KR102103747B1 - 메탈-ｃｎｔ 복합체 및/또는 폴리머-ｃｎｔ 복합체를 포함하는 테스트 소켓 - Google Patents

메탈-ｃｎｔ 복합체 및/또는 폴리머-ｃｎｔ 복합체를 포함하는 테스트 소켓 Download PDF

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Abstract

본 발명의 테스트 소켓은, 반도체 기기와 테스트 장치를 연결하여 전기적 검사를 수행하는 테스트 소켓에 있어서, 상기 반도체 기기와 상기 테스트 장치 사이에 위치하는 실리콘 바디, 및 상기 반도체 기기와 상기 테스트 장치를 전기적으로 연결하기 위하여 자성 배열되는 도전 파우더를 포함하고, 상기 도전 파우더는 탄소 나노튜브(CNT)가 일부 삽입되는 메탈-CNT 복합체로 제공된다. 이와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 도전 파티클의 마모 저항 및 저기 저항이 증가되어 검사의 신뢰성이 향상된다.

Description

메탈-ＣＮＴ 복합체 및/또는 폴리머-ＣＮＴ 복합체를 포함하는 테스트 소켓 {Device for test socket having Metal-CNT composites and/or Polymer-CNT composites}
본 발명은, 메탈-CNT 복합체 및/또는 폴리머-CNT 복합체를 포함하는 테스트 소켓에 관한 것으로, 더욱 자세하세는 반도체 기기와 테스트 장치의 전기적 접속을 중계하는 실리콘 러버 소켓으로서 솔더 볼과 콘택 패드 사이에서 전기적 접속을 위해 메탈-CMT 복합체가 사용되는 테스트 소켓에 관한 것이다.
한편, 러버 소켓에서 자성 배열에 의하여 도전 커넥터 기능을 수행하는 도전 파우더는 검사 공정시 솔더 볼과의 마찰에 의하여 쉽게 마모되거나 실리콘 바디에서 이탈하고, 이로써 저항 증가의 원인이 되나, 메탈-CNT 복합체는 도전 파우더의 기계적 강도를 보완하여 마모를 방지하며, 다른 한편, 폴리머 비드는 도전 파우더 사이에서 도전 커넥터의 내구성을 강화시키는 반면 표면 저항으로 인하여 도전 커넥터의 저항 값을 증가시키는 원인이 되나, 폴리머-CNT 복합체는 폴리머 비드의 표면 저항을 현저히 감소시키고 열 확산을 통해 방열 기능을 수행하는 테스트 소켓에 관한 것이다.
일반적으로 테스트 장치의 회로 기판과 반도체 소자(혹은 반도체 패키지) 간의 전기적 접속을 중계하기 위해서 실리콘 러버 소켓이 사용된다.
종래의 실리콘 러버 소켓은 메인 바디인 실리콘 소재에 홀을 형성하고, 상기 홀에 금속 분말과 폴리머를 적당한 비율로 섞어 도전 커넥터를 형성한다. 혹은 자성 배열에 의하여 도전 커넥터를 형성하기도 한다.
그러나 이러한 실리콘 러버 소켓은 반도체 소자의 단자, 즉 솔더 볼(solder ball)이 상기 도전 커넥터를 가압(press)하면서, 소프트한 실리콘 소재의 메인 바디에 의해 금속 분말과 폴리머가 쉽게 마모되거나 메인 바디에서 빠져나가게 되고, 특히 상부의 금속 분말이 이탈하면 상단의 부드러운 실리콘 소재가 외부로 노출되어 쉽게 파손되고, 제품 수명을 크게 단축시키는 문제점이 있다.
또한 도전 커넥터에 접속하는 솔더 볼이 미끄러운 금속성 소재로 되어 있으므로 솔더 볼과 도전 커넥터 간에 미끄러짐이 발생하여 전기적 접속이 끊어지거나 저항 증가의 원인이 되기도 한다.
KR 10-1673142
따라서 본 발명의 목적은 반복적인 검사 공정에 의한 메탈 파우더의 마모를 방지하고, 메탈 파우더의 기계적 강도를 강화하는 테스트 소켓을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 실리콘 바디의 내구성을 강화하기 위하여 사용되는 폴리머 비드가 열 전달을 방해하고 표면 저항을 증가시키는 역 기능을 완화시키기 위하여, 폴리머 비드의 표면 저항을 감소시키고 열 전도 효율을 보완하는 테스트 소켓을 제공하는 것이다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 테스트 소켓은, 반도체 기기와 테스트 장치를 연결하여 전기적 검사를 수행하는 테스트 소켓에 있어서, 상기 반도체 기기와 상기 테스트 장치 사이에 위치하는 실리콘 바디, 및 상기 반도체 기기와 상기 테스트 장치를 전기적으로 연결하기 위하여 자성 배열되는 도전 파우더를 포함하고, 상기 도전 파우더는 탄소 나노튜브(CNT)가 일부 삽입되는 메탈-CNT 복합체로 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명의 테스트 소켓은, 반도체 기기의 도전 볼과 테스트 장치의 콘택 패드를 상호 연결하여 전기적 검사를 수행하는 테스트 소켓에 있어서, 상기 반도체 기기와 상기 테스트 장치 사이에 개재되는 절연성의 실리콘 바디, 상기 도전 볼 및 콘택 패드와 대응되는 상기 실리콘 바디의 일부 영역에 자성 배열되는 도전 파우더, 및 상기 도전 파우더 사이에서 비드 형태로 혼합되는 폴리머 비드를 포함하고, 상기 폴리머 비드는 탄소 나노튜브(CNT)가 일부 삽입되는 폴리머-CNT 복합체로 제공된다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 도전 파우더는 솔더 볼과의 반복적인 마찰에 의하여 마모되고, 그로 인하여 저항 증가가 우려되나, 메탈-CNT 복합체로 인하여 도전 파우더의 내구성은 그대로 유지되고, 전기 저항은 오히려 감소하며, 이로써 검사 수율이 개선된다.
둘째, 폴리머 비드로 인하여 복원력이 유지되는 순기능에 비하여 열전도가 저하되고 표면 저항이 증가되는 역기능을 해소하기 위하여 폴리머-CNT 복합체를 제공함으로써, 표면 저항이 감소하고 방열 기능이 회복되며, 이로써 검사의 신뢰성이 증진된다.
도 1은 본 발명에 의한 반도체 기기와 테스트 장치 사이에 배치되는 테스트 소켓의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 메탈-CNT 복합체를 포함하는 테스트 소켓의 구성을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 메탈-CNT 복합체를 포함하는 테스트 소켓의 구성을 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 메탈-CNT 복합체 및 폴리머-CNT 복합체를 포함하는 테스트 소켓의 구성을 나타내는 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 테스트 소켓의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
본 발명에서 도 1을 참조하면, 반도체 기기의 테스트 소켓(100)은 일측에 검사 대상인 반도체 기기(P)가 연결되고, 타측에는 검사 장치인 테스트 장치(D)가 연결됨으로써 반도체 기기(P)와 테스트 장치(D) 사이에서 이들을 전기적으로 연결시켜 준다. 가령, 테스트 소켓(100)의 도전 커넥터는 반도체 기기에 구비되는 단자와 테스트 장치의 단자를 상호 연결하여 반도체 기기를 전기적으로 테스트할 수 있다. 여기서, 반도체 기기(P)의 단자는 도전 볼(ball)이 다수 형성되는 BGA(ball grid array) 형태의 단자가 사용될 수 있다.
여러 가지 타입의 테스트 소켓(test socket)이 있겠지만, 본 발명의 일 실시예에 의한 테스트 소켓(100)은, 반도체 기기와 테스트 장치 사이에 개재되는 절연 소켓 바디, 반도체 기기와 테스트 장치를 전기적으로 연결하는 도전 커넥터를 포함함으로써, 상기 절연 소켓 바디의 일측에는 반도체 기기가 연결되고, 타측에는 테스트 기기가 연결되어 검사를 수행할 수 있다.
도 1을 참조하면, 테스트 소켓(100)은, 반도체 기기(P)의 단자와 테스트 장치(D)의 단자를 상호 연결하여 전기적 검사를 수행하는 테스트 소켓에 있어서, 반도체 기기(P)와 테스트 장치(D) 사이에 개재되는 절연 실리콘 바디(110), 상기 단자들과 대응되는 영역에 자성 배열되는 도전 파우더(120), 및 도전 파우더(120) 사이에서 비드 형태로 혼합되는 폴리머 비드(130)를 포함한다.
실리콘 바디(110)는, 절연 물질로 구성됨으로써 도전 파우더(120)의 산화를 방지하고, 도전 파우더(120) 간의 쇼트를 방지하며, 기타 이물질의 유입을 차단한다. 이를 위하여, 실리콘 바디(110)는 당업계에서 사용하는 일반적인 실리콘 고무 수지가 사용될 수 있다.
특히, 실리콘 바디(110)는, 소정의 탄성을 가지고 수축 팽창하는 물질이라면 반드시 실리콘 고무 수지에 제한되지 않고, 가교 구조를 갖는 내열성 고분자 물질로서 폴리부타디엔 고무, 우레탄 고무, 천연 고무, 폴리이소플렌 고무 기타 탄성 고무를 포함할 수 있다.
실리콘 바디(110)의 상면은 콘(corn) 타입 혹은 아치(arch) 타입으로 제공되어 개별 콘택을 보장할 수 있다. 또는 실리콘 바디(110)의 상면에는 FPCB 필름(112)이 더 포함될 수 있다. 또는 개별 콘택을 강화하도록 콘택 홀을 구비하는 콘택 가이드 필름이 더 제공될 수 있다. 또한 실리콘 바디(110) 저면에도 이와 같은 구성을 포함할 수 있음은 물론이다. 실리콘 바디(110)의 하부 둘레에는 전자파 차단에 효과적인 SUS(Steel use stainless) 재질의 프레임(114)이 더 설치될 수 있다.
도전 파우더(120)는 자성 배열이 가능한 금속 파티클이 배합될 수 있다. 특히, 자성 배열되는 금속 파티클은 도전성이 우수한 금(Au) 및/또는 니켈(Ni) 파티클을 포함할 수 있다. 혹은 금(Au), 은(Ag), 철(Fe), 니켈(Ni), 혹은 코발트(Co) 기타 자성을 띠는 단독 금속 혹은 둘 이상의 합금으로 구성될 수 있다. 또한 전기 전도성을 크게 개선하기 위하여 금속 파티클 표면에 상기한 이종 금속 등이 도금 처리될 수 있다.
이와 같은 도전 파우더(120)는 수직 방향으로 도전 경로를 형성하게 되는데, 검사 시 수직 방향에서 최소한의 가압에 의하여 도전 특성을 나타낼 수 있어야 한다. 즉, 적은 압력으로도 전기가 통해야 하고, 수직 방향으로 도전 밀도가 강화되어야 하며, 특히 전기적 특성이 강화되어야 검사의 신뢰성을 보장할 수 있다.
이를 위하여 도전 파우더(120)는 탄소 나노튜브(CNT)가 일부 삽입되고, 나머지 일부는 돌출되는 메탈-CNT 복합체로 제공될 수 있다.
가령, 도전 파우더(120)가 코어를 형성하고, 코어 내부에 도전 탄소계 나노재료가 삽입되는 형태를 가진다. 도전 탄소계 나노 재료는, 탄소 나노튜브(CNT), 탄소 섬유(CF), 탄소 나노플레이트(GNP), 카본블랙(CB) 혹은 그래핀 등을 포함할 수 있다.
그 중에서, 탄소 나노튜브(CNT)는 원 기둥 모양의 나노 형상을 하고 있기 때문에, 1차원의 나노 와이어나 2차원 구조의 그래핀 등과 비교하여 그 자체로서 내구성, 탄성 및 인장 강도가 우수하고, 특히 폴리머 비드와 결합하는 경우 열 전도 효율이 뛰어나 방열 기능에 유리하기 때문에 본 발명에서는 탄소 나노튜브(CNT)를 이용하는 것으로 한다.
탄소 나노튜브(CNT)는, 단일벽, 이중벽, 혹은 다중벽 탄소 나노튜브(CNT)를 포함할 수 있다. 탄소 나노튜브(CNT)는, 직선 혹은 곡선 형태일 수 있다. 혹은 그 혼합 형태일 수 있다. 탄소 나노튜브(CNT)는, 대략 10nm 이상 100nm 이하의 범위에서 결정될 수 있다.
이와 같이, 반복적인 검사를 통하여 도전 볼과의 마찰이 발생하더라도, 길이 손실이나 부피 감소가 억제되기 때문에, 도전 파우더(120)의 기계적 강도는 물론이고, 도전성이 그대로 유지되는 효과가 기대된다. 탄소 나노튜브(CNT)는, 금속 파티클 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부로 결정될 수 있다.
탄소 나노튜브(CNT)는 흡착성이 우수하다. 따라서 탄소 나노튜브(CNT)는 그 일부 혹은 전부가 금속 파티클에 삽입되어 메탈-CNT 복합체를 형성할 수 있다. 이때, 탄소 나노튜브(CNT)의 삽입 정도에 따라 메탈-CNT 복합체의 기계적 강도가 달라질 수 있다.
도전 파우더(120)는 고온 고압 상태에서 팽창하고, 팽창 상태에서 탄소 나노튜브(CNT)가 도전 파우더(120)에 삽입되기 쉬우며, 냉각 감압 상태에서 도전 파우더(120)가 위축되면서 탄소 나노튜브(CNT)는 도전 파우더(120)에 고정된다. 가령, 1,000℃ 내지 1,300℃의 온도 범위, 및 50MPa 내지 100MPa의 압력 범위에서 1시간 내지 12시간 범위 동안 유지될 수 있다.
이와 같이, 탄소 나노튜브(CNT)가 코어-금속 파티클 내부에 적어도 일부가 삽입 고정되는 경우는, 금속 파티클 표면에 흡착되는 경우보다 그 기계적 강도가 우수하다.
도전 파우더(120)는 코팅막을 더 포함할 수 있다. 가령, 코어-금속 파티클이 니켈(Ni)을 포함하는 경우 도전 파우더(120)는 금(Au) 코팅막을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 도 3을 참조하면, 탄소 나노튜브(CNT)는 코어-도전 파우더 내부에 완전 삽입되는 경우, 일부 삽입보다 기계적 강도가 더욱 강화될 수 있다.
도전 파우더(120)는 반복적인 검사에 의하여 솔더 볼과의 충격으로 인하여 이탈되는 경향이 있는데, 돌출된 돌기-탄소 나노튜브(CNT)는 전술한 이탈을 방지하는 기능을 수행한다. 가령, 탄소 나노튜브(CNT)는 강도가 세고, 탄성이 뛰어나, 탄소 나노튜브(CNT) 자체가 버퍼(buffer) 기능을 수행하고, 또한 브릿지를 제공하는 경우 외부 충격에 의하여 쉽게 분리되지 않기 때문에, 도전 파우더(120)가 실리콘 바디(110)에 견고하게 고정될 수 있다.
폴리머 비드(130)는, 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA)의 합성 수지 혹은 합성 고무를 포함할 수 있다. 하지만, PMMA에 제한되지 않으며, 그 밖의 폴리머는 물론이고 2종 이상의 PP, PE, PVC, PS 혹은 ABS의 폴리머 블랜드(polymer blend)를 포함할 수 있다.
전술하는 도전 파우더(120)는 형상이 따로 정해져 있지 않으나, 폴리머 비드(130)는 형상이 일정한 비드(bead) 형태로 제공될 수 있고, 그 형상은 대체로 구형일 수 있다. 도전 파우더(120) 역시 구형이라고 가정하면 도전 파우더(120) 사이에서 가장 안정적인 공간 면적을 점유할 수 있는 사이즈로 제공될 수 있다. 폴리머 비드(130)가 너무 크면 도전 파우더(120)의 통전에 방해되고, 너무 작으면 도전 파우더(120)를 지지하는 역할을 수행할 수 없다. 따라서 폴리머 비드(130)는 도전 파우더(120)의 배열을 방해하지 않기 위하여 전술한 사이즈 범위 내에서 구형으로 제공될 수 있다.
특히, 실리콘 고무 수지는 온도 상승에 따른 수축 팽창 정도가 커서 고온에서 열화되고 변형되는 성질이 있는데, 폴리머 합성 수지는 고온에서 내열성이 우수하여 이를 보완하는 성질이 있기 때문에, 그 변형 정도가 크게 완화될 수 있다. 이에 실리콘 고무 수지는 내열성이 비교적 열악해도, 여기에 폴리머 합성 수지를 보완하여 열 안정성이 더욱 강화될 수 있다.
그러나, 폴리머 비드(130)는 우수한 내열성에도 불구하고, 열 전도율이 낮아 전반적인 테스트 수율을 저하시키는 원인이 되기도 한다.
이에 본 발명에서 도 4를 참조하면, 폴리머 비드(130)는 탄소 나노튜브(CNT)가 일부 삽입되는 폴리머-CNT 복합체로 제공될 수 있다. 폴리머-CNT 복합체에서 탄소 나노튜브(CNT)는 열 확산 기능을 통하여 방열 기능을 수행할 수 있다.
따라서, 돌기-탄소 나노튜브(CNT)가 코어-폴리머 비드(130) 내부에 삽입 고정되면, 탄소 나노튜브(CNT)가 폴리머 비드(130) 표면에 흡착되어, 폴리머 비드(130)의 내구성이 강화될뿐더러, 전술한 열 확산 기능을 통하여 효율적인 방열을 수행할 수 있다.
또한, 돌기-탄소 나노튜브(CNT)는 표면 저항을 감소시키는 기능을 수행한다.
이러한 경우, 탄소 나노튜브(CNT)는 폴리머 비드(130)에 완전 삽입되는 것보다, 일부가 노출되어 열 확산 기능 혹은 표면 저항 감소 기능을 수행할 수 있다.
또한, 정전기 방출(ESD) 기능을 수행한다. 정전기 방출 기능을 통하여 노이즈를 제거할 수 있다. 따라서 탄소 나노튜브(CNT)를 통하여 정전기 방출을 통하여 안정적인 검사를 수행할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 도전 파우더에 돌기-탄소 나노튜브(CNT)를 제공하면 도전 파우더의 기계적 강도가 강화되어 마모가 방지되고 도전 파우더의 이탈을 방지하면, 폴리머 비드에 돌기-탄소 나노튜브(CNT)를 제공하게 되면 표면 저항이 현저히 감소하고, 열 전달되는 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 120: 도전 파우더
130: 폴리머 비드

Claims (9)

  1. 반도체 기기와 테스트 장치를 연결하여 전기적 검사를 수행하는 테스트 소켓에 있어서,
    상기 반도체 기기와 상기 테스트 장치 사이에 위치하는 실리콘 바디; 및
    상기 반도체 기기와 상기 테스트 장치를 전기적으로 연결하기 위하여 자성 배열되는 도전 파우더를 포함하고,
    상기 도전 파우더는 탄소 나노튜브(CNT)가 일부 삽입되는 메탈-CNT 복합체로 제공되고,
    상기 탄소 나노튜브(CNT)의 나머지는 돌출되고, 상기 도전 파우더의 마모를 방지하고,
    상기 도전 파우더 사이에서 비드 형태로 혼합되는 폴리머 비드를 더 포함하며,
    상기 폴리머 비드는 상기 탄소 나노튜브(CNT)가 일부 삽입되는 폴리머-CNT 복합체로 제공하는 것을 특징으로 하는 테스트 소켓.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 메탈-CNT 복합체는 삽입 정도에 따라 기계적 강도가 상이하고, 상기 도전 파우더는 탄소 나노튜브(CNT)가 완전 삽입되는 메탈-CNT 복합체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 소켓.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전 파우더는 니켈(Ni) 금속 파티클을 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 소켓.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 도전 파우더는 금(Au) 코팅막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 소켓.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소 나노튜브(CNT)는 상기 폴리머 비드의 표면 저항을 감소시키고, 발열 기능은 증가되도록 적어도 일부가 노출되는 것을 특징으로 하는 테스트 소켓.
  9. 삭제
KR1020180128353A 2018-10-25 2018-10-25 메탈-ｃｎｔ 복합체 및/또는 폴리머-ｃｎｔ 복합체를 포함하는 테스트 소켓 KR102103747B1 (ko)

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