 접촉 면적이 확보되어, 양자는 확실히 전기적으로 도통한다.

양자가 전기적으로 도통된 후에, 소정의 전기적 특성이 검사된다. 그 후, 프로브(31)는 납땜 볼(B)로부터 분리되면, 납땜 볼(B)의 구면의 원형상 또는 원호상의 접촉 흔적에는, 도 3b에 도시된 바와 같은 절삭 흔적(31')이 남는다. 그 후, 마찬가지의 동작을 반복하여, 웨이퍼(W)상의 모든 칩의 전기적 특성이 검사된다.

전술한 바와 같이, 본 실시예의 접촉기(30)의 프로브(31)를 이용하여 검사하면, 프로브(31)의 원통부(31D)는, 납땜 볼(B) 표면의 산화막을 절삭하고 절삭 부스러기(B')를 외측으로 쓸어내어, 원통부(31D)의 내측으로의 절삭 부스러기(B')의 진입이나 부착이 방지되어(소위 자기 클리닝 작용), 절삭 부스러기(B')에 의한 오염이 방지될 수 있고, 나아가서는 프로브(31)는 클리닝되지 않고서, 반복 사용될 수 있다. 또한, 원통부(31D)는 납땜 볼(B)의 가장 높은 표면(예컨대 중앙부)을 손상시키지 않고, 본래의 표면 상태는 그대로 남는다. 검사후에 납땜 볼(B)의 리플로우 공정이 불필요하고, 검사후의 상태로, 납땜 볼(B)은 기판이나 팩키지의 전극과 확실히 전기적으로 접촉할 수 있다. 더구나, 납땜 볼(B)의 외측으로 절삭 부스러기(B')이 쓸어내어지기 때문에, 납땜 볼(B)의 중앙 부분이 절삭 부스러기에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있고, 후공정에서 산화물에 의한 개재를 피하여, 확실한 전기적 접촉이 달성된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의한 접촉기(30)의 프로브(31)는 납땜 볼(B)의 중심보다 외측에서 납땜 볼(B)에 접촉하는 접촉단 구조[원통부(31D)]를 갖기 때문에, 납땜 볼(B)의 가장 높은 위치에 있는 접합면(중앙면)은 손상되지 않는다. 이 때문에, 납땜 볼(B)의 리플로우 공정은 생략될 수 있어, 시간 및 비용면에서의 개선이 도모될 수 있고, 반도체 장치의 저 비용화가 도모된다.

본 실시예에 따르면, 프로브(31)의 원통부(31D)의 내경은 납땜 볼(B)의 외경보다 작게 형성되기 때문에, 납땜 볼(B)의 표면이 원통부(31D)에 의해 절삭되어, 프로브(31)와 납땜 볼(B)은 전기적으로 확실히 접촉할 수 있다. 포고 핀 구조로 된 프로브(31)는 고저 차이가 있는 납땜 볼(B)에 대해서도 확실히 접촉할 수 있다.

상기 실시예에서는 납땜 볼(B)을 갖는 웨이퍼(W)가 검사되는 경우에 대하여 설명하였지만, 이 납땜 볼은 납땜 이외의 금속으로 형성된 볼형상 범프이어도 무방하다. 상기 실시예에서는 웨이퍼(W)의 전기적 특성을 검사하는 경우에 대하여 설명하였지만, 납땜 볼 등의 전극을 갖는 칩 스케일 팩키지 등의 웨이퍼 이외의 피검사체에 대해서도, 본 발명은 널리 적용될 수 있다.

또 다른 특징 및 변경이 당해 기술분야의 당업자에게 인식될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 보다 넓은 관점에 서 있는 것으로, 특정의 상세한 실시예 및 여기에 개시된 대표적인 실시예에 한정되는 것은 아니다.

따라서, 첨부된 청구항에 정의된 넓은 발명 개념 및 그 균등물의 해석과 범위에 있어서, 일탈하지 않고, 여러가지의 변경을 할 수 있다.

본 발명에 따른 프로브를 납땜 볼에 접촉시키더라도, 가장 높은 부분(중앙 부분)은 손상될 우려가 없고, 납땜 볼의 리플로우 공정은 생략될 수 있다.

Claims (8)

1. 피검사체의 전기적 특성을 검사하기 위한 검사용 신호를, 테스터와 피검사체 사이에서 전송하기 위해서, 피검사체에 형성된 복수의 납땜 볼 각각과 접촉하는 복수개의 프로브를 포함하되,

   상기 프로브의 선단부는 상기 납땜 볼의 중심보다 외측에서, 각 납땜 볼에 전기적으로 접촉하는 접촉단(接觸端) 구조를 갖는

   납땜 볼용 접촉기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 프로브의 접촉단 구조의 선단부는 오목부를 갖는 통체인

   납땜 볼용 접촉기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 프로브의 접촉단 구조의 선단부는 원통체인

   납땜 볼용 접촉기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 원통체의 내경은 상기 납땜 볼의 외경보다 작은

   납땜 볼용 접촉기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 프로브는 포고 핀 구조에 의해 지지되는

   납땜 볼용 접촉기.
6. 피검사체의 전기적 특성을 검사하기 위한 검사용 신호를, 테스터와 피검사체 사이에서 전송하기 위해서, 피검사체에 형성된 복수의 납땜 전극 각각과 접촉하는 복수개의 프로브를 포함하되,

   상기 프로브의 선단부는 상기 납땜 전극의 가장 높은 위치의 외측에서, 각 납땜 전극에 전기적으로 접촉하는 접촉단 구조를 갖는

   접촉기.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 프로브의 접촉단 구조의 선단부는 오목부를 갖는 통체인

   접촉기.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 프로브는 포고 핀 구조에 의해 지지되는

   접촉기.