KR20190134680A - 전기적 접속 장치 - Google Patents

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타카유키 하야시자키
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가부시키가이샤 니혼 마이크로닉스
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Abstract

가이드 구멍(200)을 가지며, 가이드 구멍(200)의 연신 방향에 수직인 형상이 다각형상인 코너부를 R모따기한 형상인 프로브 헤드(20)와, 가이드 구멍(200)을 관통한 상태로 프로브 헤드(20)에 유지되어 있는 프로브(10)를 구비하고, 프로브(10)의 가이드 구멍(200)의 코너부(200C)와 대향하는 모서리 영역에 프로브(10)의 축 방향에 따른 노치가 형성되어 있다.

Description

전기적 접속 장치
본 발명은, 피검사체의 전기적 특성의 측정에 사용되는 전기적 접속 장치에 관한 것이다.
집적 회로 등의 피검사체의 전기적 특성을 웨이퍼로부터 분리하지 않은 상태에서 측정하기 위해 피검사체에 접촉시키는 프로브를 갖는 전기적 접속 장치가 이용되고 있다. 프로브는, 예를 들면 프로브 헤드에 형성된 가이드구멍을 관통한 상태로 유지된다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
프로브에는, 축 방향에 수직인 단면(斷面)의 형상이 다각형상인 것도 사용된다. 예를 들면, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)의 측정에, 축 방향에 수직인 단면의 형상이 사각형상인 프로브가 사용되고 있다. 이 경우, 프로브의 단면의 형상에 맞춰서 프로브 헤드의 가이드 구멍의 형상도 사각형상으로 형성된다.
일본 특허공개공보 제2015-118064호
프로브 헤드에 형성되는 가이드 구멍의 형상이 다각형상인 경우는, 가이드 구멍의 코너부가 R모따기(round-chamfering)되어 형성되는 것이 일반적이다. 따라서, 프로브의 모서리 영역(angle region)이 가이드 구멍의 코너부의 내벽면과 접촉하여 프로브가 마모되거나 손상되는 문제가 있었다.
상기 문제점을 감안하여, 본 발명은 프로브의 모서리 영역과 프로브 헤드의 가이드 구멍의 내벽면과의 접촉에 기인하는 프로브의 마모나 손상이 억제된 전기적 접속 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다 .
본 발명의 일 양태에 따르면, 가이드 구멍을 가지며, 가이드 구멍의 연신 방향에 수직인 형상이 다각형상인 코너부를 R모따기한 형상인 프로브 헤드와, 가이드 구멍을 관통한 상태로 프로브 헤드에 유지되어 있는 프로브를 구비하고, 프로브의 가이드 구멍의 코너부와 대향하는 모서리 영역에, 프로브의 축 방향을 따른 노치(notche)가 형성되어 있는 전기적 접속 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 프로브의 모서리 영역과 프로브 헤드의 가이드 구멍의 내 벽면과의 접촉에 기인한 프로브의 마모나 손상이 억제된 전기적 접속 장치를 제공 할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 관련한 전기적 접속 장치의 구성을 나타내는 모식도이고,
도 2는, 본 발명의 실시형태에 관련한 전기적 접속 장치의 프로브의 단면과 프로브 헤드의 가이드 구멍의 형상을 나타내는 모식적인 평면도이고,
도 3은, 비교 예의 프로브의 단면과 프로브 헤드의 가이드 구멍의 형상을 나타내는 모식적인 평면도이고,
도 4는, 본 발명의 실시형태에 관련한 전기적 접속 장치의 프로브와 프로브 헤드의 예를 나타내는 모식도이고,
도 5는, 다른 비교 예의 프로브의 단면과 프로브 헤드의 가이드 구멍의 형상을 나타내는 모식적인 평면도이고,
도 6은, 본 발명의 실시형태와 관련한 전기적 접속 장치의 프로브의 제조 방법을 설명하기 위한 모식적인 공정도이며(No.1), (a)는 평면도, (b)는 단면도, (c)는 선단영역의 사시도이고,
도 7은, 본 발명의 실시형태와 관련한 전기적 접속 장치의 프로브의 제조 방법을 설명하기 위한 모식적인 공정도이며(No.2), (a)는 평면도, (b)는 단면도, (c)는 선단영역의 사시도이고,
도 8은, 본 발명의 실시형태에 관련한 전기적 접속 장치의 프로브의 제조 방법을 설명하기 위한 모식적인 공정도이며(No.3), (a)는 평면도, (b)는 단면도, (c)는 선단영역의 사시도이고,
도 9는, 본 발명의 실시형태에 관련한 전기적 접속 장치의 프로브의 제조 방법을 설명하기 위한 모식적인 공정도이며(No.4), (a)는 평면도, (b)는 단면도, (c)는 선단영역의 사시도이고,
도 10은, 본 발명의 실시형태에 관련한 전기적 접속 장치의 프로브의 제조 방법을 설명하기 위한 모식적인 공정도이며(No.5), (a)는 평면도, (b)는 단면도, (c)는 선단영역의 사시도이고,
도 11은, 본 발명의 실시형태에 관련한 전기적 접속 장치의 프로브의 다른 예를 나타내는 모식도이고, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 B-B방향을 따른 단면도이고,
도 12는, 본 발명의 실시형태의 변형 예에 관련한 전기적 접속 장치의 프로브의 단면과 프로브 헤드의 가이드 구멍의 형상을 나타내는 모식적인 평면도이고,
도 13은, 본 발명의 실시형태의 다른 변형 예에 관련한 전기적 접속 장치의 프로브의 단면과 프로브 헤드의 가이드 구멍의 형상을 나타내는 모식적인 평면도이다.
이어서, 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태를 설명한다. 아래의 도면의 기재에 있어서, 동일 또는 유사의 부분에는 동일 또는 유사의 부호를 붙인다. 다만, 도면은 모식적인 것이며, 각 부분의 두께의 비율 등은 현실의 것과는 다른 것에 유의해야 한다. 또한, 도면 상호간에도 서로의 치수의 관계나 비율이 다른 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다. 아래에 나타내는 실시형태는 본 발명의 기술적 사상을 구체화하기 위한 장치나 방법을 예시하는 것으로서, 본 발명의 실시형태는 구성부품의 재질, 형상, 구조, 배치 등을 하기의 것에 특정하는 것이 아니다.
본 발명의 실시형태에 관련한 전기적 접속 장치(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 프로브(10)와, 프로브(10)를 유지하는 프로브 헤드(20)와, 프로브 헤드(20)가 장착된 전극기판(30)을 구비한다. 전기적 접속 장치(1)는, 피검사체(2)의 전기적 특성의 측정에 사용되는 수직 동작식 프로브 카드이며, 피검사체(2)의 측정시에 프로브(10)의 선단부가 피검사체(2)의 검사용 패드(도시생략)와 접촉한다. 도 1에서는, 프로브(10)가 피검사체(2)에 접촉하지 않은 상태를 나타내고 있다. 측정시에는, 예를 들면 피검사체(2)를 탑재한 척(3)이 상승해서 프로브(10)의 선단부가 피 검사체(2)에 접촉한다.
프로브 헤드(20)는, 피검사체(2)에 대향하는 제1 주면(main surface)(201)과 전극기판(30)에 대향하는 제2 주면(202) 사이를 관통하는 가이드 구멍(200)을 갖는다. 프로브(10)는 가이드 구멍(200)을 관통한 상태로 프로브 헤드(20)에 유지된다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 프로브 헤드(20)의 제2 주면(202)에서 돌출한 프로브(10)의 기단부가 전극 기판(30)의 하면에 형성된 전극 패드(31)에 접속한다. 전극 패드(31)는 전극 기판(30)의 내부에 형성된 전극 배선(도시생략)에 의해 전극 기판(30)의 상면에 배치된 접속 패드(32)와 전기적으로 접속되어 있다. 접속 패드(32)는, 도시를 생략하는 IC 테스터 등의 검사 장치와 전기적으로 접속된다. 프로브(10)를 통해서 검사 장치에 의해 피검사체(2)에 소정의 전압이나 전류가 인가된다. 그리고, 피검사체(2)에서 출력되는 신호가 프로브(10)를 통해서 검사 장치에 보내지고, 피검사체(2)의 특성이 검사된다.
프로브(10)의 축 방향과 수직인 단면(이하에서, 단순히 「단면(斷面)」이라고 함)의 형상은, 다각형상이다. 가이드 구멍(200)의 연신 방향에 수직인 형상(이하에서, 「구멍(穴)형상」이라고 함)은, 프로브(10)의 단면 형상에 대응한 다각형상의 코너부를 R모따기한 형상이다.
도 2에, 프로브(10)의 단면이 사각형상인 예를 나타내었다. 프로브(10)의 단면의 형상에 대응해서, 가이드 구멍(200)의 구멍 형상은 R모따기한 코너부(200C)를 4개 갖는 사각형상에 가까운 형상이다. 가이드 구멍(200)의 구멍 형상을 다각형상으로 하는 경우에는, 가공의 문제 등에 의해 도 2에 도시하는 바와 같이 가이드 구멍(200)의 코너부(200C)가 R모따기되는 것이 일반적이다. 예를 들면, 한 변의 길이가 40μm인 사각형상의 가이드 구멍(200)의 경우에는 8μm의 크기로 코너부(200C)가 R모따기된다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 가이드 구멍(200)의 코너부(200C)와 대향하는 모서리 영역에 프로브(10)의 축 방향을 따라서 노치가 형성되어 있다. 도 2에 도시한 예에서는, 프로브(10)에 형성된 노치는 축 방향에 수직인 단면에 있어서 모서리 영역을 사각형 형상으로 잘라낸 형상이다.
그런데, 프로브(10)의 단면의 면적이 클수록, 프로브(10)에 흐르는 전류의 허용량이 커진다. 프로브(10)의 단면의 면적이 최대가 되는 것은, 모서리 영역의 정점이 가이드 구멍(200)의 원호의 정점에 접하는 경우이다. 예를 들면, 도 3에 도시하는 바와 같이 모서리 영역에 노치가 형성되어 있지 않은 비교 예의 프로브(10)의 경우에 단면의 면적이 최대가 된다.
그러나, 도 3에 도시한 상태에서는, 프로브(10)의 모서리 영역이 가이드 구멍(200)의 내벽면에 접촉하기 때문에, 프로브(10)가 마모되거나 파손되거나 한다. 예를 들면, 도 4에 도시하는 바와 같이 프로브 헤드(20)의 내부에서 프로브(10)를 탄성 변형에 의해 만곡시킨 상태로 유지하고 있는 경우에는, 프로브(10)가 가이드 구멍(200)의 내부에서 슬라이딩 이동하기 때문에 가이드 구멍(200)의 내벽면과의 접촉에 의해 프로브(10)가 마모되기 쉽다.
또한, 도 4에 도시한 프로브 헤드(20)는, 각각을 프로브(10)가 관통하는 꼭대기부(top portion)(21), 상부 가이드부(24), 하부 가이드부(25) 및 바닥부(bottom portion)(23)를 갖는다. 꼭대기부(21), 상부 가이드부(24), 하부 가이드부(25), 및 바닥부(23)는, 각각 프로브(10)를 관통시키는 가이드 구멍을 가지고 있다. 그리고, 프로브(10)의 적어도 각각의 가이드 구멍의 코너부와 대향하는 모서리 영역에 노치가 형성되어 있다. 프로브 헤드(20)의 꼭대기부(21)와 바닥부(23) 사이에 스페이서(22)가 배치되고, 중공영역(210)이 구성되어 있다. 그리고, 동일의 프로브(10)가 통과하는 꼭대기부(21)의 가이드 구멍과 바닥부(23)의 가이드 구멍의 위치가 어긋나게 배치되어 있다. 따라서, 프로브(10)는 탄성 변형에 의해 만곡한다.
도 4에 도시한 프로브 헤드(20)에서는, 피검사체(2)의 측정을 시작할 때에 프로브(10)의 선단부가 피검사체(2)와 접촉하면, 중공영역(210)에 있어서 프로브(10)가 좌굴한다. 즉, 프로브(10)가 휨 변형에 의해 더욱 크게 만곡한다. 따라서, 소정의 압력으로 프로브(10)가 피검사체(2)에 접촉한다. 프로브(10)는 탄성을 갖기 때문에 측정이 종료한 후에 프로브(10)와 피검사체(2)가 비접촉 상태가 되면, 프로브(10)는 피검사체(2)에 접촉하기 전의 형상으로 복귀한다.
상기와 같이, 도 4에 도시한 프로브 헤드(20)에 유지되는 프로브(10)는 피 검사체(2)의 측정을 시작할 때 및 종료한 후에, 가이드 구멍(200)의 내부에서 슬라이딩 이동한다. 따라서, 도 3에 도시한 상태에서는 프로브(10)의 모서리 영역이 가이드 구멍(200)의 내벽면과 접촉하기 쉽다.
한편, 도 5에 도시하는 비교 예와 같이, 프로브(10)의 단면의 면적을 작게 함으로써 프로브(10)와 가이드 구멍(200)의 내벽면과의 접촉을 억제할 수 있다. 그러나, 프로브(10)의 단면의 면적을 작게 함으로써 프로브(10)의 전기 저항이 증대한다. 따라서 프로브(10)에 흐르는 전류의 허용량이 감소하여, 피검사체(2)의 측정에 지장이 생기는 경우가 있다.
이에 대해, 도 2에 도시한 프로브(10)에서는 모서리 영역에 노치가 형성되어 있기 때문에 가이드 구멍(200)의 코너부(200C)와 프로브(10)의 모서리 영역의 거리가, 도 3의 상태에 비해서 넓어진다. 따라서, 프로브(10)가 가이드 구멍(200)의 내부에서 슬라이딩 이동하는 경우 등에도 프로브(10)가 가이드 구멍(200)의 내벽면과 접촉하지 않는다. 따라서, 프로브(10)의 마모나 파손이 억제된다. 그리고 또한, 도 5에 도시한 비교 예보다도 단면의 면적의 감소가 작기 때문에 프로브(10)에 흐르는 전류의 허용량을 크게 할 수 있다.
또한, 프로브(10)가 가이드 구멍(200)의 내벽면과 접촉한 경우에도 프로브(10)의 모서리 영역에 노치가 형성되어 있음에 따라 하나의 모서리 영역에 대해서 프로브(10)의 복수 개소가 가이드 구멍(200)의 내벽면과 접촉한다. 따라서, 각각의 접촉 개소에서의 프로브(10)가 가이드 구멍(200)의 내벽면과 접촉하는 압력이 감소된다. 따라서, 프로브(10)의 마모나 파손이 억제된다.
프로브(10)에 형성하는 노치의 크기는, 프로브(10)의 모서리 영역이 가이드 구멍(200)의 코너부(200C)와 접촉하지 않을 정도로 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 조립 정밀도나 프로브(10)의 위치나 형상의 경시적 변화 등을 고려해서 노치의 크기를 설정한다. 또한, 측정시의 프로브(10)의 위치나 형상의 변화 등도 고려해서 노치의 크기를 설정한다.
또한, 도 4에 도시한 프로브 헤드(20)에 유지되는 프로브(10)에 있어서는, 가이드 구멍(200)의 내부에서 슬라이딩 이동할 때에 프로브(10)의 가이드 구멍(200)의 코너부(200C)와 근접해서 대향하는 모서리 영역에 적어도 노치가 형성되어 있으면 된다. 즉, 가이드 구멍(200)의 코너부(200C)와의 거리가 큰 프로브(10)의 모서리 영역에 관해서는 반드시 노치를 형성하지 않아도 좋다. 이에 따라, 도 2에 나타낸 프로브(10)의 단면의 면적과 비교하면, 코너부(200C)와 대향하는 모서리 영역의 전부에 노치가 형성되지 않아서 도 2에 나타낸 실시 예보다도 프로브(10)의 단면의 면적의 감소를 작게 할 수 있다. 따라서, 프로브(10)에 흐르는 전류의 허용량을 크게 할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 관련한 전기적 접속 장치(1)에 따르면, 프로브(10)의 모서리 영역에 노치를 형성함으로써, 프로브(10)와 가이드 구멍(200)의 내벽면과의 접촉에 기인하는 프로브(10)의 마모나 손상을 억제할 수 있다. 그리고 또한, 단면의 면적의 감소가 작기 때문에 프로브(10)에 흐르는 전류의 허용량의 감소를 억제할 수 있다.
다음으로, 도 6 내지 도 10을 참조해서, 본 발명의 실시형태에 관련한 전기적 접속 장치(1)의 프로브(10)의 제조 방법을 설명한다. 또한, 아래에서 설명하는 프로브(10)의 제조 방법은 일례이며, 이 변형 예를 포함하고 이 밖의 다양한 제조 방법에 의해 실현 가능한 것은 물론이다. 도 6∼도 10에 있어서, 도(a)는 평면도이고, 도(b)는 도(a)의 B-B 방향에 따른 단면도이다. 도(c)는 도(a)에서 점선으로 둘러싼 프로브(10)의 선단영역(S)의 사시도이다.
먼저, 도 6(a)∼도 6(c)에 나타낸 바와 같이, 지지기판(100)의 상면에 희생층(110)을 형성한다. 희생층(110)은, 프로브(10)의 외연 형상에 따른 형상이다. 후술하는 바와 같이, 희생층(110)에 둘러싸인 영역에 프로브(10)의 일부가 형성된다. 희생층(110)은 구리 도금 등에 의해 형성된다.
이어서, 도 7(a)∼도 7(c)에 도시하는 바와 같이, 희생층(110)의 상면에, 희생층(110)에 둘러싸인 영역을 내포하게 해서, 프로브(10)의 일부로서 단면이 T형상의 부분(10a)을 형성한다. 그리고, 부분(10a)의 상면에, 희생층(110)에 둘러싸인 영역과 대칭으로 프로브(10)의 나머지 부분(10b)을 형성한다. 이에 따라, 도 8(a)∼도 8(c)에 도시하는 바와 같이, 프로브(10)가 형성된다.
그 후, 도 9(a)∼도 9(c)에 도시하는 바와 같이, 지지기판(100)에서 희생층 (110)을 제거한다. 그리고 또한, 도 10(a)∼도 10(c)에 도시하는 바와 같이, 지지 기판(100)에서 프로브(10)를 박리해서 프로브(10)가 완성한다.
프로브(10)의 재료에는, 예를 들면 니켈(Ni) 합금 등이 사용된다. 또한, 상기에서는 세미액티브법(semi-additive method)으로 제조 방법을 설명했지만, 서브트랙티브법(subtractive method)이나 혹은 그 복합 과정을 통해서 프로브(10)를 제조 가능하다. 또한, 열 전해 도금이나 증착 등의 드라이 프로세스에 따라서도 프로브(10)의 제조는 가능하다.
또한, 상기에서는 평면에서 보아 만곡되어 있는 형상의 프로브(10)에 관해서, 제조 방법을 설명하였다. 그러나, 프로브(10)의 형상이 만곡되어 있는 경우에 한정되지 않는 것은 물론이며, 예를 들어 도 11에 도시하는 바와 같이, 프로브 (10)가 직선형상이라도 좋다.
<변형 예>
프로브(10)에 형성하는 노치의 형상은 임의로 설정 가능하다. 즉, 상기에서는 프로브(10)의 노치가 모서리 영역을 사각형상으로 잘라낸 형상인 예를 나타냈지만, 노치가 다른 형상이라도 좋다. 예를 들면, 도 12에 도시하는 바와 같이 노치가 축방향에 수직인 단면에 있어서 모서리 영역을 계단 모양으로 잘라낸 형상이어도 좋다. 도 12에 나타내는 형상의 노치에 따르면, 도 2에 나타낸 형상의 노치에 비해서 프로브(10)의 단면의 면적을 증대시킬 수 있다. 따라서, 프로브(10)에 흐르는 전류의 허용량을 증가시킬 수 있다.
혹은, 도 13에 도시하는 바와 같이, 프로브(10)의 모서리 영역을 모따기해서 노치를 형성해도 좋다. 이에 따라, 프로브(10)와 가이드 구멍(200)의 코너부(200C)와의 접촉을 억제하고, 또 프로브(10)의 단면의 면적의 감소를 억제할 수 있다.
(그 밖의 실시형태)
상기와 같이 본 발명은 실시형태에 따라 기재했지만, 이 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면은 본 발명을 한정하는 것이라고 이해해서는 안 된다. 이 개시로부터 당업자에게는 다양한 대체 실시형태, 실시 예 및 운용 기술이 명확해질 것이다.
예를 들면, 상기에서는 모서리 영역에 노치를 형성하지 않은 상태의 프로브 (10)의 단면이 사각형상인 경우를 나타냈지만, 프로브(10)의 단면이 다른 다각형상이라도 좋다. 예를 들면, 프로브(10)의 단면이나 가이드 구멍(200)의 구멍 형상이 오각형상이나 육각형상의 경우에도 축 방향을 따라서 노치를 모서리 영역에 형성함으로써 프로브(10)의 마모나 손상을 억제할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 여기서는 기재하지 않은 다양한 실시형태 등을 포함함은 물론이다.
<산업상의 이용 가능성>
본 실시형태의 전기적 접속 장치는, 피검사체의 특성 측정의 분야에 이용가능하다.

Claims (7)

  1. 가이드 구멍을 가지며, 상기 가이드 구멍의 연신 방향에 수직인 형상이 다각형상인 코너부를 R모따기(round-chamfering)한 형상인 프로브 헤드와,
    상기 가이드 구멍을 관통한 상태로 상기 프로브 헤드에 유지되어 있는 프로브를 구비하고,
    상기 프로브의 상기 가이드 구멍의 상기 코너부와 대향하는 모서리 영역(angle region)에, 상기 프로브의 축 방향을 따른 노치(notche)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노치가, 상기 축 방향에 수직인 단면(斷面)에 있어서 상기 모서리 영역을 사각형상으로 잘라낸 형상인 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노치가, 상기 축 방향에 수직인 단면에 있어서 상기 모서리 영역을 계단형상으로 잘라낸 형상인 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로브의 상기 모서리 영역을 모따기(chamfering)해서 상기 노치가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 구멍의 연신 방향에 수직인 형상이, 상기 코너부를 4개 갖는 사각형상에 가까운 형상인 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프로브가, 상기 프로브 헤드의 내부에서 탄성 변형에 의해 만곡시킨 상태로 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로브 헤드가, 꼭대기부, 상부 가이드부, 하부 가이드부, 및 바닥부를 가지고,
    상기 꼭대기부, 상기 상부 가이드부, 상기 하부 가이드부, 및 상기 바닥부는, 각각 상기 프로브를 관통시키는 상기 가이드 구멍을 가지고,
    상기 프로브의 적어도 상기 가이드 구멍의 상기 코너부와 대향하는 상기 모서리 영역에, 상기 노치가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기적 접속 장치.
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