KR101899389B1

KR101899389B1 - 마이크로 범프 인터포저, 및 이를 포함하는 테스트 소켓

Info

Publication number: KR101899389B1
Application number: KR1020160135983A
Authority: KR
Inventors: 전진국; 박성규
Original assignee: 주식회사 오킨스전자
Priority date: 2016-10-19
Filing date: 2016-10-19
Publication date: 2018-09-17
Also published as: KR20180043095A

Abstract

본 발명의 마이크로 범프 인터포저를 포함하는 테스트 소켓은, 인터포저가 반도체 기기의 도전 볼과 테스트 소켓의 도전 커넥터를 수직으로 연결하는 테스트 소켓에 있어서, 상기 인터포저는, 상기 반도체 기기와 상기 테스트 소켓 사이에 배치되고, 파인피치 홀을 포함하는 베이스 프레임, 및 상기 도전 볼과 상기 도전 커넥터 사이에서 전기적 회로를 형성하기 위하여 상기 파인피치 홀에 지지되는 마이크로 범프를 포함한다. 이와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 인터포저의 두께를 두껍게 하더라도 전기적 특성이 저하되지 않는다.

Description

마이크로 범프 인터포저, 및 이를 포함하는 테스트 소켓 {Device for micro bump interposer, and test socket having the same}

본 발명은, 마이크로 범프 인터포저, 및 이를 포함하는 테스트 소켓에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 기기와 테스트 소켓을 수직으로 연결하는 인터포저가 1차로 반도체 기기와 테스트 소켓을 보호하게 되고, 2차로 마이크로 범프를 파인피치에 대응되게 미세피치 간격으로 설계하여 반도체 기기의 전기적 콘택 간격이 변경되더라고 교체할 필요가 없게 되며, 3차로 반복적인 테스트에도 불구하고 테스트 소켓을 보호하기 위하여 인터포저는 인터포저의 두께가 두꺼워지고 전기적 회로의 길이가 길어져서 전기적 특성이 악하되는 경우에도 이러한 전기적 경로를 보상하는 도전성 패드를 통하여 전기적 특성의 저하를 방지할 수 있는 마이크로 범프 인터포저, 및 이를 이용한 테스트 소켓에 관한 것이다.

일반적으로, 복잡한 공정을 거쳐 제조된 반도체 기기는 각종 전기적인 시험을 통하여 특성 및 불량 상태를 검사하게 된다.

구체적으로는 패키지 IC, MCM 등의 반도체 집적 회로 장치, 집적 회로가 형성된 웨이퍼 등의 반도체 기기의 전기적 검사에서, 검사 대상인 반도체 기기의 한쪽 면에 형성된 단자와 테스트 장치의 패드를 서로 전기적으로 접속하기 위하여, 반도체 기기와 테스트 장치 사이에 테스트 소켓이 배치된다.

그런데, 테스트 소켓은 테스트 장치에 구비된 단자들과 접촉하기 위한 도전 커넥터(와이어 혹은 스프링 등)를 구비한다.

테스트 소켓의 도전 커넥터가 테스트 장치의 단자와 정확하게 접촉하지 못하고 어긋나는 경향이 크다. 특히 도전 커넥터를 지지하는 절연 실리콘 고무가 하나로 구성되기 때문에 각 도전 커넥터별로 상기 단자와 탄력적으로 접촉하지 못하는 문제점이 있다. 도전 커넥터는 콘택 시 각각 개별적으로 상하 운동하는 것이 바람직하며, 이웃 도전 커넥터의 상하 운동에 영향을 받거나 주는 것은 테스트 불량을 발생시킬 수 있다.

반대로, 도전 커넥터가 검사하고자 하는 반도체 기기의 도전 볼과 직접 접속되면 도전 커넥터의 수명이 짧아지고, 결과적으로 전체 제품의 라이프 사이클이 줄어드는 문제점이 있다.

따라서 도전 커넥터와 반도체 기기의 도전 볼 사이에 충격을 흡수하면서 도전성을 증진하는 도전성 버퍼를 통하여 콘택 특성을 개선할 필요가 있다.

한편, 검사하고자 하는 반도체 기기는 사양에 따라 도전 볼의 피치가 변경될 수 있는데, 이러한 도전 볼과 접속되는 도전성 버퍼는 이미 피치가 정해지는 경우가 많아 변경되는 피치에 대응하기 곤란하다. 따라서 도전성 버퍼를 신규로 제작해야 하는 문제점이 있다.

KR 공개특허 10-2012-0138304

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 테스트 소켓의 상면을 커버하여 테스트 소켓의 도전 커넥터를 보호하는 도전 러버의 마이크로 범프 인터포저, 및 이를 포함하는 테스트 소켓을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 테스트 소켓의 도전 커넥터 간의 피치가 변경되더라도 교환 없이 자유롭게 사용가능한 파인피치의 도전 러버를 가지는 마이크로 범프 인터포저, 및 이를 포함하는 테스트 소켓을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 도전성 파우더로 전기적 회로를 구성하기 때문에 길이에 따라 전기 저항이 증가하는 도전 러버의 마이크로 범프 인터포저에서 전기적 회로를 보상하는 마이크로 범프 인터포저, 및 이를 포함하는 테스트 소켓을 제공하는 것이다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 마이크로 범프 인터포저를 포함하는 테스트 소켓은, 인터포저가 반도체 기기의 도전 볼과 테스트 소켓의 도전 커넥터를 수직으로 연결하는 테스트 소켓에 있어서, 상기 인터포저는 상기 반도체 기기와 상기 테스트 소켓 사이에 배치되고, 파인 피치 홀을 포함하는 베이스 프레임, 및 상기 도전 볼과 상기 도전 커넥터 사이에서 전기적 회로를 형성하기 위하여 상기 파인 피치 홀에 지지되는 마이크로 범프를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명의 마이크로 범프 인터포저는, 반도체 기기와 테스트 소켓을 전기적으로 연결하며, 직접 충돌하는 것을 방지하는 인터포저에 있어서, 상면과 저면을 포함하고, 상면과 저면을 연결하는 파인 피치 홀이 형성되는 베이스 프레임, 적어도 상기 파인 피치 홀이 도포되는 도전성 패드, 및 상기 도전성 패드와 접촉되는 마이크로 범프를 포함한다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

길이에 따라 전기 전도성이 변경되는 도전성 파우더의 도전 러버를 사용하는 인터포저에 있어서 전기 저항이 높아져 그 높이를 무한히 높일 수 없었지만, 이러한 전기적 회로를 보상하는 도전성 패드를 마이크로 범프와 함께 설계함으로써 높이의 한계를 극복할 수 있어 테스트의 수율을 크게 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 범프 인터포저를 포함하는 테스트 소켓의 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 마이크로 범프 인터포저를 포함하는 테스트 소켓의 단면도.
도 3은 도 2에서 전기적 회로를 예시하는 확대 단면도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 마이크로 범프 인터포저, 및 이를 포함하는 테스트 소켓의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 마이크로 범프 인터포저(micro bump interposer)는, 반도체 기기를 검사하는 테스트 소켓(test socket)에 사용된다. 마이크로 범프 인터포저는, 테스트 소켓의 상부에 탑재되어 반도체 기기와 테스트 소켓을 수직으로 연결한다. 그러나 테스트 소켓의 하부에 설치되어 테스트 소켓과 테스트 장치를 전기적으로 연결하는 것을 배제하지 않는다. 설명의 편의를 위하여 테스트 소켓의 상부에 설치되는 것으로 한다.

마이크로 범프 인터포저는, 파인피치(fine pitch)에 대응할 수 있다. 이에 디자인 룰(design rule)의 축소에 따라 반도체 기기의 도전 볼의 사이즈(size), 혹은 피치(pitch)가 줄어들더라도 반도체 기기의 전기적 특성을 검사하는데 아무런 방해가 되지 않는다. 이는 마이크로 범프 인터포저가 미세피치로 설계됨으로써 도전 볼 혹은 도전 커넥터와 일대다(1 : N) 대응관계에 있기 때문이다.

마이크로 범프 인터포저는, 테스트 소켓의 상면과 대응되고, 테스트 소켓의 도전 커넥터를 보호한다. 도전 커넥터는 검사 시 수천 번 이상 반복하여 도전 볼과 접속하여 도전 성능이 저하되기 마련이며, 특히 도전 실리콘 고무(silicon rubber)로 도전 커넥터를 구성하는 테스트 소켓에 있어서 도전 파티클(conductive particle)이 이탈하여 콘택 특성이 악화되는 경향에 있으며, 또한 도전 와이어(conductive wire)가 사용되는 경우 탄성 복원력이 약화되거나 단선이 발생하여 전기적 신호가 전달되지 않는 경향이 있기 때문에, 마이크로 범프 인터포저는, 저하되기 쉬운 콘택 특성을 유지하는 기능을 수행할 수 있다.

이에 본 발명의 마이크로 범프 인터포저는, 반도체 기기를 검사는 테스트 소켓에 사용되고, 반도체 기기의 도전 볼 사이즈(혹은 피치)보다 작은 마이크로 범프가 일정한 간격으로 배열되는 인터포저에 관한 것으로 한다.

도 1을 참조하면, 테스트 소켓(100)은, 테스트 장치(도시되지 않음)와 반도체 기기(PKG) 사이에 위치하는 절연 바디(110), 및 절연 바디(110)에 형성되되, 검사하고자 하는 반도체 기기(PKG)의 사양에 따라 설계되는 도전 커넥터(120)를 포함한다.

절연 바디(110)는 두께에 비하여 넓이가 매우 넓은 장방형 이고, 그 가장자리에는 프레임(도시되지 않음)이 설치될 수 있다.

도전 커넥터(120)는, 도전 러버(conductive rubber)(ＯＰＲ) 혹은 도전 와이어(conductive wire)(ＯＷＲ)를 포함할 수 있다. 내지는 도전 러버에 도전 와이어가 결합되는 하이브리드 형태(ＯＷＰ)일 수 있다.

도전 러버(ＯＰＲ)는 실리콘(silicon) 계열 고무 수지에 도전성 입자를 자성 배열하여 형성되는 실리콘 고무일 수 있다. 혹은 실리콘(silicon)계 고무 수지에 도전성 분말 및 백금(Pt) 촉매를 포함하여 조성되는 비정렬형 실리콘 고무일 수 있다.

도전 와이어(ＯＷＲ)는 절연 바디(110)에 수직으로 설치되거나 혹은 반도체 기기(PKG)에 의하여 가압되더라도 그 충격을 흡수하는 동시에 전기적 연결을 유지할 수 있도록 경사지게 혹은 지그재그로 형성될 수 있다. 도전 와이어에는 도전성의 금(Au) 혹은 니켈(Ni)이 도금될 수 있다.

계속해서 도 1을 참조하면, 마이크로 범프 인터포저(200)는, 반도체 기기(PKG)와 테스트 소켓(100) 사이에 배치되고, 파인피치 홀(H)을 포함하는 베이스 프레임(210), 및 반도체 기기(PKG)의 도전 볼(B)과 테스트 소켓(100)의 도전 커넥터(120) 사이에서 전기적 회로를 형성하기 위하여 파인피치 홀(H)에 지지되는 마이크로 범프(220)를 포함한다.

인터포저(200)는, 테스트 소켓(100)을 보호하면서 검사 공정 시 반도체 기기(PKG)와 테스트 소켓(100)이 상호 충격을 받지 않도록 완충하는 버퍼(buffer) 역할을 한다. 전술한 바와 같이, 도전 커넥터(120)가 도전 실리콘 고무인 경우 도전 파티클이 도전 실리콘 고무로부터 유실되는 경향이 크기 때문에, 이를 커버하기도 한다.

베이스 프레임(210)은 상면과 저면을 포함하고, 상면과 저면을 연결하는 파인피치 홀(H)을 포함한다. 파인피치 홀(H)은, 반도체 기기(PKG)의 파인피치에 대응되도록, 도전 볼(B), 혹은 도전 커넥터(120)와 일대일(1:1) 관계가 아닌 일대다(1:N) 대응관계에 있다.

마이크로 범프(220)는, 도전 커넥터(120)에 직접 접속되는 하부 범프(220a), 파인피치 홀(H)에 충진되고 베이스 프레임(210)에 탄성 지지되어 접속 시 충격을 흡수하는 바디 범프(220b), 및 도전 볼(B)과 직접 접속되는 상부 범프(220c)를 포함한다.

상하부 범프(220a, 220c)는 베이스 프레임(210)의 상면 및 저면으로 노출되는데, 검사가 반복되면 마이크로 범프(220)가 베이스 프레임(210)으로부터 분리될 염려가 있다. 이때, 반복적인 접속 시 마이크로 범프(220)가 베이스 프레임(210)으로부터 임의로 이탈되지 않도록 상하부 범프(220a, 220c)의 폭은 바디 범프(220b)의 폭보다 작지 않다.

또한 상하부 범프(220a, 220c)는, 도전 볼(B) 혹은 도전 커넥터(120)와 콘택 면적을 높여 전기적 특성을 강화하기 위하여 그 폭이 바디 범프(220b)의 폭보다 넓다.

뿐만 아니라 상하부 범프(220a, 220c)와 도전 볼(B) 혹은 도전 커넥터(120)와 에지 콘택을 형성하기 위하여 상하부 범프(220a, 220c)는 일정한 경사면을 가지는 아치(arch) 형태, 크라운(crown) 형태, 혹은 콘(corn) 형태로 제공될 수 있다.

마이크로 범프(220)는, 소정의 탄성을 가지는 실리콘 고무로 구성될 수 있다. 가령, 가교 구조를 갖는 내열성 고분자 물질로서 폴리부타디엔 고무, 우레탄 고무, 천연 고무, 폴리이소플렌 고무 기타 탄성 고무를 포함할 수 있다. 마이크로 범프(220)는, 실리콘 고무에 도전성 파우더를 더 포함한다.

상기한 도전성 파우더가 작은 알갱이로 구성됨으로써, 마이크로 범프(220)는 도전성 파우더에 의하여 전기적 특성을 가지게 된다. 도전성 파우더는, 전기 전도도가 우수한 금(Au) 파우더를 포함할 수 있다.

마이크로 범프 인터포저(200)가 테스트 소켓(100)과 반도체 기기(PKG) 사이에서 그 충격을 흡수하면서 전기적 검사를 수행하려면, 베이스 프레임(210)의 두께만 1.3㎜ 이상은 되어야 한다.

그러나 마이크로 범프(220)의 전체 높이(h)를 2.0㎜ 정도로 정하게 되면, 전기적 특성이 저하될 수 있다. 가령, 마이크로 범프(220)는 실리콘 러버에 포함되는 도전성 파우더에 의하여 전기적 회로를 형성하게 되나, 그 도전성 경로가 길어지면 저항이 증가하여 전기적 특성이 악화되어 테스트를 정상적으로 수행할 수 없게 된다.

<제2실시예>

도 2를 참조하면, 이러한 전기적 특성의 저하를 방지하고 전기적 회로를 보상하기 위하여 도전성 패드(P)를 더 포함한다.

베이스 프레임(210)은 전술한 바와 같이 파인피치 홀(H)을 포함하고, 파인피치 홀(H)에는 도전성 패드(P)가 더 형성된다. 더 구체적으로는 파인피치 홀(H)과 베이스 프레임(210)의 저면 및 상면에 이르기까지 일부 연장 형성될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 파인피치 홀(H)에 도전성 패드(P)가 형성되고, 마이크로 범프(220)가 도전성 패드(P) 상에 형성되면, 마이크로 범프(220)를 통하는 전기적 회로는 바디 범프(220b)를 우회하는 도전성 패드(P)를 형성하기 때문에 그 만큼 전기 저항이 감소한다.

특히, 도전성 패드(P)는 구리(Cu)를 포함하기 때문에, 도전성 패드(P)로 연장되는 전기적 회로에 의하여 마이크로 범프(220)의 두께가 길어지더라도 전기 저항은 증가되지 않고, 전기적 특성은 그대로 유지될 수 있다.

무엇보다도, 인터포저(220)는 도전 커넥터(120)에서 도전 파티클의 이탈을 막고, 도전 커넥터(120)에 가해지는 충격을 완화시켜 전기적 콘택 특성을 강화할 수 있다.

다음, 마이크로 범프 인터포저(200)는 파인피치에 자유롭게 대응할 수 있다. 가령, 도전 커넥터(120)의 피치가 300㎛에서 250㎛로 축소되는 경우에도 마이크로 범프 인터포저(200)는 교체 없이 그대로 사용될 수 있다. 마이크로 범프(220)의 피치가, 도전 볼(B)의 피치 혹은 도전 커넥터(120)의 피치보다 작기 때문이다.

일례로, 1개의 도전 커넥터(120)가 3개 내지 5개의 마이크로 범프(210)와 대응됨으로써, 도전 커넥터(120)는 검사하고자 하는 반도체 기기(PKG)의 사양에 따라 변경되더라도, 마이크로 범프(210)는 교환 없이 사용되도록 할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 반도체 기기와 테스트 소켓 사이에서 도전성 버퍼 기능을 수행하는 인터포저에 있어서 반도체 기기와 테스트 소켓을 전기적으로 연결하는 마이크로 범프가 도전성 파우더를 이용하여 도전성을 실현하다 보니, 작은 알갱이 형태의 도전성 파우더에 의하여 연결되는 전기적 회로가 길이에 따라 그 특성이 변화되는데, 이러한 도전성 파우더의 전기적 회로를 보상하는 도전성 패드를 함께 사용하여 인터포저의 높이 한계를 극복하는 구성을 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

100: 테스트 소켓 110: 절연 바디
120: 도전 커넥터 200: 인터포저
210: 베이스 프레임 220: 마이크로 범프

Claims

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반도체 기기와 테스트 소켓을 전기적으로 연결하며, 직접 충돌하는 것을 방지하는 인터포저에 있어서,
상면과 저면을 포함하고, 상기 상면과 저면을 연결하는 파인피치 홀이 형성되는 베이스 프레임;
적어도 상기 파인피치 홀이 도포되는 도전성 패드; 및
상기 도전성 패드와 접촉되는 마이크로 범프를 포함하고,
상기 마이크로 범프는,
상기 파인피치 홀에 충진되는 바디 범프; 및
상기 베이스 프레임의 상기 상면 및 저면으로 노출되는 상하부 범프를 포함하고,
상기 테스트 소켓과 상기 반도체 기기를 연결하는 전기적 회로는 상기 도전성 패드를 경유하여 상기 상하부 범프를 연결하거나, 혹은 상기 마이크로 범프를 경유하여 상기 상하부 범프를 연결하며,
상기 마이크로 범프는 금(Au) 파우더를 포함하고, 상기 도전성 패드는 구리(Cu)를 포함함으로써, 상기 도전성 패드를 경유하는 전기적 회로가 상기 바디 범프를 경유하는 전기적 회로를 보상하여 구성됨을 특징으로 하는 인터포저.
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