KR20110061041A - 딥 드로잉 공법을 채용한 스프링 프로브 핀 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프레스 금형의 딥 드로잉 공정을 통하여 제조되는 스프링 프로브 핀의 몸체 등의 부품들과 또한 이를 부품으로 채용하여 제조되는 스프링 프로브 핀 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하여 만들어진 스프링 프로브 핀은 초고주파수 대역에서도 전기 신호의 손실을 최소화 할 수 있으므로 반도체의 검사에도 사용 될 수 있으며 반도체 검사 공정의 신뢰도를 대폭 높일 수 있고 대량생산이 가능하고 제조 단가를 파격적으로 낮출 수 있는 특장점을 가지고 있다.

딥 드로잉, 코일 스프링, 스프링 프로브 핀, 포고핀, 판형재, 탐침, 탄성력

Description

딥 드로잉 공법을 채용한 스프링 프로브 핀 및 그 제조방법 {The spring probe pin consists of dip drawn body, spring and plunger(s), and the manufacturing methods thereof}

본 발명은 반도체 테스트 및 정밀 커낵터의 주요 부품으로 사용되는 스프링 프로브 핀 또는 포고 핀에 관련하며 이들의 주요 부품으로 사용되는 원통형의 핀 몸체(11) 또는 원통형의 핀 몸체(11)와 탐침들(12,13)들을 프레스 금형의 딥 드로잉 방식으로 제조되는 스프링 프로브 핀 및 이 들의 제조 방법에 관한 것 이다.

포고핀(Pogo Pin)은 반도체 웨이퍼, LCD 모듈 및 반도체 패키지 등의 검사

장치, 각 종 소켓, 핸드폰의 배터리 연결부 등에 널리 쓰이는 부품이다.

도 1은 종래 포고핀(6)의 일 예를 도시한 도면이다.

도 1에서 보는 바와 같이 원통형의 핀 몸체(11) 내에 코일 스프링(14)이 삽

입되고, 코일 스프링의 양단에 상부 탐침(12) 및 하부 탐침(13)이 자리 잡고

있다.

도 2는 반도체 패키지 검사용 소켓의 일 예를 보인 단면도로서, 반도체 패키

지의 외부단자와 PCB상의 금속배선 사이를 연결하는 수단으로 포고핀을 사용

한 예를 보여주고 있다.

도면을 참조하면, 종래의 반도체 패키지 검사용 소켓(20)은, 피테스트 소자

(반도체 패키지)(3)의 외부단자(3a)와 테스트 보드(5)의 컨택트 패드(5a)를

전기적 으로 연결하는 역할을 하는 포고핀(6)들과, 이 포고핀들이 일정한 간격

으로 배열되도록 하며 포고핀들을 변형이나 외부의 물리적인 충격으로부터 보호

하기 위하여 포고핀들을 지지하는 절연성의 본체(1)로 구성된다.

포고핀(6)은, 관형의 핀 몸체(11)과; 핀 몸체(11)의 상측에 결합되어 패키지

(3)의 외부단자(3a)에 접촉되는 금속체로 된 상부 탐침(12)과; 상기 핀 몸체

(11)의 하측에 결합되어 테스트 보드(5)의 컨택트 패드(5a)에 접촉되는 금속체

로된 하부탐침(13)과; 상기 상부 탐침(12)에 상단부가 접촉되고 하부 탐침(13)

에 하단부가 접촉되도록 상기 핀 몸체(11)의 내부에 배치되어, 검사시 상부

탐침(12)이 패키지(3)의 외부단자(3a)에 접촉되고 하부 탐침(13)이 테스트

보드(5)의 컨택트 패드 (5a)에 접촉될 때 탄력적으로 접촉될 수 있도록 하기

위한 코일 스프링(14)으로 구성되어 있다.

그런데, 반도체 패키지의 소형화, 집적화 및 고성능화가 진행됨에 따라 이를

검사하기 위한 포고핀의 크기도 매우 작아져야 할 필요가 있다. 반도체 패키지의

외부단자(3a)들 사이의 거리가 가까워지는 만큼 포고핀(6)의 외경이 작아져야

하며, 반도체 패키지와 테스트 보드 사이의 전기 저항을 최소화하기 위해서는

포고 핀(6)의 길이가 최소화되어야 한다.

가공성 및 가공 단가의 측면; 기존의 스프링 프로브 핀은 정밀한 구조와 몸체의 진원도로 인하여 가공이 매우 까다롭고 가공비용이 매우 높다.

또한 반도체가 발전하는 과정에서 반도체 패키지의

외부단자(3a)들 사이의 거리가 가까워지는 만큼 포고핀(6)의 외경이 작아져야

하며, 반도체 패키지와 테스트 보드 사이의 전기 저항을 최소화하기 위해서는

포고 핀(6)의 길이가 최소화되어야 하나 이러한 요구들은 더욱 어려운 가공과정들과 높은 가공 단가를 필요로 한다.

전기신호의 품질 및 안정성 측면;

반도체 패키지와 테스트 보드 사이의 전기 신호 전달과정에서 전기신호의 손실을 최소화하여야 하는데 이를 위하여는 전달경로가 안정적이고 최단거리로 구성되어야 하나 통상의 포고 핀의 구조로는 이러한 요구들을 충족시키는 것은 어려운 과제이다.

기존의 포고 핀의 한 일예에 있어 도1의 상부 탐침(12) 에서 감지된 전기신호가 하부탐침(13)에 도달하는 최단 거리는 원통형의 몸체(11) 를 통하는 경우이지만 상 기 상부탐침이 상기 원통형의 몸체의 내부에서 자유롭게 상하 이동하며 고유의 역할을 해야 하는데도 불구하고 상기 상부 탐침과 상기 원통형의 몸체 사이 에 간격이 발생하므로 경로의 단절이 발생하고 이는 전기 신호 전달에 있어 단절되거나 불규칙하게 되는 결과를 낳게 되므로 이를 극복할 방안을 필요로 한다.

본 발명은 상기한 과제들을 해결하기 위한 방법을 제시한다. 방법을 이용하여 해결하고자 하는 하기의 목적들은 예시를 위한 것이며, 이들에 국한되는 것은 당연히 아니다.

가공방식으로써 기존의 선반 가공 등 많은 가공 시간과 어려운 작업과정을 채택하는 것을 탈피하면서도, 정밀도 및 진원도를 만족시킬 수 있으며, 구성되는 부품들을 일체화하여 부품의 수를 줄여서, 궁극적으로 대량 생산 및 저렴한 생산단가를 구현 하는 등의 주요 목적들을 들 수 있다.

또한 이를 바탕으로 본 발명은 소형의 크기를 가지면서도 탐침의 충분한 최대 이동 거리, 탄성력, 고성능의 전기 특성, 짧은 회로 길이, 고성능의 전기 특성 등을 보장하는 스프링 프로브 핀 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 스프링 프로브 핀에 사용되는

원통형의 핀 몸체(11), 상부 탐침(12) 또는 하부 탐침(13)을 제조하기 위하여, 한 실시 예로써, 프레스 공법의 딥 드로잉 방식을 채택한다.

또한 같은 방식으로 원통형의 핀 몸체(11)와 하부 탐침(12)을 일체화 하거나

원통형의 핀 몸체(11)와 상부 탐침(12)을 일체화하는 방법으로 부품의 수를 줄임으로써 생산단가를 낮추는 동시에 전기신호의 품질을 향상 시킬 수 있다.

본 발명의 요소로 사용되는 원통형의 핀 몸체(11) 등은 금속 판형재로 구성되며, 상기 금속 판형재 딥드로잉의 공법을 통하여 점차적으로 원통형태로 만들고 이후 도금 및 열처리 공정을 통하여 스프링 프로브 핀의 최종 부품으로 가공된다.

또한 같은 요령으로 2단의 원통을 만들고 작은 쪽 원통의 말단을 막힌 상태로 형성하는 과정등을 포함하여 이 말단부(들)이 을 하부 탐침(13) 또는 상부 탐침(12) 으로 만들어져 이 들 부 품들을 구성하여 스프링 프로브 핀을 제조 할 수 있다.

본 발명으로 제조되는 스프링 프로브 핀은

제조단가 측면에 있어서; 본 발명이 채용하는 원통형의 핀 몸체(11), 상부 탐침(12) 또는 하부 탐침(13) 등은 딥 드로잉 공법을 통하여 정밀 가공 및 대량 생 산이 가능 하고, 또한 이미 상용화 된 통상의 스프링을 채용하므로 제조단가를 대폭 절감할 수 있다.

품질 측면에 있어서; 원통형의 핀 몸체(11)와 상부 탐침(12)을 일체화 하거나 원통형의 핀 몸체(11)와 하부 탐침(13)을 일체화 하는 선택을 가능하고

한 실시 예인 딥 드로잉 공정의 특성상 원통형 몸체(11)의 외경 및 내경의 크기를 정확히 관리 할 수 있으므로 전기 신호의 경로를 안정적으로 확보 할 수 있어서 전기 신호의 손실을 최소화 할 수 있어 초 고파수 대역에도 채용 될 수 있다.

또한, 소형의 구조로써 고 집적도 용도, 0.4mm 피치, 및 제한 된 공간 에서도 탐침의 이동거리 및 접촉력을 충분하게 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세하게

설명한다. 본 발명의 권리범위는 아래의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야에서 통상적인 지식을가진 자에 의해 다양하게 변형 실시될 수 있다.

1. 본 발명의 실시 예 로써 채택되는 딥 드로잉 공법을 이용하여 가공되는 원통형의 핀 몸체(11),상부 탐침(12) 및 하부 탐침(13); 금속 판형재를 홈위에 올려 놓 고 일종의 공이를 이용하여 점차적 반복적으로 누르게 되면 원통형의 몸체 형상으로 만들어 질 수 있다. 공이의 외경은 원통의 내경이 되며 홈의 내경은 원통의 외경에 가깝게 원통을 형성하며 공정의 특성을 잘 활용하면 원통형의 핀 몸체(11),상부 탐침(12) 및 하부 탐침(13)등의 내 외경을 매우 정밀하게 구현 할 수 있다.

각 부품의 진원도 및 정확한 내 외경은 전달 되는 전기 신호 품질과 스프링 프로브 핀의 품질과 매우 밀접한 관계를 가진다. 이에 관하여는 “해결하고자 하는 과제”에서 일차 설명된 바 있다.

2. 본 발명을 이용한 포고 핀 및 그 제조 방법

본 발명에 따른 스프링 프로브 핀을 제조하기 위하여 종래의 포고핀 구조를 적용하는 것이 가능하다. 그러나 종래의 포고핀은 다수 부품의 결합에의해 제조되는 것으로서 소형인 포고핀의 크기에 의해 그 제조 공정이 상당히 난이하고 고가의 제조비용이 들어가게 된다.

본 발명의 일 실시예에서는 도 1에서 보는 종래의 포고 핀 구조에서 주요 부분인

원통형의 핀 몸체(11)를 평판재로부터 제조하여 제조 단가 및 기계적, 전기적 신뢰성을 높이는 구성을 개시한다.

본 발명을 이용하여 원통형의 핀 몸체(11),상부 탐침(12) 및 하부 탐침(13)등을 제조하기 위하여 사용되는 소재는 한 실시 예인 딥 드로잉 가공 단계에서 소정의 연신성이 요구되며, 내구성이 좋아야 한다. 또한 전기적 저항이 작은 것이 유리한데, 이러한 조건 에 부합되는 재료로는 인청동 합금이 선호되나, 기계적, 전기적 요구조건을 만족시키는 다른 재료도 사용될 수 있다.

딥드로잉 공정 끝난 후 선택적으로 도금 및 열처리 공정을 추가할 수 있는데, 도금 재료로는 금과 같은 전기 저항이 낮은 재료가 사용되며, 소둔(annealing), 공랭(normalizing), 급랭(quenching), 뜨임(tempering) 등의 열처리가 필요에 따라 사용될 수 있다.

본 발명에 의한 스프링 프로브 핀은 종래의 코일스프링 및 포고핀에 비하여 소형으로 제조 가능하며, 부품의 가공을 딥 드로잉 공법을 이용하여 대량생산이 가능하므로 제조 단가가 저렴한 장점이 있다. 또한, 소형의 크기에도 충분한 탐침이동 가능 거리 및 스프링력을 확보할 수 있게 되는 장점이 있다.

본 발명에 의해 제조된 스프링 프로브 핀은 반도체 웨이퍼, LCD 모듈 및 반도체 패키지 등의 검사 장치, 각 종 소켓, 핸드폰의 배터리 연결부, 컴퓨터 CPU의 연결부, 반도체의 DC 테스터, 반도체의 Burn-in 테스터 및 상용의 정밀 커넥터 등에 널리 사용될 수 있다.

도 1 종래 포고핀(6)의 일 예를 도시한 도면

도 2 반도체 패키지 검사용 소켓의 일 예를 보인 단면도

도 3 딥 드로잉으로 제조되는 원통형의 몸체의 한 실시 예

도 4 딥 드로잉으로 제조되는 탐침 일체형 몸체의 한 실시 예

도 5 딥 드로잉으로 제조되는 탐침 일체형 몸체의 한 실시 예

도 6 탐침 일체형 몸체를 타 구조물과 연결하기 위한 돌기물의 한 실시 예

도 7 탐침 일체형 몸체를 타 구조물과 연결하거나 탐침을 가두기 위한 돌기물의 한 실시 예

도 8 탐침 일체형 몸체들을 이용한 스프링 프로브 핀의 한 실시 예

도면의 주요부분에 대한 설명

6 포고핀

12, 13 탐침

3 반도체 패키지

3a 외부 단자

800 원통형의 몸체

801 원통형 몸체의 본체

802 프랜지 형태의 턱을 가진 원통형 몸체의 한 단면

803 원통형 몸체의 일단

900 탐침 일체형 몸체

901 탐침 일체형 몸체의 원통형 몸체

902 탐침 일체형 몸체의 원뿔

903 작은 직경의 원통형 몸체

904 몸체 걸개

905 탐침 걸개

900s 탐침 일체형 작은 몸체

900b 탐침 일체형 큰 몸체

Claims (9)

1. 원통형 몸체(800), 코일 스프링(14), 상부 탐침(12) 와 하부 탐침(13) 을 포함하며, 상기 원통형 몸체(800)의 한쪽 끝은 원형 턱(802)의 형태를 가지며 다른 한쪽 끝은 일반적인 원통의 단면을 가지고,

   상기 상부탐침(12)은 원통형 몸체(800)의 한쪽 끝에 일부가 돌출하는 형태로 위치하되 원통형 몸체의 턱(802)으로 저지되어 원통형 몸체(800)의 밖으로 이탈하지 않으며, 코일 스프링(14)은 원통형 몸체(800)의 내부에 위치하면서 상부 탐침(12)과 하부 탐침(13)을 탄성력을 가지고 지지하는 것을 특징으로 하는 스프링 프로브 핀
2. 탐침 일체형 몸체(900), 코일 스프링(14), 상부 탐침(12) 와 하부 탐침(13) 을 포함하며, 상기 탐침 일체형 몸체(900)의 한쪽 끝은 원뿔(902))의 형태를 가지며 다른 한쪽 끝은 일반적인 원통의 단면을 가지며,

   상기 원뿔(902)는 하부탐침(13)의 역할을 대신하며 코일 스프링(14)은 원통형 몸체(900)의 내부에 위치하면서 상부 탐침(12)과 원뿔(902)등을 탄성력을 가지고 지지하는 것을 특징으로 하는 스프링 프로브 핀
3. 원통형의 몸체(901)의 한쪽 끝이 상대적으로 작은 직경의 원통형 몸체(903)로 연장되고 작은 원통형 몸체(903)의 말단부는 원뿔(902) 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 탐침 일체형 몸체
4. 청구항 2 및 청구항 3 에 있어서 원통형의 몸체(901)의 다른 한쪽 끝에 하나 이상의 연장된 돌기물(들)로 구성되는 탐침 걸개(905)가 연장되어 있어 이를 원통형의 몸체(901)의 원 중심방향으로 절곡하여 원통형의 몸체 내부에 소재한 상부 탐침(12) 및 스프링(14)부품이 분리되는 것을 방지 할 수 있도록 준비된 것을 특징으로 하는 탐침 일체형 몸체
5. 청구항 2 및 청구항 3 에 있어서 원통형의 몸체(901)의 다른 한쪽 끝에는 하나 이상의 외팔보 형태 돌기물(들)로 구성 되는 몸체 걸개(904)가 돌출되어 있어 이를 이용하여 원통형의 몸체를 타 구조물에 장착할 수 있도록 준비 된 것을 특징으로 하는 탐침 일체형 몸체
6. 청구항 2 및 청구항 3 에 있어서 원통형의 몸체(901)의 한쪽 끝에 하나 이상의 연장된 돌기물(들)의 형태의 탐침 걸개(905)가 있어 이후 이를 원통형의 몸체(901) 원의 중심방향으로 절곡하여 원통형의 몸체 내부에 소재한 부품이 분리되는 것을 방지 할 수 있도록 준비되고, 또한 하나 이상의 연장된 외팔보 형태의 돌기물(들)로 구성되는 몸체 걸개(904)가 있어 이를 이용하여 원통형의 몸체를 타 구조물에 장착할 수 있도록 준비 된 것을 특징으로 하는 탐침 일체형 몸체
7. 탐침 일체형 작은 몸체(900s), 탐침 일체형 큰 몸체(900b) 그리고 코일 스프링(14)를 포함하며,

   탐침 일체형 작은 몸체(900s)의 원통부위가 탐침 일체형 큰 몸체(900b)의 원통부위 내부에 삽입되며 코일 스프링(14)의 일부는 탐침 일체형 작은 몸체(900s)의 내부에 위치하고 코일 스프링(14)의 다른 일부는 탐침 일체형 큰 몸체(900b)의 내부에 위치하며 탐침 일체형 작은 몸체(900s)와 탐침 일체형 큰 몸체(900b)는 각각 코일 스프링(14)에 의하여 탄성적으로 지지되고 상하방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 스프링 프로브 핀
8. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 3, 청구항 4, 청구항 5, 청구항 6 및 청구항 7 에 있 어서, 몸체를 만드는데 사용되는 금속이 인청동 합금인 것을 특징으로 하는 탐침 일체형 몸체
9. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 3, 청구항 4, 청구항 5, 청구항 6 및 청구항 7 에 있어서, 몸체 금속의 표면에 금 도금 층이 형성되는 것을 특징으로 하는 탐침 일체형 몸체

Images