KR20120031493A - 달팽이형 포고핀 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탐침부와 탄성부로 이루어진 포고핀에 관한 것으로서, 구체적으로는 반도체 웨이퍼, LCD 모듈, 반도체 패키지, 각종 소켓 등의 전자 부품 사이에서 전기 신호를 전달하는 포고핀을 구성하는 원통형의 상부탐침부와 나선형의 탄성부 및 원통형의 하부탐침부가 일체로 연결되어 형성됨에 따라 제조공정 및 단가를 최소화할 수 있고, 접촉면적이 증가되어 전기신호의 손실과 왜곡을 최소화할 수 있으며 외력에 의해 발생하는 상부탐침부의 회전으로 테스트 단자 등에 형성된 절연층이 제거할 수 있는 달팽이형 포고핀에 관한 것이다.

Description

달팽이형 포고핀 및 그 제조방법 {Snail shape pogo pin and manufacturing method of it}

본 발명은 달팽이 형상(나선형 螺旋形)을 가진 포고핀에 관한 것으로서, 구체적으로는 반도체 웨이퍼, LCD 모듈, 반도체 패키지, 각종 소켓 등의 전자 부품 사이에서 전기 신호를 전달하는 포고핀을 구성하는 원통형의 상?하부탐침부가 달팽이 형상의 탄성부와 일체로 연결되고, 외력에 의해 발생하는 상부탐침부의 회전으로 테스트 단자 등에 형성된 절연층이 제거되는 달팽이형 포고핀에 관한 것이다.

스프링 프로브 핀, 일명 포고핀(Pogo Pin)은 반도체 웨이퍼, LCD 모듈, 카메라모듈, 이미지센서 및 반도체 패키지 등의 검사 장비를 비롯하여, 각종 소켓, 핸드폰의 배터리 연결부 등에 널리 사용되는 부품이다.

종래의 일반적인 포고핀은 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 탐침(12), 하부 탐침(13), 상부 탐침(12) 및 하부 탐침(13)에 탄성력을 가하는 스프링(14)과, 상부 탐침(12)의 하단과 하부 탐침(13)의 상단 및 스프링(14)을 수용하는 원통형 몸체(11)로 이루어진다.

상부 탐침(12)과 하부 탐침(13)은 그 일단이 원통형 몸체(11)에 걸려 원통형 몸체(11)로부터 외부로의 이탈이 방지되며, 상부 탐침(12)과 하부 탐침(13)의 사이에 설치되는 스프링(14)에 의해 탄성력을 받게 된다.

도 2는 하나의 절연성 몸체에 수용되는 복수의 포고핀을 보여주는 단면도로서, 반도체 패키지 검사용 소켓을 예시한 것이다. 반도체 패키지 검사용 소켓(20)은 다수의 포고핀(6)과, 다수의 포고핀을 소정 간격으로 수용하는 절연성 본체(1)를 포함한다. 다수의 포고핀(6)은 상부 탐침(12)이 절연성 본체(1)의 상면에 돌출되고 하부 탐침(13)이 절연성 본체(1)의 저면에 돌출되도록 하고, 상기 포고핀 간의 간격은 상부 탐침(12)에 접촉되는 반도체 패키지(3)의 외부단자(3a)의 간격과 동일하고, 하부 탐침(13)에 접촉되는 테스트 보드(5)의 컨택트 패드(5a)와 동일한 간격이 되도록 절연성 본체(1)에 수용된다.

반도체 패키지 검사를 위하여 상기 반도체 패키지(3)를 가압하면, 반도체 패키지의 외부단자(3a)들이 포고핀(6)의 상부 탐침(12)에 접촉되고, 하부 탐침(13)은 테스트 보드(5)의 컨택트 패드(5a)에 접촉되는데, 상기 포고핀(6) 내부의 스프링(14)에 의해 상부 탐침(12)과 하부 탐침(13)이 탄성 지지되도록 함으로써, 반도체 패키지(3)와 테스트 보드(5)를 전기적으로 연결하여 반도체 패키지를 정확하게 검사할 수 있다.

그런데 상기 도 1, 2에서 보는 바와 같이, 포고핀은 반도체 패키지의 각 단자 간격마다 설치되어야 하는데, 반도체 패키지의 소형화, 집적화 및 고성능화가 진행됨에 따라, 반도체 패키지 검사를 위한 포고핀의 크기, 즉 포고핀의 외경이 작아져야 하고, 고주파 전기신호를 왜곡 없이 전달하기 위해서는 전달 경로가 안정적이며, 전달 경로상의 임피던스가 최소화되어야 한다. 그러나 종래의 포고핀은 스프링의 외부에 원통형 몸체가 구비됨에 따라 스프링 및 스프링을 수용하는 원통형 몸체 두께만큼의 외경을 만족해야 하므로 일정한 크기 이하로 외경을 줄일 수 없다는 문제점이 있다. 또한 스프링(14)을 통한 경로는 스프링이 감긴 횟수만큼 경로가 길어지고, 코일처럼 나선으로 감겨져 있으므로 저항성분 및 인덕턴스 성분을 포함하게 되어 전기적 경로로써 적당하지 않다. 따라서 종래의 포고핀은 상부탐침(12), 원통형 몸체(11) 및 하부탐침(13)을 통하는 전기적 경로를 이용해야 하므로 상부탐침(12) 및 원통형 몸체(11) 사이와 원통형 몸체(11) 및 하부탐침(13) 사이의 두군데에서 전기적 접촉을 정밀하게 유지해야 하는 문제점이 있다.

또한 포고핀은 테스트 장비에서 가압되는 힘의 불균형을 극복하고 다양한 분야에서 사용가능하도록 포고핀의 길이를 줄이면서도 측정가능 범위를 길게하는 것 즉, '제한된 상하공간에서 이동가능거리를 최대로 하는' 것이 바람직하다. 그러나 종래의 포고핀은 수개의 단이 형성된 스프링이 상하 균일한 내경을 가지므로, 스프링의 단의 갯수와 두께의 곱에 각 단 사이의 공간을 더한 만큼의 상하공간을 점유하는 스프링의 높이와 상?하부 탐침의 높이를 더한 만큼의 길이를 갖는다. 스프링의 상하규모를 줄이기 위해서는 스프링의 두께 또는 스프링 사이의 공간을 줄여야 하는데, 탄성계수, 내구성을 만족하려면 스프링의 두께를 일정 이하로 줄일 수 없고, 스프링 사이의 공간을 줄이면 이동가능거리가 지나치게 줄어든다는 문제가 있다.

또한 종래의 포고핀은 그 제조과정에 있어서, 원통형 몸체, 상부탐침, 하부탐침 및 스프링을 각각 별도로 제작하고, 상부탐침 및 하부탐침을 원통형 몸체와 조립하는 공정을 거쳐야 하므로 제조공정이 복잡하고, 시간이 많이 소요되며, 제조단가가 상승한다는 단점이 있다.

이와 더불어 종래 반도체 패키지의 외부단자(3a)는 테스트 및 시간경과에 따라 산화피막, 불순물 등의 절연층이 형성될 수 있다. 상기 외부단자(3a)에 형성되는 절연층은 외부단자(3a) 간의 간격이 좁아 제거하는 것이 까다롭고, 종래 포고핀이 단순 상하운동만을 반복하므로 절연층을 제거하는 것이 어려워 별도의 비용이 소모된다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 종래기술이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고성능, 고집적도에의 적용이 적합하도록 그 외경 및 길이를 최소화할 수 있는 포고핀 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

또한 제조공정을 단순화하여 포고핀의 대량생산이 용이하도록 하고, 제조단가를 최소화할 수 있는 포고핀 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

또한 효율적인 제조공정의 순서에 의해 재료의 낭비를 방지하고 불량품이 발생하는 것을 방지할 수 있는 포고핀의 제조방법을 제공하고자 한다.

또한 상부탐침부 또는 하부탐침부에서 감지된 신호가 하부탐침부 또는 상부탐침부로 이동하는 과정에서의 경로를 최소화, 단순화함으로써 전기 신호의 손실 및 왜곡을 최소화하고 신호품질을 향상시키는 포고핀 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

또한 피검체의 표면에 형성되는 산화피막등의 절연층을 손쉽게 제거하여 피검체와 상부탐침간의 전기접촉을 원활하게 하는 포고핀 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

또한 탐침 이동거리를 극대화하여 다양한 분야에 적용할 수 있는 포고핀 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 따르면, 상부탐침부, 하부탐침부, 및 상기 상부탐침부와 하부탐침부 사이에 위치하는 탄성부로 이루어지는 포고핀에 있어서, a) 상기 상부탐침부는 상부에 제1접촉부를 포함하고, b) 상기 하부탐침부는 하부에 제2접촉부를 포함하며, c) 상기 탄성부는 띠 형태의 소재가 나선형으로 감기어 올라가는 형태로서, 복수개의 연속하는 나선형 원통조각으로 형성된 스프링이며, - 하나의 나선형 원통조각을 스트립단이라 한다 - 임의의 한 스트립단은 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내부에 부분적으로 삽입되는 달팽이형 포고핀이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 탄성부는 외력이 가해지면 복수개의 스트립단이 물리적인 접촉을 형성하는 달팽이형 포고핀이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 상부탐침부는 외력이 가해지면 제1접촉부가 원심(圓心)에서 멀어지는 방향으로 이동하는 달팽이형 포고핀이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 상부탐침부는 외력이 가해지면 제1접촉부가 회전할 수 있는 달팽이형 포고핀이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 탄성부는 임의의 한 스트립단의 외면 폭에 비해, 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 외면 폭이 더 넓은 달팽이형 포고핀이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 탄성부의 임의의 한 스트립단의 외면 폭과, 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 외면 폭의 비는, 상기 임의의 한 스트립단의 내경과, 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내경의 비와 동일하거나 가깝게 형성되도록 하는 달팽이형 포고핀이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 상부탐침부, 상기 하부탐침부, 및 상기 탄성부는 일체로 된 단일부재로 형성되는 달팽이형 포고핀이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 하부탐침부와 상기 탄성부 중 어느 하나에는 고정부가 더 구비되는 달팽이형 포고핀이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 스트립단의 상면은 수평면에 대해 일정한 각을 형성하는 달팽이형 포고핀이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 탄성부의 임의의 한 스트립단의 외경과, 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내경 간에는, 외력이 작용하지 않으면 간극을 갖도록 하는 달팽이형 포고핀이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 간극은 외력에 의해 스트립단의 상면이 수평면에 의해 이루는 각이 변화되는 정도와 스트립단의 내경을 고려하여 형성되는 달팽이형 포고핀이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상부탐침부, 하부탐침부, 및 상기 상부탐침부와 하부탐침부 사이에 위치하는 탄성부로 이루어지는 포고핀을 제조하는 방법에 있어서, a) 상단부에 제1접촉부전개부가 형성된 상부탐침부전개부와, 하단부에 제2접촉부전개부가 형성된 하부탐침부전개부, 및 상기 상부탐침부전개부와 하부탐침부전개부를 연결하되, 상기 하부탐침부전개부와 연결되는 부분의 폭이 상기 상부탐침부전개부와 연결되는 부분의 폭보다 넓은 띠형상의 탄성부전개부가 하나의 금속판재에 전개된 상태로 재단하는 단계, b) 상기 상부탐침부전개부의 판재를 롤링수단을 이용하여 원통형인 상부탐침부를 형성시키고; 탄성부전개부가 상기 상부탐침부의 하단부에 연결되면서 나선형으로 감겨져 내려가되, 복수개의 연속하는 나선형 원통조각 - 하나의 나선형 원통조각을 스트립단이라 한다 - 으로 형성되고, 임의의 한 스트립단이 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내부에 삽입되는 탄성부를 형성시키며; 상기 하부탐침부전개부가 상기 탄성부의 하단부에 연결되는 원통형인 하부탐침부를 형성시켜; 상부탐침부, 하부탐침부, 및 탄성부가 일체로 된 원형(原形)포고핀을 형성시키는 단계, c) 상기 원형(原形)포고핀을 열처리하여 경화시킨 후, 도금 처리하는 단계, 를 포함하는 달팽이형 포고핀을 제조하는 방법이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 원형(原形)포고핀에 외력이 가해지지 않은 상태에서 상기 탄성부의 임의의 한 스트립단의 외면은 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내면과 간극을 형성하는 달팽이형 포고핀을 제조하는 방법이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 탄성부의 임의의 한 스트립단과 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 외면의 폭의 비는, 상기 임의의 한 스트립단과 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내경의 비와 동일하거나 가깝게 형성되도록 하는 달팽이형 포고핀을 제조하는 방법이 제공된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 도금 처리는 원형(原形)포고핀을 니켈 도금 후 금도금하는 것인 달팽이형 포고핀을 제조하는 방법이 제공된다.

본 발명은 종래 포고핀에서 스프링을 감싸기 위해 이용되던 외부몸체를 생략하여 포고핀의 외경을 최소화함에 따라, 배열되는 포고핀 간의 최소 간격을 줄일 수 있어 고집적화된 전자 부품 및 테스트 장비에 사용할 수 있다는 장점이 있다.

또한 탄성부가 나선형으로 감겨져 올라가며 일부가 겹치도록 형성되고, 상부탐침부가 탄성부에 삽입되며, 탄성부가 하부탐침부에 삽입될 수 있도록 함으로써 포고핀의 길이를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

또한 스프링이 균분하여 처짐이 발생함으로써, 탄성부 전체적으로 최대 처짐을 기대할 수 있고, 이에 따라 포고핀이 최대이동거리를 확보할 수 있다는 장점이 있다.

또한 상부탐침부, 탄성부, 하부탐침부가 직접 면접촉하여 신호를 전달할 수 있도록 함으로써 전기 신호의 손실 및 왜곡을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

또한 상부탐침부가 회전, 이동함으로써 피검체의 단자 표면에 형성된 절연층을 제거할 수 있다는 장점이 있다.

또한 제조공정의 단순화 및 일원화를 통해 고속, 대량생산이 가능하고, 제조단가 절감의 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 종래의 포고핀의 단면도이다.
도 2는 종래의 포고핀을 이용한 반도체 패키지 검사용 소켓의 단면도이다.
도 3a 내지 3b는 본 발명의 포고핀의 일 실시예의 사시도 및 전개도이다.
도 4a 내지 4b는 본 발명의 포고핀의 일 실시예의 압축전, 압축후의 사시도이다.
도 5a 내지 5b는 본 발명 포고핀의 탄성부의 일 실시예의 압축전, 압축후의 상면도이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 탄성부의 접촉 및 상부탐침부의 회전을 설명하기 위한 모식도이다.

본 발명은 외력에 의해 상부탐침부, 나선형의 스프링으로 구성되는 탄성부, 하부탐침부로 이루어지는 포고핀에 있어서, 탄성부가 상부에서 하부로 삽입되며 물리적인 접촉을 이룰 수 있으며, 상부탐침부가 회전될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명을 설명함에 있어 공지의 구성을 구체적으로 설명함으로 인하여 본 발명의 기술적 사상을 흐리게 하거나 불명료하게 하는 경우에는 위 공지의 구성에 관하여는 그 설명을 생략하기로 한다.

본 발명 포고핀의 일 실시예는 도 3a에 도시된 바와 같이 상부탐침부(100)와, 하부탐침부(200), 및 상기 상부탐침부와 하부탐침부 사이에 위치하는 탄성부(300)로 이루어진다. 상기 상부탐침부(100)의 하단의 외경은 상부탐침부(100) 하단에 연결되는 탄성부(300) 상단의 내경보다 작게 형성되고, 탄성부 하단의 외경은 하부탐침부(200) 상단의 내경보다 작게 형성되어, 상기 상부탐침부(100)의 하단이 탄성부(300)의 상단에 내삽될 수 있고, 탄성부(300)의 하단이 하부탐침부(200)의 상단에 내삽될 수 있다.

상기 포고핀을 구성하는 상부탐침부(100)와 하부탐침부(200) 및 탄성부(300)는 각각 독립적으로 형성한 후에 상호 결합함으로써 포고핀을 형성하는 것도 가능하나, 제조공정의 단순화 및 대량생산을 용이하게 하기 위하여 일체로 된 단일부재를 이용하여 포고핀을 형성하는 것이 바람직하다.

도 3b는 본 발명 포고핀의 일실시예의 전개도로서, 얇은 판상의 단일부재를 펀칭(punching)하는 과정을 통해 상기 전개도 모양으로 재단하고, 상기 판재를 절곡하거나, 말거나, 둥글게 구부리거나(roll bending), 또는 감아서 본 발명의 포고핀을 구성할 수 있다.

본 발명의 판상의 단일부재는 전기 전도성이 있는 금속판재로 소정의 연신성이 있고, 열처리를 통하여 탄성 및 강도를 높일 수 있으며, 전기적 저항이 작은 것이 좋다. 이에 따라, 베릴륨 동 합금이 선호되며, 특히 베릴륨 동 25 합금 ASTM C17200이 선호되나, 기계적, 전기적 물성을 만족하는 다른 소재도 사용 가능하다.

상기 상부탐침부(100)는 제1몸체(110)와, 상기 제1몸체(110)의 상단부, 즉 상부탐침부의 상부에 구비된 제1접촉부(120)를 포함하고, 상기 하부탐침부(200)는 제2몸체(210)와, 상기 제2몸체(210)의 하단부, 즉 하부탐침부의 하부에 구비된 제2접촉부(220)를 포함한다. 상기 제1, 2접촉부(120, 220)는 본 발명의 포고핀의 양 끝단에 위치하여 테스트 단자, 컨택트 패드 등에 직접 접촉되는 부분으로, 다양한 형상으로 형성될 수 있으나, 테스트 장비의 외부단자 등과의 정확한 접촉을 위해 다수개의 첨부를 갖는 크라운 형상으로 형성되는 것이 선호된다.

상기 상부탐침부(100)의 하단부는 탄성부(300)의 상단부와 연결되고, 탄성부(300)의 하단부는 하부탐침부(200)의 상단부와 연결된다.

상기 상부탐침부(100)의 하단부에 연결되는 탄성부(300)는 띠형상의 소재가 나선형으로 감기어 올라가는 형태로서, 복수개의 연속하는 나선형 원통조각으로 형성된 스프링(310)이다. 이하에서는 하나의 나선형 원통조각을 스트립단(320)이라고 한다.

상기 탄성부(300)의 임의의 한 스트립단은 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내부에 삽입될 수 있도록 형성되어, 탄성부(300)의 외면은 복수개의 단차를 형성하게 된다. 상기 탄성부(300)의 임의의 한 스트립단은 그 외면 하부가 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단에 의해 감싸지는 형태로 감기도록 한다.

포고핀에 외력이 가해지면, 상기 탄성부(300)의 임의의 한 스트립단이 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단에 내삽될 수 있고, 상부탐침부(100)의 일부 또는 전부가 탄성부(300)에 내삽될 수 있으며, 탄성부(300)의 일부 또는 전부가 하부탐침부(200)에 내삽될 수 있다.

상기 외력으로 인하여 상부탐침부(100)가 탄성부(300)와 별도의 물리적인 접촉을 형성할 수 있고, 탄성부(300)의 복수개의 스트립단(320)이 별도의 물리적인 접촉을 형성할 수 있으며, 탄성부(300)가 하부탐침부와 별도의 물리적인 접촉을 형성할 수 있다. 즉, 상부탐침부(100)의 하부 외면과 탄성부(300) 상단의 내면, 탄성부(300) 각 스트립단의 외면과 상기 각 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내면, 탄성부(300)의 하부 외면과 하부탐침부(200) 상단의 내면이 접촉된 상태에서 슬라이딩함으로써 외력이 작용하기 전보다 짧은 전기적 경로를 형성하게 된다.

외력이 가해지기 전에는 상부탐침부(100)에 전달된 전기신호가 스프링을 돌아서 하부탐침부(200)로 전달되므로 경로가 길고, 인덕턴스 성분이 발생하여 임피던스가 크다는 문제가 있으나, 상기 별도의 물리적인 접촉을 통해 전기적 경로가 형성됨으로써, 전달되는 전기신호가 지나는 경로상에서 인덕턴스 성분을 감소시켜 신호의 왜곡 없고 정확한 신호 전달이 가능하게 된다.

본 발명의 일 실시예의 탄성부(300)를 구성하는 스프링(310)의 구조를 설명하기 위해 다음과 같은 스프링과 외팔보의 처짐 공식이 이용된다.

두께가 t, 폭이 h인 띠형상의 소재를 이용하여 상하부 유효반지름이 r'으로 균일한 스프링을 만드는 경우에 있어서, 스프링의 처짐량 (δ1)은

(식1)

(n: 유효감은수, w: 집중하중, G: 횡탄성계수, k: 스프링계수)로서, 유효반지름 r'의 세제곱에 비례하고, 소재의 폭 h의 세제곱에 반비례함을 알 수 있다. 상기 식을 본 발명의 일 실시예의 스프링, 즉 유효반지름이 하부에서 상부로 갈수록 줄어드는 스프링에 적용 가능한지 여부를 알아보기 위해, 도 6a에 도시된 바와 같이 일단이 고정된 길이 L의 외팔보를 이용한다. 상기 외팔보는 처짐량(δ2)이

(식2)

(E: 재질의 탄성계수, I:단면2차모멘트)가 된다. 상기 외팔보가 높이(폭)가 h2, 두께가 t라 가정하면

(식3)

이므로, 처짐량(δ2)은

(식4)

가 되어, 상기 식(1)의 변수인 스프링의 유효반지름(r')에 대응하는 외팔보의 길이인 L과, 소재의 폭(h)에 대응하는 외팔보의 높이(폭)인 h2에 관한 식으로 표현할 수 있다. 즉, 처짐량이 길이 L의 세제곱에 비례하고, 높이(폭) h2의 세제곱에 반비례하게 된다. 따라서 본 발명의 일 실시예의 탄성부(300)인 하부가 상부에 비해 상대적으로 넓고 상측으로 올라갈수록 그 유효반지름이 작아지는 형상의 스프링(310)인 경우에도, 수 개의 각각 다른 길이를 갖는 외팔보의 처짐량을 구함으로써, 이에 대응하는 각 스트립단의 처짐량을 알 수 있게 된다.

상기 식(1) 또는 식(4)에 기술된 바와 같이, 스프링 또는 외팔보의 처짐량은 그 두께에 반비례하고, 높이(폭)의 세제곱에 반비례하며, 유효반지름(유효길이)의 세제곱에 비례한다. 따라서 유효반지름이 커질수록 스프링의 처짐량이 증가한다는 결과를 얻을 수 있고, 본 발명의 일 실시예의 탄성부(300)가 최하부 스트립단에서 상부로 올라갈수록 유효반지름이 감소하므로, 상부로 올라갈수록 스프링(310)의 처짐량이 감소하게 된다.

본 발명의 일 실시예의 탄성부(300)가 최하부 스트립단에서 상부로 올라갈수록 유효반지름이 감소하므로, 상기 탄성부(300)의 임의의 한 스트립단의 외면 폭에 비해 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 외면 폭이 넓게 형성되도록 한다. 자세히 설명하면, 도 6c에 도시된 바와 같이, 띠 형상의 소재가 한쪽 단부의 폭이 h4이고 다른 단부의 폭이 h5인 경우, h4와 h5가 같으면 상기 띠 형상의 소재로 형성된 본 발명의 일 실시예의 탄성부의 상부 스트립단에서는 처짐(수축)량이 상대적으로 매우 적고, 하부 스트립단에서만 많은 량의 처짐이 발생하게 된다. 처짐이 스프링의 하부에서만 발생하는 경우 응력이 하부에 집중되므로 스프링이 파괴될 가능성이 높아진다. 따라서 상기 식(1) 또는 식(4)에서 도출된 바와 같이

(식 5)

(r: 임의의 한 스트립단의 반지름, R: 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결된 다음 스트립단의 반지름)을 만족하도록 하여 각 스트립단이 균분하여 처짐이 발생하도록 하는 것이 선호된다.

각 스트립단이 균분하여 처짐이 발생함으로써, 탄성부(300) 전체적으로 최대 처짐을 기대할 수 있고, 이에 따라 본 발명의 포고핀이 최대이동거리를 확보할 수 있게 된다. 포고핀은 다양한 테스트 장비에 적용될 수 있고, 각 테스트 장비에 균일하게 부착되어도 모든 부위에서 동일한 외력으로 포고핀을 누르는 것이 어려우므로, 가급적 최대이동거리를 확보할 수 있도록 하는 것이 선호된다.

반면 테스트 시스템이 고밀도, 고집적화되면서 최대이동거리는 증가하되, 포고핀 전체의 길이는 작은 것이 선호되므로 상기와 같이 임의의 한 스트립단이 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결된 다음 스트립단에 삽입될 수 있고, 상기 임의의 한 스트립단의 외면폭과 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 외면 폭의 비가 상기 임의의 한 스트립단의 내경과 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내경의 비와 동일하게 형성되도록 하면 더 좋다.

도 4a 내지 4b는 본 발명 포고핀의 일 실시예의 압축전, 후를 각각 나타낸 사시도이고, 도 5a 내지 5b는 본 발명 포고핀의 일 실시예의 압축전, 후를 각각 나타내는 스프링 일부의 단면도이다.

본 발명의 일 실시예의 탄성부(300)를 형성하는 임의의 한 스트립단의 외경과, 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내경 간에는, 외력이 작용하지 않으면 간극이 형성된다. 부연하면 임의의 한 스트립단의 외면과 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내면 사이가 떨어져 있는 것을 의미한다. 또한 상부탐침부(100)의 하부 외면과 탄성부(300)의 최상부 스트립단의 내면 및 탄성부(300)의 최하부 스트립단의 하부 외면과 하부탐침부(200)의 상부 내면 사이에도 외력이 작용하지 않으면 떨어지도록 형성된다.

상기 간극은 외력에 의해 스프링이 움직일 수 있는 이동거리를 확보할 수 있도록 하며, 이에 따라 전술한 바와 같이 탐침 이동거리를 극대화할 수 있게 된다.

상기 간극은 탄성부(300)가 외력에 의해 압축될 때, 외력에 의해 스트립단(320)의 상면이 수평면에 대해 이루는 각이 변화되는 정도와 스트립단(320)의 내경을 고려하여 형성된다. 상기 탄성부(300)의 스트립단(320)의 상면은 수평면에 대해 일정한 각을 형성하게 되며, 외력에 의해 스트립단이 수평면과 이루는 각이 변화된다.

도 6b는 스프링 또는 외팔보의 일부 펼쳐진 단면에 하중 또는 외력이 가해지는 경우 스프링 또는 외팔보의 유효반지름(유효길이)의 변화를 나타낸 도면이다. 상기 수평면과 a의 각을 이루는 외팔보 또는 스프링에 하중 또는 외력이 가해져서 상기 외팔보 또는 스프링이 압축됨으로써 수평면과 이루는 각이 b로 바뀌면 그 차이에 대응하여 유효반지름(유효길이)가 e만큼 늘어나게 된다.

본 발명의 일 실시예의 포고핀에 외력이 작용하여 압축되기 전, 후의 도면을 나타낸 도 5a 내지 5b와 같이, 스프링이 압축되었을 때 수평면과 스프링이 이루는 각이 줄어들면서 그 차이에 대응하여 스프링의 유효반지름이 증가하게 되는 것이다. 이때 임의의 한 스트립단의 유효반지름이 외곽으로 확장되지 않도록 고정된다면, 상기 임의의 한 스트립단과 상기 임의의 한 스트립단의 상단부에 연결되는 다음 스트립단 사이의 간극과 상기 유효반지름의 증가분이 동일할 때, 상기 임의의 한 스트립단의 내면과 상기 임의의 한 스트립단의 상단부에 연결되는 다음 스트립단의 외면이 완전히 밀착된다.

도 6d는 상기 임의의 한 스트립단이 외력에 의해 위에서 아래로 압축되는 경우 변화되는 각의 변화와 이에 따라 상기 임의의 한 스트립단의 위치가 h에서 h1으로 변화되고, 유효반지름이 e만큼 증가하는 것을 나타낸 모식도이다.

본 발명 일실시예의 포고핀에 외력이 가해지면 탄성부(300)뿐 아니라 상기 탄성부(300)의 상단부에 연결되는 상부탐침부(100)가 위에서 아래로 이동한다. 상기 상부탐침부(100)의 이동시, 제1접촉부(120)가 원심(圓心)에서 멀어지는 방향으로 이동하고, 제1접촉부(120)가 반시계 방향으로 회전할 수 있다.

탄성부(300)의 임의의 한 스트립단의 유효반지름이 증가하여 임의의 한 스트립단과 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단 사이에 형성되는 간극이 없어지면, 상기 임의의 한 스트립단의 외면과 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내면 간에 접촉면적이 형성, 증가되며, 도 4b 또는 5b에 도시된 바와 같이 상기 상부탐침부(100)가 상기 유효반지름의 증가분과 간극의 차이에 비례 또는 대응하여 거리 S만큼 반시계방향으로 회전할 수 있다. 이와 더불어 상기 상부탐침부(100)의 제1접촉부(120)는 외력에 의해 원심(圓心)에서 멀어지는 방향으로 이동할 수 있고, 상기 이동에 의해 탄성부(300)의 최상부 스트립단의 내면에 상부탐침부(100)의 하부 외면이 접촉될 수 있다.

외력에 의해 상기 상부탐침부(100)가 회전하면서, 상기 제1몸체부(110)의 상단부, 즉 상부탐침부(100)의 상부에 형성된 제1접촉부(120)가 회전하게 되며, 상기 회전을 통해 테스트 장비의 외부단자 등 피검체에 형성된 산화피막 등의 절연성 물질을 긁어낼(scrubbing) 수 있다.

상기 제1접촉부(120)는 전술한 바와 같이 다수개의 첨부가 형성된 크라운 형상이 선호되며, 이 경우 테스트 장비의 외부단자 등과의 정확한 접촉이 이루어질 수 있고, 절연성 물질을 효과적으로 긁어내는 데 효과적인 제1접촉부를 형성할 수 있다.

상기 탄성부(300)의 스프링(310)을 판재를 이용하여 형성하는 방법은, 밀대, 밴딩롤러 등의 기구를 이용하여 판재를 말거나 내부에 원통형 통공이 형성된 틀에 판재를 압입하여 원통형 곡면을 따라 판재가 감기도록 하는 등 롤링수단을 이용하여 스프링을 형성하는 것이다.

프로그레시브 스템핑(progressive stamping)은 금형을 형성하기 위한 공정 즉 펀칭(punching), 코이닝(coining), 롤밴딩(roll bending), 밴딩(bening), 롤링(rolling) 등의 공정 및 자재공급(feeding)을 하나로 합하여 자동화된 시스템에서 시계열적으로 구현되도록 하는 것으로, 본 발명의 포고핀을 형성하기 위하여 상기 프로그레시브 스템핑을 도입함으로써 생산공정을 간소화함에 따라 제조단가를 절감할 수 있으며, 대량생산을 용이하게 할 수 있다.

본 발명의 하부탐침부(200) 또는 탄성부(300) 하부에는 고정부(230, 330)가 더 구비될 수 있다. 상기 고정부(230)는 도 3b에 도시된 바와 같이, 고정부전개부(230', 330')를 절곡하여 형성될 수 있고, 롤링수단을 이용하여 말거나 감아서 형성될 수도 있으며, 테스트 장비 등의 타구조물에 본 발명의 포고핀을 안정적으로 고정시킬 수 있도록 한다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스프링의 판재가 사다리꼴 형상을 갖는 포고핀을 제조하기 위한 방법은 다음과 같다.

a) 재단 단계(S1)

상단부에 제1접촉부전개부(120')가 형성된 상부탐침부전개부(100'), 하단부에 제2접촉부전개부(220')가 형성된 하부탐침부전개부(200'), 및 상기 상부탐침부전개부(100')와 상기 하부탐침부전개부(220')를 연결하는 띠형상의 탄성부전개부(300')가 하나의 금속판재에 전개된 상태로 재단된다. 이때 상기 띠 형상의 탄성부전개부(300')는 상기 하부탐침부전개부(200')와 연결되는 부분의 폭이 상기 상부탐침부전개부(100')와 연결되는 부분의 폭보다 넓게 형성되도록 한다. 상기 과정은 재단기 등을 통해 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 프로그레시브 스템핑의 과정 중 펀칭에 의해 이루어진다.

b) 원형(原形)포고핀 형성단계(S2)

상기 상부탐침부전개부(100')의 판재를 롤링수단을 이용하여, 예를 들면 밀대를 돌려가며 감거나, 내부에 원통형 통공이 형성된 틀에 판재를 압입하여 원통형 곡면을 따라 판재가 감기도록 함으로써 원통형인 상부탐침부(100)를 형성시킨다. 상기 탄성부전개부(300')는 상기 상부탐침부(100)의 하단부에 연결되면서 나선형으로 감겨져 내려가되, 복수개의 연속하는 나선형 원통조각 - 하나의 나선형 원통조각을 스트립단이라 한다 - 으로 형성되고, 임의의 한 스트립단이 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내부에 삽입되는 탄성부(300)를 형성시킨다. 일반적인 스프링을 형성하기 위해서는 판재가 서로 겹쳐지지 않도록 감아야 하나, 본 발명의 일 실시예의 탄성부(300)는 탄성부전개부(300')의 폭의 일부가 서로 겹쳐지도록, 즉 임의의 한 스트립단의 일부가 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단에 겹쳐지면서 감겨지도록 한다. 상기 탄성부(300)의 하단부는 하부탐침부전개부(200')에 의해 감겨지는데, 상기 하부탐침부전개부(200')가 상기 탄성부(300)의 하단부에 연결되는 원통형인 하부탐침부(200)를 형성시켜; 상부탐침부, 하부탐침부, 및 탄성부가 일체로 된 원형(原形)포고핀을 형성시킨다.

상기 탄성부(300)의 임의의 한 스트립단의 외면과 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내면 사이에 간극이 형성되도록 하기 위하여, 탄성부전개부(300')를 감을 때 임의의 한 스트립단의 외면과 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내면 사이에 상기 간극보다 넓은 간격이 형성되도록 한다. 상기 간격은 원형(原形)포고핀에 형성되는 도금 두께를 감안한 것으로 원형(原形)포고핀에 도금함으로써 상기 간격에서 도금 두께를 제외한 간극이 탄성부(300)의 임의의 한 스트립단의 외면과 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내면 사이에 형성된다. 상기 간격을 형성하는 일 예로서, 탄성부전개부(300')의 표면에 상기 간격 두께의 선재 또는 면재를 위치시키고 탄성부전개부(300')를 감은 후 상기 선재 또는 면재를 제거하는 방식이 가능하다. 상기 원형(原形)포고핀 형성단계는 바람직하게는 프로그레시브 스템핑의 과정 중 롤링, 밴딩, 롤밴딩 중 어느 하나 이상에 의해 이루어진다.

c) 열처리, 도금 단계(S3)

상기 원형(原形)포고핀은 내마모성이나 강도 또는 경도를 향상시키기 위해 열처리하여 경화시킨 후, 니켈 및 금도금 처리함으로써 본 발명의 포고핀을 완성한다.

상기 도금 단계는 내식성을 향상시키거나, 전기저항을 낮추는 등 원형(原形)포고핀의 물성을 개선하기 위하여 수행하는 것으로, 전기적 저항이 작은 금과 같은 재료를 사용하는 것이 선호되나, 니켈 하지도금을 하면 금도금 층을 보다 얇게 형성할 수 있고, 기저금속인 동합금층 표면에 기공을 감소시켜 표면의 부식을 막아주며, 금의 내마모성을 증가시킬 수 있으므로, 금도금을 원형(原形)포고핀의 표면에 직접 하지 않고, 니켈 하지도금을 먼저 수행하고, 그 위에 금도금을 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 도금 단계는 원형(原形)포고핀을 형성한 후 열처리하여 경화시킨 다음에 수행한다. 재단 단계 전 또는 원형(原形)포고핀 형성단계 전에서 금속판재에 바로 도금하는 것도 가능하나, 이 경우 상기 재단 단계 또는 원형(原形)포고핀 형성단계에서 판재가 밀대 등에 의해 말리면서 도금부분에 손상이 가해져 불량품이 발생할 우려가 있고, 도금에 의해 소재의 특성이 바뀌어져 롤링수단으로 원형(原形)포고핀을 형성하는 데 어려움이 있다. 본 발명의 탄성부(300)의 각 스트립단 사이에는 특정한 간격이 형성되어 있어서 원형(原形)포고핀에 직접 도금하여도 도금 누락 등의 문제가 발생할 여지가 없으므로 원형(原形)포고핀 형성단계 후 도금하는 것이 바람직하다.

상기 상부탐침부와 하부탐침부는 본 발명의 포고핀을 설명하기 위해 도면에 표시된 바대로 명명한 것일 뿐, 그 사용에 있어서는 포고핀이 어떠한 위치에 어떠한 방향으로 설치되어도 사용상의 문제가 발생하지 않는다. 즉 상부탐침부가 반도체 패키지의 외부단자에 대응하도록, 상부탐침부를 위로 향하게 하여 사용하는 것은 물론, 상부탐침부가 테스트 보드의 컨텍트 패드에 대응하도록, 상부탐침부를 아래로 향하게 하여 사용하는 것도 가능하다. 다만, 본 발명의 상부탐침부의 회전에 따른 절연층 제거를 위해서는 절연층이 주로 형성될 수 있는 피검체와 상부탐침부가 대응되도록 사용하는 것이 바람직하다.

이상에서 본 발명은 구체적인 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였으나, 상기 실시 예는 본 발명을 이해하기 쉽도록 하기 위한 예시에 불과한 것이므로, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환, 부가 및 변형된 실시 형태들 역시 하기의 특허청구범위에 의하여 정해지는 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

100: 상부탐침부 110: 제1몸체
120: 제1접촉부 200: 하부탐침부
210: 제2몸체 220: 제2접촉부
230, 330: 고정부 300: 탄성부
310: 스프링 320: 스트립단
100': 상부탐침부전개부 120': 제1접촉부전개부
200': 하부탐침부전개부 220': 제2접촉부전개부
230', 330': 고정부전개부 300': 탄성부전개부

Claims (15)

1. 상부탐침부(100), 하부탐침부(200), 및 상기 상부탐침부와 하부탐침부 사이에 위치하는 탄성부(300)로 이루어지는 포고핀에 있어서,
   a) 상기 상부탐침부(100)는 상부에 제1접촉부(120)를 포함하고,
   b) 상기 하부탐침부(200)는 하부에 제2접촉부(220)를 포함하며,
   c) 상기 탄성부(300)는 띠 형태의 소재가 나선형으로 감기어 올라가는 형태로서, 복수개의 연속하는 나선형 원통조각으로 형성된 스프링(310)이며, - 하나의 나선형 원통조각을 스트립단(320)이라 한다 - 임의의 한 스트립단은 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내부에 부분적으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 달팽이형 포고핀
2. 제1항에 있어서, 상기 탄성부(300)의 임의의 한 스트립단의 외경과, 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내경 간에는, 외력이 작용하지 않으면 간극을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 달팽이형 포고핀
3. 제2항에 있어서, 상기 탄성부(300)는 외력이 가해지면 복수개의 스트립단(320)이 물리적인 접촉을 형성하는 것을 특징으로 하는 달팽이형 포고핀
4. 제2항에 있어서, 상기 간극은 외력에 의해 스트립단(320)의 상면이 수평면에 대해 이루는 각이 변화되는 정도와 스트립단(320)의 내경을 고려하여 형성되는 것을 특징으로 하는 달팽이형 포고핀
5. 제1항에 있어서, 상기 상부탐침부(100)는 외력이 가해지면 제1접촉부(120)가 원심(圓心)에서 멀어지는 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 달팽이형 포고핀
6. 제1항에 있어서, 상기 상부탐침부(100)는 외력이 가해지면 제1접촉부(120)가 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 달팽이형 포고핀
7. 제1항에 있어서, 상기 탄성부(300)는 임의의 한 스트립단의 외면 폭에 비해, 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 외면 폭이 더 넓은 것을 특징으로 하는 달팽이형 포고핀
8. 제7항에 있어서, 상기 탄성부(300)의 임의의 한 스트립단의 외면 폭과, 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 외면 폭의 비는, 상기 임의의 한 스트립단의 내경과, 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내경의 비와 동일하거나 가깝게 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 달팽이형 포고핀
9. 제1항에 있어서, 상기 스트립단(320)의 상면은 수평면에 대해 일정한 각을 형성하는 것을 특징으로 하는 달팽이형 포고핀
10. 제1항에 있어서, 상기 하부탐침부(200)와 상기 탄성부(300) 중 어느 하나에는 고정부(230, 330)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 달팽이형 포고핀
11. 제1항에 있어서, 상기 상부탐침부(100), 상기 하부탐침부(200), 및 상기 탄성부(300)는 일체로 된 단일부재로 형성되는 것을 특징으로 하는 달팽이형 포고핀
12. 상부탐침부(100), 하부탐침부(200), 및 상기 상부탐침부와 하부탐침부 사이에 위치하는 탄성부(300)로 이루어지는 포고핀을 제조하는 방법에 있어서,
    a) 상단부에 제1접촉부전개부(120')가 형성된 상부탐침부전개부(100'), 하단부에 제2접촉부전개부(220')가 형성된 하부탐침부전개부(200'), 및 상기 상부탐침부전개부(100')와 하부탐침부전개부(200')를 연결하되, 상기 하부탐침부전개부(200')와 연결되는 부분의 폭이 상기 상부탐침부전개부(100')와 연결되는 부분의 폭보다 넓은 띠형상의 탄성부전개부(300')가 하나의 금속판재에 전개된 상태로 재단하는 단계,
    b) 상기 상부탐침부전개부(100')의 판재를 롤링수단을 이용하여 원통형인 상부탐침부(100)를 형성시키고; 탄성부전개부(300')가 상기 상부탐침부(100)의 하단부에 연결되면서 나선형으로 감겨져 내려가되, 복수개의 연속하는 나선형 원통조각 - 하나의 나선형 원통조각을 스트립단이라 한다 - 으로 형성되고, 임의의 한 스트립단이 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내부에 삽입되는 탄성부(300)를 형성시키며; 상기 하부탐침부전개부(200')가 상기 탄성부(300)의 하단부에 연결되는 원통형인 하부탐침부(200)를 형성시켜; 상부탐침부, 하부탐침부, 및 탄성부가 일체로 된 원형(原形)포고핀을 형성시키는 단계,
    c) 상기 원형(原形)포고핀을 열처리하여 경화시킨 후, 도금 처리하는 단계,
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 달팽이형 포고핀을 제조하는 방법
13. 제12항에 있어서, 상기 원형(原形)포고핀에 외력이 가해지지 않은 상태에서 상기 탄성부(300)의 임의의 한 스트립단의 외면은 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내면과 간극을 형성하는 것을 특징으로 하는 달팽이형 포고핀을 제조하는 방법
14. 제12항에 있어서, 상기 탄성부(300)의 임의의 한 스트립단과 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 외면의 폭의 비는, 상기 임의의 한 스트립단과 상기 임의의 한 스트립단의 하단부에 연결되는 다음 스트립단의 내경의 비와 동일하거나 가깝게 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 달팽이형 포고핀을 제조하는 방법
15. 제12항에 있어서, 상기 도금 처리는 원형(原形)포고핀을 니켈 도금 후 금도금하는 것을 특징으로 하는 달팽이형 포고핀을 제조하는 방법

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