KR20090000862A - 고속 대응용 프로브 카드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 검사용 프로브 카드(probe card)에 관한 것으로서, 노이즈로 인한 검사 불량을 방지하고 고속화에 대응하기 위하여, 프로브가 설치되는 스페이스 트랜스포머와 그에 전기적으로 연결된 메인 보드를 구비하며, 스페이스 트랜스포머가 프로브가 설치된 면의 반대 면에 제1 접촉 패드가 형성되어 있고, 메인 보드가 스페이스 트랜스포머와 마주보는 면에 제1 접촉 패드와 마주보게 형성된 제2 접촉 패드(contact pad)가 형성되어 있으며, 제1 접촉 패드와 제2 접촉 패드가 접합되어 전기적으로 연결된 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 스페이스 트랜스포머와 메인 보드가 직접 접합되어 신호 경로가 짧다. 또한 솔더 볼이나 범프의 크기가 작아 임피던스 불균형(Impedance Unmatching) 구간이 작다. 따라서 전기적 연결의 신뢰성이 향상되고 고속(High Speed)화 대응이 가능하다. 더욱이 상호 연결을 위한 별도의 구조물이 필요치 않아 제조비용이 절감될 수 있다.

프로브 카드, 전기적 특성 검사, EDS, 스페이스 트랜스포머, 메인 보드

Description

고속 대응용 프로브 카드{PROBE CARD FOR HIGH FREQUENCY}

도 1은 종래 기술에 따른 프로브 카드에서 스페이스 트랜스포머와 메인 보드의 접촉 구조를 보여주는 단면도이다.

도 2와 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 카드의 저면 조립 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 카드의 사시도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 카드의 단면도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 카드의 부분 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10; 프로브 카드 20; 메인 보드

21a; 접촉패드 설치 영역 21b; 회로 구성 영역

30; 스페이스 트랜스포머 35; 프로브

43; 웨이퍼 측 스티프너 50; 솔더 볼

60; 스페이스 트랜스포머 커버

70; 테스트 측 스티프너

본 발명은 반도체 웨이퍼 검사용 프로브 카드(probe card)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스페이스 트랜스포머(space transformer)와 메인 보드(main board)의 전기적인 연결 구조가 개선된 고속 대응용 프로브 카드에 관한 것이다.

웨이퍼 조립 공정(wafer fabrication process)을 거쳐 반도체 웨이퍼에 형성된 집적회로 칩들은 웨이퍼 상태에서 진행되는 전기적 특성 검사(EDS; Electrical Die Sorting)에 의해 양품과 불량품으로 분류된다. 그리고 전기적 특성 검사에는 검사 신호의 발생과 검사 결과의 판정을 담당하는 테스터(tester)와 반도체 웨이퍼의 로딩(loading)과 언로딩(unloading)을 담당하는 프로브 스테이션(probe station) 및 반도체 웨이퍼와 테스터의 전기적 연결을 담당하는 프로브 카드(probe card)로 구성된 검사 장치가 주로 사용된다.

전술한 검사 장치에 있어서, 프로브 카드는 메인 보드(main board) 상에 세라믹 재질의 프로브 블록(probe block)이 고정되고, 그 프로브 블록에 에폭시 수지(epoxy resin)로 프로브가 고정된 구조가 일반적이었다. 그러나 이러한 프로브 카드는 제조 과정에서 프로브의 고정이 숙련공에 의한 수작업에 의존한다. 따라서 집적회로 칩의 본드패드들이 미세 피치(fine pitch)화 되는 추세에 대응하기에는 한계가 있다.

이러한 문제를 개선하기 위한 방안으로서, 최근에는 초소형 정밀기계 기술(MEMS; Micro Electro Mechanical Systems)을 이용하여 세라믹 기판에 프로브가 형성된 스페이스 트랜스포머를 제작하고 메인 보드와 접촉(contact)시킨 구조의 프로브 카드가 소개되어 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 프로브 카드에서 스페이스 트랜스포머와 메인 보드의 접촉 구조를 보여주는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 초소형 정밀기계 기술이 적용된 종래의 프로브 카드(310)는 메인 보드(320)와 스페이스 트랜스포머(330)의 전기적인 연결에 인터포저(interposer)를 이용한다. 인터포저로서는 통상적으로 핀(341)의 외주 면에 스프링(343)이 감겨져 있는 스프링 핀(spring pin)(340)이 사용된다.

그런데 이와 같은 종래의 프로브 카드는 스페이스 트랜스포머와 메인 보드가 각각 1개소 이상에서 인터포저에 의해 접촉이 이루어지기 때문에 접촉 저항이 발생되며, 그로 인해 신호의 왜곡이 있을 수 있다. 또한 스페이스 트랜스포머와 메인보드의 전기적 연결을 담당하는 인터포저는 일정 수준 이상의 길이가 필요하나 인터포저의 경우 대게 임피던스 매칭이 고려되지 않아 인터포저의 길이만큼 임피던스가 맞지 않게 됨으로 인하여 고속 대응을 어렵게 한다. 그리고 인터포저의 소성 변형으로 인하여 스페이스 트랜스포머와 메인 보드가 임의의 위치에서 접속 불량이 발생될 수 있다.

본 발명의 목적은 스페이스 트랜스포머와 메인 보드의 접촉 구조를 개선하여 접촉 저항을 감소시키고 접촉 불량의 발생을 방지하며 신호 경로를 짧게 하여 고속화에 대응할 수 있는 프로브 카드를 제공하는 데에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 프로브가 일면에 설치된 스페 이스 트랜스포머와 그 스페이스 트랜스포머가 결합된 메인 보드를 구비하는 프로브 카드로서, 스페이스 트랜스포머가 프로브가 설치된 면의 반대 면에 제1 접촉 패드가 형성되어 있고, 메인 보드가 스페이스 트랜스포머와 마주보는 면에 제1 접촉 패드와 마주보게 형성된 제2 접촉 패드(contact pad)가 형성되어 있으며, 제1 접촉 패드와 제2 접촉 패드가 접합되어 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 프로브 카드를 제공한다.

본 발명에 따른 프로브 카드에 있어서, 제1 접촉패드와 제2 접촉 패드는 솔더 볼과 범프 중 어느 하나로 접합되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 프로브 카드에 있어서, 스페이스 트랜스포머와 메인 보드 중 적어도 어느 하나에 가이드 핀이 형성되어 있고 다른 하나에 가이드 홈이 형성된 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에 따른 프로브 카드는 스페이스 트랜스포머를 메인 보드쪽으로 가압하여 고정시키는 스페이스 트랜스포머 커버를 더 포함할 수 있다. 여기서, 스페이스 트랜스포머 커버는 사각 링 형태이며 스페이스 트랜스포머를 가압하는 턱이 내측에 형성된 것일 수 있다.

또한 본 발명에 따른 프로브 카드는 메인 보드에 고정되며 중앙 부분에 스페이스 트랜스포머가 내측에 위치하는 구멍이 형성된 웨이퍼 측 스티프너를 더 포함할 수 있다. 그리고 스페이스 트랜스포머 커버를 가압하게 웨이퍼 측 스티프너에 결합된 판 스프링을 더 포함할 수 있다. 여기서, 판 스프링은 복수 개일 수 있고, 스페이스 트랜스포머 커버는 웨이퍼 측 스티프너에 체결 부재의 나사 결합으로 고 정될 수 있다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 프로브 카드의 실시예를 상세하게 설명한다. 단, 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 가급적 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 더욱 명확하게 전달하기 위함이다.

도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 카드의 저면 조립 사시도와 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 카드의 단면도이다.

도 2내지 도 4를 참조하면, 본 실시예의 웨이퍼 검사용 프로브 카드(10)는 메인 보드(20), 스페이스 트랜스포머(30), 스페이스 트랜스포머 커버(60), 솔더 볼(50), 웨이퍼 측 스티프너(stiffener,43), 및 테스트 측 스티프너(70)를 포함하여 구성된다. 메인 보드(20)와 스페이스 트랜스포머(30)의 전기적 신호를 전달하는 전달체로 솔더 볼(50)이 이용되는 것이 특징이다.

상세히 설명하면, 메인 보드(20)는 원판 형태의 기판으로서, 한쪽 면의 중앙 부분이 접촉패드 영역(21a)이고 그 바깥쪽 부분이 회로 구성 영역(21b)이다. 메인 보드(20)의 접촉패드 영역(21a)에는 복수의 접촉 패드(22)(편의상 '제1 접촉 패드'라 칭함)가 형성되어 있다. 메인 보드(20)는 내열성 에폭시 수지인 FR-4, BT 수지(BT resin) 등으로 구성될 수 있다. 제1 접촉 패드(22)는 전기전도성 금속 재질로 구성된다. 제1 접촉 패드(22)는 메인 보드(20)를 관통하게 형성된 구멍에 도전성 금속이 채워진 비아(via, 33)에 전기적으로 연결된다.

메인 보드(20)의 일면에서 접촉패드 영역(21a)에는 웨이퍼 측 스티프너(43)가 부착되어 있다. 웨이퍼 측 스티프너(43)는 중앙 부분에 사각형 형태의 구멍이 형성된 원판 형태이다. 이 웨이퍼 측 스티프너(43)는 메인 보드의 물리적 변형을 방지하는 역할을 한다.

웨이퍼 측 스티프너(43)의 구멍 내에는 스페이스 트랜스포머(30)가 위치한다. 스페이스 트랜스포머(30)는 세라믹 기판에 복수의 프로브(35)들이 고정된 구조이다. 스페이스 트랜스포머(30)에는 메인 보드(20)와 마주보는 면에 메인 보드(20)의 제1 접촉 패드(22)와 마주보는 위치에 접촉 패드(32)(편의상 "제2 접촉 패드"라 칭함)가 형성되어 있다.

한편, 스페이스 트랜스포머(30)의 제2 접촉 패드(32)들이 형성된 면의 반대쪽 면에 프로브(35)들이 배열되어 있다. 프로브(35)들은 한 쪽 프로브 끝이 동일 평면상에 위치하며, 웨이퍼 상에서 집적회로 칩의 본딩패드들과 동일한 위치 및 간격으로 배열된다. 프로브(35)는 외팔보 형상으로서 초소형 정밀기계 기술을 이용하여 제조된다. 프로브(35)는 스페이스 트랜스포머(30)에 형성된 회로패턴과 솔더(solder) 접합이나 금속간 접합 등 다양한 형태로 부착될 수 있다. 스페이스 트랜스포머(30)는 프로브 끝의 위치 정밀도 및 평탄도 유지를 위하여 열팽창계수가 낮은 비도전성 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 스페이스 트랜스포머(30)는 프로브 끝의 위치 정밀도 및 평탄도 유지를 위하여 열팽창계수가 낮은 재질로 구성된다. 예를 들어, 세라믹, 인바, 노비나이트 주철 등의 재질로 구성될 수 있다.

메인 보드(20)와 스페이스 트랜스포머(30)는 제1 접촉 패드(22)가 그에 마주 보는 제2 접촉 패드(32)와 솔더 볼(50)로 접합되어 전기적으로 상호 연결된다. 솔더 볼(50)을 경유하여 스페이스 트랜스포머(30)와 메인 보드(20)의 전기적인 신호 전달이 이루어진다. 한편, 솔더 볼(50)은 다른 전기 전도성의 범프로 대체될 수 있다.

웨이퍼 측 스티프너(43)에는 사각링 형태를 갖는 복수의 판 스프링들(81,82)이 결합되어 있다. 그리고 웨이퍼 측 스티프너(43)의 안쪽에 스페이스 트랜스포머(30)를 눌러주는 스페이스 트랜스포머 커버(60)가 결합되어 있다. 스페이스 트랜스포머 커버(60)는 사각 링 형태로서, 스페이스 트랜스포머(30)를 눌러주기 위한 턱(62)을 가진다.

복수의 판 스프링들(81,82)은 고정 나사(85)에 의해 웨이퍼 측 스티프너(43)에 고정될 때 스페이스 트랜스포머 커버(60)를 눌러준다. 이에 따라 스페이스 트랜스포머 커버(60)의 턱(62) 부분이 스페이스 트랜스포머(30)를 메인 보드(20)에 밀착시킨다. 여기서, 고정 나사(85)는 다른 체결 부재로 대체되는 것도 가능하며, 판 스프링(81,82)의 개수는 필요에 따라 증감될 수 있다.

메인 보드(20)에서 스페이스 트랜스포머(30)가 결합되는 면의 반대쪽 면에는 테스트 측 스티프너(70)가 결합되어 메인 보드(20)의 물리적 변형을 방지하는 역할을 한다. 테스트 측 스티프너(70)는 SUS, 탄소강 등과 같은 금속으로 구성될 수 있다. 테스트 측 스티프너(70)는 메인 보드(20)의 프로브 설치 영역(21a)에 대응하는 원형 형상의 중앙 부분과 회로 영역에 대응하여 중앙 부분으로부터 방사상으로 뻗은 부분을 갖는 형태일 수 있다. 물론, 테스트 측 스티프너(70)는 그 밖에 다양한 다른 형태를 가질 수 있다. 그리고 테스트 측 스티프너(70)에는 용이한 취급을 위하여 손잡이(80)가 결합될 수 있다.

한편, 메인 보드(20)에는 스페이스 트랜스포머(30)와 마주보는 면에 형성된 복수의 가이드 핀(27)이 형성될 수 있다. 그리고 각각의 가이드 핀(27)에 대응되는 위치의 스페이스 트랜스포머(30)에는 복수의 가이드 홈(37)이 형성될 수 있다. 물론 가이드 핀(27)과 가이드 홈(37)의 형성 구조가 반대 구조를 가지는 것도 가능하다. 또한 가이드 홈은 구멍으로 대체되는 것도 가능하다.

가이드 홈(37)과 가이드 핀(27)은 서로 중간 끼워 맞춤으로 끼워질 수 있도록 구성된다. 이에 의해 메인 보드(20)와 스페이스 트랜스포머(30)가 솔더 볼(50)로 결합되는 과정에서 가이드 핀(27)이 가이드 홈(37)에 삽입되면서 결합이 안내될 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 프로브 카드는 반도체 패키징(packaging) 과정을 이용하여 조립될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 카드의 부분 단면도이다.

도 5를 참조하면, 먼저 메인 보드(20)의 제1 접촉 패드(22)들에 솔더 볼(50)을 배열한다. 볼 마운트 장치를 이용하여 메인 보드(20)에 솔더 볼(50)을 올릴 때 제1 접촉 패드(22)에 플럭스와 같이 점착제를 도포한 후 솔더 볼(50)을 배열한다.

이어서, 스페이스 트랜스포머(30)와 메인 보드(20)를 1차적으로 가이드 핀(27)으로 헐겁게 체결하여 정렬시킨다. 스페이스 트랜스포머(30)와 메인 보드(20)의 정렬 시에 카메라를 통하여 솔더 볼(50)의 위치를 확인한다. 그리고 스페 이스 트랜스포머(30)를 정렬하여 메인 보드(20)의 제1 접촉 패드(22)와 스페이스 트랜스포머(30)의 제2 접촉 패드(32)가 일대일로 마주보게 한다.

이 상태에서, 열과 압력을 가하여 솔더 볼(50)을 제1 접촉 패드(22)와 제2 접촉 패드(32)에 접합되게 한다. 이에 의해 스페이스 트랜스포머(30)와 메인 보드(20)가 전기적으로 연결된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 프로브 카드는 스페이스 트랜스포머와 메인 보드가 직접 접합되어 신호 경로가 짧다. 또한 솔더 볼이나 범프의 크기가 작아 임피던스 불균형(Impedance Unmatching) 구간이 작다. 따라서 전기적 연결의 신뢰성이 향상되고 고속(High Speed)화 대응이 가능하다. 더욱이 상호 연결을 위한 별도의 구조물이 필요치 않아 제조비용이 절감될 수 있다.

Claims (4)

1. 프로브가 일면에 설치된 스페이스 트랜스포머와 상기 스페이스 트랜스포머가 결합된 메인 보드를 구비하는 프로브 카드에 있어서,

   상기 스페이스 트랜스포머가 프로브가 설치된 면의 반대 면에 제1 접촉 패드가 형성되어 있고, 상기 메인 보드가 상기 스페이스 트랜스포머와 마주보는 면에 상기 제1 접촉 패드와 마주보게 형성된 제2 접촉 패드(contact pad)가 형성되어 있으며, 상기 제1 접촉 패드와 상기 제2 접촉 패드가 접합되어 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
2. 제1 항에 있어서, 상기 스페이스 트랜스포머와 상기 메인 보드 중 적어도 어느 하나에 가이드 핀이 형성되어 있고 다른 하나에 가이드 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
3. 제1 항에 있어서, 상기 스페이스 트랜스포머를 상기 메인 보드쪽으로 가압하여 고정시키는 스페이스 트랜스포머 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
4. 제1 항에 있어서, 상기 제1 접촉패드와 제2 접촉 패드는 솔더 볼과 범프 중 어느 하나로 접합된 있는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.

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