KR20120019038A - 프로브 카드용 세라믹 기판 제조 방법 및 프로브 카드용 세라믹 기판 - Google Patents

프로브 카드용 세라믹 기판 제조 방법 및 프로브 카드용 세라믹 기판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프로브 카드용 세라믹 기판 제조 방법 및 프로브 카드용 세라믹 기판에 관한 것으로, 도전성 물질로 채워진 비아 전극이 형성된 프로브 카드용 세라믹 기판을 마련하는 단계; 상기 세라믹 기판과 비아 전극 사이에 발생한 보이드에 열 경화성 수지를 포함하는 충진 물질을 충진하는 단계; 및 상기 보조 충진제를 경화시키는 단계;를 포함하는 프로브 카드용 세라믹 기판 제조 방법이 제공된다. 본 발명에 따르면 비아 전극과 세라믹 기판 사이에 형성된 보이드가 제거되기 때문에 비아 전극과 프로브 팁 사이의 고착 강도를 강화할 수 있고, 비아 전극 주변이 함몰되는 것과 같은 불량을 방지할 수 있다.

Description

프로브 카드용 세라믹 기판 제조 방법 및 프로브 카드용 세라믹 기판 {MANUFACTURING METHOD FOR CERAMIC SUBSTRATE FOR PROBE CARD AND CERAMIC SUBSTRATE FOR PROBE CARD}
본 발명은 프로브 카드용 세라믹 기판 제조 방법 및 프로브 카드용 세라믹 기판에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 세라믹 기판에 형성된 보이드를 제거하여 프로브 팁의 고착 광도를 높인 세라믹 기판의 제조 방법 및 세라믹 기판에 관한 것이다.
일반적인 반도체 테스트 장치는 테스터(Tester), 퍼포먼스 보드(Performance board), 프로브 카드(Probe card), 척(Chuck) 및 프로버(Prober)를 구비하여, 웨이퍼(Wafer)에 제조된 칩(Chip)들의 전기적인 특성을 테스트한다. 그리고, 반도체 테스트 장치의 프로브 카드는 테스터에서 발생한 신호(Signal)를 퍼포먼스 보드를 통해 전달받아 이를 웨이퍼 내 칩의 패드(Pad)들로 전달하는 역할 및 칩의 패드들로부터 출력되는 신호를 퍼포먼스 보드를 통해 테스터로 전달하는 역할을 수행한다.
종래 프로브 카드는 프로브 카드 중앙부에 개구부가 형성되며 신호선이 형성된 프로브 기판, 프로브 기판의 개구부에 결합되는 프로브 팁 고정대 및 프로브 팁 고정대의 밑면에 고정되는 프로브 팁으로 구성되어 있다.
최근 제품의 고집적화 및 소형화 추세에 의해 테스트되는 칩의 사이즈가 작아지므로 이를 테스트하기 위한 프로브 카드의 패턴 및 비아 전극이 역시 미세화 되고 있다.
프로브 카드의 소형화와 열충격에 대한 신뢰성을 위하여, 세라믹을 이용한 기판이 사용되고 있다.
세라믹 기판의 주성분은 저온 동시 소성이 가능한 글래스(glass)가 다량 포함된 세라믹 조성물이다.
저온 동시 소성 세라믹 (Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC) 기판을 제조하는 방법은 다양한데, 그 중 소성시 세라믹 기판이 수축하는 지 여부에 따라 수축 공법 및 무수축 공법으로 분류할 수 있다.
수축 공법에 의하여 세라믹 기판을 제조하는 경우 세라믹 기판의 수축으로 인한 내부 전극 패턴 및 비아 전극의 위치 정밀도가 낮아지기 때문에 위치 정밀도를 높이기 위하여 무수축 공법으로 세라믹 기판을 제조한다.
무수축 공법으로 제조되는 세라믹 기판에서 각 층을 이루는 세라믹 그린시트의 일부를 펀치하여 비아홀을 형성한 후, 비아 홀 내에 도체 페이스트를 충진함으로써, 비아 전극부를 형성하며, 비아 전극부는 세라믹 그린시트에 형성된 내부 전극과 외부 전극을 전기적으로 연결하는 기능을 한다.
그러나, 이러한 무수축 공법을 이용하여 세라믹 기판을 제조할 때에도, 소성 시에 세라믹 적층체를 이루는 세라믹 그린 시트와 비아 전극부, 외부 전극부 및 내부 전극부가 서로 다른 재질로 형성되므로 그 계면에서 수축 특성 차이 및 열팽창계수의 차이에 의해 보이드가 형성된다.
이러한 보이드에 의하여 세라믹 그린 시트와 보이드 사이의 충분한 계면 결합이 형성되지 못하여 프로브 팁의 고착 강도가 약해지고, 비아 전극 주변의 꺼짐 불량이 발생하여 프로브 기판의 신뢰성을 저하시키는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 세라믹 기판 내부의 보이드를 제거하여 프로브 팁과 세라믹 기판의 고착강도를 향상시키기 위한 것이며, 특히 신뢰도가 높은 프로브 카드용 세라믹 기판을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시 형태는,
비아 전극이 형성된 세라믹 기판을 마련하는 단계; 세라믹 기판과 비아 전극 사이에 발생한 보이드에 열 경화성 수지를 포함하는 충진 물질을 충진하는 단계; 및 충진 물질을 경화시키는 단계;를 포함하는 프로브 카드용 세라믹 기판 제조 방법을 제공한다.
상기 충진 물질은 스크린 프린팅 또는 주사 방법에 의하여 충진될 수 있다.
상기 충진 물질을 경화시킨 후에 상기 세라믹 기판의 표면을 연마하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 도전성 물질은 Ag 또는 Cu 일 수 있다. 그리고 상기 열 경화성 수지는 폴리이미드일 수 있다. 상기 충진 물질은 Ag 또는 Cu 파우더를 포함할 수 있다. 또한, 상기 충진 물질은 세라믹 파우더를 포함할 수 있고, 300 내지 400 °C 에서 경화될 수 있다.
상기 충진 물질은 상기 세라믹 기판 표면에 형성된 보이드에도 충진될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 다른 실시 형태는,
글래스가 함유된 세라믹 조성물로 이루어진 세라믹 기판; 도전성 물질로 채워지며, 상기 세라믹 기판과 사이에 형성된 보이드에 열경화성 수지를 포함하는 충진 물질로 충진된 비아 전극을 포함하는 프로브 카드용 세라믹 기판을 제공한다.
상기 열 경화성 수지는 폴리이미드일 수 있고, 상기 충진 물질은 Ag 파우더 또는 Cu 파우더를 포함할 수 있다. 또한, 상기 충진 물질은 세라믹 파우더를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 충진 물질은 세라믹 기판 표면에 형성된 보이드에 충진될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 세라믹 기판 내부의 보이드가 제거되어 프로브 팁과 세라믹 기판의 고착강도가 향상되며, 기판이 평탄화되어 특히 신뢰도가 높은 프로브 카드용 세라믹 기판 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 카드를 나타내는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따라 세라믹 기판의 보이드를 제거하는 공정을 나타내는 공정 흐름도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 기판의 보이드를 제거하는 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 도면 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 카드를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 프로브 카드는 비아 전극이 형성된 프로브 기판(13), 상기 프로브 기판(13)에 결합되는 프로브 팁(15)으로 구성된다.
프로브 카드의 테스터에서 발생한 신호는 퍼포먼스 보드를 통해 프로브 기판의 외부 전극 패드에 전달되고, 이 전달된 신호는 기판 내부에서 복수 개의 비아 전극(11)과 내부 전극 패턴을 거쳐 프로브 팁(15)을 통해 칩 패드들로 전달된다.
그리고, 칩 패드들로부터 출력되는 신호는 프로브 팁(15)과 프로브 기판의 외부 및 내부 전극 패턴 및 비아 전극를 통과하여 퍼포먼스 보드를 통해 다시 테스터로 전달된다.
이에 따라, 반도체 테스트 장치는 이와 같은 신호의 입출력에 의해 웨이퍼에 제조된 칩들의 양,불량을 선별하게 된다.
최근 반도체 칩의 고집적화에 따라 반도체 칩 패드들이 미세화될 뿐만 아니라, 이들 사이의 간격 역시 감소되고 있으며, 이에 따라 프로브 카드의 프로브 팁(15)은 반도체 MEMS (Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용하여 미세 프로브 형성 기술이 적용되는 MEMS 공정으로 프로브 팁이 제작된다.
MEMS 공정으로 제작된 프로브 팁은 전극 패드(12)가 부착된 비아 전극(11)에 부착된다. 그러나, 반도체 칩 패드들이 미세화 됨에 따라 프로브 기판(13)에 형성된 비아 전극 역시 작아지므로 비아 전극과 프로브 기판(13) 사이에는 비아 전극을 채우고 있는 도전성 물질과 프로브 기판을 형성하는 세라믹 소재 사이의 수축률 차이로 인해 보이드(void)가 형성된다.
상기 비아 전극(12) 주변에 형성된 보이드는 프로브 팁(15)과 전극 패드(12) 사이의 결합에 있어 충분한 결합을 형성하지 못하게 되므로, 본 발명의 경우 상기 비아 전극(12) 주변에 형성된 보이드를 충진 물질로 채워 프로브 팁(15)과 전극 패드(12)의 고착 강도를 강화하고 비아 전극(12) 주변이 함몰되는 현상을 방지할 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따라 유전 물질로 이루어진 세라믹 기판의 보이드를 제거하는 공정을 나타내는 공정 흐름도이다.
도 2a를 참조하면 프로브 카드용 세라믹 기판(100)에 형성된 복수 개의 비아 전극(110)이 형성되고, 상기 복수 개의 비아 전극(110) 중 보이드(V)가 발생한 비아 전극(110')이 발생한다.
상기 비아홀에 도전성 물질을 채워 복수 개의 비아 전극(110)을 형성한다.
상기 도전성 물질은 전기 전도성이 우수한 은(Ag), 구리(Cu) 등의 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 비아 전극(110)이 형성된 세라믹 기판(100)은 이후 소성 과정을 거치고, 연마 등의 과정을 거치면서 상기 기판은 평탄화된다.
상기와 같은 방법으로 제조된 세라믹 기판(100)은 소성 과정을 거치면서 비아 전극(110)에 충진된 도전성 물질과 세라믹 기판(100) 사이의 수축률 차이에 의해 보이드(void)가 발생하게 된다.
보이드(V)는 상기 비아 전극(110)과 세라믹 기판(100)의 경계면에 생긴 간극, 틈 등을 지칭하는 것으로 보이드가 형성되면 이후 비아 전극과 프로브 팁 사이의 결합 강도를 저하시키고, 비아 전극 주변부가 함몰되어 기판의 불량을 야기하게 된다.
도 2b를 참조하면 세라믹 기판(100)에 형성된 보이드(V)를 충진하여 상기 세라믹 기판(100)의 굴곡을 제거하기 위하여 충진 물질(130)로 채운다.
상기 충진 물질(130)은 연마가 완료된 기판에 표면에 형성된 보이드(V)에, 이에 제한되는 것은 아니지만 스크린 프린팅 또는 주사 방법을 통하여 충진 물질(130)을 채울 수 있다.
미세하게 형성된 상기 보이드(V)에 스크린 프린팅 또는 직접 주사하는 방식으로 충진 물질(130)을 채우기 때문에, 기판 위에 보이드(V)가 불규칙적으로 형성되더라도, 각각의 보이드(V)의 위치 및 크기에 따라 정확하게 충진 물질(130)을 채울 수 있다.
상기 충진 물질(130)은 열 경화성 수지를 포함하는 물질로서 이후 경화 과정을 통하여 기판에 고착된다. 바람직하게는 상기 충진 물질(130)은 폴리이미드를 포함하는 열 경화성 수지로서 내열성 및 내화학성이 우수한 물질을 사용하며, 내열성 및 내화학성이 우수한 물질이 기판에 채워지기 때문에 기판의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 충진 물질(130)에 금속 파우더 또는 세라믹 파우더와 같은 물질이 포함됨으로써 충진 물질(130)의 충진 밀도를 높일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 충진 물질(130)은 Ag 파우더 또는 Cu 파우더를 포함할 수 있다. Ag 파우더 또는 Cu 파우더와 같이 비아 전극(110)을 구성하는 전도성 물질이 포함되기 때문에, 충진 물질(130)이 보이드에 충진된 경우 비아 전극(110)에 부착되어 비아 전극의 일부를 구성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 충진 물질(130)은 세라믹 파우더를 포함할 수 있다. 세라믹 파우더와 같이 세라믹 기판을 구성하는 물질을 포함하여, 충진 물질(130)이 보이드에 충진된 경우 세라믹 기판의 일부를 구성하는 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 충진 물질(130)은 비아 전극(110) 주변에 형성된 보이드(V) 뿐만 아니라 세라믹 기판 표면에 형성된 보이드에 충진되어 기판 표면을 매끄럽게 하는 역할을 할 수 있다.
상기 충진 물질(130)을 충진한 이후에 상기 충진 물질(130)을 경화시킨다. 바람직하게는, 폴리이미드로 구성된 열 경화성 수지를 오븐에서 300°C 내지 400°C 정도의 온도로 약 1시간 정도 경화시킨다.
상기 충진 물질(130)은 파우더를 포함하는 액체 상태로 충진되기 때문에 300 내지 400 °C 에서 경화될 수 있다. 상기 충진 물질(130) 파우더를 포함하기 때문에 낮은 온도에서 경화될 수 있고, 낮은 온도에서 경화되기 때문에 세라믹 기판에 열 공정에 의해 미치는 효과를 최소화 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 충진 물질(130)을 경화시킨 후에 상기 세라믹 기판(100)의 표면을 연마하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 불규칙하게 형성된 보이드(V)를 충진하기 위하여 각각의 보이드(V)의 위치 및 크기에 맞추어 스크린 프린팅 또는 주사 방법으로 충진 물질(130)을 충진한다. 상기 충진 물질(130)이 상기 세라믹 기판(100)의 표면에 튀어 나오도록 형성된 경우 상기 세라믹 기판(100)의 굴곡을 형성하여 이후 프로브 팁을 부착하는 데에 있어 고착 강도를 떨어뜨릴 수 있다.
따라서, 상기 세라믹 기판(100)을 평탄하게 하기 위하여 상기 세라믹 기판(100)의 표면을 연마하는 공정을 더 거친다. 이러한 연마 공정을 통하여 상기 세라믹 기판(100)의 표면이 평탄해 진다.
위와 같은 방법으로 경화가 완료되면, 비아 전극에 프로브 팁을 MEMS 공정을 통하여 부착하여 프로브 카드를 완성한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 프로브 카드는, 상기 비아 전극과 상기 프로브 팁의 고착 강도를 강화시키고, 비아 전극 주변에 보이드가 형성되는 것을 방지하여 비아 전극 주변이 함몰되어 기판 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 기판의 보이드를 제거하는 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 복수 개의 비아홀에 도전성 물질을 충진하고 소성하여 복수 개의 비아 전극이 형성된 세라믹 기판을 마련한다(S10). 상기 비아홀에 충진되는 도전성 물질은 Ag 또는 Cu와 같은 전기 전도성이 좋은 물질로 이루어질 수 있다.
소성 과정을 거치면서 비아 전극과 세라믹 기판 사이에 보이드가 형성되면 상기 보이드는 충진 물질로 충진된다(S20).
상기 보이드는 스크린 프린팅 또는 주사 방법을 통하여 각각의 보이드의 위치 및 크기에 맞추어 알맞은 양의 충진 물질이 충진되게 할 수 있다.
상기 충진 물질은 폴리이미드와 같은 열 경화성 수지일 수 있고, 상기 충진 물질에는 Ag 파우더 또는 Cu 파우더가 혼합되어 보이드에 채워져 비아 전극을 보조하는 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 충진 물질에는 세라믹 파우더가 혼합되어 보이드에 충진되어 세라믹 기판과 상기 비아 전극을 메우거나, 기판 표면에 형성된 보이드를 충진하여 기판 표면을 평탄하게 하는 역할을 할 수 있다.
이후, 상기 충진 물질이 채워진 보이드는 경화 단계를 거치게 된다(S30). 그리고 추가적으로 연마 등의 공정을 통하여 세라믹 기판 표면을 평탄화하는 공정을 거친 후 MEMS 공정을 통하여 프로브 팁을 부착하여 프로브 카드를 완성한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보이드가 충진 물질로 채워지기 때문에 비아 전극 주변에 보이드에 의하여 발생하였던 기판의 불량을 없앨 수 있고, MEMS 프로브 핀을 형성하기 위한 표면적을 높여 프로브 핀과 비아 전극 사이의 고착 강도를 높일 수 있다.
또한, 상기 충진 물질은 폴리이미드와 같은 접합력이 우수하고 내화학성이 강한 물질로 채워지기 때문에 기판의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
또한, 충진 물질은 비아 전극을 보조할 수 있도록 형성되기 때문에 비아 전극으로 연결되는 패턴의 전기적 저항을 줄일 수 있기 때문에 프로브 카드용 다층 전자부품 제작시 임피던스 매칭에 있어서 유리한 제작 및 설계가 가능해진다.

Claims (14)

  1. 비아 전극이 형성된 세라믹 기판을 마련하는 단계;
    상기 세라믹 기판과 비아 전극 사이에 발생한 보이드에 열 경화성 수지를 포함하는 충진 물질을 충진하는 단계; 및
    상기 충진 물질을 경화시키는 단계;
    를 포함하는 프로브 카드용 세라믹 기판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충진 물질은 스크린 프린팅 또는 주사 방법에 의하여 충진되는 프로브 카드용 세라믹 기판 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충진 물질을 경화시킨 후에 상기 세라믹 기판의 표면을 연마하는 단계를 더 포함하는 프로브 카드용 세라믹 기판 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비아 전극은 Ag 또는 Cu를 포함하는 도전성 물질로 이루어진 프로브 카드용 세라믹 기판 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열 경화성 수지는 폴리이미드인 프로브 카드용 세라믹 기판 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 충진 물질은 Ag 또는 Cu 파우더를 포함하는 프로브 카드용 세라믹 기판 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 충진 물질은 세라믹 파우더를 포함하는 프로브 카드용 세라믹 기판 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 충진 물질은 300 내지 400 °C에서 경화되는 프로브 카드용 세라믹 기판 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 충진 물질은 상기 세라믹 기판 표면에 형성된 보이드에 충진되는 프로브 카드용 세라믹 기판 제조 방법.
  10. 글래스가 함유된 세라믹으로 이루어진 세라믹 기판; 및
    도전성 물질로 채워지며, 상기 세라믹 기판과 상기 도전성 물질의 사이에 형성된 보이드에 열 경화성 수지를 포함하는 충진 물질이 충진된 비아 전극;
    을 포함하는 프로브 카드용 세라믹 기판.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 열 경화성 수지는 폴리이미드인 프로브 카드용 세라믹 기판.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 충진 물질은 Ag 파우더 및 Cu 파우더 중 하나 이상을 포함하는 프로브 카드용 세라믹 기판.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 충진 물질은 세라믹 파우더를 포함하는 프로브 카드용 세라믹 기판.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 충진 물질은 세라믹 기판 표면의 보이드에 충진되는 프로브 카드용 세라믹 기판.
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