KR101299197B1 - 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트 및 이를 포함하는 테스트 소켓에 관한 것으로, 특히 적어도 반도체칩 패키지의 각 단자에 대응하는 부위 내에 형성되어, 충진제를 기지로 하며, 상기 기지 내에 탄소나노튜브가 분산되어, 적어도 압축 시에는 상부로부터 하부로 전기적 연결이 이루어지는 적어도 하나의 전도성 구간; 및, 상기 반도체칩 패키지의 각 단자에 대응하는 부위 별로 형성된 상기 전도성 구간의 측면을 서로 절연하도록 상기 반도체칩 패키지의 각 단자에 대응하는 부위 별로 형성된 상기 전도성 구간 사이에 절연체가 채워져 상기 전도성 구간을 지지하는 절연 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트에 관한 것이다.

이를 통하여 종래의 금속입자가 분산된 실리콘을 이용한 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트에서 발생할 수 있는 반도체칩 패키지의 단자 손상이나 콘택트의 손상 및 콘택트에 의한 오염 등의 문제를 해결하고, 압축시 금속입자 사이의 접촉이 이루어지도록 하기 위한 높은 충진도를 요구하지 않으므로 콘택트의 탄성특성을 개선할 수 있으며, 작은 직경의 다수 콘택트에 의한 접촉이 가능하도록 할 수 있다.

반도체칩, 패키지, 콘택트, 탄소나노튜브

Description

반도체칩 패키지 테스트용 콘택트 {CONTACT FOR SEMICONDUCTOR CHIP PACKAGE TEST}

본 발명은 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 금속입자가 분산된 실리콘을 이용한 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트에서 발생할 수 있는 반도체칩 패키지의 단자 손상이나 콘택트의 손상 및 콘택트에 의한 오염 등의 문제를 해결하고, 압축시 금속입자 사이의 접촉이 이루어지도록 하기 위한 높은 충진도를 요구하지 않으므로 콘택트의 탄성특성을 개선할 수 있으며, 작은 직경의 다수 콘택트에 의한 접촉이 가능하도록 할 수 있는 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트에 관한 것이다.

반도체칩 패키지는 다양한 형태로 제조되며, 그 외부에는 외부회로와의 전기적 연결을 위한 외부연결단자를 갖고 있고, 이러한 반도체칩 패키지의 외부연결단자의 형식으로는 리드형, 볼형 등이 적용되고 있다.

또한, 이러한 반도체칩 패키지는 소비자에게 출하되기 전에 제품의 신뢰성을 확보하기 위하여 정상조건이나 고온, 고전압 등 스트레스 조건에서 소정의 테스트신호발생회로와 연결하여 성능이나 수명 등을 테스트하고, 그 테스트결과에 따라 양품과 불량품으로 분류하게 된다.

이러한 반도체칩 패키지의 테스트를 위하여 소켓 등에 삽입되어 사용되어지는 콘택트는 통상적으로는 프로브 핀 타입의 형태를 가진다. 상기 프로브 핀 타입의 콘택트는 플런저 내부에 코일 스프링과 같은 탄성부재를 가지고 상하에는 접촉 핀을 구비하는 형태를 가져, 그 구조가 복잡하고, 반도체칩 패키지의 단자 사이의 피치가 좁아지는 고집적 패키지의 경우에 대응이 불가능한 문제점이 있다.

따라서 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 실리콘 기지에 금속분말을 분사시키거나, 금속선을 분산시킨 콘택트가 제안된 바가 있다. 그러나 이 경우에는 콘택트가 압축되는 경우에 금속분말 또는 금속선이 서로 접촉하여 상부에서 하부로 전기적 연결이 이루어져야 하므로, 금속분말이나 금속선의 충진율을 매우 높게 유지되어야 하고, 분산되어지는 금속분말이 경도가 높기 때문에, 콘택이 이루어지는 동안에 반도체칩 패키지의 단자에 손상을 일으키거나, 콘택트에 분산된 금속입자가 떨어져 나와 콘택트 자체가 손상되는 문제점이 있으며, 상기 콘택트로부터 떨어져 나온 금속알갱이는 칩 패키지, 소켓, 시험장비 등을 오염시켜 시험장비의 성능을 저하시키고, 고장 및 불량의 원인이 되는 문제점이 있다.

따라서 이러한 문제점을 해결할 수 있는 구조를 가지는 콘택트의 개발이 절실한 실정이다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 종래의 금속입자가 분산된 실리콘을 이용한 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트에서 발생할 수 있는 반도체칩 패키지의 단자 손상이나 콘택트의 손상 및 콘택트에 의한 오염 등의 문제를 해결하고, 압축시 금속입자 사이의 접촉이 이루어지도록 하기 위한 높은 충진도를 요구하지 않으므로 콘택트의 탄성특성을 개선할 수 있으며, 작은 직경의 다수 콘택트에 의한 접촉이 가능하도록 할 수 있는 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

적어도 반도체칩 패키지의 각 단자에 대응하는 부위 내에 형성되어, 충진제를 기지로 하며, 상기 기지 내에 탄소나노튜브가 분산되어, 적어도 압축 시에는 상부로부터 하부로 전기적 연결이 이루어지는 적어도 하나의 전도성 구간; 및,

상기 반도체칩 패키지의 각 단자에 대응하는 부위 별로 형성된 상기 전도성 구간의 측면을 서로 절연하도록 상기 반도체칩 패키지의 각 단자에 대응하는 부위 별로 형성된 상기 전도성 구간 사이에 절연체가 채워져 상기 전도성 구간을 지지하는 절연 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트를 제공한다.

또한 본 발명은

반도체칩 패키지를 수용하는 하우징 및 상기 하우징에 수용된 반도체칩 패키지의 단자와 테스트 보드의 단자를 전기적으로 서로 연결하는 콘택트를 구비하는 반도체칩 패키지 테스트용 소켓에 있어서,

상기 콘택트는 본 발명의 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트인 것을 특징으로 하는 반도체칩 패키지 테스트용 소켓을 제공한다.

본 발명의 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트에 따르면, 종래의 금속입자가 분산된 실리콘을 이용한 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트에서 발생할 수 있는 반도체칩 패키지의 단자 손상이나 콘택트의 손상 및 콘택트에 의한 오염 등의 문제를 해결하고, 압축시 금속입자 사이의 접촉이 이루어지도록 하기 위한 높은 충진도를 요구하지 않으므로 콘택트의 탄성특성을 개선할 수 있으며, 작은 직경의 다수 콘택트에 의한 접촉이 가능하도록 할 수 있는 효과를 가진다.

이하 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트에 관한 것으로 적어도 반도체칩 패키지(10)의 각 단자(12)에 대응하는 부위 내에 형성되어, 충진제를 기지(matrix, 22)로 하며, 상기 기지(22) 내에 탄소나노튜브(24)가 분산되어, 적어도 압축 시에는 상부로부터 하부로 전기적 연결이 이루어지는 적어도 하나의 전도성 구간(25); 및, 상기 반도체칩 패키지(10)의 각 단자(12)에 대응하는 부위 별로 형성된 상기 전도성 구간(25)의 측면을 서로 절연하도록 상기 반도체칩 패키지(10)의 각 단자(12)에 대응하는 부위 별로 형성된 상기 전도성 구간(25) 사이에 절연체가 채워져 상기 전도성 구간(25)을 지지하는 절연 구간(29)을 포함하는 구성으로 이루어진다.

즉, 도 1 내지 도 4에 그 구체적인 예를 도시한 바와 같이, 본 발명의 콘택트는, 충진제로 이루어진 기지에 탄소나노튜브를 분산하여 만든 전도성 구간(종래의 콘택트 핀에 해당하여 반도체칩 패키지의 전극과 테스트 보드의 전극을 전기적으로 연결하는 역할 수행)과 이를 지지하고, 이들 사이의 전기적 절연을 이루는 절연 구간(종래의 콘택트 핀이 수용되는 지지체에 해당)으로 이루어진 콘택트이다.

상기 반도체칩 패키지는 통상의 반도체 칩 패키지이고, 바람직하게는 BGA타입 반도체칩 패키지인 것이, 작은 피치를 가지는 칩 패키지에 적용할 수 있고, 콘택트 및 단자의 손상을 줄일 수 있는 측면에서 본 발명의 효과를 높일 수 있으므로 좋다.

상기 전도성 구간은 전도성을 가지면서 넓은 탄성변형 영역을 가져야 하므로, 종래에는 기지 자체가 고무 등과 같은 탄성부재(완충용 탄성부재)로 이루어지고 여기에 전도성 물질이 분산되는 구조를 가지나, 이 경우에는 탄성부재 자체가 가지는 복원력이 커서 분산된 전도성 물질이 서로 접촉하기 위하여 압축되어, 서로 가까워지는 것이 어렵고, 따라서 상기 전도성 물질이 서로 접촉하여 상부에서 하부로 전기적 연결이 이루어지기 위해서는 전도성 물질의 함유율이 높아야 하고, 상기 전도성 물질의 함유율이 증가할수록 전도성 구간은 전체적으로는 딱딱해져서 단자의 손상을 방지하는 기능이 떨어지는데 반하여, 본 발명의 경우에는 상기 기지로 종래의 완충용 탄성부재에 비하여 훨씬 낮은 탄성계수 및 강도를 가지는 충진제로 이를 구성하여 기지 자체의 탄성력은 부가적인 기능에 불과하고 기지는 단지 전도성 물질을 지지하는 역할을 주로 하고, 여기에 자체적으로 탄성력을 가지는 전도성 물질인 탄소나노튜브(바람직하게는 아래에 기술한 바와 같은 높은 탄성력을 가지는 형태로 이를 구성하여)를 분산하여 전도성 구간을 이루는 것으로 이를 통하여 전도성 물질로부터 탄성력을 얻는 것이므로 전도성 물질의 함유율이 증가하여도 전도성 구간은 전체적으로는 딱딱해지지 않아 단자의 손상을 방지하는 기능을 효과적으로 얻을 수 있고, 탄성부재 자체가 가지는 복원력이 적어 분산된 전도성 물질이 서로 접촉하기 위하여 압축되어, 서로 가까워지는 것이 용이하여, 상기 전도성 물질 서로 접촉하여 상부에서 하부로 전기적 연결이 이루어지기 위한 전도성 물질의 함유율을 상대적으로 낮게 유지할 수도 있다.

이를 위하여 충진 기능을 가지는 탄성부재로 기지를 구성하고, 상기 충진제는 바람직하게는 젤라틴(바람직하게는, 겔 상태)을 사용할 수 있다. 상기 젤라틴은 통상의 젤리형태의 젤라틴을 모두 포함하는 의미이다. 그러나 상기 기지는 종래에는 콘택트의 탄성변형의 핵심이었으나, 본 발명의 경우에는 탄소나노튜브 자체가 탄성변형을 가능하게 하고, 이를 지지하고 이들 사이를 충진하는 역할을 하게 된다.

상기 기지에 전도성을 부가하기 위하여 탄소나노튜브를 분산시킨다. 종래의 금속분말이나 금속선을 분산하는 것에 비하여, 탄소나노튜브는 유연한 파이버 형상이나 이러한 파이버가 뭉쳐진 실 뭉치인 타래 형상이므로 탄소나노튜브 자체의 변형량이 종래의 금속분말이나 금속선에 비하여 훨씬 높게 되어 전도성 구간의 충격 흡수 능력이 증대되는 효과가 있다. 또한 종래에는 전도성 구간이 전도성을 가지기 위해서는 금속분말이 상하방향으로 연속하여 접촉하여야 하고, 이를 위해서는 금속분말의 충진 비율이 아주 높아야 하며, 압축에 의하여 전기적 연결이 이루어지는 경우, 이는 강체가 서로 접촉한 상태가 되므로 전체적으로는 강체와 같은 거동을 보이므로 칩 패키지의 단자를 손상시키는 문제점이 있다. 그러나 본 발명의 경우처럼, 탄소나노튜브를 분산하는 경우에는 탄소나노튜브가 긴 파이버 형상이므로 이들 사이의 접촉점이 다수 형성되어 충진 비율을 과도하게 높일 필요가 없으며, 압축시에도 파이버 자체가 유연한 변형이 가능하므로 접촉 후에도 널은 탄성변형 영역을 가지게 되어 단자의 손상을 줄일 수 있다.

바람직하게는, 상기 탄소나노튜브(24)는 i)탄소나노튜브가 엉켜진 타래 형태인 탄소나노튜브 분말 또는 ii)섬유형태인 탄소나노튜브 파이버 또는 iii)이들의 혼합체인 것이 좋다.

이에 대한 구체적인 예로 탄소나노튜브가 엉켜진 타래 형태인 탄소나노튜브 분말인 경우는 도 1의 (a)에 도시한 바와 같으며, 이에 추가하여 전도성을 더욱 확실하게 확보하기 위하여, 상기 전도성 구간(25)에는, 상기 기지(22) 내에 분산되는, 금속분말을 포함하는 도전성 입자(26)를 더 포함할 수 있고, 이는 도 1의 (b)에 도시한 바와 같다. 상기 도전성 입자의 충진량은 종래의 금속 분말만을 충진하는 것에 비하여 현저히 낮은 양을 추가하게 된다.

상기 타래 형상은 실 뭉치와 같은 형상으로 도면에는 상세히 도시되지 않았으나 도 5(좌측부터 500배, 1000배, 10,000배 확대사진)에 도시한 바와 같이 그 외부에는 풀어진 파이버가 형성되므로 서로 간에 전기적 접촉이 형성되며, 실 뭉치와 같이 높은 자체 탄성변형 영역을 가지고 실 뭉치가 기지에 확실하게 붙잡혀져 있으 므로, 기지로부터의 분리가 용이하지 않아 결합력이 우수한 형태를 유지하게 된다.

다음으로, 탄소나노튜브가 섬유형태인 탄소나노튜브 파이버인 경우는 도 2의 (a)에 도시한 바와 같으며, 이에 추가하여 전도성을 더욱 확실하게 확보하기 위하여, 상기 전도성 구간(25)에, 상기 기지(22) 내에 분산되는, 금속분말을 포함하는 도전성 입자(26)를 더 포함하도록 할 수 있으며, 이 경우는 도 2의 (b)에 도시한 바와 같다. 상기 도전성 입자의 충진량은 종래의 금속 분말만을 충진하는 것에 비하여 현저히 낮은 양을 추가하게 된다.

이 경우에는 펼쳐진 파이버 자체가 유연성을 가지며, 도시한 바와 같이 서로 엉켜 접촉되어지므로, 기지 자체의 탄성 변형량과 유사한 탄성변형 능력을 가지게 되며, 높은 전기적 연결 특성을 가지게 된다.

이외에 탄소나노튜브가 이들을 혼합한 형태(탄소나노튜브가 엉켜진 타래 형태인 탄소나노튜브 분말+섬유형태인 탄소나노튜브 파이버)는 도 3의 (a)에 도시한 바와 같으며, 이에 추가하여 전도성을 더욱 확실하게 확보하기 위하여, 상기 전도성 구간(25)의 상기 기지(22) 내에 분산되는, 금속분말을 포함하는 도전성 입자(26)를 더 포함하는 경우는 도 3의 (b)에 도시한 바와 같다. 상기 도전성 입자의 충진량은 종래의 금속 분말만을 충진하는 것에 비하여 현저히 낮은 양을 추가하게 된다.

이와 같은 전도성 구간은 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 반도체칩 패키지의 각 단자에 대응하는 부위에 하나만 존재할 수도 있고, 도 4에 도시한 바와 같이 다수 개가 존재하도록 할 수도 있다. 또한 상기 전도성 구간은 상기 탄소나노 튜브의 함량을 충분히 유지하여, 단자의 압축에 의하여 압축이 이루어지기 전 상태에서도 이미 상부로부터 하부로 전기적 연결이 이루어지도록 구성할 수도 있고, 적어도 압축된 경우에는 전기적 연결이 이루어지도록 이를 구성하여야 한다.

다음으로 상기 절연구간은 상기 전도성 구간을 지지하고 이들 사이를 절연하는 기능을 수행하는 것으로, 상기 절연은 상기 반도체칩 패키지의 각 단자 중에서 동일단자에 접촉하는 전도성 구간의 경우에는 반드시 절연이 요구되지 않고, 다른 단자 사이에는 절연이 반드시 이루어져야 한다. 이를 위하여 상기 반도체칩 패키지의 각 단자에 대응하는 부위 별로 형성된 상기 전도성 구간의 측면을 서로 절연하도록 상기 반도체칩 패키지의 각 단자에 대응하는 부위 별로 형성된 상기 전도성 구간 사이에 절연체가 채워져 상기 전도성 구간을 지지하도록 한다.

바람직하게는 상기 전도성 구간의 확실한 지지를 위하여 상기 절연구간은 상기 전도성 구간에 대하여 탄성계수가 같거나 높은 절연체로 이루어지는 것이 좋으며, 동일하거나 유사한 탄성계수를 가지는 경우에는 전도성 구간의 압축시, 전도성 구간 및 절연 구간이 함께 압축 변형이 일어날 수 있어서 전도성 구간의 압축변형을 용이하게 할 수 있으며, 이 경우에는 콘택트 전체의 치수 안정성을 위하여 절연구간보다 훨씬 높은 강성을 가지는 재질로 이루어지는 지지프레임(27)을 도시한 바와 같이 콘택트 사이에 끼워 치수 안정성 및 내구성을 확보할 수 있도록 할 수 있다.

또한 바람직하게는 탄소나노튜브 또는 이의 타래는 그 직경이 매우 작으므로 하나의 반도체칩 패키지 단자에 대하여 다수의 전도성 구간을 대응하도록 이를 구 성할 수 있다. 즉, 도 4에 그 구체적인 예를 도시한 바와 같이, 상기 전도성 구간(25)은 상기 반도체칩 패키지(10)의 각 단자(12)에 대응하는 부위 내에 다수 개가 형성되도록 할 수 있으며, 또한 이와 같은 다수 개의 전도성 구간의 탄성변형이 용이하도록 하기 위해서는 상기 절연구간(29) 중 적어도 상기 반도체칩 패키지(10)의 각 단자(12)에 대응하는 부위, 즉 하나의 단자에 대응하는 다수개의 전도성 구간 사이사이의 절연구간은, 상기 전도성 구간과 같이 탄성변형이 가능한 고무 또는 수지의 절연체로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다. 여기서 도 4에는 상기 탄소나노튜브로 타래 형식의 분말(실 뭉치)이 분산된 경우를 도시하였지만, 이외에도 파이버 형태 또는 타래와 파이버의 혼합 형태도 모두 가능함은 물론이다.

이외에 본 발명은 이와 같은 본 발명의 콘택트를 구비하는 소켓을 제공하는 바, 이는 반도체칩 패키지를 수용하는 하우징 및 상기 하우징에 수용된 반도체칩 패키지의 단자와 테스트 보드의 단자를 전기적으로 서로 연결하는 콘택트를 구비하는 반도체칩 패키지 테스트용 소켓에 있어서, 상기 콘택트는 본 발명의 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트인 것으로 구성할 수 있으며, 여기에 적용되는 소켓은 통상의 본 발명과 같은 타입의 콘택트 자체의 탄성변형이 이루어지는 콘택트가 적용되는 소켓이 이에 해당할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되는 것은 아니고, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술분야의 당업자가 다양하게 수정 및 변경시킨 것 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨은 물론이다.

도 1은 본 발명의 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트 및 이의 결합관계에 대한 두 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트 및 이의 결합관계에 대 한 다른 두 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트 및 이의 결합관계에 대한 또 다른 두 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명의 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트 및 이의 결합관계에 대한 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 5는 본 발명의 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트에 적용되는 탄소나노튜브 타래에 대한 SEM 사진을 각각 다른 배율로 촬영한 사진들이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 반도체칩 패키지 12: 단자

20: 콘택트 22: 기지

24: 탄소나노튜브 25: 전도성 구간

26: 도전성 입자 27:지지 프레임

29: 절연 구간 30: 테스트보드

32: 테스트보드 단자

Claims (6)

1. 적어도 반도체칩 패키지의 각 단자에 대응하는 부위 내에 형성되어, 충진제를 기지로 하며, 상기 기지 내에 탄소나노튜브가 분산되어, 적어도 압축 시에는 상부로부터 하부로 전기적 연결이 이루어지는 적어도 하나의 전도성 구간; 및,

   상기 반도체칩 패키지의 각 단자에 대응하는 부위 별로 형성된 상기 전도성 구간의 측면을 서로 절연하도록 상기 반도체칩 패키지의 각 단자에 대응하는 부위 별로 형성된 상기 전도성 구간 사이에 절연체가 채워져 상기 전도성 구간을 지지하는 절연 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트.
2. 제1항에 있어서,

   상기 충진제는 젤라틴이고,

   상기 탄소나노튜브는 i)탄소나노튜브가 엉켜진 타래 형태인 탄소나노튜브 분말 또는 ii)섬유형태인 탄소나노튜브 파이버 또는 iii)이들의 혼합체인 것을 특징으로 하는 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트.
3. 제1항에 있어서,

   상기 절연구간은 상기 전도성 구간에 대하여 탄성계수가 같거나 높은 절연체로 이루어지 것을 특징으로 하는 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트.
4. 제1항에 있어서,

   상기 전도성 구간은 상기 반도체칩 패키지의 각 단자에 대응하는 부위 내에 다수 개가 형성되고,

   상기 절연구간 중 적어도 상기 반도체칩 패키지의 각 단자에 대응하는 부위는, 탄성변형이 가능한 고무 또는 수지의 절연체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트.
5. 제1항에 있어서,

   상기 전도성 구간은 상기 기지 내에 분산되는 금속분말을 포함하는 도전성 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트.
6. 반도체칩 패키지를 수용하는 하우징 및 상기 하우징에 수용된 반도체칩 패키지의 단자와 테스트 보드의 단자를 전기적으로 서로 연결하는 콘택트를 구비하는 반도체칩 패키지 테스트용 소켓에 있어서,

   상기 콘택트는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 반도체칩 패키지 테스트용 콘택트인 것을 특징으로 하는 반도체칩 패키지 테스트용 소켓.

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