KR100749431B1

KR100749431B1 - 고속 반도체 테스팅용 집적 인쇄회로기판 및 테스트 접촉기

Info

Publication number: KR100749431B1
Application number: KR1020040067037A
Authority: KR
Inventors: 트라이베르그스발츠; 므로크츠코프스키제이슨
Original assignee: 델라웨어 캐피탈 포메이션, 인코포레이티드
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2007-08-14
Also published as: TW200513659A; TWI257006B; CN1648674A; KR20050021261A; US7173442B2; EP1510826A1; JP4142619B2; CA2478577A1; JP2005070050A; SG109584A1; US20050046433A1

Abstract

테스트될 집적회로를 수용 및 위치결정하기 위한 공동을 구비하는 정렬 하우징, 표면을 따라 위치된 비도전성 탄성중합체부를 구비하는 인쇄회로기판, 및 상기 집적회로로부터 상기 인쇄회로기판을 통해 테스트 신호를 전송하는 가요성 핑거를 구비하는 전기적으로 균형된 마이크로파 전송선 구조물을 구비하는 고속 반도체 테스팅용 집적된 인쇄회로기판 및 테스트 접촉기가 제공된다. U자 모양의 접지부는 마이크로파 전송선 구조물 주위로 연장된다.

집적회로, 테스트 인터페이스 시스템, 공동, 하우징, 탄성중합체부, 인쇄회로기판, 마이크로파 전송선 구조물, 가요성 도전부, 가요성 접지부.

Description

고속 반도체 테스팅용 집적 인쇄회로기판 및 테스트 접촉기{INTEGRATED PRINTED CIRCUIT BOARD AND TEST CONTACTOR FOR HIGH SPEED SEMICONDUCTOR TESTING}

도 1은 본 발명의 테스트 접촉기의 사시도이다.

도 2는 도 1의 테스트 접촉기의 부분 상세 단면도이다.

도 3은 접촉기의 사용을 설명하는 도 2의 테스트 접촉기의 부분 단면도이다.

도 4는 U자 모양의 접지 빔을 가진 단일 접촉 핑거의 상세 평면도이다.

도 5는 2개의 신호선과 U자 모양의 접지 빔을 가진 접촉 핑거의 상세 사시도이다.

도 6은 켈빈 리드인 접촉 핑거의 상세 사시도이다.

본 발명은 집적회로 테스트 인터페이스 시스템에 관한 것으로서, 특히 적층식 인쇄회로기판에 집적된 가요성 도전부에 테스트될 집적회로를 정렬시키는 소켓 안내판을 구비하는 테스트 장치에 관한 것이다.

본 출원은 2003년 8월 25일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/497,581호의 출원일을 우선일로서 주장하며, 상기 우선권 출원의 내용은 그 전체가 인용되어 본 명세서에 포함된다.

종래에, 접촉기는 부품을 전기 테스트하는 테스트 장치에 반도체 패키지의 개별 리드를 전기 접속하기 위해 사용되었다. 반도체 패키지의 외곽 에지 주위에서 반도체 패키지 몸체와 연결되는 리드를 갖는 일부 반도체 패키지는 리드를 통해 그 주변과 연결된다. 리드를 통해 주변과 연결되는 반도체 패키지에는 여러 가지가 포함되지만, 그 중에서 몇 가지를 열거하면, QFP(quad-flat package), SOP(small outline package), PLCC(plastic leaded chip carrier), DIP(dual in-line package), 및 몰디드 캐리어 링(molded carrier rings)이 포함된다. 리드를 통해 주변과 연결되는 반도체 패키지는 다양한 크기를 가지며, 리드는 반도체 패키지의 4개의 측면 모두의 주위에 위치될 수도 있고, 4개 미만의 측면에 위치될 수도 있다.

리드를 통해 주변과 연결되는 반도체 패키지 및 다른 형태의 반도체 패키지에 대한 전기적인 테스트 접속을 위해 사용되는 종래의 장치는 고성능 장치에 대해서는 심각한 제한을 가지며, 또한 대량 자동화 기기 핸들링 장비에 사용될 때 동작 상의 신뢰성에 관한 문제점을 가질 수도 있다. 많은 문제점들이 불량한 전기적 성능의 결과를 초래한다. 통상적으로, 이러한 문제점은 접촉기 내의 전기 경로 길이가 길기 때문에 비롯된다. 긴 전기 경로 길이는 바람직하지 않은 임피던스 효과를 발생시키는데, 이 임피던스 효과는 테스트 시에 장치에 대해 수행되는 전기적 테스트의 무결성에 지장을 준다. 바람직하지 않은 임피던스 효과에는 제어되지 않은 임피던스의 긴 경로가 포함된다. 그러한 제어되지 않은 임피던스 경로는 고주파 신호 무결성을 왜곡시키고 물리적으로 인접한 경로 사이에 누화(cross-talk)를 발생시킨다. 다른 바람직하지 않은 임피던스 효과에는 기생 인덕턴스, 기생 용량, 및 기생 저항이 포함된다. 기생 경로 인덕턴스는 순간적 전류 변화 동안에 전압 스파이크를 유도함으로써 장치 파워 및 접지 소싱(ground sourcing)에 지장을 준다. 기생 용량은 장치 및 테스트 전기 신호 소스의 바람직하지 않은 전기 부하를 발생시킨다. 기생 저항은 저항성 경로를 통해 상당한 전류가 흘러야만 할 때 전압 오류를 야기한다. 이것은 테스트 접촉기 내의 긴 전기 경로에 의해 발생하는 바람직하지 않은 임피던스 효과를 부분적으로만 열거한 것에 불과하다.

종래의 테스트 접촉기는 자동화 기기 핸들링 장비를 사용하는 대량 테스트 환경에서 불충분한 성능을 나타내는 경우가 많다. 접촉기의 취약성으로, 핸들링 장비 오류에 의해 디바이스가 접촉기에 잘못 제공될 때에는 접촉기 손상을 발생시키는 경우가 있다. 접촉기는 대량 사용 시에 급속하게 마모하여, 위치 정렬 구성과 접촉 표면에 대해 마모 손상을 초래할 수도 있다. 접촉기는 또한 패키지를 구성하는 수지의 먼지 및 패키지 리드 솔더-플레이팅(solder-plating) 등의 통상적인 생산 환경 파편으로부터의 오염에 상당히 취약하다.

따라서, 신속하고 간편하게 제조할 수 있고 바람직하지 않은 임피던스 효과의 전기적 성능 문제를 제거하는 접촉기가 요구된다.

본 발명은 종래의 테스트 접촉기 장치와 관련된 문제를 제거하는 고속 반도체 테스팅용 테스트 접촉기이다. 본 발명은 적층식 인쇄회로기판 내에 집적된 가요성 도전부에 대해 반도체 패키지를 정렬시키는 소켓 안내판으로 구성되는 완전한 집적회로 테스트 인터페이스 시스템이다. 접촉기는, 가요성 도전부의 형상이 인쇄회로기판 주변으로부터 집적회로의 외주부를 지나 집적회로 패드까지 이르는 전기적으로 평형을 이루는 마이크로파 전송선 구조물을 형성하도록 구성된다. 전송선 구조물은 비도전성 타이-바(tie-bar)에 의해 인쇄회로기판 상으로 압박되고, 비도전성 타이-바가 정렬 하우징과 함께 인쇄회로기판에 대하여 압박되는 공통 평면 도파관 형상에 기초한다. 그 다음에, 공통 평면 도파관 형상 구조물은 인쇄회로기판 내에 형성된 얕은 오목부 위를 연장한다. 얕은 오목부는 강제 압박 기구로서 작용하고 또한 공통 평면 도파관 형상 전송선을 위한 유전체 매질로서 작용하는 비도전성 탄성중합체로 채워진다. 가요성 도전부는 집적회로 상의 테스트 지역 아래에서 종단한다. 가요성 도전부는 집적회로 테스트 지역과 맞물리도록 설계된 융기된 접촉 지역을 포함하며, 이 융기된 접촉 지역은 패드 또는 볼(ball)로 하는 것이 가능하다. U자 모양의 접지 빔이 가요성 접촉부의 신호핀 주위를 연장한다. 접촉기 재료는 그 시스템의 적합한 임피던스에 부합하도록 설계되고, 재료 전이 영역에서는, 전송선은 최적의 신호 무결성을 얻을 수 있도록 보상된다.

테스트될 집적회로는 접촉기를 소정의 위치에 횡방향으로 정렬시키는 하우징 내에 삽입된다. 그 다음에, 집적회로가 가요성 도전부 상의 융기된 접촉 형상 구성 내로 압박되고, 그 후 가요성 도전부가 인쇄회로기판의 오목부 내의 탄성중합체를 향해 아래로 압박된다. 탄성중합체가 압박되면, 가요성 도전부와 집적회로 상의 테스트 위치 간에 유효한 전기 접촉을 발생시키는 적절한 힘이 발생된다.

도 1은 본 발명의 집적회로 테스트 인터페이스 시스템(10)을 나타낸다. 또한 도 2에서 알 수 있듯이, 인터페이스 시스템은 적층식 인쇄회로기판(14) 상에 위치된 정렬 하우징(12)을 포함한다. 정렬 하우징(12)은 테스트될 집적회로 또는 반도체 패키지(18)의 배치 또는 정렬을 위한 공동(16)을 형성한다. 반도체 패키지는 또한 여기에서 "테스트 대상 유닛(unit under test)"으로도 지칭된다. 정렬 하우징(12)은 테스트 대상 유닛을 인쇄회로기판(14)에 집적된 가요성 도전 핑거(20)에 대하여 정렬시킨다. 인터페이스 시스템은, 가요성 접촉 핑거의 형상이 인쇄회로기판 주변으로부터 집적회로 또는 테스트 대상 유닛의 외주부를 지나서 테스트 대상 유닛에 위치된 테스트 패드(22)에 이르기 까지의 전기적으로 평형을 이루는 마이크로파 전송선 구조물을 형성하도록 구성된다. 전송선 구조물은 인쇄회로기판(14) 상에 위치된 트레이스 또는 패드(24) 위로 압박되는 공통 평면 도파관 형상(CPW)에 기초한다. 전송선 구조물은 정렬 하우징(12)과 접촉 핑거(20) 사이에 위치된 비도전성 타이-바(tie-bar)(26)에 의해 트레이스를 향해 압박된다. 타이-바는 정렬 하우징(12)과 함께 인쇄회로기판을 향해 압박된다. 접촉 핑거(20)는 인쇄회로기판에 형성된 얕은 오목부(28) 위를 연장한다. 오목부는 강제 압박 기구로서 작용하고 또한 CPW(공통 평면 도파관 형상) 전송선을 위한 유전체 매질로서 작용하는 비도전성 탄성중합체(30)로 채워진다. CPW 전송선을 형성하는 접촉 핑거는 접촉부(32) 내에서 종단하고, 테스트 대상 유닛용 테스트 패드(22)와 정렬된다. 접촉부(32)는 융기되며, 집적회로 상에 위치된 테스트 패드와 계합하도록 설계된다.

도 4에서 또한 알 수 있듯이, U자 모양의 가요성 접지 핑거(34)가 접촉 핑거(20) 주위에 위치된다. 접지 핑거(34)는 복수의 융기된 접촉부(36)를 포함한다. 접촉부(36)는 또한 테스트 대상 유닛 상의 별개의 테스트 패드(22)와 접촉하도록 정렬된다. 도 4에 도시된 바와 같은 단일 접촉 핑거(20)는 예컨대 단일의 제어 임피던스 선을 요구하는 용도로 사용되지만, 평형 차동 신호선(balanced differential signal line)을 요구하는 용도에 사용될 때에는 2개의 접촉 핑거(20a, 20b)(도 5)가 존재하기도 한다. 단일의 제어 임피던스 라인이 존재하거나 또는 평형 차동 신호 라인이 존재하여도, U자 모양의 접지 핑거(34)가 사용된다. 가요성 핑거(20a, 20b)는 각각 융기된 접촉부(32a, 32b)를 구비한다.

도 1에 나타낸 인터페이스 시스템(10)의 접촉기는 하우징이 리드 프레임 유닛을 덮고 있는 3개의 차동 리드 프레임을 포함한다. 접촉기는 파워, 접지, 및 저속 신호 I/O을 위한 종래의 스프링 핀 접점과 일체화된 임피던스 제어 구조를 조합한다. 인터페이스 시스템을 위한 조립 재료 모두가 시스템의 적절한 임피던스와 부합하도록 고려되었고, 재료 전이 영역에서, 전송선은 최적 신호 무결성을 위해 보상되었다.

사용 시에, 집적회로 또는 테스트 대상 유닛은 하우징(12) 내의 공동(16)에 삽입되고, 횡방향으로 정위치에 정렬된다. 테스트 대상 유닛은 그 후 도 3에 나타낸 바와 같이 접촉 핑거(20) 및 접지 핑거(34) 상의 융기된 접촉 위치(32, 36) 내로 압박된다. 이로써, 접촉 핑거(20)와 접지 핑거(34)는 인쇄회로기판 상의 오목부에 위치된 비도전성 탄성중합체(30) 내로 하향 압박된다. 탄성중합체의 압축은 접촉부와 집적회로 상의 테스트 패드 위치 사이의 양호한 전기 접촉을 보장하도록 적절한 힘을 발생시킨다.

전체 테스트 인터페이스 시스템은 평형의 고속 마이크로파 전송선으로서 설계되어 제조된다. 인터페이스 시스템(10)은 인쇄회로기판(14) 상의 장착 접촉 패드로부터 인쇄회로기판 상의 얕은 오목부 내에 수용된 비도전성 탄성중합체(30)를 초과하여 내부를 향해 방사하는 형태의 공통 평면 도파관 형상 전송선 구조물 또는 가요성 핑거를 사용한다. 공통 평면 도파관 형상 전송선 구조물은 비도전성 타이-바에 본딩되는데, 비도전성 타이-바(26)는 정렬 하우징(12)을 정렬시키고, 접촉부(32)를 인쇄회로기판을 향해 압박하는 기구를 제공한다. 하우징(12)은 스크루(38)에 의해 인쇄회로기판(14)에 부착되어, 인쇄회로기판에의 상호접속을 위해 요구되는 클램핑력을 제공한다.

전송선 구조물은 이 전송선 구조물이 예컨대 50옴의 지정된 값에 대한 제어된 임피던스 경로가 되도록 설계될 수 있으며, 공통평면 도파관, 슬롯 라인(slot-line) 또는 다른 전송선 프로파일이 테스트되고 있는 테스트 대상 유닛에 의해 요구된 바와 같이 얻어질 수 있다. 전송선 구조물은 2개 이상의 층으로 구성될 수 있어, 더욱 높은 신호 밀도를 가능하게 하거나, 마이크로스트립과 같은 다층 임피던스 제어 구조를 가능하게 한다. 전송선 구조물은 100 옴 차분과 같은 지정된 값으로의 평형 차동쌍이 존재하도록 설계되거나, 고속이 요구되지 않는 경우에는 설계의 단순성을 위해 임피던스 제어가 없도록 설계될 수 있다. 전송선 구조물은 고전류 반송 용량에 적용하기 위해 최대 횡단면적을 갖도록 설계될 수 있다. 전송선 구조물은 또한 QFP, MLF/QFN 또는 XSOP 집적회로 등과 같은 리드를 통해 주변과 연결되는 집적회로를 위해 설계되어 제조될 수 있다.

전송선 구조물 또는 가요성 핑거는 전송선 신호를 위해서만 구성될 수 있는 것이 아니라, 집적회로의 켈빈(Kelvin) 테스팅을 수행할 수 있도록 전송선의 쌍으로 제조될 수도 있다. 도 6은 켈빈 리드(42)를 가진 접촉 핑거(40)를 나타낸다. 켈빈 테스팅은 각각의 집적회로 테스트 패드 위치에 대해 2개의 독립 회로 경로를 요구한다. 가요성 핑거는 각각 LGA 및 BGA인 에리어 어레이 패드 또는 에리어 어레이 볼과 같은 테스트 장소 지점에 접촉하도록 설계되어 제조될 수 있다. 본 발명의 IC 테스트 인터페이스 시스템(10)은 전력, 디지털 접지, 저속 I/O 등의 비-본질적인(non-essential) 디바이스 상호접속 신호가 인쇄회로기판의 얕은 오목부 영역에 형성된 종래의 포고(pogo) 핀 또는 다른 접촉 기술을 통해 전송될 수 있도록 구성될 수 있다. 본 발명의 인터페이스 시스템의 도전성 도전부는 보다 많은 양의 전류가 테스트 장소 지점으로 운송될 수 있도록 고전력 집적회로를 위한 구리의 집적층으로 제조될 수 있다.

본 발명의 상기 설명은 예시를을 위한 것이로, 제한을 위한 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 상기 설명을 참조하면, 많은 다른 실시예가 당업자에게 명백하게 될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위, 및 그러한 청구범위가 포함되는 등가물의 전체 범위를 함께 참조하여 결정되어야 한다.

본 발명의 테스트 인터페이스 시스템 및 테스트 접촉기에 의하면, 시스템의 임피던스에 부합하고, 최적 신호 무결성을 보장하며, 가요성 도전부와 집적회로 상의 테스트 위치 사이의 양호한 전기 접촉을 이룬다.

Claims

집적회로용 테스트 인터페이스 시스템에 있어서,

테스트될 상기 집적회로를 수용 및 위치결정하기 위한 공동(cavity)을 갖는 정렬 하우징;

표면에 형성된 오목부에 비도전성 탄성중합체부가 위치되는 인쇄회로기판; 및

상기 집적회로로부터 상기 인쇄회로기판을 따라 외부 테스트 전자장치로 테스트 신호를 전송하는 수단을 구비하는, 전기적으로 평형을 이루는 마이크로파 전송선 구조물

을 포함하며,

상기 테스트 신호를 전송하는 수단은 상기 인쇄회로기판 상의 상기 비도전성 탄성중합체부의 압박을 통해 상기 집적회로와 접촉 상태로 유지되는 융기된 접촉부(raised contact portion)를 갖는 가요성 핑거를 포함하며,

상기 가요성 핑거는 상기 정렬 하우징과 상기 가요성 핑거 사이에 위치하는 비도전성 타이-바(tie-bar)에 의해 상기 인쇄회로기판에 유지되는 것을 특징으로 하는 집적회로용 테스트 인터페이스 시스템.
제1항에 있어서,

상기 전기적으로 균형을 이루는 마이크로파 전송선 구조물에 인접한 U자 모양의 접지 접촉부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로용 테스트 인터페이스 시스템.
삭제
제1항에 있어서,

상기 가요성 핑거는 제어된 임피던스 테스팅을 위한 것임을 특징으로 하는 집적회로용 테스트 인터페이스 시스템.
제1항에 있어서,

상기 가요성 핑거는 평형의 차동 신호 테스팅(balanced differential signal testing)을 위해 2개 존재하는 것을 특징으로 하는 집적회로용 테스트 인터페이스 시스템.
제1항에 있어서,

상기 가요성 핑거는 켈빈 리드(Kelvin lead)인 것을 특징으로 하는 집적회로용 테스트 인터페이스 시스템.
삭제
제1항에 있어서,

상기 전기적으로 균형된 마이크로파 전송선은 상기 하우징의 상기 공동 주위에 복수개 위치하는 것을 특징으로 하는 집적회로용 테스트 인터페이스 시스템.
반도체 패키지 테스트용 접촉기에 있어서,

상기 반도체 패키지를 수용하기 위한 공동을 구비하는 하우징;

인쇄회로기판과의 접촉을 위한 접촉 영역을 구비하고, 전기적으로 평형을 이루는 마이크로파 전송선을 형성하기 위한 형상으로 구성된 적어도 하나의 가요성 도전부; 및

상기 가요성 도전부에 인접하여 위치된 가요성 접지부

를 포함하며,

상기 인쇄회로기판은 상기 가요성 도전부와 상기 가요성 접지부에 압박력을 가하기 위해 상기 인쇄회로기판 상의 오목부에 탄성중합체부를 가지며,

상기 가요성 도전부는 상기 하우징과 상기 가요성 도전부 사이에 위치하는 비도전성 타이-바에 의해 상기 인쇄회로기판에 유지되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 접촉기.
제9항에 있어서,

상기 가요성 접지부는 U자 모양인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 접촉기.
제9항에 있어서,

상기 가요성 도전부 상의 상기 접촉 영역은 상기 반도체 패키지 상의 테스트 패드 지점과 접촉하는 융기부(raised portion)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 접촉기.
제9항에 있어서,

상기 가요성 도전부는 제어된 임피던스 테스팅을 위해 1개 존재하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 접촉기.
제9항에 있어서,

상기 가요성 도전부는 평형의 차동 신호 테스팅을 위해 2개 존재하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 접촉기.
제9항에 있어서,

상기 가요성 도전부는 켈빈 리드인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 접촉기.
삭제
제9항에 있어서,

상기 전기적으로 평형을 이루는 마이크로파 전송선은 상기 하우징의 상기 공동 주위에 복수개 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 접촉기.
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