KR20130133669A - 통전 시험용 프로브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 통전에 의한 온도 상승을 억제할 수 있으면서, 전기적 및 기계적 특성이 우수한 통전 시험용 프로브를 제공한다.
본 발명과 관련된 통전 시험용 프로브는, 프로브 기판의 회로와의 접속단을 가지며 인성을 나타내는 제 1의 금속재료로 형성된 침 본체부와, 침선을 가지는 침선부로서 상기 침본체부의 상기 제 1의 금속재료보다 높은 경도는 나타내는 제 2의 금속재료로 형성되고, 상기 침본체부에 연속하는 침선부를 구비하고, 상기 침본체부 및 상기 침선부에 상기 침선에서 상기 접속단에 이르는 동일 금속재료로 이루어지는 전류 경로를 형성한 것을 특징으로 한다.

Description

통전 시험용 프로브 {Electrical Test Probe}
본 발명은 피검사체에 이용되며, 기계적 특성 및 전기적 특성이 우수한 프로프에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼에 만들어 넣어진 다수의 반도체 집적회로는 각 칩으로 분리되기 전에 일반적으로 사양서대로 제조되었지 그 여부에 관해 전기적 시험을 받는다. 이 전기적 시험에는 각 반도체 집적회로인 피검사체의 전극에 접속되는 복수의 프로브가 설치된 프로브 카드와 같은 프로브 조립체, 즉 전기적 접속장치가 이용된다. 피검사체는 이 전기적 접속장치를 거쳐 테스터에 접속된다.
이러한 종류의 전기적 접속장치에 이용되는 종래의 프로브 중 하나로서, 판상(板狀)의 프로브 본체부 즉 침(針)본체부와, 그 침본체부에 마련되어 피검사체의 전극에 접촉되는 침선부(針先部)를 구비하는 것이 있다(예를 들면, 특허문헌 1 및 2를 참조). 침본체부는, 프로브가 설치되는 프로브 기판에 대해 접속단(接續端)을 가지는 설치부분(attaching portion)과, 그 설치부분에서 상기 프로브 기판과 간격을 두고 그 프로브 기판을 따라서 가로 방향으로 연장되는 아암부분과, 그 아암부분의 선단에서 하방으로 신장되는 대좌부분(pedestal portion)을 구비하고, 그 대좌부분에 상기 침선부가 마련되어 있다. 이런 종류의 프로브는 소위 캔틸레버형(외팔보) 프로브라 칭해진다.
특허문헌 1에 기재된 프로브에서는, 상기 침본체부는 침선부로 이용되는 재료보다 더 높은 인성(靭性)을 가지는 도전재료로 형성되어 있다. 한편, 상기 침본체부의 상기 대좌부분의 선단에 마련되는 침선부는, 경도(硬度)에 있어서 상기 침본체부에 이용되는 재료보다 더 우수한 도전성 재료로 형성한다.
이에 따라, 프로브의 상기 침선부의 선단(침선)이 피검사체의 전극에 가압되었을 때, 상기 아암부분의 탄성에 의해 그 아암부분에 적정한 휘어짐 변형을 발생시킬 수 있다. 이 아암부분의 휘어짐 변형에 수반하여 상기 침선이 상기 전극 위를 미끄러지면, 이 침선의 미끄러짐으로 인해 상기 전극 상의 산화막이 깎인다. 이에 의해 침선이 상기 전극과 확실하게 전기적으로 접촉한다. 또한, 상기 침선을 포함한 침선부는 침본체보다 높은 경도의 금속재료로 구성되어 있어서, 상기한 침선의 미끄러짐에 따른 마모가 억제된다. 따라서, 상기 프로브는 양호한 전기적 및 기계적인 특성이 주어진다.
그러나, 피검사체의 전극의 좁은 피치화에 따라 프로브가 소형화하면, 프로브로 흘릴 수 있는 허용 전류량이 감소한다. 프로브로 흘리는 전류를 허용 전류량 내로 유지함으로써 프로브의 탄성에 의해 그 프로브의 침선에 적정한 침압(針壓)을 걸은 상태에서 프로브와 전극 사이에 적정한 전기적 접촉을 실현할 수 있다. 그러나, 프로브에 허용전류를 초과하는 과전류가 흐르면, 프로브의 온도가 상승하고 이 온도 상승에 의해 프로브의 탄성에 헐거워짐이 발생되고, 그 프로브가 손상을 받는 경우가 있다.
일본특허공개공보 제2008-190885호 일본특허공개공보 제2011-107023호
따라서, 본 발명의 목적은 통전에 의한 온도 상승을 억제할 수 있으며, 전기적 및 기계적 특성이 우수한 통전 시험용 프로브를 제공하는 것에 있다.
본 발명은 다음과 같은 식견을 근거한다. 본원 발명자는 허용 전류의 증대를 도모하기 위해 종래의 상기 프로브에 있어서, 상기 침본체부를 구성하는 제 1의 금속재료와 상기 침선부를 구성하는 제 2의 금속재료를 여러 가지로 선택하고, 그들의 조합으로 구성된 프로브에 관해서 각각의 통전 전류값의 변화에 대한 침압 유지율의 변화를 구하는 실험에 의해 도 1에서와 같은 특성 그래프를 얻었다. 가로 축은 프로브에 흘리는 전류값(mA)이다. 세로 축은 그때의 프로브의 탄성의 헐거움을 나타내는 침압(針壓) 유지율(100%)이며, 그 침압 유지율은 소정의 침압에 대해 얻어진 침압의 비율을 나타낸다.
여기서, 침압 유지율(%)을 구하는 방법에 관해 설명한다. 침압 측정의 대상이 되는 캔틸레버형의 프로브가 평가용 회로기판에 설치된 상태에서 금(Au) 플레이트를 프로브의 침선에 접촉시킨다. 이 접촉 후, 상기 금 플레이트가 상기 프로브의 침선에 밀어 붙어지도록 그 침선을 향해 100㎛의 거리가 이동된다. 이 100㎛의 OD(오버 드라이브)상태에서, 상기 회로기판에서 상기 프로브를 거쳐 상기 금 플레이트로 흐르는 전류 값을 파라미터로서 그때의 침압이 측정된다. 전류 값이 0mA일 때의 침압을 100%로 하고, 그 90%의 침압을 유지할 수 있는 전류 값이 허용 전류값이라 칭해진다.
상기한 OD상태에서, 예를 들면 전류를 통하지 않은 0mA에서의 침압이 30.0mN의 경우, 이 침압값을 100%로 하고, 600mA의 전류를 흘렸을 때의 침압이 27.5mN의 경우에는 침압 유지율이 91%(27.5mN/30.0mN×100%)가 되고, 마찬가지로 850mA의 전류를 흘렸을 때의 침압이 24.0mN의 경우에는 침압 유지율이 마찬가지로 80%가 된다.
도 1의 그래프에서 나타내는 특성선 A는, 상기 침본체부를 구성하는 제 1의 금속재료 및 침선부를 구성하는 제 2의 금속재료를 동일한 NiB(니켈 보론)으로 형성한 프로브의 특성을 나타낸다. 특성선 B는, 침본체부(제 1의 금속재료)를 NiB으로 형성하고, 침선부(제 2의 금속재료)를 80%Pd-20%Ni 합금으로 형성한 프로브의 특성을 나타낸다. 또한, 특성선 C는 침본체부(제1의 금속재료)를 NiB으로 형성하고, 침선부(제 2의 금속재료)를 Rh(로듐)으로 형성한 프로브의 특성을 나타낸다.
도 1의 그래프에 따르면, 상기한 바와 같이 90%의 침압 유지율을 유지할 수 있는 통전량을 허용 전류값으로 하면, 특성선 A에 따르면, 923mA의 허용 전류값이 얻어졌다. 한편, 특성선 B에 따르면 거의 800mA의 허용 전류값이 얻어지고, 특성선 C에 따르면 687mA의 허용 전류값을 얻었다. 이러한 결과, 및 종래의 상기 프로브의 침선부 및 침본체부를 커버하도록 전체적으로 도금을 시행한 프로브의 허용 전류값의 측정결과 등을 종합적으로 고찰한 결과, 상기 침본체부를 구성하는 제 1의 금속재료와, 침선부를 구성하는 제 2의 금속재료의 이질 금속재료에 의한 경계면에서의 전기저항이 프로브의 탄성에 헐거움을 초래하는 발열의 주요 원인이라는 것을 알아냈다.
이 식견을 근거로 본 발명과 관련된 통전 시험용 프로브는, 프로브 기판의 회로와의 접속단을 가지며 인성(靭性)을 나타내는 제 1의 금속재료로 형성된 침본체부와, 침선을 가지는 침선부로서 상기 침본체부의 상기 제 1의 금속재료보다 높은 경도(硬度)를 나타내는 제 2의 금속재료로 형성되고, 상기 침본체부에 연속하는 침선부를 구비하며, 상기 침본체부 및 상기 침선부에, 상기 침선에서 상기 접속단(connection end)에 이르는 동일 금속재료로 이루어지는 전류 경로를 형성한 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련된 상기 통전 시험용 프로브는, 인성을 나타내는 제 1의 금속재료로 형성된 침본체부의 적정한 탄성에 의해 침선부에 적정한 침압을 유지할 수 있다. 또한, 상기 침선에서 상기 접속단에 이르는 동일 금속재료로 이루어지는 전류 경로는, 상기 침본체부 및 상기 침선부와의 경계면을 가지는 통전로(通電路)에 대한 바이패스 경로(bypass path)로서 기능하고, 그 바이패스 경로는 그 경로 중에 이종 금속의 접합에 의해 형성되는 경계면을 갖지 않기 때문에 상기 프로브의 전기 저항을 저감한다. 그 결과, 상기 프로브는 그 기계적 특성을 저해하지 않고 허용 전류량의 증대를 포함하는 전기적 특성의 개선이 도모된다.
상기 동일 금속재료는 상기 제 1 또는 제 2의 금속재료 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 동일 금속 재료는 상기 제 1 및 제 2의 금속재료 중 상기 제 2의 금속재료로 할 수 있다. 상기 제 2의 금속재료로 상기 제 1의 금속재료보다 전기 저항률(Ω㎝)이 작은 금속재료를 이용할 수 있다. 이 경우, 제 1의 금속재료보다도 고경도의 상기 제 2의 금속재료로 상기 제 1의 금속재료로 이루어지는 상기 침본체부를 커버함으로써, 상기 본체 부분을 커버하는 상기 제 2의 금속재료의 부분을 상기 본체부분의 보호층으로서 기능하게 할 수 있다.
상기 제 1의 금속재료로서 니켈 또는 니켈 합금을 이용하고, 상기 제 2의 금속재료로서 로듐을 이용할 수 있다.
상기 동일 금속재료는 프로브의 전기 저항 저감의 관점에서는, 상기 제 1 또는 제 2의 금속재료보다도 전기 저항률(Ω㎝)이 작은 금속재료를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 프로브는, 상기 침본체부가 상기 프로브기판의 상기 회로와의 접속단으로부터 멀어지는 방향으로 신장하는 설치부분과, 그 설치부분의 신장방향과 거의 직각으로 신장되는 아암부분과, 그 아암부분의 선단에서 상기 설치부분의 신장방향과 동일방향으로 신장하는 대좌부분을 구비하여, 상기 침선부가 상기 대좌부분의 신장단에서 돌출하는 캔틸레버형 프로브로 할 수 있다.
상기 프로브는, 상기 침본체부가 상기 프로브기판의 상기 회로와의 접속단에서 멀어지는 방향으로 막대형상으로 신장하고, 상기 침선부가 막대형상의 상기 침본체부의 선단으로부터 그 침본체부와 거의 동일방향으로 신장하는 수직형 프로브로 할 수 있다.
본 발명의 따르면 상기한 바와 같이 기계적 특성을 저해하지 않고, 허용전류량의 증대를 포함한 전기적 특성의 개선을 도모할 수 있어서, 미세한 피치(pitch) 대응에 있어서도 과전류의 열로 인한 탄성의 헐거움이나 침선의 용융을 발생시키는 일이 없이 내구성이 우수한 프로브를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 여러 가지 통전 시험용 프로브로의 통전 전류값의 변화에 대한 침압 유지율의 변화를 나타내는 특성 그래프이고,
도 2는 본 발명과 관련된 프로브가 끼워 넣어진 전기적 접속장치의 일 예를 그 일부를 절단해서 나타내는 정면도이고,
도 3은 도 2에 나타낸 전기적 접속장치에 이용된 프로브의 측면도이고,
도 4는 도 3에 나타낸 선 Ⅳ-Ⅳ를 따라서 얻어진 본 발명과 관련된 프로브의 구체적인 예를 나타내는 단면도이고,
도 5는 도 3에 나타낸 선 Ⅴ-Ⅴ을 따라 얻어진 본 발명과 관련된 프로브의 다른 구체적인 예를 나타내는 단면도이고,
도 6은 도 4 및 도 5에서 나타내는 본 발명과 관련된 프로브와 종래의 프로브의 특성을 비교하여 나타내는 도 1과 같은 그래프이고,
도 7은 도 3 및 도 4에서 나타내는 본 발명과 관련된 프로브의 제조공정 (a)~(e)를 나타내는 공정도이고,
도 8은 도 3 및 도 5에서 나타내는 본 발명과 관련된 프로브의 제조공정 (a)~(d)를 나타내는 공정도(NO.1)이고,
도 9는 도 3 및 도 5에 나타낸 본 발명과 관련된 프로브의 제조공정 (e)~(h)를 나타내는 공정도(NO.2)이고,
도 10은 본 발명과 관련된 프로브의 또 다른 구체적인 예를 나타내는 종단면도이고,
도 11은 도 10에 나타낸 프로브의 바이패스 층의 두께를 바꿨을 때 특성변화를 나타내는 도 1과 같은 그래프이다.
본 발명과 관련된 시험장치(10)는 도 2에서 나타내는 바와 같이 예를 들면 반도체 웨이퍼(12)에 형성된 다수의 평판상의 집적회로의 전기적 시험에 이용된다. 반도체 웨이퍼(12)에 형성된 이들 다수의 집적회로는 모든 집적회로가 동시에 일괄적으로 혹은 여러 번에 걸쳐서 전기적 시험을 받는다. 피검사체인 반도체 웨이퍼(12)의 상면에는 각 집적회로를 위한 다수의 전극(12a)이 마련되어 있다.
시험장치(10)는, 피검사체(12)의 전극(12a)을 상방을 향해서 피검사체(12)를 떼어낼 수 있도록 유지하는 척톱(chuck top)(14)과, 그 척톱 상의 피검사체(12)에 구비된 각 집적회로를 위한 전극(12a)을 시험용 전기회로(미도시)에 전기적으로 접속하는 전기적 접속장치(16)를 포함한다.
전기적 접속장치(16)는, 프린트 배선 기판(18)과, 그 프린트 배선기판에 세라믹 기판(20)을 통해서 적층된 프로브 기판(22)을 구비한다. 프로브 기판(22)의 한쪽 면에는 본 발명과 관련된 다수의 프로브(24)가 정렬해서 고정되어 있다. 세라믹 기판(20) 및 프로브 기판(22)은, 그 프로브 기판에 설치된 프로브(24)가 하방을 향하도록 세라믹과 같은 유전체(誘電體) 재료로 이루어지는 종래 잘 알려진 부착링 조립체(26)를 통해서 프린트 배선 기판(18)의 하면에 적층되도록 그 프린트 배선기판에 조립되어 있다.
프린트 배선기판(18)의 상면에는, 금속재료로 이루어지며 프린트 배선기판(18)의 상기 상면의 부분적인 노출을 허락하는 보강부재(28)가 배치되어 있다. 프로브기판(22), 세라믹기판(20), 프린트 배선기판(18), 보강부재(28) 및 부착링 조립체(26)는, 도시하지 않지만 볼트와 같은 종래의 결합부재에 의해 일체적으로 결합되어 있다.
프로브 기판(22)에는, 도시하지 않지만 종래 잘 알려진 도전로(導電路)가 형성되어 있으며, 프로브(24)는 각각에 대응한 상기 각 도전로에 고정적으로 접속되도록 프로브 기판(22)에 설치되어 있다. 프로브(24)에 대응한 프로브 기판(22)의 상기 각 도전로는, 종래 잘 알려져 있는 바와 같이, 세라믹 기판(20) 및 프린트 배선기판(18)을 각각 관통해서 형성된 각 도전로(모두 미도시)를 거쳐 프린트 배선기판(18)의 상면의 보강부재(28)로부터 노출되는 영역에 배열된 소켓(미도시)에 전기적으로 접속되어 있으며, 그 소켓을 거쳐 도시되지 않은 시험용 전기회로에 접속되어 있다.
따라서, 전기적 접속장치(16)의 각 프로브(24)가 피검사체인 반도체 웨이퍼(12)가 대응하는 전극(12a)에 접촉되도록 전기적 접속장치(16)와 진공 척(chuck)(14)을 서로 가까워지도록 이동시킴으로써 전극(12a)을 상기 시험용 회로에 접속할 수 있다. 상기 시험용 회로에서는 전기적 접속장치(16)을 거쳐 각 집적회로에 대응하는 전극(12a)을 거쳐 전기신호(전압,전류)가 공급되고, 또한 그 응답신호가 대응하는 전극(12a)을 거쳐 피검사체(12)에서 상기 시험용 회로에 공급된다. 이에 의해 피검사체(12)의 통전 시험을 행할 수 있다.
각 프로브(24)를 확대해서 나타낸 도 3을 참조하면, 각 프로브(24)는, 예를 들면 니켈 보론(boron)과 같은 니켈 합금인 제 1의 금속재료로 이루어지는 평판상의 침본체부(24a)와, 예를 들면 로듐과 같은 경질의 제 2의 금속재료로 이루어지는 침선부(24b)를 구비한다. 이들 양쪽(24a,24b)은 모두 비교적 양호한 도전성을 나타낸다. 상기 니켈 합금으로 이루어지는 침본체부(24a)는, 침선부(24b)를 구성하는 로듐보다도 인성이 좋으며, 한편 상기 로듐은 침본체부(24a)를 구성하는 상기 금속재료보다도 경도가 높다.
침본체부(24a)는 상기한 금속재료 외에 예를 들면 니켈 텅스텐 합금, 니켈 코발트 합금과 같은 니켈 합금, 니켈, 인청동, 팔라듐 코발트 합금과 같은 인성(靭性)이 우수한 고 인성의 금속재료로 형성할 수 있다. 또한, 침선부(24b)의 베이스층은 로듐 이외의 고 경질 금속재료로 적절하게 형성할 수 있다.
침본체부(24a)는, 도 3에서 나타내는 예에서는 프로브 기판(22)이 대응하는 상기 도전로와의 접속단이 되는 평탄한 상단(30a)을 가지며, 그 상단으로부터 이것과 거의 직각으로 아래 방향으로, 즉 프로브 기판(22)에서 멀어지는 방향으로 신장하는 설치부분(30)과, 그 설치부분의 하단부의 일측에서 프로브기판(22)과 평행하게 가로방향으로 신장되는 아암부분(32)과, 그 아암부분의 신장단(伸張端)에서 아래로 신장되는 대좌부분(34)을 구비한다. 또한, 도시의 예에서는 아암부분(32)에는 그 아암부분의 탄성 변형을 촉진하기 위한 슬롯(32a)이 형성되어 있다.
대좌부분(34)에는 그 하단면(34a)(도4참조)에서 일부를 돌출시켜서 침선부(24b)가 매설되어 있다. 침선부(24b)는 도4에서 나타내는 예에서는 대좌부분(34)의 하단면(34a)에 일치하는 하면을 가지는 중간부(36a)와, 그 중간부의 양단에서 서로 멀어지는 방향으로 신장되는 직선형태의 한쌍의 단부(36b,36c)를 가지는 크랭크 형태의 종단면(縱斷面) 형상을 가진다.
침선부(24b)는 그 일측의 단부(35b)를 대좌부분(34)의 하단면(34a)에서 돌출시키고, 다른 쪽의 단부(36c)를 대좌부분(34)의 한쪽 측면을 따라서 그 대좌부분 내로 신장하도록 대좌부분(34) 내에 매설되어 있다. 따라서, 침선부(24b) 및 이것에 결합된 침본체부(24a)는, 침선부(24b)의 침선에서 침본체부(24a)의 상단(30a)에 이르는 전로를 형성한다.
대좌부분(34)과 그 대좌부분 내에 매설된 침선부(24b)와의 경계면에는, 다른 쪽 단부(36c)의 단면을 제외하고, 침본체부(24a)를 구성하는 상기한 제 1의 금속재료로 이루어지는 금속층(36a)이 개재된다. 금속층(38a)은, 대좌부분(34)의 하단면(34a)에서 돌출되는 단부(端部)(36b)의 선단 즉 침선에 도달한다.
상기 제 1의 금속재료로 구성된 금속층(38a)은, 침선부(24b)의 침선에서 그 침선부(24b)의 단부(36b)를 따라서 상기 제 1의 금속재료로 구성된 침본체부(24a)의 대좌부분(34a) 내로 연장 존재한다. 따라서, 금속층(38a) 및 침본체부(24a)는 침선부(24b) 및 이것에 결합된 침본체부(24a) 형성되는 상기 전로에 대하여, 동일 금속재료로 구성된 전류 바이패스 경로(bypass path)를 형성한다.
따라서, 동일 금속재료의 금속층(38a) 및 침본체부(24a) 구성된 상기 바이패스 경로는 침선부(24b)의 침선에서 침본체부(24a)의 프로브 기판(22)에 대한 접속단이 되는 상단(30a)에 이르는 경로 중에 이질 금속재료의 접합에 의한 경계면을 갖지 않는다. 그 결과, 침선부(24b)의 침선에서 침본체부(24a)의 상단(30a)에 이르는 전기 저항은 크게 저감한다.
도 5는 본 발명의 다른 구체적인 예를 나타내는 도 4와 같은 도면이다. 도 5에서 나타내는 예에서는 침본체부(24a)와 침선부(24b)의 경계면에 개재되는 금속층(38b)은 침선부(24b)를 형성하는 상기 제 2의 금속재료로 형성되어 있다. 이 제 2의 금속재료로 형성된 금속층(38b)은 침본체부(24a)와 침선부(24b)의 경계면을 따라서 연장되고, 그리고 본체부(24a)의 상단(30a)에 도달하도록 본체부(24a)의 일측면 전역을 커버하여 형성되어 있다. 따라서, 금속층(38b)은, 침선부(24b)와 함께 침선부(24b) 및 이것에 결합된 침본체부(24a)로 형성되는 상기 전로에 대하여 동일 금속재료로 구성된 전류 바이패스 경로를 형성한다.
금속층(38b) 및 침선부(24b)로 구성되는 상기 바이패스 경로는 동일 금속재료로 구성되기 때문에 금속층(38a)에서와 마찬가지로 침선부(24b)의 침선에서 침본체부(24a)의 프로브기판(22)에 대한 접속단이 되는 상단(30a)에 이르는 경로 중에 이질 금속재료의 접합에 의한 경계면을 가지지 않는다. 그 결과, 침선부(24b)의 침선에서 침본체부(24a)의 상단(30a)에 이르는 전기 저항은 도 4에 나타낸 예에서와 마찬가지로 크게 저감한다.
도 6은, 도 4 및 도 5에서 나타내는 본 발명과 관련된 프로브(24,24)와, 종래의 프로브와의 특성을 비교하여 나타내는 도 1과 같은 그래프이다. 침압 유지율은, 상기한 것과 마찬가지 방법으로 측정되었다. 특성선 A 및 C는 도 1에서 나타내는 특성선 A 및 C이며, 특성선 A는 침본체부를 구성하는 제 1의 금속재료 및 침선부를 구성하는 제 2의 금속재료를 동일한 니켈 보론으로 형성한 프로브의 특성을 나타낸다. 또한, 특성선 C는 침본체부를 니켈 보론으로 형성하고, 침선부를 로듐으로 형성한 프로브의 특성을 나타낸다. 한편, 특성선 D는 도 4에 나타낸 프로브(24) 즉 금속층(38a)을 갖춘 프로브(24)의 특성을 나타내고, 특성선 E는 도 5에 나타낸 프로브(24) 즉 금속층(38b)을 마련한 프로브(24)의 특성을 나타낸다.
특성선 A 및 C에 따르면, 상기한 바와 같이 923mA 및 687mA의 허용 전류값이 각각 얻어졌다. 한편, 도 4에 나타낸 프로브(24)의 특성선 D에 따르면, 818mA의 허용 전류값이 얻어지고, 도 5에 나타낸 프로브(24)의 특성선 E에 따르면, 770mA의 허용 전류값이 얻어졌다.
이들 허용 전류값의 비교에서 분명한 바와 같이 본 발명과 관련된 프로브(24)의 허용 전류값은 침본체부 및 침선부가 동일 금속재료로 이루어지는 프로브(특성선 A)의 그것에는 떨어지지만, 침본체부와 침선부가 이질 금속 접합에 의한 경계면을 가져 바이패스 경로를 가지지 않는 종래의 프로브(특성선 C)와 비교해서 허용 전류값을 적어도 약 80mA 이상 증대시킬 수 있다.
이어서, 프로브(24)의 제조방법을 도 7 내지 도 9에 따라 설명한다. 우선, 도 4에 나타낸 프로브(24)의 제조방법을 도 7을 따라서 설명한다.
도 7 (a)에 나타내는 바와 같이, 스테인리스 제품의 평탄한 표면을 가지는 베이스테이블(50) 위에, 나중에 제거될 희생층(52)을 위한 포토리소그래피 마스크(photolithography mask)(54)가 종래 잘 알려진 포토레지스트 층으로의 선택 노광 및 현상 처리에 의해 형성된다. 포토리소그래피 마스크(54)의 오목부(54a)로부터 노출되는 베이스테이블(50)의 표면부분에, 예를 들면 구리와 같은 희생층 재료가 전기 도금법에 의해 소정의 두께로 퇴적되고, 이에 의해 희생층(52)이 형성된다.
포토리소그래피 마스크(54)를 제거한 후, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이 새로운 제 2의 포토리소그래피 마스크(56)가 베이스테이블(50)의 표면부분 및 희생층(52)을 커버하도록 형성된다. 제 2의 포토리소그래피 마스크(56)는 종래와 마찬가지로 새로운 포토레지스트 층으로의 선택 노광 및 현상 처리에 의해 형성되고, 포토리소그래피 마스크(56)에는 침선부(24b)의 평면형상을 가지는 오목부(56a)가 형성된다. 이 오목부(56a)에서는 베이스테이블(50)의 표면 및 희생층(52)의 일부가 노출된다.
제 2의 포토리소그래피 마스크(56)의 오목부(56a)로부터 노출되는 베이스테이블(50)의 표면부분 및 희생층(52) 상에는 도 7(c)에 나타내는 바와 같이 제 2의 금속재료가 전기 도금법에 의해 거의 희생층(52)의 두께와 동등한 두께로 퇴적된다. 이 제 2의 금속재료의 퇴적에 의해 침선부(24b)가 형성된다.
침선부(24b)의 형성 후, 도 7(d)에서 나타내는 바와 같이 오목부(56a) 내의 침선부(24b) 상에 그리고 제 1의 금속재료가 퇴적되고 이 제 1의 금속재료의 퇴적에 의해 금속층(38a)이 형성된다.
베이스테이블(50) 상에서 포토리소그래피 마스크(56)가 제거되면, 베이스테이블(50) 상에는 한층 더 새로운 제 3의 포토리소그래피 마스크(58)가 형성된다. 이 포토리소그래피 마스크(58)는, 상기한 바와 마찬가지의 새로운 포토레지스트 층으로의 선택 노광 및 현상 처리에 의해 형성된다. 이에 의해, 포토리소그래피 마스크(58)에는 침본체부(24a)의 평면형상을 가지는 오목부(58a)가 형성된다. 오목부(58a)으로부터 노출되는 금속층(38a) 및 베이스테이블(50) 위에는 금속층(38a)과 동일한 금속재료가 퇴적되고 이에 의해 침본체부(24a)가 형성된다.
침본체부(24a)의 형성후, 제 3의 포토리소그래피 마스크(58)가 제거되고, 또한 희생층(52)이 제거된 후, 프로브(24)가 베이스테이블(50)로부터 박리된다. 이에 의해 이종 금속의 조합으로 구성된 종래의 프로브(특성선 C)와 비교해서 허용 전류값이 증대된 도 4에서 나타낸 프로브(24)를 얻을 수 있다.
이어서, 도 5에서 나타낸 프로브(24)의 제조방법을 도 8 및 도 9를 따라서 설명한다. 도 8(a)에서 나타내는 바와 같이 베이스테이블(50) 상에는 도 7(a)에서 나타내는 것과 마찬가지의 제 1의 포토리소그래피 마스크(54)를 이용해서 그 오목부(54a)에 희생층(52)이 형성된다.
희생층(52)의 형성 후, 도 8(b)에서 나타내는 바와 같이 포토리소그래피 마스크(54)가 제거되고, 그 후 도 8(c)에서 나타내는 바와 같이 포토레지스트층(56)이 베이스테이블(50) 및 희생층(52)을 커버하도록 형성된다.
포토레지스트층(56)은 상기한 바와 마찬가지의 선택 노광 및 현상 처리를 받고, 이에 의해 도 8(d)에서와 같이 오목부(56a)을 가지는 제 2의 포토리소그래피 마스크(56)가 형성된다. 포토리소그래피 마스크(56)의 오목부(56a)는 침본체부(24a)의 평면형상을 가지며, 오목부(56a)는 희생층(52) 및 베이스테이블(50)의 표면 일부를 노출시킨다. 이 오목부(56a)로부터 노출되는 희생층(52) 및 베이스테이블(50)의 표면에는 상기 제 1의 금속재료가 퇴적된다. 이 제 1의 금속재료의 퇴적에 의해 침본체부(24a)의 평면형상을 가지는 금속층(38b)이 형성된다.
금속층(38b)의 형성후, 제 2의 포토리소그래피 마스크(56)가 제거된다. 포토리소그래피 마스크(56)의 제거후, 베이스테이블(50)의 표면상에는 도 9(e)에서 나타내는 바와 같이 금속층(38b)의 일부를 노출시키는 오목부(58a)를 가지는 제 3의 포토리소그래피 마스크(58)가 형성된다. 포토리소그래피 마스크(58)는 상기한 것과 마찬가지의 포토레지스트층의 선택 노광 및 현상 처리에 의해 형성된다. 포토리소그래피 마스크(58)의 오목부(58a)는 침선부(24b)의 평면형상을 가진다. 따라서, 이 금속층(38b)의 오목부(58a)로부터 노출되는 부분에 상기 제 2의 금속재료를 퇴적함에 따라 침선부(24b)가 형성된다.
침선부(24b)의 형성후, 포토리소그래피 마스크(58)가 제거되고, 도 9(f)에서 나타내는 바와 같이 베이스테이블(50) 상에는 한층 더 새로운 포토레지스트층(60)으로 커버된다. 포토레지스트층(60)은 상기한 것과 같은 선택 노광 및 현상 처리를 받는다. 이에 의해 도 9(g)에서와 같이 베이스테이블(50) 상에는 침선부(24b) 및 금속층(38b)의 일부를 노출시키는 오목부(60a)를 가지는 제 4의 포토리소그래피 마스크(60)가 형성된다. 오목부(60a)는 도 8(d)에 나타낸 오목부(56a)와 같은 침본체부(24a)의 평면형상을 가진다. 따라서, 침선부(24b)의 오목부(60a)에 노출되는 부분 및 금속층(38b) 상에 상기 제 1의 금속재료를 퇴적함으로써 도 9(h)에 나타내는 바와 같이 침본체부(24a)가 형성된다.
침본체부(24a)의 형성후, 제 4의 포토리소그래피 마스크(60)가 제거되고, 또한 희생층(52)이 제거된 후, 프로브(24)가 베이스테이블(50) 상에서 박리된다. 이에 의해 이종금속의 조합으로 구성된 종래의 프로브(특성선 C)와 비교해서 허용 전류값이 증대한 도 5에서 나타낸 프로브(24)를 얻을 수 있다.
도 4와 관련해서 금속층(38a)이 침선부(24b)의 한쪽 측면의 전면을 커버하도록 형성되고, 또한 도 5와 관련해서 금속층(38b)이 침본체부(24a)의 한쪽 측면의 전면을 덮도록 형성된 각각의 예에 관해 설명하였다. 이들을 대신하여, 금속층(38a)은 침선부(24b)의 상기 측면의 전면을 커버하지 않고 그 면을 띠 모양으로 연장해서 침선에 도달하도록 형성할 수 있다. 또한, 금속층(38b)은 침 본체부(24a)의 상기 측면의 전면을 커버하지 않고 그 면을 띠 모양으로 연장해서 상단(30a)에 도달하도록 형성할 수 있다.
그리고 또한, 상기 금속층(38a,38b)은, 침선부(24b), 침본체부(24a)의 상기 측면이 아니라, 침선부(24b), 침본체부(24a)의 내부에 형성할 수 있다. 그러나, 제조를 용이하게 하면서, 도시와 같이 상기 금속층(38a,38b)을 침선부(24b), 침본체부(24a)의 상기 측면에 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 침선부(24b)는 상기한 크랭크 형태를 대신하여 직선형태의 침선부를 채용할 수 있다.
도 10은, 본 발명을 예를 들면 실개평07-29838호 공보에 개시된 수직 동작식의 전기적 접속장치(프로브 카드)의 수직형 프로브에 적용한 예를 나타낸다. 수직형 프로브(62)는 도 10에서 나타내는 예에서는 서로 동축선(同軸線)상에 일치해서 배치되며 또한 상호 이간되어 배치되는 한 쌍의 직선부분(64a 및 64b)과, 그 양 직선부분 사이에 있어서 그 직선부분의 서로 마주 향하는 일단을 연결하는 곡선 변형부분(64c)을 가지는 침본체부(62a)를 구비한다. 한쪽의 직선부분(64a)의 타단은 프로브 기판의 회로와의 접속단이 되는 수직형 프로브(62)의 상단(30a)이 된다. 다른 쪽의 직선부분(64b)의 타단에는 상기한 것과 마찬가지의 침선부(62b)가 형성되어 있다.
수직형 프로브(62)에서는 종래 잘 알려져 있는 바와 같이 침선이 피검사체(12)의 전극(12a)에 가압되면, 곡선 변형 부분(64a)이 한 쌍의 직선부분(64a,64b)사이에서 탄성 변형함으로써 소정의 침압이 얻어진다.
침본체부(62a)는 상기한 니켈 보론과 같은 제 1의 금속재료로 이루어진다. 침선부(62b)는 상기한 로듐과 같은 제 2의 금속재료로 이루어진다.
침선부(62a)는, 도 10에 원으로 둘러싸여 확대해서 나타낸 바와 같이, 침선부(24b)에서와 같은 크랭크 형상을 띠며, 중간부(66a)를 거쳐 상호 연속하는 양단부(66b,66c)의 한쪽 단부(66c)가 상기 다른 쪽의 직선부분(64a)의 상기 타단에서 돌출하도록 다른 쪽의 단부(66b)가 상기 다른 쪽의 직선부분(64b) 내에 매설되어 있다.
침본체부(62a)와 침선부(62b)의 경계면, 즉 상기 다른 쪽의 직선부분(64b)과 침선부(62b)의 경계면에는 도 4에 나타낸 예에서와 같이 상기 제 1의 금속재료인 니켈 보론으로 이루어지는 금속층(68)이 형성되어 있다. 금속층(68)은, 침본체부(62a)의 직선부분(64b)과, 침선부(62b)의 상기 다른 쪽의 단부(66c)와의 경계면을 넘어서 그 단부(66c)의 선단 즉 침선에 도달한다.
따라서, 수직형 프로브(62)에서는, 도 4에 나타낸 예에서와 같이 금속층(68)은 침본체부(62a)와 함께 침선부(62b) 및 이것에 결합된 침본체부(62a)로 형성된 이질 금속재료의 접합에 의한 경계면을 가지는 전로(電路)에 대해 동일 금속재료로 구성된 전류 바이패스 경로를 형성한다.
도 11은 본 발명과 관련된 수직형 프로브(62)와 금속층(68)을 가지지 않는 종래의 수직형 프로브와의 비교를 나타내는 도 1과 같은 그래프이다. 희생선 F는 종래의 수직형 프로브의 특성을 나타낸다. 희생선 G~I는 금속층(68)의 두께를 바꾸었을 때의 수직형 프로브(62)의 특성을 각각 나타낸다. 특성선 G는 금속층(68)의 두께가 1㎛이며, 이 두께 방향을 따른 로듐으로 이루어지는 침선부(62b)의 두께는 11.5㎛인 수직형 프로브(62)의 특성을 나타낸다. 특성 H 및 I는 각각 금속층(68)의 두께가 2㎛ 및 3㎛이며, 침선부(62b)의 두께는 10.5㎛ 및 9.5㎛의 수직형 프로브(62)의 특성을 나타낸다.
도 11의 그래프에 따르면, 종래의 수직형 프로브의 특성선 F에서는 1045mA의 허용 전류값을 얻었다. 이에 대하여 본 발명과 관련된 수직형 프로브(62)의 특성선 G, H 및 I에 따르면, 1074mA, 1094mA 및 1078mA의 허용 전류값이 각각 얻어졌다.
이들 허용 전류값의 비교에서 분명한 바와 같이, 금속층(68)의 두께 변화에 관계없이, 본 발명과 관련된 프로브(62)에 따르면 종래의 수직형 프로브와 비교해서 허용 전류값을 적어도 약 30mA이상 증대시킬 수 있다.
상기한 바에서는, 금속층(38a,38b) 및 (68)을 제 1 또는 제 2의 금속재료로 구성한 예에 관해서 설명하였다. 이들을 대신하여, 상기 금속층을 상기 제 1 및 제 2의 금속재료와 다른 금속재료로 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 금속층은 침 본체부(24a,62a)의 상단(30a)에서 침선부(24b), 침선부(62b)의 침선에 도달하도록 적어도 띠 모양으로 형성된다. 또한, 상기 금속층을 상기 제 1 및 제 2의 금속재료와 다른 금속재료로 구성하는 경우, 상기 금속층 제 1 및 제 2의 금속재료보다 저항률(체적 저항률:Ωm)이 작은 금속재료를 채용하는 것이 프로브의 낮은 저항화를 도모하고, 허용 전류값을 증대하면서 유리하다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 그 취지를 일탈하지 않은 한 여러 가지로 변경할 수 있다.
10; 시험장치
12; 피검사체
24,62; 프로브
24a,62a 침본체부
24b,62b; 침선부
38(38a,38b), 68; 금속층

Claims (8)

  1. 프로브 기판의 회로와의 접속단을 가지며 인성을 나타내는 제 1의 금속재료로 형성된 침본체부와, 침선을 가지는 침선부로서 상기 침본체부의 상기 제 1의 금속재료보다 높은 경도를 나타내는 제 2의 금속재료로 형성되고, 상기 침본체부에 연속되는 침선부를 구비하며, 상기 침본체부 및 상기 침선부에는 상기 침선에서 상기 접속단에 이르는 동일 금속재료로 이루어지는 전류 경로가 형성되어 있는 통전 시험용 프로브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 동일 금속재료는 상기 제 1 또는 제 2의 금속 재료 중 어느 하나인 통전 시험용 프로브.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 동일 금속재료는 상기 제 2의 금속재료이며, 그 제 2의 금속재료는 상기 제 1의 금속재료보다 전기 저항률(Ω㎝)이 작은 통전 시험용 프로브.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1의 금속재료는 니켈 또는 니켈 합금이며, 상기 제 2의 금속재료는 로듐인 통전 시험용 프로브.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전류 경로는 상기 침선부에서 상기 침본체부를 거치는 전류 경로에 대한 바이패스 경로로서 작용하고, 그 바이패스 경로는 그 경로 중에 이질 금속의 접합에 의해 형성되는 경계면을 가지지 않는 통전 시험용 프로브.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 동일 금속재료는 상기 제 1 또는 제 2의 금속재료보다 전기 저항률(Ω㎝)이 작은 금속재료인 통전 시험용 프로브.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 침본체부가, 상기 프로브 기판의 상기 회로와의 접속단으로부터 멀어지는 방향으로 신장하는 설치부분과, 그 설치부분의 신장방향과 거의 직각으로 신장하는 아암부분과, 그 아암부분의 선단에서 상기 설치부분의 신장방향과 동일방향으로 신장하는 대좌부분을 구비하고, 상기 침선부가 상기 대좌부분의 신장단으로부터 돌출하는 캔틸레버형 프로브인 통전 시험용 프로브.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 침본체부가, 상기 프로브 기판의 상기 회로와의 접속단으로부터 멀어지는 방향으로 막대형상으로 신장하고, 상기 침선부가 상기 침본체부의 선단에서 그 침본체부와 거의 동일방향으로 신장하는 수직형 프로브인 통전 시험용 프로브.
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