KR20120028206A - 프로브 카드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)을 합금 성분으로 하는 탐침을 구비하는 프로브 카드에 관한 것이다.

Description

프로브 카드{PROBE CARD}

본 발명은 프로브 카드에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)을 합금 성분으로 하는 탐침을 구비하는 프로브 카드에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 직접회로 소자(semiconductor integrated circuit device) 등의 전기 회로 소자(electrical circuit divice)를 제작할 때에는 소자의 제작 공정 전 그리고 공정 후, 그리고 리드프레임(lead frame)을 붙이기 전에 그 전체적 또는 부분적인 전기적 특성이 설계와 일치하도록 제조되었는지를 시험하게 된다. 이러한 시험에 사용되는 장비가 반도체 검사장치(또는 탐침장비(probe station))이며 이 장치에 프로브 카드가 장착된다. 상기 프로브 카드는 반도체 검사장치 내의 각종 전기적 신호를 검사대상 반도체 소자에 전달해 주는 역할을 한다.

웨이퍼 상태로 제조가 완료된 반도체 소자의 예로서 액정표시소자 구동용 집적회로(LDI) 등은 반도체 패키지로 패키징되기 전에 그 전기적 특성을 검사하는 전기적 다이 분류(EDS: Electrical Die Sorting, 이하 'EDS'라 칭함) 검사 등을 거치게 된다.

상기 EDS 검사 결과에 의하여 양품의 반도체 소자(예를 들면, 액정표시소자 구동용 집적회로(LDI))는 반도체 패키지로 패키징이 진행 되고, 불량의 반도체 소자는 패키징 등의 후속 공정을 거치지 않고 폐기된다.

폐기 대상 반도체 소자 등을 걸러내지 못하고 후공정 등의 공정을 거치게 하면, 불필요한 비용의 낭비를 초래하므로, 폐기 대상 반도체 소자를 미리 걸러내는 작업은 중요하다.

이러한 EDS 검사는 반도체 검사장치로서 컴퓨터에 각종 측정기기들이 내장된 테스터 (tester)와, 피검사체인 반도체 소자를 전기적으로 접촉시킬 수 있는 프로브 카드(probe card)가 탑재된 프로버 스테이션(prober station)을 이용하여 수행된다.

종래 일반적으로 사용되는 프로브 카드의 탐침은 텅스텐 합금 재질로 구성되는 경우가 많다. 텅스텐 합금은 그 재질 자체가 매끄럽지 못해서 지속적으로 사용하면 패드 표면과 접촉되는 부분에 파티클(particle)로 그 단부 또는 테이핑부가 오염될 수 있다. 이 경우, 프로브 카드의 특성상 요구되는 전기 전도성이 지속적으로 유지되어야 하므로 이물질로 오염된 탐침의 테이핑부를 클리닝 또는 샌딩처리가 필요하다. 또한, 클리닝 과정이 반복되면 탐침이 마모되어 탐침의 수명이 단축되어 생산성이 떨어지고, 검사 대상 반도체 소자에 물리적인 손상(damage)을 입히기도 한다.

그리고, 프로브 카드의 탐침은 소모품으로 일정한 사용기간 마다 교체해 주어야 한다. 탐침의 교체 과정에서 탐침을 고정하기 위한 방법으로 용접이 필요하지만, 텅스텐 재질은 납땜이 잘되지 않는 특성으로 인하여, 탐침 표면에 납땜용 플레이팅층을 추가로 형성해야 한다.

또한, 탐침 표면에 납땜용 플레이팅층을 추가로 형성하는 공정의 불량률은 비교적 크다. 또한, 텅스텐 재질의 탐침은 필요에 따라 절곡(bending) 또는 인발 시에 크랙 등이 발생되기 쉽다.

그리고, 프로브 카드용 탐침을 백금 재질로 구성하면, 소모품인 탐침의 교체비용이 크게 증가한다.

또한, 종래의 탐침의 경우, 검사대상 반도체 소자의 접점과 접촉되는 탐침의 단부를 테이퍼링하기 위하여 기계가공 방법을 사용하였다.

그러나, 종래의 기계가공 방법은 복수 개의 탐침을 동시에 테이퍼링할 수 없으며, 가공공정의 효율이 떨어지고 제품의 단가를 상승시킨다는 문제점이 있었다.

본 발명은 탐침으로서의 물리적 성질, 내구성, 경제성, 가공성 및 신호전달특성이 향상된 탐침이 구비된 프로브 카드를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 복수 개의 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)을 합금 성분으로 하는 탐침, 상기 탐침을 지지하기 위한 절연 플레이트 및, 상기 절연 플레이트가 장착되고, 각각의 탐침이 장착되는 단자 및 검사대상 반도체 소자와 탐침을 연결하기 위한 회로가 실장된 회로기판을 포함하는 프로브 카드를 제공한다.

이 경우, 상기 탐침의 은(Ag) 및 팔라듐(Pd) 각각의 함량은 15 내지 55 중량 퍼센트일 수 있다.

또한, 상기 탐침의 은(Ag) 및 팔라듐(Pd) 각각의 함량은 15 내지 55 중량 퍼센트일 수 있다.

그리고, 상기 탐침의 합금을 구성하는 팔라듐(Pd)은 은(Ag)의 약 2배의 중량 퍼센트를 갖을 수 있다.

여기서, 상기 탐침은 로듐을 합금성분으로 포함할 수 있다.

또한, 상기 탐침은 철(Fe), 악티움(Ac) 토륨(Th), 탄소(C) 중 적어도 하나 이상을 합금 재료로 포함할 수 있다.

그리고, 상기 탐침의 단부에 테이핑부가 구비되며, 상기 테이핑부는 전기 화학적 에칭과정에 의하여 형성될 수 있다.

이 경우, 상기 테이핑부의 전기 화학적 에칭에 사용되는 에칭액은 질산 수용액일 수 있다.

또한, 상기 에칭액의 질산수용액은 60 내지 80 퍼센트 농도일 수 있다.

그리고, 상기 탐침의 전기 화학적 에칭은 5V 내지 25V의 직류전압이 인가될 수 있다.

여기서, 상기 인가전압은 탐침의 개수, 탐침의 직경 또는 탐침의 테이핑부의 길이에 따라 비례하여 증가될 수 있다.

또한, 상기 전기 화학적 에칭과정의 지속시간은 10초 내지 30초일 수 있다.

그리고, 상기 전기 화학적 에칭과정은 복수 단계로 구성되며, 각각의 단계의 에칭과정은 서로 다른 시간 동안 서로 다른 인가전압이 인가될 수 있다.

이 경우, 복수 단계로 구성되는 전기 화학적 에칭과정을 구성하는 선행 에칭과정은 후행 에칭과정보다 더 긴 시간 동안 수행될 수 있다.

또한, 복수 단계로 구성되는 전기 화학적 에칭과정을 구성하는 선행 에칭과정의 인가전압은 후행 에칭과정의 인가전압보다 낮을 수 있다.

본 발명에 따른 프로브 카드는 프로브 카드에 장착되는 탐침이 은(Ag)-팔라듐(Pd) 합금으로 이루어져 팔라듐(Pd) 성분에 의한 보다 높은 경도 및 강도, 보다 높은 고상 온도, 및 보다 높은 내열성으로 인해 높은 내변형성(distortion resistance)과 우수한 인장강도를 가져, 미세 피치형(fine pitch type)으로 가공할 수 있으므로, 고집적화된 반도체 소자의 검사에 사용되는 프로브 카드를 제공할 수 있고, 은(Ag)의 우수한 표면거칠기(Ra=0.424μm)에 의해 표면 상태가 종래 일반적으로 사용되던 텅스텐 재질의 탐침에 비해 표면이 매끄러워 탐침이 이물질로 오염되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 프로브 카드는 프로브 카드에 장착되는 탐침의 오염을 최소화할 수 있으므로, 검사대상 반도체 소자의 접점과 접촉되는 탐침의 단부의 세척과정을 생략하거나 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 프로브 카드는 은(Ag)-팔라듐(Pd) 재질의 탐침을 사용하므로, 팔라듐(Pd)(열팽창계수=11.8 μm?m^-1?K^-1(25 °C 조건)) 성분에 의해 열팽창계수가 낮고, 용융성 및 주조성이 우수한 은(Ag) 성분 때문에 가공성이 우수하고 산화물이 보다 적으며 양호한 납땜 거동을 나타낸다. 그러므로, 프로브 카드를 구성하는 회로기판에 탐침을 장착하기 위한 용접과정을 위해 용접성이 좋은 물질로 코팅하는 코팅과정을 생략할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 프로브 카드의 탐침은 금 다음으로 연성과 전성이 우수한 은(Ag) 성분 때문에 절곡부를 형성하는 절곡과정에서 미세한 크랙의 발생을 방지할 수 있으므로, 탐침의 가공성이 향상되므로, 다양한 프로브 카드에 적용할 수 있으며, 프로브 카드의 생산성도 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 프로브 카드의 탐침은 응력완화(fatigue) 특성이 기존의 텅스텐 탐침과 비교하여 더욱 양호하기 때문에 프로브 카드에 조립되었을 때, 얼라인(align)의 빈도를 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 프로브 카드의 은(Ag)-팔라듐(Pd) 재질의 탐침은 은(Ag)과 팔라듐(Pd)이 모두 질산 또는 진한 황산에 잘 녹아 전기화학적 에칭 방법이 사용될 수 있으므로, 많은 수량의 탐침을 요구되는 테이퍼링 규격에 따라 테이퍼링하는 테이퍼링 효율을 극대화할 수 있고, 탐침의 테이퍼링 품질을 균일하게 할 수 있다.

본 발명의 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)을 합금 성분으로 하는 탐침의 경우, 반도체 프로빙 테스트에서의 신호 전달의 측면에 있어서, 종래의 텅스텐 합금 재질의 탐침보다 신호전달 특성이 우수하다.

따라서, 본 발명의 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)을 합금 성분으로 하는 탐침은 종래의 텅스텐 합금 재질의 탐침에 비해 더 우수한 기계적 성능을 갖으며, 전기 화학적 에칭에 의하여 탐침의 생산 효율 및 품질이 향상될 수 있으며, 신호전달특성 역시 개선될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 프로브 카드의 평면도를 도시하며, 도 2는 본 발명에 따른 프로브 카드의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 고안에 의한 프로브 카드용 탐침을 설명하기 위해 도시한 탐침의 단부를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 프로브 카드에 사용되는 탐침을 에칭하기 위한 전기 화학적 에칭장치를 도시한다.
도 5는 도 4를 참조하여 설명한 전기 화학적 에칭장치를 통해 에칭된 탐침의 테이핑부의 예를 도시한다.
도 6은 도 4에 도시된 전기 화학적 에칭장치에 의하여 에칭 처리된 본 발명의 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)을 합금 성분으로 하는 탐침과 종래의 텅스텐 합금 재질의 기계가공에 의하여 테이핑 처리된 탐침이 각각 장착된 켄티레버 타입의 프로브 카드의 SLEW Rate 측정결과를 도시하는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 프로브 카드(100)의 평면도를 도시하며, 도 2는 본 발명에 따른 프로브 카드(100)의 단면도를 도시한다.

본 발명에 따른 프로브 카드(100)는 복수 개의 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)을 합금 성분으로 하는 탐침(30), 상기 탐침(30)을 지지하기 위한 절연 플레이트(20) 및, 상기 절연 플레이트(20)가 장착되고, 각각의 탐침(30)이 장착되는 단자 및 검사대상 반도체 소자와 탐침을 연결하기 위한 회로가 실장된 회로기판(10)을 포함한다.

상기 회로기판(10)은 반도체 검사장치를 구성하는 반도체 검사장치로서 컴퓨터에 각종 측정기기들이 내장된 테스터 등과 검사대상 반도체 소자를 전기적으로 연결하기 위한 회로부(15)가 실장된다.

상기 회로기판(10)의 회로부(15)는 반도체 검사장치와 탐침(30)을 연결하기 위한 회로들을 의미하며, 복수 개의 탐침(30)은 회로기판(10)의 회로를 구성하는 단자들과 솔더링 등의 방법에 의해 장착된다.

그리고, 상기 회로기판(10)의 중심부에 구비된 절연 플레이트(20)는 상기 회로기판(10)에 각각의 탐침(30)을 상호 절연된 상태로 지지하기 위하여 구비된다. 상기 회로기판(10)과 탐침(30)은 미리 결정된 단자에서만 전기적으로 연결되어야 하므로, 상기 절연 플레이트(20)는 상기 탐침(30)의 일단(33)이 회로기판(10)의 미리 결정된 단자(13)에만 용접되어 전기적으로 연결되도록 하고, 타단(31)은 검사대상 웨이퍼 측을 향하도록 지지할 수 있다. 그리고, 상기 단자(13)는 상기 회로부(15)를 구성하는 각각의 회로들과 회로기판(10)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 탐침의 타단에 절곡부(31)가 구비될 수 있다. 상기 절곡부(31)는 탐침이 검사대상 반도체 소자 측을 향하도록 절곡시키는 과정에서 형성된다. 또한, 상기 탐침(30)의 타단에는 테이핑부(35)가 구비된다. 상기 테이핑부(35)은 검사대상 반도체의 접점에 접촉되는 부분으로 정확한 접촉을 위하여 탐침의 단부로 갈수록 직경이 좁아지도록 테이퍼링될 수 있다.

상기 테이핑부(35)는 프로브 카드와 검사대상 반도체와의 전기적 연기적 연결이 보장되어야 한다. 또한, 각각의 탐침의 테이핑부(35)가 미리 결정된 정확한 반도체의 단자 등에 접촉되어야 하므로 그 직경이 최소화되도록 테이핑될 수 있다. 각각의 탐침은 서로 접촉되지 않도록 이격된 상태로 상기 절연 플레이트(20)에 고정될 수 있다. 이 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 미세한 탐침(30)들을 상기 절연 플레이트(20)에 고정되도록 하기 위하여 접착재(25)를 사용할 수 있으며, 접착재의 예로서 에폭시(epoxy) 수지 등이 사용될 수 있다. 접착재(25)를 사용하여 탐침(30)간의 접촉에 의하여 발생될 수 있는 오류를 방지할 수 있다.

도 3은 본 고안에 의한 프로브 카드용 탐침(30)을 설명하기 위해 도시한 탐침(30)의 단부를 도시한다. 본 발명에 따른 탐침(30)의 일단(33, 도 2 참조)은 전술한 회로기판(10)에 장착되며, 탐침(30)의 타단은 검사대상 웨이퍼 또는 반도체의 미리 결정된 단자와 접촉하게 된다.

상기 탐침(30)의 타단에 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 테이핑부(35)가 구비될 수 있다. 상기 테이핑부(35)는 검사대상 웨이퍼의 미리 결정된 접점에 정확하게 접촉되도록 접촉면적을 최소화하기 위함이다.

상기 탐침(30)의 단면 형상은 원형일 수 있으며, 상기 회로기판(10)과 상기 절연 플레이트(20)의 형상에 따라 자유롭게 절곡될 수 있다.

도 3에 도시된 본 발명에 따른 프로브 카드(100)의 팀침은 은(Ag)-팔라듐(Pd) 합금재질로 구성될 수 있다.

상기 탐침(30)의 재질 중 은(Ag)(Ag, 표면거칠기(Ra)=0.424μm)을 합금 성분으로 사용하면, 탐침의 표면을 보다 매끄럽게 할 수 있다. 물론, 탐침에서 요구되는 기본적인 전기전도성 역시 은(Ag)(Ag, 전기저항률=15.87nΩ?m(0°C 조건))이 상당히 우수하다는 특징을 갖는다.

프로브 카드(100)의 탐침(30)의 단부 중 테이핑부가 형성되는 부분은 검사대상 웨이퍼의 미리 결정된 접점과 반복적으로 접촉되는 부분이므로, 마모 및 마찰이 지속적으로 발생되는 영역이다.

따라서, 탐침(30)의 테이핑부의 표면의 거칠기가 큰 경우, 웨이퍼 또는 탐침(30)의 마모에 의한 부산물에 의하여 검사대상 웨이퍼와 접촉되는 탐침(30)의 테이핑부가 쉽게 오염될 수 있다.

이 경우, 탐침(30)의 단부가 오염된 경우, 탐침(30)의 단부의 오염을 제거하는 오염 제거과정이 수행되어야 한다. 탐침(30)의 단부의 오염 제거과정은 탐침(30)의 단부를 연마하거나, 그라인딩 하는 방법으로 수행되므로, 오염을 제거하는 과정에서 탐침의 수명은 마모에 의하여 더욱 단축될 수 있다.

따라서, 종래의 텅스텐 베이스 합금을 사용하는 것보다 은(Ag) 베이스 합금을 사용하여 종래 일반적으로 사용되던 텅스텐 재질의 탐침에 비해 표면이 매끄러워 탐침이 이물질로 오염되는 것을 방지할 수 있으며, 본 발명에 따른 프로브 카드는 프로브 카드에 장착되는 탐침의 오염을 최소화할 수 있으므로, 검사대상 반도체 소자의 접점과 접촉되는 탐침의 단부의 오염 제거과정을 최소화하거나 생략하도록 할 수 있다.

본 발명의 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)을 합금 성분으로 하는 탐침은 은(Ag) 함량이 약 15 내지 55 중량 퍼센트일 수 있다. 상기 탐침(30)의 은(Ag) 함량은 은(Ag)과 함께 탐침(30)의 주 합금 성분인 팔라듐(Pd)의 성분비 등에 따라 결정될 수 있다.

상기 팔라듐(Pd)은 주기율표 10족에 속하는 원자번호 46의 백금족원소로, 백금석?금?은광석 속에 합금으로 형태로 존재할 수 있다. 염기성은 백금족원소 중에서 가장 강하며, 은(Ag)처럼 질산?진한 황산에 녹는 성질을 갖게 된다. 따라서, 후술하는 바와 같이 전기 화학적 에칭이 가능할 수 있다. 이에 대한 설명은 후술한다.

본 발명에 따른 프로브 카드의 탐침은 은(Ag)- 팔라듐(Pd)을 기본적인 합금성분으로 구성하였다.

전기 화학적 에칭은 금속 표면을 매끄럽게 하는 가공법으로 금속 물체를 전해반응에서 양극으로 사용하여 금속의 표면을 매끄럽게 하며, 전기 화학적 에칭은 전기도금의 역과정으로 수행된다.

종래의 탐침의 테이핑부를 형성하기 위하여 기계가공 방법이 사용되는 경우, 가공속도 또는 비용적인 측면에서 상당한 불리함이 있었다.

즉, 기계가공에 의하여 가공되는 탐침에 비해, 본 발명에 따른 프로브 카드의 은(Ag)-팔라듐(Pd) 재질의 탐침은 가공성이 우수하므로, 은(Ag)-팔라듐(Pd) 합금 재질로 구성되는 탐침을 구비하는 프로브 카드는 종래의 기계가공에 의하여 가공되는 탐침이 장착된 프로브 카드에 비해 생산성 및 가격 경쟁력을 가질 수 있다.

상기 탐침(30)의 합금 성분으로 팔라듐(Pd)을 사용하면, 탐침(30)의 복원성 또는 가공성이 향상됨과 동시에 탐침의 기계적인 성질의 향상 효과를 얻을 수 있다.

상기 탐침(30)을 구성하는 팔라듐(Pd)의 함량은 탐침(30)의 은(Ag) 함량과 마찬가지로 15 내지 55 중량 퍼센트일 수 있다.

실험적으로 본 발명에 따른 탐침(30)을 구성하는 팔라듐(Pd)은 은(Ag)의 2배 전후의 중량 퍼센트를 갖는 경우, 최적의 복원성 및 표면 상태를 갖는 것이 확인되었다.

본 발명에 따른 탐침은 복원성 및 가공성이 향상되므로, 상기 탐침은 전술한 절곡부를 형성하는 절곡과정에서 미세한 크랙의 발생을 방지할 수 있으며, 다양한 프로브 카드에 적용할 수 있으며, 프로브 카드의 내구성도 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 프로브 카드를 구성하는 탐침은 로듐(Rh)을 더 포함할 수 있다. 상기 로듐(Rh)은 주기율표 제9족에 속하는 백금족원소의 전이금속으로 원소기호는 Rh, 원자번호 45, 원자량 102.906, 녹는점 1963℃, 끓는점 3727℃, 비중 12.41의 성질을 갖는다. 로듐(Rh)이 미량 추가되는 경우 은(Ag)-팔라듐(Pd) 재질의 탐침의 강도가 크게 증가함이 확인되었다. 본 발명에 따른 프로브 카드(100)의 실시예에서 로듐의 성분은 1 중량 퍼센트 이하일 수 있다.

본 발명에 따른 프로브 카드는 은(Ag)에 팔라듐(Pd) 또는 로듐(Rh) 첨가에 의하여 탐침의 경도가 향상되어 프로브 카드의 내구성이 향상되고, 미세 피치형(fine pitch type)으로 가공할 수 있으므로, 고집적화된 반도체 소자의 검사에 사용되는 프로브 카드를 제공할 수 있으며, 복원성 및 가공성이 향상되므로 응력완화(fatigue) 특성이 기존의 텅스텐 탐침과 비교하여 더욱 양호하기 때문에 프로브 카드에 조립되었을 때, 주기적인 얼라인먼트(alignment)의 빈도를 최소화할 수 있다.

또한, 로듐(Rh)의 첨가에 의하여 굳기가 증가되므로, 탐침(30)의 변형을 최소화하고, 탐침(30)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)을 베이스로 하는 합금으로 제조된 탐침은 종래 텅스텐 베이스 합금 재질로 구성된 탐침에 비해 용접성이 향상된다.

본 발명에 따른 프로브 카드는 프로브 카드를 구성하는 회로기판에 탐침을 장착하기 위한 용접과정을 위해 종래의 텅스텐 합금 재질의 탐침에서와 같이, 용접성을 향상시키기 위하여 니켈 등의 코팅층 형성을 위한 코팅과정을 생략할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 탐침(30)의 합금성분으로 구리(Cu)를 더 포함할 수 있다. 탐침(30)의 성분으로서, 알루미늄과 구리를 합금성분으로 하여, 강도와 기계가공성이 우수할 수 있다. 구리는 전기 전도성이 좋으므로, 탐침 자체의 전기 전도성을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 따른 프로브 카드(100)의 탐침에서 구리의 함량은 15 중량 퍼센트 이하일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 프로브 카드(100)의 탐침(30)은 철(Fe), 악티움(Ac) 토륨(Th), 탄소(C) 등의 기타 구성요소를 미량 포함할 수 있다. 상기 철(Fe), 악티움(Ac) 토륨(Th), 탄소(C) 등은 각각 4 내지 7 중량 퍼센트 포함될 수 있다.

결과적으로, 본 발명에 따른 프로브 카드(100)의 탐침(30)은 은(Ag)-팔라듐(Pd) 합금을 기본 베이스로 하고, 기타 구리(Cu), 로듐(Rh), 철(Fe), 악티움(Ac) 토륨(Th), 탄소(C) 등의 부가 성분이 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 프로브 카드, 예를 들면, 캔티레버 방식의 프로브 카드에 장착되는 탐침은 약 80 마이크로 미터(μm) 전후의 직경(D)을 갖을 수 있으며, 검사대상 반도체 소자의 집적도에 따라 그 직경은 작아질 수 있다. 상기 탐침의 길이(L)는 약 55-75 밀리미터(mm)일 수 있다. 그리고, 상기 테이핑부(35)의 길이(T)는 약 1.0 내지 2.5 밀리미터(mm)일 수 있다. 그리고, 상기 테이핑부(35)의 단부 중 타단(31e)의 직경(E)은 2~20㎛일 수 있다.

이와 같은 탐침은 금속 와이어 상태에서 길이에 따라 절단된 뒤, 단부에 테이핑부가 형성된다. 상기 테이핑부를 형성하는 방법은 일반적으로 기계가공 방법이 사용될 수 있다. 기계가공 방법은 테이핑부를 형성하기 위한 테이핑 머신을 사용하여 각각의 탐침의 단부를 테이핑 처리하는 방법이다. 이와 같은 방법은 복수 개의 탐침을 동시에 테이핑할 수 없다. 또한, 테이핑 품질이 일정해지도록 관리하는 것도 쉽지 않다.

본 발명에 따른 프로브 카드에 장착되는 탐침은 테이핑부를 형성하기 위하여, 기계적 가공방법이 아닌 전기 화학적 에칭방법을 사용할 수 있다.

구체적으로 텅스텐 합금 재질의 탐침과 본 발명에 따른 은(Ag)-팔라듐(Pd) 합금 재질의 탐침이 각각 장착된 켄티레버 타입의 프로브 카드로 대략 아래의 표 1와 같이, 실험한 경우 본 발명의 은(Ag)-팔라듐(Pd) 재질의 탐침이 적용된 프로브 카드로 프로빙 테스트를 하는 경우 종래의 텅스텐 재질의 탐침으로 프로빙 테스트를 하는 경우보다 더 적은 진행시간(1시간 06분)에서도 훨씬 적은 샌딩 또는 크리닝 횟수(1회)을 요구한다. 즉, 본 발명의 은(Ag)-팔라듐(Pd) 재질의 탐침의 경우, 대략 비슷한 횟수(약 30회)의 프로빙 테스트를 위하여 요구되는 탐침의 샌딩 또는 크리닝 횟수를 획기적으로 줄이거나 생략해도 된다는 결론을 얻을 수 있다.

실험에 사용된 탐침의 구체적 함량은 은(Ag)은 약 23 중량 퍼센트 내외, 팔라듐(Pd)은 46 중량 퍼센트 내외, 그외 구리 등의 합금 원소를 더 포함하며, 캔티레버 방식의 프로브 카드에 탐침을 적용하여 프로빙 테스트를 수행하였다. 따라서, 본 발명에 따른 탐침을 사용하는 경우, 탐침의 표면이 텅스텐 탐침에 비하여 탐침의 테이핑부의 오염을 최소화할 수 있으므로, 샌딩 또는 크리닝을 최소화할 수 있으며, 샌딩 또는 크리닝을 최소화할 수 있으므로, 프로빙 테스트의 효율을 향상시킴과 동시에 샌딩 또는 크리닝에 따른 마모를 방지하여 탐침의 내구성 등을 더 증가시킬 수 있다.

재질	샌딩 또는 크리닝 횟수	프로빙 테스트 횟수	프로빙테스트소요시간
텅스텐 합금 재질 탐침	16회	36회	1시간 12분
은-팔라듐 재질 탐침	1회	32회	1시간 6분

본 발명에 따른 프로브 카드의 전기화학적 에칭방법을 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 프로브 카드에 사용되는 탐침을 에칭하기 위한 전기 화학적 에칭장치(1000)를 도시한다.

도 4에 도시된 전기 화학적 에칭장치(1000)는 복수 개의 탐침(30)을 동시에 에칭하여 단부에 테이핑부를 형성할 수 있다.

상기 전기 화학적 에칭장치(1000)는 후술하는 구동부를 구성하는 구동모터(1200) 및 탐침홀더(1300) 등이 장착되는 지지대(1100)를 구비한다.

상기 지지대(1100)의 상부에 구동부를 구성하는 구동모터(1200)가 구비된다. 상기 구동모터(1200)는 서보모터 등일 수 있으며, 상기 지지대(1100)의 상부에 구동축이 하방으로 향하도록 장착될 수 있다. 상기 구동축(1400)은 볼스크류일 수 있다.

또한, 상기 구동축(1400)의 하단에는 볼스크류의 회전에 대응하여 승강가능하게 장착되는 탐침홀더(1300)가 구비될 수 있다.

상기 탐침홀더(1300)는 복수 개의 탐침이 함께 장착한 상태에서 상기 구동모터(1200)의 회전에 대응하여 장착된 탐침을 승강시킨다.

상기 지지대(1100) 하부에 에칭액 수조(1500)가 구비된다. 상기 에칭액 수조(1500)는 에칭액이 저장되는 저장공간으로 에칭액(1600)이 저장된다. 여기서, 상기 에칭액 수조(1500)에 저장된 에칭액(1600)은 산성액체일 수 있으며, 본 발명에 따른 실시예에서, 에칭액(1600)은 질산 수용액일 수 있다. 자세한 설명은 후술한다.

상기 에칭액 내부에 음전극(1700)이 구비될 수 있다. 상기 음전극(1700)은 후술하는 전원 공급장치(1800)의 음극(-)이 연결된다. 그리고, 전원 공급장치(1800)의 양극(+)은 탐침홀더(1300)을 통해 탐침(30) 측에 연결된다.

따라서, 에칭이 시작되면, 음전극(1700)에서는 (+)이온이 환원되고, 양전극인 탐침에서는 (-)이온이 산화되는 과정을 통해 탐침의 단부가 에칭되는 원리를 사용한다.

도 4(b)에 도시된 바와 같이, 상기 전원 공급장치(1800)에서 전원이 공급되며, 상기 구동모터(1200)의 회전시 상기 탐침(30)의 단부는 에칭액 내부로 삽입되어 에칭된다. 에칭액 침지되는 영역은 탐침의 단부로 제한되므로, 탐침의 단부에 테이핑부(35)가 형성될 수 있다.

탐침의 단부가 요구되는 규격으로 에칭되면, 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 상기 구동모터(1200)가 도 4(a)와 반대방향으로 회전하여 상기 탐침홀더(1300)를 상승시켜 에칭을 중단시킬 수 있다.

도 4에 도시된 실시예에서, 에칭액은 질산(60~80%)와 물(20~40%)을 혼합하여 제공될 수 있다.

그리고, 상기 전원 공급장치(1800)에서 공급되는 전원은 직류 5V 내지 25V가 사용될 수 있다. 또한, 에칭시간은 10~30 초일 수 있다.

각각의 에칭조건은 함께 에칭되는 탐침의 개수, 탐침의 직경 및 테이핑부의 길이 등에 따라 달라질 수 있다.

요구되는 테이핑부의 규격을 만족시키기 위하여 각각의 에칭조건은 변경될 수 있으나, 에칭 대상 탐침의 직경이 일정하고 장착위치가 균일함이 보장되는 경우, 다량의 탐침이 동시에 에칭되어 테이핑부가 형성될 수 있다는 장점을 갖는다.

에칭조건과 관련하여, 80 마이크로 미터(μm)의 3개의 탐침을 에칭하는 경우, 질산 70%와 물 30%의 혼합용액에 1차 7볼트(V)로 20초(sec)로 에칭한 후 2차 15볼트(V)로 2초(sec)로 에칭하여 마무리 하였다. 즉, 에칭 진행과정에 따라 전압은 변화될 수 있으며, 전압이 변화되는 시점을 기준으로 에칭의 단계가 구획될 수도 있다.

이와 같은 에칭 조건에 의한 탐침의 에칭결과는 전술한 탐침의 규격인 80 마이크로 미터(μm) 전후의 직경(D), 약 1.0 내지 2.5 밀리미터(mm)의 테이핑부(35)의 길이(T), 2~20㎛의 테이핑부 하단 직경을 얻게 된다. 물론, 이와 같은 에칭규격은 탐침의 용도 등에 따라 변화될 수 있다.

도 5는 도 4를 참조하여 설명한 전기 화학적 에칭장치를 통해 에칭된 탐침의 테이핑부의 예를 도시한다.

구체적으로 도 5(a)는 탐침규격에 따라 에칭된 테이핑부의 측면도를 도시하며, 도 5(b)는 에칭이 부족한 상태의 탐침의 테이핑부의 측면도를 도시하며, 도 5(c)는 에칭이 과다한 경우의 탐침의 테이핑부의 측면도를 도시한다.

따라서, 적절한 에칭조건이 만족되는 경우, 도 5(a)에 도시된 바와 같이 테이핑부(35a)의 경사는 일정하며 테이핑부의 길이(TA) 역시 요구되는 길이를 갖을 수 있다.

또한, 에칭이 부족한 경우는 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 테이핑부(35b)의 직경이 충분히 줄어들지 않고 테이핑부의 하단의 직경이 요구되는 직경보다 큰 상태가 된다. 따라서, 테이핑부(35b)의 길이(TB)가 적절한 길이로 형성되어도 테이핑부의 직경이 충분히 줄어들지 않아서 검사대상 반도체 소자의 접점과 정확한 접촉이 불가능할 수 있으므로 프로브 검사 등에서 오류가 발생될 수 있다.

또한, 에칭이 과도한 경우에는 도 5(c)에 도시된 바와 같이 테이핑부(35c)가 요구되는 것보다 직경이 급격히 감소하여, 테이핑부(30c)의 길이(TC)가 요구되는 테이핑부의 길이보다 짧아진다.

테이핑부의 길이가 짧아지는 것은 프로빙 검사가 가능한 탐침의 단부의 길이가 짧아지는 것을 의미하는 것으로 탐침의 수명이 짧아지는 것을 의미한다.

도 6은 도 4에 도시된 전기 화학적 에칭장치에 의하여 에칭 처리된 본 발명의 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)을 합금 성분으로 하는 탐침과 종래의 텅스텐 합금 재질의 탐침이 각각 장착된 켄티레버 타입의 프로브 카드의 SLEW Rate 측정결과를 도시하는 그래프이다.

슬류 레이트(Slew Rate)란 입력신호에 따른 증폭기 등의 출력신호의 변화율을 의미한다. 따라서, 본 실험은 종래의 텅스텐 합금 재질의 탐침과 본 발명의 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)을 합금 성분으로 하는 탐침이 장착된 켄티 레버 타입의 프로브 카드의 슬류 레이트(Slew Rate)를 비교하여 각각의 프로브 카드의 신호 전달 성능을 판단하기 위함이다.

도 6에서 가로축 및 세로축은 각각 슬류 레이트(Slew Rate)와 탐침의 접촉 횟수를 의미한다. 그리고, 본 슬류 레이트(Slew Rate) 측정실험의 실험조건은 다음과 같다.

실험 대상은 금 범프(Au Bump)가 구비된 LCD 디스플레이 구동용 집적 반도체이며, 인가 전압 5 볼트(V), 인가전류 20 밀리 암페아(mA)를 인가하여 실험하는 경우, 슬류 레이트(Slew Rate)가 2.5~3.4의 범위를 갖는 경우 적합 판정을 받게 된다.

실험결과 도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 텅스텐 합금 재질의 탐침의 결과 그래프(B)와 본 발명의 전기 화학적 에칭장치에 의하여 에칭 처리된 본 발명의 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)을 합금 성분으로 하는 탐침의 결과 그래프(A)를 비교하는 경우, 종래의 텅스텐 합금 재질의 탐침 및 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)을 합금 성분으로 하는 탐침 모두 적합한 슬류 레이트(Slew Rate) 범위로 측정되어 적합한 전기적 신호 전달 특성을 갖는 것으로 판단되었으나, 본 발명의 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)을 합금 성분으로 하는 탐침의 경우, 슬류 레이트(Slew Rate)의 진폭의 스팩트럼의 범위가 실험범위에서 전반적으로 더 좁은 것으로 측정되었다.

즉, 반도체 프로빙 테스트에서의 신호 전달특성의 측면에 있어서, 본 발명의 전기 화학적 에칭장치에 의하여 에칭 처리된 본 발명의 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)을 합금 성분으로 하는 탐침이 장착된 프로브 카드의 슬류 레이트가 기복이 크지 않아 신호 전달특성이 안정적임을 의미하고, 신호전달 특성이 상대적으로 우수하다는 결론을 도출할 수 있다.

정리하면, 본 발명의 전기 화학적 에칭방법으로 에칭처리된 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)을 합금 성분으로 하는 탐침은 종래의 텅스텐 합금 재질의 탐침에 비해 더 우수한 기계적 성능을 갖으며, 전기 화학적 에칭에 의하여 탐침의 생산 효율 및 품질이 향상될 수 있으며, 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 더 안정적인 신호전달특성을 갖는다는 것을 확인할 수 있다.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

100 : 프로브 카드
10 : 회로기판
20 : 절연 플레이트
30 : 탐침
35 : 테이핑부

Claims (14)

1. 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)을 합금 성분으로 하는 복수 개의 탐침;
   상기 탐침을 지지하기 위한 절연 플레이트; 및,
   상기 절연 플레이트가 장착되고, 각각의 탐침이 장착되는 단자 및 검사대상 반도체 소자와 탐침을 연결하기 위한 회로가 실장된 회로기판을 포함하는 프로브 카드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 탐침의 은(Ag) 및 팔라듐(Pd) 각각의 함량은 15 내지 55 중량 퍼센트 범위인 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
3. 제1에 있어서,
   상기 탐침의 합금을 구성하는 팔라듐(Pd)은 은(Ag)의 약 2배의 중량 퍼센트를 갖는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
4. 제1에 있어서,
   상기 탐침은 로듐을 합금성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
5. 제1항에 있어서,
   상기 탐침은 철(Fe), 악티움(Ac) 토륨(Th), 탄소(C) 중 적어도 하나 이상을 합금 재료로 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
6. 제1항에 있어서,
   상기 탐침의 단부에 테이핑부가 구비되며, 상기 테이핑부는 전기 화학적 에칭과정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
7. 제6항에 있어서,
   상기 테이핑부의 전기 화학적 에칭에 사용되는 에칭액은 질산 수용액인 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
8. 제7항에 있어서,
   상기 에칭액의 질산수용액은 60 내지 80 퍼센트 농도인 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
9. 제6항에 있어서,
   상기 탐침의 전기 화학적 에칭은 5V 내지 25V의 직류전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
10. 제9항에 있어서,
    상기 인가전압은 탐침의 개수, 탐침의 직경 또는 탐침의 테이핑부의 길이에 따라 비례하여 증가되는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
11. 제6항에 있어서,
    상기 전기 화학적 에칭과정의 지속시간은 10초 내지 30초인 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
12. 제6항에 있어서,
    상기 전기 화학적 에칭과정은 복수 단계로 구성되며, 각각의 단계의 에칭과정은 서로 다른 시간 동안 서로 다른 인가전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
13. 제12항에 있어서,
    복수 단계로 구성되는 전기 화학적 에칭과정을 구성하는 선행 에칭과정은 후행 에칭과정보다 더 긴 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
14. 제12항에 있어서,
    복수 단계로 구성되는 전기 화학적 에칭과정을 구성하는 선행 에칭과정의 인가전압은 후행 에칭과정의 인가전압보다 낮은 것을 특징으로 하는 프로브 카드.

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