KR20050108647A - 포고핀 및 이를 이용한 테스트장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부가 비어 있는 원통형 금속 몸체와, 상기 몸체의 중앙 외부면의 적어도 일부분에 나사산의 형태로 커팅된 스프링 구조가 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포고핀을 제공한다. 이와 같은 몸체상의 커팅은 레이저 가공에 의하여 매우 미세한 정도까지 가능하다. 본 발명에 따르면, 스프링과 접접부가 일체로 형성된 포고핀에 의하여 접촉 불량을 현저히 줄이고, 제조 및 조립이 용이한 테스트 장치를 개발할 수 있게 된다.

Description

포고핀 및 이를 이용한 테스트장치{POGO PIN AND TEST DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 포고핀에 관한 것으로, 보다 상세하게는 접점부와 스프링이 일체적으로 형성된 개선된 포고핀 및 이를 이용한 테스트 장치에 관한 것이다.

웨이퍼 레벨의 제조공정이 완료된 웨이퍼 상의 각 칩들은 패키징공정을 수행하기 전에 EDS(Electrical DieSorting) 공정에서 테스트 설비에 의해 전기적인 특성 검사를 받게 된다. 또한, 패키징공정이 완료된 패키지들도 테스트설비에 의해 전기적인 특성 검사를 받게 된다. 이는 상기 웨이퍼의 각 칩들이나 패키지들이 반도체장치로서의 특정 기준에 적합하게 제조되었는지의 여부를 판단하기 위함이다.

최근에 들어, 반도체소자의 고집적화가 진행되면서 포고핀(Pogo Pin) 또는 스프링핀(Spring pin))이라는 탐침이 널리 사용되고 있다. 상기 포고핀을 적용한 블록은 테스터와 더트(Device Under Testing: DUT) 보드(또는 테스트 보드)를 전기적으로 접속한다.

도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 블록(10)에 원형 형상의 포고핀 안착 홀들(11)이 수직 관통하고, 상기 포고핀 안착홀들(11) 내에 원형 관통 형상의 포고핀 케이스들(20)이 각각 삽입 고정되고, 상기 포고핀 케이스들(20) 내에 포고핀들(30)이 하나씩 대응하여 삽입 설치된다. 더트 보드(40)가 상기 포고핀들(30)에 의해 테스터(60)의 케이블(50)에 전기적으로 연결된다.

여기서, 상기 블럭(10)은 상기 포고핀들(30)을 결합하는 결집판 기능을 하며, 주로 절연성 재질로 구성된다. 상기 포고핀 안착 홀들(11)이 상기 블록(10)의 상부면에 일정 간격을 두고 다수개 배치되고, 상기 포고핀 안착 홀들(11)의 하단부의 블럭(10)에는 상기 포고핀 케이스(20)가 더 이상 하강하지 못하고 걸리도록 하기 위한 포고핀 케이스 걸림턱(13)이 형성된다. 또한, 상기 포고핀 케이스 걸림턱(13)을 기준으로 한 상기 포고핀 안착 홀(11)의 상측 부분, 즉 더트 보드(40)를 대향하는 부분의 내경이 상기 포고핀 케이스 걸림턱(13)을 기준으로 한 상기 포고핀 안착 홀(11)의 하측 부분, 상기 테스터(50)의 케이블(60)에 연결된 부분의 내경보다 크다. 그리고, 상기 포고핀들(30)의 하우징(31)이 도전성 재질로 구성되며 상기 포고핀 안착 홀들(11)의 큰 내경과 동일한 외경을 갖는 원형 관통 형상으로 이루어진다. 접촉부(33)가 도전성 재질로 구성되며 상기 하우징(31)의 상측 부분 내에서 상기 하우징(31)에 밀착하며 이동하고 상기 더트 보드(40)의 도전성 패드(41)에 접촉한다. 지지부(35)가 도전성 재질로 구성되고, 상기 포고핀 안착 홀들(11)의 작은 내경과 동일한 외경을 가지며 상기 하우징(31)의 하측 부분에 결합된다. 스프링(37)이 상기 지지부(35)에 의해 지지되고, 상기 접촉부(33)와 상기 지지부(35) 사이에 배치되며 상기 접촉부(33)와 상기 패드(41)의 양호한 접촉을 위해 장력(Tension)을 가하여준다. 또한, 이동 제한부(31a)는 상기 하우징(31)의 일부분이 상기 하우징(31)의 내부 공간을 향해 절곡된 것으로, 상기 접촉부(33)가 상기 지지부(35)를 향해 일정 거리 이상 하향 이동하는 것을 제한하여 주도록 되어 있다.

상기 포고핀을 다른 일실시예인 도 3 을 참조하여 보다 자세히 알아보기로 한다. 도 3 은 반도체 제조장비용 포고핀 구조로서, 상부가 개방된 통형의 포고 가이드(2)와, 상기 포고 가이드의 내부에 설치된 스프링(3)과, 상기 스프링의 상부에 설치된 스프링 볼(4)과, 상기 스프링 볼(4)의 상부에 설치되는 포고팁(5)으로 구성되어 있다. 그리고, 상기 포고팁(5)은 상단이 뾰족한 형상으로 되어 상단 일부가 포고 가이드(2)로부터 노출되도록 설치되어 있으며, 하단에는 상기 포고팁(5)으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 걸림턱(5a)이 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 종래의 포고핀(1)중 포고팁(5)의 뾰족한 상단은 많은 접촉이 이루어져야 하므로 마모를 줄이기 위해 견고한 재질로 되어 있으며, 포고팁(5)은 스프링(3)에 의해 탄력지지되어 있으므로 도면상 상/하 방향으로의 탄성유동이 가능하다. 이 때, 상기 포고팁(5)의 하단에는 걸림턱(5a)이 형성되어 포고 가이드(2)의 상단에 걸려 있으므로 상/하 유동되더라도 포고 가이드(2)를 벗어날 수 없도록 되어 있다. 한편, 상기 포고팁(5)과 스프링(3)사이에 설치된 스프링 볼(4)은 스프링(3)의 탄성력을 고르게 포고팁(5)으로 전달하는 역할을 하므로써 포고팁(5)이 상/하 탄력 유동을 함에 있어서, 정확한 동작이 이루어지도록 하였다.

이와 같은 상기의 포고핀들을 도 4 를 토대로 종합해 보면, 상부의 일부분이 개방되며 내부가 중공이며 PCB에 고정된 하우징(71)과, 상기 하우징(71) 내부에 설치된 탄성체(스프링)(74)와, 스프링(74) 상단에 설치되며 상기 하우징(71)의 개방구의 내경보다 긴 직경을 갖는 걸림턱(73)과, 상기 걸림턱(73)과 일체형이며 일부가 하우징 밖으로 노출된 접촉삽입핀(72)과, 상기 접촉삽입핀의 상부에 도전성패드에 접촉하는 접촉부(75)으로 구성된다.

약간씩은 다르나 대부분의 포고핀은 이와 유사한 구성과 기능을 가지고 있다. 이와 같은 종래의 포고핀은 일단이 반도체 소자와 접촉하고, 타단은 테스트 장치의 PCB 금속 배선과 접촉하며, 포고핀 내부에서도 스프링과 접촉되는 등 많은 전기적인 접촉부위가 필요하며, 이에 따라 저항이 증가하거나 접촉 불량이 발생될 가능성이 크다. 또한 포고핀의 크기가 미세해질 수록 포고핀 제조 및 조립의 어려움이 있으며, 제조 단가도 상승하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 포고핀이 갖는 전기적인 접촉점으로서의 역할과 탄성적인 완충장치로서의 역할을 동시에 수행할 수 있는 개선된 일체형 포고핀을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 제조 및 조립이 용이하고 다양한 구조의 테스트 장치에 적용 가능한 새로운 포고핀을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부가 비어 있는 원통형 금속 몸체와, 상기 몸체의 중앙 외부면의 적어도 일부분에 나사산의 형태로 커팅된 스프링 구조가 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포고핀을 제공한다.

상기 몸체의 일측 끝단은 폭이 좁아져 경사진 형태일 수 있으며, 또한 상기 몸체의 일측 끝단에 산과 골이 형성된 톱니 형태가 되도록 할 수도 있다.

상기 몸체 중앙은 측방향으로 돌출되거나 만입되도록 하여 테스트 바디의 몸체와의 결합이 용이하도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 상부 몸체 및 하부 몸체로 구성되는 테스트 바디와; 상기 상부 몸체와 하부 몸체에 의하여 고정되어 테스트 바디에 삽입되며, 내부가 비어 있는 원통형 금속 몸체와, 상기 몸체의 중앙 외부면의 적어도 일부분에 나사산의 형태로 커팅된 스프링 구조가 일체로 형성되는 포고핀;을 포함하여 구성되는 테스트 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 주사기 바늘과 같은 금속 파이프로서 내부가 비어 있는 원통형 몸체의 적어도 일부분이 원주상으로 나사산과 같이 스프링 형태로 커팅되어 몸체의 중앙부가 마치 코일과 같은 형태를 이루며, 접점부와 스프링이 일체형으로 형성된 포고핀을 제공하게 된다.

스프링 내지는 코일과 유사한 구조를 갖게 하기 위하여 수행되는 커팅 공정은 레이저를 이용하여 수행하는 것이 바람직하지만, 기타 절삭 가공도 가능할 것이다.

기존의 포고핀이 반도체 소자의 리드핀 또는 볼과 포고핀의 일단, 포고핀의 일단과 포고핀 내부의 코일, 코일과 포고핀의 타단, 포고핀의 타단과 테스터의 기판 배선으로 적어도 네 개의 전기적 접촉점이 필요한 반면, 본 발명의 경우, 반도체 소자의 리드핀 또는 볼과 포고핀의 일단, 그리고 포고핀의 타단과 테스터의 기판 배선의 단 두 곳의 접촉점만이 필요하므로 접촉 불량률이 현저하게 감소된다.

반도체 소자의 소형화에 따라 소자의 리드핀 또는 볼(BGA의 경우) 사이의 간격이 줄어들고 있으며, 이에 따라 포고핀의 크기 및 길이는 점차적으로 미세화되어 1mm이하의 두께, 예를 들면 0.35mm 정도의 매우 가는 바늘 형태가 되기도 한다. 이러한 상황에서 종래와 같이 몸체와 접점부 및 내부 스프링이 하나의 포고핀을 구성하는 경우, 각 구성요소들의 사이즈가 너무 작아 제조하기도 어려울뿐더러 각 구성요소를 하나의 포고핀으로 조립하는데 어려움이 있다.

본 발명의 경우 0.1mm 이하의 직경을 갖는 원통형의 파이프라도 외주면을 가공하여 스프링과 같은 코일 형태로 형성하므로 미세한 구성요소들을 하나의 조립체로 조립하는 번거로움이 없을 뿐만 아니라, 제조 단가도 줄어들게 된다. 레이저 가공의 경우 0.025mm 정도의 미세한 간격으로도 커팅이 가능하여 마이크로 포고핀의 제작도 기대할 수 있다.

또한, 파이프 형 포고핀의 어느 일단 또는 양단을 안으로 구부려 반도체 소자의 리드핀 또는 볼이나 테스터 장치의 기판 배선과의 접촉면을 크게 하여 저항을 더욱 줄일 수 있다.

한편, 본 발명의 포고핀은 파이프 형이므로 내부가 비어 있어, 이물질이 있더라도 낙하되고 포고핀에 이물질이 쌓이는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 테스트 과정에서 반도체 소자와 테스트 장치간의 접촉 신뢰성을 더욱더 확보할 수 있다.

이하 도면을 참조하며 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 5a는 본 발명에 따른 스프링형 포고핀의 일례를 보인 측면도이다. 포고핀(100)은 직경에 비하여 길이가 매우 긴 형태가 일반적이며, 도면에서는 상대적으로 직경이 크게 나타나 있으나 실제 제품에서는 적용되는 테스트 장치에 따라 길이에 대한 직경의 비가 더욱 큰 경우가 많을 것이다.

포고핀(100)의 몸체는 윗부분(101)과 아랫부분(102)을 제외한 중앙부(105)가 나사산의 형태로 커팅되어 있는 것을 볼 수 있다. 이와 같은 중앙부(105)는 마치 스프링 또는 코일처럼 탄성을 갖는 부위로서 포고핀(100) 자체에 외압에 대한 탄성력을 부여하게 된다. 스프링 구조를 이루는 중앙부(105)의 길이나 커팅 주기는 사용되는 테스트 장치의 용도에 따라 변화될 수 있다.

포고핀은 전기적인 접점 내지는 연결부위에 해당되므로 가급적 저항이 작은 소재가 사용되는 것이 바람직하며, 알루미늄이나 구리, 은, 백금, 금 등의 전기전도도가 우수한 금속이 사용될 수 있다.

포고핀(100)인 내부가 빈 원통형의 몸체에 몸체 중앙부의 외주면을 커팅 가공한 것이며, 이와 같은 커팅은 작업의 용이성 및 정밀한 가공을 위하여 레이저 가공이 바람직하다. 포고핀(100)의 윗부분(101)은 내부가 비어 있는 단순한 원통으로 일단으로서 표면이 평탄한 형태(101a)일 수 있다. 반면, 포고핀(100)의 아랫부분(102)은 테스트 장치의 PCB 상의 금속 배선과의 접촉 신뢰성을 확보하기 위하여 안으로 경사져 구부러진 형태가 될 수도 있다. 이와 같은 형태에 따라 접촉부(102a)가 상대적으로 큰 면적을 갖게 되고 내부 빈공간(102b)의 면적은 다소 줄어들게 된다.

도 5b는 도 5a의 실시예에 일부 변형을 가한 포고핀(110)으로서 다른 부위는 동일하나 포고핀의 윗부분(101')이 산과 골이 있는 형태를 취하고 있다. 이와 같은 변형은 포고핀에 접촉하는 반도체 소자의 접촉부위, 예를 들어 리드핀이나 볼의 접촉을 더욱 용이하게 하는 역할을 한다. 즉, 테스트시 표면의 평탄도가 일정치 않거나 소자에 따라 리드핀의 높이나 간격이 일정치 않을 때에도 포고핀과의 접촉 불량이 발생하지 않도록 한다.

이와 같은 포고핀의 윗부분(101')의 형태도 몸체 중앙부(105)와 마찬가지로 레이저 가공에 의하여 형성할 수도 있으며, 최초 원통형 포고핀 제조시 일부 끝단이 산과 골의 톱니형으로 형성되도록 할 수도 있을 것이다.

이와 같이 본 발며에 따른 포고핀은 몸체 중앙부가 나사산과 유사한 스프링 형태를 취하고 있으므로 포고핀을 수용하는 테스트 몸체와의 결합시 별도의 결합수단 없이도 마찰에 의하여 결합 상태를 유지할 수 있다. 그러나 포고핀의 크기가 매우 미세하고 보다 정밀한 테스트가 요구되는 경우에는 포고핀과 포고핀을 수용하는 몸체와의 결합 상태 및 결합된 위치가 고정되어야 할 필요가 있다. 이와 같은 경우에는 다음과 같은 또 다른 변형된 형태의 포고핀이 바람직하다

도 6a는 도 5a의 실시예와 유사하게 원통형의 포고핀(120)의 몸통에 나사산 형태의 스프링 구조가 형성되어 있다. 그러나 중앙부(126)는 스프링 구조로 커팅되어 있는 부분(125a, 125b)과 비교할 때 상대적으로 측방향으로 돌출되어 있는 것을 볼 수 있다. 포고핀의 윗부분(121) 및 아랫부분(122)의 단면을 보인 그림에서는 원통형 몸체(121a 또는 122a) 측면으로 돌출부(126)가 형성되어 있는 모습을 볼 수 있다. 이렇게 돌출되어 있는 부분은 포고핀을 수용하는 테스트 몸체와의 결합 및 위치 고정을 위한 부분에 해당하며, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

도 6a에 도시된 실시예는 비록 중앙부(126)위가 측방향으로 돌출되어 있더라도 중앙부 상부(125a) 및 하부(125b)로 스프링 구조가 형성되어 있어, 포고핀의 탄성적 움직임에는 전혀 영향이 없다. 이와 같이 돌출된 형태의 중앙부(126)는 원통형 포고핀의 중앙 부위를 포고핀의 길이방향과 동일하게 눌러서 형성할 수 있을 것이다.

도 6b는 도 6a의 실시예에서와는 달리 포고핀(130)의 중앙부(136)가 중앙부 상부(135a) 및 하부(135b)에 비하여 상대적으로 만입되어 있는 것을 볼 수 있다. 또한, 포고핀의 윗부분(131) 및 아랫부분(132)의 단면을 보인 그림에서는 원통형 몸체(131 또는 132a) 측면이 안으로 들어간 만입부(136)를 확인할 수 있다. 이와 같은 만입부 역시 포고핀과 포고핀을 수용하는 테스트 몸체와의 결합을 견고하게 하는 역할을 하며, 앞서 돌출된 형태의 중앙부(126)와는 달리 포고핀 몸체 안쪽으로 압력을 가하여 만입되도록 형성할 수 있을 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 포고핀과 포고핀을 수용하는 테스트 몸체가 결합되어 있는 형태를 예시적으로 나타낸 것이다. 설명의 편의상 도 6a의 실시예에 따른 포고핀(120)과 태스트 몸체간의 결합을 설명한다. 포고핀(120)의 중앙부(126)는 측방향으로 돌출되어 있기 때문에 테스트 몸체(140a, 140b)는 이에 대응하여 일부분이 만입되어 있는 형태(142)를 볼 수 있다. 포고핀(120)은 중앙부(126)가 테스트 몸체의 만입부(142)에 끼워진 채로 고정되어 위치의 변화없이 안정적인 상태를 유지하게 된다. 한편, 중앙부 상부(125a) 및 하부(125b)의 스프링 구조에 의하여 상하로 탄성력을 발휘할 수 있으며, 윗부분(121)은 반도체 소자(미도시)와 접촉하게 되고 아랫부분(122)은 테스트 보드의 금속 배선(미도시)과 접촉하게 된다.

조립의 편의를 위하여 테스트 몸체는 윗몸체(140a)와 아랫몸체(140b)로 구성될 수 있으며, 윗몸체 및 아랫몸체의 결합 또는 다른 별도의 몸체와의 결합을 위하여 나사 결합을 위한 관통홀(150a, 150b)이 형성될 수 있다.

도 7의 실시예는 도 6a의 포고핀을 대상으로 하여 설명하였지만, 도 5a 또는 도 6b의 경우에도 도 7과 유사하거나 변형된 형태의 테스트 몸체와의 결합이 가능할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 간단한 구조의 포고핀을 제공하여, 테스트시 접점이 감소하고 따라서 테스트 불량이 크게 줄어들게 된다. 뿐만 아니라 포고핀의 제조가 용이하여 테스트 장치의 제조원가를 현저히 낮출 수 있다.

도 1은 종래의 테스트 장치의 단면을 보여주는 모식도.

도 2는 도 1의 부분확대도.

도 3은 종래의 포고핀의 단면도.

도 4는 종래의 또 다른 포고핀의 단면도.

도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 포고핀의 측면도.

도 5b는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 포고핀의 측면도.

도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 포고핀의 측면도.

도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 포고핀의 측면도.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 포고핀을 사용한 테스트 장치의 단면도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

100:포고핀 101:윗부분(선단)

102:아랫부분(후단) 105:몸통 중앙부(스프링부)

126:(돌출된) 중앙부 136:(만입된) 중앙부

Claims (6)

1. 내부가 비어 있는 원통형 금속 몸체와, 상기 몸체의 중앙 외부면의 적어도 일부분에 나사산의 형태로 커팅된 스프링 구조가 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포고핀.
2. 제1항에 있어서, 상기 몸체의 일측 끝단은 폭이 좁아져 경사진 형태인 것을 특징으로 하는 포고핀.
3. 제1항에 있어서, 상기 몸체의 일측 끝단은 산과 골이 형성된 톱니 형태인 것을 특징으로 하는 포고핀.
4. 제1항에 있어서, 상기 몸체 중앙은 측방향으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 포고핀.
5. 제1항에 있어서, 상기 몸체 중앙은 측방향으로 만입되어 있는 것을 특징으로 하는 포고핀.
6. 상부 몸체 및 하부 몸체로 구성되는 테스트 바디와;

   상기 상부 몸체와 하부 몸체에 의하여 고정되어 테스트 바디에 삽입되며, 내부가 비어 있는 원통형 금속 몸체와, 상기 몸체의 중앙 외부면의 적어도 일부분에 나사산의 형태로 커팅된 스프링 구조가 일체로 형성되는 포고핀;을 포함하여 구성되는 테스트 장치.