WO2023214784A1 - 전기 장치 검사용 프로브 헤드 및 그의 제조 방법 - Google Patents

전기 장치 검사용 프로브 헤드 및 그의 제조 방법 Download PDF

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WO2023214784A1
WO2023214784A1 PCT/KR2023/006010 KR2023006010W WO2023214784A1 WO 2023214784 A1 WO2023214784 A1 WO 2023214784A1 KR 2023006010 W KR2023006010 W KR 2023006010W WO 2023214784 A1 WO2023214784 A1 WO 2023214784A1
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elastic layer
electrode
elastic
probe
elastic body
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PCT/KR2023/006010
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장필국
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주식회사 나노엑스
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    • G01R1/07314—Multiple probes with individual probe elements, e.g. needles, cantilever beams or bump contacts, fixed in relation to each other, e.g. bed of nails fixture or probe card the body of the probe being perpendicular to test object, e.g. bed of nails or probe with bump contacts on a rigid support
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    • G01R3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of measuring instruments, e.g. of probe tips

Definitions

  • the present invention relates to a probe-head for inspecting electrical devices.
  • the present invention relates to a probe head that inspects fine electrical devices with a size of micrometer ( ⁇ m) and can absorb shock or load generated during inspection through an elastic body.
  • the technical object of the present invention is to provide a probe head capable of measuring multiple inspection target devices at the same time.
  • Another technical problem of the present invention is to prevent damage to the device to be inspected and the probe head by efficiently absorbing shock or load generated upon contact.
  • the present invention provides a probe head characterized by an elastic body formed by stacking a plurality of elastic layers and an electrode portion embedded in the elastic body.
  • the present invention it is possible to shorten the required inspection time by inspecting a plurality of electrical devices at the same time.
  • the probe head according to the present invention has independent elasticity between each probe pin, further improving inspection stability and inspection reliability.
  • Figure 1 shows the vertical cross-sectional structure of a probe head according to a first embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows a state in which a load is applied to one probe pin of the probe head according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 3 shows the vertical cross-sectional shape of the electrode portion according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 4 shows the vertical cross-sectional structure of the probe head according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a flowchart showing a method of manufacturing a probe head according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 6 shows the step of laminating the first elastic layer according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 7 shows the step of laminating the second elastic layer according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 8 shows the step of forming an inclined surface by etching the first elastic layer and the second elastic layer according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 9 shows the step of laminating the third elastic layer according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 10 shows steps for forming an electrode portion according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 11 shows a top view of the probe head according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 12 shows the step of laminating the fourth elastic layer according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 13 shows a state in which a hole mask is formed during the step of forming a via hole according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 14 shows via hole formation according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 15 shows steps for forming a probe pin according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 16 shows the step of protruding the upper part of the probe pin according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 17 shows the groove forming step according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 18 is an enlarged view of part (A) of Figure 17.
  • Figure 19 shows the high temperature plasma processing steps.
  • Figure 20 shows wet etching processing steps.
  • Figure 21 shows the steps of connecting the flexible printed circuit board to the electrode unit.
  • Figure 22 shows the step of depositing the first electrode according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 23 shows the steps of laminating the first elastic layer and the step of laminating the second elastic layer according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 24 shows the step of forming an inclined surface by etching the first elastic layer and the second elastic layer according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 25 shows the step of laminating the third elastic layer according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 26 shows the steps of forming a first via mask according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 27 shows the steps of forming a first via hole and exposing the edge of the first electrode according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 28 shows steps for forming a via electrode according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 29 shows the step of depositing the second electrode according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 30 shows the step of laminating the fourth elastic layer according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 31 shows the steps of forming a second via mask according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 32 shows the steps of forming a second via hole according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 33 shows steps for forming a probe pin according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 34 shows the step of protruding the upper portion of the probe pin and the edge portion of the first electrode according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 35 shows the groove forming step according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 36 shows the step of connecting a flexible printed circuit board to the first electrode according to the second embodiment of the present invention.
  • An elastic body 10 formed to a predetermined thickness on the upper surface of the substrate; An electrode portion (20) embedded in the elastic body (10), with one end (201) protruding from the side of the elastic body (10); A probe pin 30, one end of which is connected to the other end 203 of the electrode unit 20 and the other end of which penetrates the elastic body 10 and protrudes toward the upper side of the elastic body 10; and a second elastic layer 12 embedded in the inside of the elastic body 10 and located in a downward direction of the other end 203 of the electrode unit 20, wherein the elastic body 10 includes the second elastic layer 12.
  • a probe head characterized in that it is made of a material with a lower coefficient of thermal expansion than the elastic layer (12).
  • Figure 1 shows the vertical cross-sectional structure of a probe head according to a first embodiment of the present invention.
  • 'upper side' is defined as the direction of the surface where the device under test (DUT) contacts the probe head.
  • DUT device under test
  • the probe head according to the first embodiment of the present invention includes an elastic body 10 formed to a predetermined thickness on the upper surface of a substrate; an electrode portion (20) embedded within the elastic body (10); a probe pin 30 protruding upward from the elastic body 10; and a second elastic layer 12 buried inside the elastic body 10.
  • the substrate (Sub) is configured to facilitate forming the structure of the probe head and to support the manufactured probe head.
  • the substrate (Sub) may be made of the same material as a commonly used substrate.
  • the substrate (Sub) of the probe head according to the present invention is made of an insulating material and has sufficient hardness to withstand the load applied when the device under test (DUT) comes into contact with the probe pin 30. It can be provided in different materials and thicknesses.
  • the substrate (Sub) may be made of a transparent material with a thickness of about 300 ⁇ m. This is to align the probe pin 30 and the device to be inspected, and may be a material selected from the group consisting of aluminum oxide (Al2O3), glass, quartz, ceramic, and silicon (Si). .
  • the elastic body 10 is configured to absorb and disperse the impact and load applied to the probe head when the device to be inspected and the probe pin 30 come into contact.
  • the elastic body 10 is made of synthetic resin material with a predetermined elasticity and is laminated in the form of a flat plate with a predetermined thickness on the upper surface of the substrate (Sub).
  • the elastic body 10 may be provided with a thickness of at least 50 ⁇ m or more.
  • the elastic body 10 may be formed by coating a synthetic resin material on the upper surface of the substrate (Sub). According to one embodiment, the elastic body 10 may be formed on the upper surface of the substrate Sub by spin-coating.
  • the elastic body 10 may be made of PDMS (polydimethylsiloxane). More preferably, the elastic body 10 may be a combination of PDMS and Si (silicon)-based materials and may be a material with improved adhesion. Accordingly, a strong bond with the substrate can be formed and durability can be improved.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • Si silicon
  • the elastic body 10 is preferably made of a material with a smaller coefficient of thermal expansion than the second elastic layer 12. This is because the second elastic layer 12 mainly performs the role of absorbing shock and load, and the elastic body 10 is intended to improve quality by suppressing deformation under thermal or chemical conditions in the semiconductor process.
  • the probe head since the probe head is used in the semiconductor manufacturing process, it may be exposed to heat generated in the semiconductor manufacturing process and chemicals used. When the second elastic body 10 is deformed by heat, its elasticity may be lost and the function of absorbing shock and load may be lost.
  • the probe head can be manufactured through a process similar to the semiconductor manufacturing process, the second elastic layer 12 and the electrode portion 20 are removed from the heat generated during the manufacture of the probe head and the chemicals used. needs to be protected.
  • the surface when the second elastic layer 12 is deformed by heat, the surface may be formed unevenly or buckling or cracking may occur, making deposition of electrodes difficult and the manufactured probe head It may cause problems such as malfunction or damage.
  • the elastomer 10 may be made of a synthetic resin material containing 1-Methoxy-2-propanol acetate, modified epoxy acrylate, Aliphatic acrylate, Urethane acrylate, photo active additives, and polysiloxane additives.
  • the thermal expansion coefficient of the elastic body 10 is 100 ppm/°C (Linear CTE by DMA) or less
  • the thermal expansion coefficient of PDMS, a material that can be used as the second elastic layer 12 Linear CTE (by DMA), 340 Lower than ppm/°C.
  • the second elastic layer 12 since the second elastic layer 12 is buried inside the elastic body 10, the second elastic layer 12 can be protected during a heat generation process such as deposition of the electrode portion 20. In addition, since the electrode portion 20 is also buried inside the elastic body 10, corrosion by chemicals can be prevented.
  • the probe pin 30 is configured to provide an electrical connection with the test device by contacting the test target device.
  • the probe pin 30 protrudes toward the upper side of the elastic body 10 and is provided in the form of a metal pin connected to the electrode portion 20.
  • the probe pin 30 may be made of metal such as Cu, Au, Ni, Be, NiCo, NiPd, or BeNi, or a combination thereof.
  • the electrode unit 20 is configured to provide an electrical connection between the probe pin 30 and the inspection device.
  • the electrode unit 20 is made of a metal material on the upper surface of the substrate (Sub), and a plurality of electrode units 20 can be appropriately arranged according to the size of the device to be inspected and the size of the electrode of the device to be inspected.
  • the electrode unit 20 may be made of commonly used metals such as Ti, Cr, Cu, Au, or Al, or a combination thereof.
  • the electrode portion 20 according to the present invention is characterized by being buried inside the elastic body 10. That is, the elastic body 10 is formed on the upper surface of the substrate (Sub), the electrode portion 20 is embedded inside the elastic body 10, and the probe pin 30 extends the elastic body 10 vertically from the electrode portion 20. It penetrates and protrudes upward.
  • 'buried' here does not mean that the entire electrode portion 20 is buried, and at least part of it may be exposed to the outside of the elastic body 10. This is to be electrically connected to the inspection device.
  • one end of the electrode unit 20 protrudes from the side of the elastic body 10 and is connected to the flexible printed circuit board (F-PCB), and the other end is connected to the probe pin 30.
  • the probe pin 30 is formed to protrude upward from the upper surface of the electrode unit 20, and the probe pin 30 is in contact with the device to be inspected, thereby forming the electrode unit 20, the probe pin 30, and the flexible printed circuit board ( An electrical connection is made between the F-PCB) and the device being inspected.
  • the second elastic layer 12 absorbs and disperses the impact and load applied to the probe head.
  • the second elastic layer 12 is made of elastolefin, thermoplastic olefin, thermoplastic polyurethane, synthetic polyisoprene, chloroprene rubber, styrene- Styrene-butadiene, Epichlorohydrin rubber, Polyacrylic rubber, Silicone rubber, Fluorosilicone Rubber, Fluoroelastomers and Polydimethylsiloxane ( It may be a material containing at least one selected from the group consisting of polydimethylsiloxane.
  • the second elastic layer 12 may be provided in a shape whose width increases from the top to the bottom.
  • the second elastic layer 12 has a vertical cross-section in the shape of a parallelogram where the lower side is larger than the upper side. This is to easily distribute the load applied from the upper side to the lower side.
  • the area of the second elastic layer 12 increases toward the bottom, so that the applied force is distributed over a wider area and the force is prevented from being concentrated only at a narrow point.
  • the shape of the second elastic layer 12 makes it easy to form the electrode portion 20, which will be described later. This will be described later with reference to FIGS. 9 and 10.
  • Figure 2 shows a state in which a load is applied to one probe pin 30 of the probe head according to the first embodiment of the present invention.
  • each electrode portion 20 is insulated and mutual electrical interference can be prevented.
  • shock and load that may occur when the device under test (DUT) contacts the probe tip are absorbed and distributed by the elasticity of the elastic portion. Accordingly, damage to the inspection target device and the probe head is prevented, the operational stability of the probe head is improved, and inspection work can be processed quickly.
  • a groove may be formed in the elastic body 10.
  • the groove is a space between the probe pin 30 and the elastic body 10 formed at a predetermined width from the outer peripheral surface of the probe pin 30.
  • each probe pin 30 By forming a groove (isolation), each probe pin 30 maintains a fine gap with the elastic body 10, thereby reducing friction with the elastic body 10.
  • the probe pin 30 retreats downward due to a load during measurement (see right probe pin in FIG. 2) and even when restored to its normal position after measurement (see left probe pin in FIG. 2), the elastic layer and It can be seen that friction is prevented. Accordingly, the risk of malfunction or damage to the probe head caused by friction with the elastic layer can be reduced.
  • each probe pin 30 can have independent elastic force without interference with other adjacent probe pins 30. Referring to FIG. 2, as the probe pin 30 is separated from the elastic body 10 by the groove (isolation), even if the elastic body 10 is deformed due to the retreat of the probe pin like the right probe pin, the left probe pin and the left probe pin It can be seen that adjacent probe pins are not affected.
  • Figure 3 shows the vertical cross-sectional shape of the electrode unit 20 according to the first embodiment of the present invention.
  • the electrode unit 20 may be provided in a step shape to easily transmit impact and load to the elastic body 10 and the second elastic layer 12.
  • one end 201 and the other end 203 of the electrode unit 20 are formed at different heights.
  • the height of the other end 203 of the electrode unit 20 is located higher than the height of one end 201, and between one end 201 and the other end 203 of the electrode unit 20, there is a gap from one end 201 to the other end 203.
  • An inclined portion 202 whose height increases as it goes toward is formed.
  • the reason why the inclined portion 202, which is not a right-angled step shape, is formed is to prevent damage to the electrode portion 20 by dispersing the transmitted force. If it is provided in a right-angled form, it is difficult to transmit force in the vertical direction, so force may be concentrated on the bent portion and the electrode unit 20 may be damaged.
  • the electrode unit 20 is provided in a step shape with an inclined portion 202 to facilitate the transmission of force. Since the other end 203 and the inclined portion 202 form a gentle angle rather than being vertical, when an impact or load is applied to the other end 203, the force is easily transmitted to the inclined portion 202 and the entire electrode portion 20 Force is transmitted to the elastic body 10 and the second elastic layer 12 through elastic deformation.
  • Figure 4 shows the vertical cross-sectional structure of the probe head according to the second embodiment of the present invention.
  • a probe head includes an elastic body 10' formed to a predetermined thickness on the upper surface of a substrate; a first electrode 21 located below the elastic body 10'; a second electrode 22 embedded inside the elastic body 10' and located above the first electrode 21; a via electrode 31 electrically connecting the first electrode 21 and the second electrode 22; a probe pin 30' protruding upward from the elastic body 10'; and a second elastic layer (12') embedded in the elastic body (10').
  • the first electrode 21 is configured to provide electrical connection with the inspection device.
  • the first electrode 21 is made of a metal material on the upper surface of the substrate (Sub), and a plurality of first electrodes 21 can be appropriately arranged according to the size of the device to be inspected and the size of the electrode of the device to be inspected. there is. Both ends in the lateral direction protrude beyond the side surfaces of the elastic body 10'.
  • the first electrode 21 may be made of a commonly used metal such as Ti, Cr, Cu, Au, or Al, or a combination thereof.
  • the elastic body 10' is configured to absorb and disperse the impact and load applied to the probe head when the device to be inspected and the probe pin 30' come into contact.
  • the elastic body 10' is made of a synthetic resin material with a certain elasticity and is laminated in the form of a flat plate with a certain thickness on the upper surface of the substrate Sub.
  • the elastic body 10' may be provided with a thickness of at least 50 ⁇ m or more.
  • the elastic body 10' may be formed by coating the upper surface of the substrate Sub. According to one embodiment, the elastic layer 10' may be formed on the upper surface of the substrate Sub using a spin-coating method.
  • the second electrode 22 provides an electrical connection to the probe pin 30' and is configured to transmit shock or load to the elastic body 10'.
  • the second electrode 22 is embedded inside the elastic body 10' and is located above the first electrode 21.
  • the second electrode 22 is electrically connected to the first electrode 21 through the via electrode 31.
  • the via electrode 31 is formed to vertically penetrate the inside of the elastic body 10' from one end of the second electrode 22 and be electrically connected to the upper surface of the first electrode 21.
  • One end of the probe pin 30' is connected to the other end of the second electrode 22, and the other end penetrates the elastic body 10' and protrudes upward from the elastic body 10'.
  • the via electrode 31 is connected to one end of the second electrode 22, and the probe pin 30 is connected to the other end of the second electrode 22. Accordingly, the impact or load applied to the probe pin 30 is not directly transmitted to the via electrode 31, but is transmitted to the elastic body 10' and the second elastic layer 12' through elastic deformation of the second electrode 22. ) is transmitted.
  • the electrode portion 20 in the first embodiment unlike the electrode portion 20 in the first embodiment, it is formed in a structure of the first electrode 21, the via electrode 31, and the second electrode 22.
  • the electrode portion 20 is not in direct contact with the second elastic layer 12', whereas in the second embodiment, the via electrode 31 penetrates the second elastic layer 12' vertically and directly contacts the second elastic layer 12'. comes into contact. Accordingly, the force applied to the via electrode 31 is directly transmitted to the second elastic layer 12', making it easier for the second elastic layer 12' to absorb shock or load.
  • the second elastic layer 12' may be provided in a shape whose width increases from the top to the bottom. Through this, the load applied from the upper side can be easily distributed to the lower side.
  • a groove may be formed in the elastic body 10'.
  • each probe pin 30' maintains a fine gap with the elastic body 10', thereby reducing friction with the elastic body 10'.
  • the probe head according to the first and second embodiments of the present invention can easily absorb shock or load generated during inspection to prevent damage to the probe head or the device to be inspected, and to improve inspection stability and Test reliability can be improved.
  • quality can be improved and durability can be improved by preventing loss of elastic force due to deformation of part or all of the second elastic layer 12, 12' and corrosion of the electrode portion 20 or each electrode under thermal and chemical conditions. There is an increasing effect.
  • each probe pin (30, 30') formed on the elastic bodies (10, 10') is minimized, and each probe pin (30, 30') can have independent elastic action, thereby further improving reliability during measurement. You can.
  • Figure 5 is a flowchart showing a method of manufacturing a probe head according to the first embodiment of the present invention.
  • the probe head according to the first embodiment of the present invention can be manufactured through a manufacturing method including the following steps.
  • Figure 6 shows a step (S101) of laminating the first elastic layer 11 according to the first embodiment of the present invention.
  • the first elastic layer 11 is combined with the third elastic layer 13 and the fourth elastic layer 14, which will be described later, to form the elastic body 10.
  • the first elastic layer 11 is laminated by coating a synthetic resin material on the upper surface of the substrate.
  • the first elastic layer 11 may be formed on the upper surface of the substrate Sub by spin-coating.
  • the first elastic layer 11 be made of a material with the highest adhesion among the plurality of elastic layers to be described later. Accordingly, the elastic body 10 formed by stacking a plurality of elastic layers is strongly bonded to the substrate, thereby improving the durability of the probe head.
  • Figure 7 shows a step (S102) of laminating the second elastic layer 12 according to the first embodiment of the present invention.
  • a synthetic resin material is coated on the upper surface of the first elastic layer 11 to form the second elastic layer 12.
  • Figure 8 shows a step (S103) of forming a slope by etching the first elastic layer 11 and the second elastic layer 12 according to the first embodiment of the present invention.
  • the second elastic layer 12 is provided in a shape whose width increases from the top to the bottom.
  • the first elastic layer 11 and the second elastic layer 12 are etched so that the side surfaces are inclined.
  • the interior angle (a) of the slope may be formed to be 80° or less.
  • Figure 9 shows the step 104 of laminating the third elastic layer 13 according to the first embodiment of the present invention.
  • the third elastic layer 13 is combined with the first elastic layer 11 described above and the fourth elastic layer 14 to be described later to form the elastic body 10.
  • the third elastic layer 13 is laminated by coating synthetic resin to a predetermined thickness on the first elastic layer 11, the inclined surface, and the upper surface of the second elastic layer 12. As the third elastic layer 13 is laminated to a uniform thickness, a slope corresponding to the slope is formed in the third elastic layer 13.
  • the third elastic layer 13 may be made of the same material as the first elastic layer 11. Alternatively, it is made of a material different from the first elastic layer 11, but has a smaller thermal expansion coefficient than the second elastic layer 12.
  • the second elastic layer 12 is buried between the first elastic layer 11 and the third elastic layer 13.
  • first elastic layer 11 and the third elastic layer 13 are combined and indicated by the reference numeral of the elastic body 10.
  • FIG 10 shows a step (S105) of forming the electrode portion 20 according to the first embodiment of the present invention.
  • the electrode portion 20 is formed by depositing metal on the upper surface of the third elastic layer 13.
  • the electrode portion 20 is deposited on the upper surface of the first elastic layer 11, the slope of the third elastic layer 13, and the upper surface of the third elastic layer 13, and a plurality of electrode portions 20 are formed. Considering that they are spaced apart, conventionally known deposition techniques such as photolithography can be used. Detailed description thereof will be omitted in this specification.
  • Figure 11 shows a top view of the probe head according to the first embodiment of the present invention.
  • the shape of the electrode portion 20 on a plane can be changed considering the arrangement of each probe pin 30, and is not limited to a specific shape.
  • Figure 12 shows the step (S106) of laminating the fourth elastic layer 14 according to the first embodiment of the present invention.
  • the fourth elastic layer 14 is combined with the above-described first elastic layer 11 and third elastic layer 13 to form the elastic body 10.
  • the fourth elastic layer 14 is laminated by coating synthetic resin to a predetermined thickness on the upper surfaces of the electrode portion 20 and the third elastic layer 13.
  • the fourth elastic layer 14 is laminated so that the upper surface is flat. This can be achieved by repeatedly stacking a plurality of elastic layers.
  • the fourth elastic layer 14 may be made of the same material as the first elastic layer 11 or the third elastic layer 13. Alternatively, it is made of a material different from the first elastic layer 11 and the third elastic layer 13, but has a smaller thermal expansion coefficient than the third elastic layer 13.
  • the electrode portion 20 is buried between the third elastic layer 13 and the fourth elastic layer 14.
  • the first elastic layer 11, the third elastic layer 13, and the fourth elastic layer 14 are combined and indicated by the reference numeral of the elastic body 10.
  • Figure 13 shows a state in which a hole mask is formed (S1071) during the step (S107) of forming a via hole (H1) according to the first embodiment of the present invention.
  • a hole mask is formed on the upper surface of the fourth elastic layer 14.
  • the via hole H1 refers to a hole formed to penetrate vertically from the upper surface of the elastic body 10 to the upper surface of the electrode unit 20 at the position where the probe pin 30 is to be formed.
  • the hole mask is formed to expose the position P where the via hole H1 will be formed on the upper surface of the fourth elastic layer 14 and mask the remaining portion.
  • the hole mask it is desirable to use the hole mask to expose the outer edge portion B1 of the fourth elastic layer 14. This is because the outer portion of the fourth elastic layer 14 must also be etched in order to expose one end of the electrode portion 20 to the side of the probe head.
  • Figure 14 shows formation of a via hole (H1) (S1072) according to the first embodiment of the present invention.
  • a via hole H1 is formed by etching through a hole mask.
  • the via hole H1 is etched to a depth where the top surface of the electrode portion 20 is exposed.
  • it is preferable that the edge portion of the fourth elastic layer 14 is also etched leaving a predetermined thickness.
  • Figure 15 shows a step (S108) of forming the probe pin 30 according to the first embodiment of the present invention.
  • the probe pin 30 is formed by filling the via hole H1 with metal.
  • Figure 16 shows the step (S109) of protruding the upper part of the probe pin 30 according to the first embodiment of the present invention.
  • the upper side of the fourth elastic layer 14 is etched to a predetermined thickness to protrude the upper portion of the probe pin 30.
  • the edge of the fourth elastic layer 14 is etched together to expose one end of the electrode portion 20 to the side of the probe head.
  • Figure 17 shows the groove (isolation) forming step (S110) according to the first embodiment of the present invention, and Figure 18 shows an enlarged portion (A) of Figure 17.
  • a groove may be formed. After the step of protruding the upper part of the probe pin 30, the groove portion (isolation) is etched away from the outer peripheral surface of the probe pin 30 by etching the fourth elastic layer 14 within a predetermined width (d1 in FIG. 18) to form the probe pin 30. It is formed by separating a portion of the outer peripheral surface of the pin 30 from the fourth elastic layer 14.
  • the groove (isolation) is performed by high temperature plasma treatment of the elastic body 10, followed by wet treatment using NMP (N-methyl-2-pyrrolidinone), a mixture of NMP and TBAF (Tetrabutylammonium fluoride), or a hydrofluoric acid-based solution. It can be formed through wet etching.
  • Figure 19 shows the high temperature plasma processing steps.
  • the corner portion adjacent to the probe pin 30 is deformed and separated from the outer peripheral surface of the probe pin 30.
  • Figure 20 shows wet etching processing steps.
  • the gap is further widened through wet etching. Through this, a groove (isolation) is formed.
  • Figure 21 shows a step (S111) of connecting a flexible printed circuit board (F-PCB) to the electrode unit 20.
  • manufacturing the probe head according to the first embodiment of the present invention is completed by connecting a flexible printed circuit board (F-PCB) to the exposed portion of the electrode portion 20.
  • F-PCB flexible printed circuit board
  • the probe head according to the second embodiment of the present invention can be manufactured through a manufacturing method including the following steps.
  • the third elastic layer 13' is etched through the first via mask M1' to form a first via hole that passes vertically from the first electrode 21 to the top surface of the third elastic layer 13'. forming (H1') and exposing the edge of the first electrode 21;
  • Figure 22 shows a step (S201) of depositing the first electrode 21 according to the second embodiment of the present invention.
  • the first electrode 21 is formed by depositing metal to a predetermined thickness on the upper surface of the substrate.
  • Figure 22 is a simplified vertical cross-sectional view in which the first electrode 21 is shown to cover the entire upper surface of the substrate, but it is not limited thereto and may be changed to various shapes considering the arrangement of the probe pins 30'. Additionally, the shape of the first electrode 21 on a plane may be changed considering the arrangement of each probe pin 30' and is not limited to a specific shape.
  • Figure 23 shows the step of laminating the first elastic layer 11' (S202) and the step of laminating the second elastic layer 12' (S203) according to the second embodiment of the present invention.
  • the first elastic layer 11' is combined with the third elastic layer 13' and the fourth elastic layer 14', which will be described later, to form the elastic body 10'.
  • a first elastic layer 11' is laminated by coating a synthetic resin material on the upper surface of the substrate.
  • the first elastic layer 11' may be formed on the upper surface of the substrate Sub using a spin-coating method.
  • the first elastic layer 11' be made of a material with the highest adhesion among the plurality of elastic layers to be described later. Accordingly, the elastic body 10 formed by stacking a plurality of elastic layers is strongly bonded to the substrate, thereby improving the durability of the probe head.
  • a synthetic resin material is coated on the upper surface of the first elastic layer 11' to laminated the second elastic layer 12'.
  • Figure 24 shows a step (S204) of forming an inclined surface by etching the first elastic layer 11' and the second elastic layer 12' according to the second embodiment of the present invention.
  • the second elastic layer 12' is provided in a shape whose width increases from the top to the bottom.
  • the first elastic layer 11' and the second elastic layer 12' are etched so that the side surfaces are inclined.
  • the interior angle of the slope' may be formed to be 80° or less.
  • FIG 25 shows the step (S205) of laminating the third elastic layer 13' according to the second embodiment of the present invention.
  • the third elastic layer 13' is combined with the first elastic layer 11' described above and the fourth elastic layer 14' described later to form the elastic body 10'.
  • the third elastic layer 13' is laminated by coating synthetic resin on the first elastic layer 11', the inclined surface, and the upper surface of the second elastic layer 12'.
  • the third elastic layer 13' may be made of the same material as the first elastic layer 11'. Alternatively, it is made of a material different from the first elastic layer 11', but has a smaller thermal expansion coefficient than the second elastic layer 12'.
  • the second elastic layer 12' is buried between the first elastic layer 11' and the third elastic layer 13'.
  • first elastic layer 11' and the third elastic layer 13' are combined and indicated by the reference numeral 'elastic body 10'.
  • Figure 26 shows a step (S206) of forming the first via mask M1' according to the second embodiment of the present invention.
  • a first via mask M1' is formed on the upper surface of the third elastic layer 13.
  • the first via hole (H1') is a hole formed to penetrate vertically from the top surface of the third elastic layer 13' to the top surface of the first electrode 21 at the position where the via electrode 31 is to be formed. it means.
  • the first via mask M1' is formed to expose a location on the upper surface of the third elastic layer 13' where the first via hole H1' will be formed and mask the remaining portion.
  • the first via mask M1' is masked so that the outer edge of the third elastic layer 13' is exposed. This is because the outer portion of the third elastic layer 13' must also be etched in order to expose one end of the first electrode 21 to the side of the probe head.
  • Figure 27 shows the step (S207) of forming the first via hole (H1') and exposing the edge of the first electrode 21 according to the second embodiment of the present invention.
  • the first via hole H1' is formed by etching through the first via mask M1'.
  • the first via hole H1' is etched to a depth where the top surface of the first electrode 21 is exposed.
  • the edge of the third elastic layer 13' is also etched, and it is preferable that a slope surrounding the second elastic layer 12' is formed.
  • Figure 28 shows the step (S208) of forming the via electrode 31 according to the second embodiment of the present invention.
  • the via electrode 31 is formed by filling the first via hole (H1') with metal.
  • Figure 29 shows a step (S209) of depositing the second electrode 22 according to the second embodiment of the present invention. As described above, one end of the second electrode 22 is formed at a position connected to the via electrode 31, and the other end of the second electrode 22 is deposited to be formed at a position connected to the probe pin 30'. .
  • Figure 30 shows the step (S210) of laminating the fourth elastic layer 14' according to the second embodiment of the present invention.
  • the fourth elastic layer 14' is combined with the above-described first elastic layer 11' and third elastic layer 13' to form the elastic body 10'.
  • the fourth elastic layer 14' is formed by coating synthetic resin to a predetermined thickness on the upper surface of both side ends of the first electrode 21, the upper surface of the second electrode 22, and the upper surface of the third elastic layer 13'. These are stacked.
  • the fourth elastic layer 14' is laminated so that its upper surface is flat. This can be achieved by repeatedly stacking a plurality of elastic layers.
  • the fourth elastic layer 14' may be made of the same material as the first elastic layer 11' or the third elastic layer 13'. Alternatively, it is made of a material different from the first elastic layer 11' and the third elastic layer 13', but has a smaller thermal expansion coefficient than the third elastic layer 13'.
  • the second electrode 22 is buried between the third elastic layer 13' and the fourth elastic layer 14'.
  • the first elastic layer 11', the third elastic layer 13', and the fourth elastic layer 14' are combined and indicated by the reference numeral of the elastic body 10'.
  • Figure 31 shows the step (S211) of forming the second via mask (M2') according to the second embodiment of the present invention.
  • a second via mask M2' is formed on the upper surface of the fourth elastic layer 14'.
  • the second via hole H2' is a hole formed to penetrate vertically from the top surface of the fourth elastic layer 14' to the top surface of the second electrode 22 at the position where the probe pin 30' will be formed.
  • the second via mask M2' is formed to expose a location on the upper surface of the fourth elastic layer 14' where the second via hole H2' will be formed and mask the remaining portion.
  • the second via mask M2' is preferably masked so that the outer edge of the fourth elastic layer 14' is exposed. This is because the outer portion of the fourth elastic layer 14' must also be etched in order to expose one end of the first electrode 21 to the side of the probe head.
  • FIG. 32 shows the step (S212) of forming the second via hole (H2') according to the second embodiment of the present invention.
  • the second via hole H2' is formed by etching through the second via mask M2'.
  • the second via hole H2' is etched to a depth where the top surface of the second electrode 22 is exposed.
  • it is preferable that the edge portion of the fourth elastic layer 14' is also etched leaving a predetermined thickness.
  • Figure 33 shows the step (S213) of forming the probe pin 30' according to the second embodiment of the present invention.
  • the probe pin 30' is formed by filling the second via hole H2' with metal.
  • Figure 34 shows the step (S214) of protruding the upper portion of the probe pin 30' and the edge portion of the first electrode 21 according to the second embodiment of the present invention.
  • the upper side of the fourth elastic layer 14' is etched to a predetermined thickness to protrude the upper part of the probe pin 30'.
  • the edge of the fourth elastic layer 14' is etched together to expose both lateral ends of the first electrode 21 to the side of the probe head.
  • Figure 35 shows the groove (isolation) forming step (S215) according to the second embodiment of the present invention.
  • a groove may be formed. After the step of protruding the upper part of the probe pin 30', the groove portion (isolation) is etched in the fourth elastic layer 14' within a predetermined width from the outer peripheral surface of the probe pin 30'. ') is formed by separating a portion of the outer peripheral surface from the fourth elastic layer 14'.
  • Figure 36 shows a step (S216) of connecting a flexible printed circuit board (F-PCB) to the first electrode 21 according to the second embodiment of the present invention.
  • the present invention it is possible to shorten the required inspection time by inspecting a plurality of electrical devices at the same time.
  • the probe head according to the present invention has independent elasticity between each probe pin, further improving inspection stability and inspection reliability.

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Abstract

동시에 다수의 검사 대상 장치를 측정할 수 있는 프로브 헤드를 개시한다. 본 발명에 따른 프로브 헤드는 복수의 탄성층이 적층되어 형성된 탄성체와 상기 탄성체의 내부에 전극부가 매설되는 것을 특징으로 한다. 이를 통해, 검사 대상 장치와 접촉시 발생하는 충격 또는 하중을 효율적으로 흡수하여 검사 대상 장치 및 프로브 헤드의 파손을 방지한다. 또한, 본 발명에 따르면 동시에 다수의 전기 장치를 검사하여 검사 요구 시간을 단축시킬 수 있다. 아울러, 각 프로브 핀 간에 독립된 탄력성을 가지게 되어 검사 안정성 및 검사 신뢰도가 더욱 향상된다.

Description

전기 장치 검사용 프로브 헤드 및 그의 제조 방법
본 발명은 전기 장치를 검사하기 위한 프로브 헤드(probe-head)에 관한 것이다. 상세하게, 본 발명은 마이크로 미터(㎛) 단위 크기의 미세한 전기 장치를 검사하며 탄성체를 통해 검사시에 발생하는 충격 또는 하중을 흡수할 수 있는 프로브 헤드에 관한 것이다.
전기 장치가 제조된 후, 검사 장비를 전기 장치에 연결시켜 전기적인 특성을 검사할 필요성이 있다. 사람이 단순하게 전기 장치의 전극에 검사 장비를 연결하면 검사가 가능할 수 있지만, 다수의 제품을 생산하는 과정에서 사람이 일일이 검사하는 것은 시간과 비용의 소모가 상당하다. 따라서 기계적으로 전기 장치에 접촉되어 전기적인 연결을 제공하는 프로브 헤드가 개발되어 사용되고 있다.
하지만, 프로브 헤드가 반복적으로 검사 대상 장치와 접촉하면서, 접촉시에 발생한 충격 또는 접촉 작용에 따른 하중이 누적되어 프로브 헤드가 파손될 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 검사 대상 장치의 여러 접촉 단자 간 높이가 일치하지 않을 경우, 모든 단자가 동시에 접촉되지 않으므로 다수의 단자를 동시에 검사하기 어렵다는 문제점이 있다.
대한민국 등록실용신안 제20-0458537호 (2012년 02월 03일 등록)
대한민국 등록실용신안 제20-0399963호 (2005년 10월 24일 등록)
본 발명의 기술적 과제는 동시에 다수의 검사 대상 장치를 측정할 수 있는 프로브 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 접촉시 발생하는 충격 또는 하중을 효율적으로 흡수하여 검사 대상 장치 및 프로브 헤드의 파손을 방지하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 복수의 탄성층이 적층되어 형성된 탄성체와 상기 탄성체의 내부에 전극부가 매설되는 것을 특징으로 하는 프로브 헤드를 제공한다.
본 발명에 따르면 또한, 본 발명에 따르면 동시에 다수의 전기 장치를 검사하여 검사 요구 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 검사 대상 장치의 파손이 방지되며 프로브 헤드의 내구성이 증가한다.
나아가, 본 발명에 따른 프로브 헤드는 각 프로브 핀 간에 독립된 탄력성을 가지게 되어 검사 안정성 및 검사 신뢰도가 더욱 향상된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 헤드의 수직 단면 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 헤드의 일 프로브 핀에 하중이 가해진 상태를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극부의 수직 단면 형상을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 프로브 헤드의 수직 단면 구조를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 헤드의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 탄성층을 적층하는 단계를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 탄성층을 적층하는 단계를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 탄성층 및 상기 제2 탄성층을 식각하여 경사면을 형성하는 단계를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제3 탄성층을 적층하는 단계를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극부를 형성하는 단계를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 헤드의 평면도를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제4 탄성층을 적층하는 단계를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비아 홀을 형성하는 단계 중 홀 마스크를 형성한 상태를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비아 홀 형성을 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 핀을 형성하는 단계를 나타낸 것이다.
도 16는 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 핀 상부를 돌출시키는 단계를 나타낸 것이다.
도 17은 본 발명의 제1 실시예에 따른 홈부 형성 단계를 나타낸 것이다.
도 18은 도 17의 일부(A)를 확대하여 나타낸 것이다.
도 19는 고온 플라즈마 처리 단계를 나타낸 것이다.
도 20은 습식 식각 처리 단계를 나타낸 것이다.
도 21은 전극부에 연성 인쇄회로기판을 연결하는 단계를 나타낸 것이다.
도 22는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 전극을 증착시키는 단계를 나타낸 것이다.
도 23은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 탄성층을 적층하는 단계 및 제2 탄성층을 적층하는 단계를 나타낸 것이다.
도 24는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 탄성층 및 제2 탄성층을 식각하여 경사면을 형성하는 단계를 나타낸 것이다.
도 25는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제3 탄성층을 적층하는 단계를 나타낸 것이다.
도 26은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 비아 마스크를 형성하는 단계를 나타낸 것이다.
도 27은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 비아 홀을 형성하고 제1 전극의 테두리부를 노출시키는 단계를 나타낸 것이다.
도 28은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비아 전극을 형성하는 단계를 나타낸 것이다.
도 29는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 전극을 증착시키는 단계를 나타낸 것이다.
도 30은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제4 탄성층을 적층하는 단계를 나타낸 것이다.
도 31은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 비아 마스크를 형성하는 단계를 나타낸 것이다.
도 32는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 비아 홀을 형성하는 단계를 나타낸 것이다.
도 33은 본 발명의 제2 실시예에 따른 프로브 핀을 형성하는 단계를 나타낸 것이다.
도 34는 본 발명의 제2 실시예에 따른 프로브 핀 상부 및 상기 제1 전극의 테두리부를 돌출시키는 단계를 나타낸 것이다.
도 35는 본 발명의 제2 실시예에 따른 홈부 형성 단계를 나타낸 것이다.
도 36은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 전극에 연성 인쇄회로기판을 연결하는 단계를 나타낸 것이다.
기판 상면에 소정 두께로 형성되는 탄성체(10); 상기 탄성체(10)의 내부에 매설되되 일단(201)은 상기 탄성체(10)의 측면보다 돌출되는 전극부(20); 일단은 상기 전극부(20)의 타단(203)과 연결되고 타단은 상기 탄성체(10)를 관통하여 상기 탄성체(10)의 상측으로 돌출되는 프로브 핀(30); 및 상기 탄성체(10)의 내부에 매설되되 상기 전극부(20)의 타단(203)의 하측 방향에 위치되는 제2 탄성층(12);을 포함하며, 상기 탄성체(10)는, 상기 제2 탄성층(12)보다 열팽창 계수가 작은 재질인 것을 특징으로 하는 프로브 헤드.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명의 일 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 통해 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 헤드의 수직 단면 구조를 나타낸 것이다. 도 1을 포함한 이하 도면에서, '상측'은 프로브 헤드에 검사 대상 장치(DUT)가 접촉되는 면의 방향으로 정의한다. 또한, 각 도면의 위쪽 방향이 상측인 것을 기준으로 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 헤드는, 기판 상면에 소정 두께로 형성되는 탄성체(10); 상기 탄성체(10)의 내부에 매설되는 전극부(20); 상기 탄성체(10)의 상측으로 돌출되는 프로브 핀(30); 및 상기 탄성체(10)의 내부에 매설되는 제2 탄성층(12);을 포함한다.
기판(Sub)은 프로브 헤드의 구조를 형성하기 용이하게 하고, 제조된 프로브 헤드를 지지하기 위한 구성이다.
기판(Sub)은 일반적으로 사용되는 기판과 동일한 소재로 구비될 수 있다. 바람직하게, 본 발명에 따른 프로브 헤드의 기판(Sub)은 절연성 재질이며, 검사 대상 장치(DUT, device under test)와 프로브 핀(30)이 접촉될 때 가해지는 하중을 견딜 수 있는 충분한 경도를 가지는 재질과 두께로 구비될 수 있다.
바람직한 실시예로서, 기판(Sub)은 300㎛ 두께 내외의 투명한 재질로 구비될 수 있다. 이는 프로브 핀(30)과 검사 대상 장치를 정렬하기 위함으로, 산화알루미늄(Al2O3), 유리(Glass), 석영(Quartz), 세라믹(Ceramic), 규소(Si) 중 어느 하나로 선택되는 재질일 수 있다.
탄성체(10)는 검사 대상 장치와 프로브 핀(30)이 접촉될 때 프로브 헤드에 가해지는 충격 및 하중을 흡수 및 분산시키기 위한 구성이다. 이를 위해 탄성체(10)는 소정의 탄성을 갖는 합성수지 재질로 기판(Sub) 상면에 소정의 두께인 평평한 판 형태로 적층된다. 바람직하게, 탄성체(10)는 적어도 50㎛ 이상의 두께로 구비될 수 있다.
탄성체(10)는 기판(Sub) 상면에 합성수지 재질이 코팅(coating)됨으로써 형성될 수 있다. 일 실시예에 따라, 탄성체(10)는 기판(Sub) 상면에 스핀 코팅(spin-coating) 방식으로 형성될 수 있다.
바람직하게, 탄성체(10)는 PDMS(polydimethylsiloxane) 재질일 수 있다. 보다 바람직하게, 탄성체(10)는 PDMS 및 Si(실리콘) 계열의 재질을 조합하며, 부착력이 향상된 재질일 수 있다. 이에 따라, 기판과 결합이 강하게 형성되어 내구성이 향상될 수 있다.
또한, 탄성체(10)는 제2 탄성층(12)보다 열팽창 계수가 작은 재질인 것이 바람직하다. 이는, 제2 탄성층(12)이 충격 및 하중의 흡수 역할을 주로 수행하며, 탄성체(10)는 반도체 공정 상의 열 또는 화학적 조건에서 변형을 억제하여 품질을 향상시키기 위한 것이다. 상세하게, 프로브 헤드는 반도체의 제조 공정 상 활용되므로 반도체 제조 공정에서 발생되는 열 및 사용되는 화학물질에 노출될 수 있다. 열에 의해 제2 탄성체(10)가 변형되는 경우 탄성이 소실되어 충격 및 하중 흡수의 기능을 상실할 수 있다. 또한, 프로브 헤드를 제조할 시에도 반도체 제조 공정과 유사한 공정을 통해 제조될 수 있으므로, 프로브 헤드의 제조시에 발생되는 열 및 사용되는 화학물질로부터 제2 탄성층(12) 및 전극부(20)가 보호될 필요성이 있다.
특히, 제2 탄성층(12)이 열에 의해 변형되는 경우 표면이 불균일하게 형성되거나, 찌그러짐(Buckling) 또는 갈라짐(Crack)을 발생될 수 있어, 전극의 증착이 어려워질 수 있고 제조된 프로브 헤드의 오작동 또는 파손과 같은 문제점을 야기한다.
바람직하게, 탄성체(10)는 1-Methoxy-2-propanol acetate, Modified epoxy acrylate, Aliphatic acrylate, Urethane acrylate, Photo active additives 및 Polysiloxane additives를 포함하는 합성 수지 재질일 수 있다. 이에 따른 탄성체(10)의 열팽창 계수는 100 ppm/°C (Linear CTE by DMA) 이하로서, 제2 탄성층(12)으로 사용되어질 수 있는 재질인 PDMS의 열팽창계수 Linear CTE (by DMA), 340 ppm/°C 보다 낮다.
도 1을 참조하면, 제2 탄성층(12)은 탄성체(10)의 내부에 매설되므로, 전극부(20)의 증착과 같은 열 발생 공정 시 제2 탄성층(12)이 보호될 수 있다. 또한, 전극부(20)도 탄성체(10)의 내부에 매설되므로 화학물질에 의한 부식이 방지될 수 있다.
프로브 핀(30)은 검사 대상 장치와 접촉됨으로써, 검사 장치와 전기적인 연결을 제공하는 구성이다. 이를 위해 프로브 핀(30)은 탄성체(10)의 상측으로 돌출되고, 전극부(20)와 연결되는 금속 재질의 핀(pin) 형태로 구비된다. 프로브 핀(30)은 Cu, Au, Ni, Be, NiCo, NiPd, 또는 BeNi 의 금속 재질 또는 그 조합으로 구성될 수 있다.
전극부(20)는 프로브 핀(30)과 검사 장치와의 전기적 연결을 제공하는 구성이다. 이를 위해 전극부(20)는 기판(Sub) 상면에 금속 재질로 구비되며, 복수의 전극부(20)가 검사 대상 장치의 크기 및 검사 대상 장치의 전극의 크기에 따라 적절하게 배치될 수 있다. 전극부(20)는 Ti, Cr, Cu, Au, 또는 Al 등 통상적으로 사용하는 금속 또는 그 조합의 재질로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극부(20)는 탄성체(10) 내부에 매설됨을 특징으로 한다. 즉, 기판(Sub) 상면에 탄성체(10)가 형성되고, 전극부(20)는 탄성체(10) 내부에 매설되며, 프로브 핀(30)은 전극부(20)로부터 탄성체(10)를 수직으로 관통하여 상측으로 돌출된다. 단, 여기서 '매설'이라 함은 전극부(20) 전체가 매설되는 것은 아니고 적어도 일부는 탄성체(10)의 외부로 노출될 수 있다. 이는 검사 장치와 전기적으로 연결되기 위함이다.
상세하게, 전극부(20)의 일단은 탄성체(10)의 측면으로부터 돌출되어 연성 인쇄회로기판(F-PCB)과 연결되고, 타단은 프로브 핀(30)과 연결된다. 프로브 핀(30)이 전극부(20)의 상면으로부터 상측으로 돌출되어 형성되고, 프로브 핀(30)이 검사 대상 장치와 접촉됨으로써 전극부(20), 프로브 핀(30), 연성 인쇄회로기판(F-PCB) 및 검사 대상 장치간 전기적인 연결이 구성된다.
제2 탄성층(12)은 상술한 바와 같이 프로브 헤드부에 가해지는 충격 및 하중을 흡수 및 분산시키는 구성이다. 바람직하게, 제2 탄성층(12)은 엘라스톨레핀(Elastolefin), 열가소성 올레핀(Thermoplastic olefin), 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic polyurethane), 합성 폴리이소프렌(Synthetic polyisoprene), 클로로프렌 고무(Chloroprene rubber), 스티렌-부타디엔 (Styrene-butadiene), 에피클로로히드린 고무(Epichlorohydrin rubber), 폴리아크릴 고무(Polyacrylic rubber), 실리콘 고무(Silicone rubber), 플루오르실리콘 고무(Fluorosilicone Rubber), 플루오르엘라스토머 (Fluoroelastomers) 및 폴리디메틸실록산 (Polydimethylsiloxane)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 재질일 수 있다.
바람직하게, 제2 탄성층(12)은 상측에서 하측으로 갈수록 폭이 증가하는 형상으로 구비될 수 있다. 도 1을 참조하면, 제2 탄성층(12)은 하측의 변이 상측의 변보다 큰 평행사변형 형태의 수직 단면을 가짐을 알 수 있다. 이는 상측으로부터 가해지는 하중을 하측으로 용이하게 분산시키기 위함이다. 상세하게, 제2 탄성층(12)은 하측으로 갈수록 면적이 넓어지므로 가해진 힘이 더 넓은 영역으로 분산되고 좁은 지점에만 힘이 집중되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 이러한 제2 탄성층(12)의 형태는 후술할 전극부(20)의 형태를 형성하기 용이하게 한다. 이에 대해서는 도 9 및 도 10을 참조하여 후술하도록 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 헤드의 일 프로브 핀(30)에 하중(Load)이 가해진 상태를 나타낸 것이다.
전극부(20)가 탄성체(10) 내부에 매설됨에 따라, 복수의 전극부(20)가 구비되는 경우 각 전극부(20)는 절연되어 상호간 전기적인 간섭이 방지될 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 검사 대상 장치(DUT)가 프로브 팁에 접촉될 시에 발생할 수 있는 충격 및 하중(load)이 탄성부의 탄성에 의해 흡수 및 분산된다. 이에 따라, 검사 대상 장치 및 프로브 헤드의 파손이 방지되어 프로브 헤드의 작동 안정성이 향상되며, 검사 작업이 신속하게 처리될 수 있는 효과가 있다.
바람직하게, 탄성체(10)에는 홈부(isolation)가 형성될 수 있다. 홈부(isolation)는 상기 프로브 핀(30)의 외주면으로부터 소정의 폭으로 이격되어 형성된 프로브 핀(30)과 탄성체(10) 사이의 공간이다.
홈부(isolation)가 형성됨으로써 각 프로브 핀(30)은 탄성체(10)와 미세 간격을 유지하여 탄성체(10)와의 마찰이 감소될 수 있다.
도 2를 참조하면, 측정시 하중에 의해 프로브 핀(30)이 하측으로 후퇴(도 2의 우측 프로브 핀 참조)하고 측정 후 정상 위치로 복원시(도 2의 좌측 프로브 핀 참조)에도 탄성층과의 마찰이 방지되는 것을 알 수 있다. 이에 따라 탄성층과의 마찰에 의해 발생하는 프로브 헤드의 오작동 또는 파손 위험이 감소될 수 있다.
나아가, 각 프로브 핀(30)은 인접한 다른 프로브 핀(30)과 간섭 없이 독립된 탄성력을 가질 수 있게 된다. 도 2를 참조하면, 홈부(isolation)에 의해 프로브 핀(30)이 탄성체(10)로부터 이격됨에 따라 우측의 프로브 핀과 같이 프로브 핀의 후퇴로 인해 탄성체(10)가 변형되더라도, 좌측 프로브 핀과 같이 인접한 프로브 핀은 영향을 받지 않음을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극부(20)의 수직 단면 형상을 나타낸 것이다.
전극부(20)는 충격 및 하중을 탄성체(10) 및 제2 탄성층(12)으로 용이하게 전달하기 위해 계단 형상으로 구비될 수 있다.
상세하게, 전극부(20)의 일단(201)과 타단(203)은 서로 다른 높이로 형성된다. 전극부(20)의 타단(203)의 높이는 일단(201)의 높이보다 높은 곳에 위치되며, 전극부(20)의 일단(201)과 타단(203) 사이에는 일단(201)에서 타단(203)으로 갈수록 높이가 증가하는 경사부(202)가 형성된다.
직각 형태의 계단 형상이 아닌 경사부(202)가 형성되는 이유는 전달되는 힘을 분산시켜 전극부(20)의 파손을 방지하기 위함이다. 직각 형태로 구비된다면, 수직 방향으로는 힘이 전달되기 어려우므로 꺾이는 부분에 힘이 집중되어 전극부(20)가 파손될 수 있다.
이를 방지하기 위해 전극부(20)는 경사부(202)가 형성된 계단 형태로 구비되어 힘의 전달을 용이하게 한다. 타단(203)과 경사부(202)는 수직이 아닌 완만한 각도를 이루므로 타단(203)에 충격 또는 하중이 가해지면 힘이 경사부(202)로 용이하게 전달되고, 전극부(20) 전체의 탄성 변형을 통해 탄성체(10) 및 제2 탄성층(12)으로 힘을 전달한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 프로브 헤드의 수직 단면 구조를 나타낸 것이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 프로브 헤드는, 기판 상면에 소정 두께로 형성되는 탄성체(10'); 상기 탄성체(10')의 하측에 위치하는 제1 전극(21); 상기 탄성체(10')의 내부에 매설되고 상기 제1 전극(21)의 상측에 위치되는 제2 전극(22); 상기 제1 전극(21)과 상기 제2 전극(22)을 전기적으로 연결하는 비아 전극(31); 상기 탄성체(10')의 상측으로 돌출되는 프로브 핀(30'); 및 상기 탄성체(10')의 내부에 매설되는 제2 탄성층(12');을 포함한다.
제1 전극(21)은 검사 장치와의 전기적 연결을 제공하는 구성이다. 이를 위해 제1 전극(21)은 기판(Sub) 상면에 금속 재질로 구비되며, 복수의 제1 전극(21)이 검사 대상 장치의 크기 및 검사 대상 장치의 전극의 크기에 따라 적절하게 배치될 수 있다. 측방향의 양단은 탄성체(10')의 측면보다 돌출된다. 제1 전극(21)은 Ti, Cr, Cu, Au, 또는 Al 등 통상적으로 사용하는 금속 또는 그 조합의 재질로 구비될 수 있다.
탄성체(10')는 제1 실시예에서와 마찬가지로 검사 대상 장치와 프로브 핀(30')이 접촉될 때 프로브 헤드에 가해지는 충격 및 하중을 흡수 및 분산시키기 위한 구성이다. 이를 위해 탄성체(10')는 소정의 탄성을 갖는 합성수지 재질로 기판(Sub) 상면에 소정의 두께인 평평한 판 형태로 적층된다. 바람직하게, 탄성체(10')는 적어도 50㎛ 이상의 두께로 구비될 수 있다.
탄성체(10')는 기판(Sub) 상면에 코팅(coating)됨으로써 형성될 수 있다. 일 실시예에 따라, 탄성층(10')은 기판(Sub) 상면에 스핀 코팅(spin-coating) 방식으로 형성될 수 있다.
제2 전극(22)은 프로브 핀(30')으로의 전기적 연결을 제공하며 탄성체(10')로 충격 또는 하중을 전달하기 위한 구성이다. 상세하게, 제2 전극(22)은 탄성체(10')의 내부에 매설되고 제1 전극(21)의 상측에 위치된다.
제2 전극(22)은 비아 전극(31)을 통해 제1 전극(21)과 전기적으로 연결된다. 상세하게, 비아 전극(31)은 제2 전극(22)의 일단으로부터 상기 탄성체(10') 내부를 수직으로 관통하여 상기 제1 전극(21)의 상면과 전기적으로 연결되도록 형성된다.
프로브 핀(30')의 일단은 제2 전극(22)의 타단과 연결되고 타단은 탄성체(10')를 관통하여 탄성체(10')의 상측으로 돌출된다.
즉, 제2 전극(22)의 일단에는 비아 전극(31)이 연결되고 제2 전극(22)의 타단에는 프로브 핀(30)이 연결된다. 이에 따라, 프로브 핀(30)에 가해지는 충격 또는 하중은 비아 전극(31)으로 직접 전달되지 않고, 제2 전극(22)의 탄성 변형을 통해 탄성체(10') 및 제2 탄성층(12')으로 전달된다.
이와 같이, 제2 실시예에서는 제1 실시예에서의 전극부(20)와 달리, 제1 전극(21), 비아 전극(31) 및 제2 전극(22)의 구조로 형성된다. 제1 실시예에서 전극부(20)는 제2 탄성층(12')과 직접 접촉되지 않는 반면 제2 실시예에서는 비아 전극(31)이 제2 탄성층(12')을 상하로 관통하여 직접 접촉하게 된다. 이에 따라, 비아 전극(31)에 가해지는 힘이 제2 탄성층(12')으로 직접 전달되어 제2 탄성층(12')의 충격 또는 하중의 흡수가 용이해진다.
제1 실시예와 마찬가지로, 제2 탄성층(12')은 상측에서 하측으로 갈수록 폭이 증가하는 형상으로 구비될 수 있다. 이를 통해 상측으로부터 가해지는 하중이 하측으로 용이하게 분산될 수 있다.
또한, 제1 실시예와 마찬가지로, 탄성체(10')에는 홈부(isolation)가 형성될 수 있다. 홈부(isolation)가 형성됨으로써 각 프로브 핀(30')은 탄성체(10')와 미세 간격을 유지하여 탄성체(10')와의 마찰이 감소될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 프로브 헤드는 검사시에 발생하는 충격 또는 하중을 용이하게 흡수하여 프로브 헤드 또는 검사 대상 장치의 파손을 방지할 수 있고 검사 안정성 및 검사 신뢰도가 향상될 수 있다.
또한 열적, 화학적 조건 하에 제2 탄성층(12, 12')의 일부 및 전부의 변형에 의한 탄성력의 소실과, 전극부(20) 또는 각 전극의 부식을 방지하여 품질이 향상될 수 있으며 내구도가 증가하는 효과가 있다.
나아가, 탄성체(10, 10') 상에 형성된 프로브 핀(30, 30') 배열의 변형을 최소화하며 각 프로브 핀(30, 30')의 독립된 탄성 작용이 가능하여 측정시의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 36을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 따른 프로브 헤드의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 5 내지 도 21를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 헤드의 제조 방법을, 도 22 내지 도 36을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 프로브 헤드의 제조 방법을 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 헤드의 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 헤드는 다음의 각 단계를 포함하는 제조 방법을 통해 제조될 수 있다.
(S101) 기판 상면에 제1 탄성층(11)을 적층하는 단계;
(S102) 상기 제1 탄성층(11)의 상면에 제2 탄성층(12)을 적층하는 단계;
(S103) 상기 제1 탄성층(11) 및 상기 제2 탄성층(12)을 식각하여 경사면을 형성하는 단계;
(S104) 상기 기판, 상기 경사면 및 상기 제2 탄성층(12)의 상면에 제3 탄성층(13)을 적층하는 단계;
(S105) 상기 제3 탄성층(13)의 상면에 금속을 증착시켜 전극부(20)를 형성하는 단계;
(S106) 상기 전극부(20)의 상면에 제4 탄성층(14)을 적층하는 단계;
(S107) 상기 제4 탄성층(14)의 상면에 홀 마스크를 형성하고 상기 전극부(20)의 상면까지 식각하여 비아 홀(H1)을 형성하는 단계;
(S108) 상기 비아 홀(H1)에 금속을 충진시켜 프로브 핀(30)을 형성하는 단계;
(S109) 상기 제4 탄성층(14)의 상측을 소정의 두께로 식각하여 상기 프로브 핀(30) 상부를 돌출시키는 단계;
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 탄성층(11)을 적층하는 단계(S101)를 나타낸 것이다. 제1 탄성층(11)은 후술할 제3 탄성층(13) 및 제4 탄성층(14)과 결합되어 탄성체(10)를 형성하기 위한 구성이다. 상세하게, 기판의 상면에 합성수지 재질을 코팅하여 제1 탄성층(11)을 적층한다. 바람직하게, 제1 탄성층(11)은 기판(Sub) 상면에 스핀 코팅(spin-coating) 방식으로 형성될 수 있다.
또한, 제1 탄성층(11)은 후술할 복수의 탄성층 중, 부착력이 가장 높은 재질이 사용됨이 바람직하다. 이에 따라, 복수의 탄성층이 적층되어 형성된 탄성체(10)가 기판과 결합이 강하게 형성되어 프로브 헤드의 내구성이 향상될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 탄성층(12)을 적층하는 단계(S102)를 나타낸 것이다. 제1 탄성층(11)의 상면에 합성수지 재질을 코팅하여 제2 탄성층(12)을 적층한다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 탄성층(11) 및 상기 제2 탄성층(12)을 식각하여 경사면(slope)을 형성하는 단계(S103)를 나타낸 것이다. 상술한 바와 같이, 제2 탄성층(12)은 상측에서 하측으로 갈수록 폭이 증가하는 형상으로 구비된다. 이를 위해, 제1 탄성층(11) 및 제2 탄성층(12)을 식각하여 측면이 경사를 이루도록 한다.
바람직하게, 경사면(slope)의 내각(a)은 80°이하로 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제3 탄성층(13)을 적층하는 단계(104)를 나타낸 것이다. 제3 탄성층(13)은 상술한 제1 탄성층(11) 및 후술할 제4 탄성층(14)과 결합되어 탄성체(10)를 형성하기 위한 구성이다. 상세하게, 제1 탄성층(11), 상기 경사면 및 제2 탄성층(12)의 상면에 소정 두께로 합성수지를 코팅함으로써 제3 탄성층(13)이 적층된다. 균일한 두께로 제3 탄성층(13)이 적층됨으로써 제3 탄성층(13)에도 상기 경사면에 대응되는 경사가 형성된다.
제3 탄성층(13)은 제1 탄성층(11)과 동일한 재질일 수 있다. 또는, 제1 탄성층(11)과 다른 재질로 구비되되, 제2 탄성층(12)보다 열팽창 계수가 작은 재질로 구비된다.
제3 탄성층(13)이 적층됨으로써 제2 탄성층(12)이 제1 탄성층(11)과 제3 탄성층(13)의 사이에 매설된다.
이하 도면에서는, 제1 탄성층(11)과 제3 탄성층(13)을 결합하여 탄성체(10)의 도면 부호로 도시한다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극부(20)를 형성하는 단계(S105)를 나타낸 것이다. 제3 탄성층(13)의 상면에 금속을 증착시켜 전극부(20)를 형성한다. 보다 상세하게, 제1 탄성층(11)의 상면, 제3 탄성층(13)의 경사, 제3 탄성층(13)의 상면에 전극부(20)를 증착하되, 복수의 전극부(20)가 이격되는 것을 고려하여 포토리소그래피(photolithography) 방식과 같이 종래에 공지된 증착 기술을 활용할 수 있다. 본 명세서에서는 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 헤드의 평면도를 나타낸 것이다. 도 11을 참조하면, 평면상의 전극부(20)의 형상은 각 프로브 핀(30)의 배치를 고려하여 변경될 수 있으며, 특정한 형상으로 제한되지 않는다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제4 탄성층(14)을 적층하는 단계(S106)를 나타낸 것이다. 제4 탄성층(14)은 상술한 제1 탄성층(11) 및 제3 탄성층(13)과 결합되어 탄성체(10)를 형성하기 위한 구성이다. 상세하게, 전극부(20) 및 제3 탄성층(13)의 상면에 소정 두께로 합성수지를 코팅함으로써 제4 탄성층(14)이 적층된다. 단, 제4 탄성층(14)은 상면이 평면을 이루도록 적층시킨다. 이는 복수의 탄성층을 반복 적층하여 달성될 수 있다.
제4 탄성층(14)은 제1 탄성층(11) 또는 제3 탄성층(13)과 동일한 재질일 수 있다. 또는, 제1 탄성층(11) 및 제3 탄성층(13)과 다른 재질로 구비되되, 제3 탄성층(13)보다 열팽창 계수가 작은 재질로 구비된다.
제4 탄성층(14)이 적층됨으로써 전극부(20)가 제3 탄성층(13)과 제4 탄성층(14)의 사이에 매설된다.
이하 도면에서는, 제1 탄성층(11), 제3 탄성층(13) 및 제4 탄성층(14)을 결합하여 탄성체(10)의 도면 부호로 도시한다.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 비아 홀(H1)을 형성하는 단계(S107) 중 홀 마스크를 형성한 상태(S1071)를 나타낸 것이다. 후술할 비아 홀(H1)을 형성하기 위해, 제4 탄성층(14)의 상면에 홀 마스크를 형성한다. 여기서 비아 홀(H1)이란 프로브 핀(30)이 형성될 위치에 탄성체(10)의 상면부터 전극부(20)의 상면까지 수직으로 관통하도록 형성된 홀(hole)을 의미한다. 홀 마스크는 제4 탄성층(14)의 상면 중 비아 홀(H1)이 형성될 위치(P)를 노출시키고 나머지 부분을 마스킹(masking)하도록 형성된다.
추가적으로, 홀 마스크는 제4 탄성층(14)의 외각의 테두리부(B1)가 드러나도록 마스킹하는 것이 바람직하다. 이는 프로브 헤드의 측면으로 전극부(20)의 일단이 노출되기 위해서 제4 탄성층(14)의 외각 부분 또한 식각되어야 하기 때문이다.
도 14는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비아 홀(H1) 형성(S1072)을 나타낸 것이다. 홀 마스크를 통해 식각(etching)함으로써 비아 홀(H1)이 형성된다. 여기서, 비아 홀(H1)은 전극부(20)의 상면이 드러나는 깊이까지 식각된다. 동시에, 도 14에 도시된 바와 같이 제4 탄성층(14)의 테두리부 또한 소정의 두께만큼 남기고 식각됨이 바람직하다.
도 15는 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 핀(30)을 형성하는 단계(S108)를 나타낸 것이다. 비아 홀(H1)에 금속을 충진시킴으로써 프로브 핀(30)이 형성된다.
도 16는 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 핀(30) 상부를 돌출시키는 단계(S109)를 나타낸 것이다. 제4 탄성층(14)의 상측을 소정의 두께로 식각하여 프로브 핀(30)의 상부를 돌출시킨다. 동시에, 제4 탄성층(14)의 테두리부가 함께 식각되어 프로브 헤드의 측면으로 전극부(20)의 일단이 노출된다.
도 17은 본 발명의 제1 실시예에 따른 홈부(isolation) 형성 단계(S110)를 나타낸 것이고, 도 18은 도 17의 일부(A)를 확대하여 나타낸 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예로서 홈부(isolation)가 형성될 수 있다. 홈부(isolation)는 프로브 핀(30) 상부를 돌출시키는 단계 이후에, 프로브 핀(30)의 외주면으로부터 소정의 폭(도 18의 d1) 이내의 상기 제4 탄성층(14)을 식각하여 상기 프로브 핀(30)의 외주면 일부를 상기 제4 탄성층(14)으로부터 이격시킴으로써 형성된다.
바람직하게, 홈부(isolation)는 탄성체(10)의 고온 플라즈마 처리(high temperature plasma treat) 후 NMP(N-methyl-2-pyrrolidinone), NMP와 TBAF(Tetrabutylammonium fluoride) 혼합물, 또는 불산 계열 용액을 통한 습식 식각(wet etching)을 통해 형성될 수 있다.
도 19는 고온 플라즈마 처리 단계를 나타낸 것이다. 제4 탄성층(14)의 상면을 고온 플라즈마 처리하게 되면 프로브 핀(30)과 인접한 모서리 부분이 변형(deform)되어 프로브 핀(30)의 외주면으로부터 이격된다.
도 20은 습식 식각 처리 단계를 나타낸 것이다. 고온 플라즈마 처리 단계에서 이격된 틈이 습식 식각(etching)을 통해 더욱 벌어지게 된다. 이를 통해 홈부(isolation)가 형성된다.
도 21은 전극부(20)에 연성 인쇄회로기판(F-PCB)을 연결하는 단계(S111)를 나타낸 것이다.
최종적으로 전극부(20)의 노출된 부분에 연성 인쇄회로기판(F-PCB)을 연결함으로써 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로브 헤드 제조가 완료된다.
이하, 도 22 내지 도 36을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 프로브 헤드의 제조 방법을 설명하도록 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 프로브 헤드는 다음의 각 단계를 포함하는 제조 방법을 통해 제조될 수 있다.
(S201) 기판 상면에 제1 전극(21)을 증착시키는 단계;
(S202) 제1 전극(21)의 상면에 제1 탄성층(11')을 적층하는 단계;
(S203) 제1 탄성층(11')의 상면에 제2 탄성층(12')을 적층하는 단계;
(S204) 제1 탄성층(11') 및 제2 탄성층(12')을 식각하여 경사면(slope)을 형성하는 단계;
(S205) 기판, 상기 경사면(slope) 및 제2 탄성층(12')의 상면에 제3 탄성층(13')을 적층하는 단계;
(S206) 제3 탄성층(13)의 상면 중, 제1 비아 홀(H1')의 위치와 테두리부를 제외한 부분을 마스킹하는 제1 비아 마스크(M1')를 형성하는 단계;
(S207) 제1 비아 마스크(M1')를 통해 제3 탄성층(13')을 식각하여 제1 전극(21)으로부터 제3 탄성층(13')의 상면까지 수직으로 관통하는 제1 비아 홀(H1')을 형성하고 제1 전극(21)의 테두리부를 노출시키는 단계;
(S208) 제1 비아 홀(H1')에 금속을 충진하여 비아 전극(31)을 형성하는 단계;
(S209) 비아 전극(31) 및 제3 탄성층(13')의 상면에 제2 전극(22)을 증착시키는 단계;
(S210) 제3 탄성층(13') 및 제2 전극(22)의 상면에 제4 탄성층(14')을 적층하는 단계;
(S211) 제4 탄성층(14')의 상면 중, 제2 비아 홀(H2')의 위치와 테두리부를 제외한 부분을 마스킹하는 제2 비아 마스크(M2')를 형성하는 단계;
(S212) 제2 비아 마스크(M2')를 통해 제4 탄성층(14')을 식각하여 제2 전극(22)으로부터 제4 탄성층(14')의 상면까지 수직으로 관통하는 제2 비아 홀(H2')을 형성하는 단계;
(S213) 제1 비아 홀(H1')에 금속을 충진하여 프로브 핀(30')을 형성하는 단계;
(S214) 제4 탄성층(14')의 상측을 소정의 두께로 식각하여 프로브 핀(30') 상부 및 제1 전극(21)의 테두리부를 돌출시키는 단계
도 22는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 전극(21)을 증착시키는 단계(S201)를 나타낸 것이다. 기판의 상면에 금속을 소정 두께로 증착시켜 제1 전극(21)이 형성된다.
도 22는 간략하게 나타낸 수직 단면도로서 제1 전극(21)이 기판 상면 전체를 덮는 것으로 도시되었지만, 이에 제한되는 것은 아니며, 프로브 핀(30')의 배치를 고려하여 다양한 형상으로 변경될 수 있다. 또한, 평면상의 제1 전극(21)의 형상은 각 프로브 핀(30')의 배치를 고려하여 변경될 수 있으며, 특정한 형상으로 제한되지 않는다.
도 23은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 탄성층(11')을 적층하는 단계(S202) 및 제2 탄성층(12')을 적층하는 단계(S203)를 나타낸 것이다.
제1 탄성층(11')은 후술할 제3 탄성층(13') 및 제4 탄성층(14')과 결합되어 탄성체(10')를 형성하기 위한 구성이다. 상세하게, 기판의 상면에 합성수지 재질을 코팅하여 제1 탄성층(11')을 적층한다. 바람직하게, 제1 탄성층(11')은 기판(Sub) 상면에 스핀 코팅(spin-coating) 방식으로 형성될 수 있다.
또한, 제1 탄성층(11')은 후술할 복수의 탄성층 중, 부착력이 가장 높은 재질이 사용됨이 바람직하다. 이에 따라, 복수의 탄성층이 적층되어 형성된 탄성체(10)가 기판과 결합이 강하게 형성되어 프로브 헤드의 내구성이 향상될 수 있다.
제1 탄성층(11')의 적층 이후, 제1 탄성층(11')의 상면에 합성수지 재질을 코팅하여 제2 탄성층(12')을 적층한다.
도 24는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 탄성층(11') 및 제2 탄성층(12')을 식각하여 경사면을 형성하는 단계(S204)를 나타낸 것이다. 상술한 바와 같이, 제2 탄성층(12')은 상측에서 하측으로 갈수록 폭이 증가하는 형상으로 구비된다. 이를 위해, 제1 탄성층(11') 및 제2 탄성층(12')을 식각하여 측면이 경사를 이루도록 한다.
바람직하게, 경사면(slope')의 내각은 80°이하로 형성될 수 있다.
도 25는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제3 탄성층(13')을 적층하는 단계(S205)를 나타낸 것이다. 제3 탄성층(13')은 상술한 제1 탄성층(11') 및 후술할 제4 탄성층(14')과 결합되어 탄성체(10')를 형성하기 위한 구성이다. 상세하게, 제1 탄성층(11'), 상기 경사면 및 제2 탄성층(12')의 상면에 합성수지를 코팅함으로써 제3 탄성층(13')이 적층된다.
제3 탄성층(13')은 제1 탄성층(11')과 동일한 재질일 수 있다. 또는, 제1 탄성층(11')과 다른 재질로 구비되되, 제2 탄성층(12')보다 열팽창 계수가 작은 재질로 구비된다.
제3 탄성층(13')이 적층됨으로써 제2 탄성층(12')이 제1 탄성층(11')과 제3 탄성층(13')의 사이에 매설된다.
이하 도면에서는, 제1 탄성층(11')과 제3 탄성층(13')을 결합하여 탄성체(10')의 도면 부호로 도시한다.
도 26은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 비아 마스크(M1')를 형성하는 단계(S206)를 나타낸 것이다. 후술할 제1 비아 홀(H1')을 형성하기 위해, 제3 탄성층(13)의 상면에 제1 비아 마스크(M1')를 형성한다. 여기서 제1 비아 홀(H1')이란 비아 전극(31)이 형성될 위치에 제3 탄성층(13')의 상면부터 제1 전극(21)의 상면까지 수직으로 관통하도록 형성된 홀(hole)을 의미한다. 제1 비아 마스크(M1')는 제3 탄성층(13')의 상면 중 제1 비아 홀(H1')이 형성될 위치를 노출시키고 나머지 부분을 마스킹(masking)하도록 형성된다.
추가적으로, 제1 비아 마스크(M1')는 제3 탄성층(13')의 외각의 테두리부가 드러나도록 마스킹하는 것이 바람직하다. 이는 프로브 헤드의 측면으로 제1 전극(21)의 일단이 노출되기 위해서 제3 탄성층(13')의 외각 부분 또한 식각되어야 하기 때문이다.
도 27은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 비아 홀(H1')을 형성하고 제1 전극(21)의 테두리부를 노출시키는 단계(S207)를 나타낸 것이다. 제1 비아 마스크(M1')를 통해 식각(etching)함으로써 제1 비아 홀(H1')이 형성된다. 여기서, 제1 비아 홀(H1')은 제1 전극(21)의 상면이 드러나는 깊이까지 식각된다. 동시에, 도 27에 도시된 바와 같이 제3 탄성층(13')의 테두리부 또한 식각되되, 제2 탄성층(12')을 둘러싸는 경사가 형성되도록 됨이 바람직하다.
도 28은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비아 전극(31)을 형성하는 단계(S208)를 나타낸 것이다. 제1 비아 홀(H1')에 금속을 충진시킴으로써 비아 전극(31)이 형성된다.
도 29는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 전극(22)을 증착시키는 단계(S209)를 나타낸 것이다. 상술한 바와 같이, 제2 전극(22)의 일단은 비아 전극(31)과 연결되는 위치에 형성되고 제2 전극(22)의 타단은 프로브 핀(30')과 연결되는 위치에 형성되도록 증착된다.
도 30은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제4 탄성층(14')을 적층하는 단계(S210)를 나타낸 것이다. 제4 탄성층(14')은 상술한 제1 탄성층(11') 및 제3 탄성층(13')과 결합되어 탄성체(10')를 형성하기 위한 구성이다. 상세하게, 제1 전극(21)의 측면 양단의 상면, 제2 전극(22)의 상면 및 제3 탄성층(13')의 상면에 소정 두께로 합성수지를 코팅함으로써 제4 탄성층(14')이 적층된다. 단, 제4 탄성층(14')은 상면이 평면을 이루도록 적층시킨다. 이는 복수의 탄성층을 반복 적층하여 달성될 수 있다.
제4 탄성층(14')은 제1 탄성층(11') 또는 제3 탄성층(13')과 동일한 재질일 수 있다. 또는, 제1 탄성층(11') 및 제3 탄성층(13')과 다른 재질로 구비되되, 제3 탄성층(13')보다 열팽창 계수가 작은 재질로 구비된다.
제4 탄성층(14')이 적층됨으로써 제2 전극(22)이 제3 탄성층(13')과 제4 탄성층(14')의 사이에 매설된다.
이하 도면에서는, 제1 탄성층(11'), 제3 탄성층(13') 및 제4 탄성층(14')을 결합하여 탄성체(10')의 도면 부호로 도시한다.
도 31은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 비아 마스크(M2')를 형성하는 단계(S211)를 나타낸 것이다. 후술할 제2 비아 홀(H2')을 형성하기 위해, 제4 탄성층(14')의 상면에 제2 비아 마스크(M2')를 형성한다. 여기서 제2 비아 홀(H2')이란 프로브 핀(30')이 형성될 위치에 제4 탄성층(14')의 상면부터 제2 전극(22)의 상면까지 수직으로 관통하도록 형성된 홀(hole)을 의미한다. 제2 비아 마스크(M2')는 제4 탄성층(14')의 상면 중 제2 비아 홀(H2')이 형성될 위치를 노출시키고 나머지 부분을 마스킹(masking)하도록 형성된다.
추가적으로, 제2 비아 마스크(M2')는 제4 탄성층(14')의 외각의 테두리부가 드러나도록 마스킹하는 것이 바람직하다. 이는 프로브 헤드의 측면으로 제1 전극(21)의 일단이 노출되기 위해서 제4 탄성층(14')의 외각 부분 또한 식각되어야 하기 때문이다.
도 32는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 비아 홀(H2')을 형성하는 단계(S212)를 나타낸 것이다. 제2 비아 마스크(M2')를 통해 식각(etching)함으로써 제2 비아 홀(H2')이 형성된다. 여기서, 제2 비아 홀(H2')은 제2 전극(22)의 상면이 드러나는 깊이까지 식각된다. 동시에, 도 32에 도시된 바와 같이 제4 탄성층(14')의 테두리부 또한 소정의 두께만큼 남기고 식각됨이 바람직하다.
도 33은 본 발명의 제2 실시예에 따른 프로브 핀(30')을 형성하는 단계(S213)를 나타낸 것이다. 제2 비아 홀(H2')에 금속을 충진시킴으로써 프로브 핀(30')이 형성된다.
도 34는 본 발명의 제2 실시예에 따른 프로브 핀(30') 상부 및 상기 제1 전극(21)의 테두리부를 돌출시키는 단계(S214)를 나타낸 것이다. 제4 탄성층(14')의 상측을 소정의 두께로 식각하여 프로브 핀(30')의 상부를 돌출시킨다. 동시에, 제4 탄성층(14')의 테두리부가 함께 식각되어 프로브 헤드의 측면으로 제1 전극(21)의 측방향 양단이 노출된다.
도 35는 본 발명의 제2 실시예에 따른 홈부(isolation) 형성 단계(S215)를 나타낸 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예로서 홈부(isolation)가 형성될 수 있다. 홈부(isolation)는 프로브 핀(30') 상부를 돌출시키는 단계 이후에, 프로브 핀(30')의 외주면으로부터 소정의 폭 이내의 상기 제4 탄성층(14')을 식각하여 상기 프로브 핀(30')의 외주면 일부를 상기 제4 탄성층(14')으로부터 이격시킴으로써 형성된다.
도 36은 본 발명의 제2 실시예에 따른 제1 전극(21)에 연성 인쇄회로기판(F-PCB)을 연결하는 단계(S216)를 나타낸 것이다.
최종적으로 제1 전극(21)의 노출된 부분에 연성 인쇄회로기판(F-PCB)을 연결함으로써 본 발명의 제2 실시예에 따른 프로브 헤드 제조가 완료된다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 상기의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
본 발명에 따르면 또한, 본 발명에 따르면 동시에 다수의 전기 장치를 검사하여 검사 요구 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 검사 대상 장치의 파손이 방지되며 프로브 헤드의 내구성이 증가한다.
나아가, 본 발명에 따른 프로브 헤드는 각 프로브 핀 간에 독립된 탄력성을 가지게 되어 검사 안정성 및 검사 신뢰도가 더욱 향상된다.

Claims (14)

  1. 기판 상면에 소정 두께로 형성되는 탄성체(10);
    상기 탄성체(10)의 내부에 매설되되 일단(201)은 상기 탄성체(10)의 측면보다 돌출되는 전극부(20);
    일단은 상기 전극부(20)의 타단(203)과 연결되고 타단은 상기 탄성체(10)를 관통하여 상기 탄성체(10)의 상측으로 돌출되는 프로브 핀(30); 및
    상기 탄성체(10)의 내부에 매설되되 상기 전극부(20)의 타단(203)의 하측 방향에 위치되는 제2 탄성층(12);을 포함하며,
    상기 탄성체(10)는,
    상기 제2 탄성층(12)보다 열팽창 계수가 작은 재질인 것을 특징으로 하는 프로브 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 탄성층(12)은,
    상측에서 하측으로 갈수록 폭이 증가하는 형상인 것을 특징으로 하는 프로브 헤드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극부(20)의 상기 타단(203)의 높이는 상기 일단(201)의 높이보다 높은 곳에 위치되며,
    상기 전극부(20)의 상기 일단(201)과 상기 타단(203) 사이에는 상기 일단(201)에서 상기 타단(203)으로 갈수록 높이가 증가하는 경사부(202)가 형성되는 것을 특징으로 하는 프로브 헤드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄성체(10)는,
    상기 프로브 핀(30)의 외주면으로부터 소정의 폭으로 이격되는 홈부(isolation)가 형성되는 것을 특징으로 하는 프로브 헤드.
  5. 기판 상면에 소정 두께로 형성되는 탄성체(10');
    기판 상면에 형성되고 상기 탄성체(10')의 하측에 위치하며 측방향의 양단은 상기 탄성체(10')의 측면보다 돌출되는 제1 전극(21);
    상기 탄성체(10')의 내부에 매설되고 상기 제1 전극(21)의 상측에 위치되는 제2 전극(22);
    상기 제2 전극(22)의 일단으로부터 상기 탄성체(10') 내부를 수직으로 관통하여 상기 제1 전극(21)의 상면과 전기적으로 연결되는 비아 전극(31);
    일단은 상기 제2 전극(22)의 타단과 연결되고 타단은 상기 탄성체(10')를 관통하여 상기 탄성체(10')의 상측으로 돌출되는 프로브 핀(30'); 및
    상기 탄성체(10')의 내부에 매설되되 상기 제1 전극(21)의 상측 방향 및 상기 제2 전극(22)의 하측 방향에 위치되는 제2 탄성층(12');을 포함하며,
    상기 탄성체(10')는,
    상기 제2 탄성층(12')보다 열팽창 계수가 작은 재질인 것을 특징으로 하는 프로브 헤드.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 탄성층(12')은,
    상측에서 하측으로 갈수록 폭이 증가하는 형상인 것을 특징으로 하는 프로브 헤드.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 비아 전극(31)은,
    상기 제2 탄성층(12')을 상하로 관통하는 것을 특징으로 하는 프로브 헤드.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 탄성체(10')는,
    상기 프로브 핀(30')의 외주면으로부터 소정의 폭으로 이격되어 홈부(isolation)가 형성되는 것을 특징으로 하는 프로브 헤드.
  9. 기판 상면에 제1 탄성층(11)을 적층하는 단계;
    상기 제1 탄성층(11)의 상면에 제2 탄성층(12)을 적층하는 단계;
    상기 제1 탄성층(11) 및 상기 제2 탄성층(12)을 식각하여 경사면(slope)을 형성하는 단계;
    상기 기판, 상기 경사면(slope) 및 상기 제2 탄성층(12)의 상면에 제3 탄성층(13)을 적층하는 단계;
    상기 제3 탄성층(13)의 상면에 금속을 증착시켜 전극부(20)를 형성하는 단계;
    상기 전극부(20) 및 상기 제3 탄성층(13)의 상면에 제4 탄성층(14)을 적층하는 단계;
    상기 제4 탄성층(14)의 상면에 홀 마스크를 형성하고 상기 전극부(20)의 상면까지 식각하여 비아 홀(H1)을 형성하는 단계;
    상기 비아 홀(H1)에 금속을 충진시켜 프로브 핀(30)을 형성하는 단계;
    상기 제4 탄성층(14)의 상측을 소정의 두께로 식각하여 상기 프로브 핀(30) 상부를 돌출시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 헤드의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 탄성층(11)은,
    상기 제2 탄성층(12)보다 열팽창 계수가 낮은 재질인 것을 특징으로 하는 프로브 헤드의 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 프로브 핀(30) 상부를 돌출시키는 단계 이후에,
    상기 프로브 핀(30)의 외주면으로부터 소정의 폭 이내의 상기 제4 탄성층(14)을 식각하여 상기 프로브 핀(30)의 외주면 일부를 상기 제4 탄성층(14)으로부터 이격시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 헤드의 제조 방법.
  12. 기판 상면에 제1 전극(21)을 증착시키는 단계;
    상기 제1 전극(21)의 상면에 제1 탄성층(11')을 적층하는 단계;
    상기 제1 탄성층(11')의 상면에 제2 탄성층(12')을 적층하는 단계;
    상기 제1 탄성층(11') 및 상기 제2 탄성층(12')을 식각하여 경사면(slope')을 형성하는 단계;
    상기 기판, 상기 경사면(slope') 및 상기 제2 탄성층(12')의 상면에 제3 탄성층(13')을 적층하는 단계;
    상기 제3 탄성층(13')의 상면 중, 제1 비아 홀(H1')의 위치와 테두리부를 제외한 부분을 마스킹하는 제1 비아 마스크(M1')를 형성하는 단계;
    상기 제1 비아 마스크(M1')를 통해 상기 제3 탄성층(13')을 식각하여 상기 제1 전극(21)으로부터 상기 제3 탄성층(13')의 상면까지 수직으로 관통하는 제1 비아 홀(H1')을 형성하고 상기 제1 전극(21)의 테두리부를 노출시키는 단계;
    상기 제1 비아 홀(H1')에 금속을 충진하여 비아 전극(31)을 형성하는 단계;
    상기 비아 전극(31) 및 상기 제3 탄성층(13')의 상면에 제2 전극(22)을 증착시키는 단계;
    상기 제3 탄성층(13') 및 상기 제2 전극(22)의 상면에 제4 탄성층(14')을 적층하는 단계;
    상기 제4 탄성층(14')의 상면 중, 제2 비아 홀(H2')의 위치와 테두리부를 제외한 부분을 마스킹하는 제2 비아 마스크(M2')를 형성하는 단계;
    상기 제2 비아 마스크(M2')를 통해 상기 제4 탄성층(14')을 식각하여 상기 제2 전극(22)으로부터 상기 제4 탄성층(14')의 상면까지 수직으로 관통하는 제2 비아 홀(H2')을 형성하는 단계;
    상기 제1 비아 홀(H1')에 금속을 충진하여 프로브 핀(30')을 형성하는 단계;
    상기 제4 탄성층(14')의 상측을 소정의 두께로 식각하여 상기 프로브 핀(30') 상부 및 상기 제1 전극(21)의 테두리부를 돌출시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 헤드의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 탄성층(11')은,
    상기 제2 탄성층(12')보다 열팽창 계수가 낮은 재질인 것을 특징으로 하는 프로브 헤드의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 프로브 핀(30') 상부를 돌출시키는 단계 이후에,
    상기 프로브 핀(30')의 외주면으로부터 소정의 폭 이내의 상기 제4 탄성층(14')을 식각하여 상기 프로브 핀(30')의 외주면 일부를 상기 제4 탄성층(14')으로부터 이격시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 헤드의 제조 방법.
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