KR100561951B1 - 강제 열 배출 방식의 ｂｇａ 패키지용 번인 테스트 장치 - Google Patents

강제 열 배출 방식의 ｂｇａ 패키지용 번인 테스트 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치에 관한 것으로서, BGA 패키지가 수용되며 볼 범프들을 측방으로 노출시키는 통풍로가 관통 형성된 테스트 소켓들과; 그 테스트 소켓들이 실장되어 있고 각각의 테스트 소켓의 통풍로로 공기를 불어주는 공기공급관이 설치되어 있는 번인 보드들과; 그 번인 보드들이 수납되어 외부환경과 격리되는 번인 챔버와; 공기를 가열하여 송풍하는 히팅부와; 그 히팅부로부터 공기를 공급받아 번인 챔버로 공기 공급을 안내하는 제 1공기공급덕트와; 히팅부로부터 공기를 공급받아 번인 보드의 공기공급관으로 공기 공급을 안내하는 제 2공기공급덕트; 및 번인 챔버로부터 공기 배출을 안내하는 배기덕트;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따르면, 볼 범프 부분에 충분한 발열 공간이 확보되고 테스트 소켓을 관통하여 열 배출 경로가 제공된다. 그리고, 히팅부로부터 설정 온도로 가열된 공기를 편향판을 통하여 번인 챔버로 공급하는 것과는 별도로 테스트 소켓으로 고압으로 불어주게 된다. 이에 따라 솔더 볼 부분에서 열이 집중되지 않고 테스트 소켓 외부로 배출되어 설정온도 이상으로 상승되지 않아 볼 녹음이 방지되고 패키지 온도 제거가 용이하게 이루어질 수 있다.
번인 테스트, 번인 소켓, 번인 보드, 번인 챔버, BGA 패키지

Description

강제 열 배출 방식의 ＢＧＡ 패키지용 번인 테스트 장치{FORCED HEAT EXHAUST TYPE BURN IN TEST APPARATUS FOR BGA PACKAGE}
도 1은 종래기술에 따른 번인 테스트 장치의 구조를 나타낸 단면도이고,
도 2와 도 3은 도 1의 번인 테스트 장치에서 테스트 소켓의 구조를 나타낸 측면도와 단면도,
도 4내지 도 6은 본 발명에 따른 BGA 패키지용 번인 테스트 장치의 일 실시예를 나타낸 정면도와 종단면도 및 횡단면도,
도 7과 도 8은 본 발명에 따른 BGA 패키지용 번인 테스트 장치의 소켓을 나타낸 측면도와 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 BGA 패키지용 번인 테스트 장치의 번인 보드를 나타낸 사시도,
도 10은 도 9의 "A" 부분의 확대도이며,
도 11은 본 발명에 따른 BGA 패키지용 번인 테스트 장치에서 제 2공급덕트와 번인 보드의 결합 구조를 나타낸 부분 사시도, 및
도 12는 도 11의 "B" 부분의 확대도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: BGA 패키지 15: 솔더 볼
100,300: 번인 테스트 장치 110,310: 테스트 소켓
111,311: 소켓 몸체 112: 내부 바닥면
113,313: 콘택트 핀(contact pin) 114: 스프링(spring)
115,315: 홀더(holder) 116,316: 안내 홈
121,321: 커버(cover) 122: 관통구멍
123a,123b,323: 안내판 124: 홈
125: 통풍로(air blowing path) 130,330: 번인 보드
132: 커넥터 133: 공기공급관
134: 주 공급관 135: 공기투입구
137: 분기관 139: 에어 노즐(air nozzle)
145: 랙(rack) 146: 안내 레일(guide rail)
150,350: 번인 챔버 155: 온도센서
170,370:히팅부 171,371: 히터(heater)
173: 제1송풍기 180: 제 1공기공급덕트
181: 송풍측 편향판 183: 송풍측 편향판 구멍
190: 제 2공기공급덕트 191: 제 2송풍기
193: 연결부재 210: 배기덕트
211: 배기측 편향판 213; 배기측 편향판 구멍
231: 회전축 233: 푸쉬 바(push bar)
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본 발명은 반도체 칩 패키지 테스트 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가혹한 온도 및 전기적 조건을 인가하여 실시되는 번인 테스트 과정에서 특정 부위에 열이 집중되지 않도록 하는 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치에 관한 것이다.
소정의 집적회로가 형성된 웨이퍼로부터 반도체 칩이 분리되어 조립 공정을 거쳐 완성된 반도체 칩 패키지는 대부분 1000시간 안에 불량이 발생될 확률이 가장 높으며, 1000시간이 경과하면 그 불량 발생의 가능성이 희박해지는 특성을 나타낸다. 이와 같은 이유로 반도체 생산라인에서는 조립 공정을 거쳐 제조가 완료된 반도체 칩 패키지에 대하여 전기적, 열적 스트레스(stress)를 장시간 인가하여 초기 불량을 미리 스크린(screen) 함으로써 최종적으로 출하되는 반도체 칩 패키지 제품의 신뢰성을 일정 수준 이상으로 유지시키고 있다. 이러한 반도체 칩 패키지의 초기 불량 스크린을 번인 테스트(Burn in test)라 한다.
번인 테스트에서는 약 80~125℃의 높은 온도로 반도체 제품에 열적 스트레스를 가하는데 번인 테스트가 진행되는 동안 반도체 칩 패키지는 높은 온도와 높은 전계가 인가된 상태에서 동작하므로 불량 메커니즘이 가속된다. 따라서, 수명이 길지 않은 초기 불량 반도체 칩 패키지들은 번인 테스트가 진행되는 동안 가혹 조건을 견디지 못하고 불량을 발생시킨다. 그리고, 번인 테스트를 통과한 양품 반도체 칩 패키지들은 오랜 기간의 수명을 보장받을 수 있기 때문에 적용되는 시스템의 신 뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 최근에는 반도체 제품의 경박단소화와 고속화에 대한 사용자의 요구가 증대되어 이에 대한 해결책으로 BGA 패키지 구조를 채택하는 반도체 제품의 사용이 증가추세에 있다. 그리고, 최고의 신뢰성 확보를 위하여 125℃ 이상의 고온과 고전압의 가혹한 조건하에서 설정시간동안 셀 바이 셀(cell by cell)로 쓰기 동작을 실시하는 극한 번인 테스트가 실시되고 있다. 이와 같은 번인 테스트를 수행하는 번인 테스트 장치의 구조를 살펴보기로 한다.
도 1은 종래기술에 따른 번인 테스트 장치의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 2와 도 3은 도 1의 번인 테스트 장치에서 테스트 소켓의 구조를 나타낸 측면도와 단면도이다.
도 1내지 도 3을 참조하면, 이 번인 테스트 장치(300)는 BGA 패키지의 번인 테스트를 수행하는 모니터링 번인 테스트(MBT; Monitoring Burn in test) 장치로서, 가열된 공기를 이용하여 테스트 온도 조건을 인가하는 방식이다. 이 번인 테스트 장치(300)는 외부환경과 격리되어 테스트 환경 조건이 인가되는 번인 챔버(350)와 테스트 환경을 인가하기 위해 공기를 가열시키는 히팅부(370)와, 가열된 공기를 번인 챔버로 공급하기 위한 공기공급덕트(380), 및 번인 챔버(350)의 공기를 외부로 배출시키기 위한 배기덕트(410) 등을 포함한다.
번인 챔버(350)는 테스트 대상의 BGA 패키지(10)가 공급되어 테스트가 수행되는 부분이다. 내부에는 온도센서(355)가 설치되어 있어 내부 온도가 측정된다. BGA 패키지(10)는 복수의 테스트 소켓(310)이 장착된 번인 보드(330)의 각 테스트 소켓(310)에 장착되어 번인 챔버(350)로 공급된다. 번인 챔버(350)에는 복수 개의 번인 보드(330)가 수납되어 테스트가 진행되는데, 용이한 적재와 시스템과의 정확한 접촉을 위하여 번인 보드(330)는 안내 레일(346)이 설치된 랙(rack)(345)에 수납되어 공급된다. 번인 챔버(350)에는 보통 복수 개의 랙(345)이 수납되는데, 여기서는 4개의 랙(345)이 번인 챔버(350)에 수납되어 있다.
한편, 번인 보드(330)에 장착되는 테스트 소켓(310)의 구조는 도 2와 도 3에 도시된 것과 같이 소켓 몸체(311)와 콘택트 핀(contact pin)(313)과 홀더(holder)(315) 및 커버(cover)(321) 등을 포함하여 구성된다. BGA 패키지(10)는 소켓 몸체(311) 내부에 삽입되고 커버(321)의 눌림에 의해 동작되는 홀더(315)에 의해 소켓 몸체(311) 내에서 고정되며 소켓 몸체(311)에 형성되어 있는 콘택트 핀(313)에 솔더 볼(15)이 접촉되어 전기적으로 연결된다. 커버(321)는 소켓 몸체(311)의 각 측면에 형성된 안내 홈(316)을 따라 커버(321)의 측벽에 형성된 안내판(323)이 움직이도록 함으로써 커버(321)의 수직 방향 운동이 안내된다.
히팅부(370)는 번인 챔버의 상부에 위치하며 번인 챔버(350)로 공급될 가열된 공기를 생성하는 부분이다. 히팅부(370)는 공기의 온도를 상승시키기 위하여 온도를 가열하는 히터(371)와 가열된 공기를 강제로 공기공급덕트(380)로 불어주는 에어 블로우(air blow) 방식의 송풍기(373)가 설치되어 있다.
공기공급덕트(380)는 히팅부(370)로부터 번인 챔버(350)로 가열된 공기를 공급시키기 위한 경로를 형성하는 부분이고, 배기덕트(410)는 번인 챔버(350)로부터 공기를 외부로 배출시키기 위한 경로를 형성하는 부분으로서, 공기공급덕트(380)와 배기덕트(410)는 번인 챔버(350)의 양측에 각각 설치된다. 공기공급덕트(380)는 번인 챔버(350)와 인접되게 설치되어 히팅부(370)로부터 공기를 공급받도록 구성되고, 배기덕트(410)는 번인 챔버(350)와 인접되게 설치되어 번인 챔버(350)로부터 공기가 배출될 수 있도록 구성되어 있다. 공기공급덕트(380)와 번인 챔버(350), 배기덕트(410)와 번인 챔버(350)는 편향판(381,411)으로 분리되는데, 편향판(381,411)에 일정 방향으로 형성되어 있는 구멍(383,413)들을 통하여 공기의 공급과 배출이 이루어진다.
번인 챔버(350)에 테스트 온도 조건을 인가하는 과정을 설명하면, 설정 온도에 도달될 때까지 번인 챔버(350)의 내부 온도를 상승시키기 위하여 히팅부(370)의 흡기구(375)를 통하여 유입된 공기가 히터(371)에 의해 가열되고 송풍기(373)에 의해 공기공급덕트(380)로 공급되어 공기공급덕트(380)에서 편향판(381)을 통하여 번인 챔버(350)로 공급된다. 온도센서(355)에 의해 측정된 온도가 설정온도가 되면 히터(371)의 동작이 정지되며 송풍기(373)는 계속 동작된다. BGA 패키지(10)의 동작에 의해 발생되는 열로 인하여 번인 챔버(350)의 내부가 설정 온도 이상이 되면 번인 챔버(350)의 공기는 배기덕트(410)를 통하여 배출구(415)로 배출되고 설정 온도 이하가 되면 다시 히터(371)가 동작하여 가열된 공기가 번인 챔버(350) 내로 공급된다. 이와 같은 과정을 반복적으로 거치면서 번인 챔버(350)의 내부온도는 설정온도로 유지되고 그 상태에서 도시되지 않은 시스템부에 의해 전기적인 테스트가 이루어진다.
그런데 종래기술에 따른 번인 테스트 장치는 번인 챔버 내에 번인 보드가 모 두 수용되면 수직으로 배치되어 있는 번인 보드들 사이의 공간이 협소하기 때문에 원활한 공기의 흐름을 기대할 수 없어서 번인 보드에 배치되어 있는 테스트 소켓 내부의 각 BGA 패키지에 대한 온도 제어가 용이하지 않다. 테스트 과정이 진행되는 동안 BGA 패키지의 동작 과정에서 열이 발생되는데 이 열이 번인 보드들 사이의 공간에서 배출되지 못하고 머물러 있기 때문에 테스트 소켓 주변의 온도는 번인 챔버의 설정 온도보다 높아지게 되기 때문이다.
또한, 번인 보드에 장착되어 있는 테스트 소켓이 공기의 흐름이 고려되지 않은 구조이기 때문에 테스트 진행 중 패키지 동작 과정에서 볼 녹음(ball melting)이 발생될 수 있다. 즉, 솔더 볼과 테스트 소켓의 커넥트 핀이 접촉된 주변은 공기가 통과할 수 있는 공간이 전혀 없어서 솔더 볼을 통하여 전달되는 열이 원활하게 배출될 수 없기 때문에 설정 온도보다 테스트 소켓의 내부 온도는 번인 보드 사이 공간에서의 온도보다도 더 높아지게 되며, 테스트 소켓의 내부 온도가 솔더 볼의 융점 이상까지 상승되어 볼 녹음이 발생된다. 번인 테스트 과정에서 발생되는 볼 녹음은 정상 또는 비정상 패키지 전체에 걸쳐 발생이 되어 큰 문제점으로 대두되고 있으며, 최근 고집적화 및 칩 대비 패키지 크기의 소형화에 따라 반도체 칩 패키지의 발열량이 높아져 발생빈도가 더욱 증가되고 있다.
더욱이, 볼 녹음은 패키지 자체의 문제로 끝나지 않고 여러 가지 문제점을 유발시킨다. 첫 번째 테스트 소켓의 불량을 유발하여 수리비를 증가시키고 소켓 동작률을 감소시켜 생산성을 저하시킨다. 두 번째 볼 녹음이 발생되지 않도록 하여야 하는 조건 제약으로 인하여 엔지니어의 활동이 위축된다. 볼 녹음을 해결하기 위하 여 번인 테스트 조건 온도를 낮추고 번인 테스트 전압을 올려 볼 녹음을 방지하는데 이 조건은 볼 녹음이 발생되지 않고 신뢰성을 보장할 수 있는 조건으로 테스트 시간 단축과 신뢰성을 높이는 엔지니어의 활동에 대한 제약을 준다. 세 번째 신제품 개발에 대한 제약으로 작용한다는 점이다. 고속도 및 고밀도 BGA 패키지가 요구되고 있는 추세에 맞는 반도체 제품을 개발하기 위해서는 보다 많은 전류 양이 필요함에 따라 볼 녹음의 발생이 그만큼 높아질 수 있어 신제품 개발에 대한 제약을 가져올 수 있다는 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 번인 테스트 과정에서 패키지 동작에 따라 발생되는 열을 원활하게 배출시켜 반도체 칩 패키지에 대한 온도 제어가 용이하게 이루어질 수 있도록 하며 볼 녹음을 방지할 수 있는 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치를 제공하는 데에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치는, 일면에 볼 범프들이 배열되어 있는 BGA 패키지가 수용되며 볼 범프들을 측방으로 노출시키는 통풍로가 관통 형성된 테스트 소켓들과; 그 테스트 소켓들이 실장되어 있고 각각의 테스트 소켓의 통풍로로 공기를 불어주는 공기공급관이 설치되어 있는 번인 보드들과; 그 번인 보드들이 수납되어 외부환경과 격리되는 번인 챔버와; 공기를 가열하여 송풍하는 히팅부와; 그 히팅부로부터 공기를 공급받아 번인 챔버로 공기 공급을 안내하는 제 1공기공급덕트와; 히팅부로 부터 공기를 공급받아 번인 보드의 공기공급관으로 공기 공급을 안내하는 제 2공기공급덕트; 및 번인 챔버로부터 공기 배출을 안내하는 배기덕트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치에 있어서, 테스트 소켓은 BGA 패키지가 탑재되는 소켓 몸체와, 볼 범프에 접속되며 소켓 몸체를 관통하여 소켓 몸체로부터 소정 높이로 돌출되어 형성된 콘택트 핀들과, 소켓 몸체의 상부에 결합되며 중앙 부분에 BGA 패키지가 삽입되는 관통구멍이 형성되어 있고 소켓 몸체로부터 탄력적으로 수직 운동되는 커버와, 커버의 하강에 따라 BGA 패키지를 가압하여 소켓 몸체에 고정시키는 홀더를 포함한다. 여기서, 콘택트 핀의 돌출 높이는 3㎜이상인 것이 바람직하다.
또한, 바람직한 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치에 있어서, 소켓 몸체와 커버 중 적어도 어느 하나가 마주보는 양 측방 부분에 각각 홀더에 의해 고정된 BGA 패키지의 볼 범프를 개방시키는 홈이 형성된 것이 바람직하다.
또한, 바람직한 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치에 있어서, 소켓 몸체는 네 측면에 커버의 수직 운동을 안내하는 안내 홈이 형성되어 있고 커버는 안내 홈을 따라 수직 운동하는 안내판이 형성되어 있으며, 안내판에 볼 범프를 포함한 BGA 패키지 측방을 개방시키는 홈이 각각 형성된 것을 특징으로 한다. 커버는 마주보는 한 쌍의 안내판의 일정 부분이 제거된 형태의 판형 안내돌기일 수 있다.
또한, 바람직한 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치에 있어 서, 히팅부는 공기를 가열하는 히터와 가열된 공기를 제 1공기공급덕트와 제 2공기공급덕트로 불어주는 제 1송풍기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직한 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치에 있어서, 공기공급관은 번인 보드의 일측에 형성된 주 공급관과 주 공급관과 연결되며 테스트 소켓들의 열 단위로 형성되는 분기관들과 각각의 테스트 소켓에 대응되어 분기관에 설치된 에어 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 에어 노즐은 BGA 패키지의 볼 범프와 콘택트 핀 사이의 공간을 향하여 공기를 분사하도록 구성된 것이 바람직하다.
또한 바람직한 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치에 있어서, 제 1공기공급덕트에는 제 2공기공급덕트로 공기를 고압으로 불어주는 제 2송풍기가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는 제 1공기공급덕트와 공기공급관은 테스트 소켓에 대하여 동일 방향으로 공기를 불어주는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직한 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치에 있어서, 공기공급관에는 공기투입구가 형성되어 있고 제 2공기공급덕트에 연결되어 연결부재가 결합되어 있으며 연결부재의 공기투입구로의 삽입에 의해 공기공급관과 제 2공기공급덕트가 연결된 것을 특징으로 한다. 더욱 바람직하게는 공기투입구와 연결부재 중 어느 하나가 원뿔형 돌기 형태이고 나머지 하나가 원뿔형 구멍인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직한 실시예에 있어서, 번인 챔버에 수납된 번인 보드들 전체를 일 괄적으로 밀어주는 푸쉬 바(push bar)가 설치되어 있고 연결부재가 푸쉬 바에 설치된 것을 특징으로 한다. 여기서, 공기투입구와 연결부재 중 어느 하나가 원뿔형 돌기 형태의 돌출 부분을 갖고 있고 나머지 하나가 그와 정합되는 원뿔형 구멍이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
실시예
도 4내지 도 6은 본 발명에 따른 BGA 패키지용 번인 테스트 장치의 일 실시예를 나타낸 정면도와 종단면도 및 횡단면도이고, 도 7과 도 8은 본 발명에 따른 BGA 패키지용 번인 테스트 장치의 소켓을 나타낸 측면도와 단면도이며, 도 9는 본 발명에 따른 BGA 패키지용 번인 테스트 장치의 번인 보드를 나타낸 사시도이고, 도 10은 도 9의 "A" 부분의 확대도이며, 도 11은 본 발명에 따른 BGA 패키지용 번인 테스트 장치에서 제 2공급덕트와 번인 보드의 결합 구조를 나타낸 부분 사시도, 및 도 12는 도 11의 "B" 부분의 확대도이다.
도 4와 도 6에 도시되고 있는 본 발명에 따른 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치(100)는, 테스트 대상의 BGA 패키지가 수용되며 공기가 내부를 관통하여 흐를 수 있도록 구성된 테스트 소켓(110)들과, 그 테스트 소켓(110)들이 실장되어 있고 그 테스트 소켓들(110)에 공기를 불어주는 공기공급관(133)이 형성된 번인 보드(130)들과, 번인 보드(130)들이 수납되어 외부환경과 격리되어 테스트 환경이 인가되는 번인 챔버(150)와, 그 번인 챔버(150)로 공급될 가열된 공기를 생성하여 공급하는 히팅부(170)와, 그 히팅부(170)로부터 번인 챔버(150)로 공기의 공급을 안내하는 제 1공기공급덕트(180)와, 히팅부(170)로부터 번인 챔버(150) 내에 위치한 번인 보드(130)의 공기공급관(133)으로 공기의 공급을 안내하는 제 2공기공급덕트(190)와 번인 챔버(150)로부터 공기를 배출시키는 배기덕트(210)를 포함한다.
테스트 소켓(110)은 도 7과 도 8에서와 같이 중앙 부분이 함몰된 형태로 그 함몰 부분에 BGA 패키지(10)가 탑재되어 수용되는 소켓 몸체(111)와, 탑재된 BGA 패키지(10)의 하부에서 볼 범프 형태의 외부접속단자인 솔더 볼(15)에 대응되어 소켓 몸체(111)를 관통하여 형성되는 콘택트 핀(113)들과, BGA 패키지(10)를 가압하여 소켓 몸체(111)에 고정시키는 홀더(115), 및 소켓 몸체(111)의 상부에 설치되고 하강에 따라 홀더(115)를 가압하는 커버(121)를 포함하여 구성된다. 커버(121)는 중앙 부분에 BGA 패키지(10)의 삽입 및 소켓 몸체(111)로의 안내를 위한 관통구멍(122)이 형성되어 있으며, 스프링(114)에 의해 소켓 몸체(111)로부터 탄력적으로 수직 운동이 이루어지는 구조이다. 여기서, 콘택트 핀(113)은 소켓 몸체(111)의 내부 바닥면(112)으로부터 소정 높이로 돌출되도록 하여 솔더 볼(15) 부분에서의 발열 공간(127)이 확보되도록 하고 있다. 콘택트 핀(113)의 돌출 높이는 보통 3㎜이상인 것이 바람직하며, 3-5㎜정도가 적합하다.
그리고 이 테스트 소켓(110)은 동작시 발생되는 열의 배출 경로를 확보하기 위하여 소켓 몸체(111)에 탑재된 BGA 패키지(10)를 중심으로 마주보는 두 측면 방향이 개방된 구조이다. 이때, 홀더(115)에 의해 소켓 몸체(111)에 고정된 BGA 패키지(10)의 솔더 볼(15)과 콘택트 핀(113) 부분의 발열 공간(127)이 개방되어 통풍로(125)가 형성된다.
소켓 몸체(111)의 네 측면에는 오목하게 파여져 커버(121)의 수직 방향 운동을 안내하기 위한 안내 홈(116)이 형성되어 있고, 그에 대응되어 커버(121)의 측면 4곳에는 안내 홈(116)에 밀착되어 수직 방향 운동을 안내하는 안내판(123a,123b)이 형성되어 있다. 여기서, 마주보는 두 안내판(123a)은 나머지 두 안내판(123b)과 달리 그 중앙의 일정 부분이 제거되어 홈(124)이 형성된 판형 안내돌기 형태이며 소켓 몸체(111)에 고정된 BGA 패키지(10)의 솔더 볼(15)과 내부 바닥면(112)으로부터 돌출된 콘택트 핀(113)의 일정 부분이 노출되도록 하고 있다. 이에 따라 홀더(115)에 의해 BGA 패키지(10)의 솔더 볼(15)과 콘택트 핀(113) 부분의 발열 공간(127)이 개방되어 통풍로(125)가 형성된다. 여기서, 테스트 소켓(110)은 통풍로(125)의 형성을 위하여 마주보는 안내판(123a)의 일정 부분이 절단되어 사각형 형태의 홈(124)이 형성된 것에 한정되는 것은 아니다. 안내판(123a)에 형성되는 홈(124)은 그 밖에도 원형, 타원형 등 다양한 형태를 가질 수 있으며, 후술되는 번인 보드(130)에 형성된 에어 노즐(137)의 형태에 따라 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 커버(121)의 안내판(123a)에 홈(124)을 형성하지 않고 소켓 몸체(111)가 BGA 패키지(10) 또는 솔더 볼(15)을 개방시키는 구조를 갖도록 하여 테스트 소켓(110)을 관통하는 통풍로(125)를 형성할 수도 있다. 또한, 테스트 소켓(110)의 4측면 모두에 BGA 패키지(10)가 노출되도록 하는 커버(121) 또는 소켓 몸체(111)에 홈을 형성하여 사방으로 통풍로(125)를 형성할 수도 있다. 즉, 테스트 소켓(110)은 수용된 BGA 패키지(10)의 솔더 볼(15)과 콘택트 핀(113) 접촉 부분의 발열 공간(127)을 개방시키는 구조라면 어떠한 형태라도 상관없다. 그러나, 테스트 소켓(110)을 관통하는 통풍 방향을 제1공기공급덕트(180)에서 배기덕트(210)로의 공기 흐름 방향과 동일하게 하는 것이 열 배출에 더욱 효과적이어 바람직하다.
번인 보드(130)는 도 9와 도 10에 도시된 바와 같이 일면에 통풍로(125)가 형성된 복수의 테스트 소켓(110)들이 실장된다. 여기서, 도면에서 번인 보드(130)에 형성된 회로패턴의 도시는 생략하였다. 번인 보드(130)의 한쪽 가장자리에는 커넥터(132)가 형성되어 있으며, 이 커넥터(132)를 통하여 테스트 소켓(110)들에 수용된 BGA 패키지(10)들이 도시되지 않은 테스트 시스템부에 연결되어 전기적인 테스트가 이루어지게 된다.
한편, 번인 보드(130)는 테스트 소켓(110) 주변에 공기공급관(133)이 설치되어 있다. 공기공급관(133)은 주 공급관(134)과 분기관(137)으로 이루어진다. 주 공급관(134)은 커넥터(132)와 반대되는 번인 보드(130)의 가장자리 상부에 형성된다. 주 공급관(134)의 소정 부분에는 번인 보드(130)의 외부에서 공기를 공급받기 위하여 공기투입구(135)가 형성되어 있다. 그리고, 분기관(137)이 열 단위의 테스트 소켓(110)에 대응하여 하나씩 형성되며 각각 주 공급관(134)과 연결된다. 분기관(137)에는 각각의 테스트 소켓(110)의 측방에서 통풍로(125)를 향하여 공기를 불어주는 에어 노즐(139)이 설치되어 있다. 분기관(137)은 주 공급관(134)으로부터 분기됨으로써 각각의 테스트 소켓(110) 내부에 동일한 양의 공기를 공급한다. 여기서, 에어 노즐(139)의 공기 분사 방향은 제 1공기공급덕트(180)로부터 배기덕트(210)로의 공기 공급 방향과 동일하도록 구성된다. 테스트 소켓(110)을 관통하는 공기는 배기덕트(210) 쪽으로 흐르게 구성됨으로써 가열된 공기의 배출이 용이하게 이루어질 수 있게 된다.
번인 챔버(150)는 외부환경과 격리되어 테스트 온도 조건이 인가되는 내부 공간을 가지며 한꺼번에 많은 양의 번인 보드(130)가 수납될 수 있는 크기를 갖는다. 내부 공간의 온도를 측정하기 위하여 온도센서(155)가 내부에 설치되어 있다. 번인 챔버(150)에는 번인 보드(130)들이 시스템과의 정확하고 용이한 연결을 위하여 랙(145)에 수납되어 공급된다. 랙(145)은 번인 보드(110)들이 삽입될 수 있도록 안내 레일(146)이 설치되어 있으며 번인 보드(110)들은 랙(145) 내에 수직으로 배치된다. 랙(145)은 번인 보드(130)로의 공기 공급 및 배출이 이루어질 수 있도록 사방이 개방된 형태이다.
히팅부(170)는 히터(171)와 제 1송풍기(173)를 포함하며 번인 챔버(150)의 상부에 설치되어 있다. 그리고, 번인 챔버(150)와 히팅부(170)의 일 측방에 인접하여 제 1공기공급덕트(180)와 제 2공기공급덕트(190)가 설치되어 있고 타측방에 인접하여 배기덕트(210)가 설치되어 있다. 제 1공기공급덕트(180)와 제 2공기공급덕트(190)는 번인 챔버(150) 내부의 설정 온도와 BGA 패키지(10)에 가해지는 온도를 동일하게 하기 위하여 모두 히팅부(170)로부터 공기를 공급받도록 구성된다. 제 1공기공급덕트(180)의 번인 챔버(150) 측 격벽은 공기가 번인 챔버(150) 내의 일정 방향으로 공급될 수 있도록 송풍측 편향판 구멍(183)이 형성된 송풍측 편향판(181)으로 이루어져 있다.
도 11과 도 12를 더 참조하면, 제 1공기공급덕트(180)의 하단 부분에는 제 2송풍기(191)가 설치되어 있다. 그리고, 제 2공기공급덕트(190)에는 번인 챔버(150)에 수납되는 번인 보드(130)의 각 공기공급관(133)에 대응되어 복수의 연결부재(193)가 결합되어 있다. 연결부재(193)는 공기공급관(133)에 형성된 공기투입구(135)와 결합 및 분리가 이루어질 수 있도록 구성된다. 여기서, 연결부재(193)는 번인 챔버(150)의 전면 부분에 설치되어 번인 챔버(150) 내의 번인 보드(130) 전체를 일괄적으로 밀어주도록 설치된 푸쉬 바(push bar)(233)에 결합되어 푸쉬 바(233)와 연계하여 동작되도록 구성된다. 푸쉬 바(233)는 회전 축(231)과 결합되어 회전되는데 연결부재(193)를 푸쉬 바(233)에 결합시킴으로써 푸쉬 바(233)의 동작에 따라 연결부재(193)와 번인 보드(130)의 공기공급관(133)의 공기투입구(135)에 결합 및 분리가 이루어진다. 공기투입구(135)와 연결부재(193)는 결합이 견고하게 이루어질 수 있도록 어느 하나가 내측으로 갈수록 직경이 줄어든 형태가 되도록 구성되고 나머지 하나가 그와 정합되는 형태가 되도록, 예컨대 하나는 원뿔형 돌기 형태로 나머지 하나는 원뿔형 구멍 형태를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 연결부재(193)는 유연성 관(195)으로 제 2공기공급덕트(190)와 연결되도록 하여 연결부재(193)의 동작에 따른 연결 상태의 손상을 방지하는 것이 바람직하다.
배기덕트(210)는 번인 테스트 과정에서 BGA 패키지(10)의 동작에 따라 발생되는 열에 의하여 번인 챔버(150) 내부가 설정 온도보다 높게 될 경우 번인 챔버(150) 내부로부터의 공기 배출을 안내한다. 번인 챔버(150)측 격벽은 배기측 편향판 구멍(213)이 형성된 배기측 편향판(211)으로 구성된다. 도시되어 있지는 않지만 배기덕트(210)의 소정 부분, 또는 외부에는 송풍 휀이 설치되어 배기덕트(210)를 통하여 강제로 공기의 배출이 이루어질 있도록 구성된다.
동작을 설명하며, 히팅부(170)의 공기가 히터(171)에 의해 가열되어 제 1송풍기(173)에 의해 제 1공기공급덕트(180)로 보내지고 송풍측 편향판(181)을 통해 번인 챔버(150)로 공급된다. 번인 챔버(150)에 공급된 가열된 공기에 의해 번인 보드(130)는 설정된 가혹한 온도 조건 상태가 된다. 그리고, 히팅부(170)의 가열된 공기가 제 1공기공급덕트(180)로의 공기 공급과는 별도로 제 2공기공급덕트(190)로 공급되고 제 2송풍기(191)에 의해 연결부재(193)를 통하여 번인 보드(130)의 주 공급관(134)으로 공급된다. 주 공급관(134)으로 공급된 공기는 각 분기관(137)으로 고르게 분배되고 각각의 에어 노즐(139)을 통하여 테스트 소켓(110)을 향하여 분사된다. 에어 노즐(139)을 통하여 분사되는 가열된 공기는 BGA 패키지(10)의 솔더 볼(15)과 콘택트 핀(13) 부분의 공간으로 분사된다. 이에 따라 BGA 패키지(10)의 솔더 볼(15)을 통하여 발생되는 열이 테스트 소켓(110)의 내부에 집중되지 않고 외부로 강제 배출된다. 이때, 테스트 소켓(110)을 관통하는 공기 흐름의 방향은 제 1공기공급덕트(180)로부터 배기덕트(210)로의 공기 공급 방향과 동일하다. 이에 따라 번인 챔버(150)의 설정 온도와 번인 소켓(110) 및 테스트 대상의 BGA 패키지(10) 부분의 실제 온도는 거의 차이가 없게 된다. 따라서, BGA 패키지(10)에 대한 온도 제어가 정확하고 용이하게 이루어진다.
전술한 실시예에서와 같이 본 발명에 따른 BGA 패키지용 번인 테스트 장치는 공기공급덕트로부터 번인 챔버로 공급과는 별도로 통풍로가 형성된 테스트 소켓과 공기공급관이 형성된 번인 보드 및 제 2공기공급덕트 등을 포함하도록 구성되어 테스트 소켓, 특히 BGA 패키지의 솔더 볼을 향하여 강제로 공기를 불어주어 테스트 소켓 부분에서와 번인 보드들 사이의 공간에서 열의 집중이 이루어지지 않고 강제로 배출이 이루어질 수 있게 된다. 더욱이, 콘택트 핀이 소정 높이로 형성됨으로서 BGA 패키지의 솔더 볼과 콘택트 핀 부분에서 발열 공간이 확보되어 있도록 하고, 그 공간을 통하여 분사가 이루어질 수 있도록 구성되어 열의 집중 및 배출이 극대화될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치는 전술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 중심 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에 종사하는 자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
이상과 같은 본 발명에 따른 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치는, 솔더 볼 부분에 충분한 공간이 확보되고 테스트 소켓을 관통하여 열 배출 경로가 제공된다. 그리고, 히팅부로부터 설정 온도로 가열된 공기를 편향판을 통하여 번인 챔버로 공급하는 것과는 별도로 테스트 소켓으로 고압으로 불어주게 된다. 이에 따라 솔더 볼 부분에서 열이 집중되지 않고 설정온도 이상으로 상승되지 않아 볼 녹음이 방지된다. 따라서, 패키지 외관 불량이 최소화되고, 볼 녹음으로 인한 테스트 소켓 불량 발생을 방지하여 수리비용 및 원가절감의 효과를 얻을 수 있으 며, 패키지 제품을 완전하게 보호할 수 있다. 또한, 특정 부위에서 설정 온도 이상으로 온도가 상승되지 않고 전체적으로 온도제어가 용이하게 이루어질 수 있어서 엔지니어 활동 제약이 제거되어 작업시간 단축 및 신뢰성 향상 활동에 기여할 수 있다. 또한, 신제품 개발을 위해 테스트 인프라의 구축을 적기에 할 수 있다.

Claims (14)

  1. 일면에 볼 범프들이 배열되어 있는 BGA 패키지가 수용되며 볼 범프들을 측방으로 노출시키는 통풍로가 관통 형성된 테스트 소켓들과;
    상기 테스트 소켓들이 실장되어 있고, 상기 번인 보드의 일측에 형성된 주 공급관과 상기 주 공급관과 연결되며 상기 테스트 소켓들의 열 단위로 형성되는 분기관들 및 각각의 상기 테스트 소켓에 대응되어 상기 분기관에 설치된 에어 노즐을 포함하여 상기 각각의 테스트 소켓의 통풍로로 공기를 불어주는 공기공급관을 갖는 번인 보드들과;
    상기 번인 보드들이 수납되어 외부환경과 격리되는 번인 챔버와;
    공기를 가열하여 송풍하는 히팅부와;
    상기 히팅부로부터 공기를 공급받아 상기 번인 챔버로 공기 공급을 안내하는 제 1공기공급덕트와;
    상기 히팅부로부터 공기를 공급받아 상기 번인 보드의 상기 공기공급관으로 공기 공급을 안내하는 제 2공기공급덕트; 및
    상기 번인 챔버로부터 공기 배출을 안내하는 배기덕트;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 테스트 소켓은 BGA 패키지가 탑재되는 소켓 몸체와, 볼 범프에 접속되며 상기 소켓 몸체를 관통하여 상기 소켓 몸체로부터 소정 높이로 돌출되어 형성된 콘택트 핀들과, 상기 소켓 몸체의 상부에 결합되며 중앙 부분에 상기 BGA 패키지가 삽입되는 관통구멍이 형성되어 있고 상기 소켓 몸체로부터 탄력 적으로 수직 운동되는 커버와, 상기 커버의 하강에 따라 상기 BGA 패키지를 가압하여 상기 소켓 몸체에 고정시키는 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 소켓 몸체와 상기 커버 중 적어도 어느 하나가 마주보는 양 측방 부분에 각각 상기 홀더에 의해 고정된 BGA 패키지의 볼 범프를 개방시키는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 소켓 몸체는 네 측면에 상기 커버의 수직 운동을 안내하는 안내 홈이 형성되어 있고 상기 커버는 상기 안내 홈을 따라 수직 운동하는 안내판이 형성되어 있으며, 상기 안내판에 볼 범프를 포함한 BGA 패키지 측방을 개방시키는 홈이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 커버는 마주보는 한 쌍의 안내판의 일정 부분이 제거된 형태의 판형 안내돌기인 것을 특징으로 하는 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 콘택트 핀의 돌출 높이는 3㎜내지 5㎜인 것을 특징으 로 하는 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 히팅부는 공기를 가열하는 히터와 가열된 공기를 상기 제 1공기공급덕트와 상기 제 2공기공급덕트로 불어주는 제 1송풍기를 포함하는 것을 특징으로 하는 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치.
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서, 상기 에어 노즐은 BGA 패키지의 볼 범프와 콘택트 핀 사이의 공간을 향하여 공기를 분사하도록 구성된 것을 특징으로 하는 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 제 1공기공급덕트에는 상기 제 2공기공급덕트로 공기를 고압으로 불어주는 제 2송풍기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 제 1공기공급덕트와 상기 공기공급관은 상기 테스트 소켓에 대하여 동일 방향으로 공기를 불어주는 것을 특징으로 하는 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 공기공급관에는 공기투입구가 형성되어 있고 상기 제 2공기공급덕트에 연결되어 연결부재가 결합되어 있으며 상기 연결부재의 상기 공기투입구로의 삽입에 의해 상기 공기공급관과 상기 제 2공기공급덕트가 연결된 것을 특징으로 하는 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치.
  13. 제 1항 또는 제 12항에 있어서, 상기 번인 챔버에 수납된 상기 번인 보드들전체를 일괄적으로 밀어주는 푸쉬 바가 설치되어 있고 상기 연결부재가 상기 푸쉬 바에 설치된 것을 특징으로 하는 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 공기투입구와 상기 연결부재 중 어느 하나가 원뿔형 돌기 형태의 돌출 부분을 갖고 있고 나머지 하나가 그와 정합되는 원뿔형 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 강제 열 배출 방식의 BGA 패키지용 번인 테스트 장치.
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