WO2022231259A1 - 프로브 핀과 프로브 핀의 제조방법 - Google Patents

프로브 핀과 프로브 핀의 제조방법 Download PDF

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WO2022231259A1
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김태윤
김성철
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(주)피티앤케이
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Definitions

  • the present invention relates to a probe pin and a method for manufacturing the probe pin.
  • the semiconductor manufacturing process consists of a front process of making a plurality of semiconductor dies on a wafer and a post process of making a semiconductor package by connecting wires to each semiconductor die.
  • an EDS (Electrical Die Sorting) process is performed to inspect the electrical characteristics of each semiconductor die constituting a wafer. Specifically, in the EDS process, a probe pin provided on a probe card is brought into contact with a contact pad of a semiconductor die, and an electrical signal is passed through the probe pin from a separate semiconductor inspection equipment to read the output electrical signal. is carried out by This is called a probe test.
  • MEMS Micro Electro Mechanical System
  • the MEMS process is a process used in a semiconductor manufacturing process, and for example, such a probe pin is manufactured through a photolithography process.
  • the probe pins manufactured through the MEMS process have problems in that physical performance is poor or it is difficult to manufacture the probe tip in various shapes.
  • An object of the present invention is to solve the problems of the prior art, and to provide a probe pin having good physical properties by diversifying the material and shape of the tip part.
  • an embodiment of the present invention is a probe pin, comprising a body portion, a top portion and a tip portion respectively connected to both ends of the body portion, the body portion facing each other A first side and a third side, and a second side and a fourth side that intersect with the first and third side but are opposite to each other, at least in part, a bent portion is provided, and the top portion and the tip
  • the section has a circular cross section, and the top section, the body section, and the tip section are integrally formed.
  • the first to fourth sides are planar.
  • the cross-section of the body portion is formed in a rectangle with rounded corners.
  • the top portion is hemispherical and the tip portion is conical.
  • the tip of the tip portion is not biased to one side and is located in the center.
  • the bending portion is formed with an insulating coating surrounding the outer periphery.
  • Another embodiment of the present invention is a method for manufacturing a probe pin, comprising the steps of drawing a material, grinding one end of the drawn material in a cone shape and the other end in a round shape, Free forging processing to form a flat surface with respect to the side extending in the longitudinal direction, and a step forging the free forging processing so that a portion of the free forging processed material is bent.
  • the step of free forging processing forming the first side and the third side using a press of the polished material, and rotating the material on which the first side and the third side are formed by 90 degrees After that, the second side and the fourth side are formed.
  • the first to fourth side surfaces are simultaneously formed using a press of the polished material.
  • 1A is a side view of a probe pin according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a view showing a cross-section taken along a portion A-A' in FIG. 1A.
  • FIG. 1C is a view showing a cross-section of a portion B-B' in FIG. 1A.
  • FIG. 1D is a view showing a cross-section taken along a portion C-C′ in FIG. 1A.
  • FIG. 2A is a view illustrating a cross-section of a probe pin according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a conceptual view of a mounting plate having a mounting hole into which the probe pin of FIG. 2A can be inserted.
  • 3A is a view of a top portion of a probe pin according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3b is a view of the top of the probe pin manufactured by the MEMS process.
  • FIG. 4A is a view of a tip portion of a probe pin according to an embodiment of the present invention.
  • 4B is a view of a tip portion of a probe pin manufactured by a MEMS process.
  • FIG. 5 is a flowchart of a method of manufacturing a probe pin according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically illustrating a change in the shape of a material appearing in a process of manufacturing a probe pin according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7a is a conceptual diagram of a press device used for free forging according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7b is a conceptual diagram of a press device used for free forging according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a probe pin mounted on a probe card according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a view showing the probe pin 100 from the side
  • FIG. 1B is a cross-section taken along a portion A-A' in FIG.
  • FIG. 1C is a view showing a cross-section of a portion B-B' in FIG. 1A
  • FIG. 1D is a diagram illustrating a cross-section of a portion C-C' in FIG. 1A.
  • the probe pin 100 may include a body part 110 , and a top part 130 and a tip part 120 respectively formed at both ends of the body part 110 .
  • the probe pin 100 is made of an alloy, and the body part 110, the top part 130, and the tip part 120 may be integrally formed.
  • the probe pin 100 In order to form an electrical connection between the contact pad of the semiconductor chip to be tested and the test equipment, the probe pin 100 has a tip portion 120 in contact with the contact pad of the semiconductor chip, and the top portion 130 is connected to the test equipment side.
  • the middle portion may be provided with a curved and/or bent bending portion (110a).
  • the bending part 110a may be insulating-coated with a material made of Polymide, Acrylic, Parylene, or a combination thereof.
  • the insulating coating may be provided to surround the outer periphery of the bending portion 110a.
  • the body part 110 may include a first side surface 111, a second side surface 112, a third side surface 113, and a fourth side surface 114, the first side surface 111 and the third side surface ( 113 may face each other, and the second side 112 and the fourth side 114 may face each other.
  • the first side surface 111 and the third side surface 113 may intersect the second side surface 112 and the fourth side surface 114 .
  • each side surface may be provided as a flat surface or an approximately flat surface.
  • the body portion 110 may be provided in a substantially rectangular cross-section, preferably in the form of a rectangle, in particular, the lengths of the second and fourth side surfaces 112 and 114 with respect to the first and third side surfaces 111 and 113 are different. It may be rectangular.
  • the probe pin 100 having the body portion 110 having a rectangular cross section may predict the direction in which the probe pin 100 is bent when a load is applied to the probe pin 100 . This can prevent interference that may occur between neighboring probe pins 100 whenever the probe pin 100 bends while a continuous load is applied to the probe pin 100 .
  • the circular probe pin since the thickness (diameter) is the same in any direction, when a continuous load is applied, the circular probe pin can be bent in any direction, whereas the probe pin 100 having a rectangular cross section is When a continuous load is applied, it does not bend in the direction of the edge or in the side where the thickness is formed, but only in the side with the thinner thickness.
  • the probe pin 100 having a rectangular cross-section can be configured such that interference does not occur between the probe pins 100 adjacent to each other in the direction in which the probe pin 100 is bent. Accordingly, it is possible to improve the inspection reliability of the semiconductor chip.
  • the cross-section of the body part 110 is provided in the form of a substantially rectangular, preferably rectangular, the corner portion may be formed in a rounded rectangle with non-angled corners. That is, the first and third side surfaces 111 and 113 and the second and fourth side surfaces 112 and 124 that intersect each other form an angle of approximately 90 degrees to each other, and a portion where each side meets each other may be provided in a rounded shape.
  • the cross section of such a rounded rectangle is a mounting hole 251 of the mounting plate 250 used when a probe pin for a semiconductor wafer or a socket for a semiconductor package is manufactured, and the probe pin is connected to a substrate (a printed circuit board or a space conversion board). ) to match the shape.
  • the mounting hole 251 is formed in the mounting plate 250
  • a laser is generally used.
  • the hole takes the shape of a rounded rectangle.
  • the cross-sectional shape of the propin and the hole of the mounting plate may not match, and the test may be unstable.
  • the present invention forms the body portion of the probe pin in a rounded rectangular shape that matches the hole shape of the mounting plate, thereby enabling more stable inspection.
  • the tip part 120 may be formed on one side of the body part 110 .
  • the tip portion 120 may be configured to have a pointed tip 121, and may be formed in a cone shape, preferably a cone shape.
  • the tip portion 120 has a circular cross-section, and the size of the cross-section may gradually decrease toward the end. Since the tip portion 120 has a circular cross-section, point contact is possible when it comes into contact with a contact pad on a semiconductor wafer or semiconductor package, thereby minimizing the size of the scrub mark.
  • the present invention can solve the problem that the size of the scrub mark is relatively large when the tip portion is formed by the MEMS process because the cross-sectional area is rectangular.
  • the tip 121 of the tip part 120 may be located in the center without being biased toward either side.
  • the tip portion 120 may be formed in the form of a pyramidal cone.
  • the present invention can solve the problem that, when the tip portion is formed by the MEMS process, the tip of the tip portion is formed biased to one side. Although the tip of the tip can be formed in the center even with the MEMS process, in this case, since several photolithography processes are performed, the manufacturing cost is inevitably increased.
  • the top part 130 may be formed in a gentle shape that is bent without an angled part from the other side of the body part 110 .
  • the top 130 may have a rounded end, and in particular may be formed in a hemispherical shape.
  • the top 130 may have a circular cross-section.
  • FIG. 2 is a view showing a comparison between the cross section of the body portion 210 side of the probe pin according to an embodiment of the present invention and the shape of the mounting hole 251 into which the probe pin is inserted
  • FIG. 2A is an embodiment of the present invention.
  • a cross-section of the body portion 210 side of the probe pin according to the example is shown
  • FIG. 2B is a conceptual view of the mounting plate 250 in which the mounting hole 251 into which the probe pin is inserted is formed.
  • the cross-section of the body part 210 may be formed in a rectangular shape with rounded corners.
  • the probe pin is one component of the probe card and is mounted on the mounting plate 250 which is another component of the probe card.
  • the mounting plate 250 has a plurality of mounting holes 251 . formed, the probe pin may be mounted on the mounting plate 250 in a state where a portion of the probe pin is inserted into the mounting hole 251 .
  • the mounting hole 251 formed on the mounting plate 250 is formed by irradiating a laser to the mounting plate 250 .
  • the mounting hole 251 is a rectangle, and is formed in a rounded rectangle with no corners. .
  • the cross section of the body portion 210 having a rounded corner corresponds to the shape of the mounting hole 251 formed in the mounting plate 250 using a laser, when the probe pin is mounted to the mounting plate 250 , A part of the probe pin may be stably inserted and fixed in the mounting hole 251 .
  • FIG. 3 is a view showing a comparison between the top part 330 of the probe pin according to an embodiment of the present invention and the top part 360 of the probe pin manufactured by the MEMS process
  • FIG. 3A is a probe according to an embodiment of the present invention. It is a view of the top part 330 of the pin
  • FIG. 3B is a view of the top part 360 of the probe pin manufactured by the MEMS process.
  • the top portion 330 of the probe pin according to an embodiment of the present invention has a rounded tip, while the top portion 360 of the probe pin manufactured by the MEMS process includes an angled portion.
  • the top portion of the probe pin is a portion in contact with the conductor formed on the inspection equipment side.
  • the probe pin when a load is applied to the probe pin, the probe pin is bent, so the position of the top of the probe pin in contact with the conductor formed on the side of the inspection equipment before the load is applied and the conductor formed on the side of the inspection equipment while the load is applied
  • the position of the top of the probe pin in contact with may be different.
  • the tip of the top part 360 of the probe pin includes an angled portion and the shape is not constant at a specific position, the conductor formed on the side of the inspection equipment whenever a load is applied to the probe pin.
  • the contact area between the conductor and the top portion 360 is also changed. This may act as a factor that prevents stable contact between the conductor formed on the side of the inspection equipment and the top of the probe pin.
  • the probe pin according to an embodiment of the present invention has an advantage in maintaining stable contact between the top of the probe pin and the conductor (terminal) formed on the side of the inspection device, compared to the probe pin manufactured by the MEMS process.
  • FIG. 4 is a view showing a comparison between the tip portion 420 of the probe pin according to an embodiment of the present invention and the tip portion 460 of the probe pin manufactured by the MEMS process.
  • FIG. 4a is a probe according to an embodiment of the present invention It is a view of the tip portion 420 of the pin
  • FIG. 4B is a view of the tip portion 460 of the probe pin manufactured by the MEMS process.
  • the tip portion of the probe pin is a portion in contact with the contact pad of the semiconductor chip, and as shown in FIG. 4A , the tip portion 420 of the probe pin according to an embodiment of the present invention has a sharp tip and a tip 421 . may be located in the center without being biased to one side.
  • the pointed tip 421 allows the tip portion 420 to penetrate the oxide film formed on the contact pad and contact the contact pad without error when the tip portion 420 and the contact pad are in contact.
  • the tip 421 of the tip part 420 is located in the center, when the tip part 420 and the contact pad are in contact, the tip 421 is not separated from the area of the contact pad and can be contacted at the center of the contact pad. This helps to ensure stable contact.
  • the probe pin according to an embodiment of the present invention has an advantage in maintaining stable contact between the probe pin and the contact pad, compared to the probe pin manufactured by the MEMS process.
  • FIG. 5 is a flowchart of a method of manufacturing a probe pin according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a view schematically illustrating a change in the shape of a material appearing in the process of manufacturing a probe pin according to an embodiment of the present invention
  • 7 is a conceptual diagram of a press device used for free forging according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7A relates to a press device for free forging through two steps
  • FIG. 7B is free forging in one step. It relates to a press machine for processing.
  • the method for manufacturing the probe pin includes the steps of drawing a material, polishing one end and the other end of the drawn material, free forging the polished material, and free forging. It may include the step of die-forging processing the processed material.
  • the drawn material 610 may have a circular cross-section and may have a cylinder (cylindrical) shape extending in the longitudinal direction.
  • the material of the probe pin may be selected as an alloy having excellent conductivity if necessary. Accordingly, unlike the probe pin in which the deposition material manufactured by the MEMS process is formed layer by layer, the pultrusion-processed material 610 does not require a separate plating step and does not form a layer, thereby providing stable physical properties.
  • the material drawn into a cylinder shape may be polished to a cone shape, preferably a cone shape, at one end thereof.
  • the drawn material may be polished by a machining device, and the material drawn in a cylindrical shape is polished by a whetstone while rotating about the central axis (a), and at this time, the whetstone is drawn One end of the material can be polished in a conical shape.
  • the end of the drawn material can be machined relatively easily due to the rotation of the drawn material and the two-dimensional behavior of the grinding stone.
  • one end of the drawn material can be polished in a cone-like shape.
  • the drawn material may be polished in the form of a square cone with the tip of the cone positioned at the center.
  • the other end of the drawn material may be polished in a round shape.
  • the polished material 620 may be freely forged with respect to the side extending in the longitudinal direction in order to flatten the round surface.
  • the polished material may be free-forged using a press device having a pair of opposing hammers 700 .
  • the work A free forging processed material 720a may be formed with respect to the direction.
  • the free forged material 720a in one direction may have a pair of opposing flat surfaces, that is, a first side surface and a third side surface.
  • the pressure applied by the press device to the material can be adjusted so that the edge of the cross-section of the forged part is not angled.
  • the free-forged material 730 has a rectangular shape as viewed from the front, preferably a rounded rectangle or a rounded rectangle, and a tip may be formed in the middle.
  • the polished material 720 may be free forging the first to fourth sides at the same time, in this case, the press device is a pair of opposing hammers 700 Each of the hammers 700 may be formed such that a notch of approximately 'V' corresponds to the opposite side thereof. In a state in which the pair of hammers 700 are adjacent to each other, the notch formed in each hammer may form a quadrangle.
  • the press apparatus may have a pair of hammers facing each other and another pair of hammers that cross each other and oppose each other, and may free-forge four sides of the polished material at the same time.
  • the polished material is placed between a pair of hammers, and the pair of hammers presses them, so that the first, third and second and fourth sides of the material can be simultaneously formed with respect to the side extending in the longitudinal direction. .
  • the corners of the cross-section of the forged portion may not be angled.
  • the free-forged material 630 may be mold-forged to form a curved and/or bent bending part in a portion thereof.
  • the method may further include insulating the curved portion of the die-forging-processed material 640 .

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Abstract

프로브 카드에 장착되는 프로브 핀으로서, 바디부와, 상기 바디부의 양 단부에서 각각 형성되는 탑부 및 팁부를 포함하고, 상기 바디부는 서로 대향하는 제1 측면 및 제3 측면과, 상기 제1, 3 측면과 교차하되 서로 대향하는 제2 측면 및 제4 측면을 포함하고, 적어도 일부에서 왕곡 형성된 벤딩부가 마련되고, 상기 탑부는 둥근 형태로 구성되고, 상기 팁부는 끝이 뾰족한 첨단을 갖도록 구성된다.

Description

프로브 핀과 프로브 핀의 제조방법
본 발명은 프로브 핀과 프로브 핀의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정은 웨이퍼(Wafer) 상에 복수개의 반도체 다이(Die)를 만드는 전공정과 각 반도체 다이에 배선을 연결하여 반도체 패키지를 만드는 후공정으로 이루어진다.
일반적으로 웨이퍼(Wafer)를 구성하는 각 반도체 다이의 전기적 특성을 검사하기 위하여 이디에스(EDS: Electrical Die Sorting) 공정을 수행한다. 구체적으로, EDS 공정은 반도체 다이의 접촉 패드(pad)에 프로브 카드에 제공되는 프로브 핀을 접촉시키고, 이 프로브 핀을 통해 별도의 반도체 검사 장비로부터 전기 신호를 통과시켜 그 때 출력되는 전기 신호를 판독함으로써 수행된다. 이를 프로브 검사라고 한다.
최근, 반도체의 미세화로 웨이퍼 레벨뿐만 아니라 반도체 패키지 레벨에서도 미세 피치가 요구되고 있고, 또한 반도체 패키지 상의 패드가 미세화 되고 있기 때문에 반도체 패키지(반도체 칩)를 검사하기 위한 소켓의 프로브 팁부를 소형화하여 제작할 필요가 있다.
이러한 반도체 패키지의 검사를 위해 반도체 패키지 상의 패드와 접촉하는 프로브 핀이 있는데, 최근 멤스(MEMS, Micro Electro Mechanical System) 공정을 통해 이러한 프로브 핀이 제작되는 것이 일반적이다. 멤스 공정이란 반도체 제조 공정에 사용되는 공정으로서, 예컨대 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 거쳐 이러한 프로브 핀을 제작한다.
그러나, 멤스 공정을 통해 제작되는 프로브 핀은 물리적 성능이 떨어지거나 프로브 팁부를 다양한 형태로 제조하는데 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 팁부의 소재 및 형상을 다양화하여 물리적 특성이 좋은 프로브 핀을 제공하고자 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시예는, 프로브 핀으로서, 바디부와, 상기 바디부의 양 단부에 각각 연결되는 탑부 및 팁부를 포함하고, 상기 바디부는 서로 대향하는 제1 측면 및 제3 측면과, 상기 제1, 3 측면과 교차하되 서로 대향하는 제2 측면 및 제4 측면을 포함하고, 적어도 일부에서 왕곡(枉曲) 형성된 벤딩부가 마련되고, 상기 탑부 및 상기 팁부는 그 단면이 원형이고, 상기 탑부, 바디부, 팁부는 일체로 형성된다.
일 실시예에서, 제1 내지 4 측면은 평면이다.
일 실시예에서, 상기 바디부의 단면은 모서리가 라운드진 직사각형으로 형성된다.
일 실시예에서, 상기 탑부는 반구형이고, 상기 팁부는 원뿔형이다.
일 실시예에서, 상기 팁부의 첨단은 한쪽으로 치우치지 아니하고 중앙에 위치한다.
일 실시예에서, 상기 벤딩부에는 외주를 감싸는 절연코팅제가 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 프로브 핀을 제조하는 방법으로서, 소재를 인발 가공하는 단계, 상기 인발 가공된 소재의 일단을 뿔모양으로, 타단을 둥글게 연마 가공하는 단계, 상기 연마 가공된 소재의 길이방향으로 연장되는 측면에 대하여 평면을 형성하기 위하여 자유단조 가공하는 단계, 및 상기 자유단조 가공된 소재의 일부가 휘도록 형단조 가공하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 상기 자유단조 가공하는 단계는, 상기 연마 가공된 소재를 프레스를 이용하여 제1 측면 및 제3 측면을 형성하고, 상기 제1 측면 및 제3 측면이 형성된 소재를 90도로 회전한 후에 제2 측면 및 제4 측면을 형성한다.
또 다른 실시예에서, 상기 자유단조 가공하는 단계는, 상기 연마 가공된 소재를 프레스를 이용하여 제1 내지 4 측면을 동시에 형성한다.
또 다른 실시예에서, 상기 형단조 가공된 소재에서 휘어진 부분을 절연코팅하는 단계를 더 포함한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 팁부의 소재 및 형상을 다양화하여 물리적 특성이 좋은 프로브 핀을 제공할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 핀을 측면에서 도시한 도면이다.
도 1b는 도 1a에서 A-A'부분에 대한 단면을 도시한 도면이다.
도 1c는 도 1a에서 B-B'부분에 대한 단면을 도시한 도면이다.
도 1d는 도 1a에서 C-C'부분에 대한 단면을 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 핀의 단면을 도시한 도면이다.
도 2b는 도 2a의 프로브 핀 삽입될 수 있는 장착홀이 형성된 장착 플레이트의 개념도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 핀의 탑부에 관한 도면이다.
도 3b는 MEMS 공정으로 제조되는 프로브 핀의 탑부에 관한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 핀의 팁부에 관한 도면이다.
도 4b는 MEMS 공정으로 제조되는 프로브 핀의 팁부에 관한 도면이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 핀을 제조하는 방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 프로브 핀을 제조하는 과정에서 나타나는 소재의 형태 변화를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따라 자유단조 가공에 이용되는 프레스 장치의 개념도이다.
도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 자유단조 가공에 이용되는 프레스 장치의 개념도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서 '상', '하', '좌', '우', '전', '후' 등과 같이 위치나 방향을 나타내는 용어들은 도면을 기준으로 하여 대상의 상대적인 위치나 방향을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하지 않는다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 카드에 장착되는 프로브 핀으로서, 도 1a는 프로브 핀(100)을 측면에서 도시한 도면이고, 도 1b는 도 1a에서 A-A'부분에 대한 단면을 도시한 도면이며, 도 1c는 도 1a에서 B-B'부분에 대한 단면을 도시한 도면이고, 도 1d는 도 1a에서 C-C'부분에 대한 단면을 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 프로브 핀(100)은 바디부(110)와, 바디부(110)의 양 단부에서 각각 형성되는 탑부(130) 및 팁부(120)를 포함할 수 있다. 프로브 핀(100)은 합금으로 이루어지며, 바디부(110)와 탑부(130) 및 팁부(120)가 일체로 형성될 수 있다.
프로브 핀(100)은 검사 대상이 되는 반도체 칩의 접촉 패드와 검사 장비의 전기적 연결을 형성하기 위하여, 팁부(120)가 반도체 칩의 접촉 패드와 접촉하고, 탑부(130)가 검사장비 측과 연결될 수 있다.
프로브 핀(100)의 팁부(120)가 반도체 칩의 접촉 패드와 접촉할 때, 프로브 핀(100)에는 접촉방향으로 하중이 작용하기 때문에, 일반적으로 상하로 연장되는 바디부(110)의 적어도 일부, 바람직하게는 중간부분에는 왕곡 및/또는 절곡된 형태의 벤딩부(110a)가 마련될 수 있다.
벤딩부(110a)는 Polymide, Acrylic, Parylene 또는 이들의 조합으로 이루어지는 재료로 절연코팅될 수 있다. 절연코팅은 벤딩부(110a)의 외주를 감싸도록 마련될 수 있다.
바디부(110)는 제1 측면(111), 제2 측면(112), 제3 측면(113) 및 제4 측면(114)을 포함할 수 있는데, 제1 측면(111) 및 제3 측면(113)이 서로 대향하고, 제2 측면(112) 및 제4 측면(114)이 서로 대향할 수 있다. 그리고, 제1 측면(111) 및 제3 측면(113)은 제2 측면(112) 및 제4 측면(114)과 교차할 수 있다. 그리고, 각각의 측면은 평면이나 대략 평평하게 형성된 면으로 마련될 수 있다.
바디부(110)는 단면이 대략 사각형, 바람직하게는 직사각형의 형태로 마련될 수 있는데, 특히 제1, 3 측면(111, 113)에 대하여 제2, 4 측면(112, 114)의 길이가 다른 직사각형일 수 있다.
단면이 직사각형인 바디부(110)를 갖는 프로브 핀(100)은, 프로브 핀(100)에 하중이 가해질 때, 프로브 핀(100)이 어디로 휘는지 그 방향을 예측할 수 있다. 이는, 프로브 핀(100)에 지속적인 하중이 가해지면서 프로브 핀(100)이 휠 때마다, 이웃하는 프로브 핀(100) 사이에서 발생할 수 있는 간섭을 예방할 수 있다.
환언하면, 원형의 프로브 핀의 경우, 어느 방향이나 두께(직경)가 동일하기 때문에, 지속적인 하중이 가해지면 원형의 프로브 핀은 어느 방향으로나 휠 수 있는데 반하여, 단면이 직사각형인 프로브 핀(100)은 지속적이 하중이 가해질 때 모서리 방향이나 두께가 더 두껍게 형성된 측방으로 휘지 않고, 두께가 더 얇은 측방으로만 휘게 된다.
따라서, 단면이 직사격형으로 형성된 프로브 핀(100)은 프로브 핀(100)이 휘는 방향을 이웃하는 프로브 핀(100) 사이에서 간섭이 발생하지 않도록 구성이 가능하다. 이에, 반도체 칩의 검사 신뢰를 향상시킬 수 있다.
그리고, 바디부(110)의 단면은 대략 사각형, 바람직하게는 직사각형의 형태로 마련되되, 모서리 부분이 각지지 않은 모서리가 둥근 직사각형으로 형성될 수 있다. 즉, 서로 교차하는 제1, 3 측면(111, 113)과 제2, 4 측면(112, 124)이 서로 대략 90도의 각도를 이루되 각 측면이 만나는 부분이 라운드진 형태로 마련될 수 있다. 이러한 라운드진 사각형의 단면은 반도체 웨이퍼용 프로브 카드 또는 반도체 패키지용 소켓의 제조 시, 프로브 핀을 기판(인쇄 회로 기판 또는 공간 변환 기판)에 연결시킬 때 사용되는 장착 플레이트(250)의 장착홀(251) 형상과 정합시키는 것이 가능하다. 즉, 장착 플레이트(250)에 장착홀(251)을 형성하는 경우 일반적으로 레이저를 사용하는데, 레이저를 장착 플레이트(250)상에 조사하여 홀을 형성하게 되면 홀이 라운드진 사각형의 형태를 띠게 된다. 이러한 형태의 홀에 단면이 원형인 프로브 핀이 삽입되는 경우, 프로핀의 단면 형상과 장착 플레이트의 홀이 정합이 안되어, 검사가 불안정해질 수 있다. 본 발명은 장착 플레이트의 홀 형상과 정합되는 라운드진 사각형 형태의 프로브 핀의 바디부를 형성하여, 더 안정적인 검사를 가능하게 한다.
한편, 팁부(120)는 바디부(110)의 일측에서 형성될 수 있다. 팁부(120)는 끝이 뾰족한 첨단(121)을 갖도록 구성될 수 있고, 뿔모양, 바람직하게는 원뿔형으로 형성될 수 있다. 이러한 팁부(120)는 단면이 원형으로 형성되되 끝으로 갈수록 단면의 크기가 점차 감소할 수 있다. 팁부(120)의 단면이 원형이기 때문에, 반도체 웨이퍼 또는 반도체 패키지상의 접촉 패드와 접촉할 때, 점 접촉이 가능하며, 이로 인해 스크럽 마크의 크기를 최소화할 수 있다. 본 발명은 팁부를 멤스 공정으로 형성하는 경우, 그 단면적이 사각형이기 때문에, 스크럽 마크의 크기가 상대적으로 클 수밖에 없다는 문제를 해결할 수 있다.
팁부(120)의 첨단(121)은 어느 한 쪽으로 치우치지 않고 중앙에 위치할 수 있다. 이러한 팁부(120)는 직원뿔의 형태로 형성될 수 있다. 본 발명은, 팁부를 멤스 공정으로 형성하는 경우, 팁부의 첨단이 한 쪽으로 치우쳐 형성되는 문제를 해결할 수 있다. 멤스 공정으로도 팁부의 첨단을 중앙에 형성할 수 있지만, 이 경우 여러 번의 포토리소그래피 공정을 수행하기 때문에, 제조 비용이 상승할 수밖에 없다.
그리고, 탑부(130)는 바디부(110)의 타측에서 각진 부분이 없이 휘어지는 완만한 형태로 형성될 수 있다. 탑부(130)는 끝 부분이 둥글게 형성될 수 있고, 특히 반구형으로 형성될 수 있다. 이러한 탑부(130)는 그 단면이 원형으로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 핀의 바디부(210) 측의 단면과 프로브 핀이 삽입되는 장착홀(251)의 형태를 비교 도시하는 도면으로, 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 핀의 바디부(210) 측의 단면을 도시하고, 도 2b는 프로브 핀이 삽입되는 장착홀(251)이 형성된 장착 플레이트(250)의 개념도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 핀은 바디부(210)의 단면이 모서리가 둥근 직사각형으로 형성될 수 있다.
프로브 핀은 프로브 카드의 일 구성으로, 프로브 카드의 또 다른 구성인 장착 플레이트(250)에 장착되는데, 구체적으로 도 2b에 도시된 바와 같이, 장착 플레이트(250)에는 다수의 장착홀(251)이 형성되고, 프로브 핀의 일부가 장착홀(251)에 삽입된 상태로 프로브 핀이 장착 플레이트(250)에 장착될 수 있다.
장착 플레이트(250) 상에 형성된 장착홀(251)은 장착 플레이트(250)에 레이저를 조사하여 형성되는데, 이때 장착홀(251)은 직사각형으로서, 모서리 부분이 각지지 않은 둥근 형태의 직사각형으로 형성된다.
따라서, 모서리가 둥근 직사각형인 바디부(210)의 단면은 레이저를 이용하여 장착 플레이트(250)에 형성된 장착홀(251)의 형태와 대응되므로, 프로브 핀이 장착 플레이트(250)에 장착될 때, 프로브 핀의 일부가 장착홀(251)에 안정적으로 삽입 고정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 핀의 탑부(330)와 MEMS 공정으로 제조되는 프로브 핀의 탑부(360)를 비교 도시한 도면으로, 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 핀의 탑부(330)에 관한 도면이고, 도 3b는 MEMS 공정으로 제조되는 프로브 핀의 탑부(360)에 관한 도면이다.
MEMS 공정은 포토리소그래피 공정을 이용하므로, 탑부(360)의 끝을 각지지 않고 둥글게 만드는 것이 어렵다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 핀의 탑부(330)는 끝이 둥글게 형성되는 반면에, MEMS 공정으로 제조되는 프로브 핀의 탑부(360)는 각진 부분을 포함하고 있다.
프로브 핀의 탑부는 검사장비 측에 형성된 도전체와 접촉하는 부분으로, 프로브 핀에 지속적인 하중이 작용하게 되면, 검사장비 측에 형성된 도전체와 접촉하는 프로브 핀의 탑부의 상대적인 위치는 계속 변하게 된다.
다시 말해, 프로브 핀에 하중이 작용하면 프로브 핀은 휘게되므로, 하중이 작용하기 전에 검사장비 측에 형성된 도전체에 접촉하는 프로브 핀의 탑부의 위치와 하중이 작용하는 동안 검사 장비 측에 형성된 도전체에 접촉하는 프로브 핀의 탑부의 위치가 상이할 수 있다.
이때, 도 3a에 도시된 바와 같이 프로브 핀의 탑부(330)의 끝이 둥글게 형성되는 경우에는, 검사장비 측에 형성된 도전체와 접촉하는 프로브 핀의 탑부(330)의 상대적인 위치가 변하더라도, 도전체와 탑부(330)의 접촉면적은 일정하게 유지될 수 있다.
반면에, 도 3b에 도시된 바와 같이 프로브 핀의 탑부(360)의 끝이 각진 부분을 포함하고 특정 위치에서 그 형태가 일정하지 않으면, 프로브 핀에 하중이 작용할 때마다 검사장비 측에 형성된 도전체와 접촉하는 프로브 핀의 탑부(360)의 상대적인 위치가 변하면서, 도전체와 탑부(360)의 접촉면적도 달라지게 된다. 이는, 검사장비 측에 형성된 도전체와 프로브 핀의 탑부의 안정적인 접촉을 방해하는 요소로 작용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 핀은 MEMS 공정으로 제조되는 프로브 핀과 비교하여, 프로브 핀의 탑부와 검사장치 측에 형성된 도전체(단자)와의 안정적인 접촉을 유지하는데 이점이 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 핀의 팁부(420)와 MEMS 공정으로 제조되는 프로브 핀의 팁부(460)를 비교 도시한 도면으로서, 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 핀의 팁부(420)에 관한 도면이고, 도 4b는 MEMS 공정으로 제조되는 프로브 핀의 팁부(460)에 관한 도면이다.
프로브 핀의 팁부는 반도체 칩의 접촉 패드와 접촉하는 부분으로, 도 4a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 핀의 팁부(420)는 끝이 뾰족하게 형성되고 첨단(421)은 한쪽으로 치우지지 아니하고 중앙에 위치할 수 있다.
끝이 뾰족한 첨단(421)은 팁부(420)와 접촉 패드가 접촉할 때 팁부(420)가 접촉 패드 상에 형성된 산화막을 뚫고 오류 없이 접촉패드에 접촉 가능하게 한다.
그리고, 팁부(420)의 첨단(421)이 중앙에 위치하므로, 팁부(420)와 접촉 패드가 접촉할 때, 첨단(421)이 접촉 패드의 영역에서 이탈되지 않고 접촉 패드의 중앙부에서 접촉 가능하게 하여, 안정적인 접촉을 돕는다.
반면에, MEMS 공정으로 제조되는 프로브 핀은 공정의 특성상, 도 4b에 도시된 바와 같이 끝이 뾰족하고 첨단이 가운데 위치하는 팁부를 만드는 것이 쉽지 않다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 핀은 MEMS 공정으로 제조되는 프로브 핀과 비교하여, 프로브 핀과 접촉 패드와 안정적인 접촉을 유지하는데 이점이 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 핀을 제조하는 방법의 순서도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 프로브 핀을 제조하는 과정에서 나타나는 소재의 형태 변화를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 자유단조 가공에 이용되는 프레스장치의 개념도로서, 도 7a는 2 단계에 거쳐 자유단조 가공하는 프레스장치에 관한 것이고, 도 7b는 1 단계로 자유단조 가공하는 프레스장치에 관한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 프로브 핀을 제조하는 방법은 소재를 인발 가공하는 단계, 인발 가공된 소재의 일단 및 타단을 연마 가공하는 단계, 연마 가공된 소재를 자유단조 가공하는 단계, 그리고 자유단조 가공된 소재를 형단조 가공하는 단계를 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 인발 가공된 소재(610)는 단면이 원형이고 길이방향으로 연장되는 실린더(원기둥) 형태일 수 있다.
프로브 핀의 소재는 필요에 따라 전도성이 뛰어난 합금으로 선택될 수 있다. 따라서, 인발 가공된 소재(610)는 MEMS 공정으로 제조되는 증착물질이 층층이 형성된 프로브 핀과 달리, 별도의 도금 단계가 불필요하고 층을 형성하지 않아 안정된 물리적 특성을 제공할 수 있다.
실린더 형태로 인발 가공된 소재는 그 일단이 뿔모양, 바람직하게는 원뿔형으로 연마될 수 있다.
예를 들어, 인발 가공된 소재는 기계가공장치에 의하여 연마될 수 있는데, 실린더 형태로 인발 가공된 소재가 중심축(a)을 기준으로 회전하면서 숫돌에 의해 연마되고, 이 때 숫돌은 인발 가공된 소재의 일단을 원뿔형으로 연마할 수 있다.
구체적으로, 인발 가공된 소재의 회전과 숫돌의 2차원적 거동으로 비교적 용이하게 인발 가공된 소재의 단부를 가공할 수 있는데, 가령 인발 가공된 소재가 회전하는 동안 숫돌이 끝으로 가면서 회전축에서 점점 가까워지도록 이동하면, 인발 가공된 소재의 일단이 원뿔과 같은 형태로 연마될 수 있다. 특히, 인발 가공된 소재는 원뿔형의 첨단이 중앙에 위치하는 직원뿔의 형태로 연마될 수 있다.
인발 가공된 소재의 일단에 대한 연마 단계와 동시에 또는 일단에 대한 연마 단계 이전이나 이후에, 인발 가공된 소재의 타단은 둥글게 연마 가공될 수 있다.
연마 가공된 소재(620)는 길이방향으로 연장되는 측면에 대하여, 둥근 표면을 평편하게 하기 위하여 자유단조 가공될 수 있다.
연마 가공된 소재를 자유단조 가공하기 위하여, 도 7에 도시된 바와 같은, 대향하는 한 쌍의 해머(700)를 갖는 프레스 장치를 이용하여 연마 가공된 소재가 자유단조 가공될 수 있다.
일 실시예로 도 7a에 도시된 바와 같이, 연마 가공된 소재(720)가 한 쌍의 해머(700) 사이에 배치된 상태에서 해머(700)가 연마 가공된 소재(720)를 가압함으로써, 일 방향에 대하여 자유단조 가공된 소재(720a)가 형성될 수 있다. 일 방향에 대하여 자유단조 가공된 소재(720a)는 대향하는 한 쌍의 편평한 면, 즉 제1 측면 및 제3 측면이 형성될 수 있다.
그리고, 이를 90도로 회전한 후에, 다시 가압함으로써, 제1 측면 및 제3 측면과 교차하되 서로 대향하는 제2 측면 및 제4 측면을 형성할 수 있다.
연마 가공된 소재를 자유단조 가공할 때에는 단조되는 부분의 단면의 모서리가 각지지 않도록 프레스 장치가 소재에 가하는 압력을 조절할 수 있다.
이때, 자유단조 가공된 소재(730)는 정면에서 바라본 형태가 직사각형, 바람직하게는 모서리가 둥근 직사각형 또는 모서리가 라운드진 직사각형이고, 그 가운데 첨단이 형성될 수 있다.
또 다른 실시예로 도 7b에 도시된 바와 같이, 연마 가공된 소재(720)는 제1 내지 제4 측면이 동시에 자유단조 가공될 수도 있는데, 이때 프레스 장치는 대향하는 한 쌍의 해머(700)를 갖되 각각의 해머(700)는 대향하는 측면에 대략 'V'형의 노치부가 대응되도록 형성될 수 있다. 한 쌍의 해머(700)가 서로 인접한 상태에서 각 해머에 형성된 노치부는 사각형을 형성할 수 있다.
도시되지 않았지만, 프레스 장치는 서로 대향하는 한 쌍의 해머와 이와 교차하되 서로 대향하는 또 다른 한 쌍의 해머를 갖고, 연마 가공된 소재의 4 측면을 동시에 자유단조 가공할 수도 있다.
연마 가공된 소재는 한 쌍의 해머 사이에 배치되고, 이를 한 쌍의 해머가 가압함으로써, 소재는 길이방향으로 연장되는 측면에 대하여 제1, 3 측면 및 제2, 4 측면이 동시에 형성될 수 있다.
마찬가지로, 연마 가공된 소재의 네 측면을 동시에 자유단조 가공할 때에 단조되는 부분의 단면의 모서리가 각지지 않도록 할 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 자유단조 가공된 소재(630)는 일부에 왕곡 및/또는 절곡된 형태의 벤딩부를 형성하기 위하여 형단조 가공될 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따라 형단조 가공된 소재(640)에서 휘어진 부분을 절연 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 프로브 핀으로서,
    바디부와, 상기 바디부의 양 단부에 각각 연결되는 탑부 및 팁부를 포함하고,
    상기 바디부는 서로 대향하는 제1 측면 및 제3 측면과, 상기 제1, 3 측면과 교차하되 서로 대향하는 제2 측면 및 제4 측면을 포함하고, 적어도 일부에서 왕곡 형성된 벤딩부가 마련되고,
    상기 탑부 및 상기 팁부는 그 단면이 원형이고, 상기 탑부, 바디부, 팁부는 일체로 형성된,
    프로브 핀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 4 측면은 평면인 프로브 핀.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 바디부의 단면은 모서리가 라운드진 직사각형으로 형성되는,
    프로브 핀.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 탑부는 반구형이고,
    상기 팁부는 원뿔형인,
    프로브 핀.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 팁부의 첨단은 한쪽으로 치우치지 아니하고 중앙에 위치하는,
    프로브 핀.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 벤딩부에는 외주를 감싸는 절열코팅제가 형성되는,
    프로브 핀.
  7. 프로브 핀을 제조하는 방법으로서,
    소재를 인발 가공하는 단계;
    상기 인발 가공된 소재의 일단을 뿔모양으로, 타단을 둥글게 연마 가공하는 단계;
    상기 연마 가공된 소재의 길이방향으로 연장되는 측면에 대하여 평면을 형성하기 위하여 자유단조 가공하는 단계; 및
    상기 자유단조 가공된 소재의 일부가 휘도록 형단조 가공하는 단계;
    를 포함하는 프로브 핀을 제조하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 자유단조 가공하는 단계는,
    상기 연마 가공된 소재를 프레스를 이용하여 제1 측면 및 제3 측면을 형성하고,
    상기 제1 측면 및 제3 측면이 형성된 소재를 90도로 회전한 후에 제2 측면 및 제4 측면을 형성하는,
    프로브 핀을 제조하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 자유단조 가공하는 단계는,
    상기 연마 가공된 소재를 프레스를 이용하여 제1 내지 4 측면을 동시에 형성하는,
    프로브 핀을 제조하는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 형단조 가공된 소재에서 휘어진 부분을 절연코팅하는 단계를 더 포함하는 프로브 핀을 제조하는 방법.
PCT/KR2022/005919 2021-04-30 2022-04-26 프로브 핀과 프로브 핀의 제조방법 WO2022231259A1 (ko)

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