KR100865770B1

KR100865770B1 - 반도체 웨이퍼 검사용 프로브 카드

Info

Publication number: KR100865770B1
Application number: KR1020080000788A
Authority: KR
Inventors: 이석행
Original assignee: 이석행
Priority date: 2008-01-03
Filing date: 2008-01-03
Publication date: 2008-10-28

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 검사용 프로브 카드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탐침니들의 상단부가 인쇄회로기판의 패드에 직접 접촉 하므로서 접속 불량이 발생할 우려가 적고 전력 소모가 적으며, 인쇄회로기판과 세라믹기판 및 세라믹블럭의 평탄도 조절이 용이하고, 나아가 전체적으로 분해 및 결합이 용이한 구조를 갖는 프로브 카드에 관한 것이다.

웨이퍼, 프로브 카드, 탐침니들

Description

반도체 웨이퍼 검사용 프로브 카드{Probe card for inspecting semiconductor wafer}

잘 알려진 바와 같이, 프로브 카드(Probe card)는 반도체 제조공정 중에서 웨이퍼(Wafer)상에 구성된 개별 칩(Chip)의 전기적 특성을 검사하는데 사용되는 소모성 장비이다. 종래에도 여러가지 형태의 프로브 카드가 개발, 사용되고 있는데, 대체로 인쇄회로기판(PCB)에 다수개의 탐침니들(Probe needle)이 설치된 구조로 이루어지며, 상기 탐침니들이 각각 웨이퍼 상에 설치된 칩 패드(Chip pad)에 접촉하여 각 칩의 회로상태나 특성을 검사하게 된다.

예컨대 본 출원인은 국내 특허공개 제2006-80635호(공개일자 ; 2006년 7월 10일)에서 반도체 소자 검침용 프로브 카드를 소개한 바 있다. 상기 공개특허에 개시된 프로브 카드는 나란히 적층된 인쇄회로기판 및 세라믹 기판과, 상기 인쇄회로기판과 세라믹 기판에 설치된 포고핀(Pogo pin), 상기 세라믹 기판의 하부에 설치되는 세라믹 블럭과 지지블럭 및 세라믹 바, 상기 세라믹 바에 설치되는 다수개의 탐침니들, 상기 세라믹 바아를 고정시켜 주는 하우징과 그 보강 구조물 등으로 구성되고, 상기 탐침니들의 상단은 세라믹 블럭에 설치된 통전구를 통해서 상기 포고핀에 연결된다.

상기 프로브 카드는 각 탐침니들의 하단부, 즉 웨이퍼 접촉단이 웨이퍼 상의 칩 패드에 접촉할 때 각 니들의 탄성 변위가 가능하기 때문에 상기 칩 패드의 손상을 방지함은 물론, 각 탐침니들의 수명을 연장시켜 주는 효과가 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 프로브 카드는 각 탐침니들이 통전구 및 포고핀(Pogo pin)을 통해서 인쇄회로기판에 연결되기 때문에 전기적인 접속 불량이 발생할 우려가 있고 전력 소모가 많으며, 전체적인 구성부품들이 다소 복잡하게 결합되어 있어서 분해 및 결합이 난해한 등 개선의 여지가 남아 있었다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따른 프로브 카드는 상면에 스위치가 설치되고, 수평키 관통공이 형성된 원판형 인쇄회로기판과; 상기 인쇄회로기판의 상면에 부착되는 고리형 판체로서, 상기 스위치가 노출되는 스위치 노출공과 하기 세라믹기판의 수평을 잡아주는 기판수평키가 설치된 상부보강판과; 상기 상부보강판의 중앙 부분에 들어앉는 원형 판체로서, 상기 인쇄회로기판의 수평을 잡아주는 피씨비 수평키와 하기 세라믹블럭이 휘지 않도록 지지해 주는 블럭수평키가 설치된 센터보강판과; 상기 상부보강판과 센터보강판을 덮는 원형 판체로서, 스위치 노출공과 수평키 노출공이 형성되어 있고, 상면에는 손잡이가 부착된 덮개판과; 상기 인쇄회로기판의 하면에 부착되는 고리형 판체로서, 중앙 부분에는 안쪽 테두리가 계단구조로 형성된 블럭수용부를 갖는 세라믹기판과; 상기 블럭수용부에 나란히 고정되는 사각봉체로서, 양쪽 대향면을 따라 세로 방향으로 촘촘히 슬릿이 형성된 막대형 세라믹블럭과; 상기 세라믹기판을 둘러싸는 고리형 판체로서, 인쇄회로기판의 하면에 부착되며, 판스프링을 통해서 세라믹기판을 지지하는 하부보강판과; 상기 세라믹블럭의 슬릿에 고정되어 상단부가 인쇄회로기판의 패드에 직접 접촉하는 탐침니들; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 프로브 카드는 탐침니들의 상단부, 즉 피씨비 접촉단이 인쇄회로기판의 패드에 직접 접촉 하므로서 접속 불량이 발생할 우려가 적고, 전력소모가 적으며, 나아가 전체적으로 분해 및 결합이 용이한 구조를 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 프로브 카드는 인쇄회로기판과 세라믹기판 및 세라믹블럭의 평탄도 조절과 세라믹 기판의 유격 조절이 매우 용이하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 프로브 카드(Probe card)에 대한 구조를 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 상기 프로브 카드의 분해 사시도를 나타낸 것이고, 도 2는 결합 단면도이며, 도 3은 저면도이다.

본 발명에 따른 프로브 카드는 인쇄회로기판(10)을 중심으로 하여 상부에는 상부보강판(20)과 센터보강판(30) 및 덮개판(40)이 차례로 적층되고, 하부로는 세라믹기판(50)과 세라믹블럭(60) 및 하부보강판(70)이 차례로 적층되며, 상기 세라믹블럭(60)에는 탐침니들(80)이 촘촘하게 설치된 구조로 이루어진다.

먼저 인쇄회로기판(10)은 탐침니들(80)을 통하여 웨이퍼(도시하지 않음)의 칩패드로 연결되는 통전회로를 구성하며, 인쇄회로기판(10)의 상면에는 프로브 카드의 종류와 제조업체를 선택하는 스위치(11)가 설치된다. 그리고, 인쇄회로기판(10)에는 다수개의 수평키 관통공(12,14)이 형성되어 있다.

상부보강판(20)는 고정나사(17)에 의해서 인쇄회로기판(10)의 상면에 부착되는 고리형 판체로서, 인쇄회로기판(10)을 물리적으로 지지해 주는 기능을 하며, 스위치 노출공(21)과 기판수평키(22)가 설치된다. 스위치 노출공(21)은 상기 스위치(11)를 위로 노출시키는 기능을 하며, 기판수평키(22)는 세라믹기판(50)의 수평을 조절하는 기능을 한다. 상기 기판수평키(22)의 하단에는 접촉볼(23)이 구비되어 있어서 인쇄회로기판(10)의 수평키 관통공(12)을 관통하여 접촉볼(23)을 통해서 세라믹기판(50)의 상면에 접촉된다. 상기 상부보강판(20)은 바람직하기로는 알루미늄 재질로 이루어지며, 바깥둘레에는 사방으로 확장된 보강팔(25)이 돌출되어 있다.

센터보강판(30)은 상부보강판(20)의 중앙에 안치되는 원판형으로서, 인쇄회로기판(10)을 물리적으로 지지해 주는 기능을 하며, 피씨비 수평키(33)와 블럭수평키(34)가 설치되어 있다. 상기 피씨비 수평키(33)는 센터보강판(30)을 관통하여 접촉볼을 통해서 인쇄회로기판(10)의 상면에 접촉하며, 블럭수평키(34)는 인쇄회로기판(10)에 형성된 수평키 관통공(14)을 통과하여 접촉볼을 통해서 세라믹블럭(60)의 상면에 접촉한다. 그리고, 상기 피씨비 수평키(33)는 센터보강판(30)의 중심 부위에 X자 방향, 또는 방사형으로 배치하고, 블럭수평키(34)는 센터보강판(30)을 가로지르는 지름방향으로 한줄로 배치하는 것이 바람직하다.

덮개판(40)은 최상층으로서, 상기 상부보강판(20)과 센터보강판(30)을 덮어 보호하는 기능을 하며, 그 상면에는 두개의 손잡이(45)가 설치된다. 그리고, 덮개판(40)에는 스위치 노출공(41)과 수평키 노출공(42,43,44)이 형성되어 있어서, 스위치 노출공(41)을 통해서 스위치(11)가 작동가능하게 노출되고, 수평키 노출공(42,43,44)를 통해서 기판수평키(22)와 피씨비 수평키(33) 및 블럭수평키(34)의 머리부위가 각각 덮개판(40) 위로 노출된다. 상기 상부보강판(20)은 고정나사(47)에 의해서 덮개판(40)과 결합하고, 센터보강판(30)은 고정나사(48)에 의해서 덮개판(40)과 결합한다.

한편, 세라믹기판(50)은 상기 인쇄회로기판(10)의 하면에 부착되는 고리형 판체로서, 그 중심부에는 안쪽 테두리가 계단형으로 이루어진 공간부, 즉 블럭수용부(55)가 형성되어 있다.

세라믹블럭(60)은 사각막대 형상으로서, 고정나사(도시하지 않음)에 의해서 상기 블럭수용부(55)에 나란히 고정된다. 이들 세라믹블럭(60)에는 양쪽 대향면에 각각 세로 방향으로 슬릿(Slit)이 촘촘히 형성되어 있고, 양단에는 상기 블럭수용부(55)에 걸쳐지는 단턱이 형성되어 있다. 세라믹블럭(60)은 계단형 블럭수용부(55)의 형태에 따라 길이가 서로 다른 4 ~ 5종으로 구성된다.

하부보강판(70)는 인쇄회로기판(10)의 하면에 적층되는데 고정나사(77)에 의해서 인쇄회로기판(10)을 관통하여 상부보강판(20)에 결합되며 인쇄회로기판(10)과 세라믹기판(50)을 지지하는 기능을 한다. 하부보강판(70)은 세라믹기판(50)을 둘러싸도록 배치되며, 세라믹기판(50)의 바깥둘레와 하부보강판(70)의 안쪽둘레 사이에 는 고정나사(78)에 의해서 판스프링(75)이 체결된다. 그리고, 하부보강판(70)의 바깥둘레에는 세라믹기판(50)의 유격을 조절하는 기판유격 조절키(72)가 설치된다. 상기 기판유격 조절키(72)는 하부보강판(70)을 가로방향으로 관통하여 세라믹기판(50)의 바깥둘레에 접촉한다.

마지막으로 탐침니들(80)은 상기 세라믹블럭(60)의 슬릿에 고정되어 상단부(81)는 인쇄회로기판(10)의 패드에 직접 접촉되고, 하단부(82)는 웨이퍼(도시하지 않음)의 칩패드에 접촉한다.

이하, 본 발명의 프로브 카드에 대한 조립방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 세로방향으로 촘촘하게 슬릿(Slit)이 형성되어 있는 사각막대 형상의 세라믹블럭(60)을 준비하고, 상기 슬릿에다 각각 탐침니들(80)을 하나씩 삽입한 다음, 상기 슬릿에 실리콘 또는 에폭시를 도포하여 탐침니들(80)을 고정시킨다.

다음으로 고정나사(도시하지 않음)를 이용하여 세라믹기판(50)의 블럭수용부(55)에 상기 세라믹블럭(60)을 차례로 결합하고, 각 탐침니들(80)의 상단부(81), 즉 피씨비 접촉단을 정렬한다. 이때, 세라믹기판(50) 위로 돌출되는 탐침니들(80)의 높이는 80 ㎛ 정도인 것이 적당하다. 그리고, 상기 블럭수용부(55)는 세라믹기판(50)의 가장자리를 따라 계단식으로 구성되어 있어서 중심부에는 길이가 긴 세라믹블럭(60)을 설치하고, 양쪽 바깥쪽으로 갈수록 짧은 세라믹블럭(60)을 설치한다. 세라믹기판(50)에 설치되는 세라믹블럭(60)의 갯수는 10 ~ 30개인 것이 적당하다.

또한, 탐침니들(80)의 갯수는 프로브 카드를 사용할 웨이퍼(Wafer)의 직경에 따라 달라지는데, 예컨대, 상기 웨이퍼의 직경이 8 인치인 경우에는 탐침니들(80)의 갯수가 총 5,000 ~ 7,000개인 것이 적당하고, 상기 웨이퍼의 직경이 12 인치인 경우에는 총 9,000 ~ 12,000개인 것이 적당하다.

한편, 인쇄회로기판(10)은 회로 패턴 위에 도전성 물질이 도포되고, 다수개의 수평키 관통공(12,14) 천공된 상태로 제공된다. 그래서 먼저 인쇄회로기판(10)의 평탄도와 수평키 관통공(12,14) 등을 확인하고, 그 상면에 스위치(11)와 콘덴서(도시하지 않음) 등 구성부품을 부착한다. 그리고, 인쇄회로기판(10)의 상면에는 상부보강판(20)을 위치시키고, 하면에는 하부보강판(70)을 위치시킨 다음, 고정나사(77)를 체결하여 인쇄회로기판(10)과 상부보강판(20) 및 하부보강판(70)을 하나로 결합한다. 또한, 상부보강판(20)에는 기판수평키(22)를 체결하고, 하부보강판(70)에는 기판유격키(72)을 체결한다. 이때, 상기 스위치(11)는 스위치 노출공(21)을 통해서 노출되도록 배치하고, 기판수평키(22)는 수평키관통공(12)을 관통하도록 배치한다.

다음으로 하부보강판(70)의 중앙부위에 세라믹블럭(60)이 결합된 세라믹기판(50)을 위치시키고, 각 탐침니들(80)의 상단부(81)가 피씨비 패드에 잘 접촉되는지 확인한 다음, 판스프링(75)을 하부보강판(70)에 고정나사(78)로 고정한다. 이렇게 하면, 판스프링(75)에 의해서 세라믹기판(50)이 하부보강판(70)에 결합된다.

한편, 센터보강판(30)에 피시비 수평키(33)와 블럭수평키(34)를 설치하고, 덮개판(40) 상면에는 손잡이(45)를 부착한 다음, 고정나사(48)을 이용하여 덮개판(40) 하면에 상기 센터보강판(30)을 결합한다. 이때, 피씨비 수평키(33)와 블럭 수평키(34)는 그 머리부위가 덮개판(40)의 수평키 노출공(43,44)을 통해서 각각 노출되도록 배치한다.

다음으로 상기 센터보강판(30)과 덮개판(40)을 상부보강판(20) 위에 올려 놓고, 덮개판(40) 위에서 고정나사(47)를 체결한다. 이렇게 하면, 센터보강판(30)은 상부보강판(20)의 중앙부위에 들어 않고, 기판수평키(22)의 머리부위는 수평키 노출공(42)을 통해서 노출된다. 그리고, 피씨비 수평기(33)의 하단은 인쇄회로기판(10)의 상면에 접촉하고, 블럭수평키(34)의 하단은 수평키 관통공(14)을 통과하여 세라믹블럭(60)의 상면에 접촉한다.

마지막으로 탐침니들(80)의 하단부(82), 즉 웨이퍼 접촉단에 대한 라운딩(Rounding) 작업을 실시하고, 평탄도 및 정렬작업을 실시한다. 여기서 라운딩 작업이란, 웨이퍼 패드에 대한 탐침니들(80)의 접촉 에러를 줄이기 위하여 웨이퍼 접촉단의 크기를 직경 6 ~ 8 ㎛ 정도의 원형으로 뾰족하게 가공하는 것을 말한다. 라운딩 작업을 하지 않은 웨이퍼 접촉단은 통상 크기가 50 X 50 ㎛ 정도인 사각형 형태로 제공된다.

본 발명에 따른 프로브 카드는 고정나사(47)만 풀면, 센터보강판(30)과 덮개판(40)이 바로 분리되어 인쇄회로기판(10)의 상면이 그대로 노출된다. 따라서 인쇄회로기판(10)과 탐침니들(80)의 접촉불량은 물론, 탐침니들(80)이 인접한 니들 끼리 접촉된 상태, 즉 쇼트(Short) 여부를 손쉽게 점검할 수 있다. 또한, 고정나사(78)를 풀면, 세라믹기판(50)과 세라믹블럭(60)이 바로 분리되어 인쇄회로기 판(10)의 하면이 그대로 노출된다. 따라서, 탐침니들(80)의 피씨비 접촉단(82)을 용이하게 재정렬하고, 인쇄회로기판(10)의 접촉상태도 손쉽게 점검할 수 있다.

또한, 기판수평키(22)와 피씨비 수평키(33) 및 블럭수평키(34)가 모두 덮개판(40)의 수평키 노출공(42,43,44)으로 노출되어 있어서 인쇄회로기판(10)과 세라믹기판(50) 및 세라믹블럭(60)의 평탄도를 용이하게 조절할 수 있다. 그리고, 기판유격키(72)를 이용하여 세라믹기판(50)의 좌우 위치를 용이하게 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 프로브 카드의 분리사시도,

도 2는 본 발명에 따른 프로브 카드의 결합단면도,

도 3은 본 발명에 따른 프로브 카드의 저면도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 ; 인쇄회로기판 11 ; 스위치

12,14 ; 수평키 관통공 17,47,48,77,78 ; 고정나사

20 ; 상부보강판 21,41 ; 스위치 노출공

22 ; 기판수평키 30 ; 센터보강판

33 ; 피씨비 수평키 34 ; 블럭수평키

40 ; 덮개판 42,43,44 ; 수평키 노출공

45 ; 손잡이 50 ; 세라믹기판

55 ; 블럭수용부 60 ; 세라믹블럭

70 ; 하부보강판 72 ; 기판유격 조절키

75 ; 판스프링 80 ; 탐침니들

Claims

상면에 스위치(11)가 설치되고, 수평키 관통공(12,14)이 형성된 원판형 인쇄회로기판(10)과;

상기 인쇄회로기판(10)의 상면에 부착되는 고리형 판체로서, 상기 스위치(11)가 노출되는 스위치 노출공(21)과 하기 세라믹기판(50)의 수평을 잡아주는 기판수평키(22)가 설치되고, 바깥둘레에는 사방으로 확장되어 인쇄회로기판(10)을 지지하는 보강팔(25)이 구비된 상부보강판(20)과;

상기 상부보강판(20)의 중앙 부분에 들어앉는 원형 판체로서, 상기 인쇄회로기판(10)의 수평을 잡아주는 피씨비 수평키(33)와 하기 세라믹블럭(60)이 휘지 않도록 지지해 주는 블럭수평키(34)가 설치된 센터보강판(30)과;

상기 상부보강판(20)과 센터보강판(30)을 덮는 원형 판체로서, 스위치 노출공(41)과 수평키 노출공(42,43,44)이 형성되어 있고, 상면에는 손잡이(45)가 부착된 덮개판(40)과;

상기 인쇄회로기판(10)의 하면에 부착되는 고리형 판체로서, 중앙 부분에는 안쪽 테두리가 계단구조로 형성된 블럭수용부(55)를 갖는 세라믹기판(50)과;

상기 블럭수용부(55)에 나란히 고정되는 사각봉체로서, 양쪽 대향면을 따라 세로 방향으로 촘촘히 슬릿이 형성된 막대형 세라믹블럭(60)과;

상기 세라믹기판(50)을 둘러싸는 고리형 판체로서, 인쇄회로기판(10)의 하면에 부착되며, 판스프링(75)을 통해서 세라믹기판(50)을 지지하는 하부보강판(70)과;

상기 세라믹블럭(60)의 슬릿에 고정되어 상단부(81)가 인쇄회로기판(10)의 패드(Pad)에 직접 접촉되는 탐침니들(80); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사용 프로브 카드.
삭제
제1항에 있어서, 상기 피씨비 수평키(33)는 센터보강판(30)의 중심 부위에 X자 방향으로 배치되고, 블럭수평키(34)는 센터보강판(30)을 가로지르는 지름방향으로 한줄로 배치된 것을 특징으로 하는 검사용 프로브 카드.
제1항에 있어서, 상기 하부보강판(70)의 바깥둘레에는 하부보강판(70)을 가로방향으로 관통하여 세라믹기판(50)의 바깥둘레에 접촉하는 기판유격 조절키(72)가 설치된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 검사용 프로브 카드.