KR102032652B1 - 스프링을 구비한 이방 전도성 시트 - Google Patents

스프링을 구비한 이방 전도성 시트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자 등의 검사에 사용되는 테스트용 소켓 등에 사용되는 이방 전도성 시트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전도성 스프링 및 전도성 파우더를 구비한 복수의 접촉부와 인접한 접촉부들을 절연시키며 지지하는 절연부를 구비한 이방 전도성 시트에 관한 것이다. 본 발명은 검사 대상인 소자와 검사 장치 사이에 배치되어 상기 소자의 단자와 검사 장치의 접촉 패드를 서로 전기적으로 연결하는 이방 전도성 시트를 제공한다. 이방 전도성 시트는 상기 소자의 단자 및 검사 장치의 접촉 패드에 대응하는 위치에 배치되며, 두께 방향으로 전기 전도성을 갖는 복수의 접촉부와, 인접한 접촉부들을 서로 절연시키며, 접촉부들을 지지하는 절연부를 포함한다. 그리고 상기 접촉부는, 탄성 매트릭스와, 상기 탄성 매트릭스 내에 배치되는 전도성 스프링과, 상기 탄성 매트릭스의 두께방향으로 배열되는 다수의 전도성 입자들을 포함한다. 본 발명은 상기 전도성 입자들이 상기 전도성 스프링을 이루는 선재의 주변부에 상기 탄성 매트릭스의 중심부에 비해 고밀도로 배치되는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 전도성 입자들을 전도성 스프링을 이루는 선재의 주변부에 집중적으로 배치함으로써, 전도성 입자들의 양을 줄이면서도 접촉부의 전도성을 높일 수 있다는 장점이 있다.

Description

스프링을 구비한 이방 전도성 시트{Anisotropic conductive sheet with springs}
본 발명은 반도체 소자 등의 검사에 사용되는 테스트용 소켓 등에 사용되는 이방 전도성 시트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전도성 스프링 및 전도성 파우더를 구비한 복수의 접촉부와 인접한 접촉부들을 절연시키며 지지하는 절연부를 구비한 이방 전도성 시트에 관한 것이다.
반도체 소자가 제조되면, 제조된 반도체 소자에 대한 성능 검사가 필요하다. 반도체 소자의 검사에는 검사 장치의 접촉 패드와 반도체 소자의 단자를 전기적으로 연결하는 테스트용 소켓이 필요하다.
테스트용 소켓 중에서 전도성 파우더를 실리콘 고무의 길이 방향으로 배치한 접촉부와 인접한 접촉부들을 절연시키며 지지하는 절연부를 구비한 이방 전도성 시트를 구비한 테스트용 소켓은 기계적인 충격이나 변형을 흡수하여 유연한 접속이 가능하며, 제조 비용이 저렴하다는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술의 테스트용 소켓의 이방 전도성 시트를 나타내는 도면이다. 종래 기술의 테스트용 소켓의 이방 전도성 시트(10)는 반도체 소자(1)의 단자(2)와 접촉하는 접촉부(11)와 인접한 접촉부(11)들을 절연시키며 지지하는 절연부(15)로 구성된다. 접촉부(11)의 상단부와 하단부는 각각 반도체 소자(1)의 단자(2)와 반도체 검사 장치(3)의 접촉 패드(4)와 접촉하여, 단자(2)와 접촉 패드(4)를 전기적으로 연결한다. 접촉부(11)는 실리콘 수지에 크기가 작은 구형의 전도성 입자(12)들을 혼합하여 굳힌 것으로서 전기가 흐르는 도체로 작용한다.
도시하지 않았으나, 이방 전도성 시트(10)의 주변부에는 금속 프레임이 결합된다. 금속 프레임에는 검사 장치(3)의 가이드 핀(미도시)에 대응하는 가이드 홀이 형성되어 있다. 가이드 핀과 가이드 홀은 테스트용 소켓을 검사 장치(3)에 대해서 정렬하는데 사용된다.
이방 전도성 시트(10)의 접촉부(11)는 반도체 소자(1)의 검사를 위한 접촉시 상하로 압력을 받는다. 종래의 이방 전도성 시트(10)는 측정을 위해서 압력이 가해질 때, 반도체 소자(1)의 솔더 볼 단자(2)가 접촉부(11)를 벗어나서, 절연부(15)로 밀려나기 쉽다는 문제가 있었다. 반도체 소자(1)의 단자(2)가 접촉부(11)를 벗어나면 반도체 소자(1)의 정확한 성능 검사가 어려울 수 있다.
또한, 접촉부(11)에 압력이 가해지면, 접촉부(11)의 양단부의 전도성 입자(12)는 아래로 밀려나고 중단부의 전도성 입자(12)는 옆으로 조금씩 밀려난다. 따라서 수많은 검사를 수행한 후에는 구형 전도성 입자(12)가 접촉부(11)에서 이탈하여, 이방 전도성 시트(10)의 전기적, 기계적인 특성이 떨어지는 문제점도 있다. 즉, 종래의 이방 전도성 시트(10)는 수명이 짧다는 문제가 있었다.
일본등록특허 제04379949호 한국등록실용신안 제20-0312740호 한국등록특허 제10-1493898호 한국등록특허 제10-1566995호 한국등록특허 제10-1493901호
본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 반도체 소자의 단자가 접촉부와 용이하게 정렬될 수 있는 구조의 이방 전도성 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 검사 대상인 소자와 검사 장치 사이에 배치되어 상기 소자의 단자와 검사 장치의 접촉 패드를 서로 전기적으로 연결하는 이방 전도성 시트로서, 상기 소자의 단자 및 검사 장치의 접촉 패드에 대응하는 위치에 배치되며, 두께 방향으로 전기 전도성을 갖는 복수의 접촉부와, 인접한 접촉부들을 서로 절연시키며, 접촉부들을 지지하는 절연부를 포함하는 이방 전도성 시트를 제공한다.
상기 접촉부는, 탄성 매트릭스와, 상기 탄성 매트릭스 내에 배치되는 전도성 스프링과, 상기 탄성 매트릭스의 두께방향으로 배열되는 다수의 전도성 입자들을 포함한다.
본 발명의 특징적 구성은,
상기 절연부의 경도는 상기 탄성 매트릭스의 경도에 비해서 크다는 것이다. 이러한 특징적인 구성에 의해서, 본 발명은 단자가 접촉부와 용이하게 정렬될 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 이방 전도성 시트의 절연부의 경도를 접촉부의 탄성 매트릭스의 경도에 비해서 크게 함으로써, 반도체 소자의 성능 검사 시에 반도체 소자의 단자가 이방 전도성 시트의 접촉부 쪽으로 유도된다. 따라서 반도체 소자의 단자와 접촉부가 용이하게 정렬될 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 테스트용 소켓의 이방 전도성 시트를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이방 전도성 시트를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 이방 전도성 시트의 접촉부와 소자의 단자가 접촉된 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 두께 방향으로 가해지는 압력에 따른 접촉부의 변화를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이방 전도성 시트를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이방 전도성 시트를 나타내는 도면이다.
이방 전도성 시트(100)는 검사 장치(3)의 접촉 패드(4)와 반도체 소자(1)의 단자(2)를 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 이방 전도성 시트(100)는 두께방향으로, 검사 장치(3)의 접촉 패드(4) 및 반도체 소자(1)의 단자(2)에 대응하는 위치에서는 전도성을 가진다. 그러나 두께방향과 직교하는 방향으로는 전도성을 가지지 않는다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이방 전도성 시트(100)는 접촉부(110)와 절연부(115)를 포함한다. 접촉부(110)는 반도체 소자(1)의 단자(2) 및 검사 장치(3)의 접촉 패드(4)에 대응하는 위치에 각각 배치된다. 접촉부(110)는 두께 방향으로 전기 전도성을 갖는다.
접촉부(110)는 탄성 매트릭스(111), 전도성 스프링(113), 전도성 입자(112)들을 포함한다. 접촉부(110)는 절연부(115)와 일체로 형성되거나, 절연부(115)로부터 분리 가능하도록 형성할 수 있다. 절연부(115)로부터 분리 가능하도록 형성할 경우에는 불량이 발생한 접촉부(115)만 따로 교체할 수 있다는 장점이 있다.
본 실시예에서, 탄성 매트릭스(111)는 대체로 원기둥 형태이다. 탄성 매트릭스(111)는 전도성 스프링(113) 및 전도성 입자(112)들을 지지하는 역할을 한다. 또한, 측정시에 탄성 변형되면서 단자(2) 및 접촉 패드(4)에 가해지는 압력을 감소시키면서, 접촉부(110)를 단자(2) 및 접촉 패드(4)에 밀착시키는 역할을 한다.
탄성 매트릭스(111)는 다양한 종류의 고분자 물질로 형성할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 고무로 이루어질 수 있다. 실리콘 고무는 액상 실리콘 고무를 경화하여 얻을 수 있다. 실리콘 고무의 경도는 10~50(shore A)가 적당하며, 신율은 200~900% 정도가 적정하다. 경도가 50을 초과할 경우, 소자(1)에 마이크로 다이 크랙(micro die crack)이 발생하게 될 우려가 있다. 또한, 신율이 200% 미만일 경우, 접촉부(110)의 수축 팽창시에 이에 대한 억제력으로 작용하게 되므로 하중 증가의 원인이 되며, 신율이 900% 이상일 경우 팽창 후 복원시 복원력이 약화될 우려가 있다.
전도성 스프링(113)은 전기 전도성 및/또는 탄성력이 우수한 물질로 이루어진다. 전도성 스프링(113)은 고탄소강, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 청동, 니켈, 금, 은, 팔라듐 등 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 피아노 강선으로 이루어질 수 있다. 또한, 전도성이 높은 도금 층을 구비할 수도 있다. 전도성 스프링(113)은 선재를 나선형으로 감아서 만든 원통형의 코일 스프링 형태일 수 있다.
전도성 스프링(113)의 외경(Rs)은 아래의 수학식 1과 같이, 반도체 소자(1)의 단자(2)의 지름(Rb)에 비해서 전도성 스프링(113)의 선경(Rl)의 0.5 내지 2배 더 크게 하는 것이 바람직하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 솔더 볼 단자(2) 사이의 간격과 접촉부(110) 사이의 간격이 정확하게 일치하지 않을 경우에도, 솔더 볼 단자(2)와 접촉부(110)가 가까워지도록 압력이 가해질 때, 솔더 볼 단자(2)가 전도성 스프링(113)의 안쪽에 접촉하여 전도성 스프링(113)의 중심을 향해서 유도될 수 있기 때문이다. 전도성 스프링(113)의 외경(Rs)이 이보다 작으면, 솔더 볼 단자(2)가 접촉부(110)의 중심부에서 벗어날 경우, 전도성 스프링(2) 선경의 중심보다 솔더 볼 단자(2)의 중심이 바깥쪽에 위치하게 되어, 전도성 시트(100)에 두께 방향으로 힘이 가해질 때, 솔더 볼 단자(2)를 접촉부(110)의 바깥쪽으로 밀어내게 되는 문제점이 있다. 외경이 이보다 더 크면, 인접 단자(2)에 간섭이 생길 수 있다.
Figure 112018055679678-pat00001
또한, 전도성 스프링(113)의 외경은 탄성 매트릭스(111)의 지름과 거의 같은 것이 바람직하다. 그리고 전도성 스프링(113)의 길이는 절연부(115)의 두께와 같거나, 절연부(115)의 두께에 비해서 약간 길 수 있다.
또한, 스프링 상수는 50 이하가 적정한데, 스프링 상수가 50을 초과할 경우, 반도체 소자(1)의 단자(2)에 손상의 우려가 있다.
또한, 코일 스프링의 유효 권수는 0.1 ~ 0.3㎜당 1회 정도가 적정하며, 이보다 작은 경우, 스프링 상수가 올라가 하중을 증가시킬 우려가 있으며, 이를 초과하는 경우, 최대 작동범위가 감소하는 문제가 있다.
전도성 입자(112)들은 탄성 매트릭스(111)의 두께방향으로 배열된다. 전도성 입자(112)들은 전도성 스프링(113)과 함께 이방 전도성 시트(100)에 두께 방향으로 전도성을 부여한다. 반도체 소자(1)의 검사를 위해서 반도체 소자(1)의 단자(2)와 검사 장치(3)의 접촉 패드(4)가 가까워지는 방향으로 압력이 가해지면, 이들 사이에 배치되는 이방 전도성 시트(100)가 두께 방향으로 압축된다. 그리고 전도성 입자(112)들이 서로 가까워지면서 전기 전도도가 더욱 높아진다.
전도성 입자(112)들은 철, 구리, 아연, 크롬, 니켈, 은, 코발트, 알루미늄 등과 같은 단일 도전성 금속재 또는 이들 금속재료 둘 이상의 합금재로 구현될 수 있다. 또한, 전도성 입자(112)들은 코어 금속의 표면을 전도성이 뛰어난 금과 같은 금속으로 코팅하거나, 은과 금을 순서대로 코팅하는 방법으로 구현할 수도 있다.
도 4는 두께 방향으로 가해지는 압력에 따른 접촉부의 변화를 나타낸 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서, 전도성 입자(112)들은 탄성 매트릭스(111)에 골고루 배치되지 않으며, 위치별로 다른 밀도로 배치된다. 즉, 전기 전도성 스프링(113)을 이루는 선재의 주변부 즉, 선재의 둘레에 전도성 입자(112)들이 고밀도로 배치되어, 선재 사이의 공간을 채운다. 또한, 전도성 입자(112)들은 탄성 매트릭스(111)의 중심부에 비해 탄성 매트릭스(111)의 양단부에 더 고밀도로 배치된다. 결국, 전기 전도성 스프링(113)과 전도성 입자(112)들이 함께 대체로 원통 형태를 이루게 된다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 압력이 가해지면, 전도성 입자(112)들은 전도성 입자(112)들의 밀도가 낮은 탄성 매트릭스(111)의 중심부 방향으로 밀리면서, 압력이 낮을 때에는 서로 접촉하지 않던 전도성 입자(112)도 서로 접촉하여, 접촉면적이 더욱 증가한다. 그 결과 전기 전도도가 더욱 높아진다.
절연부(115)는 인접한 접촉부(110)들을 서로 절연시키는 역할을 한다. 또한, 접촉부(110)들을 지지하는 역할도 한다. 절연부(115)는 탄성력이 있는 절연 재료라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 실리콘, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, SBR, NBR 등 및 그들의 수소화합물과 같은 디엔형 고무로 구현될 수 있다. 또한, 스티렌부타디엔블럭, 코폴리머, 스티렌이소프렌블럭코폴리머 등 및 그들의 수소 화합물과 같은 블럭코 폴리머로 구현될 수도 있다. 또한, 클로로프렌, 우레탄 고무, 폴리에틸렌형 고무, 에피클로로히드린 고무, 에틸렌-프로필렌코폴리머, 에틸렌프로필렌디엔코폴리머 등으로 구현될 수도 있다.
절연부(115)의 경도는 접촉부(110)의 탄성 매트릭스(111)의 경도에 비해서 크다. 접촉부(110)의 탄성 매트릭스(111)의 경도가 절연부(115)의 경도에 비해서 크다면, 전도성 스프링(113)에 의해서 접촉부(110)로 유도된 반도체 디바이스(1)의 단자(2)가 접촉부(110)에 안착되기 어렵기 때문이다. 절연부(115)의 경도는 접촉부(110)의 탄성 매트릭스(111)의 경도의 1.5 ~ 10배인 것이 바람직하다. 1.5배 미만이면, 솔더 볼 단자(2)가 접촉부(110)와 절연부(115)에 걸친 상태로 전도성 시트(100)의 두께 방향으로 힘이 가해질 때, 경도가 낮은 접촉부(110) 쪽으로 솔더 볼 단자(2)를 밀어주는 효과가 미미하게 되고, 10배 초과면 높은 경도에 따른 탄성 압력으로, 솔더 볼 단자(2)가 손상될 우려가 있다.
도시하지 않았으나, 절연부(115)의 주변에는 금속 프레임이 결합될 수 있다. 금속 프레임은 검사 장치(3)에 설치된 가이드 핀이 삽입되는 가이드 홀이 형성되어 있다. 가이드 핀과 가이드 홀은 이방성 시트를 검사 장치(3)에 대해서 정렬하는데 사용된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이방 전도성 시트를 나타내는 도면이다. 본 실시예는 도 2에 도시된 실시예와 달리 모래시계 형태의 코일 스프링(313)을 사용한다. 본 실시예는 접촉부(310)가 두께 방향과 수직인 방향으로 좀 더 용이하게 휠 수 있어서 단자(2)와 접촉 패드(4) 사이에 오정렬이 발생할 경우에도 원활한 접속 상태를 유지할 수 있다는 장점이 있다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 소자
2: 단자
3: 검사 장치
4: 접촉 패드
100, 300: 이방 전도성 시트
110, 310: 접촉부
111, 311: 탄성 매트릭스
112, 312: 전도성 입자
113, 313: 전도성 스프링
115, 315: 절연부

Claims (6)

  1. 검사 대상인 소자와 검사 장치 사이에 배치되어 상기 소자의 단자와 검사 장치의 접촉 패드를 서로 전기적으로 연결하는 이방 전도성 시트로서, 상기 소자의 단자 및 검사 장치의 접촉 패드에 대응하는 위치에 배치되며, 두께 방향으로 전기 전도성을 갖으며 전도성 스프링을 구비한 복수의 접촉부와, 인접한 접촉부들을 서로 절연시키며, 접촉부들을 지지하는 절연부를 포함하는 스프링을 구비한 이방 전도성 시트에 있어서,
    상기 접촉부는,
    탄성 매트릭스와, 상기 탄성 매트릭스 내에 배치되는 전도성 스프링과, 상기 탄성 매트릭스의 두께방향으로 배열되는 다수의 전도성 입자들을 포함하며,
    상기 절연부의 경도는 상기 탄성 매트릭스의 경도에 비해서 크며,
    상기 전도성 스프링은 중심에서 양단부로 진행할수록 지름이 커지는 모래시계 형태의 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 스프링을 구비한 이방 전도성 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연부의 경도는 상기 탄성 매트릭스의 경도의 1.5 내지 10배인 것을 특징으로 하는 스프링을 구비한 이방 전도성 시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 스프링의 외경은 아래의 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 스프링을 구비한 이방 전도성 시트.
    [수학식 1]
    Figure 112018055679678-pat00002

    (여기서, Rs는 전도성 스프링의 외경, Rb는 단자의 지름, Rl은 전도성 스프링의 선경을 나타낸다.)
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 입자들은 상기 전도성 스프링을 이루는 선재의 주변부에 상기 탄성 매트릭스의 중심부에 비해 고밀도로 배치되는 것을 특징으로 하는 스프링을 구비한 이방 전도성 시트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전도성 입자들은 상기 탄성 매트릭스의 중심부에 비해 상기 탄성 매트릭스의 양단부에 더 고밀도로 배치되는 것을 특징으로 하는 스프링을 구비한 이방 전도성 시트.
  6. 삭제
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