KR100340754B1 - Connector apparatus - Google Patents

Abstract

초소형 전자 소자 상의 접촉 패드와 신뢰성 있는 전기 접속을 하는 기계적으로 유연한 커넥터가 개시된다. 커넥터는 웨이퍼 수준에서 집적 회로의 번인에 사용할 수 있다. 또한 다른 응용으로서 집적 회로를 검사하는 프로브 카드 및 플립 칩용 소켓에도 사용할 수 있다. 커넥터의 구성으로는 박막의 연장된 스프링(83) 위로 돌출되는 팁(81)을 가진 프로브를 포함한다. 박막 스프링이 포스트(85)에 의해 기판(89) 위로 지지되어, 프로브 팁에 작용하는 접촉력에 의해 프로브 팁이 수직 방향으로 자유롭게 이동하도록 한다. 프로브 팁의 휘어짐은 박막 스프링의 구부러짐과 펴짐에 의해 유연하게 제한된다. 팁의 기계적인 유연성은 패드가 엄밀하게 평면을 형성하지 않는 집적 회로의 패드와 프로브 어레이가 접촉할 수 있게 한다.A mechanically flexible connector is disclosed that provides reliable electrical connection with contact pads on microelectronic devices. The connector can be used for burn-in of integrated circuits at the wafer level. It can also be used for probe cards and flip chip sockets to test integrated circuits for other applications. The configuration of the connector includes a probe with a tip 81 protruding over the extended spring 83 of the membrane. The thin film spring is supported over the substrate 89 by the posts 85 to allow the probe tip to move freely in the vertical direction by the contact force acting on the probe tip. The bending of the probe tip is flexibly limited by bending and unfolding of the thin film spring. The mechanical flexibility of the tip allows the pads of the integrated circuit and the probe array to contact where the pads are not strictly planar.

Description

커넥터 장치 {CONNECTOR APPARATUS}Connector device {CONNECTOR APPARATUS}

초소형 전자 소자는 기능성 및 신뢰성을 검증하기 위하여 제조 공정 중에 일련의 검사 과정을 거치게 된다. 검사 과정은 일반적으로 웨이퍼 프로브 검사를 포함하는데, 이러한 웨이퍼 프로브 검사에서는 초소형 전자 소자 칩을 웨이퍼로부터 잘라서 패키징하기 전에 각각의 칩의 동작을 판단하도록 검사한다. 길이가 긴 캔틸레버 와이어(cantilever wires)로 조립된 프로브 카드는 웨이퍼 수준에서 동시에 하나 또는 다수의 칩을 검사하는데 사용된다.Microelectronic devices undergo a series of inspections during the manufacturing process to verify their functionality and reliability. The inspection process generally includes a wafer probe inspection, which examines the operation of each chip before cutting and packaging the microelectronic chip from the wafer. Probe cards assembled from long cantilever wires are used to inspect one or multiple chips simultaneously at the wafer level.

일반적으로 웨이퍼 상의 모든 칩이 웨이퍼 프로브 검사에서 양호한 것으로 판명되는 것이 아니기 때문에 100% 미만의 수율을 얻게 된다. 웨이퍼는 각각의 칩으로 잘려지고, 양호한 칩은 조립되어 패키징된다. 결함이 있는 소자를 파손시키기 위해, 패키징된 소자는 번인 기판 상의 소켓에 탑재되고 8시간 내지 72시간의번인 기간동안 125-150℃의 온도에서 전기적으로 동작되어 다이나믹 번인 과정을 거치게 된다. 번인 검사는 파손 메커니즘을 촉진시켜 소자의 초기 파손 및 고장을 일으키도록 하며, 이러한 결함이 있는 소자가 상업적으로 사용되기 전에 기능성 전기 검사에 의해 가려낼 수 있게 한다.In general, less than 100% yield is achieved because not all chips on the wafer are found to be good at wafer probe inspection. The wafer is cut into individual chips, and the good chips are assembled and packaged. To break the defective device, the packaged device is mounted in a socket on a burn-in substrate and electrically operated at a temperature of 125-150 ° C. for a burn-in period of 8 to 72 hours to undergo a dynamic burn-in process. Burn-in inspections facilitate failure mechanisms, leading to early failure and failure of the device, and allow these defective devices to be screened out by functional electrical testing before commercial use.

완전 기능 검사는 패키징된 소자에 실시되며, 소자의 최대 동작 속도에 의해 각각의 소자를 분류하기 위하여 패키징된 소자를 다양한 동작 속도에서 동작시키게 된다. 패키징된 소자를 분류하여 검사하는 것도 역시 번인 과정 동안 파손되는 소자를 제거할 수 있게 한다. 패키징된 소자의 번인 및 검사는 번인 조건과 고속 검사에 적합하도록 각각 특별히 제작된 소켓들을 사용하여 수행된다. 종래의 제조 공정은 일련의 오랜 단계를 통해 각각의 분리된 소자를 반복하여 처리하고 검사하기 때문에 비용이 많이 들고 시간이 오래 걸렸으며, 이러한 일련의 단계가 소자를 제작하는데 드는 총 제작시간을 몇 주 정도씩 추가하였다.A full functional check is performed on the packaged device, and the packaged device is operated at various operating speeds to classify each device by its maximum operating speed. Classifying and inspecting the packaged devices also allows the removal of devices that are broken during the burn-in process. Burn-in and inspection of the packaged device is performed using sockets specially designed for burn-in conditions and high-speed inspection respectively. Conventional manufacturing processes are costly and time consuming because they repeatedly process and inspect each discrete device in a series of long steps, and this series of steps takes several weeks to build the total fabrication time for the device. Add by degree.

웨이퍼가 각각의 소자로 잘려지기 전에 웨이퍼를 번인하고 검사함으로써 제조 비용 및 시간 면에서의 상당한 발전을 이루었다. 또한 웨이퍼가 각각의 소자로 잘려지기 전에 웨이퍼 상의 각각의 소자를 칩 크기의 패키징으로 제조함으로써 제조 비용 및 시간을 더욱 줄일 수 있었다. 초소형 전자 소자를 제작하는 공정을 간단하게 하고 축소시키는데 따르는 이점을 취하기 위해, 반도체 산업에서는 상당한 노력을 들여 웨이퍼 수준의 패키징, 번인 및 검사 방법을 발전시켰다. 이러한 이점의 얻기 위해, 검사 칩이 웨이퍼로부터 각각의 분리된 소자로 잘려지기 전에 번인 및 속도 검사를 할 수 있는 수단을 마련할 필요가 있다.Significant advances in manufacturing cost and time have been made by burning and inspecting the wafer before it is cut into individual devices. In addition, manufacturing costs and time can be further reduced by fabricating each device on the wafer in chip-sized packaging before the wafer is cut into individual devices. To take advantage of the simplification and reduction of the process of fabricating microelectronic devices, the semiconductor industry has put considerable effort into developing wafer-level packaging, burn-in and inspection methods. In order to achieve these advantages, it is necessary to provide means for burn-in and speed inspection before the inspection chip is cut into each separate device from the wafer.

종래의 캔틸레버 와이어 프로브는 웨이퍼 상의 소자의 번인 및 속도 검사에 적합하지 않다. 웨이퍼 상의 모든 소자를 동시에 번인해야 되는 필요성에도 불구하고, 캔틸레버 와이어 프로브는 너무 길고 부피가 크기 때문에 웨이퍼 상의 모든 소자에 동시에 접촉할 수 없다. 더욱이, 길이가 긴 캔틸레버 와이어 프로브는 프로브를 이루는 와이어의 길이가 길고 평행하게 배치되어 고유 인덕턴스 및 상호 인덕턴스가 높기 때문에 고속 소자의 기능 검사에 적합하지 않다.Conventional cantilever wire probes are not suitable for burn-in and speed inspection of devices on a wafer. Despite the need to burn in all the devices on the wafer at the same time, the cantilever wire probe is too long and bulky to contact all the devices on the wafer at the same time. Moreover, long cantilever wire probes are not suitable for the functional inspection of high speed devices because the length of the wires constituting the probe is long and arranged in parallel to have high inductance and mutual inductance.

저가에 생산할 수 있는 소형의 고성능 프로브는 웨이퍼 상의 번인 및 검사 과정에서 실제 사용하는데 필수적이다. 프로브가 웨이퍼 번인 및 검사에 사용되기 위해서는 소자들이 잘려지지 않은 웨이퍼 상에 있는 동안 소자 상의 모든 패드와 프로브가 확실하게 접촉해야 한다. 웨이퍼 접촉용 프로브는 웨이퍼 표면의 높이를 변화시키는 소자 상의 패드와 전기적으로 접촉해야 한다. 더욱이, 프로브가 각각의 패드와 신뢰성 있는 전기적 접촉을 하기 위해서는 접촉 패드의 표면 상의 산화물층을 뚫어야 한다. 번인 및 검사를 위해 웨이퍼와 접촉하기 위한 비용 효율적이고 신뢰성 있는 수단을 제공하기 위해 많은 접근 방법이 시도되었으나 완전한 성공을 거두지는 못했다.Small, high-performance probes that can be produced at low cost are essential for practical use during burn-in and inspection on wafers. In order for the probe to be used for wafer burn-in and inspection, all pads and probes on the device must be in tangible contact while the device is on an uncut wafer. The wafer contact probe must be in electrical contact with a pad on the device that changes the height of the wafer surface. Moreover, the probe must penetrate the oxide layer on the surface of the contact pads for reliable electrical contact with each pad. Many approaches have been attempted to provide a cost-effective and reliable means of contacting the wafer for burn-in and inspection but have not been fully successful.

소형이며 수직 유연성이 있는 프로브를 사용하여 웨이퍼 상의 소자의 패드와 신뢰성이 있게 접촉하도록 하는 다수의 시도가 있었다. 데이비드 알. 로빌라드와 로버트 엘. 마이클스에게 허여된 미국 특허 제4,189,825호에서 제시된 발명에 따르면, 집적 회로 소자 검사용 캔틸레버 프로브가 제공된다. 도 1에서, 캔틸레버(22)는 칩(23) 상의 알루미늄 접촉 패드(24) 위로 뾰쪽한 팁(26)을 지지한다. 유연성부재(25)가 아래로 압박되어 팁(26)이 패드(24)와 접촉하도록 이동한다. 패드(24) 상의 알루미늄 산화물층은 팁(26)과 패드(24)의 알루미늄 금속 사이의 전기적 접촉을 위해 뾰쪽한 팁(26)에 의해 파헤쳐진다. 소형의 캔틸레버 빔의 강도는 일반적으로 캔틸레버로 힘을 가하는 외부 수단이 없는 한 접촉 패드 상의 알루미늄 산화물층을 파헤치기에 필요한 힘을 팁으로 가하기에 부족하다. 유리, 실리콘, 세라믹 물질 및 텅스텐으로 된 캔틸레버 빔이 다양한 구성으로 시도되었으나 충분한 힘과 유연성을 가진 번인 프로브를 제공하는 데는 성공하지 못하였다.Many attempts have been made to reliably contact pads of devices on a wafer using small, vertically flexible probes. David R. Robertaard and Robert L. According to the invention presented in US Pat. No. 4,189,825 to Michaels, a cantilever probe for testing an integrated circuit device is provided. In FIG. 1, the cantilever 22 supports the pointed tip 26 over the aluminum contact pad 24 on the chip 23. The flexible member 25 is pushed down to move the tip 26 in contact with the pad 24. The layer of aluminum oxide on pad 24 is dug by pointed tip 26 for electrical contact between tip 26 and the aluminum metal of pad 24. The strength of small cantilever beams is generally insufficient to provide the tip with the force necessary to dig the aluminum oxide layer on the contact pad unless there is an external means of forcing the cantilever. Although cantilever beams of glass, silicon, ceramic material and tungsten have been tried in various configurations, they have not been successful in providing burn-in probes with sufficient force and flexibility.

도 2a에 도시된 유연성 막 프로브는 IBM 기술 발표 사보(IBM Technical Disclosure Bulletin, 1972년 10월, 1513쪽)의 유연성 접촉 프로브에 기술되어 있다. 유연성 유전막(32)은 집적 회로 상의 패드와 전기적으로 접촉하기에 적합하도록 된 단자(33)를 포함한다. 단자(33)는 접촉 패드(35)에 부착된 유연성 와이어(34)에 의해 전자 소자를 검사하도록 연결된다. 유연성 폴리이미드 시트로 제조된 프로브는 IEEE 국제 검사 학회 회보(Proceedings of the IEEE International Test Conference, 1988)에서 레슬리 등이 발표하였다. 유연성 시트는 수직 운동을 일정 양으로 제한시켜서 검사 대상인 웨이퍼 상의 집적 회로의 본드 패드의 높이를 조정한다. 레슬리 등에 의해 발표된 것과 같은 박막 프로브는 고성능 검사용 집적 회로 칩 연결부를 제공한다. 그러나 박막의 크기에 대한 안정성은 충분하지 못하여 번인 온도 싸이클 내내 전체 웨이퍼 상의 패드와 접촉할 수 없다.The flexible membrane probe shown in FIG. 2A is described in a flexible contact probe in the IBM Technical Disclosure Bulletin (October 1972, page 1513). The flexible dielectric film 32 includes a terminal 33 adapted to be in electrical contact with a pad on an integrated circuit. Terminal 33 is connected to inspect the electronic device by a flexible wire 34 attached to contact pad 35. Probes made of flexible polyimide sheets were published by Leslie et al. At the Proceedings of the IEEE International Test Conference (1988). The flexible sheet limits the vertical movement to a certain amount to adjust the height of the bond pads of the integrated circuit on the wafer under test. Thin film probes such as those published by Leslie et al. Provide integrated circuit chip connections for high performance inspection. However, the stability to the size of the thin film is not sufficient so that it cannot contact the pads on the entire wafer throughout the burn-in temperature cycle.

박막 이산화 실리콘막은 도 2b에 도시된 바와 같이, 글렌 제이. 리디에게 허여된 미국 특허 제5,225,771호에 기재되어 있다. 이산화 실리콘막(40)은 폴리이미드보다는 크기에 대한 안정성이 높아서, 번인 검사 중 웨이퍼 상의 패드와 접촉하도록 하는 접촉 시의 크기 안정성 문제를 다소 개선할 수 있었다. 프로브 팁(41)은 막(40)을 통과하는 비어(44)에 의해 회로 트레이스(45)와 연결되어 있으며, 회로 트레이스는 유전막(43) 위로 회로 소자(42)의 부가적인 층과 연결되어 있다. 이산화 실리콘막(40) 상의 검사 프로브의 수직 유연성이 제한되어 있어서, 프로브 어레이가 반도체 웨이퍼 상의 소자의 번인에 사용하기에는 신뢰성이 떨어진다.The thin film silicon dioxide film is shown in Figure 2b, Glen J .. US Patent No. 5,225,771 to Liddy. Since the silicon dioxide film 40 has higher stability to size than polyimide, the size stability problem at the time of contact with the pad on the wafer during burn-in inspection could be slightly improved. The probe tip 41 is connected to the circuit trace 45 by a via 44 passing through the film 40, which is connected to an additional layer of circuit element 42 over the dielectric film 43. . The vertical flexibility of the inspection probe on the silicon dioxide film 40 is limited, making the probe array less reliable for use in burn-in of devices on semiconductor wafers.

반도체 웨이퍼 상의 번인 프로브의 어레이 제조는 그 평면도와 단면도가 각각 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있으며, 이는 미국 특허 제4,585,991호에 기재되어 있는 바와 같다. 프로브(51)는 반도체 웨이퍼 기판(52)에 암(54)으로 부착된 피라미드형이다. 프로브(51)를 기계적으로 분리시키기 위해서는 물질(53)이 반도체 웨이퍼(52)로부터 제거된다. 도 3a의 프로브는 제한된 수직 운동을 제공하나, 프로브 어레이와 검사 전자 소자를 연결하는데 필요하며 다이나믹 번인에 필수적인 와이어링 공간을 기판 상에 남겨두지 않는다.The fabrication of an array of burn-in probes on a semiconductor wafer is shown in FIGS. 3A and 3B, respectively, in plan and cross-section, as described in US Pat. No. 4,585,991. The probe 51 is a pyramidal shape attached to the semiconductor wafer substrate 52 by an arm 54. Material 53 is removed from semiconductor wafer 52 to mechanically separate probe 51. The probe of FIG. 3A provides limited vertical motion but does not leave the wiring space required on the substrate to connect the probe array and the inspection electronics and is necessary for dynamic burn-in.

유연성 프로브를 소자의 접촉 패드에 제공하는 한 방식은 유연성 와이어 또는 포스트를 사용하여 검사 회로 소자를 패드에 연결하는 것이다. 도 4a에는 조비나 다스 등에게 허여된 미국 특허 제5,977,787호에 기재된 유연성 프로브가 도시되어 있다. 프로브(60)는 죔쇠 빔(buckling beam)으로 이미 로날드 보브에게 허여된 미국 특허 제3,806,801호에서 개시되어 있는 것과 같다. 프로브(60)는 웨이퍼 상의 소자의 번인에 사용되기에 적합하다. 프로브(60)를 지지하는 가이드(61, 62)는검사되는 웨이퍼와 동일한 팽창 계수를 갖는다. 프로브 팁(63)은 작은 길이(60) 만큼 휘어져 빔(60)이 편향되는 정확한 양식을 제공한다. 죔쇠 빔이 각각의 집적 회로 칩을 검사하는데 적합함에도 불구하고, 이들은 너무 비싸서 수천 개의 접촉점이 필요한 웨이퍼 번인에 사용하기 힘들다. 더욱이, 빔의 적당한 굴곡부를 만들기에 필요한 길이 때문에 죔쇠 빔 프로브의 전기적인 성능은 제한된다.One way to provide a flexible probe to the device's contact pads is to connect the test circuit elements to the pad using a flexible wire or post. 4A shows a flexible probe described in US Pat. No. 5,977,787 to Jovi or Das et al. The probe 60 is the same as that disclosed in US Pat. No. 3,806,801, already issued to Ronald Bob as a buckling beam. Probe 60 is suitable for use in burn-in of devices on a wafer. Guides 61 and 62 supporting the probe 60 have the same coefficient of expansion as the wafer being inspected. The probe tip 63 is bent by a small length 60 to provide the correct form in which the beam 60 is deflected. Although the clamp beams are suitable for inspecting each integrated circuit chip, they are too expensive to use for wafer burn-in requiring thousands of contact points. Moreover, the electrical performance of the clamp beam probe is limited because of the length needed to make the proper bend of the beam.

유연성 포스트를 사용한 다른 방식은 도 4b에 도시되어 있으며, 이는 아놀드 더블유. 야노프와 윌리엄 다욱셔에게 허여된 미국 특허 제5,513,430호에 기재된 발명이다. 도 4b는 프로브 팁(67)에 가해지는 힘에 따라 구부러질 수 있는 포스트(66)의 형태의 유연성 프로브가 도시되어 있다. 포스트(66)는 접촉 패드와 접촉하면서 팁(67)에 가해지는 힘에 따라 수직으로 구부러지기 위해서 기판(69)과 일정 각도를 유지한 채 형성된다. 포스트(66)는 구부러짐을 용이하게 하기 위해서 기부 단자(68)에서 팁(67)으로 점점 가늘어지는 형상이다.Another approach using a flexible post is shown in FIG. 4B, which is Arnold W. Invention described in US Pat. No. 5,513,430 to Janov and William Dowshire. 4B shows a flexible probe in the form of a post 66 that can bend under the force applied to the probe tip 67. The post 66 is formed while maintaining a certain angle with the substrate 69 in order to bend vertically in accordance with the force applied to the tip 67 while in contact with the contact pad. The post 66 is tapered from the base terminal 68 to the tip 67 to facilitate bending.

도 4c에는 벤자민 엔. 엘 드리지 등에게 허여된 미국 특허 제5,878,486호에 기재된 또 다른 방식의 유연성 와이어와 포스트가 도시되어 있다. 도 4c에 도시된 프로브는 스프링 와이어(71) 상의 프로브 팁(72)을 포함하며, 스프링 와이어(71)는 구부러짐을 용이하게 하기 위해 특정한 형상으로 구부러져 있다. 와이어(71)는 일반적인 와이어 본드(73)에 의해 기판(74)에 접합된다. 도 4c에 도시된 유형의 프로브는 웨이퍼 번인에 필요한 접촉력과 유연성을 얻기 위해 길이가 긴 스프링이 필요하다. 더욱이, 각각의 와이어가 필요한 이러한 프로브는 너무 비싸서 수천 개의 접촉점이 필요한 웨이퍼 번인에 사용하기 어렵다.Benjamin Y in Figure 4c. Another type of flexible wire and post is shown in US Pat. No. 5,878,486 to Eldridge et al. The probe shown in FIG. 4C includes a probe tip 72 on the spring wire 71, which is bent into a specific shape to facilitate bending. The wire 71 is bonded to the substrate 74 by a general wire bond 73. Probes of the type shown in FIG. 4C require long springs to achieve the contact force and flexibility required for wafer burn-in. Moreover, these probes, which require each wire, are too expensive to use for wafer burn-in requiring thousands of contact points.

유연성 프로브를 제공하는 다른 방식은 검사 헤드와 검사 대상인 소자 사이에 유연성 층을 삽입하여 검사 헤드 상의 단자가 소자의 대응 접촉 패드와 전기적으로 연결되도록 하는 것이다. 윌렘 루트머에게 허여된 미국 특허 제3,795,037호에 기재된 전기 커넥터는 탄성 물질에 삽입된 유연성 도체를 사용하여 전기 커넥터의 상측면과 하측면이 접촉하도록 압박되는 여러 쌍의 전도성 랜드 사이를 연결시킨다. 유연성 도체의 다양한 변경은 구부러진 와이어, 도체가 충전된 폴리머, 도금된 포스트 및 유연성 삽입층을 형성하기 위해 고무류 물질 내에 도전 수단을 사용하는 방식 등을 포함한다.Another way of providing a flexible probe is to insert a flexible layer between the test head and the device under test so that the terminals on the test head are electrically connected to the corresponding contact pads of the device. The electrical connector described in US Pat. No. 3,795,037 to Willem Rummer uses a flexible conductor inserted in an elastic material to connect between a pair of conductive lands that are pressed to contact the upper and lower sides of the electrical connector. Various modifications of the flexible conductor include the use of conductive means in the rubber material to form the bent wire, the polymer filled with the conductor, the plated post and the flexible insert layer.

전술한 방식 및 기타 시도도 웨이퍼가 개개의 소자로 잘려지기 전에 초소형 전자 소자를 웨이퍼 상에서 경제적으로 번인 및 속도 검사를 할 수 있게 하는 고성능 프로브를 제공하는데 성공을 거두지 못했다.The foregoing schemes and other attempts have not been successful in providing high performance probes that enable economical burn-in and speed inspection of microelectronic devices on a wafer before the wafer is cut into individual devices.

본 출원은 발명의 명칭이 "유연성 프로브 장치"인 현재 계류 중인 출원 내용을 참조하여 사용한다.This application is used with reference to the currently pending application content entitled "Flexible Probe Device".

본 발명은 초소형 전자 소자의 번인(burn-in) 및 검사에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 단일 칩 또는 웨이퍼 형태의 집적 회로를 접속시키는데 사용하기에 적합한 소켓 어셈블리에서 사용하는 프로브에 관한 것이다.The present invention relates to burn-in and inspection of microelectronic devices, and more particularly to probes for use in socket assemblies suitable for use in connecting integrated circuits in the form of single chips or wafers.

본 발명의 특징으로 볼 수 있는 신규한 특징은 첨부된 특허청구의 범위에 기재되어 있다. 발명 그 자체 뿐 아니라 기타 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명에 의하여 가장 잘 이해될 수 있다.The novel features which can be seen as features of the invention are set forth in the appended claims. Other features and advantages as well as the invention itself may be best understood by the following detailed description with reference to the accompanying drawings.

도 1은 선행 기술의 캔틸레버 프로브의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a cantilever probe of the prior art.

도 2a 및 도 2b는 선행 기술의 유연성 박막 프로브의 단면도이다.2A and 2B are cross-sectional views of prior art flexible thin film probes.

도 3a 및 도 3b는 각각 실리콘 웨이퍼 상에서 제조된 선행기술의 프로브를 도시한 평면도 및 단면도이다.3A and 3B are plan and cross-sectional views, respectively, of prior art probes fabricated on silicon wafers.

도 4a 내지 도 4c는 선행 기술의 유연성 포스트 프로브를 도시한 도면이다.4A-4C illustrate prior art flexible post probes.

도 5는 본 발명에 따른 유연성 프로브를 도시한 도면이다.5 shows a flexible probe according to the present invention.

도 6은 접지면 실드를 포함하는 유연성 프로브의 다른 구성을 도시한 도면이다.6 illustrates another configuration of a flexible probe that includes a ground plane shield.

도 7a 내지 도 7c는 각각 유연성 프로브의 일실시예에 대한 평면도, 정지 시의 단면도, 및 힘 F가 작용할 때 프로브의 단면도이다.7A-7C are, respectively, a top view, a cross-sectional view at rest, and a cross-sectional view of the probe when force F acts on one embodiment of the flexible probe.

도 8a 내지 도 8d는 각각 본 발명에 따른 유연성 프로브에 대한 프로브 디자인의 다른 실시예들에 대한 평면도이다.8A-8D are plan views of different embodiments of probe design for a flexible probe according to the present invention, respectively.

도 9a 내지 도 9d는 본 발명에 따른 유연성 프로브 구조에서 사용되는 프로브 팁을 도시한 도면이다.9A-9D illustrate probe tips used in a flexible probe structure in accordance with the present invention.

도 10은 유연성 프로브의 실시예를 도시한 도면이다.10 illustrates an embodiment of a flexible probe.

도 11은 탄성 캡슐 물질을 포함하는 유연성 프로브의 실시예를 도시한 도면이다.11 illustrates an embodiment of a flexible probe comprising an elastic capsule material.

도 12a 내지 도 12c는 각각 유연성 프로브의 일실시예에 대한 평면도, 정지 시의 단면도, 및 힘 F가 작용할 때 프로브의 단면도이다.12A-12C are, respectively, a top view, a cross-sectional view at rest, and a cross-sectional view of the probe when force F acts on one embodiment of the flexible probe.

도 13a 및 도 13b는 각각 일체형 접지 실드를 가진 유연성 프로브의 실시예에 대한 평면도 및 단면도이다.13A and 13B are plan and cross-sectional views, respectively, of an embodiment of a flexible probe with an integral ground shield.

도 14는 일체형 접지 실드를 가진 유연성 프로브의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.14 is a cross-sectional view of another embodiment of a flexible probe with an integral ground shield.

도 15a는 유연성 프로브를 포함하는 검사 헤드 장치를 도시한 도면이다.15A shows an inspection head device including a flexible probe.

도 15b는 도 15a의 유연성 프로브의 단면도이다.FIG. 15B is a cross-sectional view of the flexible probe of FIG. 15A.

본 발명에 따라서, 전도성 팁을 포함하는 소형의 유연성 프로브가 제공되며, 전도성 팁은 지지 표면에 대해 유연하게 이동하도록 지지면 상에 위치한다. 프로브 팁은 대응 접촉 패드가 팁에 의해 눌려짐에 따라 생기는 힘에 의해 수직으로 이동한다. 프로브의 기계적 유연성은 프로브와 초소형 전자 소자 상의 대응 접촉 패드 사이에서 확실하게 전기적 접촉이 일어나게 하며, 기계적 유연성은 접촉 패드의 높이 변화를 조정한다.In accordance with the present invention, a compact flexible probe comprising a conductive tip is provided, the conductive tip being positioned on the support surface to flexibly move relative to the support surface. The probe tip is moved vertically by the force generated as the corresponding contact pad is pressed by the tip. The mechanical flexibility of the probe ensures electrical contact between the probe and the corresponding contact pad on the microelectronic device, and the mechanical flexibility controls the height change of the contact pad.

본 발명의 목적은 초소형 전자 소자가 별개의 칩으로 잘려지기 전에 번인하기 위해서 잘려지지 않은 웨이퍼 상의 소자의 접촉 패드와 전기적으로 연결할 수있는 방법 및 수단을 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 유연성 프로브는 웨이퍼의 표면 상에 배열된 모든 접촉 패드와 동시에 신뢰성 있게 전기적으로 연결시키기 때문에 웨이퍼 상의 초소형 전자 소자는 경제적으로 번인될 수 있다.It is an object of the present invention to provide a method and means by which a microelectronic device can be electrically connected with the contact pads of the device on the uncut wafer to burn in before being cut into separate chips. The microelectronic device on the wafer can be economically burned in because the flexible probe according to the invention reliably and electrically connects simultaneously with all the contact pads arranged on the surface of the wafer.

본 발명의 다른 목적은 잘려지지 않은 웨이퍼 상의 초소형 전자 소자의 번인을 위한 구조물을 제공하는 것이다. 상기 구조물은 고온의 다이나믹 번인 중에 필요한 전기 신호를 소자에 공급하는 회로 소자를 구동하기 위해 각각의 소자 상의 접촉 패드와 전기적으로 접촉한다. 전기 신호 및 전력은 웨이퍼 상의 모든 칩에 동시에 공급된다. 구조물 내의 프로브의 기계적인 유연성은 접촉 패드의 높이 및 프로브 팁의 변화를 조정하여 각각의 프로브 팁이 번인 공정의 온도 싸이클 내내 대응 접촉 패드와 접촉한 상태로 남아있게 한다.Another object of the present invention is to provide a structure for the burn-in of microelectronic devices on an uncut wafer. The structure is in electrical contact with the contact pads on each device to drive circuit elements that supply the device with the electrical signals required during the high temperature dynamic burn-in. Electrical signals and power are simultaneously supplied to all chips on the wafer. The mechanical flexibility of the probes in the structure adjusts the height of the contact pads and the change in the probe tips so that each probe tip remains in contact with the corresponding contact pad throughout the temperature cycle of the burn-in process.

본 발명의 또 다른 목적은 패키징되지 않은 초소형 전자 소자의 고속 검사를 가능하게 하는 전기 프로브 카드를 제공하는 것이다. 소형의 유연성 프로브는 본 명세서에서 개시된 바와 같이 소자에 전기적 검사 신호를 인가하고 그 소자로부터의 전기 신호를 측정하기 위해 소자 상의 대응 패드와 일시적으로 연결되는데 사용된다. 유연성 프로브의 크기가 소형이기 때문에, 선행 기술에서 사용된 와이어 프로브에서 발생하는 과도한 인덕턴스 또는 캐패시턴스에 의한 손실 없이 소자로 고속 전기 신호를 보낼 수도 있고 받을 수도 있다.It is yet another object of the present invention to provide an electrical probe card that enables high speed inspection of unpackaged microelectronic devices. Miniature flexible probes are used to temporarily connect with corresponding pads on the device to apply an electrical test signal to the device and to measure the electrical signal from the device as disclosed herein. Because of the small size of the flexible probe, it is possible to send and receive high-speed electrical signals to the device without loss of excessive inductance or capacitance occurring in the wire probes used in the prior art.

본 발명의 또 다른 목적은 초소형 전자 소자의 전기적 접촉부가 소자 표면 상의 2차원 배열로 배치된 경우 소자를 번인하고 검사하며 동작시키기 위한 방법 및 수단을 제공하는 것이다. 소형의 유연성 프로브는 본 명세서에서 개시된 바와같이 접촉부가 2차원 배열로 배열된 경우 소자의 접촉부와 신뢰성 있는 전기적 연결을 시키기 위해 사용된다. 기계적인 유연성은 상온 및 소자의 동작 온도 범위 모두에서의 접촉부의 높이 변화에도 불구하고 각각의 프로브의 팁이 소자의 대응 접촉부와 전기적 접촉을 유지할 수 있도록 한다.It is a further object of the present invention to provide a method and means for burn-in, inspection and operation of a device when the electrical contacts of the microelectronic device are arranged in a two-dimensional arrangement on the surface of the device. Miniature flexible probes are used to make a reliable electrical connection with the contacts of the device when the contacts are arranged in a two-dimensional arrangement as disclosed herein. Mechanical flexibility allows the tip of each probe to maintain electrical contact with the corresponding contact of the device despite changes in the height of the contact, both at room temperature and the operating temperature range of the device.

본 발명의 다른 목적은 칩의 번인, 검사 및 동작을 위해 집적 회로 칩과 전기 회로를 연결시키는 소형 소켓을 제공하는 것이다. 소켓에서 프로브 접촉부의 크기가 작기 때문에 소켓 내에 탑재된 칩의 고속 동작이 가능해진다. 프로브의 기계적 유연성은 본 명세서에서 개시된 바와 같이 최소 패키징된 리지드 칩(rigid chip)이나 패키징되지 않은 리지드 칩에 대해 신뢰성 있는 전기적 연결이 가능하도록 한다. 본 발명에 따르는 유연성 프로브는 칩 규모의 패키징용 및 플립칩용의 소형이고도 경제적인 소켓을 만들 수 있게 한다.Another object of the present invention is to provide a small socket connecting the integrated circuit chip and the electrical circuit for burn-in, inspection and operation of the chip. The small size of the probe contacts in the socket allows for high speed operation of the chip mounted in the socket. The mechanical flexibility of the probe allows for reliable electrical connection to a minimally packaged rigid chip or an unpackaged rigid chip as disclosed herein. The flexible probe according to the invention makes it possible to make small and economical sockets for chip-scale packaging and flip chip.

본 발명의 이러한 목적 및 기타 목적은 기계적으로 유연한 전기 프로브를 제공함으로써 해결될 수 있으며, 여기서 프로브 팁은 유연성 물질로 된 연장된 박막 스프링의 양 단부 사이에 배치된다. 연장된 박막 스프링은 스프링의 양 단부에서 포스트에 의해 기판 위로 지지되어서, 스프링 물질이 구부러지고 펴짐에 따라 팁이 수직 방향으로 유연하게 이동하게 된다.These and other objects of the present invention can be solved by providing a mechanically flexible electrical probe, wherein the probe tip is disposed between both ends of the extended thin film spring of flexible material. The extended thin film spring is supported over the substrate by posts at both ends of the spring, causing the tip to flexibly move in the vertical direction as the spring material bends and unfolds.

본 명세서에 기재된 프로브는 프로브에 가해지는 힘과 프로브의 크기가 정해졌을 때, 종래의 캔틸레버 프로브보다 프로브 팁이 유연하게 이동하는 범위가 더 크다는 점에서 종래의 프로브에 비해 상당히 개선된 것이다. 종래의 캔틸레버 프로브는 프로브 물질의 탄성 한계가 미치는 일정 힘에 따라 이동 범위에 한계가 있다. 캔틸레버 프로브에서 최대의 기계적인 스트레스는 굴곡 지점에서 캔틸레버 물질의 표면 상에 집중되어 있다. 본 발명은 주어진 스프링 물질이 탄성 한계에 도달하기 전에 스프링 물질과 프로브에 가해지는 힘에 대해서 이동 범위를 더 크게 할 수 있다.The probe described herein is a significant improvement over conventional probes in that the probe tip moves more flexibly than conventional cantilever probes, given the force applied to the probe and the size of the probe. Conventional cantilever probes have a limited range of motion depending on the constant force exerted by the elastic limit of the probe material. The maximum mechanical stress in the cantilever probe is concentrated on the surface of the cantilever material at the bending point. The present invention allows a greater range of movement with respect to the force exerted on the spring material and the probe before a given spring material reaches the elastic limit.

본 발명은 웨이퍼 수준에서 신뢰성 있게 검사와 번인 기능을 제공함으로써 초소형 전자소자의 제조 효율을 높이는 동시에 검사 구조물의 크기를 줄일 수 있다. 기계적으로 유연한 프로브는 프로브의 크기에 비해 이동 범위가 크다. 이러한 이동 범위는 실질적으로 동일 평면 상에 있지 않은 접촉 패드를 가진 소자를 연결하는 데 중요한 역할을 한다. 유연성 프로브 팁은 유연하게 움직여서 대응 접촉 패드의 높이의 차이를 조정하는 한편 접촉 패드 상의 프로브 팁에 충분한 힘을 유지시켜 팁과 접촉 패드 사이의 전기적 접촉을 신뢰성 있게 한다.According to the present invention, the inspection and burn-in functions can be reliably provided at the wafer level, thereby increasing the manufacturing efficiency of the microelectronic device and reducing the size of the inspection structure. Mechanically flexible probes have a large range of motion relative to the size of the probe. This range of movement plays an important role in connecting devices with contact pads that are not substantially coplanar. The flexible probe tip moves flexibly to adjust the difference in height of the corresponding contact pad while maintaining sufficient force on the probe tip on the contact pad to reliably establish electrical contact between the tip and the contact pad.

본 발명의 원리에 따르는 유연성 프로브의 제1 실시예가 도 5에 도시되어 있다. 프로브는 집적 회로(IC), 플립칩, 수동 소자 및 칩 스케일 패키징과 같은 초소형 전자 소자 상의 접촉 패드와 안정적인 전기 접속을 할 수 있도록 개시되어 있다. 프로브는 팁에 작용하는 힘에 따라 프로브 팁(81)의 유연한 수직 이동을 가능하게 한다. 따라서, 접촉 패드가 프로브 팁(81)과 접촉하도록 압박됨에 따라, 이 구조의 기계적인 유연성은 프로브 팁(81)이 접촉 패드 상의 절연 산화막을 통과하기에 충분한 힘으로 대응 접촉 패드와 접촉하도록 한다. 프로브의 기계적인 유연성은 초소형 전자 소자의 영역 중 접촉 패드의 높이 차이를 조정하는 한편, 각각의 프로브 팁에 충분한 힘을 가하여 팁과 대응 접촉 패드 사이의 신뢰성 있는 전기 접속을 가능하게 한다. 더욱이, 열 팽창 때문에 소자 및 프로브 지지부의 뒤틀림이 발생할 수도 있는 검사 또는 번인 싸이클 동안 팁이 대응 패드와 접속을 유지할 수 있도록 패드의 기계적인 유연성도 필요하다.A first embodiment of a flexible probe in accordance with the principles of the present invention is shown in FIG. Probes are disclosed to enable stable electrical connections with contact pads on microelectronic devices such as integrated circuits (ICs), flip chips, passive devices, and chip scale packaging. The probe allows for smooth vertical movement of the probe tip 81 according to the force acting on the tip. Thus, as the contact pad is pressed to contact the probe tip 81, the mechanical flexibility of this structure allows the probe tip 81 to contact the corresponding contact pad with sufficient force to pass through an insulating oxide film on the contact pad. The mechanical flexibility of the probe adjusts the height difference of the contact pads in the area of the microelectronic device, while applying sufficient force to each probe tip to enable a reliable electrical connection between the tip and the corresponding contact pad. Furthermore, there is also a need for mechanical flexibility of the pads to keep the tip in contact with the corresponding pad during inspection or burn-in cycles, which may result in distortion of the device and probe support due to thermal expansion.

도 5에서, 프로브 팁(81)은 전도성 물질로 된 연장된 박막 스프링(83) 위에서 지지된다. 박막 스프링(83)은 포스트(85)에 의해 지지되며, 포스트(85)는 연장된 박막 스프링(83)의 양쪽 단부에서 촉 패드(84)와 결합되어 있다. 프로브 팁(81)은 팁에 수직으로 가해지는 힘에 의해 유연성 있게 이동할 수 있다. 팁(81)의 수직 이동은 박막 스프링(83)이 유연하게 구부러지고 펴지게 하여 유연성 복원력이 팁(81)에 가해지도록 한다.In FIG. 5, the probe tip 81 is supported over an extended thin film spring 83 of conductive material. The thin film spring 83 is supported by the posts 85, and the posts 85 are engaged with the chuck pads 84 at both ends of the extended thin film spring 83. The probe tip 81 can be flexibly moved by the force applied perpendicular to the tip. The vertical movement of the tip 81 causes the thin film spring 83 to bend and unfold flexibly so that a flexible restoring force is applied to the tip 81.

도 5에 도시된 유연성 프로브에서, 포스트(85)는 회로 트레이스(87)와 전기적으로 연결된 단자(86)에 의해 기판 위에서 지지된다. 회로 트레이스(87)는 다시 비어(88)를 통해 기판(89)의 전기 회로와 연결된다. 전술한 일련의 연결은 프로브와 연결된 소자를 동작시키기 위해 프로브 팁(81)을 기판(89)의 회로와 연결시킨다. 번인 등에 사용 시에, 기판(89)은 번인과 같이 온도 싸이클이 25℃에서 150℃ 또는 그 이상인 광범위한 온도 범위에서 크기 안정성을 이루기 위해 실리콘 또는 저팽창 세라믹 물질로 만들어진다.In the flexible probe shown in FIG. 5, the post 85 is supported over the substrate by a terminal 86 that is electrically connected with the circuit trace 87. Circuit trace 87 is in turn connected with electrical circuitry of substrate 89 through via 88. The aforementioned series of connections connects the probe tip 81 with the circuitry of the substrate 89 to operate the device connected to the probe. When used in burn-in or the like, the substrate 89 is made of silicon or low-expansion ceramic material to achieve size stability over a wide temperature range, such as burn-in, with a temperature cycle of 25 ° C. to 150 ° C. or higher.

고주파수에서 동작하기 위해서는 프로브 팁(81)으로부터 비어 접촉부(88)까지의 전기적 연결은 프로브 팁(81)과의 접속에 의한 인덕턱스를 최소화하도록 배열된다. 루프의 인덕턴스는 비어 접촉부(88)를 실질적으로 프로브 팁(81) 아래로 위치시킴으로써 최소화 될 수 있다. 비어(88)가 항상 이상적으로 프로브 팁 아래에 위치할 수 없더라도, 고주파수 동작이 필요시에는 팁(81)과 비어(88) 사이의 거리가 짧아야 한다.In order to operate at high frequencies, the electrical connection from the probe tip 81 to the via contact 88 is arranged to minimize the inductance caused by the connection with the probe tip 81. The inductance of the loop can be minimized by placing the via contact 88 substantially below the probe tip 81. Although via 88 may not always ideally be located under the probe tip, the distance between tip 81 and via 88 should be short when high frequency operation is required.

도 6은 유연성 프로브의 제2 실시예를 도시하고 있으며, 여기서 연장된 박막 스프링(93)은 접지면 실드(92)에 의해 기판(99)의 회로로부터 차폐된다. 접지면 실드(92)는 유전층(98A, 98B)에 의해 전기적으로 절연된다. 유전층(98A)은 기판(99)의 상측면과 접지면(92) 사이에 삽입된다. 추가적인 유전층(98B)은 접지면(92)과 박막 스프링(93) 사이에 삽입되는 탄성을 가진 유전 물질이다. 유전층(98B)의 탄성 물질은 바람직하게는 실리콘, 플루오르화 실리콘, 플루오르화 탄소 및 우레탄 폴리머로 이루어진 그룹에서 선택된다. 탄성을 가진 유전층(98B)은 박막 스프링(93)을 접지면(92)으로부터 절연시키는 한편 스프링(93)을 수직으로 휘게 한다.FIG. 6 shows a second embodiment of the flexible probe, wherein the extended thin film spring 93 is shielded from the circuit of the substrate 99 by the ground plane shield 92. Ground plane shield 92 is electrically insulated by dielectric layers 98A and 98B. Dielectric layer 98A is inserted between the top surface of substrate 99 and ground surface 92. Additional dielectric layer 98B is an elastic dielectric material inserted between ground plane 92 and thin film spring 93. The elastic material of the dielectric layer 98B is preferably selected from the group consisting of silicon, silicon fluoride, carbon fluoride and urethane polymers. The elastic dielectric layer 98B insulates the thin film spring 93 from the ground plane 92 while bending the spring 93 vertically.

도 6에서, 연장된 박막 스프링(93)의 각 단부 상의 접촉 패드(94)는 포스트(95)와 결합되어 있고, 포스트(95)는 다시 기판(99) 상의 패드(96) 상에 위치한다. 프로브 팁(91)은 박막 스프링(93)을 통해 접촉 패드(94)로 전기적으로 접속되고, 접촉 패드(94)는 포스트(95)와 결합되며, 포스트(95)는 단자(96) 위에 위치하고, 단자(96)는 다시 회로 트레이스(97)에 의해 기판(99)의 전기 회로와 연결되어 전기적으로 접속된다.In FIG. 6, contact pads 94 on each end of elongated thin film spring 93 are engaged with posts 95, which in turn are positioned on pads 96 on substrate 99. The probe tip 91 is electrically connected to the contact pad 94 through the thin film spring 93, the contact pad 94 is coupled with the post 95, the post 95 is located above the terminal 96, Terminal 96 is in turn connected to and electrically connected to the electrical circuit of substrate 99 by circuit trace 97.

도 6에 도시된 바와 같이, 프로브 팁(91)은 박막 스프링(93) 위에 위치하되 연장된 박막 스프링(93)의 양 단부의 포스트(95) 사이의 중심선을 따라 소정의 위치에 위치한다. 프로브 팁(91) 상에 작용하는 수직력은 박막 스프링(93)의 탄력있는 구부러짐과 펴짐에 의해 생긴 대항력 및 탄성체층(98B)의 변형에 의해 생긴 대항력에 유연하게 대항된다.As shown in FIG. 6, the probe tip 91 is positioned above the thin film spring 93 but at a predetermined position along the centerline between the posts 95 at both ends of the extended thin film spring 93. The vertical force acting on the probe tip 91 is flexibly opposed to the counter force generated by the elastic bending and unwinding of the thin film spring 93 and the counter force generated by the deformation of the elastic layer 98B.

도 7a는 도 5에 예시된 일반적인 형태의 유연성 프로브의 제1 실시예를 위에서 본 평면도이다. 연장된 박막 스프링(103)은 시트의 양 단부에 형성된 접촉 패드(104)를 포함하는 금속 시트로 이루어진다. 박막 스프링(103)의 금속은 높은 생산 강도, 및 최종 파손 시까지의 적당한 신장률을 가진 것으로 선택한다. 몰리브덴, 콜럼븀, 스테인리스 스틸, 베릴륨-구리, 구리-니켈, 니켈, 티타늄 및 이들의 합금으로 이루어진 금속이 바람직하다. 이중 적당한 금속은 생산 강도 550메가파스칼을 가진 베릴륨-구리 합금 ASTM 사양번호 534이다. 다른 적당한 금속으로는 생산 강도가 910 메가파스칼이고 Ti, 8 Al, 1 Mo, 1V로 이루어진 티타늄 합금이다.FIG. 7A is a plan view from above of a first embodiment of the flexible probe of the general type illustrated in FIG. 5; FIG. The extended thin film spring 103 consists of a metal sheet comprising contact pads 104 formed at both ends of the sheet. The metal of the thin film spring 103 is selected to have a high production strength and a moderate elongation to final failure. Preference is given to metals made of molybdenum, cadmium, stainless steel, beryllium-copper, copper-nickel, nickel, titanium and alloys thereof. A suitable metal of this is beryllium-copper alloy ASTM specification number 534 with a production strength of 550 megapascals. Another suitable metal is a titanium alloy with a production strength of 910 megapascals and consisting of Ti, 8 Al, 1 Mo, 1V.

도 7a에 도시된 프로브 팁(101)은 박막 스프링(103) 위에서 지지되어 프로브 팁(101)에 가해지는 수직력 F에 의해 기판(109)쪽으로 수직으로 눌려지게 된다. 프로브 팁(101)이 수직으로 눌려지는 것은 도 7b와 도 7c의 단면도에 도시되어 있다. 프로브 팁(101)에 작용하는 수직력 F는 박막 스프링(103)을 유연하게 휘게 하여 팁(101)이 기판(109) 쪽으로 눌려지게 한다. 도 7c의 단면도에 도시된 바와 같이, 프로브 팁(101)의 수직 이동은 스프링(103)의 구부러짐과 펴짐에 의한 것이다.The probe tip 101 shown in FIG. 7A is supported on the thin film spring 103 and is pressed vertically toward the substrate 109 by the vertical force F applied to the probe tip 101. Vertical depression of the probe tip 101 is shown in the cross-sectional views of FIGS. 7B and 7C. The vertical force F acting on the probe tip 101 flexes the thin film spring 103 so that the tip 101 is pressed against the substrate 109. As shown in the cross-sectional view of FIG. 7C, the vertical movement of the probe tip 101 is due to the bending and unfolding of the spring 103.

프로브 팁(101)은 공지된 공정에 의해 실리콘의 결정면 (100)에 형성된 식각 피트의 복제에 의해 형성된 피라미드이다. 54.75°인 팁 각도는 피라미드의 사면을 형성하는 실리콘의 결정면 (111)에 의해 결정된다. 팁(101)의 물질은 텅스텐이고, 이는 예리하고 단단한 끝점을 형성하여 반도체 집적 회로 소자에 일반적으로 사용되는 알루미늄 접촉 패드 위의 알루미늄 산화막을 뚫을 수 있다. 단단한 프로브 팁을 만들기에 적합한 물질은 몰리브덴, 니켈 합금, 오스뮴, 팔리니 7(Paliney 7), 로듐, 레늄, 티타늄, 텅스텐 및 이들의 합금이다.The probe tip 101 is a pyramid formed by replication of an etch pit formed in the crystal plane 100 of silicon by a known process. A tip angle of 54.75 ° is determined by the crystal plane 111 of silicon forming the slope of the pyramid. The material of the tip 101 is tungsten, which forms a sharp and hard end that can penetrate the aluminum oxide film over the aluminum contact pads commonly used in semiconductor integrated circuit devices. Suitable materials for making rigid probe tips are molybdenum, nickel alloys, osmium, Paliney 7, rhodium, rhenium, titanium, tungsten and their alloys.

실리콘의 식각 피트를 복제하여 예리한 프로브 팁을 제조하는 것은 본 기술 분야에서는 공지된 것이며, 디. 에이. 키위트, 과학적 도구에 대한 개관(Reviews of Scientific Instruments), 44권, 1741-1742쪽의 1973년 출판물에도 잘 기술되어 있다. 키위트는 니켈-보론 합금을 피트에 증착하고 나서 실리콘 매트릭스 물질을 제거하여 피라미드를 노출시킴으로써 실리콘의 식각 피트를 복제하여 프로브 팁을 만드는 것에 대해 기술하고 있다. 키위트는 비등점의 히드라진 수산화물로 표면 처리를 하여 실리콘 (100)면에 피라미드형 식각 피트를 형성하였다.It is known in the art to replicate the etch pit of silicon to produce a sharp probe tip. a. Kiwit, in the 1973 publication of Reviews of Scientific Instruments, Vol. 44, pp. 1741-1742. Kiwit describes a probe tip by replicating an etch pit of silicon by depositing a nickel-boron alloy on the pit and then removing the silicon matrix material to expose the pyramid. Kiwit was surface treated with boiling point hydrazine hydroxides to form pyramidal etch pits on the silicon (100) plane.

박막 스프링(103)은 포스트(105)에 의해 기판(109) 위로 지지되고, 포스트(105)는 연장된 박막 스프링(103)의 양 단부에서 단자(104)와 결합되어 있다. 포스트(105)는 바람직하게 경화 구리, 니켈, 구리-니켈 합금 또는 경화 금으로 이루어진 그룹에서 선택되는 전착 금속으로 형성된다. 프로브 팁(101)과 집적 회로를 검사하기 위한 회로와의 전기적 연결은 스프링(103), 접촉 패드(104), 포스트(105), 단자(106), 회로 트레이스(107) 및 비어(108)를 통한 전도에 의해 이루어진다. 비어(108)로부터 프로브(101)로의 전기 회로는 인덕턴스를 줄여 고주파수 또는 높은 데이터 레이트에서 동작할 수 있도록 가능한 한 가장 작은 면적을 포함하는 루프를 형성하도록 구성된다.The thin film spring 103 is supported over the substrate 109 by a post 105, and the post 105 is coupled with the terminal 104 at both ends of the extended thin film spring 103. The post 105 is preferably formed of an electrodeposition metal selected from the group consisting of hardened copper, nickel, copper-nickel alloys or hardened gold. The electrical connection between the probe tip 101 and the circuitry for inspecting the integrated circuit connects the spring 103, the contact pad 104, the post 105, the terminal 106, the circuit trace 107 and the vias 108. By evangelism through The electrical circuit from the via 108 to the probe 101 is configured to form a loop that includes the smallest area possible to reduce inductance so that it can operate at high frequencies or at high data rates.

도 8a 내지 도 8d에 유연성 프로브의 또 다른 몇몇 구성이 도시되어 있다. 어떤 구성은 집적 회로 상의 선형 어레이에서 밀접하게 위치한 접촉 패드를 프로브로 접촉하는 것을 용이하게 한다. 최신 집적 회로 상의 접촉 패드는 중심 간의 간격이 60마이크로미터 정도로 작다. 밀접한 간격을 가진 프로브 패드를 접촉하기 위해서는, 특별히 디자인된 프로브가 특별히 디자인된 배열로 중첩된다. 도 8a 내지 도 8d에 도시된 프로브 디자인은 검사를 받는 집적 회로 소자 상의 접촉 패드가 밀접한 간격을 가진 어레이일 때 접촉하는 수단을 제공한다.Some other configurations of the flexible probe are shown in FIGS. 8A-8D. Some configurations facilitate contacting probes with closely located contact pads in a linear array on an integrated circuit. Contact pads on modern integrated circuits are as small as 60 micrometers between centers. In order to contact the closely spaced probe pads, specially designed probes are superimposed in a specially designed arrangement. The probe design shown in FIGS. 8A-8D provides a means for contacting when the contact pads on the integrated circuit device under test are closely spaced arrays.

도 8a에 도시된 유연성 프로브는 프로브 팁(111)의 선형 어레이의 축과 소정의 각도를 가지고 배향된 연장된 박막 스프링의 어레이 형태로 프로브가 중첩되도록 한다. 이러한 구성은 스프링의 짧은 부분(113)과 긴 부분(112) 사이에 배치된 프로브 팁(111)을 가진 스프링을 포함한다. 접촉 패드(114, 116)는 각각 짧은 부분(113)과 긴 부부(112)의 단부에 위치한다. 스프링은 짧은 부분(113) 아래의 포스트(115) 및 긴 부분(112) 아래의 포스트(117)에 의해 지지된다. 서로 엇갈리는 위치를 가지는 포스트(115, 117)는 프로브가 서로 밀접한 간격을 가질 수 있도록 한다.The flexible probe shown in FIG. 8A allows the probe to overlap in the form of an array of elongated thin film springs oriented at an angle with the axis of the linear array of probe tips 111. This configuration includes a spring having a probe tip 111 disposed between the short portion 113 and the long portion 112 of the spring. The contact pads 114, 116 are located at the ends of the short portion 113 and the long couple 112, respectively. The spring is supported by the post 115 under the short portion 113 and the post 117 under the long portion 112. Posts 115 and 117 with staggered positions allow the probes to be closely spaced from one another.

도 8b에 도시된 유연성 프로브는 접촉 패드(124)에서 종료되는 짧은 부분(123), 및 접촉 패드(126)에서 종료되는 긴 부분(122)을 가지는 연장된 박막 스프링을 포함한다. 프로브 팁(121)은 긴 부분(122)과 짧은 부분(123) 사이에 배치된다. 접촉 패드(126)는 포스트(127)에 의해 지지되며, 접촉 패드(124)는 포스트(125)에 의해 지지된다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 복수의 프로브를 한 라인 상에 짧은 부분과 긴 부분을 번갈아 나타나도록 배치함으로써, 패드 간격이 작은 집적 회로를 검사하기에 적합하도록 밀접한 간격을 가지는 어레이의 형태로 프로브가 중첩된다.The flexible probe shown in FIG. 8B includes an extended thin film spring having a short portion 123 terminating at the contact pad 124 and a long portion 122 terminating at the contact pad 126. The probe tip 121 is disposed between the long portion 122 and the short portion 123. Contact pad 126 is supported by post 127, and contact pad 124 is supported by post 125. As shown in Fig. 8B, by arranging a plurality of probes alternately between short and long portions on a line, the probes are in the form of arrays with close spacing suitable for inspecting integrated circuits with small pad spacing. Overlaps.

도 8c에서, 유연성 프로브는 두 개의 접촉 패드(134, 136) 사이에서 유지되는 연장된 박막 스프링(133)을 포함한다. 프로브 팁(131)은 접촉 패드(134, 136)와 각각 결합되는 포스트(135, 137) 사이의 가운데 지점에서 스프링(133) 위로 배치된다. 연장된 포스트(135, 137) 및 연장된 접촉 패드(134, 136)는 소정의 각도를 가지고 배향되어 도 8c에 도시된 바와 같이 프로브가 밀접하게 이격된 배열로 중첩되도록 한다.In FIG. 8C, the flexible probe includes an elongated thin film spring 133 held between two contact pads 134, 136. The probe tip 131 is disposed above the spring 133 at the center point between the contact pads 134, 136 and the posts 135, 137, which are respectively coupled. The elongated posts 135, 137 and the elongated contact pads 134, 136 are oriented at an angle so that the probes overlap in a closely spaced arrangement as shown in FIG. 8C.

도 8d에 도시된 유연성 프로브는 접촉 패드(144)에서 끝나는 짧은 부분(143), 및 접촉 패드(144)에서 끝나는 긴 부분(142)을 가진 연장된 박막 스프링을 포함한다. 프로브 팁(141)은 긴 부분(142)과 짧은 부분(143) 사이에서 스프링의 위에 배치된다. 타원형 포스트(145, 147)는 각각 접촉 패드(144, 146)를 지지하여 프로브가 밀접하게 이격된 배열로 중첩될 수 있도록 한다. 스프링부(142, 143)는 소자 상의 접촉 패드가 프로브 팁(141)에 대하여 기울어질 때 유연하게 구부러지고 펴진다.The flexible probe shown in FIG. 8D includes an extended thin film spring having a short portion 143 ending at the contact pad 144 and a long portion 142 ending at the contact pad 144. The probe tip 141 is disposed above the spring between the long portion 142 and the short portion 143. Elliptical posts 145, 147 support contact pads 144, 146, respectively, to allow the probes to overlap in a closely spaced arrangement. The spring portions 142, 143 flex and flex when the contact pads on the device are inclined with respect to the probe tip 141.

도 9a 내지 도 9d에 도시된 프로브 팁은 초소형 전자 소자의 검사와 번인에서 특정 용도에 적합하도록 구성된 것이다. 이러한 프로브 팁 및 기타 팁은 집적 회로 분야의 산업에서는 공지된 것이다. 본 명세서에서 제시된 예시는 현재 사용되는 많은 종류의 프로브 팁을 대표하는 것이다. 이러한 프로브 팁을 제조하는 방법도 전기 접촉부를 제조하는 분야에 종사하는 자에게는 널리 공지된 것이다.The probe tips shown in FIGS. 9A-9D are adapted for specific applications in the inspection and burn-in of microelectronic devices. Such probe tips and other tips are known in the industry in the field of integrated circuits. The examples presented herein are representative of the many types of probe tips currently in use. Methods of making such probe tips are also well known to those skilled in the art of making electrical contacts.

도 9a에 도시된 프로브 팁은 집적 회로 상의 알루미늄 본드 패드를 접촉하는데 바람직한 것으로서, 예리한 정점(153)이 알루미늄 본드 패드의 산화막을 뚫는데 적합하다. 피라미드(152)는 실리콘 결정면(110)으로 배향된 식각 피트를 복제하여 형성된다. 피라미드(152)는 박막 스프링(151) 상에서 지지된다. 피라미드(152)의 정점(153)은 피라미드의 대향면들 사이의 내각이 54.75°로 예리하게 형성된다. 바람직하게는 몰리브덴, 니켈, 오스뮴, 팔리니 7, 로듐, 레늄, 티타늄, 텅스텐 및 이들의 합금으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 경질 물질이 프로브 팁(152)에 사용된다. 오스늄, 로듐 및 텅스텐은 땜납 및 기타 연성 물질과 느리게 반응하기 때문에 연성 접촉부와 접촉하는 프로브로 사용하기에 바람직하다.The probe tip shown in FIG. 9A is preferred for contacting aluminum bond pads on integrated circuits, with sharp vertices 153 suitable for drilling oxide films of the aluminum bond pads. The pyramid 152 is formed by duplicating etch pits oriented to the silicon crystal plane 110. Pyramid 152 is supported on thin film spring 151. The vertex 153 of the pyramid 152 is sharply formed with an angle of 54.75 ° between the opposing faces of the pyramid. Preferably, a hard material selected from the group consisting of molybdenum, nickel, osmium, parini 7, rhodium, rhenium, titanium, tungsten and alloys thereof is used for the probe tip 152. Osnium, rhodium and tungsten are preferred for use as probes in contact with soft contacts because they react slowly with solder and other soft materials.

도 9b에 도시된 프로브 팁은 귀금속접촉 패드를 접촉하는데 바람직하다. 박막 디스크(157)는 박막 스프링(155)의 표면 상에 배치된 금속 포스트(156) 위에서 지지된다. 포스트(156)는 화학적 식각 공정에 의해 아랫부분이 식각되어 디스크(157)의 에지가 노출된다. 박막 디스크(157)는 바람직하게 금, 팔리니 7, 백금, 로듐 및 이들의 합금으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 비활성 금속으로 형성된다.The probe tip shown in FIG. 9B is preferred for contacting a noble metal contact pad. The thin film disc 157 is supported on the metal post 156 disposed on the surface of the thin film spring 155. The lower portion of the post 156 is etched by a chemical etching process to expose the edge of the disk 157. The thin film disc 157 is preferably formed of an inert metal selected from the group consisting of gold, parini 7, platinum, rhodium and alloys thereof.

도 9c에 도시된 프로브 팁은 땜납과 기타 연성 물질과 접촉하기에 바람직하다. 금속 포스트(162) 상의 둥글게 된 금속 팁(161)은 판 스프링(160) 상에 배치된다. 금속 팁(161)은 고온의 물질을 섬광 레이저 융해(flash laser melting)시켜 구 형상을 한 부분으로 역류시켜 둥글게 된 형상을 만든다. 둥글게 된 금속 팁(161)에 적합한 물질은 니켈, 백금, 로듐, 구리-니켈 합금, 베릴륨-구리 합금 및 팔리니 7으로 이루어진 그룹에서 선택되는 금속을 포함한다.The probe tip shown in FIG. 9C is desirable for contact with solder and other soft materials. The rounded metal tip 161 on the metal post 162 is disposed on the leaf spring 160. The metal tip 161 flash-melts the hot material to reverse the spherical shape into one portion to form a rounded shape. Suitable materials for the rounded metal tip 161 include metals selected from the group consisting of nickel, platinum, rhodium, copper-nickel alloys, beryllium-copper alloys, and parini 7.

도 9d에 도시된 프로브 팁은 작은 면적의 접촉 패드 및 서로 밀접하게 이격된 패드를 접촉하는데 바람직하다. 상측 에지(166)를 가진 프로브 팁(167)은 박막 스프링(165)의 상측면 상에 배치된다. 프로브 팁(167)은 바람직하게는 희생 물질로 에지를 도금한 후 수직 방향으로 배향된 금속의 얇은 부분(167)이 남도록 희생 물질을 제거하여 형성한다.The probe tip shown in FIG. 9D is preferred for contacting small area contact pads and pads that are closely spaced from each other. A probe tip 167 with an upper edge 166 is disposed on the upper side of the thin film spring 165. The probe tip 167 is preferably formed by plating the edges with sacrificial material and then removing the sacrificial material so that a thin portion 167 of the metal oriented in the vertical direction remains.

도 10은 유연성 프로브의 제3 실시예를 도시한 것으로서, 박막 스프링(172)이 그 길이 방향과 수직한 방향으로 배향된 주름(corrugation)에 의해 유연성이 향상된다. 하나 이상의 주름은 스프링(172)이 더 용이하게 구부러지고 펴지게 하여, 프로브 팁(171)에 가해지는 수직력에 따라 더 유연성을 가지도록 한다. 주름(173)은 실리콘의 결정면 (100)에 형성된 연장된 식각 피트를 복제하여 형성된다. 실리콘 표면의 연장된 피트를 식각하는 방법은 어네스트 바수스, IEEE 전자 소자 회보( IEEE Transaction on Electron Devices), ED-25권, 10호 (1978) 1184쪽의 실리콘의 (100) 및 (110)면을 비등방성으로 식각하여 신규한 3차원 미세 구조를 제조하는 방법이라는 제목의 논문으로 대표되는 바와 같이 널리 공지된 기술이다. 주름은 식각 피트의 길이 방향 축과 수직한 방향으로 금속 띠를 증착하여 만들어진다.FIG. 10 shows a third embodiment of a flexible probe, in which flexibility is enhanced by corrugation in which the thin film spring 172 is oriented in a direction perpendicular to its longitudinal direction. The one or more pleats allow the spring 172 to bend and straighten more easily, allowing for more flexibility in accordance with the vertical force applied to the probe tip 171. The pleats 173 are formed by duplicating extended etch pits formed in the crystal plane 100 of silicon. Methods for etching extended pits on silicon surfaces are described in (100) and (110) planes of silicon on Ernest Vasus, IEEE Transaction on Electron Devices, ED-25, 10 (1978), page 1184. It is a well-known technique as represented by a paper entitled "Method for producing a novel three-dimensional microstructure by etching anisotropically. The corrugation is made by depositing a metal strip in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the etch pit.

도 10에서, 연장된 박막 스프링(172)의 양쪽 단부 상의 단자(174)는 포스트(175)와 결합되어 있고, 포스트(175)는 기판(179) 위로 소정 거리에서 스프링을 지지한다. 포스트(175)는 접촉 패드(176) 상에 위치하며, 접촉 패드(176)은 회로 트레이스(177)와 비어(178)에 의해 기판(179)의 전기 회로와 연결된다.In FIG. 10, the terminals 174 on both ends of the extended thin film spring 172 are coupled with the post 175, which supports the spring at a distance above the substrate 179. Post 175 is located on contact pad 176, which is connected to electrical circuitry of substrate 179 by circuit traces 177 and vias 178.

도 10에 도시된 바와 같이, 프로브 팁(171)은 박막 스프링(172) 위에 위치하되 연장된 박막 스프링(172)의 양 단부에서의 포스트(175)로부터 소정 거리에 위치한다. 프로브 팁(171) 상에 작용하는 수직력은 박막 스프링(172)이 유연하게 구부러지고 펴지게 하며, 유연성은 주름(173)의 구부러짐에 의해 향상된다. 주름(173)의 높이는 검사를 받는 소자의 상부와 맞닿지 않도록 폭을 조절하여 결정된다.As shown in FIG. 10, the probe tip 171 is positioned above the thin film spring 172 but at a distance from the post 175 at both ends of the extended thin film spring 172. The vertical force acting on the probe tip 171 causes the thin film spring 172 to bend and unfold flexibly, and the flexibility is enhanced by the bending of the pleats 173. The height of the pleats 173 is determined by adjusting its width so as not to contact the top of the device under inspection.

도 11은 유연성 프로브의 제4 실시예를 도시하며, 여기서 기판(189)의 표면 상의 회로(187)는 탄성 캡슐(188)에 의해 보호된다. 탄성 캡슐(188)은 박막 스프링(182)과 기판(189)의 상측면 사이에 삽입된다. 캡슐(188)은 부식 및 기계적인 손상을 박아주는 한편, 프로브 팁(181)이 검사 받는 소자 상의 대응 접촉 패드로 눌려짐에 따라 박막 스프링(182)이 유연하게 이동하도록 한다.FIG. 11 shows a fourth embodiment of a flexible probe wherein the circuit 187 on the surface of the substrate 189 is protected by an elastic capsule 188. An elastic capsule 188 is inserted between the thin film spring 182 and the upper side of the substrate 189. The capsule 188 resists corrosion and mechanical damage, while allowing the thin film spring 182 to move flexibly as the probe tip 181 is pressed into the corresponding contact pad on the device being inspected.

제4 실시예에서, 연장된 박막 스프링(182)은 그 길이 방향 축과 수직하게 배향된 하나 이상의 주름(183)을 가진다. 스프링(182)은 포스트(185)에 의해 기판(189) 위로 소정의 높이에서 지지되며, 포스트(185)는 연장된 박막 스프링(182)의 양 단부 상의 단자(184)와 결합되어 있다. 포스트(185)는 접촉 패드(186) 상에 위치하며, 접촉 패드(186)는 비어(188)를 통해 회로 트레이스(187)에 의해 기판(189)의 전기 회로와 연결되어 있다.In the fourth embodiment, the extended thin film spring 182 has one or more corrugations 183 oriented perpendicular to its longitudinal axis. The spring 182 is supported at a height above the substrate 189 by the post 185, and the post 185 is coupled with the terminals 184 on both ends of the extended thin film spring 182. Post 185 is located on contact pad 186, which is connected to electrical circuitry of substrate 189 by circuit trace 187 via via 188.

제3 실시예에서 두 개의 주름(193)을 포함하도록 하는 구성에 대해서는 도 12a 내지 도12c에 상세하게 도시되어 있다. 도 12a의 평면도는 박막 스프링(192) 상에 프로브 팁(191)이 배치된 유연성 프로브를 도시하고 있다. 스프링(192)는 모넬(Monel) 합금 K-500의 구리-니켈 박막이다. 박막 스프링(192)의 두께는 10 내지 75 마이크로미터 사이이며, 더욱 바람직하게는 25 내지 50 마이크로미터의 범위 내이다. 박막 스프링(192)의 폭은 20 내지 150 마이크로미터 사이이고, 더욱 바람직하게는 30 내지 75 마이크로미터 사이이다. 스프링(192)의 제1 단부(194)에서 포스트(195)의 중심과 스프링(192)의 제2 단부(194)에서 포스트(195)의 중심 사이의 거리는 대략 200 내지 1500 마이크로 미터이다. 더욱 바람직하게는 포스트의 중심 사이의 간격은 250에서 750 마이크로미터이다.A configuration to include two pleats 193 in the third embodiment is shown in detail in FIGS. 12A-12C. 12A shows a flexible probe with a probe tip 191 disposed on a thin film spring 192. The spring 192 is a copper-nickel thin film of Monel alloy K-500. The thickness of the thin film spring 192 is between 10 and 75 micrometers, more preferably in the range of 25 to 50 micrometers. The width of the thin film spring 192 is between 20 and 150 micrometers, more preferably between 30 and 75 micrometers. The distance between the center of the post 195 at the first end 194 of the spring 192 and the center of the post 195 at the second end 194 of the spring 192 is approximately 200-1500 micrometers. More preferably the spacing between the centers of the posts is 250 to 750 micrometers.

수직력 F가 프로브(191)에 가해짐에 따라 나타나는 반응이 도 12b 및 도 12c에 예시되어 있으며, 이들은 수직력 F가 작용하기 전과 후의 프로브의 단면도이다. 도 12c에 도시된 바와 같이, 프로브 팁(191)에 가해지는 수직력 F는 박막 스프링(192)을 기판(199) 쪽으로 밑으로 누른다. 스프링(192)은 탄성적으로 구부러지고 펴짐으로써, 수직력 F에 의해 팁(191)이 구부러짐에 따라 이에 대항하는 대항력을 발생시킨다. 주름(193)은 스프링(192)이 펴지고 구부러져 이동하는 것을 강화시키기 때문에 전체적인 유연성을 향상시킨다. 구체적으로, 주름(193)은 스프링(193)에서 축상 응력을 감소시키고, 스프링(192)이 펴짐에 의해 생기는 스트레스를 상당히 완화시킨다.The reaction that occurs as the normal force F is applied to the probe 191 is illustrated in FIGS. 12B and 12C, which are cross-sectional views of the probe before and after the normal force F acts. As shown in FIG. 12C, the normal force F applied to the probe tip 191 pushes the thin film spring 192 downward toward the substrate 199. The spring 192 is elastically bent and unfolded, thereby generating an opposing force against it as the tip 191 is bent by the vertical force F. Pleat 193 enhances overall flexibility because spring 192 reinforces the flexing and bending of the movement. Specifically, the pleats 193 reduce the axial stress in the spring 193 and significantly relieve the stress caused by the spring 192 unfolding.

프로브 팁(191)은 검사 받는 소자를 동작시키는데 사용하는 전기 회로와 연결된다. 프로브 팁(191)는 스프링(192)에 의해 연결되며, 스프링(192)은 양 단부에서 접촉 패드(194)와 결합되어 있는 포스트(195)에 의해 지지된다. 포스트(195)는 기판(199)의 표면 상의 단자(196) 위에 위치한다. 단자(196)는 다시 회로 트레이스(197)와 연결되고, 회로 트레이스(197)는 전도성 비어(198)에 의해 기판(199)에서 전기 회로와 결합된다. 선택적으로, 기판(199)의 인접 회로 트레이스의 신호로부터 팁(191)을 차폐하기 위하여, 접지면이 프로브 팁(191)과 기판(199)의 회로 사이에 삽입될 수 있다.The probe tip 191 is connected to an electrical circuit used to operate the device under test. The probe tip 191 is connected by a spring 192, which is supported by a post 195 coupled to the contact pad 194 at both ends. Post 195 is positioned over terminal 196 on the surface of substrate 199. Terminal 196 is in turn connected with circuit trace 197, which is coupled to the electrical circuit at substrate 199 by conductive via 198. Optionally, a ground plane may be inserted between the probe tip 191 and the circuitry of the substrate 199 to shield the tip 191 from signals of adjacent circuit traces of the substrate 199.

도 13a 및 도 13b는 집적 회로 검사를 완벽하게 수행하기에 필요한 낮은 인덕턴스를 제공하는 유연성 프로브를 도시하고 있다. 도 13b는 유연성 프로브의 단면도이고, 여기서 프로브 팁(201)은 박막 스프링(202) 상에 위치한다. 스프링(202)에서 신호용 복귀 접지 경로가 금속층(212)으로 형성되고, 금속층(212)은 스프링(202)과의 사이에 삽입된 유전층(211)에 의해 스프링으로부터 절연된다.13A and 13B illustrate a flexible probe that provides the low inductance needed to fully perform integrated circuit inspection. 13B is a cross-sectional view of the flexible probe, where the probe tip 201 is located on the thin film spring 202. In the spring 202, a return ground path for the signal is formed of the metal layer 212, which is insulated from the spring by a dielectric layer 211 inserted between the spring 202.

프로브 팁(201)에서의 신호 및 관련 접지 복귀 신호는 모두 기판(209)에서 이들 각각의 회로에 대한 단락된 전기 경로에 의해 연결된다. 프로브 팁(201)은스프링 상의 접촉 패드와 결합되어 있는 지지 포스트(205)와 연결되어 있다. 포스트(205)는 회로 트레이스(207)와 연결된 단자(206) 위에 위치하고, 회로 트레이스(207)는 다시 기판(209)의 검사 회로와 연결되어 있다. 전극(212)의 대응 접지 복귀 신호는 지지 포스트(215)와 연결되어 있다. 포스트(215)는 접지 트레이스(217)와 연결된 단자(216) 위에 위치하고, 접지 트레이스(217)는 다시 기판(209)의 접지 회로와 연결되어 있다.The signal at the probe tip 201 and the associated ground return signal are both connected by a shorted electrical path to their respective circuit at the substrate 209. The probe tip 201 is connected with a support post 205 that is coupled with a contact pad on the spring. The post 205 is positioned over the terminal 206 connected with the circuit trace 207, and the circuit trace 207 is in turn connected with the inspection circuit of the substrate 209. The corresponding ground return signal of the electrode 212 is connected with the support post 215. The post 215 is positioned over the terminal 216 connected to the ground trace 217, and the ground trace 217 is again connected to the ground circuit of the substrate 209.

도 14는 지금까지 도 13a 및 도 13b를 참조하여 설명한 접지 복귀 신호를 가지는 유연성 프로브의 다른 실시예를 도시하는 도면이다. 도 14의 프로브는 기계적으로 강하며, 이는 연장된 박막 스프링(222)이 스트레스를 완화시키는 주름(223)을 가질 뿐 아니라 양쪽 단부에서 포스트(225)로 직접 지지되기 때문이다. 프로브 팁(221)은 스프링(222), 접촉 패드(224), 포스트(225), 및 기판(229)에서 검사 회로와 연결된 단자(226)를 통한 연결에 의해 기판(229)의 검사 회로와 연결되어 있다. 접지 전극(235)은 스프링(222)과의 사이에 삽입된 유전막에 의해 스프링(222)과 절연된다. 접지 복귀 경로는 접지 전극(235)으로부터 포스트(236)를 통해 기판(229) 상의 접지 단자(233)로의 경로이다.FIG. 14 illustrates another embodiment of a flexible probe having a ground return signal described so far with reference to FIGS. 13A and 13B. The probe of FIG. 14 is mechanically strong because the elongated thin film spring 222 not only has a crease 223 to relieve stress, but also is directly supported by the post 225 at both ends. The probe tip 221 is connected to the inspection circuit of the substrate 229 by a connection through a spring 222, a contact pad 224, a post 225, and a terminal 226 connected to the inspection circuit at the substrate 229. It is. The ground electrode 235 is insulated from the spring 222 by a dielectric film inserted therebetween. The ground return path is a path from ground electrode 235 to post terminal 236 to ground terminal 233 on substrate 229.

접지 전극(235)은 기판(229) 상의 접지 단자(233)에 부착된 별도의 포스트(236)와 결합되어 있다. 접지 전극(235)은 스프링(222)과의 사이에 삽입된 유전막(231)에 의해 스프링(222)으로부터 절연된다.Ground electrode 235 is coupled to a separate post 236 attached to ground terminal 233 on substrate 229. The ground electrode 235 is insulated from the spring 222 by a dielectric film 231 inserted between the spring 222 and the spring 222.

도 15a는 접지 복귀 전극을 가진 유연성 프로브를 포함하는 검사 헤드 장치를 도시하고 있다. 검사 헤드는 고성능 집적 회로 칩을 검사하는 수단을 제공한다. 고성능 전기 접촉부는 칩상의 패드를 연결시켜 고속 칩 검사기의 입력/출력 채널과 연결된 회로(259)를 구동시킨다. 각각의 프로브는 회로 트레이스(258)에 의해 칩 검사기의 채널(S1, S2, S3, S4,...)과 연결되어 있으며, 회로 트레이스(258)는 세라믹 기판(249) 상의 단자(257)에서 끝나게 된다.15A shows an inspection head device including a flexible probe with a ground return electrode. The inspection head provides a means for inspecting a high performance integrated circuit chip. The high performance electrical contacts connect pads on the chip to drive circuitry 259 connected to the input / output channels of the high speed chip tester. Each probe is connected to a chip inspector's channels S1, S2, S3, S4,... By a circuit trace 258, the circuit trace 258 at terminal 257 on the ceramic substrate 249. It is over.

검사 헤드는 기계적 및 열적 안정성을 가지는 세라믹 기판(249)에 장착되어 있다. 각각의 유연성 프로브는 박막 스프링(242) 상에 배치된 프로브 팁(241)을 포함하고, 박막 스프링(242)은 포스트(245)에 의해 기판(249)의 표면 위에서 소정의 거리에서 지지된다. 프로브(241)는 수직 방향으로 유연하게 움직여서 칩 상의 접촉 패드의 높이 차를 조정하는 한편, 칩 상의 접촉 패드와의 확실한 연결을 유지한다.The inspection head is mounted to a ceramic substrate 249 having mechanical and thermal stability. Each flexible probe includes a probe tip 241 disposed on the thin film spring 242, which is supported by the post 245 at a distance above the surface of the substrate 249. The probe 241 moves flexibly in the vertical direction to adjust the height difference of the contact pads on the chip, while maintaining a secure connection with the contact pads on the chip.

도 15a의 유연성 프로브의 기계적인 동작은 도 15b의 단면도와 관련하여 더 잘 이해될 수 있다. 프로브 팁(241)은 박막 스프링(242)에 위치하고, 박막 스프링(242)은 프로브의 유연성을 증가시키는 주름(243)을 포함한다. 연장된 박막 스프링(242)의 양 단부 상의 접촉 패드(244)는 포스트(245)와 결합된다. 포스트(245)는 회로 트레이스(247) 상의 단자(246)에 배치되어 있고, 회로 트레이스(247)는 기판(249)의 각각의 회로 트레이스(258)와 연결되어 있다.The mechanical operation of the flexible probe of FIG. 15A can be better understood with respect to the cross sectional view of FIG. 15B. The probe tip 241 is located in the thin film spring 242, which includes a pleat 243 that increases the flexibility of the probe. Contact pads 244 on both ends of the elongated thin film spring 242 are engaged with the post 245. Post 245 is disposed at terminal 246 on circuit trace 247, and circuit trace 247 is connected to each circuit trace 258 of substrate 249.

도 15b에 도시된 유연성 프로브는 스프링(242)의 상측의 접지 복귀 전극(255)을 포함한다. 접지 복귀 전극(255)은 스프링(242)과의 사이에 삽입된 박막 유전막(251)에 의해 스프링(242)으로부터 절연된다. 접지 복귀 전극(255)은 포스트(256)에 의해 접지 단자(253)와 연결되어 있다. 이러한 구성은 스프링(242)의기계적 스트레스가 접지 회로(255)로 전달되는 것을 막아준다.The flexible probe shown in FIG. 15B includes a ground return electrode 255 on top of the spring 242. The ground return electrode 255 is insulated from the spring 242 by the thin film dielectric layer 251 inserted between the spring 242 and the spring return electrode 255. The ground return electrode 255 is connected to the ground terminal 253 by a post 256. This configuration prevents the mechanical stress of the spring 242 from being transmitted to the ground circuit 255.

본 발명의 바람직한 실시예를 몇 개 기술하였으나, 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 변경하거나 대체물이 가능하다는 것은 명백하다.While a few preferred embodiments of the invention have been described, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and substitutions may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (18)

초소형 전자 소자 상의 접촉 패드와 전기적으로 접촉하기 위한 프로브에 있어서,A probe for making electrical contact with a contact pad on a microelectronic device, (a) 전도성 물질로 이루어지고, 상측면과 하측면을 가지며 제1 단부와 제2 단부를 가지는 연장된 스프링;(a) an elongated spring made of a conductive material and having an upper side and a lower side and having a first end and a second end; (b) 상측면과 하측면을 가지는 강성(rigid) 기판;(b) a rigid substrate having an upper side and a lower side; (c) 상기 기판의 상측면 상에 배치된 전기 단자들;(c) electrical terminals disposed on an upper side of the substrate; (d) 상기 연장된 스프링의 하측면과 각각 연결되고, 상기 기판의 상측면 상의 전기 단자 중 하나에 각각 연결되어 상기 연장된 스프링이 상기 기판의 상측면 위로 소정의 거리에서 지지되도록 하는 다수의 전도성 포스트; 및(d) a plurality of conductive elements, each connected to a lower side of the extended spring, each connected to one of the electrical terminals on the upper side of the substrate, such that the extended spring is supported at a distance over the upper side of the substrate; Post; And (e) 상기 연장된 스프링의 상측면 상에 배치된 베이스와 상기 연장된 스프링의 상측면 위로 돌기를 가지는 전기 전도성 팁(e) an electrically conductive tip having a base disposed on an upper side of the extended spring and a protrusion over the upper side of the extended spring 을 포함하여 상기 전도성 팁의 상측면이 상기 초소형 전자 소자 상의 접촉 패드와 일시적으로 연결되도록 하며,A top surface of the conductive tip is temporarily connected to a contact pad on the microelectronic device, including 상기 전도성 팁이 수직 방향으로 유연하게 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 프로브.And the conductive tip can be flexibly moved in the vertical direction. 제1항에 있어서, 상기 연장된 스프링은 길이가 최장 150 내지 1500마이크로미터 사이이며, 가장 얇은 부분의 두께가 10 내지 75 마이크로미터 사이인 대체로평판 스프링인 것을 특징으로 하는 프로브.The probe of claim 1 wherein said elongated spring is a generally flat spring having a length between at most 150 and 1500 micrometers and a thickness of the thinnest portion between 10 and 75 micrometers. 제1항에 있어서, 상기 연장된 스프링은 길이 방향과 수직하게 배향된 하나 이상의 주름(corrugations)을 포함하는 금속 스프링인 것을 특징으로 하는 프로브.The probe of claim 1 wherein said elongated spring is a metal spring comprising one or more corrugations oriented perpendicular to the longitudinal direction. 제1항에 있어서, 상기 전도성 물질이 베릴륨-구리, 콜럼븀, 구리-니켈, 몰리브덴, 니켈, 니켈-티타늄, 티타늄, 텅스텐 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 프로브.The probe of claim 1 wherein the conductive material is selected from the group consisting of beryllium-copper, cadmium, copper-nickel, molybdenum, nickel, nickel-titanium, titanium, tungsten and alloys thereof. 제4항에 있어서, 상기 전도성 팁의 상측면이 구리-니켈, 니켈, 오스뮴, 팔리니 7(Paliney 7), 백금, 레늄, 로듐, 텅스텐 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹에서 선택되는 경질 금속으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 프로브.5. The method of claim 4, wherein the upper side of the conductive tip is made of a hard metal selected from the group consisting of copper-nickel, nickel, osmium, Paliney 7, platinum, rhenium, rhodium, tungsten and alloys thereof. Probe, characterized in that the loss. 제1항에 있어서, 상기 전기 회로 패턴이 상기 연장된 스프링의 아래에 배치되고 상기 전기 회로 패턴과 연결된 회로는 상기 전기 전도성 팁의 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 프로브.The probe of claim 1 wherein the electrical circuit pattern is disposed below the elongated spring and the circuit connected with the electrical circuit pattern is disposed below the electrically conductive tip. 제1항에 있어서, 상기 프로브 팁이 단결정 실리콘의 표면으로 식각된 피트를 복제한 피라미드인 것을 특징으로 하는 프로브.The probe of claim 1, wherein the probe tip is a pyramid that replicates pit etched to the surface of single crystal silicon. 제1항에 있어서, 상기 프로브 팁이 전기 도금된 융기(bump)인 것을 특징으로 하는 프로브.The probe of claim 1 wherein said probe tip is an electroplated bump. 초소형 전자 소자 상의 접촉 패드와 전기적으로 접속하기 위한 프로브에 있어서,A probe for electrically connecting with a contact pad on a microelectronic device, (a) 전도성 물질로 이루어지고, 상측면과 하측면을 가지며 제1 단부와 제2 단부를 가지는 연장된 박막 스프링;(a) an extended thin film spring made of a conductive material and having an upper side and a lower side and having a first end and a second end; (b) 상측면과 하측면을 가지는 강성(rigid) 기판;(b) a rigid substrate having an upper side and a lower side; (c) 상기 박막 스프링의 제1 및 제2 단부의 하측면과 적어도 하나가 연결되어 상기 박막 스프링이 상기 기판의 상측면 위로 소정의 거리에서 지지되도록 하는 다수의 강성의(rigid) 전도성 포스트; 및(c) a plurality of rigid conductive posts connected at least one of the lower side of the first and second ends of the thin film spring to support the thin film spring over a top side of the substrate at a predetermined distance; And (d) 상기 박막 스프링의 상측면 상에 배치된 베이스를 가지고 상기 상측면으로부터 돌출된 전기 전도성 팁(d) an electrically conductive tip protruding from the upper side with a base disposed on the upper side of the thin film spring; 을 포함하여 상기 돌출된 전기 전도성 팁이 상기 접촉 패드와 접촉하도록 된 고,Wherein the protruding electrically conductive tip is in contact with the contact pad, 상기 전도성 팁이 상기 각각의 지지 포스트와 소정 거리 떨어져 상기 박막 스프링 상에 위치함으로써, 상기 전도성 팁이 수직 방향으로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 프로브.And the conductive tip is positioned on the thin film spring at a predetermined distance from each of the support posts so that the conductive tip can move in a vertical direction. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 박막 스프링의 하측면과 상기 기판의 상측면 사이에 배치된 탄성 물질An elastic material disposed between the lower side of the thin film spring and the upper side of the substrate 을 더 포함하는 프로브.Probe comprising more. 제10항에 있어서, 상기 탄성 물질은 실리콘, 플루오르화 실리콘, 플루오르화 탄소 및 우레탄 폴리머로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 프로브.The probe of claim 10 wherein said elastic material is selected from the group consisting of silicone, silicon fluoride, carbon fluoride and urethane polymer. 대체로 평면인 표면을 가지며, 상기 표면 상에 접촉 패드 어레이가 배치되어 있는 초소형 전자 소자용 소켓에 있어서,1. A socket for microelectronic devices having a generally planar surface, the contact pad array disposed on said surface, (a) 상측면과 하측면을 가지는 기판;(a) a substrate having an upper side and a lower side; (b) 상기 기판의 상측면 상에 어레이의 형태로 배치되고, 상기 접촉 패드와 전기적으로 연결시키기 위한 다수의 유연성 프로브; 및(b) a plurality of flexible probes disposed in the form of an array on an upper side of the substrate and electrically connected to the contact pads; And (c) 상기 유연성 프로브와 연결되어, 상기 유연성 프로브가 상기 접촉 패드와 연결될 때 상기 초소형 전자 소자가 동작되도록 하는 회로 수단(c) circuit means coupled to the flexible probe such that the microelectronic device is operated when the flexible probe is connected to the contact pad. 을 포함하며,Including; 상기 유연성 프로브 각각은Each of the flexible probes 전도성 물질로 이루어지고, 제1 단부 및 제2 단부에서 하나 이상의 강성(rigid) 포스트에 의해 하측면이 지지되는 연장된 박막 스프링; 및An extended thin film spring of conductive material, the lower side being supported by one or more rigid posts at the first and second ends; And 상기 포스트 각각과 소정 거리 떨어져 상기 연장된 박막 스프링의 상측면 상에 배치되어 움직이도록 된 프로브 팁A probe tip arranged to move on a top side of the elongated thin film spring a distance from each of the posts 을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 전자 소자용 소켓.Small electronic device socket, characterized in that it comprises a. 제12항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초소형 전자 소자용 소켓.13. The microelectronic socket of claim 12, wherein the substrate is made of a silicon material. 제13항에 있어서, 상기 초소형 전자 소자는 잘려지지 않은 실리콘 웨이퍼 상에 정렬된 다수의 집적 회로인 것을 특징으로 하는 초소형 전자 소자용 소켓.14. The socket of claim 13 wherein the microelectronic device is a plurality of integrated circuits arranged on an uncut silicon wafer. 제13항에 있어서, 상기 실리콘 물질은 두께가 100 μm 내지 500μm인 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 초소형 전자 소자용 소켓.The socket of claim 13, wherein the silicon material is a silicon wafer having a thickness of 100 μm to 500 μm. 제12항에 있어서, 상기 기판은 세라믹 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 초소형 전자 소자용 소켓.13. The microelectronic socket of claim 12, wherein the substrate is made of a ceramic material. 제16항에 있어서, 상기 기판은 금속-세라믹 다층 구조로 되어 있어서 각각의 프로브가 상기 초소형 전자 소자를 검사하고 번인하는 회로 수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 초소형 전자 소자용 소켓.17. The socket of claim 16 wherein the substrate has a metal-ceramic multilayer structure and each probe is connected to circuit means for inspecting and burn-in the microelectronic device. 제12항에 있어서, 상기 박막 스프링의 아래에 접지 실드가 배치되는 것을 특징으로 하는 초소형 전자 소자용 소켓.13. The microelectronic socket as claimed in claim 12, wherein a ground shield is disposed under the thin film spring.