KR20120005941A - 회로 기판 검사용 프로브 유닛 및 회로 기판 검사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 하나의 프로브 유닛으로, 파인 피치(협피치)에 대응 가능하고, 또한, 필요에 따라 4단자대법에 의한 측정도 가능하게 하는 프로브 유닛을 제공하는 것이다. 복수 개의 프로브 핀(122)을 갖는 핀 블록(120)과, 핀 블록(120) 상에 배치되고, 내부에 각 프로브 핀(122)을 회로 기판 검사 장치의 검사부에 접속하기 위한 전기 배선(112)을 갖는 테스트 헤드부(110)를 구비하고 있는 회로 기판 검사용 프로브 유닛에 있어서, 프로브 핀(112) 중에서, 4단자대법용의 프로브 핀으로서 2개의 전류 프로브 핀(P1, P2) 및 2개의 전압 프로브 핀(P3, P4)을 선택하고, 테스트 헤드부(110) 내에 전류 프로브 핀(P1, P2) 및 전압 프로브 핀(P3, P4)용의 전기 배선으로서 4개의 동축 케이블(C1∼C4)을 인입하고, 4단자대법에 의해, 각 동축 케이블의 외부 도체(S) 전부를 테스트 헤드부(110) 내에서 도체 패턴(113)에 의해 전기적으로 접속하여 단락시킨다.

Description

회로 기판 검사용 프로브 유닛 및 회로 기판 검사 장치{PROBE UNIT FOR INSPECTION OF CIRCUIT BOARD AND CIRCUIT BOARD INSPECTION DEVICE}

본 발명은, 회로 기판의 검사에 사용되는 복수 개의 프로브 핀(도전 접촉 핀)을 갖는 프로브 유닛에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하면, 파인 피치[협(狹)피치]에 대응 가능하고, 또한, 필요에 따라 4단자대법에 의한 측정도 가능하게 하는 회로 기판 검사용 프로브 유닛 및 회로 기판 검사 장치에 관한 것이다.

회로 기판에 존재하는 도체 패턴, 실장 부품이나 소자 등의 피측정 시료의 임피던스를 측정하는 방법의 하나로서 4단자법이 있다.

4단자법에 있어서는, 도 4의 모식도에 나타내는 바와 같이, 기본적인 구성으로서, 측정 신호를 발생시키는 측정 신호원(1)과, 전압 검출 수단으로서의 전압계(2)와, 전류 검출 수단으로서의 전류계(3)를 구비한다.

프로브 핀에는, 측정 신호원(1)으로부터 피측정 시료(DUT)로 흐르는 측정 전류 경로 내에 포함되는 2개의 전류 프로브 핀(P1, P2)[P1이 고전위(Hc) 측이고, P2가 저전위(Lc) 측]과, 피측정 시료(DUT)의 전압 검출 경로 내에 포함되는 2개의 전압 프로브 핀(P3, P4)[P3이 고전위(Hp) 측이고, P4가 저전위(Lp) 측]의 4개의 프로브 핀이 사용된다.

또한, 이들 각 프로브 핀은 구조적으로는 변하지 않지만, 본 명세서에서는, 설명의 편의상, 전류 계통 측인 것을 전류 프로브 핀이라고 하고, 전압 계통 측인 것을 전압 프로브 핀이라고 한다.

측정에 있어서는, 측정 신호원(1)으로부터 전류 프로브 핀(P1, P2)을 통해 피측정 시료(DUT)로 예를 들어 정전류를 흐르게 하고, 이에 의해 피측정 시료(DUT)의 양단에 발생하는 전압을 전압 프로브 핀(P3, P4)을 통해 전압계(2)로 측정하고, 전류계(3)에 의한 전류값과, 전압계(2)에 의한 전압값에 기초하여, 피측정 시료(DUT)의 임피던스(Z)를 측정한다.

이 4단자법에 의하면, 측정계의 전기 배선(리드선)의 배선 저항이나 피측정 시료와의 접촉 저항의 영향을 거의 배제할 수 있으나, 측정 전류 경로에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자속이 전압 검출 경로를 지나가면, 검출 전압에 오차가 발생하고, 이 오차가 임피던스 측정값에 포함되게 된다.

이 현상은, 예를 들어 특허문헌 1(일본 특허공개공보 제2000-292439호)에 기재되어 있는 바와 같이, LSI 등의 반도체 집적 회로의 파인 피치에 대응하여 다수 개의 프로브 핀이 밀집되어 있는 프로브 유닛에서, 특히 높은 주파수의 측정 전류로 측정을 행하는 고주파 측정시에 문제가 된다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 발명에서는, 중앙 부분에 좌굴부를 갖는 좌굴 프로브 핀을 사용함으로써, 프로브 핀의 밀집 배치를 가능하게 하고 있다.

이 전자 유도에 의한 문제는, 4단자대법에 의해 해결할 수 있다. 도 5에, 4단자대법의 접속 상태를 모식적으로 나타낸다.

도 5를 참조하여, 4단자대법의 경우, 전류 프로브 핀(P1, P2)의 전기 배선으로서 동축 케이블(C1, C2)을 사용하고, 마찬가지로, 전압 프로브 핀(P3, P4)의 전기 배선에도 동축 케이블(C3, C4)을 사용한다. 그리고, 각 동축 케이블(C1∼C4)의 각 외부 도체(실드 피복선)(S) 전부를 각 프로브 핀의 기단(基端) 부근에서 리드선(5)으로 접속하여 단락시킨다.

동작에 대해, 측정 신호원(1)으로부터 Hc 라인을 통해 피측정 시료(DUT)로 측정 전압(V)을 인가하면(이 인가 전압은 Hp 라인과 동일), 피측정 시료(DUT)에는 V/Z인 측정 전류가 흐른다. 이 측정 전류는 전류계(3)를 지나고, 그대로 반대 방향으로 외부 도체를 흘러 측정 신호원(1)으로 되돌아간다(도 5의 전류의 흐름 방향을 나타내는 화살표 참조).

이때, 피측정 시료(DUT)의 반대 측에서는, Lp가 Lc(=GND)가 되도록 귀환 제어 회로(FC)가 동작한다. 따라서, 피측정 시료(DUT)에는, 전압계(2)의 양단과 동일한 전압이 가해지기 때문에, 전압계(2)가 나타내는 값은, 피측정 시료(DUT)의 양단 전압과 동일해진다.

이와 같이, 4단자대법에 의하면, 측정 전류 경로 내에서, 측정 전류의 왕로(往路)와 복로(復路)가 중첩되기 때문에, 상기 4단자법의 이점을 유지하면서, 측정 전류에 의해 발생하는 자속의 영향(전자 유도)을 경감시킬 수 있다.

또한, 각 동축 케이블(C1∼C4)의 각 외부 도체(S) 전부를 리드선(5)으로 접속하고 있는 것은, 상기 전압을 측정할 때에, 그것에 관여하는 Hp, Lp의 각 외부 도체(S)의 전위가 확정되어 있지 않은 상태는 바람직하지 않거나 한 이유에 따른 것이다.

그러나, 4단자대법으로 하기 위해서는, 그 전기 배선으로서 동축 케이블을 사용하기 때문에, 각 프로브 핀 사이의 간격이 넓어져 파인 피치에 대응할 수 없다.

덧붙여 말하면, 이러한 종류의 프로브 유닛에 있어서, 통상적으로는 직경이 0.14mm 정도인 단선 리드와이어가 사용되어, 프로브 핀 사이의 피치는 약 0.12mm 정도로까지 좁게 할 수 있지만, 동축 케이블의 경우, 그 직경이 약 3mm 정도이기 때문에, 이것으로는 파인 피치에 대응할 수 없다.

따라서, 본 발명의 과제는, 하나의 프로브 유닛으로, 파인 피치(협피치)에 대응 가능하고, 또한, 필요에 따라 4단자대법에 의한 측정도 가능하게 하는 프로브 유닛을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 피검사 회로 기판의 소정의 검사 부위에 접촉 가능한 복수 개의 프로브 핀을 갖는 핀 블록과, 상기 핀 블록 상에 배치되고, 내부에 상기 각 프로브 핀을 회로 기판 검사 장치의 검사부에 접속하기 위한 전기 배선을 갖는 테스트 헤드부를 구비하고 있는 회로 기판 검사용 프로브 유닛에 있어서, 상기 복수 개의 프로브 핀 중, 상기 검사부 내의 측정 신호원과 상기 피검사 회로 기판 사이의 측정 전류 경로에 포함되는 특정된 2개의 전류 프로브 핀과, 상기 검사부 내의 전압 검출 수단과 상기 피검사 회로 기판 사이의 전압 검출 경로에 포함되는 특정된 2개의 전압 프로브 핀이 4단자대법용의 프로브 핀으로 선택되고, 상기 테스트 헤드부 내에는, 상기 각 전류 프로브 핀 및 상기 각 전압 프로브 핀용의 전기 배선으로서 4개의 동축 케이블이 인입되어 있고, 상기 각 동축 케이블의 내부 도체가 대응하는 상기 전류 프로브 핀과 상기 전압 프로브 핀에 각각 접속되어 있음과 함께, 4단자대법에 의해 상기 각 동축 케이블의 외부 도체 전부가 상기 테스트 헤드부 내에서 소정의 도통 수단에 의해 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 바람직한 양태에 의하면, 상기 도통 수단이, 상기 테스트 헤드부의 상기 핀 블록과 대향하는 바닥부 기판의 내면에 형성된 도체 패턴으로 이루어지고, 상기 각 동축 케이블의 외부 도체가, 각각 상기 도체 패턴에 접속된다.

이와는 다른 양태로서, 본 발명에는, 상기 도통 수단이 상기 각 동축 케이블의 외부 도체 사이에 배선된 리드선으로 이루어지는 양태도 포함되어도 된다.

파인 피치에 대응할 수 있게 하기 위해, 상기 각 전류 프로브 핀 및 상기 각 전압 프로브 핀 이외의 각 프로브 핀의 상기 전기 배선으로서 리드와이어가 사용되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 각 전류 프로브 핀 및 상기 각 전압 프로브 핀 이외의 각 프로브 핀은, 4단자법에 의한 계측에 적용되어도 된다.

보다 바람직하게는, 프로브 핀의 밀집 배치를 가능하게 하기 위해, 상기 각 전류 프로브 핀 및 상기 각 전압 프로브 핀을 포함하여 상기 각 프로브 핀이 탄성 한계 내에서 축 방향과 직교하는 방향으로 변형되는 좌굴부를 구비하고 있는 좌굴 프로브 핀이면 좋다.

본 발명에는, 상기 각 양태에 의한 회로 기판 검사용 프로브 유닛을 갖는 회로 기판 검사 장치도 포함된다.

본 발명의 프로브 유닛 내에는, 전기 배선으로서 동축 케이블을 사용한 4단자대법에 의한 프로브 핀이 포함되어 있기 때문에, 고주파 계측이 필요한 검사시에는, 배선 사이의 전자 유도의 영향이 적은 동축 케이블을 사용하는 계측을 행하고, 고주파 계측이 필요없는 검사시에는, 통상적인 리드와이어를 사용하는 파인 피치에 대응 가능한 계측을 행할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 회로 기판 검사 장치의 기본적인 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는, 상기 회로 기판 검사 장치에 포함되어 있는 프로브 유닛을 나타내는 모식도이다.
도 3은, 상기 프로브 유닛의 주요부를 나타내는 분해 단면도이다.
도 4는, 4단자법의 접속 상태를 나타내는 모식도이다.
도 5는, 4단자대법의 접속 상태를 나타내는 모식도이다.

다음으로, 도 1 내지 도 3에 의해, 본 발명의 실시형태에 대해 설명하는데, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 회로 기판 검사 장치의 구성을 개략적으로 설명하면, 이 회로 기판 검사 장치는, 프로브 유닛(10)과, 이동 기구(20)와, 검사부(30)와, 제어부(40)를 구비한다.

이동 기구(20)는, 제어부(40)로부터의 지시에 따라서 프로브 유닛(10)을 기판 지지부(51) 상에 탑재되어 있는 피검사 회로 기판(50)에 접촉·이반시킨다. 피검사 회로 기판(50)은, 베어보드나 부품이 실장되어 있는 실장 기판 등이면 된다.

또한, 프로브 유닛(10)을 고정 배치로 하고, 이동 기구(20)에 의해 기판 지지부(51) 측을 구동시켜 피검사 회로 기판(50)을 프로브 유닛(10)에 대해 접촉·이반시키도록 해도 된다.

이 실시형태에 있어서, 검사부(30)에는, 앞의 도 4, 도 5에서 설명한 4단자 계측이나 4단자대 계측을 행하기 위한 측정 신호원(1), 전압 검출 수단으로서의 전압계(2) 및 전류 검출 수단으로서의 전류계(3) 등이 설치되어 있고, 프로브 유닛(10)을 통해 피검사 회로 기판(50)의 소정 부위의 임피던스 등을 측정한다.

제어부(40)에는, A/D 변환기를 갖는 입력부나, 연산·판정 기능을 갖는 CPU(중앙 연산 처리 유닛) 등이 포함되어 있어, 검사부(30)에서 측정된 임피던스값 등을 기준값과 비교하여, 피검사 회로 기판(50)의 양부(良否) 판정을 행한다. 제어부(40)에는, 표시 수단으로서의 디스플레이나, 외부 기기와의 인터페이스 등이 설치되어도 된다.

도 2를 참조하여, 프로브 유닛(10)은, 테스트 헤드부(110)와, 핀 블록(120)을 구비하고 있다. 이 실시형태에 있어서, 테스트 헤드부(110)는, 플랫 케이블(FC)과, 동축 케이블(CC)을 통해 검사부(30)에 접속된다.

이 실시형태에 있어서, 플랫 케이블(FC)은 통상적인 4단자 계측용이고, 동축 케이블(CC)은 4단자대 계측용이다. 사용하는 플랫 케이블(FC)의 케이블 개수는, 그 내부의 배선 수와, 이 회로 기판 검사 장치에서 사용하는 프로브 핀의 개수에 따라 다르다. 플랫 케이블(FC) 대신, 통상적인 리드 배선이 사용되어도 된다.

동축 케이블(CC)에는, 앞의 도 5에서 설명한 바와 같이, 4개의 동축 케이블(C1∼C4)이 포함되어 있다. 이 실시형태에 있어서도, 동축 케이블(C1, C2)은, 측정 신호원(1)으로부터 피검사 회로 기판(50)으로 흐르는 측정 전류 경로 내에 포함되고, C1이 고전위(Hc) 측이고, C2가 저전위(Lc) 측이다.

이에 대해, 동축 케이블(C3, C4)은, 피검사 회로 기판(50)의 전압 검출 경로 내에 포함되고, C3이 고전위(Hp) 측이고, C4가 저전위(Lp) 측이며, 이들 각 동축 케이블(C1, C2, C3, C4)은, 도 5에 나타내는 양태에서 4단자대법의 측정 신호원(1), 전압계(2), 전류계(3) 및 귀환 제어 회로(FC)에 접속된다. 또한, 각 동축 케이블(C1∼C4)을 구별할 필요가 없는 경우에는, 총칭으로서 동축 케이블(CC)로 한다.

도 3을 참조하여, 테스트 헤드부(110)는, 상자형의 박스체(111)를 갖고, 박스체(111) 내에는, 플랫 케이블(FC)의 내부 배선과 접속되는 복수 개(예를 들어 100∼1000개 정도)의 리드와이어(112)가 배선되어 있음과 함께, 4개의 동축 케이블(C1∼C4)이 인입되어 있다.

리드와이어(112)에는, 예를 들어 직경이 0.12mm 정도인 마그넷 와이어가 바람직하게 채용된다. 이 실시형태에 있어서, 각 리드와이어(112)는, 도시되지 않은 스캐너(멀티플렉서)를 통해 검사부(30) 내의 4단자 계측부에 접속된다.

박스체(111)의 바닥부 기판(111a)이 핀 블록(120)에 대한 커넥터 부분이며, 각 리드와이어(112)의 하단부 및 동축 케이블(CC)의 각 내부 도체(IL)는, 바닥부 기판(111a)에 형성되어 있는 구멍을 지나 테스트 헤드부(110)의 바닥면에 노출되어 있다.

각 동축 케이블(CC)의 외부 도체(S)는, 박스체(111) 내에서 바닥부 기판(111a) 근처에서 노출되고, 4단자대법에 의해, 그 각각이 서로 전기적으로 접속(단락)된다.

이 실시형태에서는, 각 외부 도체(S) 사이의 전기적 접속(단락)을 용이하게 하기 위해, 바닥부 기판(111a)의 내면에 도체 패턴(113)을 형성하고, 각 외부 도체(S)를 도체 패턴(113)에 접촉시키도록 하고 있다. 또한, 이 실시형태와는 달리, 앞의 도 5에서 설명한 바와 같이, 각 외부 도체(S)를 리드선(5)으로 접속하여 단락시키도록 해도 된다.

다음으로, 동일하게 도 3을 참조하여, 핀 블록(120)에 대해 설명한다. 핀 블록(120)은, 상부 기판(121a), 바닥부 기판(121b) 및 이들의 주위를 둘러싸는 측판(121c)으로 이루어지는 박스체(121)를 구비하고, 이 박스체(121) 내에 복수 개의 프로브 핀(122)이 수납되어 있다.

이 실시형태에 있어서, 각 프로브 핀(122)에는, 중앙 부분에 탄성 한계 내에서 축 방향과 직교하는 방향으로 변형(만곡)되는 좌굴부(122a)를 갖는 텅스텐 등으로 이루어지는 좌굴 프로브 핀이 사용되고 있다.

이 좌굴 프로브 핀에 의하면, 핀 직경이 좁아도 되기 때문에, 피검사 회로 기판(50)의 파인 피치에 대응하여, 프로브 핀을 밀집적으로 배치할 수 있지만, 밀집 배치할 필요가 없는 경우에는, 예를 들어 배럴 내에 코일 스프링을 구비한 스프링 가압에 의한 통상적인 프로브 핀이 사용되어도 된다.

각 프로브 핀(좌굴 프로브 핀)(122)은, 그 상단면이 각 리드와이어(112) 및 동축 케이블(CC)의 각 내부 도체(IL)와 접촉할 수 있도록 노출된 상태에서 상부 기판(121a)에 고정되고, 하단 측의 접촉 단자는 바닥부 기판(121b)에 천공되어 있는 구멍(123)을 지나 핀 블록(120)의 바닥면 측에 돌출되어 있으며, 피검사 회로 기판(50)에 대한 접촉압에 따라 좌굴부(122a)가 탄성적으로 만곡된다.

본 발명에서는, 복수 개의 프로브 핀(122) 중에서, 4개의 프로브 핀(P1∼P4)이 4단자대법용으로서 선택되고, 다른 프로브 핀(122)은, 프로브 핀군(PG)으로서 리드와이어(112)와 접속된다.

앞의 도 5를 참조하여, 프로브 핀(P1)은, 고전위(Hc) 측의 전류 프로브 핀으로서 동축 케이블(C1)의 내부 도체(IL)와 접속되고, 프로브 핀(P2)은, 저전위(Lc) 측의 전류 프로브 핀으로서 동축 케이블(C2)의 내부 도체(IL)와 접속된다.

한편, 프로브 핀(P3)은, 고전위(Hp) 측의 전압 프로브 핀으로서 동축 케이블(C3)의 내부 도체(IL)와 접속되고, 프로브 핀(P4)은, 저전위(Lp) 측의 전압 프로브 핀으로서 동축 케이블(C4)의 내부 도체(IL)와 접속된다.

이와 같이, 이 실시형태에 의한 프로브 유닛(10)에는, 전기 배선으로서 동축 케이블을 사용한 4단자대 계측용의 프로브 핀(P1∼P4)과, 통상적인 4단자 계측용의 프로브 핀군(PG)이 포함되어 있기 때문에, 필요에 따라, 4단자대 계측 및/또는 4단자 계측을 행할 수 있다.

또한, 도 3에서는 작도(作圖)의 사정상, 4단자대 계측용의 프로브 핀(P1∼P4)과, 통상적인 4단자 계측용의 프로브 핀군(PG)을 나누어 배치하고 있으나, 피검사 회로 기판(50)의 회로 패턴의 형상에 따라, 프로브 핀(P1∼P4) 사이에 다른 프로브 핀이 배치되어도 된다.

이에 관련하여, 각 동축 케이블(CC)의 외부 도체(S)끼리를 전기적으로 접속하는 도체 패턴(113)을, 리드와이어(112)와는 접촉하지 않는 것을 조건으로 하여, 테스트 헤드(110)의 바닥부 기판(111a)의 내면 전체면에 걸쳐 형성해도 된다.

또한, 다른 프로브 핀군(PG)에 대해서도, 그 용도는 4단자 계측에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 2단자법에 의한 회로 패턴의 단선 검사나, 회로 패턴 사이의 쇼트, 오픈 검사, 그 밖에 회로 패턴의 정전 용량 측정 등에 사용되어도 된다.

Claims (7)

1. 피검사 회로 기판의 소정의 검사 부위에 접촉 가능한 복수 개의 프로브 핀을 갖는 핀 블록과, 상기 핀 블록 상에 배치되고, 내부에 상기 각 프로브 핀을 회로 기판 검사 장치의 검사부에 접속하기 위한 전기 배선을 갖는 테스트 헤드부를 구비하고 있는 회로 기판 검사용 프로브 유닛에 있어서,
   상기 복수 개의 프로브 핀 중, 상기 검사부 내의 측정 신호원과 상기 피검사 회로 기판 사이의 측정 전류 경로에 포함되는 특정된 2개의 전류 프로브 핀과, 상기 검사부 내의 전압 검출 수단과 상기 피검사 회로 기판 사이의 전압 검출 경로에 포함되는 특정된 2개의 전압 프로브 핀이 4단자대법용의 프로브 핀으로 선택되고,
   상기 테스트 헤드부 내에는, 상기 각 전류 프로브 핀 및 상기 각 전압 프로브 핀용의 전기 배선으로서 4개의 동축 케이블이 인입되어 있고, 상기 각 동축 케이블의 내부 도체가 대응하는 상기 전류 프로브 핀과 상기 전압 프로브 핀에 각각 접속되어 있음과 함께, 4단자대법에 의해 상기 각 동축 케이블의 외부 도체 전부가 상기 테스트 헤드부 내에서 소정의 도통 수단에 의해 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 회로 기판 검사용 프로브 유닛.
2. 제1항에 있어서,
   상기 도통 수단이, 상기 테스트 헤드부의 상기 핀 블록과 대향하는 바닥부 기판의 내면에 형성된 도체 패턴으로 이루어지고, 상기 각 동축 케이블의 외부 도체가, 각각 상기 도체 패턴에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 회로 기판 검사용 프로브 유닛.
3. 제1항에 있어서,
   상기 도통 수단이 상기 각 동축 케이블의 외부 도체 사이에 배선된 리드선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회로 기판 검사용 프로브 유닛.
4. 제1항에 있어서,
   상기 각 전류 프로브 핀 및 상기 각 전압 프로브 핀 이외의 각 프로브 핀의 상기 전기 배선으로서 리드와이어가 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 회로 기판 검사용 프로브 유닛.
5. 제1항에 있어서,
   상기 각 전류 프로브 핀 및 상기 각 전압 프로브 핀 이외의 각 프로브 핀은, 4단자법에 의한 계측에 적용되는 것을 특징으로 하는 회로 기판 검사용 프로브 유닛.
6. 제1항에 있어서,
   상기 각 전류 프로브 핀 및 상기 각 전압 프로브 핀을 포함하여 상기 각 프로브 핀이 탄성 한계 내에서 축 방향과 직교하는 방향으로 변형되는 좌굴부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 회로 기판 검사용 프로브 유닛.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 회로 기판 검사용 프로브 유닛을 갖는 회로 기판 검사 장치.

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