KR20220046258A - 솔더볼 프로빙용 프로브 핀 - Google Patents

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Abstract

파이프형의 하우징과, 하우징의 하부에 이동 가능하게 설치되는 하부 플런저와, 하우징의 상부에서 외부로 출몰 가능하게 설치되며 표면에 솔더볼이 형성된 검사대상물에 접촉되어 하우징 내부로 이동시 하우징에 간섭되어 변형되어 솔더볼의 복수 지점에 접촉되는 상부 플런저 및 하우징 내부에 설치되어 하부 플런저와 상부 플런저를 탄성 가압하는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 프로빙용 프로브 핀이 개시된다.

Description

솔더볼 프로빙용 프로브 핀{PROBE PIN FOR PROBING SOLDER BALL}
본 발명은 프로브 핀에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼(검사대상물)에 형성된 솔더볼에 접촉하여 반도체 소자를 검사하는 솔더볼 프로빙용 프로브 핀에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 전기적 특성 검사를 위해서는 반도체 소자와 테스터(tester) 간에 전기적 연결이 원활하게 이루어져야 한다.
이렇게 반도체 소자와 테스터의 연결을 위한 검사장치는 소켓보드, 프로브카드 및 커넥터 등으로 구분된다. 이때, 소켓보드는 반도체 소자가 반도체 패키지 형태인 경우에 사용되고, 프로브카드는 반도체 소자가 반도체 칩 상태인 경우에 사용되며, 커넥터는 일부 개별소자(discrete device)에서 반도체 소자와 테스터를 연결하는 검사장치로 이용된다.
상기 소켓보드, 프로브카드 및 커넥터와 같은 검사장치의 역할은 반도체 소자의 단자와 테스터를 서로 연결시켜 전기적인 신호가 양방향으로 교환 가능하도록 하는 것이다.
이러한 검사장치의 핵심 구성요소로서 검사장치 내부에 사용되는 접촉수단이 프로브 핀이다.
일반적으로 프로브 핀은 양측 플런저가 슬라이딩 이동하는 더블핀 타입과, 어느 하나의 플런저만이 슬라이딩 이동하는 싱글핀 타입으로 구분된다.
이 중에서 더블핀 타입의 경우에는 파이프 형상의 하우징과, 하우징의 상부 및 하부 각각에 설치되는 상부 플런저와 하부 플런저 및 양측 플런저 사이에 탄성력을 제공하도록 상기 하우징 내에 설치되는 스프링을 구비한다. 상기 구성에서, 상부 및 하부 플런저가 상대적으로 슬라이딩 이동하여 접근 및 이격되고, 접근시 접촉에 의해 전기적 신호를 주고받음으로써 검사 동작이 이루어진다.
솔더볼에 직접 접촉하는데 사용되는 것이 프로브 핀인데 이들의 형태와 구조는 여러 가지 형태가 있을 수 있다. 대표적으로 사용되고 있는 것이 포고 핀(POGO PIN)과 코브라 핀(COBRA PIN)이다. 어떤 프로브 핀을 사용하든 간에 그 기능은 솔더볼을 접촉하는 것으로 실제 반도체 생산현장에 적용되어 사용되기 위해서 이러한 프로브 핀들은 제품수명과 안정성 등 여러 가지 요구사항을 만족하여야 한다.
특히, 솔더볼을 접촉하는 데 있어서 프로브 핀들의 접촉부 단면은 솔더볼로부터 묻어나오는 이물질들에 의해 오염이 되는데, 이들 오염 물질은 전기적 저항 성분을 발생시켜 정상적인 반도체 검사를 방해하는 요소로 작용하고 있다.
즉, 프로브 핀은 솔더볼과의 접촉과 분리가 반복적으로 이루어지게 되는데, 접촉할 때마다 솔더볼로부터 미소량의 이물질이 프로브 핀에 흡착되는 과정이 반복된다. 이렇게 반복되는 이물질의 흡착은 궁극적으로 프로브 핀의 접촉단면부를 별도의 이물 제거 수단으로 제거하여야만 정상적인 프로브 핀 기능을 가능하게 한다. 이러한 과정에서 프로브 핀의 마모가 발생하게 되고, 새로운 프로브 핀을 포함하는 프로브카드를 추가로 생산해야 하는 등의 경제적인 낭비 요소가 발생된다.
대한민국 공개특허 제10-2016-0145807호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 솔더볼에 안정적으로 접촉되어 검사 동작을 수행할 수 있으며 솔더볼의 접촉으로 인한 오염을 최소화할 수 있는 솔더볼 프로빙용 프로브 핀을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 솔더볼 프로빙용 프로브 핀은, 파이프형의 하우징; 상기 하우징의 하부에 이동 가능하게 설치되는 하부 플런저; 상기 하우징의 상부에서 외부로 출몰 가능하게 설치되며, 표면에 솔더볼이 형성된 검사대상물에 접촉되어 상기 하우징 내부로 이동시 상기 하우징에 간섭되어 변형되어 상기 솔더볼의 복수 지점에 접촉되는 상부 플런저; 및 상기 하우징 내부에 설치되어 상기 하부 플런저와 상기 상부 플런저를 탄성 가압하는 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이로써, 검사대상물에 형성된 솔더볼을 복수 지점에서 전기적으로 접촉하도록 하여 안정적인 검사 동작을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 상부 플런저는, 상기 하우징 내부에 왕복 이동 가능하게 설치되는 상부 플런저 몸체; 상기 상부 플런저 몸체의 일단에서 분기되어 연장되며, 상기 하우징 외부에서는 벌어지고 상기 하우징 내부로 진입시 상기 하우징에 간섭되어 좁아지는 복수의 탄성부; 및 상기 복수의 탄성부 각각에서 서로 마주하도록 연장되어, 상기 복수의 탄성부가 좁아질 때 상기 솔더볼의 외측에 접촉되는 복수의 접촉돌기를 가지는 접촉부;를 포함하는 것이 바람직하다.
이로써, 상부 플런저가 검사대상물 또는 솔더볼과의 간섭 정도에 연동하여 동작되면서 솔더볼과 접촉 및 이격될 수 있게 된다.
또한, 상기 접촉부는 상기 솔더볼을 기준으로 양측에서 대칭되는 위치에 접촉되도록 상기 복수의 탄성부에서 연장되어 형성되는 것이 좋다.
이로써, 탄성부의 탄성변형 정도에 따라서 접촉부의 위치가 제어되어 솔더볼과의 접촉 및 이격 동작이 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 상기 하우징의 내부에는 상기 상부 플런저의 이탈을 방지하기 위한 제1스토퍼가 형성되고,
상기 상부 플런저 몸체의 외주에는 상기 제1스토퍼에 간섭되어 상부 및 하부 방향 각각으로의 이탈을 방지하는 상부 및 하부 걸림턱이 형성되는 것이 좋다.
이로써, 상부 플런저가 동작시 하우징에서 이탈하지 않도록 하여 안정적인 동작이 반복되도록 할 수 있다.
또한, 상기 복수의 접촉돌기는, 상기 접촉부의 상단부에서 서로 마주하도록 돌출형성되는 복수의 제1접촉돌기; 및 상기 제1접촉돌기보다 낮은 위치에 위치하도록 상기 접촉부의 하부에 형성되는 복수의 제2접촉돌기;를 포함하는 것이 좋다.
이로써, 솔더볼의 선단부와 양측부 각각의 복수 위치에서 전기적으로 접촉되도록 함으로써, 접촉 신뢰성을 높일 수 있다.
본 발명의 솔더볼 프로빙용 프로브핀에 의하면, 검사대상물의 검사를 위해 상부 플런저에 접근시, 검사대상물 또는 솔더볼과의 접촉 정도에 연동하여 상부 플런저의 접촉부의 위치가 변경되어 솔더볼을 집어서 접촉되도록 할 수 있다.
이처럼, 솔더볼을 양측에서 집어서 접촉되도록 함으로써, 솔더볼과의 접촉 신뢰성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 형상 및 사이즈를 가지는 솔더볼과의 반복 동작에 의해서 접촉부의 접촉 부분이 한 지점에 집중되지 않도록 할 수 있다.
따라서, 오랜 시간 반복 사용하더라도 상부 플런저의 접촉부의 오염을 최소화할 수 있으므로, 검사 신뢰성을 높일 수 있고, 프로브 핀의 청소 또는 교환 주기를 연장할 수 있어서 유지 관리 비용을 절감할 수 있다.
특히, 상부 플런저의 접촉부에 복수의 접촉돌기를 형성시킴으로써, 솔더볼과 다양한 위치에서 접촉될 수 있게 되어 전기적 접촉 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 솔더볼 프로빙용 프로브 핀을 나타내 보인 결합 사시도이다.
도 2는 도 1의 솔더볼 프로빙용 프로브 핀의 분리 사시도이다.
도 3은 도 1의 솔더볼 프로빙용 프로브 핀의 단면도이다.
도 4 및 도 5 각각은 본 발명의 실시예에 따른 솔더볼 프로빙용 프로브 핀의 동작 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 솔더볼 프로빙용 프로브 핀을 자세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 솔더볼 프로빙용 프로브 핀은, 파이프형의 하우징(110)과, 상기 하우징(110)의 하부에 이동 가능하게 설치되는 하부 플런저(120)와, 상기 하우징(110)의 상부에서 외부로 출몰 가능하게 설치되는 상부 플런저(130) 및 하우징(110) 내부에 설치되는 탄성부재(140)를 구비한다.
상기 하우징(110)은 양단이 개방된 파이프 구조를 가진다. 하우징(110)의 내부에는 상부 플런저(130)의 이탈을 방지하기 위한 제1스토퍼(111)가 내면으로부터 돌출되게 형성된다. 또한, 하우징(111)의 하단에는 하부 플런저(120)의 이탈을 방지하기 위한 제2스토퍼(113)가 형성된다.
상기 하부 플런저(120)는 원기둥 형상의 하부 플런저 몸체(121)와, 하부 플런저 몸체(121)의 하단으로 연장되어 하우징(110)의 하부로 출몰되는 접촉부(123)를 구비한다. 하부 플런저 몸체(121)의 상단은 원뿔 형상으로 돌출형성되어 탄성부재(140)에 의해 탄성지지된다. 접촉부(123)는 하부 플런저 몸체(121) 보다 작은 외경으로 연장되어 상기 제2스토퍼(113)에 간섭되지 않고 하우징(110)의 하단으로 돌출되어 테스터기의 전기적 접촉부분(20)에 접촉된다. 접촉부(123)의 단부는 끝단으로 갈수록 점진적으로 외경이 축소하도록 원뿔 형상으로 형성된다.
상기 상부 플런저(130)는 하우징(110) 내부에 왕복 이동 가능하게 설치되는 상부 플런저 몸체(131), 상기 상부 플런저 몸체(131)의 일단에서 분기되어 연장되며 하우징(110) 외부에서는 벌어지고 상기 하우징(110) 내부로 진입시 상기 하우징(110)에 간섭되어 좁아지는 복수의 탄성부(133) 및 상기 복수의 탄성부(133) 각각에서 서로 마주하도록 연장되어 복수의 탄성부(133)가 좁아질 때 상기 솔더볼(11)의 외측에 접촉되는 접촉부(135)를 구비한다.
상기 상부 플런저 몸체(131)는 봉 또는 바(Bar) 형상을 가지며, 측면에는 가이드홈(131c)이 상하 소정 거리 형성된다. 가이드홈(131c)의 양단에 상부 및 하부 걸림턱(131a,131b)이 단차지게 형성된다. 이러한 구성의 상부 플런저 몸체(131)는 하우징(110) 내부에서 상하로 소정 거리 왕복 이동되며, 이동시 상부 및 하부 걸림턱(131a,131b)이 제1스토퍼(111)에 간섭되어 상부 및 하부 방향으로의 이탈이 방지된다.
상기 상부 플런저 몸체(131)의 일단(상부)에서 한 쌍의 탄성부(133)가 분기되어 연장된다. 한 쌍의 탄성부(133)는 상부 플런저 몸체(131)의 일단에서 점진적으로 벌어지도록 연장되며, 외력에 의해 서로 간격이 좁혀지도록 탄성 변형되고, 외력의 해제시 다시 벌어져서 원위치 될 수 있다. 즉, 한 쌍의 탄성부(133)는 도 5와 같이, 하우징(110)의 내부로 진입시 하우징(110)의 내주에 간섭되어 간격이 좁아지도록 탄성 변형되고, 하우징(110)의 외부로 노출 시에는 도 3과 같이 서로 벌어진다.
상기 복수 접촉부(135)는 솔더볼(11)을 기준으로 양측에서 대칭되는 위치에 접촉되도록 각 탄성부(133)에서 연장되어 형성된다. 특히, 각 접촉부(135)는 탄성부들(133) 간의 간격보다 더 이격되도록 탄성부(133)에서 절곡되어 연장된다. 이러한 접촉부(135)는 솔더볼(11)의 외측에 접촉되는 복수의 접촉돌기를 구비한다. 상기 접촉돌기는 접촉부(135)의 상단부에서 서로 마주하도록 돌출형성되는 복수의 제1접촉돌기(135a)와, 제1접촉돌기(135a) 보다 낮은 위치에 위치하도록 접촉부(135)의 하부(바닥면)에 돌출 형성되는 복수의 제2접촉돌기(135b)를 구비한다.
즉, 상기 제1접촉돌기(135a)는 접촉부(135)의 서로 마주하는 수직면(s1)에서 돌출 형성되되, 바람직하게는 접촉부(135)의 상단테두리에서 각각 돌출 형성된다. 이러한 제1접촉돌기(135a)는 솔더볼(11)의 검사 대상물(10)의 표면에 인접한 부분에 접촉된다.
상기 제2접촉돌기(135b)는 접촉부(135)의 하부의 바닥면(s2)으로부터 돌출 형성되며, 바람직하게는 상기 수직면(s1)으로부터 최대한 이격된 위치에서 돌출 형성되는 것이 좋다. 또한, 제2접촉돌기(135b)는 한 쌍이 서로 이격된 위치에 형성되는 것이 좋다. 이러한 제2접촉돌기(135b)는 솔더볼(11)의 돌출 선단 부분에 접촉된다.
이처럼 접촉부(135)의 복수 위치에 복수의 접촉돌기(135a,135b)를 형성함으로써, 솔더볼(11)의 형상이나 사이즈, 위치에 상관없이 안정적인 접촉이 이루어지도록 하는 이점이 있다.
상기 탄성부재(140)는 하우징(110) 내부에 설치되어, 하부 플런저(120)와 상부 플런저(130)를 각각 멀어지도록 탄성 가압한다.
상기 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 솔더볼 프로빙용 프로브 핀의 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 검사 대상물(10)의 표면에 형성된 솔더볼(11)을 전기적으로 접촉하여 검사하기 전에는 하부 플런저(120)는 테스터의 전기적 접촉부분(20)과 이격되고, 상부 플런저(130)는 검사 대상물(10)과 이격되어 위치된다. 이 상태에서는 하부 플런저(120)와 상부 플런저(130) 각각은 탄성부재(140)에 탄성 가압되어 하우징(110)의 양단으로 최대한 돌출된 상태를 유지한다. 즉, 상부 플런저(130)의 경우에는, 탄성부(133)가 하우징(110)의 외부로 노출되어 서로 벌어진 상태를 유지함으로써, 한 쌍의 접촉부(135)도 최대한 벌어진 상태를 유지한다.
이 상태에서 도 4에 도시된 바와 같이, 검사 대상물(10)이 하강하면, 상부 플런저(130)의 접촉부(135)가 솔더볼(11)에 접촉되고, 하부 플런저(120)는 테스터의 전기적 접촉부분(20)에 접촉된다.
이 상태에서 검사 대상물(10)이 더 하강하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 플런저(130)가 솔더볼(11)에 접촉되어 눌리면서 하우징(110) 내부로 진입된다. 그러면, 탄성부(133)가 하우징(110)의 내벽에 간섭되어 좁혀지고, 접촉부들(135)도 좁혀지면서 솔더볼(11)의 양측을 집는 동작으로 접촉된다. 또한, 하부 플런저(120)도 일정 거리 하우징(110) 내부로 진입되면서 테스터의 전기적 접촉부분(20)에 탄력적으로 접촉된 상태를 유지한다.
더 구체적으로 보면, 상기 검사대상물(10)이 하강하여 솔더볼(11)이 접촉부(135)에 접촉시, 제2접촉돌기(135b)와 솔더볼(11)이 먼저 접촉된다. 이처럼, 솔더볼(11)과 제2접촉돌기(135b)가 먼저 접촉되어 전기적으로 연결되면서, 솔더볼(11)에 의해서 제2접촉돌기(135b)가 눌리면, 도 5와 같이, 하우징(110) 내부로 상부 플런저(130)가 진입된다. 그러면, 탄성부(133)가 하우징(110)에 간섭되어 좁혀지게 되고, 접촉부들(135)도 서로 접근하여 제1접촉돌기(135a)가 솔더볼(11)에 접촉된다.
이처럼 본 발명에 의하면, 상부 플런저(130)는 제2접촉돌기(135b)와 솔더볼(11)의 접촉 동작에 의해 먼저 전기적으로 연결되고, 이러한 접촉동작에 의해서 이동하면서 변형되어 복수의 제1접촉돌기(135a)가 솔더볼(11)을 클램핑하여 접촉될 수 있다. 따라서 검사 대상물(10)에 형성된 솔더볼(11)의 사이즈와 크기 등이 일정하지 않은 것을 고려하더라도, 접촉부(135)가 솔더볼(11)의 복수 지점에서 접촉할 수 있게 되어 전기적인 접촉 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 접촉부(135)와 솔더볼(11)의 접촉 동작이 반복되더라도 복수 지점에서 접촉이 이루어지므로, 접촉위치가 한 곳에 집중되지 않게 된다. 따라서 접촉부(135)의 특정 부분이 집중적으로 오염되는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 상부 플런저(130)의 반복 사용횟수와 사용시간을 연장할 수 있어 제품의 교환 주기를 연장할 수 있는 이점이 있다.
또한, 솔더볼(11)의 높이나 폭에 따라서 검사 대상물(10)이 접촉부(135)에 먼저 접촉될 수도 있다. 이 경우에는 검사 대상물(10)에 접촉부(135)의 상단이 접촉되어 눌리면서 좁혀지게 되면, 제1 및 제2접촉돌기들(135a,135b)이 솔더볼(11)의 복수 지점에 순차적으로 또는 동시에 접촉될 수 있다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10..검사 대상물 11..솔더볼
110..하우징 120..하부 플런저
130..상부 플런저 131..상부 플런저 몸체
133..탄성부 135..접촉부
135a,135b..제1 및 제2접촉돌기 140..탄성부재

Claims (5)

  1. 파이프형의 하우징;
    상기 하우징의 하부에 이동 가능하게 설치되는 하부 플런저;
    상기 하우징의 상부에서 외부로 출몰 가능하게 설치되며, 표면에 솔더볼이 형성된 검사대상물에 접촉되어 상기 하우징 내부로 이동시 상기 하우징에 간섭되어 변형되어 상기 솔더볼의 복수 지점에 접촉되는 상부 플런저; 및
    상기 하우징 내부에 설치되어 상기 하부 플런저와 상기 상부 플런저를 탄성 가압하는 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 프로빙용 프로브 핀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상부 플런저는,
    상기 하우징 내부에 왕복 이동 가능하게 설치되는 상부 플런저 몸체;
    상기 상부 플런저 몸체의 일단에서 분기되어 연장되며, 상기 하우징 외부에서는 벌어지고 상기 하우징 내부로 진입시 상기 하우징에 간섭되어 좁아지는 복수의 탄성부; 및
    상기 복수의 탄성부 각각에서 서로 마주하도록 연장되어, 상기 복수의 탄성부가 좁아질 때 상기 솔더볼의 외측에 접촉되는 복수의 접촉돌기를 가지는 접촉부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 프로빙용 프로브 핀.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 접촉부는 상기 솔더볼을 기준으로 양측에서 대칭되는 위치에 접촉되도록 상기 복수의 탄성부에서 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 솔더볼 프로빙용 프로브 핀.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 하우징의 내부에는 상기 상부 플런저의 이탈을 방지하기 위한 제1스토퍼가 형성되고,
    상기 상부 플런저 몸체의 외주에는 상기 제1스토퍼에 간섭되어 상부 및 하부 방향 각각으로의 이탈을 방지하는 상부 및 하부 걸림턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 솔더볼 프로빙용 프로브 핀.
  5. 제2항에 있어서, 상기 복수의 접촉돌기는,
    상기 접촉부의 상단부에서 서로 마주하도록 돌출형성되는 복수의 제1접촉돌기; 및
    상기 제1접촉돌기보다 낮은 위치에 위치하도록 상기 접촉부의 하부에 형성되는 복수의 제2접촉돌기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 프로빙용 프로브 핀.
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