KR100827265B1 - Ｉｃ 소켓 - Google Patents

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KR100827265B1
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가부시끼가이샤 구레하
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Abstract

표면저항률이 원하는 수준으로 엄밀하게 컨트롤되어, 전기절연성, 기계적 특성, 내열성, 내약품성, 치수안정성 등이 우수한 합성수지제의 IC 소켓. 열가소성 수지 40∼94 질량%, 체적저항률 102∼1010Ωㆍ㎝ 의 탄소 전구체 5∼30 질량%, 및 체적저항률 102Ωㆍ㎝ 미만의 도전성 충전재 1∼30 질량%를 함유하는 열가소성 수지 조성물을 성형하여 이루어지는 IC 소켓.

Description

ＩＣ 소켓{IC SOCKET}
본 발명은 전기ㆍ전자기기 분야에서 사용되는 실장용 또는 측정용 IC 소켓에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표면저항률이 원하는 수준으로 엄밀하게 컨트롤되어, 전기절연성, 기계적 특성, 내열성, 내약품성, 치수안정성 등이 우수한 IC 소켓에 관한 것이다.
본 발명에서 IC 소켓이란, 일렉트로닉스 실장 기술분야에서 커넥터의 일종으로 반도체 디바이스를 배선판에 실장하는 데에 사용되는 실장용 소켓, 및 반도체 디바이스의 초기 스크리닝에 사용되는 전기적 측정을 위한 지그인 측정용 소켓 등을 의미한다. 또 본 발명의 IC 소켓은 열가소성 수지 재료로 형성된 것이나, 도통을 위한 핀 등의 관용 부속부품을 구비할 수 있다.
일반 전자기기 내부에서 실장용 IC 소켓이 사용되는 경우가 많다. 예를 들어 LSI 패키지를 배선판에 실장하기 위해, 커넥터의 일종으로서 소켓이 사용되고 있다. 소켓을 사용하여 LSI 를 배선판에 실장하고, 배선판 모듈로서의 검사를 실행하여, LSI 에 불량이 있으면 다른 LSI 와 교환할 수 있다. 또 기존의 모듈에서 LSI 를 소켓에서 떼어내 최신 LSI 와 교환할 수 있다.
실장용 IC 소켓에는, LSI 패키지에 대응한 형상과 기능을 갖는 것이 요구되 고 있다. 소켓에는 LSI 패키지 단자의 피치나 형상에 대응한 사양이 필요하게 된다. 핀 글리드 어레이 (PGA) 는 단자가 봉형상이고, 볼 글리드 어레이 (BGA) 는 단자가 구형상이기 때문에, 소켓의 컨택트부의 형상이나 끼워맞춤방식을 각각의 단자에 맞추어야 한다.
최근 LSI 실장은 LSI 패키지를 수반하지 않은 베어 칩 실장이나 플립 칩 실장으로 향하고 있어, 소켓도 이에 대응할 필요가 있다. 실장용 IC 소켓에는, 배선판 등의 다른 실장부품과 동일하게, 소형화, 고신뢰화, 고밀도화 (협피치화), 전송속도향상, 저노이즈화 등의 기능을 갖는 것이 요구되고 있다.
한편 반도체 제조공정에 있어서, 번-인 (burn-in) 시험 등에 의한 검사를 위해, 측정용 IC 소켓이 사용되고 있다. 번-인 시험은, 반도체 디바이스의 초기 고장을 없애는 스크리닝 수법의 하나로서, 디바이스의 동작조건보다도 고온이면서 고전압인 가속 스트레스를 인가하고, 고장의 발생을 가속하여 단시간에 불량품을 제거하는 시험이다.
번-인 시험에서는 베어 칩이나 패키징된 디바이스를 IC 소켓 내에 배치하고, 고온조 내에서 외부로부터 가속 스트레스가 되는 전원전압, 입력신호를 일정 시간 인가한다. 그 후, 디바이스를 소켓에서 떼어내, 양품인지 불량품인지를 판정한다.
도 1 은 측정용 IC 소켓의 일례의 단면도이다. 베어 칩 본체 (11) 와 범프 (12) 를 구비한 베어 칩 (1) 을 IC 소켓 (2) 의 탑재대에 탑재한다. IC 소켓 (2) 은 소켓 본체 (21), 컨택트 프로브 핀 (22), 커버체 (23) 등으로 구성되어 있다. 핀 (22) 으로서는 예를 들어 플렉시블 핀이나 삽입 핀 등이 사용되고, 범프 등의 단자와 접촉하여 도통할 수 있도록 되어 있다. 커버체 (23) 를 닫아 번-인 시험을 실행한다. 번-인 시험이 종료되어, 양품인 것으로 판정된 베어 칩은, 기판에 대한 멀티 칩 실장이 이루어진다.
도 2 에 파인 볼 글리드 어레이 (FBGA) 패키지용 번-인 소켓의 일례의 상면도를 나타낸다. 도 3 은 이 소켓의 단면도이다. 소켓 (3) 은, 일정한 배열 피치로 배치된 컨택트 핀 (31), 커버체 (32), 스프링 (33), 본체 (저부 ; 34) 등으로 구성되어 있다.
도 3 에는 시험장치로 도통하는 측의 핀 (31') 이 나타나 있다. FBGA 패키지 (35) 는 핀 (31) 과 접촉하도록 탑재대 상에 탑재된다. 핀 (31) 은 FBGA 의 다수의 구형상 단자와 접촉할 수 있도록, 형상, 피치, 개수 등이 설계되어 있다.
IC 소켓에는 전기절연성, 내전압, 기계적 특성, 내열성, 내약품성, 치수안정성 등이 우수할 것이 요구되고 있다. IC 소켓은, 세라믹이나 표면에 절연처리를 실시한 금속으로 형성된 것도 있으나, 대부분의 경우 합성수지로 형성되어 있다.
합성수지제의 IC 소켓은, 상기 서술한 전기절연성이나 내열성 등의 관점에서, 예를 들어 폴리에테르이미드, 폴리페닐렌술피드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 고내열성의 열가소성 수지를 사용하여 형성되어 있다 (일본 공개특허공보 평7-179758호, 일본 공개특허공보 평8-176441호, 일본 공개 특허공보 평8-176442호, 일본 공개특허공보 2000-150094호).
합성수지제의 IC 소켓은, 고도의 절연저항이 필요하게 되어 있기 때문에, 일반적으로 그 표면저항률이 크다. 표면저항률이 너무 큰 IC 소켓은, 그 표면에 정전기가 축적되기 쉽다. 특히 반도체 디바이스의 검사공정에서, 반도체 디바이스와 IC 소켓이 접촉하면 마찰대전에 의해 IC 소켓이 대전되기 쉽다.
한편 반도체 디바이스의 고밀도 실장에 따라, 칩의 출력 핀의 수가 증대되고, 피치도 좁아지고 있다. 다핀의 PGA나 BGA, 베어 칩 등을 IC 소켓에 장착할 때, IC 소켓의 표면과 접촉하면, 정전기에 의해 이들 반도체 디바이스가 손상을 받기 쉽다. 또 정전기에 의해 공중에 부유되어 있는 먼지가 IC 소켓의 표면에 흡착되면, 이들 먼지가 반도체 디바이스를 오염시킨다.
IC 소켓의 표면저항률을 낮추기 위해 대전방지제를 첨가한 합성수지를 사용하여 IC 소켓을 성형하는 방법을 생각할 수 있다. 그러나 IC 소켓의 표면에 존재하는 대전방지제는 세정이나 마찰에 의해 용이하게 제거되기 때문에 장기에 걸친 대전방지효과를 얻기 곤란하다. 대전방지효과를 지속시키기 위해 대전방지제를 다량으로 첨가하면, IC 소켓의 표면에 대전방지제가 블리드되어 먼지의 점착을 일으킨다. 또 블리드된 대전방지제는 용출이나 휘발에 의해 주위 환경을 오염시킬 우려가 있다.
도전성 충전재를 배합한 합성수지를 사용하여 IC 소켓을 성형하는 방법에 의하면 표면저항률을 낮출 수 있다. 그러나 합성수지에 도전성 카본블랙, 흑연, 탄소섬유, 금속섬유, 금속분말 등의 전기저항률이 매우 작은 도전성 충전재를 배합 한 수지조성물은, 도전성 충전재의 배합비율이나 분산상태의 미묘한 변동에 의해 전기저항률이 급격하게 변화된다.
그 이유는, 도전성 충전재와 합성수지 사이의 전기저항률이 크게 차이 나 있는 것, 도전성의 발현이 도전성 충전재의 분산상태에 의거하여, 합성수지 중에서 개개의 도전성 충전재가 연결된 분산상태를 취하면, 급격하게 도전성이 발현되는 것 등을 생각할 수 있다.
또한 합성수지 중에서의 도전성 충전재의 분산상태는 장소에 따른 편차가 있기 때문에, 표면저항률이 매우 작은 부분과 큰 부분이 혼재한 성형물이 얻어지기 쉽다. 따라서 이와 같은 도전성 충전재를 사용하는 방법에서는, 전기절연성을 유지하면서, 표면저항률을 원하는 정도로까지 저감시킨 IC 소켓을 안정적으로 제조하기 곤란하다.
본 발명의 목적은, 표면저항률이 원하는 수준으로 엄밀하게 컨트롤되고, 게다가 전기절연성, 기계적 특성, 내열성, 내약품성, 치수안정성 등이 우수한 합성수지제의 IC 소켓을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 예의연구를 한 결과, 열가소성 수지에, 특정의 체적저항률을 갖는 탄소 전구체와 도전성 충전재를 조합하여 배합한 수지조성물로 이루어지는 IC 소켓에 상도하였다.
탄소 전구체와 도전성 충전재를 조합하여 사용함으로써, 표면저항률을 적절하게 저감시킨 IC 소켓을 안정되게 제조할 수 있다. 즉, 도전성 충전재를 단독 으로 사용한 경우에 비하여, 탄소 전구체와 도전성 충전재를 조합하여 사용함으로써, 표면저항률의 장소에 따른 편차가 매우 작은 IC 소켓을 제조할 수 있다.
탄소 전구체와 도전성 충전재의 배합비율을 조정함으로써, 전기절연성을 유지하면서, 원하는 정도로까지 저감된 표면저항률을 갖는 IC 소켓을 얻을 수 있다.
보다 구체적으로 본 발명에 의하면, IC 소켓의 표면저항률을 105∼1013Ω/□범위 내의 원하는 수준으로 엄밀하게 제어할 수 있는 것이 발견되었다. IC 소켓의 표면저항률을 이 범위 내로 제어함으로써, 정전기에 기인하는 반도체 디바이스의 손상이나 오염의 문제를 극복할 수 있다.
IC 소켓은 내열성 관점에서, 하중변형온도가 170℃ 이상인 것이 바람직하나, 이를 위해서는 내열성이 우수한 결정성 또는 비정성의 각종 열가소성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명은 이들 지견에 의거하여 완성된 것이다.
본 발명에 의하면, 열가소성 수지 (A) 40∼94 질량%, 체적저항률 102∼1010Ωㆍ㎝ 의 탄소 전구체 (B) 5∼30 질량%, 및 체적저항률 102Ωㆍ㎝ 미만의 도전성 충전재 (C) 1∼30 질량% 를 함유하는 열가소성 수지 조성물을 성형하여 이루어지는 IC 소켓이 제공된다.
도 1 은 번-인 시험에 사용되는 IC 소켓의 일례의 사용예를 나타내는 단면도이다.
도 2 는 오픈 도프 타입의 번-인 시험용 IC 소켓의 일례를 나타내는 상면도 이다.
도 3 은 도 2 에 나타낸 IC 소켓의 측면의 단면도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
1. 열가소성 수지
본 발명에서 사용하는 열가소성 수지로서는 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리페닐렌에테르, 변성 폴리페닐렌에테르, 폴리페닐렌술피드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 폴리페닐렌술피드케톤, 폴리페닐렌술피드술폰, 폴리에테르니트릴, 전방향족 폴리에스테르, 액정 폴리에스테르, 폴리알릴레이트, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에테르이미드, 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리아미노비스말레이미드, 폴리메틸펜텐, 불소수지 등을 들수 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
이들 열가소성 수지는, 각각 단독으로, 혹은 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 혼합물로서는 예를 들어 폴리부틸렌테레프탈레이트와 폴리에틸렌테레프탈레이트의 혼합물, 폴리페닐렌에테르와 폴리아미드의 혼합물, 폴리페닐렌에테르와 폴리부틸렌테레프탈레이트의 혼합물 등을 들 수 있다.
이들 열가소성 수지 중에서도, 융점이 220℃ 이상인 결정성 수지 (A1), 및 유리전이온도가 170℃ 이상인 비정성 수지 (A2) 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 내열성 수지가 바람직하다.
융점이 220℃ 이상의 결정성 수지의 바람직한 구체예를 융점 (대표값) 과 함께 예시하면, 폴리부틸렌테레프탈레이트 (224∼228℃), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (248∼260℃), 나일론 6 (220∼228℃), 나일론 66 (260∼265℃), 나일론 46 (290℃), 폴리페닐렌술피드 (280∼295℃), 폴리에테르에테르케톤 (334℃), 전방향족 폴리에스테르 (450℃ 이상), 폴리메틸펜텐 (235℃), 폴리테트라플루오로에틸렌 (327℃), 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌/퍼플루오로알콕시비닐에테르 공중합체 (290∼300℃), 테트라플루오로에틸렌/에틸렌 공중합체 (260∼270℃), 폴리불화비닐 (227℃), 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체 (253∼282℃), 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체 (302∼310℃) 등을 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
유리전이온도가 170℃ 이상인 비정성 수지의 바람직한 구체예를 유리전이온도 (대표값) 와 함께 예시하면, 폴리페닐렌에테르 (220℃), 폴리알릴레이트 (193℃), 폴리술폰 (190℃), 폴리에테르술폰 (225∼230℃), 폴리에테르이미드 (217℃), 폴리아미드이미드 (280∼285℃) 등을 들 수 있으나 이들에 한정되지 않는다.
열가소성 폴리이미드 (Tg=250℃) 는 결정성 수지이나, 통상의 성형조건에서는 비정성이고, 성형 후의 열처리에 의해 결정화되지만, 이것도 비정성 수지로서 사용할 수 있다. 또 결정성 수지와 비정성 수지의 혼합물도 사용할 수 있다.
이들 열가소성 수지 중에서도 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리에테르이미드 등의 비정성 수지, 폴리페닐렌술피드, 폴리에테르에테르케톤 등의 결정성 수지가 특히 바람직하다.
열가소성 수지의 배합비율은 열가소성 수지 조성물의 전량 기준으로 40∼94 질량% 이다. 열가소성 수지의 배합비율이 너무 많으면, IC 소켓의 표면저항률 이 높아지고, 원하는 표면저항률을 갖는 IC 소켓을 얻기 곤란해진다. 열가소성 수지 조성물의 배합비율이 너무 적으면, IC 소켓의 표면저항률이 너무 낮아지고, 또 전기절연성이 너무 저하된다. 열가소성 수지의 배합비율은 바람직하게는 50∼90 질량%, 보다 바람직하게는 60∼85 질량% 이다.
2. 탄소 전구체
본 발명에서 사용하는 체적저항률이 102∼1010Ωㆍ㎝ 범위에 있는 탄소 전구체는, 예를 들어 유기물질을 불활성분위기 중에서 400∼900℃ 온도에서 소성함으로써 얻을 수 있다.
보다 구체적으로 탄소 전구체는 예를 들어 (1) 석유 타르, 석유 피치, 석탄타르, 석탄 피치 등의 타르, 또는 피치를 가열하여, 방향족화와 중축합을 실행하고, 필요에 따라 산화분위기 중에서 산화ㆍ불융화한 후, 다시 불활성분위기 중에서 가열ㆍ소성하는 방법, (2) 폴리아크릴니트릴, 폴리염화비닐 등의 열가소성 수지를 산화분위기 중에서 불융화하고, 다시 불활성분위기 중에서 가열ㆍ소성하는 방법, (3) 페놀수지, 푸란수지 등의 열경화성 수지를 가열경화한 후, 불활성분위기 중에서 가열ㆍ소성하는 방법 등에 의해 제조할 수 있다.
탄소 전구체는 이와 같은 소성처리에 의해 얻어지는 탄소의 함유량이 97 질량% 이하의 완전하게는 탄소화되어 있지 않은 물질을 의미한다. 유기물질을 불활성분위기 중에서 소성하면, 소성온도가 상승됨에 따라, 얻어지는 소성체의 탄소함유율이 상승 경향을 나타낸다. 탄소 전구체의 탄소함유량은, 소성온도를 적 절하게 설정함으로써, 용이하게 제어할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 체적저항률이 102∼1010Ωㆍ㎝ 의 탄소 전구체의 탄소함유량은, 바람직하게는 80∼97 질량% 이다. 탄소 전구체의 탄소함유량이 너무 적으면, 체적저항률이 너무 커져, 얻어지는 IC 소켓의 표면저항률을 1013Ω/□이하로 하기가 곤란해진다. 탄소 전구체의 탄소함유량이 너무 많으면, 체적저항률이 작아져, 얻어지는 IC 소켓의 표면저항률이 너무 작아지고, 게다가 탄소 전구체의 배합량 약간의 변화에도 IC 소켓의 표면저항률이 급격하게 변화된다. 따라서 체적저항률이 상기 범위 외의 탄소 전구체를 사용하면, 원하는 표면저항률을 갖는 IC 소켓을 안정되게 양호한 재현성으로 제조하기 곤란해진다. 탄소 전구체의 체적저항률은 바람직하게는 102∼1010Ωㆍ㎝, 보다 바람직하게는 104∼109Ωㆍ㎝ 이다.
탄소 전구체는 통상적으로 입자 또는 섬유 형상으로 사용된다. 본 발명에서 사용하는 탄소 전구체는 입자의 경우 그 평균입자직경은 1㎜ 이하인 것이 바람직하다. 탄소 전구체 입자의 평균입자직경이 너무 크면, 양호한 외관의 IC 소켓을 성형하기 곤란해진다. 탄소 전구체 입자의 평균입자직경은, 바람직하게는 0.1㎛∼1㎜, 보다 바람직하게는 0.5∼500㎛, 더욱 바람직하게는 1∼100㎛ 이다. 대부분의 경우, 5∼50㎛ 정도의 평균입자직경의 탄소 전구체 입자를 사용함으로써, 양호한 결과를 얻을 수 있다.
본 발명에서 사용하는 탄소 전구체는, 섬유인 경우, 그 평균직경은 0.1㎜ 이 하인 것이 바람직하다. 탄소 전구체 섬유의 평균직경이 0.1㎜ 를 초과하면, 양호한 외관을 갖는 IC 소켓을 성형하기 곤란해진다. 탄소 전구체 섬유는 장섬유이더라도, 열가소성 수지와의 혼련시에 절단되어 단섬유화되어 분산되나, 단섬유인 것이 분산성의 관점에서 바람직하다.
탄소 전구체의 배합비율은 열가소성 수지 조성물의 전량 기준으로 5∼30 질량% 이다. 탄소 전구체의 배합비율이 너무 크면, IC 소켓의 표면저항률이 너무 낮아져, 표면저항률을 원하는 수준, 바람직하게는 105∼1013Ω/□범위 내로 제어하기 곤란해진다. 한편 탄소 전구체의 배합비율이 너무 작으면, IC 소켓의 표면저항률을 충분히 낮추기 곤란해진다.
탄소 전구체의 배합비율은 바람직하게는 6∼28 질량%, 보다 바람직하게는 10∼25 질량% 이다. 탄소 전구체를 도전성 충전재와 병용함으로써, IC 소켓의 표면저항률을 원하는 수준으로 저감함과 동시에, 장소에 따른 표면저항률의 편차를 효과적으로 제어할 수 있다.
3, 도전성 충전재
본 발명에서 사용하는 체적저항률이 102Ωㆍ㎝ 미만인 도전성 충전재로서는, 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 탄소섬유, 흑연, 도전성 카본블랙, 금속분말 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 표면저항률의 제어성이나 재현성 등의 관점에서, 탄소섬유, 흑연, 도전성 카본블랙, 및 이들 혼합물 등의 도전성 탄소재료가 바람직하다. 이와 같은 도전성 탄소재료는 입자형상 (분말형상이나 비늘조각 형 상을 포함함) 이나 섬유형상이다.
본 발명에서 사용하는 탄소섬유에는, 특별히 제한되지 않고, 셀룰로오스계 탄소섬유, 폴리아크릴로니트릴 (PAN) 계 탄소섬유, 리그닌계 탄소섬유, 피치계 (석탄 피치계, 석유 피치계) 탄소섬유 등의 각종 탄소섬유를 사용할 수 있다. 탄소섬유는 평균직경 0.1㎜ 이하의 것이 바람직하다. 탄소섬유의 평균직경이 0.1㎜를 초과하면, 양호한 외관을 갖는 IC 소켓을 성형하기 곤란해진다. 탄소섬유는 평균섬유길이가 50㎛ 이상의 단섬유인 것이 바람직하다. 평균섬유길이가 50㎛ 이하의 탄소섬유를 사용하면, 클리프 특성, 탄성률, 강도 등의 기계적 성질의 개선효과가 작다.
본 발명에서 사용하는 도전성 카본블랙은, 도전성을 갖는 것이면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 아세틸렌블랙, 오일파네스블랙, 서멀블랙, 채널블랙 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 혹은 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 흑연은, 특별히 제한되지 않고, 코쿠스, 타르, 피치 등을 고온에서 흑연화처리한 인조흑연, 비늘조각형상 흑연, 비늘형상 흑연, 및 흙형상 흑연 등의 천연 흑연을 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 도전성 충전재의 체적저항률은 102Ωㆍ㎝ 미만이고, 그 하한은 통상 금속분말이나 금속섬유 등의 금속재료의 체적저항률이다.
도전성 충전재의 배합비율은 열가소성 수지 조성물의 전량 기준으로 1∼30 질량% 이다. 도전성 충전재의 배합비율이 너무 크면, IC 소켓의 표면저항률이 너무 낮아지고, 원하는 수준의 표면저항률, 바람직하게는 105∼1013Ω/□ 범위 내에 제어하기 곤란해진다. 도전성 충전재의 배합비율이 너무 작으면, IC 소켓의 표면저항률을 충분히 낮추기 곤란해진다.
도전성 충전재의 배합비율은 바람직하게는 2∼28 질량%, 보다 바람직하게는 3∼15 질량% 이다. 도전성 충전재 단독으로는, 표면저항률을 원하는 수준으로 엄밀하게 제어하기 곤란하고, 또 장소에 따른 표면저항률의 편차가 커진다. 도전성 충전재를 상기 배합비율로, 탄소 전구체와 병용함으로써, 원하는 표면저항률을 갖고, 편차가 적은 IC 소켓을 안정되게 제조할 수 있다.
4, 기타 충전재
본 발명의 IC 소켓에는, 추가로 기계적 강도나 내열성을 향상시키는 것을 목적으로, 그 외의 각종 충전재를 배합할 수 있다. 섬유형상 충전재로서는 예를 들어 유리섬유, 어스베스트섬유, 실리카섬유, 알루미나섬유, 지르코니아섬유, 질화붕소섬유, 질화규소섬유, 붕소섬유, 티탄산칼리섬유 등의 무기 섬유형상물 : 스테인리스, 알루미늄, 티탄, 강, 진유 등의 금속 섬유형상물 ; 폴리아미드, 불소수지, 폴리에스테르수지, 아크릴수지 등의 고융점 유기물질 섬유형상물질 : 등을 들 수 있다. 전기절연성의 관점에서는, 유리섬유 등의 도전성을 갖지 않은 섬유형상 충전재가 바람직하다.
입자형상 충전재로서는 예를 들어 마이카, 실리카, 탤크, 알루미나, 카올린, 황산칼슘, 탄산칼슘, 산화티탄, 페라이트, 크레이, 유리분말, 산화아연, 탄산니켈, 산화철, 석영분말, 탄산마그네슘, 황산바륨 등을 들 수 있다.
이들 충전재는 각각 단독으로 혹은 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 또 충전제는 필요에 따라 집속제 또는 표면처리제에 의해 처리되어 있어도 된다. 집속제 또는 표면처리제로서는, 예를 들어 에폭시계 화합물, 이소시아네이트계 화합물, 실란계 화합물, 티타네이트계 화합물의 관능성 화합물을 들 수 있다. 이들 화합물은 충전재에 대해 미리 표면처리 또는 수렴처리를 실시하여 사용하거나 혹은 조성물의 조정시에 동시에 첨가해도 된다.
5. 첨가제
본 발명의 IC 소켓에는 각종 첨가제를 함유시킬 수 있다. 첨가제로서는 예를 들어 에폭시기 함유 α올레핀 공중합체와 같은 충격개질제, 에틸렌글리시딜메타크릴레이트와 같은 수지개질제, 탄산아연, 탄산니켈과 같은 금속부식방지제, 펜타에리스리톨테트라스테아레이트와 같은 활제, 열경화성 수지, 산화방지제, 자외선흡수제, 보론나이트라이드와 같은 핵제, 난연제, 염료나 안료 등의 착색제 등을 들 수 있다. 이들 첨가제는 필요에 따라 적절히 적량을 첨가할 수 있다.
6. 열가소성 수지 조성물
본 발명의 열가소성 수지 조성물은 일반적으로 열가소성 수지 조성물의 조제에 사용되는 설비와 방법에 의해 조제할 수 있다. 예를 들어 각 원료 성분을 헨쉘믹서, 탬블러 믹서 등에 의해 예비중합하고, 필요하면 유리섬유 등의 충전재를 첨가하여 다시 혼합한 후, 1축 또는 2축의 압출기를 사용하여 혼련하고, 압출하여 성형용 펠릿으로 할 수 있다. 필요성분의 일부를 마스터 배치로 한 후 나머지 성분과 혼합하는 방법, 또 각 성분의 분산성을 높이기 위해, 사용하는 원료의 일부를 분쇄하고, 입자직경을 일치시켜 혼합하여 용융압출할 수도 있다.
7. IC 소켓
IC 소켓은 일반적으로 열가소성 수지 조성물을 사출성형함으로써 제조할 수 있으나, 형상에 따라 압출성형 등의 다른 성형법을 채용해도 된다. IC 소켓은 실장용 IC 소켓 및 측정용 IC 소켓을 포함한다. 실장용 IC 소켓은, 일반 전자기기 내부에 사용되는 일반 사양의 커넥터형 IC 소켓이 주류이다. 측정용 IC 소켓은, 반도체 메이커가 반도체 제조공정 설비의 일부로서 사용하는 특수 사양의 IC 소켓이 많다.
이들 IC 소켓은, 모두 광범한 종류의 것이 시판되고 있고, 그 형상, 크기 등은 특별히 한정되지 않는다. IC 소켓은 본체 (저부) 와 커버체를 조합한 구조의 것을 포함한다. 또 본 발명의 IC 소켓은, 콘택트 핀 등의 관용의 부품을 구비한 것을 포함한다. 이와 같은 IC 소켓의 구체예는 도 1∼3 에 나타나 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 발명의 열가소성 수지 조성물로 이루어지는 IC 소켓의 예로서는, 번-인 소켓, 핀 글리드 어레이 (PGA) 소켓, 볼 글리드 어레이 (BGA) 소켓, 듀얼 인라인 패키지 (DIP) 소켓, 베어 칩 실장용 소켓, 플립 칩 실장용 소켓, 크워드 플랫 패키지 (QFP) 소켓, 스몰 아웃 라인 패키지 (SOP) 소켓, 고밀도 실장용 슈링크 피치 소켓 등을 들 수 있다.
번-인 소켓에는, 스프링 프로브 타입, 팬 아웃 터미널 타입, 크레임 쉘 타 입, 오픈 도프 타입 등의 각종 형상의 것이 알려져 있다.
본 발명의 IC 소켓의 표면저항률은, 바람직하게는 105∼1013Ω/□, 보다 바람직하게는 106∼1012Ω/□, 더욱 바람직하게는 107∼1011Ω/□이다. IC 소켓의 표면저항률이 너무 크면, 그 표면에 정전기가 축적되기 쉽다. 특히 반도체 디바이스의 검사공정에서, 반도체 디바이스와 IC 소켓이 접촉되면, 마찰 대전에 의해 IC 소켓이 대전되기 쉬워진다. IC 소켓의 표면저항률이 너무 낮으면, IC 소켓 자체의 전기절연성이 저하될 우려가 생긴다.
본 발명의 IC 소켓의 최대 표면저항률 (MAX) 과 최소 표면저항률 (MIN) 의 비 (MAX/MIN) 는 10 이하인 것이 바람직하다. 이 비가 너무 크면 장소에 따른 표면저항률의 편차가 너무 커져, 마찰대전이나 정전기의 축적을 엄밀하게 제어하기 곤란해진다.
본 발명의 IC 소켓은 하중변형온도가 170℃ 이상인 것이 바람직하다. 반도체 디바이스의 사용환경이나, 번-인 시험의 조건 등을 고려하면, IC 소켓에도 고도의 내열성이 필요하게 된다. 하중변형온도는 IC 소켓의 내열성을 표시하는 실용기준으로 채용할 수 있다. 하중변형온도는 바람직하게는 190℃ 이상, 보다 바람직하게는 200℃ 이상이다. 하중변형온도의 상한은 열가소성 수지 조성물을 구성하는 성분이나 조성비율에 따라 다르기도 하지만, 약 350℃ 이다.
IC 소켓의 하중변형온도를 향상시키기 위해서는, 열가소성 수지로서 융점이 220℃ 이상의 결정성 수지, 및 유리전이온도가 170℃ 이상의 비정성 수지로 이루어 지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 내열성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 내열성 수지를 사용함으로써, 전기절연성, 기계적 특성, 내열성, 내약품성, 치수안정성 등도 우수한 IC 소켓을 용이하게 얻을 수 있다.
이하에 참고예, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에만 한정되지 않는다. 물성의 측정방법은 이하에 나타낸 바와 같다.
(1) 체적저항률
체적저항률이 108Ωㆍ㎝ 이상인 경우는 JIS K-6911 에 준거하여, 인가전압 100V 로 측정하였다. 체적저항률이 108Ωㆍ㎝ 미만인 경우는, JIS K-7194 (도전성 플라스틱의 4 탐침법에 의한 저항률 측정 시험법) 에 준거하여 측정하였다.
(2) 하중변형온도
ASTM D-648 (1.82㎫) 에 준거하여, 하중변형온도를 측정하였다.
(3) IC 소켓의 표면저항률
성형한 IC 소켓의 표면저항률 (Ω/□) 은 미쓰비시화학사 제조의 하이레스타 UP 및 미소 샘플용 프로브 (가드 전극 직경 10㎜ : UR-SS 프로브) 를 사용하여 인가전압 100V 로 측정하였다.
측정은 성형물 상의 임의의 5점에 대해 실행하였다. 측정용 평판에 대해서는 평균값을 나타냈다. 또 IC 소켓에 대해서는 5점을 측정하여 그 최대값 (MAX) 및 최소값 (MIN) 을 측정하고, 그리고 최대값/최소값 (MAX/MIN) 의 비를 산출하였다.
[참고예 1] 탄소 전구체의 제조
연화점 210℃, 퀴놀린 불용분 1 질량%, H/C 원자비 0.63 의 석유계 피치 68㎏ 과 나프탈렌 32㎏ 을, 교반날개가 부착된 내용적 300ℓ의 내압 용기에 넣고, 190℃ 로 가열하여 용해 혼합한 후, 80∼90℃ 로 냉각하여 압출하고, 직경이 약 500㎛ 의 끈형상 성형체를 얻었다.
이어서 이 끈형상 성형체를 직경과 길이의 비가 약 1.5 가 되도록 분쇄하고, 얻어진 분쇄물을 93℃로 가열한 0.53 질량% 의 폴리비닐알코올 (비누화도 88%) 수용액 중에 투하하고, 교반 분산시키고 냉각시켜 구형상 피치 성형체를 얻었다. 또한 여과하고 수분을 제거함으로써, 구형상 피치 성형체의 약 6배량의 n-헥산으로 피치 성형체 중의 나프탈렌을 추출 제거하였다.
이와 같이 하여 얻어진 구형상 피치 성형체를, 가열공기를 통하게 하면서, 260℃ 에서 1시간 유지하고 산화처리를 실행하여 산화 피치를 얻었다. 이 산화 피치를 질소기류 중에서 580℃ 에서 1 시간 열처리한 후, 분쇄하여 평균입자직경이 약 25㎛ 인 탄소 전구체 입자로 하였다. 이 탄소 전구체 입자의 탄소함유량은 91.0 질량% 이었다.
탄소 전구체의 체적저항률을 조사하기 위해, 이하의 방법에 의해 측정용 시료를 작성하였다. 산화 피치를 분쇄하고, 다시 그물코 크기가 약 100㎛ 인 메시의 체로 체질하여, 100㎛ 이상의 입자를 제거하였다. 이 분쇄 산화 피치 분 말 13g 을 단면적 80㎠ 의 원통 금형에 충전하고, 압력 196㎫ 로 성형하여 성형체를 얻었다. 이 성형체를 질소기류 중에서 상기 서술한 탄소 전구체 입자의 제조방법에서의 열처리온도와 동일 온도인 580℃ 에서 1 시간 열처리하여, 탄소 전구체의 체적저항률 측정용 시료를 얻었다. JIS K-7194 에 준거하여, 이 시료의 체적저항률을 측정한 결과, 3×107Ωㆍ㎝ 이었다.
[실시예 1∼5 및 비교예 1∼4]
표 1 에 나타낸 각 성분을 탬블러 믹서로 균일하게 드라이 블렌드하고, 45㎜Φ의 2축 혼련압출기 (이께가이 철강사 제조 PCM-45) 로 공급하고, 용융압출하여 펠릿을 조제하였다. 얻어진 펠릿을 건조시킨 후, 사출성형기 (도시바기계사 제조 IS-75) 에 의해, 표면저항률 측정용의 평판 및 하중변형온도 측정용의 시험편을 작성하고, 표면저항률 및 하중변형온도를 측정하였다.
또한 이 펠릿을 사용하여 사출성형하고, 세로 33㎜×가로 33㎜ 의 FBGA 패키지용 오픈 도프 타입 번-인 소켓 (도 2∼3) 을 작성하였다. 이 소켓에 대해서도, 5점의 표면저항률을 측정하고, 최소값과 최대값의 표면저항률을 측정하여 최대값/최소값의 비를 산출하였다.
결과를 표 1 에 나타낸다. 또한 표 1 중, 표면저항률이 예를 들어 1×109Ω/□ 의 경우, 1E+09Ω/□으로 표시하였다.
Figure 112003030170794-pct00001
각주 :
(1) PES : 폴리에테르술폰 ; 스미토모화학사 제조, 상품명 스미카엑셀PES3600G (Tg=225℃)
(2) PEI : 폴리에테르이미드 ; GE플라스틱스사 제조, 상품명 우루템1010 (Tg=217℃)
(3) PEEK : 폴리에테르에테르케톤 ; 비크토렉스MC사 제조, 상품명 PEEK150P (융점=334℃)
(4) PPS : 폴리페닐렌술피드 ; 쿠레하화학공업사 제조, 상품명 포트론KPS W214 (융점=288℃)
(5) PAN계 탄소섬유 : 도호레이욘사 제조, 상품명 베스화이트 HTA3000 (체적저항률=102Ωㆍ㎝ 미만)
(6) 피치계 탄소섬유 : 미쓰비시화학산업사 제조, 상품명 다이아리드K223QY (체적저항률=102Ωㆍ㎝ 미만)
(7) 도전성 카본블랙 : 미쓰비시화학사 제조, 상품명 MA600B (체적저항률=102Ωㆍ㎝ 미만)
고찰 :
(1) 실시예 1
PES 에 탄소 전구체 및 피치계 탄소섬유를 배합한 열가소성 수지 조성물로 이루어지는 평판의 표면저항률은 1E+09(=1×109)Ω/□이고, IC 소켓의 표면저항률은 (8E+09)∼(3E+10)Ω/□범위의 편차가 작은 안정된 반도전성 영역의 표면저항률을 나타냈다. 또 이 IC 소켓의 하중변형온도는 220℃ 이고, 충분한 내열성을 나타냈다.
(2) 실시예 2, 3, 5
탄소 전구체 및 PAN계 탄소섬유를 PES, PEI, PPS 에 각각 배합한 열가소성 수지 조성물로 이루어지는 평판의 표면저항률은 (2E+08)∼(2E+09)Ω/□의 안정된 반도전성 영역의 표면저항률을 나타내고, IC 소켓의 표면저항률에서도, (1E+09)∼(1E+10)Ω/□범위의 편차가 작은 안정된 반도전성 영역의 표면저항률을 나타냈다. 어떠한 수지 조성물의 하중변형온도도 200℃ 이상으로, 충분한 내열성을 나타냈다.
(3) 실시예 4
탄소 전구체, PAN계 탄소섬유, 및 피치계 탄소섬유를 PEEK 에 배합한 열가소성 수지 조성물로 이루어지는 평판의 표면저항률은 5E+09Ω/□이고, IC 소켓의 표면저항률은 (2E+10)∼(7E+10)Ω/□범위의 편차가 없는 안정된 반도전성 영역의 표면저항률을 나타냈다. 하중변형온도도 305℃ 이고, 충분한 내열성을 나타냈다.
(4) 비교예 1∼2
피치계 탄소섬유만을 PES 에 배합한 경우, 피치계 탄소섬유 충전량의 약간의 차로 표면저항률이 크게 변동되고, 안정되게 표면저항률을 원하는 범위 내에 저감시키기 곤란하다. 또 IC 소켓의 표면저항률에 큰 편차가 보여 실용상 문제가 있다.
(5) 비교예 3∼4 :
도전성 카본블랙만을 PES 에 배합한 경우, 도전성 카본블랙 충전량의 약간의 차로 표면저항률이 변동되어, 안정되게 표면저항률을 원하는 범위 내로 저감시키기 곤란하다. 또 IC 소켓의 표면저항률에 큰 편차가 보여, 실용상 문제가 있다.
본 발명에 의하면 표면저항률이 원하는 수준으로 엄밀하게 컨트롤되고, 게다가 전기절연성, 기계적 특성, 내열성, 내약품성, 치수안정성 등이 우수한 합성수지제의 IC 소켓이 제공된다.

Claims (18)

  1. 열가소성 수지 (A) 40 내지 94 질량%, 탄소 함유량이 80 내지 97 질량% 이고 체적저항률이 104 내지 109Ωㆍ㎝ 인 탄소 전구체 (B) 5 내지 30 질량%, 및 체적저항률이 102Ωㆍ㎝ 미만인 도전성 충전재 (C) 1 내지 30 질량% 를 함유하는 열가소성 수지 조성물을 성형하여 이루어지는 IC 소켓으로서, 표면저항률이 105 내지 1013Ω/□ 이고, 또한, 최대 표면저항률 (MAX) 과 최소 표면저항률 (MIN) 의 비 (MAX/MIN) 가 10 이하인 것을 특징으로 하는 IC 소켓.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    표면저항률이 107 내지 1011Ω/□인 것을 특징으로 하는 IC 소켓.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    하중변형온도가 170℃ 이상인 것을 특징으로 하는 IC 소켓.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지 (A) 는,
    융점이 220℃ 이상인 결정성 수지 (A1), 및 유리전이온도가 170℃ 이상인 비정성 수지 (A2) 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 내열성 수지인 것을 특징으로 하는 IC 소켓.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 결정성 수지 (A1) 는,
    폴리페닐렌술피드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 폴리아미드, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 전방향족 폴리에스테르 또는 불소수지인 것을 특징으로 하는 IC 소켓.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 비정성 수지 (A2) 는,
    폴리에테르술폰, 폴리에테르이미드, 폴리술폰, 폴리알릴레이트, 폴리페닐렌에테르, 또는 폴리아미드이미드인 것을 특징으로 하는 IC 소켓.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 충전재 (C) 는,
    탄소섬유인 것을 특징으로 하는 IC 소켓.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 탄소섬유는,
    폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유 및 피치계 탄소섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 탄소섬유인 것을 특징으로 하는 IC 소켓.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 불소 수지는,
    폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌/퍼플루오로알콕시비닐에테르 공중합체, 테트라플루오로에틸렌/에틸렌 공중합체, 폴리불화비닐, 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체, 또는 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체인 것을 특징으로 하는 IC 소켓.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 폴리아미드는, 나일론 6, 나일론 66, 또는 나일론 46 인 것을 특징으로 하는 IC 소켓.
  14. 융점이 220℃ 이상인 결정성 수지 (A1), 및 유리전이온도가 170℃ 이상인 비정성 수지 (A2) 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 열가소성 수지 (A) 40 내지 94 질량%, 탄소 함유량이 80 내지 97 질량% 이고 체적저항률이 104 내지 109Ωㆍ㎝ 인 탄소 전구체 (B) 5 내지 30 질량%, 및 체적저항률이 102Ωㆍ㎝ 미만인 도전성 충전재 (C) 1 내지 30 질량% 를 함유하는 열가소성 수지 조성물을 성형하여 이루어지는 IC 소켓으로서, 표면저항률이 105 내지 1013Ω/□ 이고, 또한, 하중변형온도가 170℃ 이상인 것을 특징으로 하는 IC 소켓.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 결정성 수지 (A1) 는,
    폴리페닐렌술피드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 폴리아미드, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 전방향족 폴리에스테르 또는 불소수지인 것을 특징으로 하는 IC 소켓.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 불소 수지는,
    폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌/퍼플루오로알콕시비닐에테르 공중합체, 테트라플루오로에틸렌/에틸렌 공중합체, 폴리불화비닐, 테트라플루오로에틸렌/헥사플루오로프로필렌 공중합체, 또는 테트라플루오로에틸렌/퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체인 것을 특징으로 하는 IC 소켓.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 폴리아미드는, 나일론 6, 나일론 66, 또는 나일론 46 인 것을 특징으로 하는 IC 소켓.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 비정성 수지 (A2) 는,
    폴리에테르술폰, 폴리에테르이미드, 폴리술폰, 폴리알릴레이트, 폴리페닐렌에테르, 또는 폴리아미드이미드인 것을 특징으로 하는 IC 소켓.
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