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KR101704188B1 - 와이어 프로브를 구비한 프로브 카드 - Google Patents

와이어 프로브를 구비한 프로브 카드 Download PDF

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KR101704188B1
KR101704188B1 KR1020150057402A KR20150057402A KR101704188B1 KR 101704188 B1 KR101704188 B1 KR 101704188B1 KR 1020150057402 A KR1020150057402 A KR 1020150057402A KR 20150057402 A KR20150057402 A KR 20150057402A KR 101704188 B1 KR101704188 B1 KR 101704188B1
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Abstract

본 발명은 반도체 직접회로의 전기적 특성을 검사하는 프로브 카드(probe card)에 관한 것이다. 본 발명은; 공간변형기와 전기적으로 연결되어 있으며, 테스터와 전기적 연결을 할 수 있도록 표면에 테스터 전극이 형성되어 있는 회로기판과; 회로기판과 프로브를 전기적으로 연결하며, 프로브가 접촉되어 전기적 신호를 전달할 수 있는 프로브 전극이 표면에 형성되어 있는 공간변형기와; 플레이트의 넓은 면이 시험체와 마주보게 되며, 프로브가 삽입 설치되는 복수의 프로브 홀이 형성되어 있는 제1 가이드 플레이트와; 상기 공간변형기와 상기 제1 가이드 플레이트 사이에 위치하며, 프로브가 삽입 설치되는 복수의 프로브 홀이 형성되어 있는 제2 가이드 플레이트와; 상기 제1 가이드 플레이트와 상기 제2 가이드 플레이트 사이에 위치하며, 상기 제1 가이드 플레이트와 서로 평행하게 위치하며, 프로브가 삽입 설치되는 복수의 중간 홀이 형성되어 있는 1매 이상의 중간 플레이트와; 전체가 동일한 굵기를 가지는 긴 와이어 형태를 가지며, 상기 프로브 홀과 상기 중간 홀에 공통으로 삽입 설치되며, 일단이 상기 공간변형기의 프로브 전극에 접촉되어 전기적으로 연결되며, 타단은 시험체의 표면에 접촉되는 복수의 와이어 프로브를 포함하여 구성되며; 상기 복수의 프로브 중 적어도 하나 이상에 있어서, 프로브의 측면 일측이 상기 중간 플레이트에 형성된 중간 홀의 내벽 일측에 밀착되어 있으며, 상기 프로브가 자체 중력에 의해서는 상기 제1 가이드 플레이트에 형성된 가이드 홀을 빠져 나오지 않는 것을 특징으로 하는 프로브 카드(probe card)를 제공한다. 상기와 같은 본 발명에 따르면, 프로브의 동작특성이 매우 균일하며, 고장난 프로브를 손쉽게 교체할 수 있다.

Description

와이어 프로브를 구비한 프로브 카드 {Probe Card with Wire Probes}
본 발명은 반도체 직접회로의 전기적 특성을 검사하는 프로브 카드(probe card)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프로브 카드를 구성하는 프로브의 동작 균일성을 향상시킬 수 있으며, 고장난 프로브를 손쉽게 교체할 수 있는 기술에 관한 것이다. 본 기술은 반도에 패키지 PCB의 전기적 특성을 검사하는 전기검사 지그(jig) 등에도 동일하게 사용될 수 있다.
프로브 카드는 반도체 직접회로, 반도체 패키지 PCB 등의 전자소자(electric device)가 정확한 사양으로 제조되었는지 검사(test)하기 위해, 전자소자에 접촉되어 전기적 연결을 형성하는 장치이다. 시험체가 되는 전자소자에 프로브 카드에 있는 프로브가 접촉되어서, 시험체와 테스터가 전기적으로 연결된다. 프로브 카드에 구비된 프로브의 한 쪽 끝은 시험체에 접촉하게 되고, 다른 한 쪽 끝은 공간변형기에 접촉되며, 공간변형기는 회로기판을 통해서 프로브 카드의 외부에 있는 테스터까지 전기적으로 연결된다. 프로브 카드가 시험체에 밀착되면, 프로브는 시험체와 공간변형기 사이에서 양쪽 끝이 눌리게 된다. 프로브의 양쪽 끝은 시험체와 공간변형기에 형성된 전극에 각각 접촉하게 되며, 시험체와 공간변형기가 프로브를 통하여 전기적으로 연결되게 된다. 프로브를 통해서 전달되는 전기적 신호는 공간변형기와 회로기판을 통해서 테스터에 전달된다.
전기적으로 공간변형기와 연결되어 있으며, 공간변형기로부터 받은 전기적 신호를 테스터에 전달하는 역할을 하며, 테스터와 전기적 연결을 할 수 있도록 표면에 테스터 전극이 형성되어 있는 회로기판과; 상기 회로기판과 프로브 사이에 위치하여 회로기판과 프로브를 전기적으로 연결하며, 프로브가 접촉되어 전기적 신호를 전달할 수 있는 프로브 전극이 표면에 형성되어 있는 공간변형기와; 긴 막대의 형태를 가지며, 중간 부분이 벤딩되면서 길이 방향으로 신축할 수 있으며, 일단은 상기 공간변형기의 프로브 전극에 전기적으로 연결되며, 타단은 시험체의 표면에 접촉되어 공간변형기와 시험체를 전기적으로 연결하게 되는 복수의 프로브와; 한 쪽 면이 시험체와 마주보며, 상기 프로브의 일단이 삽입 설치되는 프로브 홀이 형성된 제1 가이드 플레이트와; 한 쪽 면이 상기 공간 변형기와 마주보며, 상기 제1 가이드 플레이트와 평행하게 위치하며, 프로브의 타단이 삽입 설치되는 프로브 홀이 형성된 제2 가이드 플레이트로 기존의 프로브 카드가 구성된다.
제1 가이드 플레이트의 프로브 홀에 삽입된 프로브는 시험체와 마주보는 면으로 프로브의 일단이 돌출되어 있어서 시험체의 표면에 형성된 전극과 접촉할 수 있게 된다. 그리고 제2 가이드 플레이트의 프로브 홀에 삽입된 프로브는 공간변형기와 마주보는 면으로 프로브의 일단이 돌출되어 있어서 공간변형기의 표면에 형성된 프로브 전극과 접촉할 수 있게 된다.
기존의 프로브를 제작하는 방법은 직선형태의 와이어를 일정한 길이로 자른 후에 중간 부분을 프레스 가공하여 얇고 넓은 부분을 형성한다. 이렇게 얇게 형성된 중간 부분은 다른 부분에 비해서 벤딩되기 쉬워서 스프링의 역할을 하게 되며, 동시에 폭이 넓은 형상을 가짐으로 인해서 작은 프로브 홀을 통과하지 못하고 걸리는 역할도 하게 된다. 그런데, 프로브의 가운데 부분을 프레스 가공할 때, 그 위치가 정확하지 않으면 중간의 스프링 부분을 경계로 하는 양쪽 부분의 길이가 균일하지 않게 되어 프로브의 형상이 서로 차이 나게 된다. 이러한 프레스 가공의 위치 오차는 수um 이하로 관리되어야 하나 실질적인 제조 공정에서 이 같은 정밀도를 유지하는 것은 매우 어려우며, 따라서 프로브의 가공 수율이 매우 낮고, 가공된 프로브의 균일성이 떨어지는 단점이 있다. 이 같은 프로브의 균일성 저하는 프로브 카드에서 프로브의 동작 특성의 불균일로 이어져서 프로브 카드의 성능이 떨어지는 결과를 초래한다.
기존의 프로브 카드에서는 제1 가이드 플레이트에 형성된 프로브 홀의 내경은 프로브의 굵은 부분의 직경보다 작게 형성되어 있어서, 프로브에서 스프링 역할을 하는 폭이 넓은 부분이 프로브 홀에 걸리게 되며, 프로브가 가이드 플레이트를 통과하여 빠져나가지 못하게 된다. 그리고 반대쪽으로는 제2 가이드 플레이트와 평행하게 공간변형기가 조립되므로, 공간변형기에 의해 프로브는 제2 가이드 플레이트에 형성된 프로브 홀을 빠져 나올 수 없게 된다. 프로브 카드가 조립된 상태에서는 프로브가 빠져 나올 수 없으므로, 고장난 프로브를 교체해야 할 경우에는 가이드 플레이트와 공간변형기를 분리해서, 큰 내경을 갖는 공간변형기 쪽의 프로브 홀 입구를 통하여 프로브를 분리해 내고, 새로운 프로브를 삽입한 후에 가이드 플레이트와 공간변형기를 다시 조립해야만 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 프레스 가공없이 간단한 형태로 제작된 프로브를 채용함으로써, 프로브의 동작특성이 매우 균일한 프로브 카드를 제공함에 있다. 또한 가이드 플레이트를 분리하지 않은 상태에서, 고장난 프로브를 교체할 수 있는 프로브 카드의 구조를 제시함에 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 전체가 균일한 두께를 갖는 와이어 프로브를 이용한다. 그리고 기존의 두 장의 가이드 플레이트 사이에 중간(middle) 플레이트를 구비한다. 미들 플레이트에는 프로브가 관통하여 삽입되는 중간 홀이 형성되며, 프로브 카드가 조립된 상태에서도 미들 플레이트는 수평으로 이동 가능하도록 구성된다. 와이어 프로브는 가이드 플레이트들과 상기 미들 플레이트에 공통으로 삽입되어 설치되는데, 와이어 프로브가 삽입된 상태에서 중간 플레이트를 수평으로 이동하면 와이어 프로브의 측면이 중간 플레이트의 중간 홀 내벽 일측에 밀착된다. 중간 플레이트의 이동으로 인해서, 프로브의 중간 부분은 중간 홀의 내벽에 밀착되며, 프로브의 양 끝 부분의 측면은 가이드 플레이트에 형성된 프로브 홀의 내벽에 반대 방향으로 밀착되면서 프로브의 위치가 고정된다.
이 상태에서 중간 플레이트를 수평방향으로 좀 더 밀어주면, 중간 홀이 닿게 되는 프로브의 중간 부분이 휘면서 프로브는 벤딩을 하게 된다. 이렇게 프로브가 조금 휜 상태는 프로브가 탄성 변형된 상태로서, 프로브의 탄성 복원력에 의해 프로브의 측면이 중간 홀의 내벽에 더 큰 힘으로 밀착되며, 프로브는 프로브 홀과 중간 홀에 의해서 그 위치가 더욱 단단히 고정되게 된다. 이렇게 프로브의 측면이 기계적으로 밀착되어 고정된 상태에서 프로브의 끝이 시험체에 밀착되면, 이번에는 프로브의 측면에 가해지는 힘이 아니라 프로브의 길이 방향으로 가해지는 응력으로 인해 프로브는 더 크게 벤딩된다. 이 때 프로브의 중간부분이 벤딩되어 앞으로 나아가는 방향을 벤딩 방향이라고 정의하는데, 벤딩 방향은 중간 플레이트에 의해서 형성된 벤딩 방향이 된다. 즉 프로브의 길이 방향으로 가해진 응력으로 인해, 중간 플레이트에 의해 시작된 벤딩이 더 크게 확대되는 것이다. 본 발명의 프로브 카드에서는 프로브가 탄성 복원력에 의해서 프로브 홀에 고정되는 구조로서, 프로브에는 프로브 홀에 걸릴 수 있는 굵은 부분이 별도로 형성될 필요가 없다.
본 발명에서는; 공간변형기와 전기적으로 연결되어 있으며, 공간변형기로부터 받은 전기적 신호를 테스터에 전달하는 역할을 하며, 테스터와 전기적 연결을 할 수 있도록 표면에 테스터 전극이 형성되어 있는 회로기판과;
상기 회로기판과 프로브 사이에 위치하며, 회로기판과 프로브를 전기적으로 연결하며, 프로브가 접촉되어 전기적 신호를 전달할 수 있는 프로브 전극이 표면에 형성되어 있는 공간변형기와;
플레이트의 넓은 면이 시험체와 마주보게 되며, 표면의 일측에 홈이 형성되어 있고, 홈 안에는 프로브가 삽입 설치되는 복수의 프로브 홀이 형성되어 있는 제1 가이드 플레이트와;
상기 공간변형기와 상기 제1 가이드 플레이트 사이에 위치하며, 플레이트의 넓은 면이 상기 공간변형기와 마주보게 되며, 표면의 일측에 홈이 형성되어 있고, 홈 안에는 프로브가 삽입 설치되는 복수의 프로브 홀이 형성되어 있는 제2 가이드 플레이트와;
상기 제1 가이드 플레이트와 상기 제2 가이드 플레이트 사이에 위치하며, 상기 제1 가이드 플레이트와 서로 평행하게 위치하며, 프로브가 삽입 설치되는 복수의 중간 홀이 형성되어 있는 1매 이상의 중간 플레이트와;
전체가 동일한 굵기를 가지는 긴 와이어 형태를 가지며, 전도성 물질로 구성되며, 상기 제1 가이드 플레이트에 형성된 프로브 홀과 상기 제2 가이드 플레이트에 형성된 프로브 홀 그리고 상기 중간 플레이트에 형성된 중간 홀에 공통으로 삽입 설치되며, 일단이 상기 공간변형기의 프로브 전극에 접촉되어 전기적으로 연결되며, 타단은 시험체의 표면에 접촉되는 복수의 와이어(wire) 프로브(probe)(10)를 포함하여 구성되며;
상기 복수의 프로브 중 적어도 하나 이상에 있어서, 상기 중간 플레이트에 형성된 중간 홀의 내벽 일측에 밀착되어 있으며, 상기 프로브가 자체 중력에 의해서는 상기 제1 가이드 플레이트에 형성된 가이드 홀을 빠져 나오지 않는 것을 특징으로 하는 프로브 카드(probe card)를 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 프로브의 형상이 간단해져서 프로브의 균일성이 향상된다. 따라서 프로브의 동작특성이 균일해지고 프로브 카드의 성능이 향상된다. 또한 가이드 플레이트를 공간변형기에서 분리하지 않은 상태에서도 프로브를 간단히 교체할 수 있게 된다.
도1은 종래의 수직형 프로브 카드의 구조를 도시한 단면도,
도2는 본 발명의 기술이 적용된 하나의 예로서, 프로브 카드의 구조를 도시한 단면도,
도3은 본 발명의 기술이 적용된 하나의 예로서, 3개의 터치 포인트(touch point)에 의해서 고정되는 프로브를 설명하는 개념도,
도4는 프로브의 정면도와 단면을 확대하여 나타낸 단면도; (a)는 종래의 프로브, (b)는 본 발명의 기술이 적용된 단면이 긴 원형인 와이어 프로브, (c)는 본 발명의 기술이 적용된 단면이 원형인 와이어 프로브
도5는 본 발명의 기술이 적용된 하나의 예로서, 제1 가이드 플레이트의 프로브 홀과 제2 가이드 플레이트의 프로브 홀 그리고 각 프로브 홀에 삽입된 프로브의 단면을 나타낸 개념도; (a)는 제1 가이드 플레이트의 가이드 홀 1개에 단면이 원형인 와이어 프로브가 1개 삽입 설치된 경우, (b)는 제1 가이드 플레이트의 가이드 홀 1개에 단면이 원형인 와이어 프로브가 2개 삽입 설치된 경우, (c)는 제1 가이드 플레이트의 가이드 홀 1개에 단면이 긴 원형인 와이어 프로브가 1개 삽입 설치된 경우, (d)는 제1 가이드 플레이트의 가이드 홀 1개에 단면이 긴 원형인 와이어 프로브가 2개 삽입 설치된 경우,
도6은 본 발명의 기술이 적용된 하나의 예로서, 프로브 간의 길이 차이로 인한 프로브의 벤딩 크기 차이를 보여 주는 개념도; (a)는 벤딩되기 전의 프로브, (b)는 프로브가 시험체에 밀착되어 프로브가 벤딩되었을 때의 프로브,
도7은 본 발명이 적용된 하나의 예로서, 중간 플레이트와 위치 조정핀이 구비된 프로브 카드의 구조를 보여 주는 단면도,
도8은 본 발명이 적용된 하나의 예로서, 위치 조정핀의 회전에 따라 중간 플레이트가 이동하는 원리를 보여 주는 개념도; (a)위치 조정핀이 회전하기 전, (b)위치 조정핀이 180도 회전한 후,
도9는 본 발명이 적용된 하나의 예로서, 중간 플레이트와 포스트 핀이 구비된 프로브 카드의 구조를 보여 주는 단면도이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하도록 한다. 이하의 설명에서는 주로 반도체 웨이퍼를 검사하는 프로브 카드를 위주로 설명할 것이나, 본 발명은 반도체 웨이퍼 검사에 국한되지 않으며, 전기 검사 지그를 포함한 복수개의 수직형 프로브를 갖는 모든 프로브 카드에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것이 당연함을 밝혀 둔다.
도1은 종래의 프로브 카드의 구조를 도시한 단면도이다.
종래의 프로브 카드는; 전기적으로 공간변형기와 연결되어 있으며, 공간변형기로부터 받은 전기적 신호를 테스터에 전달하는 역할을 하며, 테스터와 전기적 연결을 할 수 있도록 표면에 테스터 전극이 형성되어 있는 회로기판(60)과; 상기 회로기판과 프로브 사이에 위치하여 회로기판과 프로브를 전기적으로 연결하며, 프로브가 접촉되어 전기적 신호를 전달할 수 있는 프로브 전극이 표면에 형성되어 있는 공간변형기(50)와; 긴 막대의 형태를 가지며, 얇고 넓게 가공되어 있는 중간 부분이 벤딩되면서 길이 방향으로 신축할 수 있으며, 일단은 상기 공간변형기의 프로브 전극에 전기적으로 연결되며, 타단은 시험체의 표면에 접촉되어 공간변형기와 시험체를 전기적으로 연결하게 되는 복수의 프로브(10)와; 한 쪽 면이 시험체와 마주보며, 상기 프로브의 일단이 삽입 설치되는 프로브 홀이 형성된 제1 가이드 플레이트(20)와; 한 쪽 면이 상기 공간 변형기와 마주보며, 상기 제1 가이드 플레이트와 평행하게 위치하며, 프로브의 타단이 삽입 설치되는 프로브 홀이 형성된 제2 가이드 플레이트(30)로 프로브 카드가 구성된다. 그리고 제1 가이드 플레이트와 제2 가이드 플레이트의 상대적 위치를 고정하는 위치 고정핀(91)이 각각의 가이드 플레이트에 형성된 고정핀 홀을 관통하여 삽입되어 있다.
도2는 본 발명의 기술이 적용된 하나의 예로서, 프로브 카드의 구조를 도시한 단면도이다.
본 발명에서는;
공간변형기와 전기적으로 연결되어 있으며, 공간변형기로부터 받은 전기적 신호를 테스터에 전달하는 역할을 하며, 테스터와 전기적 연결을 할 수 있도록 표면에 테스터 전극이 형성되어 있는 회로기판(60)과;
상기 회로기판과 프로브 사이에 위치하며, 회로기판과 프로브를 전기적으로 연결하며, 프로브가 접촉되어 전기적 신호를 전달할 수 있는 프로브 전극이 표면에 형성되어 있는 공간변형기(50)와;
플레이트의 넓은 면이 시험체와 마주보게 되며, 표면의 일측에 홈이 형성되어 있고, 홈 안에는 프로브가 삽입 설치되는 복수의 프로브 홀이 형성되어 있는 제1 가이드 플레이트(20)와;
상기 공간변형기와 상기 제1 가이드 플레이트 사이에 위치하며, 플레이트의 넓은 면이 상기 공간변형기와 마주보게 되며, 표면의 일측에 홈이 형성되어 있고, 홈 안에는 프로브가 삽입 설치되는 복수의 프로브 홀이 형성되어 있는 제2 가이드 플레이트(30)와;
상기 제1 가이드 플레이트와 상기 제2 가이드 플레이트 사이에 위치하며, 상기 제1 가이드 플레이트와 서로 평행하게 위치하며, 프로브가 삽입 설치되는 복수의 중간 홀이 형성되어 있는 1매 이상의 중간 플레이트(40)와;
전체가 동일한 굵기를 가지는 긴 와이어 형태를 가지며, 전도성 물질로 구성되며, 상기 제1 가이드 플레이트에 형성된 프로브 홀과 상기 제2 가이드 플레이트에 형성된 프로브 홀 그리고 상기 중간 플레이트에 형성된 중간 홀에 공통으로 삽입 설치되며, 일단이 상기 공간변형기의 프로브 전극에 접촉되어 전기적으로 연결되며, 타단은 시험체의 표면에 접촉되는 복수의 와이어 프로브(probe)(10)를 포함하여 구성되며;
상기 복수의 프로브 중 적어도 하나 이상에 있어서, 프로브의 측면 일측이 상기 중간 플레이트에 형성된 중간 홀의 내벽 일측에 밀착되어 있으며, 상기 프로브가 자체 중력에 의해서는 상기 제1 가이드 플레이트에 형성된 가이드 홀을 빠져 나오지 않는 것을 특징으로 하는 프로브 카드(probe card)를 제시한다. 기존의 프로브 카드의 구조에서와 마찬가지로, 제1 가이드 플레이트와 제2 가이드 플레이트에 각각 형성된 고정핀 홀에 삽입되는 위치 고정핀(91)으로 제1 가이드 플레이트와 제2 가이드 플레이트의 상대적 위치를 고정할 수 있다.
도3은 본 발명의 기술이 적용된 하나의 예로서, 3개의 터치 포인트(touch point)에 의해서 고정되는 프로브를 설명하는 개념도이다. 프로브(10)는 측면의 3개의 포인트(15)에서 힘을 받게 된다. 2개의 터치 포인트는 제1 가이드 플레이트와 제2 가이드 플레이트에 각각 형성된 프로브 홀에 의해서 프로브의 상하를 한 쪽 방향으로 밀게 되며, 나머지 1개의 터치 포인트는 중간 플레이트에 형성된 중간 홀에 의해서 프로브의 중간부분을 프로브 홀과는 반대 방향으로 밀게 된다. 이렇게 3개의 터치 포인트에서 힘을 받으면 프로브의 중간부분이 벤딩을 하게 되며, 이 때 발생하는 탄성 복원력에 의해서 프로브의 측면이 프로브 홀과 중간 홀의 내벽에 밀착되고, 이로 인해서 프로브는 프로브 홀과 중간 홀에 고정되게 된다. 프로브가 접촉되는 부분은 2개의 프로브 홀 내벽 일측과 1개의 중간 홀의 내벽 일측이 된다. 프로브가 벤딩되어 곡선의 형태를 가지게 되면, 홀의 내벽 전체보다는 홀의 입구 쪽에 가까운 내벽 일측에 의해서 터치 포인트가 형성된다. 적어도 3개의 포인트에서 터치 포인트를 형성하고, 프로브 측면의 상하 부분과 중간 부분에 가해지는 힘의 방향이 서로 반대인 경우에는 프로브를 고정시킬 수 있게 된다. 본 발명의 프로브 카드 구조에서는 이 같은 원리로 프로브를 고정하게 되므로, 프로브가 프로브 홀에 걸리게 하기 위해서 프로브에 굵은 부분을 형성할 필요가 없다. 그리고 프로브 카드 전면에 노출되는 제1 가이드 플레이트의 프로브 홀을 통해서 프로브를 손쉽게 교체할 수 있게 된다.
본 발명의 프로브 카드에서 가이드 플레이트를 추가로 설치하여 프로브의 삽입 용이성 등을 개선할 수 있다. 그러나 기본적으로는 중간 플레이트가 1장 필요하며, 중간 플레이트와 겹치는 양 쪽으로 가이드 플레이트가 1장씩 있어서, 총 3장의 플레이트로 이루어지는 것이 가장 효율적이다. 동일하게 3장이 겹치게 되지만, 중간 플레이트를 작은 면적으로 이루어진 몇 장의 중간 플레이트로 나누어서 형성하면 제작과 사용에 있어서 더 편리한 구조가 될 수 있다. 이 경우에는 복수의 중간 플레이트가 구비되지만, 중간 플레이트가 서로 겹치지는 않게 배치되며, 중간 플레이트는 공간적으로 분산되어 배치된다.
도4는 프로브의 정면도와 단면을 확대하여 나타낸 단면도이다. (a)는 종래의 프로브, (b)는 본 발명의 기술이 적용된 단면이 긴 원형인 와이어 프로브, (c)는 본 발명의 기술이 적용된 단면이 원형인 와이어 프로브이다. 도4에서는 각 부분의 단면도는 전체 정면도에 비해서 확대되어 그려져 있다.
도4(a)에 나타낸 종래의 프로브(10)는 양 쪽 끝 부분의 단면이 원형이며, 중간 부분은 단면이 긴 원형이다. 중간 부분의 굵기는 단면에 나타난 긴 원형의 가장 긴 부분의 직경이 되며, 이 부분의 직경이 제1 가이드 플레이트(20)의 프로브 홀(21)의 내경보다 크기 때문에 프로브는 제1 가이드 플레이트의 프로브 홀을 통과하지 못한다. 기존의 구조에서는 중간의 넓고 얇은 부분이 스프링의 역할을 하는 부분이 되며, 동시에 프로브가 제1 가이드 플레이트의 프로브 홀로 빠져 나가지 않도록 하는 역할을 한다. 프로브가 벤딩될 때 중간 부분이 나아가는 방향인 벤딩 방향은 그림에서 지면에 수직한 방향이 된다.
도4(b)와 도4(c)에 나타낸 본 발명이 적용된 와이어 프로브(10)는 프로브가 와이어 형태로서 전체가 동일한 굵기와 단면형상을 가지며, 제1 가이드 플레이트(20)의 프로브 홀(21)을 통과할 수 있다. 단면이 원형이거나 긴 원형의 와이어 프로브는 제작이 쉬우며, 형태가 간단하여 프로브 간의 형태나 크기 편차도 작게 할 수 있다. 이러한 제작의 용이성은 프로브의 동작 균일성으로 직결되며, 프로브 카드의 성능이 향상되는 근본적 이유가 된다. 도4(b)에서의 벤딩 방향도 도4(a)와 마찬가지로 지면에 수직한 방향이 된다. 본 발명에서는 프로브 자체로는 스프링의 역할을 하는 부분이 정확히 정해져 있지 않다. 본 발명의 구조에서는 프로브가 가이드 플레이트와 조립된 상태에서, 제1 가이드 플레이트와 제2 가이드 플레이트 사이에 노출되는 프로브 부분이 스프링 역할을 하게 된다.
도5는 본 발명의 기술이 적용된 하나의 예로서, 제1 가이드 플레이트의 프로브 홀과 제2 가이드 플레이트의 프로브 홀 그리고 각 프로브 홀에 삽입된 프로브의 단면을 나타낸 개념도; (a)는 제1 가이드 플레이트의 가이드 홀 1개에 단면이 원형인 와이어 프로브가 1개 삽입 설치된 경우, (b)는 제1 가이드 플레이트의 가이드 홀 1개에 단면이 원형인 와이어 프로브가 2개 삽입 설치된 경우, (c)는 제1 가이드 플레이트의 가이드 홀 1개에 단면이 긴 원형인 와이어 프로브가 1개 삽입 설치된 경우, (d)는 제1 가이드 플레이트의 가이드 홀 1개에 단면이 긴 원형인 와이어 프로브가 2개 삽입 설치된 경우이다.
도5(a)는 가장 기본적인 구조로서 각 가이드 홀(21)(31) 하나에 단면이 원형인 와이어 프로브(10)가 하나 들어가 있다. 이러한 구조에서 프로브의 허용전류 크기를 크게 하기 위해서는 프로브를 더 굵게 만들어야 하는데, 프로브를 굵게 하면 시험체가 받는 응력이 너무 커지는 문제점이 발생한다. 와이어 프로브의 경우에는 프로브의 굵기의 약 4승에 비례하여 수직 응력이 커지므로, 프로브의 두께 증가에 의해서 시험체가 파손될 위험이 있다. 동일한 굵기를 가지는 프로브를 복수로 사용하면 수직 응력은 프로브의 수량만큼만 늘어나며, 시험체에 닿는 부분도 분산되므로 시험체가 파손될 위험을 피할 수 있다. 시험체에 형성된 전극은 피치도 좁고, 크기도 작으므로, 하나의 전극에 해당하는 복수의 프로브들은 하나의 프로브 홀에 함께 넣는 것이 바람직하다. 이를 위해서 시험체와 마주보는 제1 가이드 플레이트에 형성되는 프로브 홀(21)을 긴 원형으로 형성한 것이 도5(b)이다. 프로브의 벤딩 방향(19)와 동일한 방향으로 프로브가 서로 일렬을 이루면, 프로브가 벤딩하면서 서로 간섭하기 쉽기 때문에, 도5(b)에 나타난 것처럼 프로브는 프로브 벤딩 방향과 수직되는 방향으로 일렬을 이루는 것이 바람직하다. 또한 도5(b)에 나타난 것처럼 제2 가이드 플레이트에 형성되는 프로브 홀은 각각 별도로 형성하여 프로브를 삽입하면 프로브가 탄성 변형할 때 서로의 간섭을 없앨 수 있다.
단면이 긴 원형 또는 직사각형을 가지는 프로브를 이용하면, 프로브에 의해서 시험체가 받는 응력을 키우지 않으면서도 높은 허용전류를 확보할 수 있다. 도5(c)에서처럼 프로브의 단면에서, 단면 형상의 단축으로 프로브의 탄성 방향을 정하면 프로브의 탄성력이 작아지며, 탄성 방향도 안정될 수 있다. 그리고 프로브의 단면이 긴 원형 또는 직사각형인 경우에는, 작은 시험체 전극에 두 개의 접촉을 형성하기 위해서는 도5(d)와 같이 넓은 면이 서로 겹치도록 배치하여 하나의 프로브 홀(21)에 두 개의 프로브를 넣는 것이 유리하다. 이 경우에도 제2 가이드 플레이트에서는 각각의 프브로가 하나씩 삽입될 수 있도록 프로브 하나에 하나의 프로브 홀을 형성하는 것이 프로브가 동작할 때 상호 간섭을 줄일 수 있는 방법이다.
본 발명에서 제시한 구조에서는, 제1 가이드 플레이트에 형성된 프로브 홀간의 거리에 비해서, 제 2 가이드 플레이트에 형성된 프로브 홀간의 거리를 더 크게 형성할 수 있다. 제1 가이드 플레이트에 형성된 프로브 홀간의 거리가 극단적으로 가까워져서 하나의 홀이 되면 도5(b)와 같이 나타난다. 그러나 두 개의 프로브가 서로 독립적으로 전기적 신호를 전달하기 위해서는 제1 가이드 플레이트에서도 서로 다른 프로브 홀에 독립적으로 설치되어야만 한다. 제1 가이드 플레이트에 형성된 프로브 홀의 피치(pitch)는 시험체의 전극의 피치(pitch)에 의해서 결정되는데, 근접한 프로브들 간의 접촉이나 간섭을 방지하기 위해서 제2 가이드 플레이트에 형성되는 프로브 홀의 피치를 제1 가이드 플레이트에 형성되는 프로브 홀의 피치에 비해서 조금 더 넓게 형성하는 것이다. 이 경우에 근접한 프로브는 서로가 완전히 평행한 위치에서 벗어나게 되나, 프로브에서 벤딩되는 부분의 길이는 동일하므로 프로브가 시험체에 닿는 힘을 비롯해서 모든 동작이 서로 동일한 양태를 가지게 된다.
도6은 본 발명의 기술이 적용된 하나의 예로서, 프로브 간의 길이 차이로 인한 프로브의 벤딩 크기 차이를 보여 주는 개념도; (a)는 벤딩되기 전의 프로브, (b)는 프로브가 시험체에 밀착되어 프로브가 벤딩되었을 때의 프로브이다. 프로브는 모두 동일한 길이로 제작되어야 하나, 기계 가공의 한계로 인해서 수um에서 수십um까지의 길이 차이를 가지게 된다. 프로브의 길이는 동일하나, 프로브가 닿는 공간 변형기(50)의 표면 평탄도에서 수십um의 차이가 발생할 수도 있다. 이러한 변수들에 의해서 프로브의 길이 차이가 있을 수 있고, 프로브의 길이 차이는 벤딩의 크기 차이가 된다. 프로브가 시험체의 표면에 밀착될 때, 길이가 긴 프로브가 먼저 벤딩이 되게 되며, 또한 더 많이 벤딩되게 된다. 도6(b)에서 길이가 긴 프로브는 벤딩량이 너무 커서, 벤딩된 프로브가 형성하는 곡선이 중간 플레이트에 있는 중간 홀(41)을 벗어나게 된다. 이러한 경우에는 중간 플레이트가 프로브 벤딩에 장애를 주게 되며, 프로브들의 균일한 동작과 균일한 탄성력에 악영향을 주게 된다. 이렇게 프로브의 길이 차이로 인해서 프로브의 동작 특성이 달라지는 것을 방지하기 위해서는 중간 홀을 충분히 크게 만들어서 프로브의 벤딩 크기가 큰 경우에도 프로브가 중간 홀 내부에 있을 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 벤딩 크기 차이를 극복하기 위해서는 중간 홀의 크기를 가능한 크게 하는 것이 유리하다. 중간 홀의 피치가 너무 좁아서 중간 홀의 크기를 일정한 크기 이상으로 늘일 수 없는 경우에는, 중간 홀을 프로브의 벤딩 방향으로만 길게 확대할 수도 있다. 즉, 중간 홀이 긴 원형이나 직사각형의 형태를 가지며, 중간 홀의 평면 형상에서 장축 방향이 프로브의 벤딩 방향이 되도록 하는 것이 바람직하다.
도7은 본 발명이 적용된 하나의 예로서, 중간 플레이트와 함께 위치 조정핀(70)이 구비된 프로브 카드의 구조를 보여 주는 단면도이다. 프로브가 삽입되어 있고, 가이드 플레이트들과 공간변형기와 회로기판이 서로 조립된 상태에서, 중간 플레이트를 수평으로 이동시켜서 가이드 플레이트의 프로브 홀과 중간 플레이트의 중간 홀의 상대적 위치를 변화시킬 수 있어야 한다. 이렇게 프로브 홀과 중간 홀의 상대적 위치를 변화시킬 수 있는 것이 위치 조정핀(70)이다. 제1 가이드 플레이트(20)의 표면으로 노출된 위치 조정핀을 회전시킴에 따라서 중간 플레이트(40)는 수평으로 이동하게 되어 있다. 위치 조정핀의 중간 플레이트를 이동시키는 원리는 도8에 나타나 있다.
도8은 본 발명이 적용된 하나의 예로서, 위치 조정핀의 회전에 따라 중간 플레이트가 이동하는 원리를 보여 주는 개념도; (a)위치 조정핀이 회전하기 전, (b)위치 조정핀이 180도 회전한 후이다. 위치 조정핀(70)의 중간 부분에 굵은 부분이 있으며, 이 굵은 부분의 단면에서 중앙이 아닌 한 편에 위치 조정핀의 중심축이 지나가도록 되어 있다. 즉 굵기가 다른 부분은 편심을 가지게 되어 있는데, 이로 인해서 위치 조정핀이 회전하면 위치 조정핀의 중심과 중간 홀(41)의 내벽과의 거리가 변화하게 된다. 위치 조정핀은 드라이버 등을 이용하여 쉽게 회전 시키기 위해서, 외부로 노출되는 단면에 십자(十字) 또는 사각형이 홈을 형성하는 것이 좋다. 그림에서는 십자의 홈이 형성되어 있다. 위치 조정핀의 굵기가 가는 부분을 형성하고, 이 부분에 위치 조정핀의 중심이 편심으로 통과하도록 만들어서도 중간 플레이트를 이동하는 기능을 부여할 수 있다. 도7과 도8에서는 위치 조정핀이 중간 플레이트의 외곽선에 형성된 원호를 밀어 주게 되어 있다. 중간 플레이트에 위치 조정핀이 삽입되는 위치 조정홀을 형성하여 중간중간 플레이트를 수평 방향으로 밀어주거나 당겨 줄 수도 있다. 중간 플레이트의 재질로는 세라믹이나 폴리머 필름 같은 부도체가 적합하다.
하나의 프로브 카드에서 중간 플레이트의 크기를 작게 나누어서 여러 개로 형성하고 각각의 중간 플레이트에 각각 위치 조정핀을 하나 이상 형성할 수도 있다. 이렇게 중간 플레이트의 작게 나누면, 위치 조정핀이 받는 응력을 중간 플레이트 숫자 만큼 분산 시킬 수 있다. 또한 각 중간 플레이트가 가지는 위치 조정핀의 숫자를 늘리면, 각 위치 조정핀에 집중되는 응력을 줄일 수 있다. 위치 조정핀이 삽입되는 위치 조정홀의 내벽에는 해당 중간 플레이트에 형성된 중간 홀의 내벽이 받는 응력의 합이 전달된다. 따라서 위치 조정홀이 받는 응력은 각 중간 홀의 내벽이 받는 응력보다 커지므로 위치 조정홀이 형성되는 부분은 중간 플레이트의 두께가 두꺼운 것이 좋다. 이를 위해서 두꺼운 플레이트를 중간 플레이트로 사용하여 위치 조정홀을 형성하며, 중간 플레이트의 일측에 홈을 형성하여, 형성된 홈 안의 얇은 부분에 정밀 가공으로 중간 홀을 형성할 수도 있다. 중간 플레이트를 여러 조각으로 나누어서 설치하는 경우에, 각각의 중간 플레이트에는 하나 이상의 위치 조정핀 또는 포스트 핀이 필요하다. 프로브의 숫자가 많고, 프로브가 분포된 면적이 큰 경우에 이렇게 중간 플레이트를 복수로 설치하는 것은 제작과 사용에 있어 편리하다.
직선의 형태를 가지는 와이어 프로브가 제1가이드 플레이트, 중간 플레이트, 그리고 제2 가이드 플레이트를 관통하여 공통으로 삽입된 상태에서, 위치 조정핀을 회전함에 따라 중간 플레이트가 수평으로 이동하며, 프로브의 가운데 부분에 벤딩이 형성된다. 이 상태에서는 프로브가 두 개의 프로브 홀과 하나의 중간 홀의 내벽 일측에 터치 포인트를 총 3개 이상 형성하며, 프로브의 위치는 고정되게 된다. 프로브를 제거하거나 교체하는 경우에는 위치 조정핀을 원래의 위치로 돌려서 프로브의 측면에 가해진 응력을 해제한다. 위치 조정핀이 원래의 위치로 돌아오면 터치 포인트는 사라지며, 프로브 홀과 중간 홀 안에서 프로브는 자유로운 상태에 놓이게 된다. 프로브를 교체한 후에는 다시 위치 조정핀을 돌려서 프로브를 고정할 수 있다.
위치 조정핀은 전통적인 볼트의 형태를 가질 수도 있다. 이 경우에는 위치 조정핀이 가이드 플레이트의 옆면에 설치되며, 위치 조정핀을 회전시킴에 의해서 위치 조정핀의 끝이 중간 플레이트의 측면을 밀 수 있도록 구성된다.
도7에서 프로브 홀을 중심으로 위치 조정핀이 벤딩 방향 반대쪽에 형성되어 있는데, 이 경우에는 위치 조정핀이 중간 플레이트를 밀게되며, 위치 조정핀과 프로브에 의해서 중간 플레이트에는 플레이트와 평행한 방향으로 압축 응력이 발생한다. 이 경우에는 세라믹 소재나 고분자 소재가 중간 플레이트의 소재로 적합하다. 반대로, 프로브 홀을 기준으로 위치 조정핀이 벤딩 방향쪽에 형성되면, 중간 플레이트에 인장응력이 발생된다. 중간 플레이트에 인장 응력이 발생하는 경우에는 세라믹 소재보다는 고분자 필름 소재가 중간 플레이트 소재로서 더 적합하다.
도9는 본 발명이 적용된 하나의 예로서, 중간 플레이트와 포스트 핀(71)이 구비된 프로브 카드의 구조를 보여 주는 단면도이다. 앞서 도7과 도8에서 설명한 위치 조정핀은 가공이 복잡한데, 다수의 위치 조정핀을 이용하는 경우에는 비용이 커질 수 있다. 보다 단순한 형태의 포스트 핀을 이용하면 위치 조정핀에 비해서 제작이 쉽고, 비용도 절감된다. 위치 조정핀은 중간 플레이트(40)의 위치를 변화시키고, 변화시킨 위치를 고정하는 역할을 하는데 비해서, 포스트 핀(71)은 위치를 고정하는 역할만 한다. 즉 포스트 핀을 쓰는 경우에는, 별도로 다른 방법을 이용하여 중간 플레이트의 위치를 변화시켜야만 한다. 가장 간단한 방법은 위치 조정핀과 포스트 핀을 함께 사용하는 것이다. 위치 조정핀으로 중간 플레이트의 위치를 변화시킨 후에, 포스트 핀을 이용하여 위치를 고정한다. 그리고 그 상태에서 위치 조정핀을 제거하게 된다. 위치 조정핀은 위치를 조정할 때만 사용하고, 프로브 카드에서 제거 됨으로 반복적으로 여러 중간 플레이트에 사용할 수 있게 된다. 하나의 위치 조정핀에 가해지는 응력을 분산시키고, 중간 플레이트를 전체적으로 고르게 밀거나 당기기 위해서 하나의 중간 플레이트에 복수의 위치 조정핀을 사용할 수 있다. 하나의 중간 플레이트에 복수의 포스트 핀을 사용하여 하나의 포스트 핀에 가해지는 응력을 분산하고, 중간 플레이트를 전체적으로 고르게 밀거나 당길 수 있다.
10: 프로브 (probe)
15: 터치 포인트 (touch point)
19: 벤딩 방향 (bending direction)
20: 제1 가이드 플레이트 (the first guide plate)
21: 제1 가이드 플레이트의 프로브 홀 (probe hole)
30: 제2 가이드 플레이트 (the second guide plate)
31: 제2 가이드 플레이트의 프로브 홀 (probe hole)
40: 중간 플레이트 (middle plate)
41: 중간 홀 (middle hole)
50: 공간변형기 (space transformer)
60: 회로기판 (circuit plate)
70: 위치 조정핀 (position adjusting pin)
71: 포스트 핀 (post pin)
81: 위치 고정핀 (clamping pin)

Claims (7)

  1. 공간변형기와 전기적으로 연결되어 있으며, 공간변형기로부터 받은 전기적 신호를 테스터에 전달하는 역할을 하며, 테스터와 전기적 연결을 할 수 있도록 표면에 테스터 전극이 형성되어 있는 회로기판과;
    상기 회로기판과 프로브 사이에 위치하며, 회로기판과 프로브를 전기적으로 연결하며, 프로브가 접촉되어 전기적 신호를 전달할 수 있는 프로브 전극이 표면에 형성되어 있는 공간변형기와;
    플레이트의 넓은 면이 시험체와 마주보게 되며, 프로브가 삽입 설치되는 복수의 프로브 홀이 형성되어 있는 제1 가이드 플레이트와;
    상기 공간변형기와 상기 제1 가이드 플레이트 사이에 위치하며, 플레이트의 넓은 면이 상기 공간변형기와 마주보게 되며, 프로브가 삽입 설치되는 복수의 프로브 홀이 형성되어 있는 제2 가이드 플레이트와;
    상기 제1 가이드 플레이트와 상기 제2 가이드 플레이트 사이에 위치하며, 상기 제1 가이드 플레이트와 서로 평행하게 위치하며, 프로브가 삽입 설치되는 복수의 중간 홀이 형성되어 있는 1매 이상의 중간 플레이트와;
    상기 제1 가이드 플레이트에 형성된 프로브 홀과 상기 제2 가이드 플레이트에 형성된 프로브 홀 그리고 상기 중간 플레이트에 형성된 중간 홀에 공통으로 삽입 설치되며, 상기 제1 가이드 플레이트와 상기 제2 가이드 플레이트 사이에 있는 부분이 벤딩되면서 탄성 변형될 수 있으며, 와이어 형태를 가져서 상기 제1 가이드 플레이트에 형성된 프로브 홀을 완전히 통과할 수 있으며, 일단이 상기 공간변형기의 프로브 전극에 접촉되어 전기적으로 연결되며, 타단은 시험체의 표면에 접촉되는 복수의 프로브와;
    핀의 중심축을 기준으로 핀을 회전시킴에 따라서, 상기 제1 가이드 플레이트에 있는 프로브 홀과 상기 중간 플레이트에 있는 중간 홀의 상대적인 위치를 변화시킬 수 있는 1개 이상의 위치 조정핀을 포함하여 구성되며;
    상기 프로브가 시험체에 압착되면서 벤딩될 때, 프로브의 벤딩되는 부분이 상기 중간 플레이트에 형성된 중간 홀을 밀어서 중간 플레이트가 이동할 수 있으며;
    상기 중간 플레이트에 형성된 중간 홀의 내경이 상기 제1 가이드 플레이트에 형성된 프로브 홀의 내경보다 더 큰 것을 특징으로 하는 프로브 카드(probe card).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중간 플레이트에 형성된 중간 홀의 평면 형상에 있어서, 상기 프로브가 벤딩되어 전진하는 방향으로의 중간 홀의 내경이 상기 프로브가 벤딩되어 전진하는 방향에 수직한 방향으로의 중간 홀의 내경 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로브의 길이 방향에 수직한 방향으로 절단된 상기 프로브의 단면형상에 있어서, 상기 프로브가 벤딩되어 전진하는 방향으로의 직경이 그 직각 방향의 직경보다 더 작은 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가이드 플레이트에서, 상기 위치 조정핀이 삽입되는 위치 조정홀이 형성되는 부분의 플레이트 두께가 상기 프로브가 삽입되는 프로브 홀이 형성되는 부분의 플레이트 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가이드 플레이트의 프로브 홀 간의 최소 피치(pitch)가, 상기 제2 가이드 플레이트의 프로브 홀 간의 최소 피치보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가이드 플레이트에 형성된 프로브 홀 중 적어도 하나 이상에 있어서, 하나의 프로브 홀에 두 개 이상의 프로브가 삽입 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 중간 플레이트가 평면적으로 2장 이상으로 나뉘어서 구성되어 있으며, 상기 복수의 프로브가 상기 2장 이상의 중간 플레이트에 각각 나뉘어서 삽입되는 것을 특징으로 하는 프로브 카드.
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