KR20190052853A

KR20190052853A - 프로브 카드

Info

Publication number: KR20190052853A
Application number: KR1020170148635A
Authority: KR
Inventors: 이영희
Original assignee: 이영희
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2019-05-17
Also published as: KR102002702B1

Abstract

본 발명은 반도제 제조 공정중 전공정인 웨이퍼 제조공정에서 반도체 칩을 전기적으로 양품과 불량품으로 선별하기 위한 검사공정에 사용되는 프로브 카드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수직형 프로브 카드에 관한 것이다.
본 발명에 따른 프로브 카드는 다수의 프로브 니들; 및 프로브 니들의 위치를 결정하는 다수의 상부 가이드홀과 적어도 하나의 상부 포켓를 포함하는 상부 플레이트; 및 상부 가이드홀과 동일한 위치에 있는 다수의 하부 가이드홀과 적어도 하나의 하부 포켓를 포함하는 하부 플레이트; 및 다수의 나사홀을 포함하는 스패이서; 및 개구부와 다수의 접점부를 구비한 인쇄회로기판;으로 구성되며,
상부 가이드홀과 하부 가이드홀이 동일 축상에 위치하도록 상부 플레이트와 하부 플레이트를 스패이서의 일측 면과 타측 면에 체결하고, 상부 가이드홀과 하부 가이드홀을 관통되어 수납된 프로브 니들이 상부 포켓의 공간에 고정되는 프로브 헤드모듈은 개구부에 관통되어 수납되고 인쇄회로기판에 체결되어 접점부와 연결부를 전기적으로 연결시킨다.

Description

프로브 카드{PROBE CARD}

본 발명은 반도제 제조 공정중 전공정인 웨이퍼 제조공정에서 반도체 칩을 전기적으로 양품과 불량품으로 선별하기 위한 검사공정에 사용되는 프로브 카드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수직형 프로브 카드에 관한 것이다.

프로브 카드는 일반적으로 반도체 제조 공정중 웨이퍼를 구성하는 각각의 칩의 전기적 특성 검사를 통하여 불량 여부를 선별하는 검사공정에 사용되는 테스트용 장치로서, 인쇄회로기판(PCB) 및 프로브 니들(probe needle) 및 프로브 니들의 형태 및 탄성을 유지할 수 있도록 하기 위한 몰딩부 등으로 구성되며 인쇄회로기판은 자동 테스트 장비에서 공급되는 각종 전기적 신호를 전달 받아 프로브 니들에 전달하고, 프로브 니들의 일측 끝인 프로브 팁(tip)은 반도체 칩의 전기적 통로인 패드(pad)에 접촉되어 자동 테스트 장비와 반도체 칩 사이의 전기적 연결이 이루어지도록 하는 역할을 한다. 다시 말하면 자동 테스트 장비에서 공급되는 각종 전기 신호는 프로브 카드를 통하여 반도체 칩에 인가됨으로써, 그 출력 특성을 통해 칩의 불량 여부를 판단 할 수 있다. 프로브 카드는 자동 테스트 장비와 반도체 칩에 전기적 연결을 시켜주는 매개체 역할을 하는 것이다.

프로브 카드의 핵심기술은 프로브 니들과 패드 사이에 양호한 전기적 접촉을 유지하는 것이다. 이를 위하여 기존의 방식인 수평형 프로 카드는 프로브 니들을 수평적으로 배치하여 패드와 프로브 니들 사이의 전기적 접촉을 유지하는 방식으로 패드와 접촉시 프로브 니들의 끝 부분인 팁이 패드 상에서 수평 방향으로 이동되면서 프로빙 마크(probing mark)가 크게 형성된다. 다시 말하면 프로브 니들 팁의 최초 접촉위치와 최종 접촉위치의 차이로 인한 불량이 발생는 문제점이 있다. 또한 패드 래이아웃(Lay-out) 등에 따라 패드와 접촉되는 프로브 니들의 길이 차이에 의한 패드와 전기적 접촉력의 차이가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 프로브 니들을 패드와 수직적으로 접촉시켜 프로브 니들 팁의 최초 접촉위치와 최종 접촉위치을 동일하게 하여 프로빙 마크를 최소화하는 프로브 카드를 제공하는 것이며, 다른 기술적 과제는 패드와 프로브 니들 사이의 길이를 일정하게 유지하여 패드와 전기적 접촉력을 균일하게 유지하는 프로브 카드를 제공하는 것이다.

상술한 바를 달성하기 위하여 본 발명은 탐침부와 절연 코팅부와 연결부를 포함하는 다수의 프로브 니들; 및 다수의 상부 가이드홀과 다수의 체결홀과 적어도 하나의 상부 포켓을 포함하는 상부 플레이트; 및 다수의 하부 가이드홀과 다수의 장공홀과 적어도 하나의 하부 포켓과 다수의 얼라인 마크을 포함하는 하부 플레이트; 및 다수의 나사홀1과 다수의 나사홀2과 날개부와 탄성부와 상부 체결부를 구비한 스패이서; 및 개구부와 다수의 접점부와 다수의 체결홀을 포함하는 인쇄회로기판;을 포함한다.

상기 상부 플레이트는 상기 상부 체결부에 체결되고, 상기 상부 가이드홀과 상기 하부 가이드홀이 동일 축상에 위치하도록 상기 하부 플레이트는 상기 스패이서의 타측 면에 체결되고, 상기 상부 가이드홀과 상기 하부 가이드홀을 관통하여 수납된 상기 프로브 니들은 상기 상부 포켓의 공간에 고정되어 상기 스패이서의 두께에 의하여 상기 프로브 니들의 휨에 의한 탄성력을 결정하는 길이가 결정되는 것을 특징으로 하는 프로브 헤드모듈은 상기 개구부에 수납되어 상기 인쇄회로기판에 체결되고, 상기 날개부의 높이에 의하여 프로브 높이가 결정되고, 상기 연결부는 상기 접점부에 전기적으로 연결되고, 상기 프로브 니들이 일정한 방향으로 휨이 유지되도록 상기 하부 플레이트를 이동시켜 고정하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드로서 프로브 니들과 패드가 수직적으로 접촉되어 프로브 니들 팁의 최초 접촉위치와 최종 접촉위치을 동일하게 하여 프로브 마크를 최소화하여 프로브 마크에 따른 문제점을 해결하게 하는 것이다. 또한 프로브 니들의 길이와 각도가 일정하여 기존의 프로브 니들의 길이 차이에 의한 패드와 전기적 접촉력의 차이가 발생하는 불편함을 해결하게 하는 것이다.

본 발명에 따른 프로브 카드는 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 프로브 니들과 패드가 수직적으로 접촉함으로써 프로브 니들 팁의 최초 접촉위치와 최종 접촉위치을 동일하게 하여 프로빙 마크의 커짐에 의한 문제점을 해결할 수 있다.

(2) 프로브 니들의 길이와 각도가 일정하여 기존의 프로브 니들의 길이 차이에 의한 패드와 접촉력의 차이가 발생하는 불편함을 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명에 제 1 실시 예에 따른 프로브 카드의 측면도이다.
도 2은 본 발명의 프로브 헤드모듈의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 프로브 니들의 상세도면이다.
도 4은 본 발명의 상부 플레이트 상세도면이다.
도 5은 본 발명의 하부 플레이트 상세도면이다.
도 6은 본 발명의 스페이서 상세도면이다.
도 7은 본 발명의 인쇄회로기판 상세도면이다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명한다.그러나, 본 발명의 사상이 제시되는 실시 예에 제한된다고 할 수 없으며, 또 다른 구성요소의 추가, 변경, 삭제 등에 의해서, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예가 용이하게 제안될 수 있다.

이하, 본 발명의 발람직한 실시 예에 대하여 도 1 내지 도 2를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

반도체 칩을 웨이퍼 상태에서 전기적으로 양품과 불량품으로 검사하는 공정에 사용되는 프로브 카드에 있어서

탐침부(310a)와 절연 코팅부(310b)와 연결부(310c)를 포함하는 다수의 프로브 니들(310); 및 다수의 상부 가이드홀(320a)과 다수의 체결홀(320b)과 적어도 하나의 상부 포켓(320c)을 포함하는 상부 플레이트(320); 및 다수의 하부 가이드홀(330a)과 다수의 장공홀(330b)과 적어도 하나의 하부 포켓(330c)과 다수의 얼라인 마크(330d)을 포함하는 하부 플레이트(330); 및 다수의 나사홀1(340a)과 다수의 나사홀2(340b)와 날개부(340c)와 탄성부(340d)와 상부 체결부(340e)를 구비한 스패이서(340); 및 개구부(400a)와 다수의 접점부(400b)와 다수의 체결홀(400c)을 포함하는 인쇄회로기판(400);을 포함하며,

상기 상부 플레이트(320)는 상기 상부 체결부(340e)에 체결되고, 상기 상부 가이드홀(320a)과 상기 하부 가이드홀(330a)이 동일 축상에 위치하도록 상기 하부 플레이트(330)는 상기 스패이서(340)의 타측 면에 체결되고, 상기 상부 가이드홀(320a)과 상기 하부 가이드홀(330a)을 관통하여 수납된 상기 프로브 니들(310)은 상기 상부 포켓(320c)의 공간에 고정되어 상기 스패이서(340)의 두께에 의하여 상기 프로브 니들(310)의 휨에 의한 탄성력을 결정하는 길이가 결정되는 것을 특징으로 하는 프로브 헤드모듈(300);

상기 프로브 헤드모듈(300)은 상기 개구부(400a)에 수납되어 상기 인쇄회로기판에 체결되고, 상기 날개부(340c)의 높이에 의하여 프로브 높이가 결정되고, 상기 연결부(310c)는 상기 접점부(400b)에 전기적으로 연결되고, 상기 프로브 니들(310)이 일정한 방향으로 휨이 유지되도록 상기 하부 플레이트(330)를 이동시켜 고정하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드(100)이다.

상기 동일 축상에 있는 상부 가이드홀(320a)과 상기 하부 가이드홀(330a)을 관통하여 수납된 상기 프로브 니들(310)은 상기 상부 포켓(320c)의 공간에 고정되어 패드와 상기 탐침부(310a)가 수직적으로 접촉되어 최초 접촉위치와 최종 접촉위치을 동일하게 되어 프로브 마크를 최소화 할 수 있다.

또한 상기 스패이서(340)의 두께에 의하여 상기 프로브 니들(310)의 휨에 의한 탄성력을 결정하는 길이가 결정되어 패드와 접촉되는 길이가 일정하여 균일한 접촉력을 유지하는 것을 특징으로 하며 상세 설명은 하기와 같다.

도 3 본 발명의 상기 프로브 니들(310)의 상세도면을 참조하면, 상기 프로브 니들(310)은 탐침부(310a);와 절연 코팅부(310b);와 상기 연결부(310c);를 포함하며 재질은 텅스텐, 리늄 텅스텐 같은 휨에 대한 탄성력이 우수하고 전도성이 우수한 것이 좋으며, 전기적 특성 향상을 위하여 금으로 도금하면 더욱 좋다.

상기 탐침부(310a)는 패드와 물리적으로 전기적 접촉이 이루어 지는 부분으로서 끝 부분의 형상이 매우 중요하다. 패드의 주 성분인 알루미늄은 공기중에 노출되면 산화되어 표면에 부도체인 산화알루미늄인 얇은 산화막이 생기며, 이로 인하여 전기적 접촉 저항이 증가하는 원인이 된다. 따라서 양호한 전기적 접촉을 이루기 위해서는 반드시 부도체인 산화알루미늄 막을 쉽게 뚫을 수 있도록 상기 탐침부(310a)의 끝 부분의 직경은 Φ0.015mm이하로 가능하면 뾰족하게 하는 것이 좋다.

상기 절연 코팅부(310b)는 상기 프로브 니들(310) 간의 단선(short)현상을 방지하기 위한 것으로서, 전기적 연결이 필요한 상기 연결부(310c)와 상기 탐침부(310a)를 제외하고 반드시 절연 코팅을 하는 것이 좋다. 코팅의 두께를 두껍게 하면 절연성은 증가하나 상기 프로브 니들(310)의 전체 외경이 증가하여 적용 가능한 최소 패드 패치(pitch) 제한에 영향을 미친다. 이런 상황과 최소 절연성을 고려하여 코팅의 두께는 0.002mm에서 0.010mm사이가 적당하다.

상기 연결부(310c)는 상기 인쇄회로기판(400)과 상기 프로브 니들(310) 사이에 전기적 연결을 하기 위한 부분으로서, 상기 접점부(400b)와 솔더링(soldering)과 같은 방법으로 전기적 연결하는 것이 좋으며, 필요에 따라서 상기 접점부와 상기 연결부 사에에 추가적인 도선을 이용하여 연결해도 좋다.

도 4은 본 발명의 상기 상부 플레이트(320)의 상세도면을 참조하면 상기 상부 플레이트(320)는 상부 가이드홀(320a);과 다수의 체결홀(320b);과 적어도 하나의 상부 포켓(320c);을 구비하며, 재질은 열 특성과 미세홀 가공성이 좋은 머신어블 세라믹이 혹은 엔지니어링 플라스틱같은 것이 좋다.

상기 상부 가이드홀(320a)은 상기 프로브 니들(310)의 위치를 가이드하는 홀로서 패드와 동일한 위치에 형성되고 크기는 상기 절연 코팅부(310b)가 자유롭게 관통될 수 있도록 상기 절연 코팅부(310b)의 외경보다 0.002mm에서 0.008mm 정도 크게 하는 것이 좋다.

상기 체결홀(320b)은 상기 상부 가이드홀(320a)과 상기 하부 가이드홀(330a)이 동일 축상에 위치하게 형성되고, 상기 상부 플레이트(320)가 상기 상부 체결부(340e)에 체결될 수 있도록 한다.

상기 상부 포켓(320c)은 상기 상부 가이드홀(320a)의 깊이를 결정하며, 일반적으로 상기 상부 플레이트(320)의 두께는 상기 상부 가이드홀(320a)을 형성할 수 있는 두께보다 2배 이상 두꺼워 상기 상부 가이드홀(320a)을 형성 할 수 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 상부 플레이트(320)의 일정한 위치에 포켓을 만들어 상기 상부 가이드홀(320a)을 형성할 수 있는 공간을 제공한다. 또한 상기 상부 가이드홀(320a)에 수납된 상기 프로브 니들(310)을 에폭시 같은 수지를 이용하여 고정시키기 위한 공간을 제공하는 역할을 한다.

도 5은 본 발명의 상기 하부 플레이트(330)의 상세도면을 참조하면 상기 하부 플레이트(330)는 다수의 하부 가이드홀(330a);과 다수의 장공홀(330b);과 적어도 하나의 하부 포켓(330c);과 다수의 얼라인 마크(330d);를 구비하며, 재질은 열팽창 계수가 웨이퍼의 주원료인 실리콘과 유사하고 내구성과 가공성이 좋은 머신어블(machinable) 세라믹 혹은 엔지니어링 플라스틱같은 것이 좋다.

상기 하부 가이드홀(330a)은 상기 프로브 니들(310)의 위치를 가이드하는 홀로서 패드와 동일한 위치에 형성되고 크기는 상기 절연 코팅부(310b)가 자유롭게 관통될 수 있도록 상기 절연 코팅부(310b)의 외경보다 0.002mm에서 0.008mm 정도 크게 하는 것이 좋다.

상기 장공홀(330b)은 상기 상부 가이드홀(320a)과 상기 하부 가이드홀(330a)이 동일 축상에 위치하게 형성되고, 상기 하부 플레이트(330)를 상기 스패이서(340)의 일 측면에 고정될 수 있는 관통홀 역할 및 상기 하부 플레이트(330)가 한쪽 방향으로 일정한 거리 만큼 이동할 수 있는 공간을 확보해 주는 역할을 한다.

상기 하부 포켓(330c)은 상기 하부 가이드홀(330a)의 깊이를 결정하는 역할을 하며, 일반적으로 상기 하부 플레이트(330)의 두께는 상기 하부 가이드홀(330a) 두께보다 2배 이상 두꺼워 상기 하부 가이드홀(330a) 형성이 매우 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 상기 하부 플레이트(330)의 일정한 위치에 포켓을 만들어 상기 하부 가이드홀(330a)을 형성할 수 있는 공간을 제공한다.

상기 얼라인 마크(330d)는 프로브 얼라인을 수행하는 과정중 카메라를 이용하여 상기 탐침부(310a)의 끝부분을 인식하는 과정에서 직경이 10um 이하인 경우 포커싱에 문제가 발생할 수 있다 이러한 문제점을 해결하기 위하여 직경이 50um이상인 상기 얼라인 마크(330d)를 형성 한다.

도 6은 본 발명의 상기 스패이서(340)의 상세도면을 참조하면, 상기 스패이서(340)는 다수의 나사홀1(340a);과 다수의 나사홀2(340b);과 날개부(340c);과 탄성부(340d);과 상부 체결부(340e);를 포함하며, 상기 상부 플레이트(320) 및 상기 하부 플레이트(330) 및 상기 인쇄회로기판(400)과 체결하기 위한 각종 나사홀을 제공하는 역할을 한다. 또한 상기 프로브 니들(310)이 상기 상부 포켓(320c)에서 고정되어 상기 스패이서(340)의 두께에 의하여 휨에 의한 탄성력을 결정하는 역할을하며, 재질은 체결 강도를 고려하여 알루미늄과 같이 가공성과 경도가 높은 금속재질이 좋다.

상기 나사홀1(340a)은 상기 날개부(340c)에 있는 나사홀로서 상기 인쇄회로기판(400)과 체결하기 위한 나사홀 역할을 한다.

상기 나사홀2(340b)은 상기 상부 플레이트(320) 와 상기 하부 플레이트(330)과 체결하기 위한 나사홀 역할을 하며 동일 축상에 위치 한다.

상기 날개부(340c)는 상기 인쇄회로기판(400)과 체결하기 위한 상기 나사홀1(340a)을 형성하기 위한 공간을 제공하며, 상기 인쇄회로기판(400)의 바닥면에서 프로브 니들 끝까지의 거리인 프로브 깊이를 결정하는 역할을 한다.

상기 탄성부(340d)는 상기 상기 프로브 니들(310)이 상기 상부 포켓(320)에서 고정되어 휨에 의한 탄성력을 유지하기 위한 공간을 제공하는 역을 한다.

상기 상부 체결부(340e)는 상기 상부 플레이트(330)을 체결하기 위한 공간을 제공하는 역할을 한다.

도 7은 본 발명의 상기 인쇄회로기판(400)의 상세도면을 참조하면, 상기 인쇄회로기판(400)는 개구부(400a);와 접점부(400b);와 체결홀1(400c);를 포함하며, 자동테스트 장비로부터 테스트에 필요한 각종 전기적인 신호를 받아 상기 프로브 니들(310)에 전달하고 반대로 이것으로 부터 전기적 신호를 전달받아 자동테스트 장비에 전달하는 역할을 한다.

상기 개구부(400a)는 상기 프로브 헤드모듈(300)을 수납하는 공간으로서 크기는 상기 상부 플레이트(320)의 외각보다 0.1mm 에서 0.5mm 정도 크게하여 쉽게 수납될 수 있도록 하는 것이 좋다.

상기 접점부(400b)는 상기 연결부(310c)를 납땜으로 전기적으로 연결시켜 전기적 연결 통로 역할을 한다.

상기 체결홀1(400c)은 관통 홀로서 상기 날개부(340c)에 있는 상기 나사홀1(340a)을 이용하여 상기 프로브 헤드모듈(300)을 상기 인쇄회로기판(400)에 체결될 수 있도록하는 역할을 한다.

100:프로브 카드;
300:프로브 헤드모듈;
310:프로브 니들; 310a:탐침부 310b:절연 코팅부 310c:연결부
320:상부 플레이트; 320a:상부 가이드홀 320b:체결홀 320c:상부 포켓
330:하부 플레이트; 330a:하부 가이드홀 330b:장공홀 330c:하부 포켓 330d: 얼라인 마크
340:스페이서; 340a:나사홀1 340b:나사홀2 340c:날개부 340d:탄성부 340e:상부 체결부
400:인쇄회로기판; 400a:개구부 400b:접점부 400c:체결홀1

Claims

반도체 칩을 웨이퍼 상태에서 전기적으로 양품과 불량품으로 검사하는 공정에 사용되는 프로브 카드에 있어서;
탐침부와 절연 코팅부와 연결부를 포함하는 다수의 프로브 니들; 및
다수의 상부 가이드홀과 다수의 체결홀과 적어도 하나의 상부 포켓을 포함하는 상부 플레이트; 및
다수의 하부 가이드홀과 다수의 장공홀과 적어도 하나의 하부 포켓과 다수의 얼라인 마크을 포함하는 하부 플레이트; 및
다수의 나사홀1과 다수의 나사홀2과 날개부와 탄성부와 상부 체결부를 구비한 스패이서; 및
개구부와 다수의 접점부와 다수의 체결홀을 포함하는 인쇄회로기판;을 포함하며,
상기 상부 플레이트는 상기 상부 체결부에 체결되고, 상기 상부 가이드홀과 상기 하부 가이드홀이 동일 축상에 위치하도록 상기 하부 플레이트는 상기 스패이서의 타측 면에 체결되고, 상기 상부 가이드홀과 상기 하부 가이드홀을 관통하여 수납된 상기 프로브 니들은 상기 상부 포켓의 공간에 고정되어 상기 스패이서의 두께에 의하여 상기 프로브 니들의 휨에 의한 탄성력을 결정하는 길이가 결정되는 것을 특징으로 하는 프로브 헤드모듈;
상기 프로브 헤드모듈은 상기 개구부에 수납되어 상기 인쇄회로기판에 체결되고, 상기 날개부의 높이에 의하여 프로브 높이가 결정되고, 상기 연결부는 상기 접점부에 전기적으로 연결되고, 상기 프로브 니들이 일정한 방향으로 휨이 유지되도록 상기 하부 플레이트를 이동시켜 고정하는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
제 1 항에 있어서,
상기 하부 플레이트를 일정 방향으로 이동시킬 수 있도록 상기 장공홀을 구비한 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
제 1 항에 있어서,
상기 얼라인 마크를 구비한 것을 특징으로 하는 프로브 카드.