KR20230093383A - 하나의 홀에 두 개의 프로브가 있는 수직형 프로브 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 협피치의 수직형 프로브 헤드에 관한 것으로서 두 개 이상의 프로브를 하나의 전극에 연결하여 더 많은 전류를 공급할 수 있는 구조이다.
본 발명의 프로브 헤드는 양단이 각각 시험체와 공간변형기에 접촉될 수 있는 복수의 프로브와; 상기 프로브가 삽입되는 복수의 제1프로브홀이 형성되어 있으며, 상기 시험체와 마주보는 제1플레이트와; 상기 프로브가 삽입되는 복수의 제2프로브홀이 형성되어 있으며, 상기 공간변형기와 마주보는 제2플레이트와; 상기 프로브가 삽입되는 복수의 제3프로브홀이 형성되어 있으며, 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트의 중간에서 25% 이상 벗어난 지점에 위치하는 제3플레이트를 구비하고 있으며; 상기 제1프로브홀 또는 제2프로브홀 중 적어도 하나에는 상기 프로브가 2개 이상 상기 벤딩방향으로 겹쳐서 함께 삽입되어 있으며, 상기 겹쳐서 함께 삽입된 프로브들이 제1프로브홀 또는 제2프로브홀 에서 서로 전기적으로 연결될 수 있으며; 상기 제1프로브홀 또는 상기 제2프로브홀에 겹쳐서 함께 삽입된 프로브들 중에서 상기 벤딩방향을 기준으로 가장 뒤에 있는 프로브를 제외한 나머지 프로브는 상기 공간변형기에 형성된 전극에 직접 접촉되지 않을 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

하나의 홀에 두 개의 프로브가 있는 수직형 프로브 헤드 {Vertical probe head with two probes in a hole}

본 발명은 반도체 직접회로 등의 전기적 특성을 검사하는 프로브 카드(probe card)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공간변형기(space transformer)와 함께 수직형 프로브 카드를 구성하는 수직형 프로브 헤드(probe head)에 관한 것이다.

프로브 카드(probe card)는 반도체 집적회로, 반도체 패키지 PCB 등의 전자소자(electric device)가 정확한 사양으로 제조되었는지 검사하기 위해, 전자소자에 접촉되어 전기적 연결을 형성하는 장치이다. 수직형(vertical) 프로브 카드에서는, 프로브의 한 쪽 끝은 시험체(device under test)에 접촉하게 되고, 다른 한 쪽 끝은 공간변형기(space transformer)에 접촉되며, 공간변형기는 회로기판을 통해서 테스터(tester)까지 전기적으로 연결된다. 프로브가 삽입되어 있는 프로브 헤드(probe head)가 시험체에 밀착되면, 프로브는 시험체와 공간변형기 사이에서 양쪽 끝이 눌리면서, 프로브의 양쪽 끝은 시험체의 전극과 공간변형기의 전극에 각각 접촉하게 되며, 시험체와 공간변형기가 프로브를 통하여 전기적으로 연결되게 된다. 수직형 프로브 헤드는 복수의 가이드 플레이트와 가이드 플레이트에 형성된 프로브홀에 삽입된 다수의 프로브로 구성된다.

반도체 기술의 발달로 반도체 소자의 기능이 고도화됨에 따라서, 반도체 소자는 좁은 면적에서 더 많은 단자를 가지게 되었다. 이에 따라 수직형 프로브 헤드에서 프로브(probe) 간의 간격(pitch)도 더욱 좁아지게 되었다. 이에 따라 프로브 역시 가늘어지게 되었으며, 이에 따라서 프로브를 통해서 충분한 전류를 흘릴 수 없는 문제점이 생기고 있다. 소자의 기능 검사를 위한 충분한 전류를 공급할 수 없는 문제이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 협피치의 수직형 프로브 헤드에서 프로브를 통해서 흐를 수 있는 전류량을 증가시키는데 목적이 있다.

해결하고자 하는 과제는 이에 제한되지 않고, 언급되지 않은 기타 과제는 통상의 기술자라면 이하의 기재로부터 명확히 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 수직형 프로브 헤드는;

양단이 각각 시험체와 공간변형기에 접촉될 수 있으며, 양단이 눌리어서 중간부분이 벤딩될 수 있는 복수의 프로브와; 상기 프로브가 삽입되는 복수의 제1프로브홀이 형성되어 있으며, 상기 시험체와 마주보는 제1플레이트와; 상기 프로브가 삽입되는 복수의 제2프로브홀이 형성되어 있으며, 상기 공간변형기와 마주보는 제2플레이트와; 상기 프로브가 삽입되는 복수의 제3프로브홀이 형성되어 있으며, 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이의 거리를 100%라고 할 때 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트의 사이의 중간지점에서 25% 이상 벗어난 지점에 위치하는 제3플레이트를 구비하고 있으며;

상기 프로브의 양단이 눌리어서 프로브의 중간부분이 벤딩되면서 전진하는 방향을 벤딩방향이라고 할 때, 상기 제1프로브홀 또는 제2프로브홀 중 적어도 하나에는 상기 프로브가 2개 이상 상기 벤딩방향으로 겹쳐서 삽입되어 있으며, 제3플레이트와 마주보는 방향의 제1프로브홀의 입구 또는 제3플레이트와 마주보는 방향의 제2프로브홀의 입구에서 상기 겹쳐서 삽입된 프로브들이 서로 전기적으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1프로브홀에 겹쳐서 함께 삽입된 프로브들 중에서 상기 벤딩방향을 기준으로 가장 뒤에 있는 프로브를 제외한 나머지 프로브는 상기 시험체에 형성된 시험체 전극에 직접 접촉되지 않을 수 있고, 가장 뒤에 있는 프로브를 통하여 전기적으로 상기 시험체 전극에 연결될 수 있거나; 상기 제2프로브홀에 겹쳐서 함께 삽입된 프로브들 중에서 상기 벤딩방향을 기준으로 가장 뒤에 있는 프로브를 제외한 나머지 프로브는 상기 공간변형기에 형성된 공간변형기 전극에 직접 접촉되지 않을 수 있고, 가장 뒤에 있는 프로브를 통하여 전기적으로 상기 시험체 전극에 연결될 수 있다.

또한, 상기 프로브는 벤딩방향의 두께가 벤딩방향에 수직인 방향의 두께에 비해 더 얇을 수 있다.

또한, 상기 프로브가 2개 이상 삽입되는 제1프로브홀 또는 상기 프로브가 2개 이상 삽입되는 제2프로브홀에 있어서; 상기 프로브가 겹쳐진 방향이 프로브의 벤딩방향과 5° 이상의 각도를 가질 수 있다.

또한, 동일한 프로브가 관통하여 삽입되는 제1프로브홀, 제2프로브홀, 제3프로브홀에 있어서; 상기 제1프로브홀 또는 상기 제2프로브홀에 비해서 상기 제3프로브홀이 홀의 깊이가 더 얕거나 벤딩방향으로의 직경이 더 클 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 협피치에서 수직형 프로브 헤드에서 시험체 검사에 충분한 전류를 흘릴 수 있다. 큰 전류량이 필요한 전원전극에는 2개의 프로브를 이용하여 1개의 프로브가 연결되는 전극에 비하여 약 2배 전류를 흘릴 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 프로브 헤드의 단면 구조를 보여주는 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 프로브 헤드가 시험체에 접촉한 상태에서의 단면 구조를 보여주는 개념도이다.
도 3은 1개의 프로브홀에 삽입된 2개의 프로브가 프로브홀 입구에서 전기적으로 연결되는 단면 구조를 보여주는 개념도이다.
도 4는 본 발명에 제1플레이트의 평면 구조와 프로브의 단면 구조를 보여주는 개념도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 참조하는 도면에서 구성요소의 크기나 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 데 사용되는 용어는 주로 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자의 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 용어에 대해서는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 해석하는 것이 마땅하겠다.

도 1은 본 발명에 따른 프로브 헤드의 단면 구조를 보여주는 개념도이다. 본 발명에 따른 프로브 헤드는; 양단이 각각 시험체(80)와 공간변형기(90)에 접촉될 수 있으며, 양단이 눌리어서 중간부분이 벤딩될 수 있는 복수의 프로브(50)와; 상기 프로브가 삽입되는 복수의 제1프로브홀(11)이 형성되어 있으며, 상기 시험체와 마주보는 제1플레이트(10)와; 상기 프로브가 삽입되는 복수의 제2프로브홀(21)이 형성되어 있으며, 상기 공간변형기와 마주보는 제2플레이트(20)와; 상기 프로브가 삽입되는 복수의 제3프로브홀(31)이 형성되어 있으며, 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이의 거리를 100%라고 할 때 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트의 사이의 중간지점에서 25% 이상 벗어난 지점에 위치하는 제3플레이트(30)를 구비하고 있다. 상기 제1프로브홀 또는 제2프로브홀 중 적어도 하나에는 상기 프로브가 2개 이상 프로브의 벤딩방향으로 겹쳐서 삽입되어 있다.

제3플레이트는 제1플레이트 또는 제2플레이트를 기준으로 수평방향으로 이동할 수 있다. 제3플레이트를 이동함으로써 제3프로브홀이 이동되며, 이를 이용하여 프로브의 벤딩 방향을 결정하며, 프로브가 자중으로 제3프로브홀을 빠져나오지 않도록 고정할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 프로브 헤드가 시험체에 접촉한 상태에서의 단면 구조를 보여주는 개념도이다. 프로브(50)의 양단이 눌리어서 프로브의 중간부분이 벤딩되면서 전진하는 방향을 벤딩방향(55)이라고 할 때, 제1프로브홀 또는 제2프로브홀 중 적어도 하나에는 상기 프로브 2개 이상이 벤딩방향으로 겹쳐서 삽입되어 있으며, 제3플레이트와 마주보는 방향의 제1프로브홀의 입구 또는 제3플레이트와 마주보는 방향의 제2프로브홀의 입구에서 상기 겹쳐서 삽입된 프로브들이 서로 전기적으로 연결될 수 있게 된다.

1개의 제1프로브홀에 삽입된 2개의 프로브가 서로 길이가 동일하지 않은 경우, 두 프로브가 모두 시험체 전극(81)에 직접 접촉할 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 또한 시험체 전극의 크기가 작아서 두 프로브가 모두 시험체 전극에 직접 접촉할 수 없는 경우도 있다. 이러한 경우에는 제1프로브홀에 겹쳐서 함께 삽입된 프로브들 중에서 프로브의 벤딩방향을 기준으로 가장 뒤에 있는 프로브가 시험체 전극에 직접 접촉하는 연결 프로브(51)가 될 수 있다. 벤딩방향을 기준으로 연결 프로브의 앞에 있는 프로브는 제1프로브홀 입구에서 뒤에 있는 연결 프로브와 전기전으로 연결되어 전류가 흐를 수 있게 된다.

벤딩방향을 기준으로 앞에 있는 프로브가 뒤에 있는 프로브 보다 길이가 더 짧은 경우에는 뒤에 있는 프로브에 의해 벤딩방향으로 밀리게 되며, 앞의 프로브는 전극에 접촉하지 못할 수 있다. 반면에 벤딩방향을 기준으로 뒤에 있는 프로브는 앞의 있는 프로브의 영향을 받지 않게 되므로, 함께 삽입된 프로브 간의 길이 차이에 상관없이 전극에 접촉하며 연결 프로브로서의 역할을 할 수 있게 된다. 하나의 프로브홀에 벤딩방향으로 겹쳐진 프로브가 2개 이상의 경우에 가장 뒤에 있는 프로브를 시험체의 전극에 연결시키면 나머지 프로브들은 가장 뒤에 있는 프로브와 프로브 홀의 입구에서 전기적으로 연결되며, 결과적으로 모두 시험체의 전극에 연결될 수 있다.

1개의 제2프로브홀에 삽입된 2개의 프로브에서, 벤딩방향을 기준으로 가장 뒤에 있는 프로브가 공간변형기 전극(91)에 직접 접촉되는 연결 프로브가 될 수 있으며, 나머지 프로브들은 제2프로브홀 입구에서 연결 프로브와 전기적으로 연결되어 공간변형기 전극에 전기적으로 연결될 수 있다.

제1프로브홀 또는 제2프로브홀에 겹쳐서 함께 삽입된 프로브가 프로브홀 입구에서 벤딩되면서 서로 밀착하기 위해서 프로브의 중간 부분이 자유롭게 많이 벤딩될 수 있어야만 한다. 이를 위해서 벤딩에 방해가 될 수 있는 제3플레이트는 가능하면 제1플레이트와 제2플레이트의 사이의 중간지점에서 멀리 있는 것이 바람직하다. 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이의 거리를 100%라고 할 때 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트의 사이의 중간지점에서 25% 이상 벗어난 지점에 제3플레이트가 위치하는 것이 바람직하다. 동일한 프로브가 관통하여 삽입되는 프로브홀에 있어서는 제1프로브홀 또는 제2프로브홀에 비해서 제3프로브홀이 홀의 깊이가 더 얕거나 벤딩방향으로의 직경이 더 큰 것이 프로브의 자유로운 벤딩에 더 유리하다.

도 3은 1개의 프로브홀에 삽입된 2개의 프로브가 프로브홀에서 전기적으로 연결되는 단면 구조를 보여주는 개념도이다. 도 3의 (a)는 제2프로브홀에서 2개의 프로브가 전기적으로 연결되는 단면 구조를 보여주는 개념도이며, 도 3의 (b)는 제1프로브홀에서 2개의 프로브가 전기적으로 연결되는 단면 구조를 보여주는 개념도이다.

프로브의 양단이 각각 시험체와 공간변형기에 눌리게 되면, 프로브의 중간부분이 벤딩되며, 동시에 제2프로브홀의 입구 모서리와 제1프로브홀의 입구 모서리에서도 각각 프로브가 꺾이면서 벤딩된다. 이 때 제2프로브홀 또는 제1프로브홀에 2개 이상의 프로브가 벤딩방향으로 겹쳐져 있는 경우에 제2프로브홀의 입구와 제1프로브홀 입구에서 2개의 프로브는 벤딩되면서 서로 강하게 밀착되어 전기적으로 연결되게 된다. 프로브홀의 내에서 함께 겹쳐진 부분에서도 프로브들 간에 전류가 통할 수 있다. 프로브 홀의 입구에서는 프로브가 서로 일부분만 겹처도 프로브가 꺽이면서 겹쳐진 부분이 밀착되고 이를 통하여 전류가 흐를 수 있게 된다.

본 발명의 구조에서는 프로브 헤드가 시험체에 밀착되어 전기적 특성을 평가하는 동안, 하나의 프로브홀에 함께 들어가 있는 2개 이상의 프로브들이 제1프로브홀 입구와 제2프로브홀 입구에서 각각 서로 전기적으로 연결된다. 좁은 프로브의 내부에서도 서로 접촉하는 프로브들은 전기적으로 연결될 수 있다. 프로브홀 입구와 프로브홀 내부에서 프로브가 서로 연결되는 부분은 프로브의 표면이 전도성이 좋은 금속으로 되어 있는 것이 바람직하다. 이를 위해서 표면에 Au 등의 도금할 수도 있다.

도 4는 본 발명에 제1플레이트의 평면 구조와 프로브의 단면 구조를 보여주는 개념도이다. 도 4의 (a)에서는 프로브의 단면이 단순한 원형을 가지고 있으며, 도 4의 (b)에서는 프로브의 단면이 양 쪽이 눌리어진 원의 형상을 가지고 있다. 도 4의 (b)에서처럼 벤딩방향으로의 프로브 두께가 벤딩방향에 수직인 방향의 두께에 비해 더 얇은 경우에 벤딩의 방향성이 분명해지며, 하나의 프로브홀에 삽입되어 있는 프로브들이 안정되게 서로 밀착될 수 있는 장점이 있다.

도 4의 (a)와 (b)에서 보여주듯이 1개의 프로브홀에 들어있는 2개의 프로브가 서로 겹쳐진 방향(56)이 프로브의 벤딩방향과 5° 이상의 각도를 가지면, 두 개의 프로브가 프로브홀 내에서 항상 일정한 위치에 있게 되며 프로브와 전극이 안정된 접촉을 하게 된다.

이상에서는 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 통상의 기술자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 설명한 기술적 사상은, 각각 독립적으로 실시될 수도 있고, 둘 이상이 서로 조합되어 실시될 수도 있다.

10 제1플레이트 11 제1프로브홀
20 제2플레이트 21 제2프로브홀
30 제3플레이트 31 제3프로브홀
50 프로브 55 벤딩방향
80 시험체 81 시험체 전극
90 공간변형기 91 공간변형기 전극

Claims (5)

1. 양단이 각각 시험체와 공간변형기에 접촉될 수 있으며, 양단이 눌리어서 중간부분이 벤딩될 수 있는 복수의 프로브와;
   상기 프로브가 삽입되는 복수의 제1프로브홀이 형성되어 있으며, 상기 시험체와 마주보는 제1플레이트와;
   상기 프로브가 삽입되는 복수의 제2프로브홀이 형성되어 있으며, 상기 공간변형기와 마주보는 제2플레이트와;
   상기 프로브가 삽입되는 복수의 제3프로브홀이 형성되어 있으며, 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이의 거리를 100%라고 할 때 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트의 사이의 중간지점에서 25% 이상 벗어난 지점에 위치하는 제3플레이트를 구비하고 있으며;
   상기 프로브의 양단이 눌리어서 프로브의 중간부분이 벤딩되면서 전진하는 방향을 벤딩방향이라고 할 때, 상기 제1프로브홀 또는 제2프로브홀 중 적어도 하나에는 상기 프로브가 2개 이상 상기 벤딩방향으로 겹쳐서 삽입되어 있으며, 제3플레이트와 마주보는 방향의 제1프로브홀의 입구 또는 제3플레이트와 마주보는 방향의 제2프로브홀의 입구에서 상기 겹쳐서 삽입된 프로브들이 서로 전기적으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 프로브 헤드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1프로브홀에 겹쳐서 함께 삽입된 프로브들 중에서 상기 벤딩방향을 기준으로 가장 뒤에 있는 프로브를 제외한 나머지 프로브는 상기 시험체에 형성된 시험체 전극에 직접 접촉되지 않을 수 있으며, 가장 뒤에 있는 프로브를 통하여 전기적으로 상기 시험체 전극에 연결될 수 있거나;
   상기 제2프로브홀에 겹쳐서 함께 삽입된 프로브들 중에서 상기 벤딩방향을 기준으로 가장 뒤에 있는 프로브를 제외한 나머지 프로브는 상기 공간변형기에 형성된 공간변형기 전극에 직접 접촉되지 않을 수 있으며, 가장 뒤에 있는 프로브를 통하여 전기적으로 상기 시험체 전극에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 프로브 헤드.
3. 제1항에 있어서,
   상기 프로브는 벤딩방향의 두께가 벤딩방향에 수직인 방향의 두께에 비해 더 얇은 것을 특징으로 하는 프로브 헤드.
4. 제1항에 있어서,
   상기 프로브가 2개 이상 삽입되는 제1프로브홀 또는 상기 프로브가 2개 이상 삽입되는 제2프로브홀에 있어서;
   프로브가 2개 이상 겹쳐진 방향이 프로브의 벤딩방향과 5도 이상의 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 프로브 헤드.
5. 제1항에 있어서,
   동일한 프로브가 관통하여 삽입되는 제1프로브홀, 제2프로브홀, 제3프로브홀에 있어서; 상기 제1프로브홀 또는 상기 제2프로브홀에 비해서 상기 제3프로브홀이 홀의 깊이가 더 얕거나 벤딩방향으로의 직경이 더 큰 것을 특징으로 하는 프로브 헤드.

Images