JP5591401B2 - プローブ(probe) - Google Patents

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Description

本発明はプローブに関し、より詳しくは検査信号を安定的に伝達することができるプローブに関するものである。
半導体チップ又はウェハのような半導体デバイスは良品の可否を判別するために所定のテストをする。
半導体チップ又はウェハのような半導体デバイスに所定の検査信号を印加して良品の可否を判別するテスターと前記半導体デバイスを電気的に連結するためにテストソケット又はプローブカードが使用される。
前記テストソケット又はプローブカードには前記半導体デバイスの半田ボール又はパッドに前記所定の検査信号を印加するためのプローブが配置される。
前記プローブの一端及び他端が各々前記半導体デバイス及び前記テスターのロードボード(load board)に接触することで両者を電気的に連結する。
ここで、前記プローブは前記テスターで印加する検査信号(電流又は電圧)を前記半導体デバイスに伝達する役割なので検査信号を安定的に伝達することが重要である。
故に、本発明の目的は、検査信号を安定的に伝達することができるプローブを提供することである。
本発明の他の目的は、構造が簡単で通電特性を向上させられるプローブを提供することである。
本発明の他の目的は、検査費用を節減することができるプローブを提供することである。
前記目的は、本発明により、半導体デバイス及び前記半導体デバイスをテストするためのテスターの間を電気的に連結するためのプローブにおいて、前記半導体デバイスと電気的に連結できる上部プランジャと前記テスターと電気的に連結できる下部プランジャと前記上部プランジャと前記下部プランジャの間に配置されて前記上部プランジャ及び前記下部プランジャが互いに離隔されるように前記上部プランジャ及び前記下部プランジャを弾性バイアスさせる導電性を有する弾性部材と前記弾性部材の内部又は外部に配置されて前記上部プランジャと前記下部プランジャを電気的に連結する導電性の部材と前記上部及び下部プランジャ、前記弾性部材及び前記導電性の部材を受容する導電性を有するバーレルを含み、前記上部プランジャおよび/または前記下部プランジャは、前記バーレルにその軸線方向に沿って移動可能に支持されており、前記導電性の部材は、前記上部プランジャと前記下部プランジャとが前記弾性部材により所定距離離間されている非検査時には、前記上部プランジャと前記下部プランジャのいずれか一方もしくは双方に対して非接触であり、前記上部プランジャと前記下部プランジャとが前記弾性部材に抗して接近移動した検査時には、前記上部プランジャと前記下部プランジャの双方に接触し、前記検査時には、前記下部プランジャ→前記バーレル→前記上部プランジャに至る第1信号経路と、前記下部プランジャ→前記弾性部材→前記上部プランジャに至る第2信号経路と、前記下部プランジャ→前記導電性の部材→前記上部プランジャに至る第3信号経路とが並列的に形成されることを特徴とするプローブによって達成されることができる。
又、前記導電性の部材は、前記上部プレンジャ及び前記下部プレンジャが互いに離隔されるように前記上部プレンジャ及び前記下部プレンジャに弾性力を加えるように設けられることができる。
前記導電性の部材は、導電性コイルスプリング又は導電性ラバーからなる
前記したように構成されたプローブによると次のような効果がある。
一、プローブの内に別途の導電性の部材を配置することで検査信号を安定的に伝達することができる。
二、比較的構造が簡単で通電の特性を向上させることができる。
三、 テストの費用を節減することができる。
本発明の第1実施例によるプローブ及びプローブを受容するテストソケットの概略断面図である。 本発明の第1実施例によるプローブを対象に実験した抵抗値の比較グラである。 各々外力が印加される前及び後の本発明の第二実施例によるプローブの動作過程を図示した概略縦断面図である。 各々外力が印加される前及び後の本発明の第二実施例によるプローブの動作過程を図示した概略縦断面図である。 図3のプローブの横断面図である。 本発明の第3実施例によるプローブの概略縦断面図である。 本発明の第4実施例によるプローブの概略縦断面図である。 本発明の第5実施例によるプローブの概略縦断面図である。 本発明の第6実施例によるプローブの概略縦断面図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の正しい実施例によるプローブを詳しく説明する。
本発明の第1実施例によるプローブ100は、プランジャ110;下部プンジャ120;前記上部プンジャ110及び前記下部プンジャ120が互いに離れるように前記上部プランジャ110及び前記下部プランジャ120を弾性バイアスさせる弾性部材140;前記弾性部材140の内部に配置された導電性の部材150;及び前記上部及び下部のプランジャ110、120、前記弾性部材140及び前記導電性の部材150を受容するバーレル130を含む。
前記上部プランジャ110は、半導体デバイス10の半田ボール11に接触できるチップ部111;上部プレンジャ110の外周面に形成された掛かり溝113;及び前記弾性部材140に接触する弾性部材の接触部115を含む。
ここで、前記チップ部111の外径前記バーレル130の内径よりも大い。前記チップ部111を握って前記バーレル130向かって前記上部プランジャ110を前記掛かり溝113が後述する前記バーレル130の掛かり突起131にひっかかるまで押さえると前記上部プランジャ110を前記バーレル130に固定することができる。
前記チップ部111は図面では複数の三角錐が中心の周囲に配置されていわゆるクラウン形状に図示されているが、その形状は接触される対象の形状によって多様に変更されることができる。例え、前記半導体デバイス10の例としてBGA(Ball Grid Array)タイプの半導体チップである場合上述したようにクラウン形状を持つことができる。また、他の例として前記チップ部111は単一のとがったチップをもつ所謂A形状及び前記半田ボール11が内部に挿入できるように内部が凹状のディンプル形状の中ある一形状に設けられることもある。また他の例として、前記接触される対象がパッドである場合後述する下部プランジャ120のチップ部121のような半球形状に設けられることもできる。
前記上部プランジャ110の前記掛かり溝113は前記バーレル130の掛かり突起131とお互い掛かり結合される。前記上部プランジャ110が前記バーレル130に結合されて前記上部プランジャ110が上下移動できずに固定される。
前記弾性部材の接触部115は前記下部プランジャ120向かって突出された円錐形状に設けられることができる。場合によって、前記弾性部材の接触部115は前記弾性部材140がその内部に挿入できる円筒形状に設けられることもできる。こ以外にも、前記弾性部材140と接触状態が維持される限り前記接触部115は多様な形状に変形されることができる。
前記上部プランジャ110は一体に形成されることができる。
一方、前記下部プランジャ120はテスターのロードボード20のパッド21に接触できるチップ部121;前記バーレル130のチップ部132に掛かり可能な胴体部122;及び前記弾性部材140に接触する弾性部材の接触部123を含む。
前記チップ部121は前記パッド21に接触が容易になるように半球形に設けられることができる。
前記胴体部122の外径D1は前記バーレル130の前記チップ部132の内径D3より大きくて、前記バーレル130の内径D2よりは小さい。これによって、前記下部プランジャ120は前記バーレル130の他端部を通じて挿入できて、前記胴体部122が前記チップ部132に掛かって前記ロードボード20方向に離脱されない。
前記弾性部材の接触部123は前記上部プランジャ110向かって突出された円錐形状に設けられることができる。場合によって、前記弾性部材の接触部123は前記弾性部材140がその内部に挿入できる円筒形状に設けられることができる。この以外にも、前記弾性部材140と接触状態が維持されることができる限り前記接触部123は多様な形状に変更されることができる。
前記下部プランジャ120は一体に形成されることができる。
一方、前記バーレル130は上述した上部プランジャ110、下部プランジャ120、弾性部材140及び導電性の部材150を受容する。
前記バーレル130は前記上部プランジャ110が挿入できるように上部が開放された円筒の形状に設けられることができる。
前記バーレル130は前記上部プランジャ110の前記掛かり溝113に掛かり結合される、突起131と;前記下部プランジャ120の下向離脱を防止するチップ部132を含む。ここで、前記下部プランジャ120は前記弾性部材140の弾性バイアス力よりもっと大きい外力が加える場合、前記上部プランジャ110の方向に上下移動可能である。前記チップ部132は前記下部プランジャ120の下向移動を規制するストッパー役割をする。
また、前記バーレル130は前記上部プランジャ110の前記チップ部111及び前記下部プランジャ120の前記チップ部121が各々外部向かって露出されるように前記上部プランジャ110及び前記下部プランジャ120を受容する。
一方、前記弾性部材140は前記上部プランジャ110及び前記下部プランジャ120の間に配置されて前記上部プランジャ110及び前記下部プランジャ120が互いに離隔されるように弾性バイアスさせる。
前記弾性部材140は導電性金属に設けられることができる。
前記導電性の部材150は前記上部プランジャ110及び前記下部プランジャ120を電気的に連結する。
前記導電性の部材150の一端が前記上部プランジャ110の前記弾性部材の接触部115に接触してその他端が前記下部プランジャ120の前記弾性部材の接触部123に接触する。
ここで、前記導電性の部材150の一端及び他端は前記下部プランジャ120の上下移動に関係なく弾性部材の接触部115、123に各々接触状態を維持する。
前記導電性の部材150は前記上部プランジャ110及び前記下部プランジャ120が互いに離隔される方向に弾性力を前記上部プランジャ110及び前記下部プランジャ120に加えることができる。前記導電性の部材150は図面に図示されたようにコイルスプリングの形状に設けられることができる。ここで、前記導電性の部材150の外径は前記弾性部材140の内径より小さい。これによって、前記導電性の部材150は前記弾性部材140の内部に受容されることができる。
前記導電性の部材150は導電性金属に設けられることができる。場合によって、前記導電性の部材150は導電性ラバー又はプラスチックに設けられることができる。前記導電性ラバーはシリコンのような非導電性材質に多数の金属ボールが含まれて導電性を現すことがある。上述した例は一例に過ぎないもので、通電可能であるものならその材質及び形状に関係なく多様に採用することができる。
ここで、前記導電性の部材150は前記バーレル130と同等以上の電気伝導度をもつことが 良い。前記バーレル130は前記プランジャ110,120、弾性部材140及び導電性の部材150を受容するケイシングの役割及び通電機能をするので相対的に機械的強度(strength)が高くて電気的通電性能が優秀な物性(material property)の材質が前記バーレル130用に使用されることができる。
又、前記導電性の部材150は前記弾性部材140と電気伝導度同一したり前記弾性部材140より電気伝導度がもっと高い材質に設けられることができる。
ここで、前記導電性の部材150は前記上部プランジャ110及び前記下部プランジャ120と同一な材質に設けられることができる。
前記のように構成されたプローブ100はソケットハウジング210の内に受容される。
前記ソケットハウジング210は各々前記上部プランジャ110の前記チップ部111及び前記下部プランジャ120の前記チップ部121が外部に露出されるように前記プローブ100を受容支持する。
前記半導体デバイス10を把持するハンドラー(未図示)が前記半導体デバイス10を下向加圧してそれの半田ボール11が前記上部プランジャ110に接する、互いに接触していた前記下部プランジャ120及び前記ロードボード20を通じて前記ロードボード20からの検査信号(電流)が前記半導体デバイス10まで伝達される。ここで、前記半導体デバイス10を下向加圧する場合に発生する衝撃は前記弾性部材140によって緩衝されることができる。
前記テスターの前記ロードボード20で印加された検査信号(電流)は次のように三つの経路に従って前期上部プランジャ110を通て前期半導体デバイス10の半田ボール11に伝達される。
先ず、前記パッド21に接触する前記下部プランジャ121→前記弾性部材140→前記上部プランジャ110に伝達される第1経路がある。
又、前記下部プランジャ121→前記導電性の部材150→前記上部プランジャ110に伝達される第2経路がある。
又、前記下部プランジャ121の胴体部122と前記バーレル130の前記チップ部132の接触によって前記下部プランジャ121→前記バーレル130→前記上部プランジャ110に伝達される第3経路がある。
前記三つの経路は並列回路数が三つである回路と同一な構成でこれによりプローブ100全体の抵抗値がめっきり低くなり検査信号を安定的に伝達できるようになる。
ここで、以上の第1実施例では前記上部プランジャ110を前記バーレル130に固定して前記下部プランジャ120が前記バーレル130に対して上下移動できるように構成したが、場合によっては上部プランジャ110を上下移動できるようにして下部プランジャ120をバーレル130に固定する構成も可能である。
図2は本発明の第1実施例によるプローブ100と内部に導電性の部材10がない場合のプローブ間の抵抗値を対比したグラである。
導電性の部材10として図1に図示されたように、コイルスプリングを使用して、各々100個のプローブを対象にテストを遂行した。
各々のプローブ別に上部プランジャと下部プランジャ間のかかる総抵抗値を測定して平均及び標準偏差を計算した。ここで、総抵抗値は上述した下部プランジャ→上部プランジャ間の三つの信号伝達経路の合算抵抗を意味する。
導電性の部材10がない場合(〔表1〕で‘B’)、100個のプローブから測定された抵抗値(mΩ)を見ると、最大90.8、最小18.9で、平均27.3、標準偏差7.0であった
反面、導電性の部材10がある本発明の第1実施例の場合(〔表1〕で‘A’)同一な数で測定された抵抗値を見ると、最大41.6、最小15.0に測定されて平均19.3、標準偏差3.1であった
これを表に纏めると次のようである。
Figure 0005591401
纏めると、本発明の第1実施例の場合、導電性の部材10を内部に配置することで大略30%平均抵抗値が減るだけではなく標準偏差も55%以上減る。第1実施例によるプローブがもっと安定的な抵抗値を持つことによって、テスターと半導体デバイス間の検査信号を安定的に伝達することができる。
一方、本発明の第2実施例によるプローブ100aは図3乃至図5に図示されたように、前記上部プランジャ110;前記下部プランジャ120;前記弾性部材140;導電性の部材160及び前記バーレル130を含む。
前記第1実施例の導電性の部材150の場合、前記上部プランジャ110及び前記下部プランジャ120に両端が接触状態を維持している反面、本実施例の導電性の部材160は両端の中少なくとも一端部が前記上部プランジャ110及び前記下部プランジャ120に接触されない。
図3及び図4では前記導電性の部材160の一端だけが前記上部プランジャ110に非接触されるように離隔されたこと図示されているが、場合によっては両端全てが各々前記上部及び下部プランジャ110,120から離隔されて非接触状態の可能性もある。この場合には、前記導電性の部材160は前記バーレル130に連結される連結部(未図示)を通じて前記バーレル130に支持されることもある。
図5に図示されたように、前記導電性の部材160は前記弾性部材140の内部に受容されることができる。前記導電性の部材160の外径が前記弾性部材140の内径より小さい。
前記導電性の部材160の一端は前記上部プランジャ110から所定の離隔間隔Gほど離隔されていて、その他端は前記下部プランジャ120に接触されている。
図3に図示されたように、前記半導体チップ10が下向移動されて前記半田ボール11が前記上部プランジャ110に接触されることで前記プローブ110aに外力が加えない以上、前記弾性部材140によって前記上部プランジャ110及び前記下部プランジャ120は互いに離隔された状態である。これによって、前記導電性の部材160の両端の中少なくともある一端部は前記上部プランジャ110及び前記下部プランジャ120から離隔されて非接触状態にある。
この時、前記導電性の部材160は非加圧状態でH1の長さである。
また、前記上部プランジャ110と前記下部プランジャ120間の間隔はG+H1である。
図4に図示されたように、前記プローブ100aに外力が加える場合、前記弾性部材140の弾性バイアス力を克服しながら前記上部プランジャ110及び前記下部プランジャ120が互いに向き合って接近移動する。より正確に説明すると、前記上部プランジャ110は前記バーレル130に固定されていて、前記下部プランジャ120は前記ロードボード20に支持されているところ、前記弾性部材140が圧縮されて相対的に前記上部プランジャ110及び前記バーレル130が下向移動されて前記上部プランジャ110の前記弾性部材の接触部115が前記導電性の部材160に接触される。これによって、前記ロードボード20からの検査信号(電流)が前記導電性の部材160及び前記弾性部材140を通じて前記上部プランジャ110を経由して前記半導体デバイス10に伝達される。
この第2実施例の場合、前記導電性の部材160は半導体デバイス10の検査が遂行される時だけ前記上部プランジャ110及び前記下部プランジャ120に同時に接触して検査が遂行されない時には前記上部プランジャ110及び前記下部プランジャ120の両方又はある一つからは離隔されて接触されない。
ここで、前記半導体デバイス10の下向加圧によって前記バーレル130が下向移動することによって前記バーレル130の内側と前記下部プランジャ120の外面がお互い接触することで下部プランジャ120→バーレル130→上部プランジャへの電流移動経路が発生する。共に、前記下部プランジャ120→弾性部材140→上部プランジャ110が接触される経路と前記下部プランジャ120→導電性の部材160→上部プランジャ110につながる他の経路が形成される。これによって、より安定的に検査信号を伝達することができる。
外力が作用する前と外力が作用した後の前記バーレル130の移動距離Jは前記導電性の部材160と前記上部プランジャ110間の前記所定の離隔間隔Gと同じあるいはそれとも前記所定の離隔間隔Gより大きい。ここで、前記移動距離Jは前記バーレル130のチップ部132の外力作用前の位置Y0と外力作用後の位置Y1間の差に該当する。
つまり、前記外力が作用した後の前記上部プランジャ110及び前記下部プランジャ120間の離隔間隔H2は前記導電性の部材160の長さH1と同じ(H2=H1)あるいはそれとも小さい(H2<H1)。
一方、本発明第3実施例によるプローブ100bは、図6に図示されたように、前記上部プランジャ110;前記下部プランジャ120;前記弾性部材140;導電性の部材170及び上述した構成を受容するバーレル130を含む。
上述した第2実施例の前記導電性の部材160はコイルスプリング形状である反面、第3実施例の前記導電性の部材170は円筒形チューブの形状に設けられることができる。もちろん、前記導電性の部材170は円筒形ではない多様な形状の管状體に設けられることができる。例えば、三角形、四角形などの多角形の断面の管状體又は楕円形断面の管状體に設けられることができる。
前記下部プランジャ120は前記導電性の部材170向かって突出された突出部124を更に含むことができる。前記突出部124に前記管状の導電性の部材170が圧入されることができる。
前記導電性の部材170は比較的薄い厚さの電気伝導度が高い金属に設けられることができる。
場合によって、前記導電性の部材170は導電性の合成樹脂に設けられることもある。ここで、前記導電性の合成樹脂はシリコーン樹脂又はラバーのような合成樹脂の内に多数の金属ボールが含まれて通電ができる形態に設けられることができる。もちろん、通電できる限り前記導電性の部材170は多様な形態に設けられることもできる。
場合によって、前記導電性の部材170に突出部(未図示)が形成されて前記下部プランジャ120に前記突出部が圧入されることができる圧入部(未図示)が設けられることもある。前記圧入部(未図示)は溝又は突出部を含むことができる。
本発明の第4実施例によるプローブ100cは図7に図示されたように、前記上部プランジャ110;前記下部プランジャ120;弾性部材190;導電性の部材180及び上述した構成要素110,120、190,180を受容する前記バーレル130を含む。
前記弾性部材190は両端が各々前記上部プランジャ110及び前記下部プランジャ120に接触されて前記上部プランジャ110及び前記下部プランジャ120を互いに離れる方向に弾性バイアスさせる。
前記導電性の部材180は前記弾性部材190の外部に配置される。つまり、前記導電性の部材180の内径が前記弾性部材190の外径より大きい。
前記導電性の部材180の一端は前記上部プランジャ110から所定の離隔間隔Gほど離隔されていて、他端は前記下部プランジャ120に接触状態を維持している。場合によっては、外力が印加されない常態で前記導電性の部材180の両端が前記上部及び下部プランジャ110、120から離隔されるように設けられることができる。外力が印加される場合、つまり、半導体デバイスが下向移動して上部プランジャ110を加圧する場合だけ前記上部及び下部プランジャ110、120間の間隔が減って前記導電性の部材180の両端が各々前記上部及び下部プランジャ110、120に接触されることもある。
一方、本発明の第5実施例によるプローブ100dは図8に図示されたように、上下移動できる上部プランジャ110a;前記下部プランジャ120;前記上部プランジャ110a及び前記下部プランジャ120が互いに離れるように弾性バイアスさせる前記弾性部材140;前記導電性の部材150及びバーレル130aを含む。
第1乃至第4実施例の上部プランジャ110はバーレル130に固定されていた反面、本実施例の上部プランジャ110aはバーレル130に対して上下移動できる。
前記バーレル130aは前記上部プランジャ110a及び前記下部プランジャ120を移動できるように受容する。
前記バーレル130aは前記上部プランジャ110aの上向離脱を防止するために内側に折曲されたチップ部133を更に含む。
前記上部プランジャ110aが加圧される場合前記上部プランジャ110aが下向移動して前記上部プランジャ110aのピラミット型弾性部材の接触部115が前記導電性の部材150に接触される。これによって、前記下部プランジャ120から前記バーレル130a、前記導電性の部材150及び前記弾性部材140を経由して検査信号(電流)が前記上部プランジャ110aに伝達される。
一方、本発明の第6実施例に他のプローブ100eは図9に図示された通り、上下移動できる上部プランジャ110a;前記下部プランジャ120;前記上部プランジャ110a及び前記下部プランジャ120が互いに離れるように弾性バイアスさせる前記弾性部材140;前記導電性の部材170及びバーレル130aを含む。
一方、上述した実施例は例示に過ぎないもので、本技術分野の通常の知識をもったものなら多様な変形及び均等な他実施例ができる。
故に、本発明の真の技術的保護範囲は下記の特許請求範囲に記載された発明の技術的思想によって決められるべきである。
100、100a,100b,100c,100d,100e:プローブ
110、110a:上部プランジャ
120、120a:下部プランジャ
130、130a:バーレル
140、190:弾性部材
150、160、170、180:導電性の部材

Claims (3)

  1. 半導体デバイス及び前記半導体デバイスをテストするためのテスターの間を電気的に連結するためのプローブにおいて
    前記半導体デバイスと電気的に連結できる上部プランジャと
    前記テスターと電気的に連結できる下部プランジャと
    前記上部プランジャと前記下部プランジャの間に配置されて前記上部プランジャ及び前記下部プランジャが互いに離隔されるように前記上部プランジャ及び前記下部プランジャを弾性バイアスさせる導電性を有する弾性部材と
    前記弾性部材の内部又は外部に配置されて前記上部プランジャと前記下部プランジャを電気的に連結する導電性の部材と
    前記上部及び下部プランジャ、前記弾性部材及び前記導電性の部材を受容する導電性を有するバーレルを含み、
    前記上部プランジャおよび/または前記下部プランジャは、前記バーレルにその軸線方向に沿って移動可能に支持されており、
    前記導電性の部材は、前記上部プランジャと前記下部プランジャとが前記弾性部材により所定距離離間されている非検査時には、前記上部プランジャと前記下部プランジャのいずれか一方もしくは双方に対して非接触であり、前記上部プランジャと前記下部プランジャとが前記弾性部材に抗して接近移動した検査時には、前記上部プランジャと前記下部プランジャの双方に接触し、
    前記検査時には、前記下部プランジャ→前記バーレル→前記上部プランジャに至る第1信号経路と、前記下部プランジャ→前記弾性部材→前記上部プランジャに至る第2信号経路と、前記下部プランジャ→前記導電性の部材→前記上部プランジャに至る第3信号経路とが並列的に形成されることを特徴とするプローブ。
  2. 前記導電性の部材は、前記上部プランジャ及び前記下部プランジャが互いに離隔されるように前記上部プランジャ及び前記下部プランジャに弾性力を加えることを特徴とする請求項に記載のプローブ。
  3. 前記導電性の部材は、導電性コイルスプリング又は導電性ラバーからなることを特徴とする請求項1または2に記載のプローブ。
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