[논문]고밀도 프로빙 테스트를 위한 수직형 프로브카드의 제작 및 특성분석

민철홍; 김태선

doi:10.4313/jkem.2006.19.9.825

고밀도 프로빙 테스트를 위한 수직형 프로브카드의 제작 및 특성분석
Development and Characterization of Vertical Type Probe Card for High Density Probing Test 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.19 no.9, 2006년, pp.825 - 831

민철홍 (가톨릭대학교 정보통신전자공학부) , 김태선 (가톨릭대학교 정보통신전자공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

As an increase of chip complexity and level of chip integration, chip input/output (I/O) pad pitches are also drastically reduced. With arrival of high complexity SoC (System on Chip) and SiP (System in Package) products, conventional horizontal type probe card showed its limitation on probing density for wafer level test. To enhance probing density, we proposed new vertical type probe card that has the $70{\mu}m$ probe needle with tungsten wire in $80{\mu}m$ micro-drilled hole in ceramic board. To minimize alignment error, micro-drilling conditions are optimized and epoxy-hardening conditions are also optimized to minimize planarity changes. To apply wafer level test for target devices (T5365 256M SDRAM), designed probe card was characterized by probe needle tension for test, contact resistance measurement, leakage current measurement and the planarity test. Compare to conventional probe card with minimum pitch of $50{\sim}125{\mu}m\;and\;2\;{\Omega}$ of average contact resistance, designed probe card showed only $22{\mu}$ of minimum pitch and $1.5{\Omega}$ of average contact resistance. And also, with the nature of vertical probing style, it showed comparably small contact scratch and it can be applied to bumping type chip test.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 세라믹 기판에 형성된 구경 80 ㎛홀에 지름 70 ㎛의 텅스텐와이어를 수직으로 세우고 와이어에 구조형성에 필요한 쉬프트를 주어 프로브 탐침의 구조를 갖는 수직형 프로브 카 드의 제작 방법을 제안한다. 프로브카드의 특성을 측정하기 위해 프로브 탐침의 장력 테스트와 접촉 저항 테스트, 미세누설 전류 및 프로브 탐침의 평탄도와 팁의 굵기를 PRVX 장비를 통해 테스트하였다.

제안 방법

그 뒤 벤딩 모 양과 위치가 조금씩 변화되었으나 인위적으로 벤딩을 준 부분에서 프로브 탐침의 스프링 구동 중에 뒤틀림 현상이 일어나 단락(short)이 발생하는 단점이 있었다[9-11]. 본 논문에서는 벤딩 타입의 수직형 프로브 카드가 아닌 세라믹 기판에 홀을 뚫어 프로브 탐침(텅스텐 와이어)을 수직으로 세우고 쉬프트를 주어 스프링 구조를 만드는 방식으로 수 직형 프로브 카드를 제작하였다. 제작된 프로브카드는 특성평가를 위하여 CNC(Computer Numerical Control) 머시닝 센터를 이용하여 스프링의 장력을 측정하였고 PRVX 프로브 카드 테스트 장비를 통해 미세누설전류 테스트, 접촉저항 테스트, alignment 테스트, 평탄도 테스트를 시행하였다.
이러한 문제를 해결하기 위해 3단의 air 필터를 통해 건조된 바람을 불어 칩 배출과 절삭 열 방출을 도왔다. 본 논문에서는 세라믹 기판의 홀 가공을 위해 일본 화낙社(FANUC Co., Ltd)의 ROBODRILL a -T14i 장비를 이용하였고, 홀 외각에서 외각까지의 최소공간 피치 (minimum space pitch)를 22 加n로 가공하여 프로브 카드를 제작하였다. 표 1은 세라믹의 홀 가공조건이다.
따라서 프로브 탐침의 평탄도 오차를 줄이는 것이 중요하며 이를 위해서는 에폭시의 수축을 최소로 해야 한다. 에폭시의 수축을 최소로 하기 위해 본 논문에서는 3가지 방법을 사용하였다. 첫째로 그림 1어서처럼 티타늄 재질의 브리지 가이드 안으로 브리지를 넣어 기계적으로 수축을 막는 방법으로, 이 방법은 건축 철강재인 “H빔”의 원리를 이용한 구조물로 에폭시의 수축을 기계적으로 방지하는 가장 효과가 좋은 방법이다.
제작된 프로브 탐침의 장력을 테스트하기 위해 표 2와 같이 장력 변수의 범위를 설정하고 프로브 탐침 모듈을 CNC 머시닝 센터의 Z축에 고정하였다. 그리고 프로브 탐침의 밑단에 전자저울을 고정하여 Z축을 10 ㎛씩 아래로 이동하며 프로브 탐침에 O.
본 논문에서는 벤딩 타입의 수직형 프로브 카드가 아닌 세라믹 기판에 홀을 뚫어 프로브 탐침(텅스텐 와이어)을 수직으로 세우고 쉬프트를 주어 스프링 구조를 만드는 방식으로 수 직형 프로브 카드를 제작하였다. 제작된 프로브카드는 특성평가를 위하여 CNC(Computer Numerical Control) 머시닝 센터를 이용하여 스프링의 장력을 측정하였고 PRVX 프로브 카드 테스트 장비를 통해 미세누설전류 테스트, 접촉저항 테스트, alignment 테스트, 평탄도 테스트를 시행하였다. 제안된 수직형 프로브카드는 최소 피치가 22 ㎛ 수준으로 수평형 프로브 카드나 MEMS 프로브 카드 와 같이 프로브 탐침의 형태가 캔틸레버 (cantilever) 타입이 아니므로 칩 패드에 접촉 시 스크래치 라인(scratch line)인 작다.
본 논문에서는 세라믹 기판에 형성된 구경 80 ㎛홀에 지름 70 ㎛의 텅스텐와이어를 수직으로 세우고 와이어에 구조형성에 필요한 쉬프트를 주어 프로브 탐침의 구조를 갖는 수직형 프로브 카 드의 제작 방법을 제안한다. 프로브카드의 특성을 측정하기 위해 프로브 탐침의 장력 테스트와 접촉 저항 테스트, 미세누설 전류 및 프로브 탐침의 평탄도와 팁의 굵기를 PRVX 장비를 통해 테스트하였다. 제작된 수직형 프로브카드는 프로브 탐침의 배열이 수평형 프로브카드나 MEMS 프로브카드와 달리 프로브 탐침들이 수직으로 구성되어 있어 칩패드에 접촉 시 스크래치 라인인 작다.

대상 데이터

여기서 stiffener는 세라믹 기판과 브리지 가이드(bridge guide), 그리고 PCB를 연결해주는 구조물로, 브리지 가이드와 함께 웨이퍼 테스트 진행 시 프로브 탐침이 칩 패드(pad)에 접촉될 때 받는 하중을 직접적으로 받는 부분으로 굽힘 강도가 커야 하며 웨이퍼 bum-in 테스트를 고려하여 열 변형이 작고, 기계적 가공이 가능해야 한다. 이러한 조건을 만족하기 위해 본 논문에서는 stiffener, 브리지 가이드, stiffener guide ring의 재질을 티타늄 합금으로 사용했다.

성능/효과

참고로 본 연구에서 목표로 하는 H사의 “S/D 80 %(HEXA) T5365 2ND 256M SDRAM" 디바이스의 허용 접촉저항은 2 Q이하이다. 그림 7의 (a) 의 결과 그래프에서 접촉저항이 작은 ■부분(직사각형 표시)은 GND핀들로 프로브 탐침의 모든 GND핀들은 PCB의 GND와 연결되어 있기 때문에 다른 핀들에 비해 상대적으로 낮은 접촉저항 값을 보였으며 평균 접촉저항은 약 1.5 Q 정도이다. 그리고 그림 7의 (b) 는 미세누설전류 측정 결과이며 허용 미세누설전류는 10 nA 이다.
그림 6은 각 변수에 따른 프로브 탐침의 장력 테스트의 결과 그래프로 본 논문에서 사용한 높이 (H) 12 mm, 쉬프트 길이 (S) 7 mm의 프로브 탐침은 O.D 100 ㎛일 경우 약 7 g 정도의 장력을 갖는 것으로 실험되었다. 전체적으로 높이(H)와 쉬프트 길 이 (S) 가 작을수록 탐침의 장력이 크며, 이는 프로브 카드의 높이와 쉬프트 공간, 접촉 저항 등을 고려하여 되도록 작은 장력을 갖도록 설계하여야 한다.
제안된 수직형 프로브카드는 최소 피치가 22 ㎛ 수준으로 수평형 프로브 카드나 MEMS 프로브 카드 와 같이 프로브 탐침의 형태가 캔틸레버 (cantilever) 타입이 아니므로 칩 패드에 접촉 시 스크래치 라인(scratch line)인 작다. 따라서 기존 프 로브 카드로 테스트할 수 없었던 범핑(bumping) 타입의 칩 테스트가 가능하며 MEMS 프로브 카드에 비해 공정이 간단하고 기존의 수평형 프로브 카드의 공정을 이용하여 제작할 수 있는 장점이 있다.
제작된 수직형 프로브카드는 프로브 탐침의 배열이 수평형 프로브카드나 MEMS 프로브카드와 달리 프로브 탐침들이 수직으로 구성되어 있어 칩패드에 접촉 시 스크래치 라인인 작다. 따라서 기존 프로브카드로 테스트할 수 없었던 범핑(bumping) 타입의 칩테스트가 가능하며 MEMS 프로브카드에 비해 공정이 간단하고 수평형 프로브카드의 공정을 이용하여 제작할 수 있는 장점이 있다. 또한 기존 프로브카드는 프로브 탐침의 최소피치(pitch) 한계가 50—125 fan 이지만 제안한 프로브카드의 최소 피치는 22 ㎛이며, 현재 15 ㎛ 미세피치의 프로브카드도 동일 방법으로 제작 중 이다.
따라서 기존 프로브카드로 테스트할 수 없었던 범핑(bumping) 타입의 칩테스트가 가능하며 MEMS 프로브카드에 비해 공정이 간단하고 수평형 프로브카드의 공정을 이용하여 제작할 수 있는 장점이 있다. 또한 기존 프로브카드는 프로브 탐침의 최소피치(pitch) 한계가 50—125 fan 이지만 제안한 프로브카드의 최소 피치는 22 ㎛이며, 현재 15 ㎛ 미세피치의 프로브카드도 동일 방법으로 제작 중 이다.
마지막으로 그림 7의 (d) 의 그래 프는 프로브 탐침의 팁 크기를 측정한 결과이며, 15-25 ㎛ 사이의 크기를 갖는다. 팁의 크기가 클 경우 정렬 테스트 시에 패드에서 벗어날 확률이 크며 팁이 너무 작을 경우 칩 패드의 피막 층 (AL203)을 제거하지 못하여 와이어 본딩 공정(칩 패키지)에서 수율을 떨어트리는 원인이 될 수 있다, 그림 7의 PRVX 테스트 결과에서도 알 수 있듯이 우리가 제작한 수직형 프로브 카드의 모든 DUT가 PRVX 테스트를 통과하는 만족스러운 결과를 얻을 수 있었다.

참고문헌 (12)

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Sasho. S and Sakata. T, 'Four multi probing test for 16 bit DAC with vertical contact probe card', IEEE International Test Conference, p. 86, 1996
Y.-M. Kim, H.-C. Yoon, and J.-H. Lee, 'Silicon micro-probe card using porous silicon micromachining Technology', ETRI Journal, Vol. 27, No.4, p. 433, 2005

원문보기 상세보기
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Leung. J, Zargari. M, Wooley. B. A., and Wong, S. S., 'Active substrate membrane probe card', Electron Devices Meeting, IEEE International Conference, p. 709, 1995
Yanwei Zhang, Yongxia Zhang, and Marcus. R. B., 'Thermally actuated micro probes for a new wafer probe card', IEEE Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 8, p. 43, 1999
Formfactor. Inc, 'Method and apparatus for wirebonding, for severing bond wires, and for forming balls on the ends of bond wires', US Patent, 5,601,740, 1997
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니혼 덴시자이료, 가부시키가이샤, '수직형 프로브 카드', 대한민국, 10-0395064-0000, 2003
니혼 덴시자이료, 가부시키가이샤, '수직형 프로브카드 및 그것에 이용되는 기판', 대한민국 10-0385650-0000, 2003
(주)인테크전자, '반도체 소자 검침용 프로브카드', 대한민국, 20-0405298-0000, 2005
小川(시바우라 공업대학), '드릴에 의한 미세공 가공의 현상과 과제',월간기계기술(機械와 工具,) 12월호, p. 18, 1999

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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