KR100613105B1

KR100613105B1 - 반도체 시료의 신뢰성 시험장치

Info

Publication number: KR100613105B1
Application number: KR1020040107036A
Authority: KR
Inventors: 유종준; 김영구; 김태홍
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2006-08-17
Also published as: WO2006065073A1; US20080095211A1; KR20060068372A

Abstract

본 발명은 반도체 시료의 신뢰성 시험장치에 관한 것으로, 반도체 시료와 평가회로판을 포함하는 부품들이 탑재되는 시료 탑재부와, 반도체 시료의 하부에 장착되어 시험온도를 유지시키기 위한 가열블럭과, 가열블럭과 분리된 구조로 상기 가열블럭를 에워싸는 구조로 제작되어 주변 부품들의 온도를 냉각시키기 위한 냉각블럭과, 반도체 시료를 상, 하로 이동시키는 고정블럭을 포함하는 반도체 시료의 신뢰성 시험장치를 제공한다.

신뢰성, 반도체 시료, 신뢰성 시험장치

Description

반도체 시료의 신뢰성 시험장치{Apparatus of Testing Reliability of Semiconductor Sample}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 시료의 신뢰성 시험장치의 사시도이다.

도 2 및 도 3은 도 1의 반도체 시료의 시험장치의 일부의 사시도 및 평면도를 도시한 그림들이다.

도 4 및 도 5는 각각 도 3의 시험장치를 선 A-A와 선 B-B에 의하여 취한 단면도들이다.

도 6은 도 1의 반도체 시료의 고정블럭의 개략적인 사시도를 도시한 도면이다.

본 발명은 반도체 시료의 신뢰성 시험장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 부품의 가속 수명 시험을 신뢰성있게 수행하기 위한 신뢰성 시험 장치에 관한 것이다.
이동통신과 반도체 기술의 발달과 더불어 반도체 부품, 특히 고주파 소자 및 부품은 소형화, 집적화 되어지고 있는 추세이며, 신뢰성의 필요성은 무한경쟁시대에 대응하여 타사 제품이나 국외제품과의 경쟁력을 키우기 위해, 그리고 개발/생산시험에 드는 막대한 시간과 설비 및 경비를 줄이기 위해 계속적으로 증가하고 있다. 가속수명 신뢰성 시험은 고 신뢰도의 새로운 반도체 시험시료를 개발하기 위해 행하는 것으로, 가혹한 조건 하에서 새로운 RF 반도체 소자 및 부품의 수명을 추정하는데 필수적인 것이다.

삭제

특히 단말기에 사용되는 패키지가 SMD(surface mounted device)타입인 PAM(power amplifier module)과 SAW(surface acoustic wave) 필터 그리고 마이크로파대의 화합물 반도체 소자 및 부품과 같은 반도체 부품의 수명예측을 하기 위해서는 필수적이다.

종래 기술에 의한 반도체 시험장치로는 예들 들어 한국특허등록공보 1990-0003611호, 발명의 명칭 "반도체 시험재료의 고온환경시험 장치 및 그 조작방법"에 개시되어 있다.

이 장치는 가열블럭과 냉각블록이 설비되어 있으며 그들은 서로 공기공간을 두고 열적으로 절연되어 있다. 반도체 시료는 가열블럭에 직접 부착되어 있으므로 가열블록 내에서 발생된 열은 무시할 만큼 작은 절연저항을 거쳐 반도체 시료에 직접 전달될 수 있는 것이다. 한편, 마이크로 스트립, 정합회로판들과, 관련 커넥터들은 온도상승을 방지하기 위하여 냉각블록에 부착된다. 냉각블록의 내부가 그들 간에 공기공간을 둠으로써 공간적으로 절연되어 있으므로 가열블록으로부터의 열의 전달은 거의 멈추게 된다. 결과적으로 세팅장치 내에 배치된 마이크로 스트립 정합회로들과 커넥터들은 온도상승으로부터 바람직하게 보호되며, 반도체 시험시료와 관련된 정합회로들을 접지시키기 위하여 접지수단이 설비된다.

그러나, 종래의 신뢰성 시험 장치는 정합회로가 65℃까지 온도가 상승하기 때문에, 외부 평가회로들을 포함하지 않은 반도체 시험시료만을 시험할 수 있었고, 그 외의 반도체 시료는 가열 블럭에 직접 부착되어 작은 절연저항을 무시하고, 히터 자체에 내장된 열전쌍(thermo coupler)으로 온도를 제어하므로 반도체 시험시료의 실제 온도를 확인할 수 없었다.

또한, 동일한 여러 개의 반도체 시험시료를 시험하기 위해서는 번거로운 작업을 해야 하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 목적은 평가회로와 정합관련부품들을 포함하는 새로운 유형의 신뢰성 시험 장치를 일체형으로 만드는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 시험하고자 하는 반도체 시료의 온도를 정확히 조절하고, 외부 평가회로의 온도는 반도체 시료의 온도와 분리하여 조절하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 동일한 여러 개의 시험시료의 신뢰성 시험을 통하여 수명을 예측할 수 있는 새롭게 개량된 반도체 시험장치를 제공하는 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명은 상부의 중앙부에는 반도체 시료를 장착하고, 상부의 주변부에는 평가회로판 및 정합관련부품들이 탑재되는 시료 탑재부; 팁형상으로 제조되어 탑재된 상기 반도체 시료의 하부에 장착되며, 시험온도를 유지시키기 위한 가열블럭; 상기 가열블럭과 분리된 구조로 상기 가열블럭을 에워싸는 구조로 제작되어, 상기 부품들의 온도를 냉각시키기 위한 냉각블럭; 및 상기 반도체 시료를 상, 하로 이동시키는 고정블럭을 포함하는 반도체 시료의 신뢰성 시험장치를 제공한다.

"반도체 시료"라 함은 특별히 한정되지 않고 당업계에 알려진 다양한 종류의 반도체 소자를 의미하는 총칭으로, 예컨대, RF 반도체 소자 및 부품이다.

바람직하게는, 가열블럭과 상기 냉각블럭은 내열성 플라스틱인 백라이트에 의해 분리되어 열적으로 절연상태를 유지한다. 이를 통해, 반도체 시료의 온도가 고온(약 250℃)으로 유지될 때 상기 평가회로판 및 정합관련부품들의 온도는 저온(예컨대 40℃)이하로 유지하도록 한다.

한편, 가열블럭은 팁형으로 제작된 카트리지형 가열팁과, 상기 반도체 시료 하부에 구비되는 RTD 센서를 포함하여 구성될 수 있다.

시료 탑재부에는 시료탑재기판이 더 포함가능하고, 이 경우, 상기 시료탑재기판과 상기 평가회로판을 예컨대 금등의 본딩선으로 연결하면 RF 신호 및 바이어스 신호 전달과 공통 전위 및 열전도 차단 등에 유리하다.

바람직하게는 평가회로판의 양쪽 상단에 예컨대 RF 커넥터가 연결된다.

한편, 고정블럭을 이용하면 간단한 동작으로 반도체 시료와 정합관련부품간의 접촉을 미세하게 조정할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전 하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 시료의 시험장치의 사시도이고, 도 2 및 도 3은 각각 도 1의 반도체 시료의 시험장치의 일부의 사시도 및 평면도를 도시한 도면이며, 도 4 및 도 5는 각각 도 3의 시험장치를 선 A-A와 선 B-B에 의하여 취한 단면도이다.

본 시험장치는, 시료탑재부(12)와, RTD(resistance temperature detector)센서(11), 지지부재(21) 및 가열팁(26)으로 이루어진 가열블럭(11,21,26)과, 냉각블럭(31)과, 고정블럭(41,42,43,44,45,46,47)을 포함한다. 시료탑재부(12)는 그 상부의 중앙에는 반도체 시료(20)가 탑재되고, 그 상부 주변부에는 평가회로판(16), 정합관련부품(17), 본딩선(18), 고정팁(14) 등이 탑재된다.

본 시험장치에서 장시간으로 예컨대 250℃로 유지되는 시험온도에서도 평가회로판(16)과 정합관련부품(17)의 온도는 40℃ 이하로 유지 되도록 하기 위해 가열블럭(11,21,26)과 냉각블럭(31)은 분리된 구조를 갖는다. 상기 가열팁(26)은 팁형으로 제조되어 탑재된 반도체 시료(20)의 하부에 열을 가하며, 냉각블럭(31)은 가열블럭(11,21,26)을 에워싸는 구조로 제작된다. 이에 대해서는 상세히 후술한다.

고정블럭(41,42,43,44,45,46,47)은 반도체 시료(20)의 윗면에 접촉을 가하고, Z축(상, 하)을 조절한다. 또한, 상기 고정블럭을 이용하여 간단한 동작으로 반도체 시료(20)와 정합관련부품(17) 간에 접촉의 미세조정이 가능하며, 반도체 시료(20)를 교체할 경우 쉽게 교체 가능하다.

상기와 같이 구성된 신뢰성 시험 장치에 있어서, 상기 가열블럭(11,21,26)과, 냉각블럭(31)과, 고정블럭(41,42,43,44,45,46,47)은 서로 열적으로 절연되어 있다. 또한, 가열팁(26)과 반도체 시료(20)사이에 세라믹 재질인 RTD센서(11)를 이용하여 열 전달과 동시에 정확히 측정하고자 하는 온도를 제어하고 유지한다.

반면, 평가회로판(16), 정합관련부품(17) 및 RF 커넥터(19)는 온도 상승에 영향을 받지 않도록 상기 가열블럭(11,21,26)과 공간적으로 절연되어 위치하므로 가열블럭(11,21,26)으로부터의 열전도가 거의 이루어지지 않게 된다. 결과적으로, 시험 장치내에 배치된 평가회로판(16), 정합관련부품(17) 및 RF 커넥터(19)는 온도상승으로부터 보호되어지는 것이다.
상기 가열블럭(11,21,26)은 반도체 시료(20)에 열이 집중될 수 있도록 시험장치 내부에 팁형으로 제작된 카트리지형 가열팁(26), 지지부재(21), RTD(resistance temperature detector)센서(11)를 포함하여 구성가능하다. 가열팁(26)은 동이나 황동으로 제조하는 것이 바람직하다. 가열팁(26)은 카트리지형 히터(cartridge type heater)이다. 가열팁(26)의 열은 RTD센서(11)를 이용한 온도조절기(도시하지 않음)를 사용하여 컴퓨터로 제어되며, RTD센서(11)는 감지부분이 예를 들어 가로 1.5mm, 세로 2.5mm이며, 사용온도는 -100℃ 내지 500℃이다.

삭제

한편, 가열블럭(11,21,26)은 가열팁(26)를 고정시키기 위해 가공이 용의하고 내열성이 있는 플라스틱인 백라이트(back lite; 22)에 의하여 냉각블럭(31)과 격리되며 나사들(23)에 의하여 견고하게 고정된다. 이는 가열로부터 냉각블럭(31)의 열전도를 줄이기 위한 것이다. 한편, 지지부재(21)는 나사(24)에 의하여 백라이트(22)에 고정되어 진다.

냉각블럭(31) 상부에는 시료탑재부(12)가 연결되어 있으며, 시료탑재부(12)는 온도의 전달이 용이한 물질, 예컨대 금속으로 제조가능하다. 시료탑재부(12) 상부에는 평가회로판(16)과 RF 커넥터(19)가 연결되며, 상기 평가회로판(16)과 RF 커넥터(19)는 가열팁(26)과는 공기 공간을 두고 격리되고 고정된다. 방열판(32)는 냉각블럭(31)의 밑면에 나사(33)와 방열 컴파운드로 완전 밀착을 시켜 냉각블럭(31)의 효과를 최대화 시킨다.

시료탑재부(12) 상부에 탑재되는 시료탑재기판(13)은 세라믹, 알루미나(alumina), 테프론 기판으로 제작되어, 반도체 시료(20)의 밑면에 RTD센서(11)의 사이즈에 맞게 제작되어 연결되고, 고정팁(14)에 의해 고정되며, 평가회로판(16)과 정합관련부품(17)은 나사들(15)에 의하여 시료탑재부(12)에 고정된다. 시료탑재기판(13)과 평가회로판(16)은 본딩선(18)에 의하여 연결되며, 모든 블록들이 동일한 접지 전위를 제공할 수 있다. 평가회로판(16)의 양쪽 상단에 예컨대 RF 커넥터(19)가 연결된다.

한편 고주파 전원을 위한 접지전위는 알루미늄으로 제작된 일체형 몸체와 기판은 본딩선으로 연결되어 확보가능하다. 결과적으로, 평가회로판(16), 정합관련부품(17) 및 RF 커넥터(19)의 RF 특성의 손실 없이 시험기간 동안 가열블럭을 가열시킴으로써 에컨대 RF 반도체 소자 및 부품의 신뢰성 있는 수명예측이 가능하다.

고정블럭(41,42,43,44,45,46,47)은 냉각블럭(31)과 고정나사(34)(도 3 참조)들에 의해 고정되며, 토글클램프(toggle clamp; 41)를 이용하여 반도체 시료(20)를 상, 하 운동시켜 시료탑재기판(13)에 압력을 가하고, 수직 조정나사(42)는 압축 코일 스프링(43)를 이용하여 Z축으로 조정 및 고정시키는 역할을 하여 높이가 다른 여러 가지 반도체 시료(20)를 시험할 수 있도록 구성한다.

프레스 퓨셔(press pusher;44)는 반도체 시료(20)의 윗면에 접촉되어 압축을 가하고 반도체 시료(20)의 사이즈 및 시료탑재기판(13)에 맞도록 제작되어 본딩선(18)들을 보호하고 열을 차단한다. Z축 슬라이드 블록(45)과 Z축 슬라이드 가이드(46)는 장치의 중심축인 Z축 슬라이드 베이스(slide base;47)에 고정되어지고 Z축으로 조절되어진다.

상술한 바와 같은 구조에 의하면, 가열블럭내에 발생된 열은 효과적으로 시 험시료에 전달되고 모니터링 되어지며, 열은 냉각블록으로는 열전도 되어지지 못하고 효과적으로 방열 되어진다. 실험측정의 결과를 예를 들면, 칩의 온도가 250℃로 유지될 때는 평가회로판과 정합관련부품의 온도는 40℃이하로 유지 되었다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술상주의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 RTD 센서를 이용하여 시험시료에 정확한 시험온도제어와 평가회로 및 정합관련부품의 열적 절연으로 종래에 비하여 보다 확실한 신뢰성을 확보할 수 있으며, 다양한 시험시료에 따라 가열팁, 정합회로와 평가회로를 제작하여 간단히 세팅장치를 변형할 수 있고 수명예측을 위하여 많은 시험시료를 쉽게 장치에 장착하여 시험할 수 있다.

한편, 고정블럭을 이용하여 간단한 동작으로 반도체 시료와 정합관련부품간의 접촉을 미세 조정할 수 있는 효과가 있다.

Claims

상부의 중앙부에는 반도체 시료를 장착하고, 상부의 주변부에는 평가회로판과 정합관련부품들이 탑재되는 시료 탑재부;

팁형상으로 제조되어 상기 반도체 시료의 하부에 장착되며, 시험온도를 유지시키기 위한 가열블럭;

상기 가열블럭과 분리된 구조로 상기 가열블럭를 에워싸는 구조로 제작되어, 상기 부품들의 온도를 냉각시키기 위한 냉각블럭; 및

상기 반도체 시료를 상하로 이동시키는 고정블럭을 포함하며,

상기 가열블럭은 팁형으로 제작된 카트리지형 가열팁과, 상기 반도체 시료 하부에 구비되는 RTD센서를 포함하는 반도체 시료의 신뢰성 시험장치.
제1 항에 있어서,

상기 가열블럭과 상기 냉각블럭은 내열성 플라스틱인 백라이트(back lite)에 의해 분리된 반도체 시료의 신뢰성 시험장치.
삭제
제1 항에 있어서,

상기 반도체 시료는 RF 반도체 소자를 포함하는 칩인 반도체 시료의 신뢰성 시험장치.
제1 항에 있어서,

상기 시료 탑재부에는 시료탑재기판이 더 포함된 반도체 시료의 신뢰성 시험장치.
제5 항에 있어서,

상기 시료탑재기판과 상기 평가회로판이 본딩선으로 연결되는 반도체 시료의 신뢰성 시험장치.
제1 항에 있어서,

상기 평가회로판의 양쪽 상단에 커넥터가 연결되는 반도체 시료의 신뢰성 시험장치.