KR200194569Y1 - Vetical type probe card - Google Patents
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Abstract
프로브 카드는 반도체 웨이퍼를 제조하는 마지막 공정인 테스트 공정에서 사용되는 장치로서, 테스트 과정에서 필요한 각종 전기적인 신호와 전원 그리고 접지 등을 자동 테스트 장비로부터 받아서 테스트 하고자하는 칩에 이들을 전달하고, 또한 칩으로부터 전기적 신호를 받아 자동 테스트 장비에 전달하는 역할을 하는 것으로, 프로브 카드의 구성요소는 기판과 프로브 니들로 되어 있다.The probe card is a device used in the test process, which is the final process of manufacturing semiconductor wafers. The probe card receives various electrical signals, power, and ground required from the test process, and transfers them to the chip to be tested. It receives electrical signals and delivers them to automated test equipment. The components of the probe card consist of a substrate and a probe needle.
본 고안은 프로브 카드 니들의 특정부분, 즉 니들의 텐션을 유지하기에 필요한 부분에 높은 탄성을 가진 폴리머(Polymer)로 코팅하고 이 부분을 고정체에 고착시켜서 프로브 카드 니들의 텐션을 폴리머의 탄성에 의하여 지속적으로 유지되도록 하는 것이다.The present invention is coated with a polymer having a high elasticity to a specific portion of the probe card needle, that is, a portion necessary to maintain the tension of the needle, and by fixing the portion to the fixing body, the tension of the probe card needle is applied to the elasticity of the polymer. It is to be maintained continuously by.
또한, 기능 향상을 위하여 폴리머로 프로브 카드 니들을 몰딩, 혹은 코팅하면 더욱 효과적으로 프로브 카드 니들의 텐션을 유지할 수 있다.In addition, by molding or coating the probe card needle with a polymer to improve the function, it is possible to more effectively maintain the tension of the probe card needle.
이에 의한 본 고안의 장점으로는 다음과 같다.The advantages of the present invention by this is as follows.
프로브 카드의 수명이 현재 사용중인 방법보다 4∼10배 이상 길게 되며, 병렬 테스트의 개수를 증가 할 수 있어 생산성이 향상되며, 또한 프로브 니들의 텐션이 폴리머의 탄성에 의하여 유지되기 때문에 항상 텐션이 일정하게 되는 것이다.The life of the probe card is 4 to 10 times longer than the current method, and the number of parallel tests can be increased to improve productivity, and the tension is always constant because the tension of the probe needle is maintained by the elasticity of the polymer. Will be done.
Description
본 고안은 웨이퍼 테스트(Wafer Test) 공정에서 사용되는 프로브 카드에 관한 것이다.The present invention relates to a probe card used in a wafer test process.
프로브 카드는 반도체 웨이퍼 제조 공정중 마지막 공정인 테스트 공정에서 사용되는 장치이며, 테스트 공정은 칩을 양품과 불량품으로 구분하기 위한 중요한 공정중 하나이다. 프로브 카드는 이 테스트 과정에서 필요한 각종 전기적인 신호와 전원 그리고 접지 등을 자동 테스트 장비(ATE : Automatic Test Equipment)로부터 받아 테스트하고자 하는 칩(Chip)에 이들을 전달하고, 또한 칩으로부터 전기적 신호를 받아 자동 테스트 장비에 전달하는 역할을 한다. 프로브 카드의 구성요소는 기판(Printed Circuit Board)과 프로브 니들(Probe Needle)로 되어 있다.The probe card is a device used in the test process, which is the last step in the semiconductor wafer manufacturing process, and the test process is one of the important processes for dividing chips into good and bad. The probe card receives various electrical signals, power, and ground necessary for this test process from the automatic test equipment (ATE) and delivers them to the chip to be tested. It delivers to test equipment. The components of the probe card consist of a printed circuit board and a probe needle.
기판은 자동 테스트 장비와 직접 연결되어 칩을 양품과 불량품으로 구분하기 위하여 필요한 각종 전기적인 신호와 전원 그리고 접지 등을 자동 테스트 장비로부터 받아 프로브 니들에 전달하는 역할을 한다. 이때 자동 테스트 장비로부터 전기적인 신호를 받아 이들을 니들로 정확하게 전달하기 위해서는 자동 테스트 장비와의 임피던스 매칭(Impedance Matching)이 절대적으로 필요하며, 이를 위하여 기판은 다층(Multi-Layer)구조로 되어 있다.The board directly connects to the automatic test equipment, and receives the electrical signals, power, and ground necessary for the chip into good and bad parts from the automatic test equipment and delivers them to the probe needle. In this case, in order to receive electrical signals from the automatic test equipment and deliver them accurately to the needle, impedance matching with the automatic test equipment is absolutely necessary. For this purpose, the substrate has a multi-layer structure.
프로브 니들은 기판과 직접적으로 연결되어 테스트에 필요한 각종 전기적인 신호와 전원 그리로 접지 신호를 기판으로부터 받아 이 모든 신호를 테스트하고자 하는 칩 내부의 패드(Pad)와 직접 접촉하여 이들을 전달하고, 또한 칩으로부터 전기적 신호를 받아 자동 테스트 장비에 전달하는 역할을 한다. 이때 프로브 니들은 패드와 직접 접촉하여야 하기 때문에 적당한 텐션(Tension) 유지가 절대적으로 필요하며 이것이 프로브 카드의 생명이다.The probe needle is directly connected to the board, and receives various electrical signals and power and ground signals from the board, and directly contacts the pads inside the chip to test all these signals. It receives electrical signals from and delivers them to automated test equipment. Since the probe needle must be in direct contact with the pad, proper tension maintenance is absolutely necessary and this is the life of the probe card.
최근 빠른 속도로 발전하고 있는 반도체 공정 및 설계 기술로 인하여, 반도체 칩의 집적도 및 동작 주파수는 빠른 속도로 증가하고 있다. 집적도의 증가에 따라서 테스트 시간은 점점 증가되며 이로 인하여 생산성은 감소하게 된다. 이러한 생산성 감소를 막기 위한 방법으로 병렬 테스트(Parallel Test) 개수의 증가를 요구하고 있다. 그러나 이러한 요구의 병목 현상은 프로브 카드에 있다. 따라서 이런 병목 현상을 해결할 수 있고, 빠른 동작 주파수의 칩을 테스트할 수 있고, 또한 집적도를 증가시키는 데 제약조건이 되지 않는 이러한 모든 요구를 만족시킬 수 있는 새로운 개념의 프로브 카드가 절실히 요구되고 있으며 현재 사용중인 프로브 카드의 문제점은 다음과 같다.Due to the rapid development of semiconductor process and design technology, the integration and operating frequency of semiconductor chips are increasing at a high speed. As the density increases, the test time increases gradually, which reduces productivity. In order to prevent such a decrease in productivity, an increase in the number of parallel tests is required. But the bottleneck of this demand lies in the probe card. Therefore, there is an urgent need for a new concept of probe cards that can address these bottlenecks, test chips with fast operating frequencies, and meet all these requirements that are not a constraint on increasing density. The problem with the probe card in use is as follows.
첫째, 여러 개의 칩을 동시에 테스트할 수 있는 병렬 테스트 개수의 제약이다. 이것은 칩의 생산량에 직접적인 관계가 있어 반도체 생산원가에 직접적으로 영향을 준다. 현재 사용중인 프로브 카드는 기판과 프로브 니들이 수평형으로 연결되고 프로브 니들의 끝 부분을 약 105도 정도 휘어서 패드와 접촉시키는 것이다.First, there is a limit on the number of parallel tests that can test multiple chips at the same time. This is directly related to chip production, which directly affects semiconductor production costs. The current probe card is a substrate and the probe needle is horizontally connected and the tip of the probe needle is bent about 105 degrees to contact the pad.
이러한 구조적인 문제로 인하여 병렬 테스트의 개수를 증가시키는 데 많은 제약이 있다. 다시 말해서 현재 메모리 칩을 테스트하기 위한 자동 테스트 장비는 최대 32개의 칩을 동시에 테스트할 수 있는 테스트 능력을 가지고 있으나, 프로브 카드의 구조적인 문제 및 패드의 배치(Layout)에 의하여 병렬 테스트의 개수는 크게 영향을 받아서 최소 2개에서 최대 16개까지 가능하다. 따라서 대부분의 자동 테스트 장비의 병렬 테스트 능력을 30%정도밖에 사용할 수 없어 비생산적이다.Due to this structural problem, there are many limitations in increasing the number of parallel tests. In other words, current automated test equipment for testing memory chips has the test capability to test up to 32 chips simultaneously, but the number of parallel tests is large due to the structural problems of the probe card and the layout of the pads. Affected is possible from a minimum of 2 to a maximum of 16. As a result, the parallel test capability of most automated test equipment is only about 30% unproductive.
둘째, 프로브 니들의 지속적인 텐션 유지 문제이다. 현재 사용중인 프로브 카드는 프로브 니들의 텐션 유지를 위하여 기판과 프로브 니들이 수평형으로 연결되어 프로브 니들의 자체 탄성을 이용하고 있어 일정 시간 사용하면 텐션을 잃어버려 사용할 수 없게 되는 문제가 있다.Second, there is a problem of sustained tension of the probe needle. The currently used probe card has a problem that the substrate and the probe needle are connected in a horizontal manner to maintain the tension of the probe needle, and thus use the elasticity of the probe needle, so that the tension is lost and cannot be used after a certain time.
따라서 프로브 카드의 기술적인 문제는 프로브 니들의 텐션을 지속적으로 유지시키는 것이다.Therefore, the technical problem of the probe card is to maintain the tension of the probe needle.
본 고안의 기본 개념은 프로브 카드 니들의 특정부분, 즉 니들의 텐션을 유지하기에 필요한 부분에 높은 탄성을 가진 폴리머(Polymer)로 코팅(Coating)하고 이 부분을 고정체에 고착시켜서 프로브 카드 니들의 텐션을 폴리머의 탄성에 의하여 지속적으로 유지되도록 하는 것이다.The basic concept of the present invention is to coat a specific portion of the probe card needle, that is, a portion necessary to maintain the tension of the needle with a polymer having high elasticity, and fix the portion to the fixture to fix the probe card needle. The tension is maintained continuously by the elasticity of the polymer.
또한, 기능 향상을 위하여 폴리머로 프로브 카드 니들을 몰딩, 혹은 코팅하면 더욱 효과적으로 프로브 카드 니들의 텐션을 유지할 수 있다. 다시 말하면 본 고안은 프로브 카드 니들의 텐션을 폴리머의 반영구적인 탄성에 의하여 유지하도록 하는 것이다.In addition, by molding or coating the probe card needle with a polymer to improve the function, it is possible to more effectively maintain the tension of the probe card needle. In other words, the present invention is to maintain the tension of the probe card needle by the semi-permanent elasticity of the polymer.
도 1은 본 고안을 이용한 수직형 프로브 카드의 단면도.1 is a cross-sectional view of a vertical probe card using the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 프로브 카드 니들 2 : 폴리머 코팅부1: probe card needle 2: polymer coating
3 : 프로브 카드 기판3: probe card board
상술한 본 고안의 장점으로는 첫째, 프로브 니들의 텐션이 반영구적인 폴리머의 탄성에 의하여 유지되기 때문에 프로브 니들의 자체 탄성을 이용하는, 현재 사용중인 방법보다 수명의 4배∼10배 이상 길다.Advantages of the present invention described above are, firstly, since the tension of the probe needle is maintained by the elasticity of the semi-permanent polymer, it is 4 to 10 times longer than the current method using the self-elasticity of the probe needle.
둘째, 패드의 배치에 의하여 여러 개의 칩을 동시에 테스트할 수 있는 병렬 테스트의 개수를 증가시킬 수 있어, 현재 사용중인 프로브 카드의 문제점을 해결할 수 있는 수직형 프로브 카드이다.Second, the number of parallel tests that can test a plurality of chips at the same time by the arrangement of the pads can be increased, a vertical probe card that can solve the problem of the current probe card.
셋째, 프로브 니들의 텐션이 폴리머의 탄성에 의하여 유지되기 때문에 프로브 니들의 굵기에 의한 자체 탄성을 이용하는, 현재 사용중인 방법보다 프로브 니들의 텐션이 일정하다.Third, since the tension of the probe needle is maintained by the elasticity of the polymer, the tension of the probe needle is more constant than the current method, which uses its own elasticity by the thickness of the probe needle.
이하 본 고안을 첨부한 도면에 의하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
본 고안을 이용한 프로브 카드는 도 1에서 보인 A, B, C로써 구성되어 있으며, 그 역할과 특성을 다음과 같다.Probe card using the present invention is composed of A, B, C shown in Figure 1, the role and characteristics are as follows.
첫 번째 A부분은 프로브 카드 니들이 칩의 패드와 직접 접촉하는 3 부분으로 구성되어 있고 역할 및 특성은 다음과 같다.The first part A consists of three parts in which the probe card needle is in direct contact with the pad of the chip. The roles and characteristics are as follows.
① 프로브 카드 니들(1) 부분① Probe card needle (1) part
프로브 카드 니들(1)이 패드와 직접 접촉하는 부분으로 강도가 높은 금속(단일 금속 혹은 합금)이여야 하며, 전도성은 1.0Ω이하가 좋으며 전도서이 좋은 구리, 은, 금 등의 합금도 좋다(예를 들면 베릴륨 구리(beryllium copper), 니켈 로디움판(rhodium plated over nickel)). 또한 전도성을 높이기 위하여 니들을 도금하면 좋고 특히 금(gold)을 도금하면 더욱 좋다. 그리고 프로브 카드 니들(1)의 굵기는 패드의 크기에 따라서 약간의 차이는 있으나 30㎛∼80㎛정도가 적당하며, 길이는 짧으면 짧을수록 좋으며 실제적으로 1.0㎛∼5.0㎛가 적당하다. 또 코팅된 부분보다 위로 나온 프로브 카드 니들의 길이는 0.1㎜∼2.0㎜가 적당하며, 코팅된 부분의 길이는 위로 나온 부분의 길이보다 1.0배∼4.0배가 긴 것이 좋다.The probe card needle (1) is in direct contact with the pad, and should be a high strength metal (single metal or alloy). The conductivity of the probe card needle (1) should be less than or equal to 1.0 Ω. Beryllium copper, rhodium plated over nickel). In order to increase conductivity, the needle may be plated, and in particular, gold may be plated. Although the thickness of the probe card needle 1 is slightly different depending on the size of the pad, a thickness of about 30 μm to 80 μm is appropriate. The shorter the length, the better. In addition, the length of the probe card needle raised above the coated portion is suitable for 0.1mm to 2.0mm, the length of the coated portion is preferably 1.0 times to 4.0 times longer than the length of the raised portion.
② 폴리머 코팅부(2)② Polymer coating part (2)
이 부분은 프로브 카드 니들(1)의 텐션 유지를 위하여 높은 탄성을 가진 폴리머로 프로브 카드 니들(1)을 코팅하고 이 부분을 고정체에 고착시켜 프로브 카드 니들(1)의 텐션을 폴리머의 탄성에 의하여 지속적으로 유지되도록 하는 부분이며, 이 부분이 본 고안의 핵심 부이다.This part is coated with a probe card needle (1) with a polymer of high elasticity in order to maintain the tension of the probe card needle (1), and the part is fixed to the fixing body so that the tension of the probe card needle (1) to the elasticity of the polymer This part is to be maintained continuously, this is the core part of the present invention.
이때 폴리머의 탄성이 적으면 프로브 카드 니들과 패드 사이의 접촉 저항이 증가하여 칩을 테스트할 때는 나쁜 영향을 미치며, 반대로 탄성이 커지면 프로브 카드 니들(1)이 패드를 형성하고 있는 알루미늄을 손상시켜 불량품을 초래한다. 따라서 폴리머의 탄성은 이러한 것을 잘 고려하여 결정하여야 한다. 실험 결과 폴리머의 탄성은 5g∼30g정도가 적당하다. 또 온도에 대한 내열성도 중요하며 온도범위는 -20℃∼200℃가 적당하다.In this case, the low elasticity of the polymer increases the contact resistance between the probe card needle and the pad, which adversely affects chip testing. On the contrary, when the elasticity increases, the probe card needle 1 damages the aluminum forming the pad. Brings about. Therefore, the elasticity of the polymer should be determined in consideration of this. As a result of the experiment, the elasticity of the polymer is suitably about 5g to 30g. In addition, the heat resistance to the temperature is also important and the temperature range is -20 ℃ ~ 200 ℃ is suitable.
③ 고정체 부분③ fixed part
이 부분은 폴리머로 코팅된 프로브 카드 니들(1)을 고정시켜서 프로브 카드 니들(1)이 텐션을 계속할 수 있도록 하는 역할을 하며 또 프로브 카드 니들(1)을 보호하는 역할을 한다. 이것의 재질은 전기적으로는 부도체이어야 하며 강도가 높을수록 좋다. 또 온도에 대한 내열성도 중요하며 온도범위는 -20℃∼200℃이다. 예를 들면 엔지니어링 플라스틱, 에폭시 같은 재질이 좋다.This part serves to fix the probe card needle 1 coated with the polymer so that the probe card needle 1 can continue the tension and serves to protect the probe card needle 1. Its material should be electrically insulated and the higher the strength, the better. In addition, the heat resistance to the temperature is also important and the temperature range is -20 ℃ ~ 200 ℃. For example, materials such as engineering plastics and epoxy are good.
두 번째 B부분은 프로브 카드 니들(1)이 상하 운동을 반복할 때 발생하는 길이의 차이를 흡수하는 완충 역할을 하는 완충부로써 이 부분에서 프로브 카드 니들(1)의 강도가 폴리머의 탄성보다 적아 잘 휘어지는 금속(단일금속 혹은 합금)이어야 하며, 전도성이 높은 금속일수록 더욱 좋다. 전도성이 높은 구리, 은, 금 등의 합금도 좋다. 또한 전도성을 높이기 위하여 도금하면 좋고 특히 금(Gold)으로 도금하면 더욱 좋다. 길이는 짧으면 짧을수록 좋으며 2.0㎜∼10.0㎜가 적당하다. 굵기는 50㎛∼100㎛정도가 적당하다.The second part B is a buffer part that absorbs the difference in length generated when the probe card needle 1 repeats vertical movement. In this part, the strength of the probe card needle 1 is less than that of the polymer. It must be a well bent metal (monometal or alloy), the more conductive the better. Alloys, such as copper, silver, and gold, which are highly conductive, may be sufficient. In addition, in order to increase conductivity, the plating may be good, and in particular, plating with gold is more preferable. The shorter the length, the better. The shorter the length is, the more suitable is 2.0mm to 10.0mm. 50 micrometers-about 100 micrometers are suitable for thickness.
또 프로브 카드 니들(1)이 상하 운동을 반복할 때 이 부분의 단선되는 현상을 막기 위하여 일자형보다는 S자형 모양이나 용수철 모양으로 만들면 더욱 좋다. 또한 프로브 카드 니들(1)의 보다 좋은 텐션과 단선되는 현상을 막기 위하여 프로브 카드 니들(1)을 코팅한 동일한 폴리머로 두께 1.0㎜∼5.0㎜로 몰딩 혹은 코팅을 하면 더욱 효과적이다.In addition, when the probe card needle 1 repeats the vertical movement, it is better to make an S-shape or a spring shape than a straight line to prevent the disconnection of this part. In addition, molding or coating with a thickness of 1.0 mm to 5.0 mm with the same polymer coated with the probe card needle 1 in order to prevent better tension and disconnection of the probe card needle 1 is more effective.
세 번째 C부분은 프로브 카드 기판(3)(PCB)으로 자동시험장비(혹은 신호발생기)와 직접 연결되는 부분이다. 이것은 자동시험장비로부터 시험에 필요한 전기적 신호를 받아 테스트 하고자 하는 디바이스에 전달하는 역할을 한다. 이때 자동시험장비와 임피던스 매칭이 절대적으로 필요하며 이것을 위하여 다층기판으로 구성되며, 재질은 전송속도를 빠르게 하기 위하여 유전율이 작은 재질이 좋다. 따라서 FR4보다 폴리아마이드가 더욱 좋다.The third part C is the part directly connected to the automatic test equipment (or signal generator) by the probe card board 3 (PCB). It takes the electrical signals from the automatic test equipment and delivers them to the device under test. At this time, the impedance matching with the automatic test equipment is absolutely necessary. For this, it is composed of a multilayer board, and the material is preferably a material having a low dielectric constant in order to speed up the transmission speed. Therefore, polyamide is better than FR4.
상술한 본 고안은 프로브 니들의 텐션이 반영구적인 폴리머의 탄성에 의하여 유지되기 때문에 프로브 니들의 자체 탄성을 이용하는 현재의 프로브 카드 보다 수명이 4배∼10배 이상 길어지며, 패드의 배치에 의하여 여러 개의 칩을 동시에 테스트할 수 있는 병렬 테스트의 개수의 증가에 크게 영향을 받지 않아 생산성이 1.5배∼4배 이상 향상되며, 아울러 프로브 니들의 텐션이 폴리머의 탄성에 의하여 유지되기 때문에 항상 니들의 텐션이 일정하게 되는 효과가 있는 것이다.Since the tension of the probe needle is maintained by the elasticity of the semi-permanent polymer, the above-described invention has a lifespan of 4 to 10 times longer than the current probe card using the elasticity of the probe needle. It is not affected by the increase in the number of parallel tests that can simultaneously test the chip, which improves the productivity 1.5 to 4 times, and the tension of the needle is always constant because the tension of the probe needle is maintained by the elasticity of the polymer. It is effective.
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