KR100715459B1 - 반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈 - Google Patents

반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈에 관한 것으로서, 반도체 패키지를 끼워 고정하는 캐리어, 및 캐리어와 결합되며 반도체 패키가 전기적으로 연결되는 소켓을 고정하는 소켓 베이스를 포함하고, 캐리어는 소켓 베이스의 가이드 핀이 끼워지며 결합 위치를 가이드 하는 적어도 두 개 이상의 가이드 슬롯을 포함하며, 가이드 슬롯은 길이 방향의 수직 장공과, 길이 방향과 교차하는 폭 방향의 수평 장공으로 이루어지며, 서로 다른 두께의 반도체 패키지들이 동일 압력을 가지고 상기 소켓에 접하도록 가압하는 접시 스프링을 포함한다.
테스트 핸들러, 반도체 패키지, 슬롯, 캐리어, 슬롯 베이스, 접시 스프링

Description

반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈{CARRIER MODULE OF TEST HANDLER FOR SEMICONDUCTOR PACKAGE}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈의 접시 스프링에 대한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 접시 스프링에 대한 외력-변형률 선도이다.
도 6의 a 내지 c는 종래의 캐리어 모듈의 열변형에 따른 문제점들을 개략적으로 도시한 평면도이다.
본 발명은 반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈에 관한 것으로서, 열변형의 영향을 최소화하는 캐리어와, 이에 대응하는 소켓 베이스의 결합 메커니즘에 갖는 반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체는 완제품 패키지가 제작된 후 최종 출하 직전에 테스트를 거치게 된다. 트레이에는 반도체 패키지를 잡을 수 있는 복수개의 캐리어가 배열되어 있고, 각 캐리어는 반도체 패키지를 잡은 상태로 반도체 패키지를 테스트 소켓에 삽입할 수 있도록 한다.
반도체 패키지에는 수십 내지 수백 개의 전극(lead)이 돌출되어 있고, 이에 대응하는 소켓에는 각 전극에 전기신호를 주고받기 위하여 각 전극에 하나씩 대응되는 핀(pin)이 노출되어 있다.
근래에는, 각 전극들 사이의 간격이 1㎜ 미만인 반도체 패키지가 주종을 이루고 있다. 따라서, 정확한 테스트가 이루어지기 위해서는 반도체 패키지의 전극을 소켓에 정확하게 접촉시키는 것이 매우 중요하다.
캐리어가 반도체 패키지를 정확하게 소켓에 삽입시키도록 하기 위하여 소켓은 소켓 베이스(socket base)에 의해 고정되어 있고, 소켓 베이스와 캐리어는 각각 가이드 핀과 가이드 홀에 의해 결합 위치가 결정된다.
도 6의 a 내지 c는 종래의 캐리어 모듈의 열변형에 따른 문제점들을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 6의 a에 도시한 바와 같이, 종래 캐리어(110)는 대각선 방향으로 두 개의 가이드 홀(11)이 구비된다. 이 가이드 홀(111)은 소켓 베이스의 가이드 핀(121)이 맞물려 끼워지면서 캐리어(110)의 수평 위치와 수직 위치를 모두 정렬하게 된다.
가이드 핀(121)과 대응하는 가이드 홀(111)의 위치가 열 변형의 영향을 가장 많이 받는 대각선 방향에 위치하고 있어 캐리어(110)의 제작이 매우 까다롭고 불량 률이 높으며, 반도체 패키지(130)를 실장 가동 시 잼 레이트(jam rate: 테스트 작업의 중단 발생률)를 높이는 원인이 되기도 한다.
또한, 가이드 홀(111)과 가이드 핀(121)의 위치에 따른 가공 공차, 가이드 홀(111)과 가이드 핀(121)의 직경에 대한 가공 공차 및 캐리어(110)의 열변형으로 인한 가이드 홀(111)의 위치 변화를 모두 가이드 홀(111)의 직경의 여유 공차로 해결하게 된다.
도 6의 b에 도시한 바와 같이, 가이드 홀(111)의 직경의 여유 공차가 큰 경우에 캐리어(110)가 소켓 베이스 위에서 정확한 위치를 제어하지 못하고 수직 및 수평 방향으로 필요 이상의 유격을 갖게 되어 반도체 패키지(130)가 소켓에 정확하게 삽입 및 접촉하기 어렵게 된다.
반면, 도 6의 c에 도시한 바와 같이, 가이드 홀(111)의 직경의 여유 공차가 작은 경우에 고온 및 저온 테스트 시에 열변형으로 인하여 가이드 홀(111)의 위치가 미세하게 변화하게 되고, 그 결과 가이드 핀(121)이 가이드 홀에 꽉 끼워져 다시 이탈이 안되거나 캐리어(110) 또는 소켓 베이스에 손상이 가는 문제를 야기하게 된다.
이처럼, 캐리어와 소켓 베이스의 가이드 홀-가이드 핀 결합 방식은 열변형에 영향을 많이 받기 때문에 설계 시에도 가이드 홀의 위치, 가이드 홀의 직경, 열변형 크기의 요소들을 한꺼번에 고려하여야 하므로 최적화된 설계가 어렵고, 그 제작 또한 까다롭게 된다.
그리고, 반도체 패키지의 전극은 반도체 패키지의 각 전극들에 대응하는 소 켓의 각각의 접점들의 정확한 위치에 적당한 압력으로 접촉되어야 한다.
만약, 접촉 압력이 부족하게 되면 전극과 접점 사이의 접촉 저항이 커져서 정확한 테스트 결과를 얻을 수 없으며, 접촉 압력이 과하면 소켓의 수명이 짧아지게 된다. 따라서 전극에 가해지는 접촉압력을 정확하게 조절하는 것 또한 매우 중요하다.
상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 캐리어 모듈이 열변형의 의한 영향을 최소화할 수 있고, 설계 및 제작이 용이하여 경제성을 향상시킬 수 있으며, 반도체 패키지의 두께 편차와 무관하게 서로 동일한 허용 접촉 압력을 유지시킬 수 있는 반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈은 반도체 패키지를 끼워 고정하는 캐리어, 및 캐리어와 결합되며 반도체 패키가 전기적으로 연결되는 소켓을 고정하는 소켓 베이스를 포함하고, 캐리어는 소켓 베이스에 돌출 형성된 가이드 핀이 끼워지며 결합 위치를 가이드 하는 적어도 두 개 이상의 가이드 슬롯을 포함하며, 가이드 슬롯은 길이 방향의 수직 장공과, 길이 방향과 교차하는 폭 방향의 수평 장공으로 이루어진다.
여기서, 수직 장공은 캐리어의 수직 중심선을 따라 형성될 수 있으며, 반도체 패키지가 고정되는 캐리어의 포켓부를 사이에 두고 양측에 모두 형성되는 것이 바 람직하다.
수평 장공은 캐리어의 수평 중심선을 따라 형성될 수 있다. 또한, 수평 장공은 캐리어의 포켓부를 사이에 두고 어느 한 쪽에 형성될 수 있다.
포켓부는 서로 다른 두께를 갖는 상기 반도체 패키지가 동일 압력을 가지고 상기 소켓에 접하도록 접시 스프링을 포함할 수 있으며, 이 접시 스프링은 반도체 패키지와 히트 싱크(heat sink) 사이에서 열 전달 가능하게 개재되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈의 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이다
이들 도면을 참조하여 설명하면, 반도체 패키지(30)를 테스트하는 테스터(tester) 및 핸들러(handler)에서 사용되는 캐리어 모듈(1)은 반도체 패키지(30)를 끼워 고정하는 캐리어(10)와, 이 캐리어(10)와 결합되며 반도체 패키지(30)가 이에 대응하는 소켓(40)에 전기적으로 연결되도록 가이드 하는 소켓(40)을 고정하는 소켓 베이스(20)로 이루어진다.
반도체 패키지(30)는 현재 크기가 10㎜x10㎜x1㎜ 안팎으로 매우 작으며, 리드 전극(31)의 크기는 1 mm 이하로 수십 내지 수백 개가 돌출되어 있다. 양산된 반도체 패키지(30)의 완제품을 출하 전 테스트를 거치게 되며, 피시비(PCB; printed circuit board)에 실장 된 상태와 유사한 환경을 만들어 테스트하기 위하여 반도체 패키지(30)의 리드 전극(31)을 이와 대응하는 소켓(40)의 접점(41)에 연결하고 전기 신호를 주어 테스트를 수행하게 된다.
테스터에는 반도체 패키지(30)의 성능 테스트에 대한 프로그램이 내장되어 있으며 신호처리에 대한 결과로 반도체 패키지(30)의 품질 상태를 결정하는 장비이고, 핸들러는 트레이에 쌓여 있는 반도체 패키지(30)를 집어서 테스터와 연결된 소켓에 접촉시키고 테스트에서 보내온 결과에 따라 반도체 패키지들(30)을 분류해 주는 장비이다.
캐리어(10)는 테스트 트레이에 복수개가 배열될 수 있으며, 반도체 패키지(30)를 한 개씩 집어 소켓(30) 위에 정확하게 올려주도록 반도체 패키지(30)들을 잡아 고정하기 위한 포켓부(15)가 대략 중심부에 위치한다.
이 캐리어(10)가 마주하며 결합되는 소켓 베이스(20)에는 반도체 패키지(30)의 전극들과 전기적으로 연결되며, 서로 전기적인 신호를 주고받을 수 있도록 돌출된 접점(41)들이 구비된 소켓(40)이 안착된다.
반도체 패키지(30)는 캐리어(10)에 고정된 상태로 대략 -30℃ 내지 120℃의 온도 범위에서 냉각 및 가열한 이후. 캐리어(10)를 소켓 베이스(20)에 결합하여 반도체 패키지(30)를 소켓(40)에 연결하고, 서로 전기적 신호를 주고받으며 저온, 상온 및 고온 상황에서 각각 성능 테스트를 수행하게 된다.
이때, 캐리어(10)는 온도변화에 따라 열변형이 발생하더라도 반도체 패키지(30)의 전극(31)들이 소켓(40)의 접점(41)들과 보다 정확하게 접하도록 소켓 베이스(20)에 결합되어야 한다.
따라서, 캐리어를 소켓 베이스 위에 정확하게 위치시키려면 수직 방향의 움직임, 수평 방향의 움직임, 및 회전 움직임의 세 가지 운동을 제한하도록 설계되어야 하며, 이를 위해 캐리어(10)와 소켓 베이스(20)에는 서로 마주하며 결합되는 적어도 셋 이상의 가이드 슬롯(11, 12)과 이에 대응하는 가이드 핀(21, 22))이 구비되어야 한다.
특히, 캐리어(10)에 형성되는 가이드 슬롯(11, 12)은 온도변화에 따라 발생할 수 있는 열변형의 영향을 최대한 배제할 수 있도록 수직 및 수평 방향으로 여유를 갖는 장공 형태로 이루어진다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 가이드 핀(21, 22)은 캐리어(10)의 가이드 슬롯(11, 12)에 대응하도록 소켓 베이스(20)에 돌출 형성된다. 따라서, 가이드 핀(21, 22)에 대한 보다 상세한 설명은 캐리어(10)의 가이드 슬롯(11, 12)에 대한 설명으로 대신한다.
가이드 슬롯(11, 12)은 캐리어(10)의 길이 방향(도면의 y방향)으로 구멍이 길게 형성되는 수직 장공(11)과, 길이 방향과 교차하는 폭 방향(도면의 x방향)으로 구멍이 길게 형성되는 수평 장공(12)을 포함한다.
수직 장공(11)은 이에 대응하는 소켓 베이스(20)의 가이드 핀(21)이 끼워지며 반도체 패키지(30)를 고정한 캐리어(10)가 소켓 베이스(20)와 결합할 때, 캐리어(10)가 수직 방향의 자유도를 갖도록 결합 고정함으로써, 캐리어(10)가 열변형 발생시 열변형에 의한 수직 방향의 위치 오차 및 가공 오차 등을 줄일 수 있도록 한 다.
여기서, 수직 장공(11)은 캐리어(10)의 수직 중심선을 따라 형성되는 것이 바람직하며, 반도체 패키지(30)가 고정되는 캐리어(10)의 포켓부(15)를 사이에 두고 양측에 각각 형성하는 것이 바람직하다.
이와 함께, 수평 장공(12)은 캐리어(10)가 수평 방향의 자유도를 갖도록 함으로써, 캐리어(10)가 열변형시 수평 방향의 위치 오차 및 가공 오차를 줄일 수 있도록 한다.
여기서, 수평 장공(12)은 캐리어(10)의 수평 중심선을 따라 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 수평 장공(12)은 캐리어(10)의 폭이 좁아 형성 위치가 제한되기 때문에 포켓부(15)를 사이에 두고 어느 한 쪽에만 형성할 수 있으며, 특히, 수평 장공(12)은 캐리어(10)의 측부에서 일부가 개방되도록 형성할 수도 있다.
이처럼, 두 개의 수직 장공(11)과 하나의 수평 장공(12) 만으로도 소켓 베이스(20)에 결합되는 캐리어(10)의 수직 방향의 움직임, 수평 방향의 움직임, 및 회전 움직임을 모두 제한할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 불필요한 수직 장공(11)과 수평 장공(12)을 형성을 최소화하여 캐리어 모듈(1)의 제작을 용이하게 하고, 그에 따른 제작에 따른 비용을 낮출 수 있다.
수직 장공(11)과 수평 장공(12)은 서로 직교하기 때문에 캐리어(10)의 수평 방향의 자유도는 수평 장공(12)에 의해 제한되며, 수직 방향의 자유도는 수평 방향의 수직 장공(11)에 의해 결합 위치가 제한된다. 그러나, 수직 및 수평 방향으로의 열변형은 캐리어(10)의 수직 및 수평 방향의 자유도에 의하여 캐리어의 중심부에 위치하는 반도체 패키지(30)의 위치에는 영향을 미치지 않는다.
결국, 캐리어 모듈(1)은 반도체 패키지(30)의 고온 또는 저온 테스트 중 캐리어(10)가 열 변형을 하더라도 반도체 패키지(30)가 소켓(40)과 접하는 위치를 보다 정확하게 가이드 하여 반도체 패키지(30)에 대한 성능 테스트의 불량률을 줄일 수 있도록 한다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라서 본 단면도이다.
이 도면을 참조하여 설명하면, 캐리어(10)의 포켓부(15)는 반도체 패키지(30)를 집게 형태로 잡아 고정하기 위한 래치(16)와, 이 래치(16)에 의해 고정되는 반도체 패키지(30)와 접하며 반도체 패키지(30)에서 발생한 열을 후방으로 발산하기 위한 히트 싱크(17)로 이루어진다.
반도체 패키지(30)와 히트 싱크(17) 사이에는 반도체 패키지(30)를 기설정된 두께 범위 내에서 동일 압력을 가지고 상기 소켓에 접하도록 가압하는 접시 스프링(18)이 구비된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈의 접시 스프링에 대한 사시도이고, 도 5는 도 4의 접시 스프링에 대한 외력-변형률 선도이다.
이 도면들을 참조하여 설명하면, 접시 스프링(18)은 일반 후크의 법칙(Hook s law)를 따르는 스프링과는 달리 특정 변위에서 복원력이 거의 변하지 않는 평탄 복원력(flat-restoring force)영역이 존재한다.
이를 보다 자세히 설명하면, 접시 스프링(18)은 수직 방향으로 외력(c)가 가해 질 때 변형률(δ/t)은 도 5에 도시된 곡선을 따라 탄성 거동하게 된다.
여기서, c는 접시 스프링(18)에 가해지는 수직 하중이고, t는 접시 스프링(18) 재료의 두께(일반적인 코일 스프링의 경우 스프링 선경을 의미함)이며, δ는 하중이 가해졌을 때에 접시 스프링(18)의 길이 변화량을 나타낸다
따라서, 접시 스프링(18)이 평탄 복원력(flat-restoring force)영역을 가지려면 h/t 비율이 대략 1.5가 되어야 한다. 여기서, h는 접시 스프링(18)의 길이 즉, 윗면과 아랫면 사이의 높이(일반적인 코일 스프링의 경우 스프링 자유장을 의미함)이다.
만약, h/t가 1.5보다 작으면 평평한 영역이 거의 없으며, h/t가 이 보다 크면 평평하다 못해 다시 복원력이 작아지는 S자 형태의 특성이 나타나게 된다.
결국, 접시 스프링(18)의 h/t 비율이 1.5인 경우 1부터 시작되어 2까지 평탄 복원력(flat-restoring force)영역을 형성하게 된다. 접시 스프링(18)은 약 두께 t만큼 압축되었을 때에 평평한 영역이 시작되어 약 두께 2t만큼 압축될 때까지 복원력은 거의 일정하게 유지된다. 이때, 접시 스프링(18)의 외경과 내경의 비율은 2 정도인 것들이 일반적으로 사용된다.
따라서, 반도체 패키지(30)의 두께는 접시 스프링(18)의 평탄 복원력(flat restoring force)영역 내에 놓이도록 설계되는 것이 바람직하다. 반도체 패키지(30)가 기설정된 범위 내에서의 두께 오차가 발생하더라도 접촉 압력은 일정하게 유지시켜 반도체 패키지(30)의 전극(31)과 소켓(40)의 접점(41)을 적당한 압력으로 접촉하도록 한다.
또한, 접시 스프링(18)은 반도체 패키지(30)와 히트 싱크(17) 사이에서 열 전달 가능하게 개재되는 것이 바람직하다. 이는 캐리어(10)와 슬롯 베이스(20)사이에 가열된 상태로 반도체 패키지(30)가 수용되거나 테스트 수행 시 반도체 패키지(30)에서 발생된 열을 히트 싱크(17)를 통해 방출할 수 있도록 한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈은 캐리어의 수직 위치와 수평 위치가 슬롯의 위치와 유격만으로 제어가 가능하여 각 슬롯이 수평 수직의 중심선에 위치하므로 열 변형의 영향을 받지 않는다. 따라서 설계 시 각 설계 변수 및 열변형 영향에 대한 예측과 반영이 쉬우며 제작의 정밀도도 낮출 수 있을 뿐만 아니라 고온 및 저온 테스트 시 잼 레이트를 낮추어 경제성을 극대화 할 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 반도체 패키지 두께의 편차 범위에서 복원력이 접촉 압력으로 유지되도록 제작하여 반도체 패키지 두께의 오차가 접촉 압력에 영향을 미치지 않도록 할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (7)

  1. 반도체 패키지를 끼워 고정하는 캐리어, 및
    상기 캐리어와 결합되며 상기 반도체 패키지가 전기적으로 연결되는 소켓을 고정하는 소켓 베이스를 포함하고,
    상기 캐리어는 상기 소켓 베이스의 가이드 핀이 끼워지며 결합 위치를 가이드 하는 적어도 두 개 이상의 가이드 슬롯을 포함하며,
    상기 가이드 슬롯은 상기 캐리어가 상기 가이드 핀으로부터 길이 방향으로 자유도를 갖도록 하는 수직 장공; 및
    상기 캐리어가 상기 가이드 핀으로부터 상기 길이 방향과 교차하는 폭방향으로 자유도를 갖도록 하는 수평 장공을 포함하는 반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수직 장공은,
    상기 캐리어의 수직 중심선을 따라 형성되는 반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수직 장공은,
    상기 반도체 패키지가 고정되는 상기 캐리어의 포켓부를 사이에 두고 양측에 각각 형성되는 반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수평 장공은,
    상기 캐리어의 수평 중심선을 따라 형성되는 반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수평 장공은,
    상기 캐리어의 포켓부를 사이에 두고 적어도 어느 한 쪽에 형성되는 반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 포켓부는,
    서로 다른 두께의 반도체 패키지들이 동일 압력을 가지고 상기 소켓에 접하도록 가압하는 접시 스프링을 포함하는 반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 접시 스프링은,
    상기 반도체 패키지와 히트 싱크 사이에서 열 전달 가능하게 개재되는 반도체 패키지용 테스트 핸들러의 캐리어 모듈.
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