KR20090086037A - 프로브 유닛 - Google Patents

Abstract

검체의 통전 검사에 있어서, 프로브 유닛의 접촉자의 탄성 변형에 따른 변위량 및 접촉력에 상한을 설정하여 오버드라이브량을 간편하게 늘린다.

프로브군(11)은 지지 블록(12)의 선단부에 장착되어, 상부 블록(13)의 하중 블록인 가동부 베이스(15)에 의해 소정의 하중 부가를 받는다. 가동부 베이스(15)는 프로브 유닛의 기체부인 고정부 베이스(16)에 대하여 결합용 관통 구멍(17a 및 17b), 결합축(21a 및 21b), 혹은 코일 스프링(22a 및 22b) 등에 의해 상하 이동 가능하게 결합된다. 그리고, 가이드 구멍(20a 및 20b), 가이드 핀(23a 및 23b), 가이드 부시(24) 등의 가이드 기구에 의해 가동부 베이스(15)의 상하 이동이 안내된다. 여기서, 가동부 베이스(15)는 접촉자가 소정의 접촉력을 초과하여 탄성 변형되면 상방으로 이동하게 된다.

통전 검사, 접촉자, 탄성 변형, 관통 구멍, 가이드 부시

Description

프로브 유닛 {PROBE UNIT}

본 발명은, 반도체 디바이스나 표시 패널 등을 통전 검사나 측정하기 위한 프로브 유닛에 관한 것이다.

최근, 반도체 집적 회로, 플랫 패널 디스플레이(FPD) 등의 전자 디바이스 기판 혹은 회로 배선 기판 등의 검체에 설치되는 단자용 전극은 상기 기판의 상면에 있어서 점점 고밀도로 배치되는 경향이 있다. 예를 들어 기판의 주변을 따라 일렬로 배치되는 전극은 그 치수 및 배열 간격이 미소화되어 점점 협피치화되고 있다. 또한, 이들 전극은 기판 상면에 있어서 복수열로 병행하여 배치되도록도 되어 있다.

따라서, 이들 전자 디바이스 혹은 회로 배선판을 통전 검사하는 통전 검사 장치(이하, 프로버라고도 한다)의 검사 프로브(이하, 프로브라고도 한다)에서는, 상기 전극의 협피치화에 대응한 협피치의 접촉자가, 예를 들어 포토리소그래피와 같은 미세 가공 기술을 사용하여 제조된다(예를 들어, 특허 문헌1, 2 참조). 혹은, 상기 전극의 복수열의 배치에 대응하여 복수의 프로브가 적층되어 배치되고, 이들 프로브 각각의 선단부 위치를 고정밀도로 조정할 수 있는 프로브 유닛 혹은 프로브 헤드가 제시되어 있다(예를 들어, 특허 문헌3 참조).

이하, 도9 및 도10을 참조하여 종래의 프로브 유닛에 대하여 설명한다. 도9는 종래 기술에 있어서의 프로브 유닛의 일례를 모식적으로 도시한 일부 절개 사시도이다. 도10은 프로브의 선단부의 일례를 도시한 사시도로서, 도9에 도시한 영역(P)의 확대 사시도이다. 여기서, 도10은 프로브의 선단부를 검체측에서 본 것이다.

도9에 도시한 바와 같이，2개의 예를 들어 상단 프로브(101) 및 하단 프로브(102)로 이루어지는 프로브군이, 예를 들어 스테인리스제의 지지 블록(103)의 하면에 적층되어 설치되어 있다. 여기서, 도시하지 않았으나 상기 각각의 프로브는 지지 블록(103)의 하면에 있어서 그 고정밀도의 위치 조정을 자유자재로 할 수 있게 되어 있다. 그리고, 각각의 프로브의 선단부 위치가 소정 간격으로 어긋나게 되어 고정되어 있다.

또한, 상단 프로브(101)의 일측부 가장자리는 제1 플렉시블 배선판(104)에 접속되고, 하단 프로브(102)는 마찬가지로 제2 플렉시블 배선판(105)에 접속되어 이들 플렉시블 배선판(FPC ; Flexible Printed Circuits)을 하부 블록(106)이 하방에서 유지하게 되어 있다. 그리고 상기 지지 블록(103)은 상부 블록(107)에 체결되어 있다.

상술한 바와 같은 구조의 복수개의 프로브 유닛은 그들 상부 블록(107)이 헤드 기부에 적절하게 배치되어 프로브 헤드를 구성한다. 예를 들어, 검체의 ２변에 대향하여 배치된 단자용 전극에 접촉되도록 2개의 프로브 유닛이 헤드 기부에 설치 된다. 혹은, 검체의 4변에 배치된 전극에 접촉되도록 4개의 프로브 유닛이 헤드 기부에 설치된다.

그리고, 소요의, 예를 들어 프린트 배선판(PCB;Printed Circuits Board)에 상기 프로브 헤드가 고정되고, 상기 플렉시블 배선판(105)이 PCB에 전기적 접속되어 프로브 카드가 구성된다. 예를 들어 이러한 프로브 카드가 프로버에 장착되어 검체의 통전 검사가 행해진다.

여기서, 검체의 단자용 전극에 접촉되는 상술한 프로브군의 각 프로브(101, 102)에서는 도10에 도시한 바와 같이, 예를 들어 지르코니아, 알루미나, 글래스, 실리콘 등의 절연체 재료로 이루어지는 평탄한 기판(1011) 상에 그 단부까지 배치된 가늘고 긴 도전층의 리드(1012)가 형성되어 있다. 그리고, 리드(1012)의 선단부가 기판(1011)의 가장자리 단부로부터 돌출되어 탄성 접편(접촉자)(1013)으로 되어 있다. 여기서, 리드(1012)는 소요의 탄성 특성을 갖는 금속 재료, 예를 들어 니켈(Ni)-철(Fe), Ni-망간(Mn), Ni-코발트(Co) 등의 Ni 합금을 기재로 하여 형성되고, 프로브의 일측부 가장자리로 연장되는 리드(1012)의 기단부가, 예를 들어 땜납, 이방성 도전 필름(ACF;Anisotropic Conductive Film), 범프 등에 의해 플렉시블 배선판(104, 105)의 배선에 접속되어 있다.

그런데, 상술한 전자 디바이스 등의 검체의 소형화 및 고성능화에 의한 단자용 전극의 미소 피치화에 수반하여 리드 선단부의 접촉자(1013)의 수(핀 수라고도 한다)는 증가 일로에 있어 다핀화되어 각 프로브(101, 102)는, 예를 들어 200 내지 300 정도의 핀 수를 갖게 되어 있다.

상술한 바와 같은 프로브 유닛을 사용한 검체의 통전 검사에서는, 예를 들어 도9에 도시한 바와 같이 X-Y 방향의 수평 방향으로 이동 가능한 스테이지에 재치된 검체(W)가 다시 높이 방향인 Z 방향의 상향으로 이동한다. 그리고, 프로브군의 접촉자(1013)가 소정 각도의 경사 상태로 검체(W) 표면의 단자용 전극(도시하지 않음)에 접촉되어 작은 접촉력으로 접촉된다. 이와 같은 초기 접촉은 소정의 센서 검지를 통하여 제어된다. 이 초기 접촉 후에 계속해서 검체(W)를 소정의 변위량으로 상방 이동시켜 상기 전극에 대하여 프로브 유닛의 압입(오버드라이브)을 행함으로써 상기 전체 핀 수의 접촉자(1013)는 소정의 접촉력으로 전극에 확실하게 접촉되게 된다.

또한, 상기 오버드라이브에 의해 접촉자(1013)와 단자용 전극 사이에서의 저인덕턴스 및 저임피던스의 확보가 용이해진다. 그리고, 전자 디바이스 등의 검체(W)의 동작의 고속화에 대응해 고주파의 펄스 신호가 되는 통전 검사 신호가 접촉자(1013)로부터 단자용 전극을 통하여 검체(W)에 고속으로 전송할 수 있게 된다.

통상, 상기 프로브 유닛의 사용에 있어서는, 탄성을 갖는 접촉자(1013)는 소정량으로 탄성 변형되는 동시에 전극 표면을 세게 문지르게 된다(scrub, 이하 스크럽이라 한다). 그리고, 이 접촉자(1013)의 스크럽은, 예를 들어 알루미늄(Al) 금속으로 이루어지는 단자용 전극의 표면에 형성되기 쉬운 극박의 절연층을 파괴하여 전극과의 전기 접속을 확보하게 한다.

<특허 문헌1> 일본 특허 공개평8-15318호 공보

<특허 문헌2> 일본 특허 출원 공개2005-227221호 공보

<특허 문헌3> 일본 특허 출원 공개2006-349511호 공보

프로브 유닛을 사용한 검체의 통전 시험에 있어서는, 검체 표면에 형성되어 있는 단자용 전극에 모든 접촉자가 적절한 접촉력으로 접하는 것이 바람직하다. 그런데, 다핀화된 접촉자군 혹은 프로브군 사이에 있어서는, 그들 접촉자의 Z 방향의 높이 위치는 그 제조상 모두 동일하게 되어 있는 것은 아니다. 또한, 복수의 프로브 유닛이 설치된 프로브 헤드에서는 복수의 프로브 유닛 사이에 있어서 그들 프로브의 Z 방향의 높이 위치가 헤드 제조상 편차가 발생하는 것은 피할 수 없다. 따라서, 상술한 초기 접촉 후의 오버드라이브를 실시함으로써 상술한 접촉자의 높이 위치의 편차가 흡수되어 모든 접촉자가 전극에 탄성 접촉할 수 있게 된다.

그러나, 종래의 기술에서는 프로브 유닛의 오버드라이브는 접촉자의 탄성 변형에 따른 변위에만 대응하고 있다. 즉, 프로브 유닛의 오버드라이브량은 접촉자의 탄성 변형에 따른 변위량에 거의 동등하게 되어 있었다. 이 때문에, 상술한 접촉자의 높이 위치의 편차가 커지면 오버드라이브에 있어서 과도한 탄성 변형 및 접촉력을 받는 접촉자가 발생하게 된다. 그리고, 통전 검사에 있어서의 이 과도한 탄성 변형 및 접촉력의 반복이 접촉자의 탄성 특성을 열화시켜 프로브 수명을 짧게 한다.

또한, 과도한 탄성 변형을 받는 접촉자에서는, 그것이 검체의 전극 상을 스크럽하는 길이(이하, 스크럽량이라고도 한다)가 증대된다. 그리고, 검체의 전극의 협피치화에 의한 전극의 소형화 때문에 스크럽량의 값이 커지면 접촉자가 전극으로 부터 탈락되어 버려 통전 검사에 문제가 발생할 우려가 있다.

따라서, 상술한 바와 같은 문제를 해소하기 위해 프로브 유닛 혹은 프로브 헤드의 제조에 있어서, 접촉자의 높이 위치의 균일성을 높이도록 편차의 허용 범위를 작게 하여 제조 관리하는 것을 생각할 수 있다. 그러나，이 경우에는 프로브 유닛 혹은 프로브 헤드의 제조 비용이 증대된다. 그리고, 검체의 단자용 전극의 협피치화 혹은 접촉자의 다핀화와 함께 상기 제조 비용의 증대는 현저해진다. 또한, 프로브 유닛의 사용에 있어서의 프로브군의 고정밀도의 위치 조정, 프로브 카드의 수평으로부터의 경사도의 조정, 혹은 그 프로브 헤드에 있어서의 프로브 유닛의 오버드라이브량의 미세 조절을 생각할 수 있으나, 이러한 경우에는 통전 검사에 있어서의 작업성의 저하를 피할 수 없다.

본 발명은, 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 검체의 통전 검사에 있어서, 프로브 유닛의 접촉자의 탄성 변형에 따른 변위량 혹은 그 단자용 전극과의 접촉력을 바꾸지 않고, 프로브 유닛의 오버드라이브량을 간편하게 크게 할 수 있도록 하는 것을 주목적으로 한다. 그리고, 소형화/고성능화되는 전자 디바이스 등의 검체의 상기 전극의 협피치화에 효과적으로 대응할 수 있어, 그 저비용화 및 장기 수명화를 가능하게 하여 통전 검사의 작업성을 향상시키는 프로브 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 프로브 유닛은 검체의 전극에 대하여 상대적으로 상하 이동하여 상기 전극에 접촉자가 탄성 접촉되어 상기 검체 의 통전 검사를 가능하게 하는 프로브 유닛이며, 기체부와, 선단부에 상기 접촉자를 구비한 검사 프로브와, 상기 기체부에 대하여 상하 이동 가능하게 결합되어 상기 검사 프로브에 대하여 소정의 하중을 부가하는 하중 블록을 갖고, 상기 하중 블록은, 상기 접촉자가 소정의 접촉력을 초과하여 탄성 접촉되면 상방으로 이동하여 상기 접촉력의 증가를 억제하는 구성으로 되어 있다.

그리고, 상기 발명의 적합한 형태에서는, 상기 기체부와 상기 하중 블록 사이에 상기 하중 블록의 상기 기체부에 대한 상하 이동을 안내하는 가이드 기구가 설치되어 있다. 또한, 바람직하게는 상기 기체부와 상기 하중 블록 사이에 그들을 탄성 압박하는 탄성 부재가 개재 장착되어 있다. 그리고, 상기 탄성 부재는, 코일 스프링을 갖고, 상기 코일 스프링의 스프링 정수가 상기 접촉자가 나타내는 스프링 정수보다 작게 형성되어 있다. 예를 들어, 상기 코일 스프링의 스프링 정수는 상기 접촉자가 나타내는 스프링 정수의 1/100 이하로 설정되어 있다.

본 발명의 구성에 의해 검체의 통전 검사에 있어서, 프로브 유닛의 접촉자의 탄성 변형에 따른 변위량 혹은 그 단자용 전극의 접촉력을 거의 바꾸는 일 없이 프로브 유닛의 오버드라이브량을 간편하게 자유자재로 크게 할 수 있다. 그리고, 소형화/고성능화되는 전자 디바이스 등의 검체의 상기 전극의 협피치화에 효과적으로 대응할 수 있어 그 저비용화 및 장기 수명화가 가능해져 통전 검사의 작업성이 종래보다 증가하여 향상된다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 서로 동일하거나 또는 유사한 부분에는 공통 부호를 붙이고, 중복 설명은 일부 생략된다. 단, 도면은 모식적인 것이며, 각 치수의 비율 등은 현실의 것과는 상이하다.

처음에, 본 실시 형태에 따른 적합한 프로브 유닛의 구조에 대하여 도1 내지 도3을 참조하여 설명한다. 도1은 본 실시 형태에 따른 프로브 유닛의 일례를 도시하는 사시도이다. 도2는 상기 프로브 유닛의 측면도이며, 도3은 도2에 도시하는 A-A 화살 표시의 종단면도이다. 또한, 이들은 검체의 통전 검사의 후술되는 대기 상태에 있어서의 개략도로 되어 있다.

본 실시 형태에 따른 프로브 유닛(10)에서는, 종래 기술에서 설명한 것과 마찬가지로 복수의 프로브(도면에서는 2개의 프로브)로 이루어지는 프로브군(11)이, 예를 들어 지지 블록(12)의 하면에 소정 각도로 경사져 설치되어 있다. 도시하지 않았으나 이들 프로브군은 지지 블록(12)의 하면에 있어서 그 고정밀도의 위치 조정을 자유자재로 할 수 있게 되어 있다. 또한, 지지 블록(12)은 상부 블록(13)에, 예를 들어 나사(14)에 의해 체결되게 되어 있다.

그리고, 본 실시 형태의 프로브 유닛(10)은 상부 블록(13)에 고정 설치된 상하 이동 가능한 가동부 베이스(15), 상기 가동부 베이스(15)가 상하 방향으로 이동 가능하게 결합되어 프로브 유닛(10)의 기체부를 구성하는 고정부 베이스(16)를 구비하고 있다. 여기서, 도3에 도시한 바와 같이 고정부 베이스(16)에는 그 상면으로부터 하면으로 관통하는, 예를 들어 2개의 결합용 관통 구멍(17a 및 17b)이 뚫려 있다. 그리고, 이들 관통 구멍은 고정부 베이스(16)의 상면측 및 하면측에 직경 확대부를 갖고, 관통 구멍의 깊이 방향의 중간 영역에 직경 축소부를 구비하고 있다. 또한, 그 양측에 2개의 가이드 핀용 나사 구멍(18a 및 18b)이 형성되어 있다.

그리고, 하중 블록을 구성하는 가동부 베이스(15)에는 상기 결합용 관통 구멍(17a 및 17b)에 대응하는 위치에 각각 결합용 나사 구멍이 형성되고, 마찬가지로 상기 가이드 핀용 나사 구멍(18a 및 18)에 대응하는 위치에 각각 가이드 구멍(20a 및 20b)이 형성되어 있다.

그리고, 결합축(21a 및 21b)이 고정부 베이스(16)의 결합용 관통 구멍(17a 및 17b)에 각각 삽입 관통하여 그들의 선단부에 있어서 결합용 나사 구멍(19a 및 19b)에 나사 결합되어 가동부 베이스(15)에 체결되어 있다. 여기서, 결합축(21a 및 21b)은 그 직경 확장된 정상부가 각각 결합용 관통 구멍(17a 및 17b)의 상기 직경 축소부에 의해 걸리는 구조에 있어서, 그들 상하 이동을 자유자재로 할 수 있게 되어 있다. 또한, 결합축(21a 및 21b) 각각에 감겨 장착된 코일 스프링(22a 및 22b)이 고정부 베이스(16) 및 가동부 베이스(15)를 탄성 압박하도록 설치되어 있다. 여기서, 이들 코일 스프링(22a 및 22b)은, 그들 일단부측이 각각 결합용 관통 구멍(17a 및 17b)의 하면측의 직경 확대부에 수용되도록 되어 있다.

또한, 강성의 가이드 핀(23a 및 23b)이, 그들 기단부에 있어서 가이드 핀용 나사 구멍(18a 및 18b)에 나사 결합되어 고정부 베이스(16)에 체결되어 있다. 그리고, 가이드 핀(23a 및 23b)은 그 선단부가 각각 가이드 구멍(20a 및 20b)에 왕복 이동 가능하게 슬라이딩 결합되어 있다. 여기서, 가이드 구멍(20a 및 20b)의 내벽 에 예를 들어 황동제의 가이드 부시(24)가 개재 삽입되어, 상하 이동 가능한 가동부 베이스(15)의 움직임을 원활하게 하여 그 이동 어긋남을 저감시킬 수 있게 되어 있다. 이 가이드 구멍(20a 및 20b), 가이드 핀(23a 및 23b), 가이드 부시(24) 등이 가이드 기구를 구성하고 있다. 그리고, 도2에 도시된 바와 같이 가동부 베이스(15)의 상면과 고정부 베이스(16)의 하면 사이에는 소정의 간극(S₀)이 설정되어 있다.

여기서, 상술한 프로브군(11)의 각 프로브는, 도1의 영역(P)의 확대 사시도로서 도10에서 설명한 것과 동일하게 되어 있다. 즉, 예를 들어 알루미나 세라믹스와 같은 인성의 절연체 재료로 이루어지는 기판(1011) 상에 그 단부까지 배치된 두께가, 예를 들어 20 내지 30㎛ 정도의 가늘고 긴 도전층의 리드(1012)가 형성되고, 리드(1012)의 선단부가 기판(1011)의 가장자리 단부로부터 수백 ㎛길이 정도로 돌출되어 탄성 변형되는 접촉자(1013)로 되어 있다. 이들 리드(1012) 및 접촉자(1013)는 포토리소그래피를 사용한 미세 가공 기술에 의해 형성되고, 예를 들어 30 내지 70㎛ 정도의 협피치로 간편하게 삽입 설치할 수 있다. 그리고, 프로브군(11)의 각 프로브에서는 상술한 바와 같은 접촉자(1013)로 이루어지는 접촉자군이, 예를 들어 200 내지 300 정도 빔 형상으로 형성된다.

그리고, 리드(1012)의 기단부는, 도시하지 않았으나, 예를 들어 ACF의 접합부를 개재하여, 예를 들어 플렉시블 배선판에 접속되어 종래 기술에서 설명한 것과 동일하게 프로버와 전기적으로 연결되게 되어 있다.

또한, 상기 리드(1012)는 종래 기술에서 설명한 Ni 합금과 같은 탄성 특성을 갖는 금속 재료를 기재로 하고 있다. 그리고, 적어도 접촉자(1013)는 검체의 단자용 전극과의 안정된 전기적인 접촉을 확보하기 위해, 그 표면부에 내산화성의 금속 재료 혹은 산화되어도 도전성을 갖는 금속 재료로 이루어져 단자용 전극에 대한 내마모성을 갖는 피복층이 적당하게 형성된다. 이러한 금속 재료로서는, 예를 들어 Au-Co 합금과 같은 Au 합금 외에 산화되어도 도전성을 갖는 Ru, Ir 금속 및 이들 합금을 들 수 있다. 또한, 리드(1012) 및 접촉자(1013)의 기재로서는, Ni계 금속 재료 외에, 예를 들어 로듐(Rh), 백금(Pt), 파라듐(Pd), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 동합금 등을 들 수 있다.

상기 프로브군(11)의 프로브에 있어서는, 절연층이 접촉자(1013) 및 리드(1012)의 기단부를 제외하고, 리드(1012)를 피복하여 형성되어 있어도 된다. 여기서, 이 절연층으로서는 기판(1011)과의 밀착성이 좋은 절연체 박막이 적합하다. 예를 들어 실리콘 산화막(SiO₂막), 실리콘 산질화막(SiON막) 혹은 실리콘 질화막(SiN막)을 들 수 있다.

한편, 상기 프로브군(11)의 접촉자(1013)가 접촉되는 검체(W)의 단자용 전극은, 예를 들어 금(Au), Au 합금, Al, Al 합금과 같은 금속 재료, 혹은 FPD에서 다용되는 인듐 주석 산화막(ITO막), 인듐 아연 산화막(IZO막) 등으로 구성된다.

또한, 상기 프로브 유닛(10)에 있어서, 그 고정부 베이스(16)는 프로브 유닛이 설치되는 프로브 헤드의 헤드 기부와 일체 구조로 되어 있어도 상관없다. 또 한, 가동부 베이스(15)는 상부 블록(13)에 고정 설치되지 않아도 되고, 예를 들어 탄성 부재를 통하여 가동부 베이스(15)의 중량이 프로브군(11)으로 전달되는 구조로 되어 있어도 상관없다.

다음에, 검체의 통전 검사에 있어서의 상기 프로브 유닛의 동작에 대하여 도2, 도4 내지 도6을 참조하여 설명한다. 이들은 프로브 유닛의 측면도이며, 도4는 프로브군(11)의 접촉자(1013)가 소정 각도로 경사져 검체(W) 표면의 단자용 전극(도시하지 않음)에 작은 접촉력으로 초기 접촉된 상태를 도시한다. 그리고, 도5는 상기 초기 접촉 후의 오버드라이브에 의해 그 양이 프로브군(11)의 전체 접촉자의 탄성 변형으로부터 코일 스프링(22a, 22b)의 탄성 변형으로 절환되는 임계 오버드라이브량(예를 들어 50㎛ 정도)이 되는 상태를 도시한다. 도6은 상기 임계 오버드라이브 후에 가동부 베이스(15)와 고정부 베이스(16)의 간극(S₀)이 없어지는 최대 오버드이브량(예를 들어 1㎜ 정도)의 상태를 도시한다.

도2에 도시한 바와 같은 통전 검사에 있어서의 대기 상태에서는 검체(W)는 프로버에 있어서 X, Y, Z 이동, θ 회전의 제어가 이루어지는 가동 스테이지(도시하지 않음) 상에 재치된다. 또한，이 스테이지는 프로브 유닛(10)의 프로브군(11)으로부터 하방의 소정의 높이 위치에 있다. 또한, 이 대기 상태에 있어서는 가동부 베이스(15)의 상면과 고정부 베이스(16)의 하면 사이에 상술한 간극(S₀)이 형성되어 있다.

그리고, 검사 단계가 되면 처음에 스테이지의 X-Y 방향 주사 및 θ 회전에 의한 조정이 이루어져 프로브군(11)의 접촉자(1013)와 검체의 단자용 전극(도시하지 않음)이 위치 정렬(얼라인먼트)된다. 이하, 이 얼라인먼트에 있어서의 검체(W)의 Z 방향 위치를 기준점(Z=0)으로 하여 검체(W) 표면의 높이 위치를 Z로 한다.

다음에, 도4에 도시한 바와 같이 검체(W)는 그 두께 및 단자용 전극의 두께가 고려되어 Z 방향으로 상방 이동되어 종래 기술에서 설명한 바와 같이 접촉 검지용의 센서로 제어되어 단자용 전극에 초기 접촉된다. 이 초기 접촉에서는 프로브군(11)의 선단부로부터 돌출되는 소정의 핀 수의 접촉자(1013)로 이루어지는 접촉자군이, 수평면에 대하여 소정 각도로 경사져 각각 대향하는 단자용 전극에 작은 접촉력으로 접촉된다. 이하, 이때의 검체(W) 표면의 상기 기준점으로부터의 높이 위치를 초기 접촉 높이(Z₀)로 한다.

상기 초기 접촉에 있어서, 실제로는 프로브군(11)에 있어서의 접촉자(1013)의 가공 치수의 공차(예를 들어 수㎛ 정도) 등의 삽입 설치 정밀도, 혹은 2개의 프로브 사이의 위치의 조정 정밀도에 따라 접촉자군 중에서 그들 접촉 정도가 약간 상이하다. 이 때문에, 초기 접촉에서는 접촉자군 중의 접촉자에 의해 탄성 변형의 정도로 편차가 발생하고 있다.

이 초기 접촉 후에 계속해서, 검체(W)는 Z 방향의 상방 이동을 받아 프로브군(11)의 접촉자군의 모든 접촉자(1013)가 탄성 변형되게 된다. 이때의 검체(W) 표면의 Z 방향에 있어서의 기준점으로부터의 높이 위치를 Z로 하면 프로브 유닛, 즉 이 경우에는 접촉자(1013)의 오버드라이브량(D)은 D=Z-Z₀으로 나타낸다. 여기 서, 접촉자군의 탄성 변형에 따른 탄발력은 프로브 유닛(10)을 구성하고 있는 프로브군(11), 지지 블록(12), 상부 블록(13), 가동부 베이스(15)의 전체 중량 및 코일 스프링(22a, 22b)의 프리로드분의 하중으로 이루어지는 기준 하중(G₀) 이하가 된다. 프로브 유닛에 따라서는, 이 상태로 그 접촉군의 모든 접촉자(1013)가 통전 검사에 있어서의 전기적 접촉에 필요한 소요의 접촉력으로 전극에 접촉된다.

또한, 검체(W)가 Z 방향의 상방 이동을 받으면 상기 접촉자군의 탄성 변형에 따른 상향 탄발력은 상기 기준 하중(G₀)과 동등하게 된다. 도5는 상기 접촉자군의 탄발력이 기준 하중(G₀)과 동등하여 균형이 잡힌 상태를 도시하고 있다. 또한 이 상태에 있어서의 오버드라이브량(D)이 임계 오버드라이브량(D₀)으로 되어 있다.

그리고, 검체(W)가 상향으로 더 이동하여 그 높이 위치(Z)가 Z₀+D₀<Z를 만족하게 되면 접촉자군의 탄발력은 이들 프로브군(11), 지지 블록(12), 상부 블록(13) 및 가동부 베이스(15)를 그 전체 중량에 대항하여 상향으로 부상시킨다. 이렇게 되면, 도3에서 설명한 결합축(21a 및 21b)은 그들 정상부가 각각 결합용 관통 구멍(17a 및 17b)의 직경 축소부에 걸린 상태로부터 해제된다. 그리고, 가동부 베이스(15)는 이번에는 코일 스프링(22a 및 22b)의 탄성 압박에 대항하여 고정부 베이스(16)에 고정 지지된 가이드 핀(23a 및 23b)에 의해 고정밀도로 안내되어, 이동이 어긋나는 일 없이 상방 이동된다. 도6은 최대 오버드라이브량(D₁)으로 검체(W)가 상방 이동한 상태이다.

본 실시 형태의 프로브 유닛(10)은, 도5 또는 도6의 상태에 있어서, 그 프로브군의 모든 접촉자(1013)가 통전 검사에 있어서의 전기적 접촉에 필요한 소요의 접촉력으로 전극에 확실하게 접촉되는 것을 보증한다. 따라서, 검체(W)의 통전 검사에서는 검체(W)의 그 높이 위치(Z)는 Z₀<Z<Z₀+D₁을 만족하는 소정값으로 설정된다. 그리고, 검체의 통전 검사가 종료되면 검체(W)는 스테이지의 강하에 따라 대기 상태로 복귀된다. 여기서, 통전 검사에서의 검체(W)의 높이 위치(Z)가 Z₀+D₀<Z<Z₀+D₁의 범위에 있는 경우에는 상방 이동한 가동부 베이스(15)는 코일 스프링(22a 및 22b)의 탄성 압박에 의한 복원력과 상술한 기준 하중(G₀)에 의해 원래의 높이 위치로 복귀된다. 그리고 계속해서 다른 검체(W)의 통전 검사를 위해 동일한 동작이 반복하여 행해진다.

다음에, 상술한 프로브 유닛의 동작에 있어서의 오버드라이브량 및 접촉자의 검체(W)로의 접촉력에 관하여 도7 및 도8을 참조하여 설명한다. 도7은 오버드라이브량의 설명을 위한 개념도이다. 도8은 오버드라이브량 및 접촉력과 검체(W)의 높이 위치(Z)의 관계를 나타내는 그래프이다.

도7의 (a)는 도2에서 설명한 대기 상태에 있는 프로브 유닛(10)의 개념도이다. 이 경우, 하중 물체(25)가 걸림 부재(26)에 지지된 상태에 있다. 여기서, 하중 물체(25)는 프로브 유닛(10)에 있어서의 프로브군(11), 지지 블록(12), 상부 블록(13) 및 가동부 베이스(15)에 상당하고, 코일 스프링(22a, 22b)의 프리로드분의 하중과 함께 기준 하중(G₀)을 형성한다. 또한, 걸림 부재(26)는 도3에서 설명한 결 합축(21a 및 21b)의 정상부를 거는 결합용 관통 구멍(17a 및 17b)의 직경 축소부에 상당한다.

그리고, 프로브 유닛(10)의 고정부 베이스(16)의 하방에 설치된 코일 스프링(22)이 하중 물체(25)를 탄성 압박하여 하중 물체(25)의 하방에 프로브군(11)의 전체 접촉자에 상당하는 접촉 스프링(27)이 설치되는 구조로 되어 있다. 또한, 검체(W)는 접촉 스프링(27)의 선단부로부터 하방의 소정의 높이 위치에 있다. 또한, 코일 스프링(22)은 프로브 유닛의 코일 스프링(22a 및 22b)을 합한 것에 상당하고 있다.

그리고, 검체(W)가 Z 방향으로 상방 이동되어, 도4에서 설명한 초기 접촉 높이(Z₀)에 있어서 접촉 스프링(27)의 선단부에 접촉된다. 그 후, 검체(W)가 이 기준점으로부터 상방 이동되면 접촉 스프링(27)이 탄성 변형되게 된다. 그리고, 도7의 (b)에 도시한 바와 같이 접촉 스프링(27)의 탄성 변형에 따른 변위량, 즉 접촉 스프링 탄성 변위량(d₁)이 오버드라이브량이 된다. 여기서, 접촉 스프링(27)의 스프링 정수를 k₁로 하고 그 탄발력을 F₁로 하면 F₁=k₁×d₁이 된다. 또한, 스프링 정수(k₁)는 프로브군(11)의 전체 접촉자의 탄성 변형에 있어서의 탄성율에 상당하고, 탄발력(F₁)은 접촉력에 상당한다.

상기 접촉 스프링(27)이 나타내는 F₁=k₁×d₁의 관계는 접촉 스프링(27)의 탄발력이 하중 물체(25)의 중량 및 코일 스프링(22)의 프리로드분의 하중, 즉 기준 하중(G₀)과 동등해지고, d₁이 임계 오버드라이브량(D₀)이 될 때까지 계속된다. 즉, F₁=k₁×D₀=G₀이 된다. 그리고, 또한 검체(W)가 Z 방향의 상방 이동을 받으면 접촉 스프링(27)의 탄발력(F₁)이 기준 하중(G₀)을 초과하여 도7의 (c)에 도시한 바와 같이 하중 물체(25)가 상향으로 부상하게 되어 코일 스프링(22)의 탄성 변형이 발생한다. 이 탄성 변형에 따른 변위량을 코일 스프링 탄성 변위량(d₂)으로 하고 코일 스프링(22)의 탄발력을 F₂, 스프링 정수를 k₂로 하면 F₂=k₂×d₂이 된다.

그리고, 오버드라이브량(D)은 D=d₁+d₂이 된다. 또한, F₁=G₀+F₂이 성립된다. 여기서, G₀=k₁×D₀로 하여 k₁×(d₁-D₀)=k₂×d₂이 성립된다. 따라서, 본 실시 형태에서는 코일 스프링(22)의 스프링 정수(k₂)는 접촉 스프링(27)의 스프링 정수(k₁)에 비하여 작아지도록 결정된다. 예를 들어, k₂/k₁은 1/10O 이하로 되도록 설정되고, (d₁-D₀)/d₂비는 1/100 이하의 설정값이 된다. 이와 같이 하여, 임계 오버드라이브량(D₀)을 초과하면 접촉 스프링 탄성 변위량(d₁)의 증가는 코일 스프링 탄성 변위량(d₂)의 증가에 비하여 미소하게 된다.

상술한 바와 같은 프로브 유닛의 오버드라이브량과 접촉력의 일례가 도8에 도시된다. 도8에 도시한 바와 같이, 오버드라이브량(D)은 검체(W)의 높이 위치(Z)가 Z₀로부터 증가하기 시작하여 그 높이 위치 Z=Z₀+D₀까지는 접촉 스프링 탄성 변위 량(d₁)이 된다. 그리고, 그 높이 위치(Z)가 Z₀+D₀를 초과하면 코일 스프링 탄성 변위량(d₂)값이 상승하여 접촉 스프링 탄성 변위량(d₁)의 증가(9)는 매우 작아진다. 그리고, 오버드라이브량(D)의 증가는 코일 스프링 탄성 변위량(d₂)의 증가에 거의 따르게 된다. 또한, 검체(W)의 높이 위치(Z)가 Z₀+D₁을 초과해 오면, 도6에서 설명한 바와 같이 간극(S₀)이 없어져 하중 물체(25)는 상방 이동하지 않게 된다. 그리고, 다시 접촉 스프링(27)의 탄성 변형이 일어나게 된다.

한편, 프로브의 접촉력은 검체(W)의 높이 위치(Z)가 Z₀ 내지 Z₀+D₀의 범위에 있어서, 접촉 스프링 탄성 변위량(d₁)에 비례한 접촉 스프링(27)의 탄발력과 등등해진다. 그리고, 검체(W)의 높이 위치(Z)가 Z₀+D₀ 내지 Z₀+D₁의 범위에서는 접촉력은 기준 하중(G₀)에 코일 스프링(22)의 작은 탄발력이 약간 더해질 정도이며 거의 증가하지 않게 된다. 또한, 검체(W)의 높이 위치(Z)가 Z₀+D₁을 초과해 오면 상술한 바와 같이 다시 접촉 스프링(27)의 탄성 변형이 일어나게 되어 그 탄성 변위량에 비례하여 접촉력이 크게 증대된다.

본 실시 형태의 프로브 유닛(10)에서는, 도7 및 도8에서 설명한 바와 같이 프로브 유닛의 오버드라이브량은 프로브에 삽입 설치된 접촉자(1013)(도10)의 탄성 변형에 따른 변위량(d₁)과, 코일 스프링(22a 및 22b)의 탄성 변형에 따른 변위 량(d₂)의 합으로 할 수 있다. 여기서, 상기 변위량(d₂)은 접촉자(1013)의 탄성 변형에 따른 변위량(d₁)에 비교하여 증가하기 매우 쉽게 되어 있다.

그리고, 이와 같은 오버드라이브에 있어서, 모든 접촉자(1013)는 그 탄성 변형에 따른 변위량의 상한 및 그들 접촉력의 증가가 기준 하중(G₀)으로 거의 제한되어 검체(W)의 단자용 전극에 접촉되게 된다. 여기서, 탄성 변형에 따른 변위량의 상한은 대략 임계 오버드라이브량(D₀=G₀/k₁)이며, 접촉력의 상한은 기준 하중(G₀)을 프로브군(11)에 있어서의 접촉자(1013)의 전체 핀 수(N)로 나눈 G₀/N값으로 거의 된다. 이와 같이 하여, 프로브 유닛(10)의 접촉자의 탄성 변형에 따른 변위량을 바꾸지 않거나, 혹은 검체(W)의 단자용 전극의 접촉력의 증가를 억제하여 프로브 유닛의 오버드라이브량을 간편하게 크게 할 수 있게 된다.

상기 실시 형태에 있어서는 코일 스프링(22a 및 22b) 대신에 다양한 탄성 부재를 사용할 수 있다. 그 탄성 부재로서, 예를 들어 고무류, 합성 수지 등의 고분자 재료, 혹은 이들 발포성 재료로 구성된 것을 들 수 있다. 혹은, 통전 검사의 종료 후의 검체(W)의 강하 시에 프로브 유닛(10)에 있어서의 프로브군(11), 지지 블록(12), 상부 블록(13) 및 가동부 베이스(15)에 상당하는 하중 물체(25)가 그 자중만으로 원래의 높이 위치로 복귀되는 구조로 되어 있어도 된다. 이 경우에는, 코일 스프링(22a 및 22b)의 탄성 압박에 의한 북원력은 불필요해져 프로브 유닛(10)에 있어서 코일 스프링(22a 및 22b) 등의 탄성 부재가 없는 구조이어도 마찬 가지의 효과가 발생한다.

또한, 하중 물체(25)를 구성하는, 예를 들어 가동부 베이스(15)는 자유자재로 그 중량의 조절을 할 수 있는 구조로 되어 있어도 된다. 이 경우에는, 기준 하중(G₀)이 프로브군(11)의 접촉자(1013)의 탄성 특성에 맞춰서 적절하면서도 간편하게 조절할 수 있게 된다.

상기 실시 형태에서는, 예를 들어 프로브 유닛(10)의 프로브군(11)에 있어서 그들의 접촉자(1013) 사이의 높이 위치에 편차가 있어도, 상기 프로브 유닛의 오버드라이브량에 의해 충분히 흡수되어 모든 접촉자(1013)가 검체(W)의 전극에 적절한 접촉력으로 전기 접속되게 된다. 마찬가지로, 상기 오버드라이브량은 복수의 프로브 유닛(10)이 구비된 프로브 헤드에 있어서의 프로브군(11) 사이의 높이 위치로 편차를 흡수하여 복수의 프로브 유닛의 모든 접촉자(1013)를 검체(W)의 전극에 적절한 접촉력으로 전기 접속시킨다.

이 때문에, 프로브군(11)의 접촉자(1013)는 과도한 접촉력을 받는 것이 방지되어, 종래 기술에서 설명한 통전 검사에 있어서의 과도한 접촉력의 반복에 의한 접촉자(1013)의 탄성 열화에 따른 프로브 수명의 단축은 저감된다. 이와 같이 하여, 접촉력의 안정성 및 접촉의 반복 내구성이 우수하여 신뢰성이 높은 접촉자군으로 이루어지는 프로브 유닛이 제공된다.

또한, 상기 오버드라이브에 있어서, 모든 접촉자(1013)의 접촉력에 상한이 설정되기 때문에 접촉자(1013)의 검체(W)의 단자용 전극 상에 있어서의 스크럽량이 제약된다. 이 때문에, 특정한 전극에 접촉되도록 얼라인먼트된 접촉자(1013)가 인접하는 전극에 접촉되는 것이 억제되어 전극의 협피치화가 매우 용이해진다.

혹은, 본 실시 형태에서는 접촉자(1013)의 Z 방향의 높이 위치의 균일성이 그다지 높지 않은 저렴한 프로브 유닛 혹은 프로브 헤드이어도 검체(W)의 통전 검사가 고효율의 작업성 하에 고정밀도로 할 수 있게 된다. 또한, 검체의 품종이 상이하여 그 두께가 변화되는 경우에도, 그리고 동일 품종에 있어서 검체의 두께 혹은 그 단자용 전극의 두께에 편차가 발생하는 경우에도 마찬가지로 높은 작업성 하에 그들의 통전 검사를 고정밀도로 할 수 있게 된다.

이와 같이 하여, 본 실시 형태의 프로브 유닛은, 소형화/고성능화되는 전자 디바이스 등의 검체의 상기 전극의 협피치화에 효과적으로 대응할 수 있어 그 저비용화 및 장기 수명화를 가능하게 하여 통전 검사의 작업성을 향상시킨다.

이상, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 설명했으나, 상술한 실시 형태는 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 당업자에 있어서는, 구체적인 실시 형태에 있어서 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위로부터 일탈하지 않고 다양한 변형·변경을 가하는 것이 가능하다.

예를 들어, 프로브는 그 접촉자(1013)가 도10에 있어서의 기판(1011)의 가장자리 단부로부터 돌출되지 않는 구조로 되어 있어도 된다. 단，이 경우에는 리드(1012)는 적절한 탄성과 인성을 갖는 도전체 재료에 의해 형성된다. 혹은, 프로브의 기판(1011)이 가요성을 가져도 된다. 또한, 접촉자는 탄성 압박하는 핀으로 구성되어 있어도 상관없다.

상기 실시 형태에서는 지지 블록(12)의 하면에 2개의 프로브가 설치되는 경우에 대해 설명하고 있으나, 1개의 프로브 혹은 3개 이상의 프로브가 설치되어 있어도 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는 검체(W)가 Z 방향의 상방으로 이동하여 프로브 유닛(10)의 접촉자(1013)가 전극에 접촉되는 경우에 대해 설명하고 있으나, 반대로 검체(W)가 고정되고, 프로브 유닛(10)이 Z방향으로 이동할 수 있게 되어 있어도 상관없다. 혹은, 검체(W) 및 프로브 유닛(10)이 모두 Z방향으로 이동할 수 있는 구조로 되어 있어도 된다.

도1은 발명의 실시 형태에 따른 프로브 유닛의 일례를 도시하는 사시도.

도2는 도1의 프로브 유닛의 측면도.

도3은 도2에 도시하는 프로브 유닛의 A-A 화살 표시의 종단면도.

도4는 본 발명의 실시 형태에 따른 프로브 유닛의 동작의 설명을 위해, 초기 접촉의 상태로 접촉자가 검체의 전극에 접촉된 프로브 유닛을 도시하는 측면도.

도5는 본 발명의 실시 형태에 따른 프로브 유닛의 동작의 설명을 위해, 임계 오버드라이브량(D₀)의 상태로 접촉자가 검체의 전극에 접촉된 프로브 유닛을 도시하는 측면도.

도6은 본 발명의 실시 형태에 따른 프로브 유닛의 동작의 설명을 위해, 최대 오버드라이브량(D₁)의 상태로 접촉자가 검체의 전극에 접촉된 프로브 유닛을 도시하는 측면도. 도5에 이은 프로브 컨택트의 제조 공정을 도시하는 제조 공정별 단면도.

도7은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 프로브의 접촉자의 오버드라이브량의 설명을 위한 개념도로서, (a)는 프로브 유닛의 대기 상태를 도시하는 단면도, (b)는 접촉자군이 탄성 변형되어 오버드라이브된 상태를 도시하는 단면도, (c)는 코일 스프링이 탄성 변형되어 오버드라이브된 상태를 도시하는 단면도.

도8은 프로브 유닛의 오버드라이브량 및 접촉자의 접촉력과 검체(W)의 높이 위치(Z)의 관계를 도시하는 그래프.

도9는 종래 기술에 있어서의 프로브 유닛의 일례를 나타내는 일부 절개 사시도.

도10은 프로브의 선단부의 일례를 도시하는 사시도.

<부호의 설명>

10 : 프로브 유닛

11 : 프로브군

12 : 지지 블록

13 : 상부 블록

14 : 나사

15 : 가동부 베이스

16 : 고정부 베이스

17a, 17b : 결합용 관통 구멍

18a, 18b : 가이드 핀용 나사 구멍

19a, 19b : 결합용 나사 구멍

20d, 20b : 가이드 구멍

21a, 21b : 결합축

22, 22a, 22b : 코일 스프링

23a, 23b : 가이드 핀

24 : 가이드 부시

25 : 하중 물체

26 : 걸림 부재

27 : 접촉 스프링

1011 : 기판

1012 : 리드

1013 : 접촉자

Claims (7)

1. 검체의 전극에 대하여 상대적으로 상하 이동하여, 상기 전극에 접촉자가 탄성 접촉되어 상기 검체의 통전 검사를 가능하게 하는 프로브 유닛이며,

   기체부와,

   선단부에 상기 접촉자를 구비한 검사 프로브와,

   상기 기체부에 대하여 상하 이동 가능하게 결합되어 상기 검사 프로브에 대하여 소정의 하중을 부가하는 하중 블록을 갖고,

   상기 하중 블록은 상기 접촉자가 소정의 접촉력을 초과하여 탄성 접촉되면 상방으로 이동하여 상기 접촉력의 증가를 억제하는 것을 특징으로 하는 프로브 유닛.
2. 제1항에 있어서, 상기 기체부와 상기 하중 블록의 사이에는 상기 하중 블록의 상기 기체부에 대한 상하 이동을 안내하는 가이드 기구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브 유닛.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기체부와 상기 하중 블록의 사이에는, 그들을 탄성 압박하는 탄성 부재가 개재 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브 유닛.
4. 제3항에 있어서, 상기 탄성 부재는 코일 스프링을 갖고, 상기 코일 스프링의 스프링 정수가 상기 접촉자가 나타내는 스프링 정수보다 작게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브 유닛.
5. 제3항에 있어서, 상기 코일 스프링의 스프링 정수가 상기 접촉자가 나타내는 스프링 정수의 1/100 이하인 것을 특징으로 하는 프로브 유닛.
6. 제1항에 있어서, 상기 접촉자는 기판의 표면에 배치된 도전체 재료로 이루어지는 리드가 상기 기판의 가장자리 단부로부터 돌출된 탄성 접편으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로브 유닛.
7. 제1항에 있어서, 상기 하중 블록은 그 중량을 조절할 수 있게 되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브 유닛.

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