KR20100116220A

KR20100116220A - 전기-기계 어셈블리의 열적으로 유도된 이동을 조절하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20100116220A
Application number: KR1020107020931A
Authority: KR
Inventors: 앤드류 더블류 맥파랜드; 케빈 와이 야스무라; 에릭 디 홉스; 케이쓰 제이 브레인링거
Original assignee: 폼팩터, 인크.
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2010-10-29
Also published as: US7688063B2; US20090206860A1; JP2011514520A; WO2009105497A2; WO2009105497A3; TW200942825A

Abstract

전기-기계 어셈블리의 하나 이상의 열적으로 유도된 이동을 조절하기 위한 열적 조절 장치는, 온도 변화에 응답하여 반작용력을 발생하기 위해 전기-기계 어셈블리가 팽창하는 제2 비율과는 상이한 제1 비율로 팽창하는 보상 요소와, 보상 요소를 전기-기계 어셈블리에 결합하고 온도가 변함에 따라 전기-기계 어셈블리에 인가되는 반작용력의 양을 제어하도록 조절가능한 결합 메커니즘을 포함한다.

Description

전기-기계 어셈블리의 열적으로 유도된 이동을 조절하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ADJUSTING THERMALLY INDUCED MOVEMENT OF ELECTRO-MECHANICAL ASSEMBLIES}

본 발명은 대체로 집적 회로를 테스트하기 위한 전기 컨택을 갖는 프로브 카드와 같은 전기-기계 어셈블리에 관한 것이다.

프로브 카드와 같은 전기-기계 어셈블리들은 전형적으로 반도체 웨이퍼 상에서 예를 들어 집적 회로 소자들을 테스트하는데 사용될 수 있다. 이와 같은 프로브 카드는 테스터라 알려진 장치와의 접속에 이용된다. 여기서, 프로브 카드는 전자적으로 테스트 장치에 접속되고, 차례로, 프로브 카드는 또한, (웨이퍼 상의 또는 단품화된 형태의) 테스트될 집적 회로와 전기적으로 접촉한다(이하에서, 임의 형태의 테스트될 집적 회로는 테스트 대상 장치(DUT)라 언급될 것이다).

전형적으로 테스트될 웨이퍼는 웨이퍼를 가동 척(movable chuck)에 고정하는 프로버(prober) 내에 로딩된다. 테스트 과정 동안에, 척은 웨이퍼를 이동시켜 프로브 카드와 전기적으로 접촉한다. 이 접촉은, 스프링 타입의 컨택일 수 있는 복수의 프로브들과, DUT 상의 복수의 개별 접속 패드들(본드 또는 테스트 패드) 사이에서 발생한다. 비제한적으로 바늘 컨택, 코브라-스타일 컨택, 스프링 컨택 등을 포함한, 몇개 타입의 전기 컨택이 알려져 있고 프로브 카드 상에서 사용된다. 이런 식으로 DUT들은, 웨이퍼로부터 단품화되거나 최종 팩키징 이전에 테스트되고 트레이닝된다.

프로브 카드의 프로브들과 다이의 본드 패드간 효과적인 접촉을 위해, 프로브 카드와 웨이퍼간의 거리는 적절하게 유지되어야 한다. 만일 DUT의 일부와 프로브들이 너무 멀리 떨어져 있으면, 컨택은 소실될 수 있고, 너무 가까우면, 프로브나 DUT에 손상이 발생하거나, 프로브가 DUT 상의 원하는 위치로부터 이동될 수 있다.

DUT와 프로브 카드간의 거리는, 특히 프로브 카드와 웨이퍼의 온도가 테스트 과정 동안에 변하기 때문에, 테스트 프로시져가 진행함에 따라 변할 수 있다. 많은 경우, 테스트중인 웨이퍼는 테스트 과정 동안에 가열되거나 냉각될 수 있다. 프로브 카드와 상이한 온도를 갖는 웨이퍼가 카드 아래에서 이동하면, 웨이퍼와 가장 가까운 카드 면은 온도가 변하기 시작한다. 프로브 카드는 전형적으로 상이한 재료층으로 구성되고 대개는 카드면에 수직한 방향으로 나쁜 열전도를 보인다. 그 결과, 프로브 카드 두께를 가로질러 열 경사(heat gradient)가 급격히 나타날 수 있다. 이러한 불균형 팽창의 결과, 프로브 카드는 늘어지기 시작하고, 프로브 카드와 웨이퍼간 거리를 감소시킬 수 있다. 프로브 카드 주변에 놓인 테스터의 주변 온도보다 웨이퍼가 낮을 때 반대 현상이 생길 수 있다. 웨이퍼에 가장 가까운 프로브 카드의 면은, 웨이퍼로부터 가장 먼 면보다 빨리 냉각되어 수축하기 때문에, 프로브 카드는 웨이퍼로부터 멀어지기 시작하고 웨이퍼와 프로브 카드간 전기 접촉을 방해한다.

게다가, 프로브 카드의 다양한 부분들은 열 팽창 계수가 상이할 수 있다. 그 결과, 테스트를 위해 프로브 카드와 웨이퍼가 놓여 있는 환경의 온도가 변함에 따라 프로브 카드의 다양한 부분들은 상이한 레이트로 팽창 또는 수축할 수 있다. 이것은 프로브 카드를 변형시킬 수 있고, 이로써 웨이퍼 상의 패드로부터 프로브를 멀어지게 이동시키고 테스트가 실패하게 한다.

본 발명의 실시예들은 전기-기계적 어셈블리의 하나 이상의 열적으로 유도된 이동을 조절하기 위해 열적 조절 장치에 관한 것이다. 이 열적 조절 장치는 온도 변화에 응답하여 반작용력을 발생시키기 위해 전기-기계 어셈블리가 팽창하는 제2 레이트와는 상이한 제1 레이트로 팽창하는 보상 요소를 포함할 수 있다. 결합 메커니즘은 보상 요소를 전기-기계 어셈블리에 결합하고, 온도가 변함에 따라 전기-기계 어셈블리에 가해지는 반작용력의 양을 제어하도록 조절가능하다.

본 발명의 일부 실시예들은 결합량을 조절하기 위한 프로세스에 관한 것이다. 이 프로세스는, 보상 요소를 제공하는 것, 전기-기계 어셈블리를 제공하는 것, 및 전기-기계 어셈블리의 미리결정된 열 이동량에 따라 전기-기계 어셈블리와 보상 요소간의 결합을 조절하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예들에서, 하나 이상의 온도 제어 요소들은 보상 요소의 온도를 능동적으로 제어하도록 구현될 수 있다. 따라서, 하나의 이상의 보상 요소에 의해 발생되는 반작용력은 능동적으로 제어될 수 있다.

전기-기계 어셈블리의 하나 이상의 열적으로 유도된 이동을 조절하기 위한 열적 조절 장치가 제공된다.

도 1은 프로브 카드의 단면도를 부분적으로 도시한다.
도 2는 열적으로 유도된 이동을 갖는 프로브 카드의 단면도를 부분적으로 도시한다.
도 3은 열적으로 유도된 이동을 갖는 프로브 카드의 단면도를 부분적으로 도시한다.
도 4는 열적으로 유도된 이동을 갖는 프로브 카드의 단면도를 부분적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 열적 조절 장치가 장착된 프로브 카드 어셈블리의 단면도를 도시한다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 적어도 하나의 기계적 결합 메커니즘을 이용하는 열적 조절 장치의 다양한 예를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 적어도 하나의 열적 결합 메커니즘을 이용하는 열적 조절 장치의 다양한 예를 도시한다.
도 8a 내지 8d는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 다양한 기하학적 설계를 갖는 적어도 하나의 결합 메커니즘을 이용하는 열적 조절 장치의 다양한 예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 국부화된 열지대(thermal zone)를 갖는 적어도 하나의 결합 메커니즘을 이용하는 열적 조절 장치의 다양한 예를 도시한다.
도 10a 및 10b는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 자체-교정 특성을 갖는 적어도 하나의 결합 메커니즘을 이용하는 열적 조절 장치의 다양한 예를 도시한다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 열적 조절 장치가 장착된 프로브 카드 어셈블리의 단면도를 도시한다.
도 12는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 프로브 카드 어셈블리에 연계하여 사용하기 위한 통신 케이블에 의해 접속된 프로버 및 테스터의 전면도이다.

본 명세서는 본 발명의 실시예와 응용을 기술한다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예 및 응용으로만 제한되거나, 여기서 설명되는 이들 실시예 및 응용이 동작하는 방식으로만 제한되는 것은 아니다. 게다가, 도면들은 간략화되거나 부분도일 수 있고, 도면 내의 요소들의 크기는 명료성을 위해 과장되거나 비례적이지 않을 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "~상의" 및 "~에 부착된"은, 한 물체가 다른 물체에 직접 위에 있거나 부착되는지 또는 한 물체와 그 다른 물체 사이에 개재하는 하나 이상의 중간 물체가 있는지의 여부에 관계없이, 한 물체는 또 다른 물체 "상에" 있거나 "부착"될 수 있다. 또한, 방향(예를 들어, 위의, 아래의, 상부, 하부, 측, 위로, "x", "y", "z" 등)은 상대적인 것이며, 예시와 논의를 위해 단지 예로서 제공되는 것이지 제한하기 위함이 아니다. 또한, 일련의 요소들에 대한 참조(예를 들어, 요소 a, b, c)는, 열거된 요소들 중 임의의 요소를 포함하거나, 열거된 요소들 전부보다는 적은 임의의 조합을 포함하거나, 및/또는 열거된 요소들 전부의 조합을 포함하는 것으로 의도된 것이다.

본 발명은, 프로브 카드, 및 다양한 열팽창 계수 또는 불균일한 온도 필드로 인해 소정 열 조건하에서 변형될 수 있는 컴포넌트들을 갖는 기타의 복합 구조물을 포함하지만 이것으로만 제한되지 않는, 전기-기계 어셈블리의 열적으로 유도된 이동을 조절하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 이하의 실시예들은 명료성을 위해 문맥상 프로브 카드를 이용하는 것으로 기술되지만, 당업자라면, 제안된 장치는 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고 다른 전기-기계 어셈블리의 열적 이동을 조절하는데 이용될 수 있다.

도 1은 테스트 시스템에 로딩되는 DUT(140)와 프로브 카드 어셈블리(100)의 전형적인 이상적 예롤 도시한다. 이 도면 및 다른 도면에서, 소정 컴포넌트들의 소정 요소들은 예시의 명료성을 위해 과장되어 도시되어 있다. 능동 및 수동 전자 소자, 커넥터, 기판 등과 같은 프로브 카드 어셈블리에 탑재되거나 포함될 수 있는 추가 컴포넌트들은 명료성을 위해 생략한다.

프로브 카드 어셈블리(100)는 회로 보드 기판(110), 보강재(116), 및 프로브 카드 어셈블리(100)의 하부면에 부착되어 연장되는 프로브(130)를 포함하지만, 이들만으로 제한되는 것은 아니다. 회로 보드 기판(110)은, 이하에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 적어도 하나의 프로브 헤드 및 적어도 하나의 인터포저와 같은 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 회로 보드 기판(110)은 테스트 시스템에 장착시, 헤드 플레이트(120)에 의해 지지되며, 전형적으로는 DUT(140)와 나란하게, 가장 전형적으로는 바로 그 위에 배치된다. 프로브(130)는, DUT와의 신뢰성있는 압력 접속을 이루도록 구성된 미니어춰 스케일로 만들어진 탄성 전기-기계 접촉이다. 전형적으로, 프로브 카드 어셈블리(100)는 다른 전기적 접속 링크(미도시)에 의해 테스터에 접속된다.

알려진 바와 같이, 반도체 DUT(140)는 그 전면(도시된 도면에서는 윗쪽) 상에, 포토리소그래피, 피착, 확산 등에 의해 형성된 복수의 다이 위치(미도시)를 포함한다. 각각의 다이 위치는 전형적으로 복수의(복수 중 2개가 도시) 본드 패드(145)를 가지며, 이것은 다이 위치의 표면 상에 임의의 패턴으로 및 임의의 장소에 배치될 수 있다.

일단 DUT(140)가 테스팅 장치에 장착되면, 액츄에이터(155)를 포함한 웨이퍼 척(150)은 DUT(140)를 들어 올려 프로브(130)와 DUT(140) 상의 그들의 대응하는 패드(145)간의 전자적 접촉을 허용한다. 리프팅 메커니즘(lifting mechanism)은 가위 메커니즘, 텔레스코핑 동작, 레버리지 동작, 쓰레드 동작(thread action), 캠 동작 또는 기타의 리프팅 메커니즘을 이용할 수 있다. 일단 DUT(140)가 이동하여 프로브 카드 어셈블리(110)와 전기적 접촉을 이루면, 테스트 프로시져가 진행할 수 있다.

테스트 동안에, 프로브(130)와 패드(145)는 복수의 압력 접촉을 형성한다. 생성될 이들 접촉을 위하여, DUT(140)는 회로 보드 기판(110)으로부터 유효 거리 Z(도면에서는 수직 방향)로 강제된다. 프로브(130)는 일반적으로 탄성이므로, 회로 보드 기판(110)과 DUT(140)간의 유효 거리 Z는 프로브(130)의 무압력 높이와는 상이할 수 있다.

프로브 카드 어셈블리(100)는 회로 보드 기판(110)의 상부에 배치된 보강재(116)를 포함하여 회로 보드 기판(110)을 강화시킴으로써, 회로 보드 기판(110)과 DUT(140)간의 거리 Z가 DUT(140)의 표면 위에서 더 일정하게 유지될 수 있도록 하는 식으로, z-축 방향으로의 회로 보드 기판(110)의 굽힘 이동을 저감시킨다. 보강재(116)는 종종, z-축 방향으로의 회로 보드 기판(110)의 변위를 제한하기 위하여 회로 보드 기판(110)의 탄성률(elastic modulus)보다 높은 탄성률을 갖는 재료로 만들어진다. 그러나, 보강재(116)과 회로 보드 기판(110)은 상이한 재료로 만들어지므로, 이들은 상이한 열 팽창 계수를 가질 수 있다. 즉, 보강재(116)와 회로 보드 기판(110)은 온도가 변함에 따라 상이한 레이트로 팽창 또는 수축할 수 있고, 이것은 회로 보드 기판(110)과 보강재(116)의 복합 구조에서 중간 부분이 가장자리보다 더 낮거나 높게 굽히도록 할 수 있다.

도 2는 프로브 카드 어셈블리(100)의 단면도로서, 회로 보드 기판(110)과 보강재(116)의 복합 구조가 변형되어 온도가 변함에 따라 아래쪽으로 향하는 활모양을 갖는다. 예를 들어, 보강재(116)는 회로 보드 기판(110)의 제2 열팽창 계수(CTE2)보다 낮은 제1 열팽창 계수(CTE1)을 갖는 재료로 만들어진다. 프로브 카드 어셈블리(100)가 놓여 있는 환경의 온도가 증가함에 따라, 회로 보드 기판(100)은 보강재(116)가 팽창하는 비율보다 높은 비율로 팽창하여, 회로 보드 기판(110)과 보강재(116)의 복합 구조가, 헤드 플레이트(120)의 양끝단 사이의 중간 부분이 DUT(140) 쪽으로 가라앉는 식으로 굽어지게 만든다. 그 결과, 프로브(130)는 더 높은 압력에 놓일 수 있고, 패드(145)로부터 멀어져, 그들간의 전기적 접촉을 불충분하고 부적절하게 할 수 있으며, DUT(140)의 테스트가 실패하거나, 과도한 압축으로 인해 프로브(130)를 손상시킬 수 있다.

도 3은 회로 보드 기판(110)과 보강재(116)가 변형되어 온도가 변함에 따라 위쪽으로 휘어진 활모양을 하고 있는 프로브 카드 어셈블리(100)의 단면도이다. 예를 들어, 보강재(116)의 CTE1이 회로 보드 기판(110)의 CTE2보다 낮다고 가정하자. 프로브 카드 어셈블리(100)가 위치해 있는 환경의 온도가 감소함에 따라, 회로 보드 기판(110)은 보강재(116)가 수축하는 비율보다 더 높은 비율로 수축하여, 헤드 플레이트(120)의 양끝단 사이의 중간 부분이 DUT(140)로부터 상승하여 회로 보드 기판(110)과 보강재(116)의 복합 구조가 굽어지게 한다. 대안으로서, 보강재(116)의 CTE1이 회로 보드 기판(110)의 CTE2보다 클 수 있다. 프로브 카드 어셈블리(100)가 위치해 있는 환경의 온도가 증가함에 따라, 회로 보드 기판(110)은 보강재(116)가 팽창하는 비율보다 더 낮은 비율로 팽창하여, 헤드 플레이트(120)의 양끝단 사이의 중간 부분이 DUT(140)로부터 상승하여 회로 보드 기판(110)과 보강재(116)의 복합 구조가 굽어지게 한다. 그 결과, 프로브(130)는 패드(145)로부터 멀어져 이들간의 전기적 접촉이 불충분 또는 부적합하게 만들며, DUT(140)의 테스트가 실패하게 한다.

도 4는, 프로브(130)가 연장되는 회로 보드 기판(110)의 하부면의 평탄도를 개선시키도록 설계된, 중첩 영역에서 회로 보드 기판(110)과 헤드 플레이트(120)가 서로 고정 부착외어 있는 프로브 카드 어셈블리(100)의 단면도를 예시한다. 도시된 바와 같이, 프로브 카드 어셈블리(100)가 위치해 있는 환경의 온도가 증가함에 따라, 회로 보드 기판(110)과 헤드 플레이트(120)의 중첩 영역간의 고정된 부착으로 인해, DUT(140)와 면하고 있는 회로 보드 기판(110)의 하부면이 비교적 평탄하게 남아있도록 하는 방식으로, 열적으로 유도된 변형은 회로 보드 기판(110)이 DUT(140)를 향하여 가라앉도록 할 것이다. 회로 보드 기판(110)이 미리결정된 공차로 z-변위에서 정상 상태에 도달하는데 걸리는 시간으로서 정의된 z-소크 시간(soak time)은 가능한한 짧아야 한다. z-소크 시간이 짧을수록, DUT(140)를 신뢰성있게 테스트하기 위해 프로브 카드 어셈블리(100)가 더 빨리 이용될 수 있다. 그러나, 회로 보드 기판(110)에 부착된 보강재(116)는 회로 보드 기판(110)의 열전도를 복잡하게 하고, 따라서, z-소크 시간을 지연시킬 수 있다. 게다가, 회로 보드 기판(110)과 보강재(116)의 열팽창 계수는 상이할 수 있기 때문에, 헤드 플레이트(120)에 의해 둘러싸인 회로 보드 기판(110)의 부분은 도 2 및 도 3을 참조하여 전술된 문단에서 기술된 바와 같이 굽어질 수 있다. 반도체 처리 기술이 진보함에 따라, 패드(145)의 이격 피치는 감소한다. 따라서, 프로브(130)와 패드(145)간의 원치않는 상대적 이동은 이들간의 접촉이 이루어지지 않게 할 수 있고, 테스트가 실패하게 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일부 실시예에 따른 보상 요소(202)와 결합 메커니즘(204)을 포함하는 열적 조절 장치가 장착된 프로브 카드 어셈블리(200)를 예시한다. 프로브 카드 어셈블리(200)는 복수의 프로브(208)(예를 들어, 스프링 컨택)가 연장되는 제1 면(207)을 갖는 프로브 지지 기판(206)을 포함할 수 있으나, 이것으로만 제한되는 것은 아니다. 프로브(208)는 전기 신호를 전도하기 위한 원하는 전기 전도성을 갖는 탄성 재료로 만들어질 수 있다. 프로브(208)는 DUT상의 패드와 압력 접촉을 형성하도록 프로브(208)에 대해 원하는 기계적 및 전기적 특성을 얻기 위하여 재료층들이 서로 코팅되어 있는 복합 구조일 수 있다. 프로브(208)의 예는 미국특허 제6,184,053 B1; 5,974,662; 및 5,917,707호에 공개되어 있다. 그러나, 이 분야에는 많은 다른 컨택들(예를 들어, 바늘 컨택 및 코브라-스타일 컨택)이 알려져 있으며 임의의 이와 같은 컨택은 본 발명의 임의의 실시예에 포함될 수 있다. 주목할 점은, 이 도면에는 1개의 프로브가 있지만, 프로브의 갯수는 10개만으로 제한되는 것은 아니며, 더 많거나 더 적을 수 있다.

프로브 지지 기판(206)은 프로브(208)를 지지하는데 이용될 수 있으며, 세라믹, 반도체, 폴리머, 복합 재료, 또는 기타 임의의 적절한 재료와 같은 하나 이상의 재료로 만들어질 수 있다. 프로브 지지 기판(206)은, 온도가 변함에 따라 프로브 지지 기판(206)과 DUT가 동일하거나 비슷한 비율로 팽창 또는 수축하여 프로브(208)와 DUT 상의 패드들(미도시)이 테스트 동안에 접촉을 유지할 수 있도록, 프로브 카드 어셈블리(200)와 접촉하는 (미도시의) DUT의 열팽창 계수와 근접한 열팽창 계수를 가질 수 있다. 주목할 점은, 도면에는 단 하나의 프로브 지지 기판(206)이 있지만, 프로브 카드 어셈블리 내의 프로브 지지 기판의 갯수는 하나만으로 제한되는 것은 아니며, 하나보다 많을 수 있다.

프로브 지지 기판(206)은 프로브 지지 기판(206) 내의 트레이스(미도시)를 통해 상호접속 구조물(예를 들어, 인터포저)의 도전 라인(212)에 프로브(208)를 전기적으로 결합시키는 상호접속 트레이스를 포함할 수 있다. 인터포저(210)는 또한, 내부 라인(미도시) 및 도전 라인(216)을 통해 도전 라인(212)을 회로 보드 기판(214)에 결합시키는 상호접속 트레이스를 포함할 수 있다. 비록 인터포저(210)로서 기술되었지만, 많은 다른 타입의 상호접속 구조물(예를 들어, 플렉시블 커넥터, 리본 케이블 등)이 사용될 수 있다. 내부 보강재(218) 및 외부 보강재(219)와 같은 보강 구조물은 회로 보드 기판(214)의 위에 제공될 수 있으며, 회로 보드 기판(214)에 기계적으로 부착될 수 있다.

전술된 바와 같이, 프로브 카드 어셈블리(214)의 평탄도 및 z-소크 시간은 프로브 카드 어셈블리(214)의 유효성과 성능에서의 중요한 메트릭일 수 있다. 프로브(208)가 DUT상의 패드와 원하는 컨택 위치에 있는지의 여부를 결정하기 위해 무엇보다도 프로브(208)의 첨두의 평탄성이 결정될 수 있다. 프로브 카드 어셈블리(200)가 얼마나 빨리 열적 평형 상태에 도달하여 테스트 준비가 되는지를 결정하기 위해 무엇보다도 z-소크 시간이 결정될 수 있다. 전술된 바와 같이, 회로 보드 기판(214)의 열팽창 계수는 보강재(218)와는 상이할 수 있기 때문에, 프로브 카드 어셈블리(200)가 위치해 있는 환경의 온도가 변함에 따라, 프로브 카드 어셈블리(200)의 평탄도 및 소크-시간이 영향받을 수 있고, 이로써, 프로브(207)가 원치 않는 식으로, 아마도 테스트 결과에 영향을 주는 식으로, 이동하게 할 수 있다.

내부 및/또는 외부 전기 배선(미도시) 및 I/O 단자들이 테스트 헤드(미도시)에 접속되도록 구성되고 이 테스트 헤드는 프로브 카드 어셈블리(200)를 통해 DUT로부터 테스트 결과 신호를 수신하고 테스트 신호를 전송하기 위한 신호 처리 능력을 구비한 테스터에 접속되도록 구성되도록, 회로 보드 기판(214)이 패터닝될 수 있다. 회로 보드 기판(214)은, 반도체, 세라믹, 또는 금속과 같은 다른 기판들이 이용될 수도 있지만, 전형적으로는 인쇄 회로 기판의 형태인 반면, 보강재(218)는 금속재료, 합금 또는 기타의 적절한 재료로 만들어질 수 있다. 보강재(218)는 회로 보드 기판(214)의 열팽창 계수보다 작은 열팽창 계수를 가질 수 있다. 그 결과, 온도가 증가함에 따라 회로 보드 기판(214)은 보강재(218)보다 더 높은 비율로 팽창할 수 있다. 이것은 결과적으로, 열적 스트레스가 회로 보드 기판(214)과 보강재(218)의 복합 구조가 아래쪽으로 굽도록 강제한다. 즉, 복합 구조의 외측 부분이 그 중심과는 반대로 위쪽 변위를 갖는 경향이 있다. 반면, 온도가 감소함에 따라, 회로 보드 기판(214)은 보강재(218)보다 높은 비율로 수축하는 경향이 있다. 이것은 결과적으로, 열적 스트레스가 회로 보드 기판(214)과 보강재(218)의 복합 구조가 위쪽으로 굽도록 강제한다. 즉, 복합 구조의 외측 부분이 그 중심과는 반대로 아래쪽 변위를 갖는 경향이 있다. 주목할 점은, 전술된 바와 같이 회로 보드 기판(214)과 보강재(218)에 대한 열팽창 계수의 관계는 단순히 설명을 위한 예에 불과하다. 예를 들어, 회로 보드 기판(214)의 열팽창 계수는 보강재(218)의 열팽창 계수보다 작아서, 온도가 증가함에 따라 회로 보드 기판(214)과 보강재(218)의 복합 구조가 위쪽으로 굽고, 온도가 내려감에 따라 아래쪽으로 굽는 경향이 있을 수 있다.

본 발명은 일부 실시예에 따르면, 보상 요소(202)는 회로 보드 기판(214)과 보강재(218)의 복합 구조의 열적 이동에 대응하기 위해 회로 보드 기판(214)에 반대쪽의 보강재(218)의 하나 이상의 측면 상에서 결합 메커니즘(204)을 통해 보강재(218)에 부착될 수 있다. 보상 요소(202)는, 예를 들어, 회로 보드 기판(214)과 보강재(218)의 복합 구조가 위쪽으로 굽을 때는 아래쪽으로 굽도록, 복합 구조가 아래쪽으로 굽을 때는 위쪽으로 굽도록 설계되어, 회로 보드 기판(214) 및/또는 프로브(208)를 원하는 공차 내에서 실질적으로 평탄하게 유지시키는 반작용력을 생성한다. 예를 들어, 온도가 증가함에 따라 회로 보드 기판(214)의 복합 구조가 아래쪽으로 굽는 경우, 보상 요소(202)는 복합 구조의 열팽창 계수에 비해 높은 열팽창 계수를 갖는 재료로 만들어질 수 있다. 보상 요소(202)의 적절한 재료 선택은, 예를 들어, 알루미늄, 스텐레스 스틸, 플라스틱, 및 원하는 기준을 만족하는 기타의 재료일 수 있다.

보상 요소(202)의 열적 반작용력은 결합 메커니즘 및/또는 보상 요소(202)의 하나 이상의 특성을 변경함으로써 조절될 수 있다. 변경 또는 능동적으로 제어될 수 있는 특성은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 둘간의 기계적 결합, 둘간의 열적 결합, 둘중 하나 또는 모두의 기하학적 고려, 보상 요소(202)의 온도, 보상 요소(202)의 경도, 및 이들 중 임의의 조합. 예를 들어, 보상 요소(202)는 하나 이상의 스크류, 볼트 및 너트, 핀, 네일, 리벳, 접착제, 납땜, 용접, 핏팅 메커니즘, 또는 기타의 적절한 부착 메커니즘과 같은 결합 메커니즘(204)에 의해 보강재(218)에 기계적으로 부착될 수 있다. 결합 메커니즘(204)의 변경은 보상 요소(204)와 보강재(218) 간의 기계적 저항을 조절하여, 보상 요소(202)의 반작용력을 조절한다. 예를 들어, 보상 요소(202)와 보강재(218)간의 기계적 결합이 단단할수록, 보상 요소의 특성이 보강재(218)에 더 많이 영향을 미칠 것이다. 반면, 보상 요소(202)와 보강재(218)간의 기계적 결합이 느슨할수록, 보상 요소의 특성이 보강재(218)에 더 적게 영향을 미칠 것이다.

보상 요소(202)의 반작용력은 또한, 결합 메커니즘(204)의 열적 특성을 변경함으로써 조절될 수 있다. 예를 들어, 결합 메커니즘(204)은 보상 요소(202)와 보강재(218) 간의 열적 경사를 제어하도록 설계될 수 있다. 따라서, 보상 요소(202)와 보강재(218) 간의 열적 균형은 제어될 수 있고 반작용력은 조절될 수 있다. 예를 들어, 결합 메커니즘(204)은, 보강재(218)의 온도가 보상 요소(202)의 온도에 얼마나 빨리 영향을 주는지(또는 그 반대)를 좌우하는 보상 요소(202)와 보강재(218) 간의 더 단단하거나 더 느슨한 열적 결합―열적 결합이 더 단단할수록 보강재(218)와 보상 요소(202) 사이에서 열이 더 신속하게 이동함―을 제공하도록 설계될 수 있다. 이것은 보상 요소(202)의 더 신속한 열적 활성화와 구조물의 나머지 부분에 미치는 보상 요소(202)의 더 신속한 영향을 유발할 수 있다.

보상 요소(202)의 반작용력은 또한, 결합 메커니즘(204)과 보상 요소(202) 중 하나 또는 모두의 기하학적 고려를 변경함으로써 조절될 수 있다. 예를 들어, 보상 요소(202)의 열적 재료 특성, 기계적 재료 특성, 및 기하학적 형상은 반작용력을 조절하도록 변경될 수 있다. 보상 요소(202)와 보강재(218)의 상대적 위치는 반작용력을 조절하도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 결합 메커니즘(204)은 보상 요소(202)와 보강재(218)간의 거리를 증가시키는 하나 이상의 연장된 컬럼의 형태일 수 있다. 이와 같은 연장된 컬럼은 더 작은 거리에 비교해 볼 때, 보강재(218)에 가해지는 반작용력을 조절하는 레버리지를 보상 요소(202)에 제공할 수 있다.

보상 요소(202)의 반작용력은 또한 온도의 함수로서 설계될 수 있다. 예를 들어, 보상 요소(202) 및/또는 결합 메커니즘(204)의 재료는, 온도 변화 및 회로 보드 기판(214)과 보강재(218)의 복합 구조의 열적으로 유도된 상대적 이동에 응답하여 수축력을 제공하도록 자체-교정 특성을 가지도록 설계될 수 있다.

반작용력을 조절하는 상기 방식들 중 하나 이상은, 원하는 평탄도 및/또는 프로브 카드 어셈블리(200)에 대한 z-소크 시간을 달성하기 위해 조합하여 이용될 수 있다.

도 6a-6c는, 전술된 보상 요소와 결합 메커니즘의 한 예일 수 있는, 본 발명의 일부 실시예들에 따라 적어도 기계적 결합 메커니즘을 이용하는 열적 조절 장치의 다양한 예를 도시한다. 도 6a를 참조하면, 도 5에 도시된 것과 유사한 프로브 카드 어셈블리(200)의 부분들에 해당하는, 회로 보드 기판(302), 내측 보강재(304), 외측 보강재(306)일 수 있는, 복합 구조의 열적으로 유도된 이동에 대응하기 위해 열적 조절 장치(300)가 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 내측 보강재(304)는 외측 보강재(306)와는 별개의 컴포넌트일 수 있다. 외측 보강재(306)는 선택된 접속 지점들(미도시)에서 회로 보드 기판(302)에 부착될 수 있다. 접속 지점들은, 중심점(도 5에서 수직 점선)으로부터 연장된 방향으로 회로 보드 기판(302)과 외측 보강재(306) 사이의 상대적 이동을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 내측 보강재(304)와 외측 보강재(306)는 선택된 지점들(미도시)에서 기계적으로 및/또는 열적으로 접속될 수 있다. 일부 실시예들에서, 선택된 지점들은, 내측 보강재(304)와 외측 보강재(306) 사이의 원하는 열적 접속을 제공하면서 서로간에 상대적으로, 내측 보강재(304)와 외측 보강재(306) 사이의 기계적 접속과 원하는 조절(예를 들어, 페이지에 수직한, 중심축 A-A 주변으로의 회전)을 허용하도록 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이 열적 접속은 내측 보강재(304)와 외측 보강재(306) 사이의 열적 결합을 상당히 저감시키도록 선택될 수 있다.

일부 실시예들에서, 도킹 요소(308)는 회로 보드 기판(302)에 마주하는 내측 보강재(304)의 위쪽 표면에 고정 부착될 수 있으며, 테스트 헤드(미도시)와 같은 외부 장치에 착탈가능하게 부착될 수 있다. 주목할 점은, 다른 실시예들에서 내측 보강재(304)와 외측 보강재(306)은, 별개의 2개 조각이 아니라 통합(즉, 단일 보강재)되어 있을 수도 있다.

보상 요소(310)는 링-타입의 형상을 가지며, 결합 메커니즘(312)에 의해 회로 보드 기판(302)에 마주하는 내측 보강재(304)의 위쪽 표면에 고정적으로 또는 착탈가능하게 부착하도록 구성될 수 있다. 보상 요소(310)는, 회로 보드 기판(302)과 내측 보강재(304)의 복합 구조의 열적으로 유도된 이동에 대응할 수 있도록 선택된 열팽창 계수를 가질 수 있다. 결합 메커니즘(312)은 보상 요소(310)를 내측 보강재(304)에 부착하는 기계적 힘을 제어하도록 조절될수 있다. 도 6a를 참조한 예에서, 결합 메커니즘(312)은 보상 요소(310)를 통해 내측 보강재(304) 속으로 연장되는 하나 이상의 스크류를 포함하도록 구성될 수 있다. 스크류(312)의 조임정도(tightness)와 갯수의 조절은, 보상 요소(310)와 내측 보강재(304) 간의 기계적 결합을 변경시킬 수 있고, 따라서, 회로 보드 기판(302)과 내측 보강재(304)의 복합 구조의 열적으로 유도된 이동에 대응하는 힘을 조절할 수 있다.

주목할 점은, 도 6a에 도시된 보상 요소(310)와 결합 메커니즘(312)의 실시예는 단순히 한 예일 뿐이라는 것이다. 일부 실시예들에서, 보상 요소(310)는 일체식 판형, 또는 둥근 형상이 아닌 사각형 또는 불규칙 형상일 수 있다. 일부 실시예들에서, 결합 메커니즘(312)은, 볼트 및 너트, 핀, 네일, 리벳, 핏팅 메커니즘, 및/또는 둘을 접속하기에 적합한 기타의 메커니즘 타입일 수 있다. 주목할 점은, 결합 메커니즘(312)의 상이한 선택은 보상 요소(310)와 내측 보강재(304)간의 상이한 저항을 생성하여, 상이한 패턴의 반작용력을 생성한다는 것이다. 주목할 점은, 도면에는 비록 2개의 스크류가 도시되어 있지만, 스크류의 갯수는 2개로 제한되는 것은 아니며, 2개보다 많거나 적을 수 있다.

도 6b는 일부 실시예에 따른, 도 6a의 열적 조절 장치(300)와 유사하지만 정확히 동일하지는 않은 열적 조절 장치(300')의 상부 도면을 도시한다. 도면에서, 스크류, 볼트 및 너트, 핀, 네일, 리벳, 핏팅 메커니즘, 및 기타의 적절한 메커니즘과 같은 결합 메커니즘(312)를 수용하기 위한 16개의 홀(311)이 있다. 이들 홀(311)은 보상 요소(310)와 내측 보강재(304)간의 기계적 결합의 다양한 레벨을 달성하기 위해 선택적으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 균등하게 8개의 홀을 이용하면 결합 메커니즘(312)을 수용하기 위해 홀들 모두를 이용하는 경우보다 보상 요소(310)와 내측 보강재(304) 간에 더 작은 기계적 결합을 생성할 것이다. 주목할 점은, 비록 도 6b에는 16개 홀(311)이 도시되어 있지만, 홀의 갯수는 16개로 제한되는 것은 아니며, 16개보다 많거나 적을 수 있다. 일부 실시예들에서, 홀(311)은 보상 요소(310)와 내측 보강재(304) 간에 비대칭 기계적 결합을 제공하도록 선택될 수 있다(예를 들어, 한측이 다른측보다 더 많이 또는 더 적게 이용).

도 6c를 참조하면, 일부 실시예들에서, 열적 조절 장치(400")이 제공될 수 있다. 열적 조절 장치(300")는, 접착제, 땜납 조인트, 클래딩 브레이징, 용접, 확산 접합 및/또는 보상 요소(316)와 내측 보강재(304)간의 기타의 접합 방법일 수 있는 결합 메커니즘(318)을 통해 보상 요소(315)가 내측 보강재(304)에 결합될 수 있다는 점만 제외하고는 열적 조절 장치(300)와 유사하다. 결합 메커니즘(318)의 조성을 조절하는 것은 보상 요소(316)와 내측 보강재(304)간의 기계적 결합, 그에 따라, 회로 보드 기판(302)과 내측 보강재(304)의 복합 구조의 열적으로 유도된 이동에 대응하는 힘을 변경할 수 있다. 예를 들어, 보상 요소(316)와 내측 보강재(304)간의 다양한 접착력을 제공하기 위해 접착제의 조성이 변경될 수 있으며, 이로써 그 반작용력을 조절할 수 있다.

도 6d는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 열적 조절 장치(300''')의 상부도를 도시한다. 도면에서, 보상 요소(320)는 서로 별개의 다수의 착탈가능한 부분들로 구현될 수 있다. 부분들 각각은 스크류, 볼트 및 너트, 핀, 네일, 리벳, 핏팅 메커니즘, 및 기타의 적절한 메커니즘과 같은 결합 메커니즘(322)을 수용하도록 구성될 수 있다. 이들 부분들은 내측 보강재(324)와 그 아래의 인쇄 회로 보드(326)의 복합 구조에 가해지는 반작용력을 변경하기 위하여 내측 보강재(324)에 조절가능하게 및/또는 착탈가능하게 부착될 수 있다. 예를 들어, 이들 부분들 중 4개를 이용하는 것은, 내측 보강재(324)에 8개 부분 모두가 부착되는 경우보다 더 작은 반작용력을 생성할 것이다. 주목할 점은, 도 6d에는 8개 부분이 도시되어 있지만, 이들 부분들의 갯수는 8개로만 제한되는 것은 아니고, 그보다 많거나 적을 수 있다. 이들 착탈가능한 부분들은 단일 컴포넌트 재료로는 불가능한 확장 효과를 생성하기 위해 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 8개의 알루미늄 부분과 8개의 강철 부분의 효과 사이에 있는 확장을 생성하기 위해 4개의 스텐레스 스틸과 함께 4개의 알루미늄 부분이 사용될 수 있다. 대안으로서, 예를 들어 2개의 강철 부분과 하나의 알루미늄 부분의 혼합이 서로의 상부에 놓일 수 있다. 반작용력의 원하는 균형을 달성하기 위해 앞서 열거된 재료들 중 임의의 것과 함께 전술된 임의의 조합이 이용될 수 있다.

도 7은, 본 발명의 일부 실시예들에 따라 예를 들어 열적 컴포넌트(402)와 기계적 컴포넌트(404)를 포함하는 적어도 열 결합 메커니즘을 이용하는 열적 조절 장치(400)를 도시하고 있다. 기계적 컴포넌트(404)는 보상 요소(402)를 내측 보강재(406)에 고정적으로 및/또는 착탈가능하게 부착할 수 있다. 열적 컴포넌트(402)는, 내측 보강재(406)에 상대적인 보상 요소(402)의 온도가 제어되어 내측 보강재(406)와 회로 보드 기판(408)의 복합 구조의 열적으로 유도된 이동에 대한 보상 요소(402)의 반작용력을 조절하도록, 보상 요소(402)를 가로지른 열 경사를 조절할 수 있다. 열적 컴포넌트(402)는, 금속, 합금, 반도체, 플라스틱, 폴리머, 및/또는 내측 보강재(406)과 보상 요소(402)를 가로지른 열적 결사를 변경할 수 있는 기타 임의의 적절한 재료로 만들어 질 수 있다. 열적 컴포넌트(402)는, 둥근형, 다각형, 및/또는 기타 규칙적/불규칙적 형상과 같은 다양한 형상이 되도록 구성될 수 있다. 주목할 점은, 기계적 컴포넌트(404)가 도 7에서는 스크류로서 도시되어 있지만, 도 6a-6c를 참조한 실시예에서 기술된 바와 같이 기타 임의의 적절한 메커니즘일 수 있다는 것이다.

도 8a-8d는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 다양한 기하학적 설계를 갖는 적어도 결합 메커니즘을 이용하는 열적 조절 장치의 다양한 예를 도시한다. 도 8a를 참조하면, 열적 조절 장치(500)는, 내측 보강재(504)와 회로 보드 기판(506)의 복합 구조의 열적으로 유도된 이동에 대한 다양한 패턴의 반작용력을 제공하도록 열적 조절 장치(500)에 탈부착될 수 있는 착탈가능한 컴포넌트들(502a, 502b, 및 502c)의 스택을 포함하지만 이들만으로 제한되지 않는 보상 요소(502)를 포함한다. 주목할 점은, 도면에는 3개의 착탈가능한 컴포넌트가 도시되어 있지만, 착탈가능한 컴포넌트의 갯수는 3개만으로 제한되는 것은 아니며, 3개보다 많거나 적을 수 있다. 주목할 점은 도면에는 결합 메커니즘이 도시되어 있지 않지만, 착탈가능한 컴포넌트들을 내측 보강재에 부착하기 위해 전술된 바와 같은 임의의 적절한 결합 메커니즘이 이용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에 따르면, 하나 이상의 스크류가 착탈가능한 컴포넌트 스택 내의 홀들(홀(311)과 유사)을 통해 내측 보강재(504)의 수용 홀들과 체결될 수 있다. 도 8a - 8d에서, 내측 보강재(504, 516, 522)는 내측 보강재(304 및/또는 406)와 유사하고, 외측 보강재(503)는 외측 보강재(306)와 유사할 수 있다.

도 8b를 참조하면, 열적 조절 장치(500')는 보상 요소(508)와, 내측 보강재(514)로부터 보상 요소(508)를 들어올리는 하나 이상의 슬리브(512) 내에 삽입된 하나 이상의 스크류를 갖는 결합 메커니즘을 포함할 수 있다. 슬리브(512)는 내측 보강재(514)에 가해진 보상 요소(508)의 반작용력을 조절하는 레버리지를 보상 요소(508)에 제공할 수 있다. 보상 요소(508)의 높이를 조절하는 것은 내측 보강재(514)와 회로 보드 기판(516)의 복합 구조에 가해지는 반작용력의 패턴을 변경할 수 있다. 주목할 점은, 도면에는 비록 단 2쌍의 스크류와 슬리브가 도시되어 있지만, 그 갯수는 2로 제한되는 것은 아니며, 2개보다 많거나 적을 수 있다. 주목할 점은, 도면에는 결합 메커니즘으로서 스크류와 슬리브가 도시되어 있지만, 보상 요소(508)를 들어올리고 보상 요소에 레버리지를 제공하는 임의의 적절한 결합 메커니즘이 반작용력의 패턴을 조절하기 위해 사용될 수 있다.

도 8c를 참조하면, 일부 실시예에 따라, 열적 조절 장치(500")는 결합 메커니즘(미도시)에 의해 내측 보강재(522)에 부착된 삼각형 단면을 갖는 보상 요소(520)를 포함할 수 있다. 도 8d를 참조하면, 열적 보상 요소(500''')는 결합 메커니즘(미도시)에 의해 내측 보강재(532)에 부착된 삼각형 단면을 갖는 보상 요소(530)를 포함할 수 있다. 보상 요소(520)는 긴 측면이 서로 마주하는 삼각형 단면을 갖는 반면, 보상 요소(530)는 긴 측면이 서로를 향해 있는 삼각형 단면을 가질 수 있다. 보상 요소(520 또는 530)의 기하학적 형상을 조절하는 것은 내측 보강재(522 또는 532)에 인가되는 반작용력의 패턴을 바꿀 수 있다. 주목할 점은, 보상 요소의 기하학적 형상은 둥글거나, 다각형, 규칙적/불규칙적 형상과 같은, 삼각형이 아닌 다른 단면을 가질 수 있다는 것이다. 주목할 점은, 도면에는 결합 메커니즘이 도시되어 있지 않지만, 보상 요소를 내부 보강재에 부착하기 위해 전술된 바와 같은 임의의 적절한 결합 메커니즘이 사용될 수 있다는 것이다. 보상 요소(530)의 기하학적 형상은 (520의 형상에 비해) 결과적인 힘이 보강재의 중심선으로부터 더 멀리 부여되도록 유발한다. 이것은, 구조물의 중심선으로부터 더 멀리 발생하는 보강재의 변형에 대응하는데 유용하다. 삼각형(및 기타의) 단면 요소는 다른 정도의 제어를 가능케하기 위해 전술된 기하학적 형상들 중 임의의 것과 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 6d에 도시된 기하학적 형상에서 사용된 삼각형 단면부분의 구조적 밀도는 슬롯 또는 홀에서의 그 길이를 따라 조절될 수 있다. 부착점을 조절함으로써, 반작용력이 튜닝될 수 있다. 주목할 점은, 형상에 추가하여, 홀, 슬롯 또는 다른 컷아웃의 밀도를 변경함으로써 예컨대 사각형 단면에 의해 동일한 효과가 달성될 수 있다.

도 9는, 본 발명의 일부 실시예에 따른 국부화된 열지대에서 적어도 결합 메커니즘을 이용하는 열적 조절 장치(600)의 다양한 예를 도시한다. 예를 들어, 열적 조절 장치(600)는 제1 국부화된 열지대(602) 및 제2 국부화된 열지대(604)를 갖는 보상 요소(606)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 열지대는 상이한 온도일 수 있다. 국부화된 열지대(602 및 604)의 온도를 조절하는 것은, 보상 요소(606)가 내측 보강재(608) 및 외측 보강재(610)의 복합 구조에 가해지는 반작용력의 패턴을 변경하는 것을 허용할 수 있다. 예를 들어, 외측상의 국부화된 열지대(604)는 국부화된 열지대(602)보다 높은 온도를 가질 수 있어서, 내측 보강재(608) 및 회로 보드 기판(610)의 복합 구조의 바깥쪽 상에 더 큰 반작용력을 인가할 수 있다. 주목할 점은, 이 도면에는 2개의 국부화된 열지대가 도시되어 있지만, 국부화된 열지대의 갯수가 2로 제한되는 것은 아니고, 2개보다 많거나 적을 수 있다. 주목할 점은, 국부화된 열지대가 내측 보강재와 평행하게 수평으로 배열되어 있지만, 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고 수직으로, 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배열될 수 있다. 도 9에서, 내측 보강재(608)는 전술된 내측 보강재들 중 임의의 것(예를 들어, 304)과 유사할 수 있으며, 외측 보강재(603)는 외측 보강재(306)와 유사할 수 있다.

도 10a-b는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 적어도 자체-교정 특성을 갖는 결합 메커니즘을 이용하는 열적 조절 장치의 다양한 예를 도시한다. 열적 조절 장치(700)는 제1 층(702) 및 제2 층(704)을 갖는 복합 구조일 수 있으며, 상기 제1 층 및 제2 층(702 및 704)은, 온도가 변함에 따라 열적 조절 장치가 변형하도록 상이한 열팽창 계수를 가진다. 열적 조절 장치(700)의 제2 층(704)은, 예를 들어 소정의 탄성을 갖는 접착제에 의해, 또는 기계적 수단에 의해, 보강재 또는 회로 보드 기판과 같은 하부 물체(706)에 결합될 수 있다.

도 10b를 참조하면, 하부 물체(700)의 온도가 변함에 따라(예를 들어, 증가), 하부 물체(706)의 아래쪽 편향이 발생하고 따라서, 하부 물체와 열적 조절 장치(700) 간에는 이격이 커지게 된다. 이러한 이격은 하부 물체(706)와 열적 조절 장치(700)간의 열전달을 변경시킬 수 있다(예를 들어, 열전달을 저감시키고 열적 조절 장치가 냉각을 시작하게 한다). 열적 조절 장치가 냉각하기 시작함에 따라, 열적 조절 장치는 윗방향으로 편향하도록 설계될 수 있다(예를 들어, 제1층(702)보다 낮은 CTE를 갖는 재료로서 제2층(704)을 제공함으로써). 대안으로서, 열적 조절 장치(700)가 초기 이격을 제공받고, 이로써 하부 물체(706)가 온도 변화에 응답하여 위로 편향됨에 따라, 열적 조절 장치(700)와 하부 물체(706)간의 열적 접촉은 증가할 수 있고, 그 결과, 열적 조절 장치의 아래쪽 편향을 초래한다. 설명된 자체-교정 메커니즘은, 하부 물체에 대한 더 나은 평탄도를 달성하도록 열적 조절 장치(700)에게 자체-교정 능력을 제공하는데 사용될 수 있다.

도 11은 본 발명의 일부 실시예에 따라 열적 조절 장치가 장착된 프로브 카드 어셈블리(900)의 단면도를 도시한다. 프로브 카드 어셈블리(900)는, 프로브 카드 어셈블리(900)의 열적 조절 장치는, 결합 메커니즘(908)을 통해 내측 보강재(906)에 결합된 보상 요소(904)에 부착된 온도 제어 요소(902)를 포함할 수 있다는 점을 제외하고는, 도 5에 도시된 프로브 카드 어셈블리(200)와 유사하게 구성될 수 있다. 온도 제어 요소(902)는 제어기(912)를 통해 전원(910)에 결합될 수 있고, 제어기(912)는 온도 제어 요소(902)를 통해 전원(910)으로부터 흐르는 전류(전력, 전압, 등)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 온도 조절 요소(902)는 펠티에-효과를 갖는 재료로 만들어질 수 있으며, 이러한 재료는 전기적 위치 에너지의 변화를 재료의 온도 변화로 변환하고 그 역으로 변환할 수 있다. 또 다른 예로서, 온도 조절 요소(902)는 공간 및 무게 제약하에서 구현되기에 적절한 켑톤 히터(Kapton heater)일 수 있다. 전술된 바와 같이, 보상 요소(904) 및 결합 메커니즘(908)은, 주로 내측 보강재(906)와 회로 보드 기판(914)로 구성된 복합 구조의 열적으로 유도된 이동에 대응할 수 있다. 또한, 제어기(912)는 내측 보강재(906)와 회로 보드 기판(914)의 복합 구조에 가하는 반작용력을 조절하기 위해 보상 요소(904)의 온도를 변경하게끔 온도 제어 요소(902)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(912)는 내측 보강재(906)와 회로 보드 기판(914)의 복합 구조에 가하는 반작용력을 증가시키기 위해 보상 요소(904)의 온도를 증가시키게끔 온도 제어 요소(902)를 제어할 수 있다. 또 다른 예로서, 제어기(912)는 제어기(912)는 내측 보강재(906)와 회로 보드 기판(914)의 복합 구조에 가하는 반작용력을 감소시키기 위해 보상 요소(904)의 온도를 낮추게끔 온도 제어 요소(902)를 제어할 수 있다.

주목할 점은, 프로브 카드 어셈블리(900)는 반작용력을 변경하기 위해 온도 조절 요소(902)가 어떻게 구현될 수 있는지를 도시하는 비제한적 예라는 점이다. 도 3-10을 참조하여 전술된 모든 실시예들에 적용될 수 있음을 이해하여야 한다. 또한 주목할 점은, 온도 조절 요소(902)는 전기가 아닌 다른 에너지에 의해 전력을 공급받을 있다는 것이다. 예를 들어, 온도 조절 요소(902)는 태양(예컨대, 광학) 에너지, 기계적 에너지(예를 들어, 압력 유도된 온도 변화), 및 화학적 에너지에 의해 전력을 공급받을 수 있다.

온도 제어 요소(902)는, 프로브 카드 어셈블리(900)이 놓인 환경의 온도가 변할 때 보사 요소(904)의 반작용력의 원위치 사전조처성(in situ, proactive) 조절을 가능케한다. 이와 같은 반작용력의 원위치적 사전조처성 조절은 회로 보드 기판(914)의 평탄성을 개선할 수 있고, 따라서, 인터포저(910)를 통해 회로 보드 기판(914)에 결합된 프로브 지지 기판(920)의 평탄성을 개선할 수 있다. 그 결과, 프로브 지지 기판(920)으로부터 연장되는 프로브(916)의 첨두(tip)는 평면상에서 적절하게 유지될 수 있어서, 프로브(916)가 DUT 단자들과 적절한 전기적 접촉을 형성할 수 있도록 한다.

본 발명의 일부 실시예들에서, 프로브 카드 어셈블리(920)의 다양한 부분들의 국부적 온도 및/또는 열적 이동을 검출하고 제어기(912)에게 국부적 온도 및 열적 이동을 나타내는 피드백 신호를 제공하기 위해, 하나 이상의 센서들(미도시)이 프로브 카드 어셈블리(900)에 구현될 수 있다. 센서들은, 프로브 카드 어셈블리(900)의 컴포넌트들 중 임의의 컴포넌트 상의 장력 특정 장치 또는 온도 감지 장치일 수 있다. 일부 실시예에서, 센서들은 프로브 카드 어셈블리(900)의 임의 컴포넌트의 변위를 모니터링하는 거리 센서 또는 카메라일 수 있다. 제어기(912)는, 내측 보강재(92) 및 회로 보드 기판(914)의 복합 구조의 열적으로 유도된 이동에 대해 적절한 반작용력을 제공하기 위해 보상 요소(904)가 적절한 온도로 유지될 수 있도록, 피드백 신호에 응답하여 온도 제어 요소(902)를 제어할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 온도 제어 요소(902)는, 보상 요소(904)와 결합 메커니즘(908) 사이, 결합 메커니즘(909)과 내부 보강재(906) 사이, 또는 내측 보강재(906)와 회로 보드 기판(914) 사이에 위치할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 온도 제어 요소(902)는 보상 요소(904) 또는 결합 메커니즘(908)과 통합될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 온도 제어 요소(902)는 도 6a 내지 10b를 참조하여 전술된 다양한 예시적 열적 조절 장치에 부착되거나, 그 내부에 구현되거나, 그 내부에 위치하거나, 및/또는 통합될 수 있다. 이와 같은 부착, 구현, 배치, 및/또는 통합은 본 발명에 비추어 예정하지 않은 실험없이 당업자에 의해 이해될 수 있다. 명료성을 위해, 도 6a-10b를 참조하여 기술된 본 발명의 실시예에 온도 제어 요소를 적용시키는 특정예는 생략될 것이다.

도 12는 본 발명과 연계하여 사용가능한 프로버 및 테스터의 한 예의 개략도를 도시한다. 일부 실시예에서, 프로버(800)는 테스터(880)와 물리적으로 분리될 수 있다. 이들은 예시된 바와 같이 통신 케이블(880a 및 880b)과 같은 하나 이상의 케이블에 의해 접속될 수 있다. 케이블(880a)은 전기적 접속(810a)에 의해 프로브 카드(810)에 접속될 수 있는 테스트 헤드(890)에 접속될 수 있다. 이 실시예에서, 스테이지(850) 상의 웨이퍼(840)와 같은 웨이퍼들은 로보트 암(860)에 의해 웨이퍼 보트(870)로부터 배치될 수 있다. 테스터(880)는 통신 케이블(880a)을 통해 테스트 헤드(890)에 전송되는 테스트 데이터를 발생할 수 있으며, 통신 케이블(880a)을 통해 테스트 헤드(880)로부터 응답 데이터를 수신할 수 있다. 테스트 헤드(890)는 테스터(880)로부터 데이터를 수신할 수 있으며, 추가적 처리를 하거나 또는 하지 않고 테스트 데이터를 프로브 카드(810)를 통해 웨이퍼(840)에 전달할 수 있다. 웨이퍼로부터의 데이터는 프로브 카드(810)를 통해 수신될 수 있으며 추가적 처리를 하거나 하지 않고 테스터(880)에 전송될 수 있다. 프로버(800)는 도시된 바와 같이 웨이퍼 보트(870), 스테이지(850), 및 로보트 아암(860)을 하우징한다. 테스터(880)는 통신 케이블(990b)을 이용하여 다양한 방식으로 프로버(800)를 제어할 수 있다. 스테이지(850)는 테스트중인 웨이퍼를, 전형적으로는 수직으로 및 수평이로 이동시키면서 지지한다. 전형적으로, 스테이지(850)는 또한 기울여지거나 로테이트될 수 있으며, 테스트중인 웨이퍼를 프로버(830)에 대향하여 이동시킬 수 있다. 이것은 전술된 바와 같이 웨이퍼 척 및 테이블 액츄에이터를 포함할 수 있다. 로보트 아암(860)은 스테이지(850) 및 웨이퍼 보트(870) 사이에서 웨이퍼를 이동시킨다.

테스터(880)는 전형적으로 컴퓨터이며, 프로버(800)는 전형적으로 컴퓨터를 포함하거나 적어도 컴퓨터형 제어 회로(예를 들어, 마이크로프로세서 또는 마이크로제어기 및 마이크로제어기 또는 마이크로코드)를 포함한다. 테스트 헤드(890)는 컴퓨터 또는 컴퓨터형 제어 회로를 포함할 수 있다. 이것은 기존 컴퓨터, 또는 프로버(800) 내의 컴퓨터형 제어 회로이거나, 대안으로서, 이 목적을 위해 프로버(800)에 추가되는 새로운 컴퓨터일 수 있다. 대안으로서, 컴퓨터는 테스터(880) 내에 위치할 수도 있다. 이 경우, 프로브 카드(810)에 관한 웨이퍼의 위치에 대한 피드백 신호는 전형적으로 통신 케이블(880b)을 통해 테스터에 전달될 것이다. 스테이지(850)를 제거하는 제어 신호는 마찬가지로 그 케이블을 통해 전달된다.

역시 또 다른 대안으로서, 컴퓨터는 테스트 헤드(890) 내에 위치할 수 있으며 프로버(800)와 테스트 헤드(890) 사이에 적절한 통신 수단을 포함한다. 이와 같은 통신 수단은 유선 접속, RF 전송, 광 또는 기타의 에너지 빔 전송들을 이용할 수 있다.

역시 또 다른 대안으로서, 테스터, 테스트 헤드 및 프로버와는 구분되는 별개의 컴퓨터가 사용되고 이 목적을 위해 프로버에 전기적으로 접속될 수 있다.

실시예들에 의해 전술된 본 발명은, 프로브 카드와 같은 전기-기계적 어셈블리의 열적으로 유도된 이동에 대항한 열적 조절 장치의 반작용력의 신속한 현장 조절을 허용한다. 이러한 현장 조절능력은 프로브 카드의 평탄성의 신속한 조절을 허용하여, 프로브 카드가 예기지 않은 지연없이 DUT를 테스트하는데 이용될 수 있도록 함으로써, DUT의 패드들에 관한 프로브의 튜닝에서의 특별한 서비스를 얻는데 소비될 수도 있는 귀중한 시간을 절약할 수 있게 한다. 이것은 차례로 DUT의 테스트 시간을 절감하고, 그에 따라 수율을 향상시킨다. 이것은 동작 효율의 개선으로서 전자 장치 제조자들에 대해서는 수백만 달러의 비용 절감으로 받아들여진다.

본 발명의 실시예들이 프로브 카드 어셈블리의 문맥에서 기술되었지만, 제안된 열적 조절 장치는, 위치 정확성이 필수적인 임의의 전기-기계 어셈블리의 열적으로 유도된 이동에 대응하기 위해 사용될 수 있다. 기계적 결합, 열적 결합, 재료 선택, 기하학적 조절, 국부화된 열지대, 및 자체-교정 메커니즘과 같은, 열적 조절 장치를 조절하는 하나 이상의 방식들이 최적의 결과를 달성하기 위해 조합하여 사용될 수 있다.

본 명세서에서 본 발명의 특정한 실시예 및 응용이 기술되었지만, 본 발명을, 이들 예만으로 제한하거나, 여기서 기술된 실시예와 응용들이 동작하는 방식으로만 제한하고자 하는 의도는 없다. 예를 들어, 특정한 예의 테스트 시스템이 기술되었지만, 전술된 본 발명의 개념은 다른 구조의 테스트 시스템에도 마찬가지로 적용될 수 있다는 것을 명백할 것이다. 게다가, 전자 장치를 테스트하기 위한 특정한 예시적 프로세스들이 기술되었지만, 본 발명의 개념을 벗어나지 않고 프로세싱 단계의 순서, 대안적 프로세싱 단계들의 대체, 일부 프로세싱 단계들의 제거, 또는 복수의 프로세싱 단계들의 조합이 고려될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의해서만 제한된다.

200 : 프로브 카드 어셈블리
202 : 보상 요소
204 : 결합 메커니즘
206 : 프로브 지지 기판
207 : 제1 면
208 : 프로브
210 : 인터포저
212 : 도전 라인
214 : 회로 보드 기판
216 : 도전 라인
218 : 내측 보강재
219 : 외측 보강재

Claims

전기-기계 어셈블리(electro-mechanical assembly)의 하나 이상의 열적으로 유도된 이동을 조절하기 위한 열적 조절 장치에 있어서,
온도 변화에 응답하여 반작용력(counteracting force)을 발생하기 위해 상기 전기-기계 어셈블리가 팽창하는 제2 비율과는 상이한 제1 비율로 팽창하는 보상 요소; 및
상기 보상 요소를 상기 전기-기계 어셈블리에 결합하고, 온도가 변함에 따라 상기 전기-기계 어셈블리에 가해지는 반작용력의 양을 제어하도록 조절가능한 결합 메커니즘
을 포함하는, 열적 조절 장치.
제1항에 있어서, 상기 전기-기계 어셈블리는 집적 회로를 테스트하기에 적합한 프로브 카드 어셈블리를 포함하는 것인, 열적 조절 장치.
제1항에 있어서, 상기 결합 메커니즘은 상기 보상 요소와 상기 전기-기계 어셈블리 사이의 기계적 결합력을 변경하도록 조절가능한 것인, 열적 조절 장치.
제3항에 있어서, 상기 결합 메커니즘은 상기 보상 요소 및 상기 전기-기계 어셈블리 내의 홀들과 체결되는 스크류, 볼트 및 너트, 네일(nail), 핀(pin), 리벳(rivet), 핏팅 메커니즘(fitting mechanism), 및 이들의 임의 조합을 포함하는 하나 이상의 부착 메커니즘을 포함하는 것인, 열적 조절 장치.
제4항에 있어서, 이용되는 상기 부착 메커니즘의 갯수 및/또는 상기 부착 메커니즘의 조임정도(tightness)를 변경함으로써 기계적 결합력이 변경될 수 있는 것인, 열적 조절 장치.
제3항에 있어서, 상기 결합 메커니즘은 접착제, 브레이징(brazing), 납땜, 용접, 및 이들의 임의 조합을 포함하는 것인, 열적 조절 장치.
제6항에 있어서, 상기 접착제, 상기 납땜, 상기 브레이징, 및 상기 용접의 조성을 변경함으로써 기계적 결합력이 변경될 수 있는 것인, 열적 조절 장치.
제1항에 있어서, 상기 결합 메커니즘은 상기 보상 요소와 상기 전기-기계 어셈블리를 가로지른 열적 결합 경사(thermal coupling gradient)를 변경하도록 구성가능한 것인, 열적 조절 장치.
제1항에 있어서, 상기 보상 요소 및 상기 결합 메커니즘의 기하학적 특징은 상기 반작용력을 변경시키도록 구성가능한 것인, 열적 조절 장치.
제1항에 있어서, 상기 보상 요소는, 상기 결합 메커니즘에 의해 상기 전기-기계 어셈블리 상에 조절가능하게 및/또는 착탈가능하게 배치된 하나 이상의 가동부(movable parts)를 포함하는 것인, 열적 조절 장치.
제1항에 있어서, 상기 결합 메커니즘은 상기 전기-기계 어셈블리에 인가되는 상기 반작용력을 조절하는 레버리지(leverage)를 상기 보상 메커니즘에 제공하는 것인, 열적 조절 장치.
제11항에 있어서, 상기 결합 메커니즘은 상기 보상 요소와 상기 전기-기계 어셈블리 사이의 레버리지를 증가시키는 하나 이상의 슬리브(sleeve)를 포함하는 것인, 열적 조절 장치.
제1항에 있어서, 상기 보상 요소는 웨지(wedge), 규칙 및/또는 불규칙 형상을 갖는 것인, 열적 조절 장치.
제1항에 있어서, 상기 보상 요소는, 다양한 온도를 갖는 하나 이상의 국부적 열지대를 가지며, 상기 국부적 열지대들의 온도들은 상기 전기-기계 어셈블리에 가해지는 상기 보상 요소의 반작용력을 제어하도록 개별적으로 구성가능한 것인, 열적 조절 장치.
제1항에 있어서, 상기 결합 메커니즘은, 온도 변화에 응답하여 상기 보상 요소가 상기 반작용력을 자동으로 변경시킬 수 있도록 하는 자체-교정 메커니즘(self-correcting mechanism)을 포함하는 것인, 열적 조절 장치.
제1항에 있어서, 상기 보상 요소는, 하나 이상의 열팽창 계수를 갖는 온도 감응형의 하나 이상의 재료로 만들어지는 것인, 열적 조절 장치.
제1항에 있어서, 상기 보상 요소 및/또는 상기 결합 메커니즘의 온도를 능동적으로 증가 또는 감소시키도록 구성가능한 온도 제어 요소를 더 포함하는 열적 조절 장치.
제17항에 있어서, 상기 온도 제어 요소가 상기 보상 요소 및/또는 상기 결합 메커니즘의 온도를 설정하도록 제어하기 위한 제어기를 더 포함하는 열적 조절 장치.
제17항에 있어서, 상기 전기-기계 어셈블리의 온도 및/또는 장력을 감지하거나, 상기 전기-기계 어셈블리의 편향을 모니터링하기 위한 센서를 더 포함하는 열적 조절 장치.
결합량을 조절하기 위한 프로세스에 있어서,
보상 요소를 제공하고;
전기-기계 어셈블리를 제공하며;
상기 전기-기계 어셈블리의 미리결정된 열적 이동량에 따라 상기 보상 요소와 상기 전기-기계 어셈블리 사이의 결합을 조절하는 것
을 포함하는, 프로세스.
제20항에 있어서, 상기 조절하는 것은 상기 보상 요소와 상기 전기-기계 어셈블리 사이의 기계적 결합력을 변경하는 것을 포함하는 것인, 프로세스.
제21항에 있어서, 상기 기계적 결합력을 변경하는 것은, 상기 보상 요소 및 상기 전기-기계 어셈블리 내의 홀들과 체결되는 스크류, 볼트 및 너트, 네일(nail), 핀(pin), 리벳(rivet), 핏팅 메커니즘(fitting mechanism), 및 이들의 임의 조합을 포함하는 하나 이상의 부착 메커니즘을 조절하는 것을 포함하는 것인, 프로세스.
제22항에 있어서, 상기 기계적 결합력을 변경하는 것은, 이용되는 상기 부착 메커니즘의 갯수 및/또는 상기 부착 메커니즘의 조임정도를 변경하는 것을 포함하는 것인, 프로세스.
제22항에 있어서, 상기 부착 메커니즘은 접착제, 브레이징, 땜납, 용접, 및 이들의 임의 조합을 포함하는 것인, 프로세스.
제24항에 있어서, 상기 기계적 결합력을 변경하는 것인, 상기 접착제, 상기 납땜, 상기 브레이징, 및 상기 용접의 조성을 변경하는 것을 포함하는 것인, 프로세스.
제20항에 있어서, 상기 조절하는 것은, 상기 보상 요소와 상기 전기-기계 어셈블리를 가로지른 열적 결합 경사를 변경하는 것을 포함하는 것인, 프로세스.
제20항에 있어서, 상기 조절하는 것은, 상기 보상 요소와 상기 결합 메커니즘의 기하학적 특징을 변경하는 것을 포함하는 것인, 프로세스.
제27항에 있어서, 상기 보상 요소는, 상기 결합 메커니즘에 의해 상기 전기-기계 어셈블리 상에 조절가능하게 및/또는 착탈가능하게 배치된 하나 이상의 가동부(movable parts)를 포함하는 것인, 프로세스.
제20항에 있어서, 상기 전기-기계 어셈블리에 가해지는 결합을 조절하는 레버리지(leverage)를 상기 보상 메커니즘에 제공하는 것을 더 포함하는 프로세스.
제20항에 있어서, 상기 보상 요소와 상기 전기-기계 어셈블리 사이의 결합을 제어하도록 개별적으로 조절가능한 온도를 갖는 하나 이상의 국부적 열지대를 제공하는 것을 더 포함하는 프로세스.
제20항에 있어서, 상기 결합은, 온도 변화에 응답하여 자동으로 결합이 변경되는 자체-교정형인 것인, 프로세스.
제20항에 있어서, 상기 보상 요소의 온도를 구성가능하게 증가 또는 감소시킴으로써 상기 보상 요소와 상기 전기-기계 어셈블리 사이의 결합을 변경하기 위한 온도 제어 요소를 제공하는 것을 더 포함하는 프로세스.
제32항에 있어서, 상기 온도 제어 요소가 상기 보상 요소의 온도를 설정하도록 제어하는 것을 더 포함하는 프로세스.
제32항에 있어서, 상기 전기-기계 어셈블리의 온도 및/또는 장력을 감지하는 것을 더 포함하는 프로세스.
제32항에 있어서, 상기 전기-기계 어셈블리의 편향을 모니터링하는 것을 더 포함하는 프로세스.