KR20090127074A - 전기신호 접속장치 - Google Patents

Abstract

협피치화 및 멀티 칩화에 대응하면서 번인 시험과 같은 고온하에서도 프로브와 패드 및 프로브와 회로 기판의 접속 불량을 없앤 전기신호 접속장치를 제공한다. 이를 위해, 하나 또는 복수의 피검사 반도체 칩의 패드에 대응하는 복수의 수지 필름형 프로브를 병렬 배치한 상태에서 복수의 지지판에 의해 지지된 프로브 유닛; 복수의 개구부를 설치한 격자형상의 제1 프로브 유지구; 이 프로브 유지구와 같은 형상으로 격자의 교점에 돌기부를 가지는 제2 프로브 유지구;를 설치한다. 또, 상기 돌기부를 회로 기판의 상당하는 홀에 삽통(揷通)시키고, 돌기부를 개재하여 상기 제1 프로브 유지구를 나사로 회로 기판에 고정하며, 상기 돌기부의 삽통부 외경과 이에 상당하는 회로 기판 홀의 내경과의 삽통시에서의 차이가 회로 기판의 중심 근방에서는 없거나 매우 작고, 중심 근방 이외의 위치에서는 중심 근방에서의 차이보다 커지도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

전기신호 접속장치{Electrical signal connector}

본 발명은, LSI 등의 전자 디바이스의 제조공정에서 반도체 웨이퍼 상에 형성된 복수의 반도체 칩의 회로 검사에 사용하는 프로버 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 칩 상에 배열되는 회로 단자(패드)에 대해 웨이퍼 상태인 채로 수직 프로브를 접촉시키고 일괄하여 반도체 칩의 전기적 도통을 측정하는 프로빙 테스트에 사용하는 프로버 장치의 프로브 조립체를 포함하는 전기신호 접속장치에 관한 것이다.

반도체 기술의 진보에 따라 전자 디바이스의 집적도가 향상하고, 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 각 반도체 칩에서도 회로 배선이 차지하는 영역이 증가하며, 그 때문에 각 반도체 칩 상의 패드의 수도 증가하고, 이에 따라 패드 면적의 축소화, 패드 피치의 축소화 등에 의한 패드 배열의 미세화가 진행되고 있다. 최근의 예측에서는 패드 피치가 20㎛가 된다고 되어 있다.

이와 동시에, 반도체 칩을 패키지에 수납하지 않고 베어 칩인 채로 회로 기판 등에 탑재하는 칩 사이즈 패키지(CSP) 방식 등이 주류가 되며, 이를 위해서는 반도체 칩으로 분할하기 전의 웨이퍼 상태에서의 특성 체크나 좋고 나쁨 판정이 필 수적이 된다.

이 반도체 칩의 검사수단으로서는, 피검사 반도체 칩의 패드와 검사장치의 사이에 외력에 대해 탄성적으로 변형하는 탄성 변형부를 가지는 복수의 침형상 프로브를 배열한 접촉자 조립체를 개재시키는 수단 등이 있다. 이 접촉자 조립체와 반도체 칩의 시험회로를 전기적으로 접속하는 수단으로서 프로브 카드라고 불리는 프린트 배선기판이 이용되고 있다.

이 프로브 카드의 구성으로서, 테스트 장치의 테스트 헤드에 접촉하는 부분은 테스트 헤드의 회로 기판의 단자 형상 및 단자 피치와 호환성을 가질 필요가 있다. 한편, 웨이퍼에 접촉하는 프로브 근방 부분은 웨이퍼 상의 칩 패드의 형상 및 피치에 맞춘 설정이 요구된다.

또, 프로브 근방의 밀집한 배선을, 거친 테스트 헤드의 회로 기판의 단자 피치로 변환하기 위한 다층기판을 이용하는 경우가 있다.

도 6 내지 도 14는 본건 출원보다 이전에 본건 출원인에 의해 제안된 프로브 카드의 구성예를 나타내고, 도 15는 종래의 프로브 카드의 구성예를 나타낸다. 도 15에서, 7은 프로브 카드, 71은 테스트 헤드에 접속되는 카드 기판을 나타낸다. 피검사 칩(81)은 카드 기판(71)과의 위치관계를 명확하게 하기 위해 투시도로서 나타내고 있다. 카드 기판(71)의 주변에 설치된 단자(72)는 테스트 장치의 테스트 헤드(도시생략)에 접촉하는 부분으로, 테스트 헤드의 회로 기판의 단자 형상 및 단자 피치와 호환성을 가진다.

한편, 프로브(91)는, 웨이퍼(8) 상에 형성된 피검사 칩(81)의 단자 패드(82) 의 배열에 대응하여 프로브 정렬 고정기능(92)에 의해 고정된다. 프로브 정렬 고정기능(92)은 상술한 프로브 방식에 따라 다르며, 캔틸레버식이면 예를 들어 회로 기판에 직접 납땜하는 수단이고, 프로브 시트 타입이면 평행하게 늘어나는 띠형상의 복수의 배선을 전기절연성 필름과 같은 시트형상 부재의 한쪽 면에 형성하고, 각 배선의 일부를 직접 프로브 요소로 한 것이 특허문헌인 일본특허공개 2001-183392호 공보에 예시되어 있다.

협피치화 및 다핀화에 따라 프로브 단자 주변의 배선 패턴이 밀집되어 있고, 이 배선을 최종적으로 카드 기판(71)의 외주 단자에 분배시키기 위해서는, 프로브 단자 주변의 고밀도 배선에 덧붙여 배선 기판의 다층화가 필요하다. 현재의 프린트 배선 기판의 패턴 룰에서는, 예를 들면 신호층 1층당 128~160개 정도의 포선(布線)이 타당하며, 약 1000핀의 테스터인 경우에는 전원층을 포함하면 20층 이상, 두께 4.8~6.5mm, 직경 350mm정도의 프린트 배선 기판이 필요하게 되어 있다.

일반적으로 프로브 카드의 경제성을 고려하여 카드 기판(71)의 표준화를 생각한 경우, 변환 배선 기판(93) 등을 중간에 개재시키고, 피검사 패드마다 다른 복잡한 변환 배선(94)을 변환 배선 기판(93)에 기능시키는 사례도 있다(일본특허공개 2001-183392호 공보).

상기 종래예로서 나타낸 전기신호 접속장치에서는, 프로브 근방 부분이 측정 환경 온도나 웨이퍼 자신의 온도 상승에 의해 크게 열 신축하고, 그 결과 프로브 접촉부와 칩 패드의 상대적 위치관계가 크게 어긋나 패드에서 벗어나는 프로브가 존재한다. 또한, 배선 변환용의 다층기판에서는 프로브로부터의 배선을 와이어 또 는 패턴 배선에 의해 다층기판과 강고하게 접속하는 경우, 웨이퍼와의 열팽창계수의 차이에 의해 프로브와의 접속부가 파단(破斷)되어 측정이 불가능해 지는 문제가 생긴다.

이러한 문제를 해결하기 위해 발명자들은 프로브 카드 또는 그것을 이용한 전기신호 접속장치의 개량을 제안해 왔다. 도 6 내지 도 14는 본건 출원보다 이전에 본건 출원인에 의해 제안된 프로브 카드의 구성예(본건 출원 시점에서 아직 신규성을 가짐)를 나타내고, 이 개량된 프로브 카드를 이용한 전기신호 접속장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 6은 개량된 전기신호 접속장치 전체의 개략 구성도(사시도)로서, 부분적으로 확대하여 나타낸 것이다. 도 6에서, 1은 피검사 반도체 웨이퍼, 2는 회로 기판, 3은 수지 필름형 프로브, 4는 프로브 유닛, 40은 프로브 유지구, 5는 고정 틀을 나타낸다.

피검사 반도체 웨이퍼(1)의 패드(도시생략)에 대응하여 배치한 복수의 수지 필름형 프로브(3)를 프로브 유지구(40)의 지지봉(41)에 의해 지지 고정함으로써 프로브 유닛(4)을 구성한다. 도시한 예에서는 4×4개의 반도체 칩에 상당하는 하나의 프로브 유닛을 나타내는 것이다. 또한, 프로브 유지구(40)에 복수의 고정 편(42)를 설치하고 있다.

고정 틀(5)은, X방향을 길이방향으로 하는 복수의 지지부재(52)와 Y방향을 길이방향으로 하는 복수의 지지부재(53)를 교대로 교차시켜 복수의 개구부(54)를 설치함과 동시에, 회로 기판(2)과 접하는 각 교점에 돌기형상의 고정구(55)가 설치 되어 있다.

한편, 회로 기판(2)은, 카드 기판(도시생략)에 접속하는 단자부(21) 및 후술하는 수지 필름형 프로브(3)의 접속 단자와 접속하는 전기 단자(도시생략), 고정 틀(5)의 고정구(55)와 끼워 맞추는 홀(22)을 설치하고 있다.

상술한 구성에서, 하나의 프로브 유닛(4)을 고정 틀(5)의 개구부(54)의 하나에 삽입하여 고정 편(42)에 의해 고정 틀(5)과 고정시킨다. 또, 고정 틀(5)의 고정구(55)를 상당하는 회로 기판(2)의 홀(22)에 끼워 맞추게 함으로써 전기신호 접속장치가 구성된다.

도 7에 조립 후의 전기신호 접속장치에서의 각 구성요소의 배치관계를 나타내는 단면도를 나타낸다. 반도체 칩의 하나의 패드(11a)에 대응하는 하나의 수지 필름형 프로브(30a)와, 마찬가지로 패드(11b, 11c)에 대응하는 수지 필름형 프로브(30b, 30c)를 예시로서 나타내고 있다. 각각의 프로브가 프로브 유닛(4)의 지지봉(41)에 의해 지지되고, 또 지지봉(41)이 고정 틀(5)의 지지재(53)에 의해 지지되어 있다. 한편, 고정 틀(5)의 고정구(55)를 회로 기판(2)에 설치된 홀(22)을 관통시킴으로써 고정 틀(5)을 회로 기판(2)에 고정시킬 수 있다.

이 도 7의 상태에서, 후술하는 수지 필름형 프로브의 출력 단자(32)가 회로 기판 상의 패드(23)에 접촉한 상태를 유지하도록 설치되어 있다. 한편, 수지 필름형 프로브의 프로브 선단부(31)는 피검사 웨이퍼(1)의 패드(11a) 등을 접촉시킴으로써 검사가 가능하게 된다.

도 8 이후에 각 구성요소에 대해 상세하게 설명한다.

하나의 수지 필름형 프로브(300)의 작성방법 및 구성을 도 9에서 상세하게 설명한다. 도 8의 (a)에서, 수지 필름(예를 들면, 폴리이미드 수지)(301) 상에 금속박(예를 들면, 베릴륨 동박: 이하 동박으로 대표함)을 접착하고, 동박을 에칭 가공함으로써 도체 패턴(302)을 형성한다. 도체 패턴(302) 내 평행 들보(303-1~303-n) 및 슬릿(304-1~304-m)에 의해 복수의 링크 기구를 형성하고, 노치(305) 등을 설치함으로써 X, Y, Z 직교 좌표계의 Z방향의 스프링 힘에 의한 프로브 동작이 실시된다.

평행 스프링이란, 복수의 대략 동일한 형상의 들보가 복수개 평행하게 배치되어 있어, 이 복수의 들보의 양단이 공통의 변형되지 않는 지지체에 고정되고, 한쪽의 지지체를 고정하고, 다른 쪽의 지지체를 이동했을 때 어떤 일정한 범위 내에서 X, Y, Z 직교 좌표계의 Z방향으로 병진(竝進)운동하는 것을 가리킨다. 여기서는 306을 고정부로 하고, 307을 수직 프로브로 하여 X, Y, Z 직교 좌표계의 「-Z」방향으로 오버드라이브가 작용하는 것이다.

또, 수직 프로브(307)의 선단에 회전 변형부(308)를 접속하고, 패드가 회전 변형부의 프로브 선단부(310)와 접촉을 개시하며, 어떤 일정량만큼 수직방향으로 밀어올리는 오버드라이브가 작용하면, 회전 변형부(308)는 오버드라이브의 진행에 따라 회전 중심(309)을 중심으로 하여 시계방향으로 회전 동작이 개시하고 스크럽 동작이 개시된다.

한편, 고정부(306)의 연장상에 수지 필름(301)으로부터 돌출시킨 출력단자(311)를 설치하고, 아암부(312) 및 노치(305)의 구성에 의한 스프링 힘에 의해 회로 기판 상의 전기 단자 패드에 누를 수 있다.

출력단자(311)의 위치에 대해서는, 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이, 각 대응하는 회로 기판 상의 전기 단자 위치에 맞추어 출력단자를 예를 들면 T1, T2값 어긋나게 하여 각각 개별적으로 제작함으로써 가능하게 된다. 또한, 이들의 다른 종류의 프로브 구성을 동일한 수지 필름 상에 일괄하여 에칭에 의해 제작하고, 그 후 절단함으로써 다른 종류의 프로브 구성으로도 저렴하게 제작하는 것이 가능하다.

또한, 수지 필름(301) 상에 절연성 수지를 인쇄함으로써 적당한 개소에 보강부(313)를 설치하여 수지 필름형 프로브의 필요한 강성을 유지하거나 또는 필요한 전기적 절연을 설치할 수 있다.

또, 프로브 유지구(40)의 지지봉(41)의 X, Y, Z 직교 좌표계의 Z방향 길이와 거의 동일한 길이를 가지는 노치(314)를 설치하여 지지봉(41)과의 정렬 고정을 가능하게 한다.

도 8에 의해 설명한 개개의 수지 필름형 프로브를 적층 또는 병렬 배치하여 도 9에 나타내는 바와 같은 프로브 조립체를 제작한다. 하나의 피검사 칩에 대응하는 프로브 조립체의 구성을 도 9에서 상세하게 설명한다.

도 9에서, 프로브 조립체(350)는 하나의 피검사 칩(101)에 대응하는 프로브군의 집합체로서, 각 칩 패드와 회로 기판의 접속 패드의 관계를 나타낸다. 본 도면에서는 프로브 등을 지지하기 위한 구성요소는 생략되어 있다.

도 8에 나타낸 구성에 의해 제작한 수지 필름형 프로브(30O)를 각각 대응하 는 칩 패드(111a 및 111b)의 위치에 따라 정렬 고정시킴으로써 피검사 칩(101)에 대응하는 프로브군이 구성된다.

각각의 수지 필름형 프로브의 위치결정은, 예를 들면 도 9에서의 정렬 시트(6)를 이용함으로써 실현 가능하다. 정렬 시트(6)는, 예를 들면 수지 필름(601)에 칩 패드(111a, 111b) 등이 대응하는 각 패드의 위치에 패드 폭과 동일하거나 또는 약간 작은 폭을 가지는 슬릿(611a, 611b)을 설치하고, 해당 슬릿에 수지 필름형 프로브의 프로브 선단부 근방을 통과시켜 배치시킴으로써 패드에의 정확한 위치결정이 가능하게 된다.

한편, 출력단자(311)는 전술한 바와 같이 각각 개별적인 위치에 제작하는 것이 가능하다. 따라서, 회로 기판(2)의 패드(23)의 패턴 설계에 맞추어 출력단자(311)의 출력위치를 결정할 수 있다.

도 10은 프로브 유지구(4O)의 구성을 나타낸다. 도 10의 (a)에서 401은 프로브(300)를 지지하는 지지봉, 402는 각 지지봉을 정렬 고정하는 지지판이다. 복수의 지지봉(401)을 지지판(402)에 의해 고정하고, 개방측으로부터 프로브(300)를 삽입시켜 프로브를 지지한다. 프로브 유지구(40)는, 또한 도 10의 (b)에 나타내는 바와 같이 조(403, 404)를 설치하여 고정 틀(5)과의 고정을 가능하게 한다.

도 11은 고정 틀(5)의 구성과 프로브 유닛(4)의 관계를 나타내는 것이다. 고정 틀(5)은 X방향을 길이방향으로 하는 복수의 지지재(520)와 Y방향을 길이방향으로 하는 복수의 지지재(530)를 교대로 교차시켜 복수의 개구부(540)를 설치함과 동시에, 회로 기판(2)과 접하는 각 교점에 돌기형상의 고정구(550)가 설치되어 있다. 이 고정 틀(5)의 하나의 개구부(540)에 하나의 프로브 유닛(4)을 독립하여 삽입하여 고정시킨다.

또한, 지지재(520)는 반도체 웨이퍼의 열팽창계수와 근사한 재료(예를 들면, Fe-36% Ni합금)로 형성함으로써 열팽창에 의한 신축 영향을 배제할 수 있다.

도 12의 (a)에 고정 틀(5)의 고정구의 구조를 나타낸다. 여기서는 2종류의 형상의 고정구(550A, 550B)를 예시하고 있다. 도 12의 (b)는 각각의 고정구를 회로 기판(2)에 삽입한 상태를 나타내는 것이다.

도 12의 (a) 및 도 12의 (b)에서, 고정구(550A)는 슬릿(561)을 설치하고 X방향으로 스프링 힘이 생기는 구조로 되어 있다. 고정구(550A)의 선단부(562)의 폭(D1)은 스프링 힘이 가해지지 않는 상태에서 삽입하는 회로 기판의 홀(예를 들면, 스루 홀)(201)의 내경보다도 약간 크고, 삽입부(563)의 폭(d1)은 회로 기판의 홀(201)의 내경보다도 약간 작게 설정되어 있다.

고정구(550A)가 회로 기판의 홀(201)에 삽입을 개시하면 슬릿(561) 때문에 선단부(562)가 내측으로 축소하고, 삽입이 끝나 선단부(562)가 홀(201)을 통과하면 스프링의 반발력에 의해 다시 원래의 폭(D1)으로 되돌아간다. 이 때, 선단의 걸림부(5642)로부터 고정된다.

한편, 고정구(550B)는 마찬가지로 슬릿(571)을 설치하고 X방향으로 스프링 힘이 생기는 구조로 되어 있다. 고정구(550B)의 선단부(572)의 폭(D2)은 스프링 힘이 가해지지 않는 상태에서 홀(201)보다도 내경이 큰 홀(202)의 내경보다도 약간 크고, 삽입부(573)의 폭(d2)은 고정구(550A)의 삽입부(563)의 폭(d1)과 거의 동등 한 폭으로 설정되어 있다. 따라서, 고정구(550B)의 삽입 후의 폭(d2)과 홀(202)의 내경의 차이는 고정구(550A)의 경우와 비교하여 커져 있다.

도 13에 고정구를 설치한 지지재의 구성을 나타낸다. 도 14의 (a)는 고정구(550A, 550B)가 혼재하는 구성인 지지재(521)를 나타내고, 도 14의 (b)는 고정구(550B)만으로 구성되는 지지재(522)를 나타낸다.

도 14는 회로 기판(2) 상에서의 홀 및 접속용 패드의 위치관계를 나타낸 것이다. 도 14의 (a)는, 도 6의 회로 기판 상의 고정용 홀(22)군을 X, Y, Z 직교 좌표계의 Z방향에서 본 도면이다. 도 14의 (a)에서, 부호 221~227은 고정용 홀의 행번호를 나타낸다. 회로 기판(2)의 중심 근방을 포함하는 행(223~225)의 중심부의 9개의 홀(점선부의 내측)은 내경이 작은 홀(201)로 구성되어 있고, 그 밖의 홀은 내경이 큰 홀(202)로 구성되어 있다.

따라서, 상기 고정용 홀에 대응시키기 위한 지지재의 구성은 행(223~225)에 대응하는 지지재로서 도 13의 지지재(521), 그 밖의 행에 대응하는 지지재로서 지지재(522)가 적용된다.

도 14의 (b)는, 고정 틀(5)의 하나의 개구부, 즉 하나의 프로브 유닛이 점유하는 영역(250)의 상세를 나타낸 것이다. 점선으로 나타낸 하나의 범위(110)가 피검사 칩 하나에 상당한다. 각각의 범위에 병렬 배치된 수지 필름형 프로브(300) 및 출력단자(311)에 대응하는 패드(23)의 위치관계를 나타낸다. 단, 수지 필름형 프로브(300) 및 패드(23)에 대해서는 설명을 위해 축척을 과장하여 표현하고 있다.

이상과 같은 구성에서의 전기신호 접속장치에 대해 그 동작 및 효과를 적절 히 각 도면을 이용하여 설명한다.

도 6과 같이 프로브 유닛(4)을 고정 틀(5)에 고정하고, 고정 틀(5)의 지지재를 도 14의 (a)에 나타낸 홀에 대응하기 위해 행(223~225)에 대응하는 지지재로서 지지재(521), 그 밖의 행에 대응하는 지지재로서 지지재(522)를 적용함으로써 이하와 같은 동작 및 효과가 생긴다.

도 12의 (b)에 나타내는 바와 같이, 회로 기판(2)의 중심부에 내경이 작은 홀(201)과 지지재(550A)를 조합함으로써 고정 틀(5)의 고정위치의 기준으로 할 수 있고, 회로 기판의 접속 패드(23)와의 초기적인 위치 어긋남을 작게 하는 것이 가능하게 된다.

한편, 번인 시험 등과 같이 웨이퍼를 가열한 상태에서는 회로 기판의 열팽창에 의해 중심부로부터 떨어짐에 따라 단자 패드의 위치가 외주부로 향하여 이동한다. 이 때, 회로 기판(2)의 중심부 이외에 내경이 큰 홀(202)과 지지재(550B)를 조합하면서, 지지재에 반도체 웨이퍼의 열팽창계수와 근사한 재료(예를 들면, Fe-36% Ni합금)를 이용함으로써 고정 틀(5)이 회로 기판(2)의 열팽창에 추종하는 일이 없다.

따라서, 고정 틀(5)에 수납한 프로브 유닛(4) 및 그것에 설치한 수지 필름형 프로브(3)도 마찬가지로 회로 기판(2)의 열팽창에 추종하지 않기 때문에, 고온하에서도 프로브와 칩 패드의 위치 어긋남이 작아 접촉 불량이 쉽게 일어나지 않는다.

또한, 수지 필름형 프로브(300)의 출력단자(32)는 회로 기판의 접속 패드(23)와 가압 접촉되어 있고, XY 평면방향에서는 구속되지 않기 때문에 열팽창에 의한 파단을 일으키는 일은 없다.

여기서는 회로 기판의 2종류의 홀(201, 202)에 대해 예시하였지만, 회로 기판의 외주로 향함에 따라 연속하여 내경이 다른 홀을 이용해도 된다.

그러나, 상기 선행 사례에 의한 전기신호 접속장치에서도, 프로브 근방 부분의 온도 상승에 의한 열신축 결과로서의 프로브 접촉부와 칩 패드의 상대적 위치관계의 어긋남은 충분히 해결되지 않아 패드에서 벗어나는 프로브가 역시 존재한다. 또한, 배선 변환용의 다층기판과 프로브 사이의 와이어 또는 패턴 배선에서의 웨이퍼와의 열팽창계수의 차이에 의해 프로브와의 접속부가 파단되는 문제도 여전히 존재한다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 반도체 칩의 통전 시험에 이용하는 전기신호 접속장치에 있어서 협피치화에 대응하면서 번인 시험과 같이 웨이퍼를 가열장치 내에서 시험하는 경우나, 다수의 칩을 동시에 시험하는 경우에서도 온도 상승에 따른 프로브와 패드의 상대적인 위치 어긋남을 작게 하고, 또한 위치 어긋남이 발생해도 프로브와 패드 및 프로브와 회로 기판의 접속 불량을 없애는 것을 목적으로 한다.

또한, 시험을 할 때에 프로브 유닛의 조립 및 프로브 유지체의 회로 기판에의 장착 등에서의 편리성을 향상시키고 작업 공정수의 저감을 도모하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 동박이 접착된 수지 필름을 사용하여 상기 동박을 에칭 가공하여 수지 필름 상에 프로브 기능을 포함하는 도전체로 이루어진 도전 패턴을 형성하고, 상기 수지 필름의 한쪽 변에서 돌출한 도전체를 프로브 선단부로 하고, 상기 프로브의 반대쪽 변에서 돌출한 도전체를 테스터에 전기적으로 접속되는 회로 기판에로의 출력단자로 한 수지 필름형 프로브를 사용한 전기신호 접속장치에 있어서, 하나 또는 복수의 피검사 반도체 칩의 패드에 대응하는 복수의 상기 수지 필름형 프로브를 병렬 배치한 상태로 복수의 지지판에 의해 지지된 프로브 유닛; 복수의 개구부를 설치한 격자형상의 제1 프로브 유지구; 이 프로브 유지구와 같은 형상으로 격자 의 교점에 돌기부를 가지는 제2 프로브 유지구;를 구비하고, 상기 개구부마다 상기 프로브 유닛을 독립적으로 배치 고정함과 동시에 제1, 제2 프로브 유지구에서 회로 기판을 사이에 두고 지지하고 있다.

또한, 본 발명은, 상기 제2 프로브 유지구의 돌기부를 회로 기판의 상당하는 홀에 삽통시키고, 돌기부를 개재하여 상기 제1 프로브 유지구를 나사로 회로 기판에 고정한다.

또한, 본 발명은, 상기 돌기부의 삽통부 외경과 상당하는 회로 기판 홀의 내경과의 삽통시에서의 차이가 회로 기판의 중심 근방에서는 없거나 매우 작고, 중심 근방 이외의 위치에서는 중심 근방에서의 차이보다 크다.

또한, 본 발명은, 상기 중심 근방 이외의 위치에서의 상기 돌기부의 삽통부 외경과 상당하는 회로 기판 홀의 내경과의 삽통시에서의 차이가 회로 기판의 외주에 위치함에 따라 연속적 또는 단속적으로 커진다.

또한, 본 발명은, 상기 중심 근방 이외의 위치에서의 상기 돌기부의 작용이 회로 기판면 방향(X, Y, Z 직교 좌표계의 X-Y방향)으로 구속되지 않는다.

또한, 본 발명은, 상기 수지 필름형 프로브의 출력단자가 상기 프로브 유지구를 회로 기판에 고정한 상태에서 일정 이상의 가압력으로 회로 기판 단자와 접촉하고, 또한 회로 기판면 방향(X, Y, Z 직교 좌표계의 X-Y방향)으로 구속되지 않는다.

또한, 본 발명은, 적어도 상기 프로브 유지구의 열팽창계수가 반도체 웨이퍼의 열팽창계수와 근사한 재료로 형성되어 있다.

본 발명에 의하면, 반도체 칩의 통전 시험에 이용하는 전기신호 접속장치에 있어서 협피치화에 대응하면서 번인 시험과 같이 웨이퍼를 가열장치 내에서 시험하는 경우나, 다수의 칩을 동시에 시험하는 경우에서도 온도 상승에 따른 프로브와 패드의 상대적인 위치 어긋남을 작게 하고, 또한 위치 어긋남이 발생해도 프로브와 패드 및 프로브와 회로 기판의 접속 불량을 없앨 수 있다.

또한, 프로브 유닛의 조립 및 프로브 유지체의 회로 기판에의 장착 등에 있어서 나사로 고정시키는 간편한 방법으로 행할 수 있으므로, 시험 장치로서의 편리성을 향상시키고 작업 공정수의 저감을 도모할 수 있다.

다음에, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 관한 전기신호 접속장치 전체의 개략 구성도(사시도)로서, 부분적으로 확대하여 나타낸 것이다. 도 1에서, 701은 피검사 반도체 웨이퍼, 708은 회로 기판, 702는 수지 필름형 프로브, 704는 프로브 유닛, 705는 제1 프로브 유지구, 703은 프로브 지지판, 706은 제2 프로브 유지구이다.

피검사 반도체 웨이퍼(701)의 패드(도시생략)에 대응하여 배치한 복수의 수지 필름형 프로브(702)를 가늘고 긴 프로브 지지판(703)에 통과하여 적층 혹은 병렬로 고정함으로써 프로브 유닛(704)을 구성한다. 도시한 예에서는, 피검사 반도체 웨이퍼(701)에 형성된 칩 상의 복수개의 패드에 각각 대응한 수지 필름형 프로브(702)를 배치한 프로브 유닛(704)을 나타내고 있다.

제1 프로브 유지구(705)는 각봉(角棒)형상의 부재(705a, 705b)를 격자형상으로 조합한 틀체로서, 확대도 A에 나타내는 바와 같이 각봉형상 부재의 각 교점에는 후술하는 작은 나사(707)를 통과하는 작은 홀이 관통하고 있다. 또한, 프로브 지지판(703)을 수지 필름형 프로브(702)에 열린 긴 홀(도 5의 718)에 통과함으로써 복수매의 수지 필름형 프로브(702)가 병렬로 고정되고, 제1 프로브 유지구(705)와 프로브 지지판(703)과 수지 필름형 프로브(702)로 프로브 유닛(704)이 구성되어 있다.

제1 프로브 유지구(705) 및 제2 프로브 유지구(706)를 구성하는 봉재는 단면 치수가 L×L인 각재이고, 인접하는 프로브 유닛과의 간격을 L치수로 규정할 수 있다.

이와 같이 제1 프로브 유지구(705)는 X방향을 길이방향으로 하는 복수의 각봉형상 부재와 Y방향을 길이방향으로 하는 복수의 각봉형상 부재를 교대로 교차시켜 복수의 개구부(705c)를 설치하고, 각 개구부마다 프로브 유닛(704)을 배치하는 구성으로 되어 있다.

이와 같이 조립된 프로브 유닛(704)은 회로 기판(708)을 개재하여 제2 프로브 유지구(706)에 고정된다. 제2 프로브 유지구(706)는 제1 프로브 유지구(705)와 거의 같은 구조인데, 봉재의 각 교점에 돌기부(709)를 설치하고 있다. 돌기부(709)에는 전술한 작은 나사(707)를 비틀어 넣기 위한 나사 홀이 설치되어 있다. 그리고, 돌기부(709)는 회로 기판(708)의 안쪽에서 관통 홀(710)을 통과하여 제1 프로브 유지구(705)의 교점의 위치에 맞추어져 있고, 작은 나사(707)에 의해 제1 프로 브 유지구(705)와 제2 프로브 유지구(706)가 체결됨과 동시에 프로브 지지판(703)도 출력단자(713)(도 2)를 개재하여 회로 기판(708)에 고정된다. 즉, 제1 프로브 유지구(705)와 제2 프로브 유지구(706)가 회로 기판(708)을 사이에 두고 지지하는 구성이 된다.

한편, 회로 기판(708)은 카드 기판(도시생략)에 접속하는 단자부(711) 및 수지 필름형 프로브(702)의 접속 단자와 접속하는 패드(714)(도 2) 및 제2 프로브 유지구(706)를 고정하기 위해 제2 프로브 유지구(706)에 설치된 돌기부(709)와 끼워맞추는 관통 홀(710)을 설치하고 있다. 이와 같이 하여 전기신호 접속장치가 구성되어 있다.

전기신호 접속장치는 복수의 프로브 유닛 및 프로브 유지구의 조립체로 이루어지고, 구성되는 부재는 전부 열팽창계수가 작은 Fe-36% Ni합금(등록상표명, 인바)을 사용하며, 번인 시험 등의 고온 검사에도 견딜 수 있게 되어 있다.

도 2는 수지 필름형 프로브가 피검사 반도체 웨이퍼에 접촉한 상태를 측면 방향에서 본 부분 확대도이다. 반도체 칩의 패드(712a, 712b)에 대응하는 수지 필름형 프로브(702a, 702b)를 나타내고, 각각의 수지 필름형 프로브가 프로브 지지판(703)에 의해 병렬 지지되며, 프로브 지지판(703)은 제1, 제2 프로브 유지구(705, 706)에 의해 지지되어 있다. 또한, 제2 프로브 유지구(706)의 돌기부(709)를 회로 기판(708)에 설치된 관통 홀(710)에 삽통시킴으로써 제2 프로브 유지구(706)를 회로 기판(708)에 장착시킬 수 있다. 또한, 병렬 지지된 수지 필름형 프로브(702a, 702b)의 사이에는 제1 프로브 유지구(705)와 회로 기판(708)의 간격을 조절하기 위한 스페이서(722)가 삽입되어 있다.

이 상태에서 수지 필름형 프로브(702)의 출력단자(713)가 회로 기판(708) 상의 패드(714)에 접촉한 상태를 유지하도록 설치되어 있다. 한편, 수지 필름형 프로브(702)의 프로브 선단부(715)는 피검사 반도체 웨이퍼(701)의 칩 패드(712a) 등에 접촉시킴으로써 검사가 가능하게 된다.

또한, 회로 기판(708)에 설치된 복수의 관통 홀(710)의 직경은 회로 기판(708)의 중심부에서는 제2 프로브 유지구(706)에 설치된 돌기부(709)의 직경과 거의 동일하지만, 중심부에서 외주방향으로 위치함에 따라 조금씩 넓어져 있다. 이는 회로 기판이 열팽창해도 XY방향으로 구속되지 않기 때문에, 프로브 유지구에 대한 열응력의 영향을 저감할 수 있기 때문이다. 이에 의해 프로브 유지구의 변형은 저지되고, 프로브 유닛(704)의 프로브 선단부(715 및 713)와 피검사 반도체 웨이퍼(701) 및 회로 기판(708)의 패드(712a 및 714)의 위치 어긋남이 없어지고 고온 검사가 가능하게 된다.

도 2는 하나의 칩의 패드 열에 대응한 하나의 프로브 유닛을 예시한 도면인데, 도 3 및 그 사시도인 도 4는 인접하는 칩의 패드 열에 대응한 프로브 유닛을 예시한 도면으로, 구성은 도 2와 같으므로 설명은 생략한다.

다음에, 도 5를 이용하여 수지 필름형 프로브(702)의 구성에 대해 설명한다. 수지 필름(예를 들면, 폴리이미드 수지) 면에 동박(예를 들면, 베릴륨 동박)을 접착하고, 동박을 에칭 가공함으로써 도체 패턴(716)을 형성한다. 도체 패턴(716) 내의 평행 들보(719-1~719-3) 및 슬릿(720-1, 720-2)에 의해 복수의 링크 기구가 형 성되고, 노치(717) 및 만곡부(721) 등을 설치함으로써 수직방향의 스프링 힘에 의한 프로브 동작이 실시된다. 또한, 718은 프로브 지지판(703)을 통과하는 직사각형의 긴 홀이다.

도 5에서는 동박을 가공한 도체 패턴(716)의 형상을 나타내고 있는데, 동박이 접착된 수지 필름도 거의 같은 패턴으로 가공되어 있고, 동박의 프로브 동작에 맞추어 신축을 가능하게 한다.

본 발명은 도면에 나타내는 바람직한 실시예에 기초하여 설명되었지만, 당업자라면 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 용이하게 각종의 변경, 개변할 수 있음은 명백하다. 본 발명은 그러한 변경예도 포함하는 것이다.

도 1은 본 발명의 전기신호 접속장치의 구조를 나타내는 사시도이다.

도 2는 도 1의 일부를 단면으로 한 확대도이다.

도 3은 도 1의 일부를 단면으로 한 확대도이다.

도 4는 도 3의 사시도이다.

도 5는 본 발명의 수지 필름형 프로브의 구조를 나타내는 정면도이다.

도 6은 본건 출원인에 의해 먼저 제안된 전기신호 접속장치의 구조를 나타내는 사시도이다.

도 7은 도 6의 부분 단면도이다.

도 8은 본건 출원인에 의해 먼저 제안된 수지 필름형 프로브의 구조를 나타내는 정면도이다.

도 9는 도 7의 사시도이다.

도 10은 상기 선행예에서의 프로브 유지구의 구조를 나타내는 사시도 및 정면도이다.

도 11은 상기 선행예에서의 프로브 유닛과 고정 틀의 배치관계를 나타내는 사시도이다.

도 12는 상기 선행예에서의 고정 틀의 구성요소를 나타내는 정면도 및 단면도이다.

도 13은 상기 선행예에서의 고정 틀의 구성요소를 나타내는 정면도이다.

도 14는 상기 선행예에서의 고정 틀의 장착 위치를 나타내는 개략도이다.

도 15는 종래의 프로브 카드의 개략 구조를 나타내는 도면이다.

Claims (7)

1. 금속박이 접착된 수지 필름을 사용하여 상기 금속박을 에칭 가공하여 수지 필름 상에 프로브 기능을 포함하는 도전체로 이루어진 도전 패턴을 형성하고, 상기 수지 필름의 한쪽 변에서 돌출한 도전체를 프로브 선단부로 하고, 상기 프로브의 반대쪽 변에서 돌출한 도전체를 테스터에 전기적으로 접속되는 회로 기판에로의 출력 단자로 한 수지 필름형 프로브를 사용한 전기신호 접속장치에 있어서, 하나 또는 복수의 피검사 반도체 칩의 패드에 대응하는 복수의 상기 수지 필름형 프로브를 병렬 배치한 상태로 복수의 지지판에 의해 지지된 프로브 유닛; 복수의 개구부를 설치한 격자형상의 제1 프로브 유지구; 이 프로브 유지구와 같은 형상으로 격자의 교점에 돌기부를 가지는 제2 프로브 유지구;를 구비하고, 상기 개구부마다 상기 프로브 유닛을 독립적으로 배치 고정함과 동시에 제1, 제2 프로브 유지구에서 회로 기판을 사이에 두고 지지한 것을 특징으로 하는 전기신호 접속장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제2 프로브 유지구의 돌기부를 회로 기판의 상당하는 홀에 삽통시키고, 돌기부를 개재하여 상기 제1 프로브 유지구를 나사로 회로 기판에 고정하는 것을 특징으로 하는 전기신호 접속장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 돌기부의 삽통부 외경과 상당하는 회로 기판 홀의 내경과의 삽통시에서의 차이가 회로 기판의 중심 근방에서는 없거나 매우 작고, 중심 근방 이외의 위치에서는 중심 근방에서의 차이보다 큰 것을 특징으로 하는 전기신호 접속장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 중심 근방 이외의 위치에서의 상기 돌기부의 삽통부 외경과 상당하는 회로 기판 홀의 내경과의 삽통시에서의 차이가 회로 기판의 외부둘레에 위치함에 따라 연속적 또는 단속적으로 커지는 것을 특징으로 하는 전기신호 접속장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 중심 근방 이외의 위치에서의 상기 돌기부의 작용이 회로 기판면 방향으로 구속되지 않는 것을 특징으로 하는 전기신호 접속장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 수지 필름형 프로브의 출력단자가 상기 프로브 유지구를 회로 기판에 고정한 상태에서 일정 이상의 가압력으로 회로 기판 단자와 접촉하고, 또한 회로 기판면 방향으로 구속되지 않는 것을 특징으로 하는 전기신호 접속장치.
7. 제1항에 있어서,

   적어도 상기 프로브 유지구의 열팽창계수가 반도체 웨이퍼의 열팽창계수와 근사한 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기신호 접속장치.

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