KR102104346B1 - 테스트 보드 및 이를 구비하는 반도체 검사 장치 - Google Patents

Abstract

본 기술에 따른 테스트 보드는 보드부재와, 보드부재에 설치되며, 테스트 대상이 배치되는 소켓과, 보드부재의 일측에 결합되는 서멀 탱크와, 소켓에 배치된 테스트 대상을 동작시키기 위한 전기 신호를 제공하며, 테스트 대상과 서멀 탱크를 전기적으로 연결하여 테스트 시 테스트 대상의 열을 상기 서멀 탱크로 전도시키는 도전부재를 포함할 수 있다.

Description

테스트 보드 및 이를 구비하는 반도체 검사 장치{Test Board And Semiconductor Testing Apparatus Including The Same}

본 발명은 반도체 검사 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 테스트 보드의 온도 저감 및 온도 균일화를 가능하게 하는 테스트 보드를 구비한 반도체 검사 장치에 관한 것이다.

통상적으로 반도체 제조공정에서 FAB 공정이 완료된 후에는 반도체 칩이 제 기능을 발휘하는 지와 불량 유무를 검사하기 위하여 별도의 검사 공정이 필요하다. 상기 검사 공정은 일반 PC(Personal Computer) 환경 조건이 형성되어 있는 테스트 챔버(Test Chamber) 내에서 반도체 칩을 테스트 회로기판인 테스트 보드의 소켓에 장착하여 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 검사 공정은 상온보다 높거나 또는 낮은 가혹 온도 조건에서 반도체 칩이 정상적으로 기능하는지 검사하는 번인 검사(Burn-in Test)를 포함할 수 있다.

그러나, 실제 검사 과정에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 테스트 보드(20) 상에서 반도체 칩이 사방으로 밀집되는 중심부의 온도는 설정 온도보다 더 높고 테스트 보드(20)의 가장자리로 갈수록 설정 온도가 낮아짐이 측정되었다. 도1에서 상대적으로 온도가 낮은 부분은 명부(明部)로 표시되었고, 상대적으로 온도가 높은 부분은 암부(暗部)로 표시되었다. 이로 인해, 테스트 보드(20) 중심부에서는 실제 양호한 반도체 칩이 불량으로 인식되어 실제보다 불량률이 과다한 것으로 판정될 수 있고, 주변부에서는 실제로는 불량인 반도체 칩이 양호한 것으로 판정될 수 있다. 결과적으로 공정의 수율 하락이 초래될 수 있다.

따라서, 테스트 챔버 내에서 테스트 보드의 전 면적에 걸쳐 균일한 온도 분포가 요구되나, 종래의 검사 장비는 대부분 공랭식 냉각 방식을 취하고 있어, 신속한 온도 제어에 어려움이 있다.

도 2는 등록특허공보 제10-0948344호의 "반도체 소자 테스트용 챔버"를 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 냉각장치는 히터(110)에 의해 가열되거나 증발기(120,130)에 의해서 냉각된 공기를 테스트 룸(test room)으로 이송시키는 순환 모터(140)와, 증발기(120,130)에 연결되는 냉동기(310,320)를 포함할 수 있다.

증발기는 고온용(120)과 저온용(130)으로 구분될 수 있고, 상호 독립적으로 온도 제어가 가능하게 되어 미세한 온도의 제어도 가능하게 된다.

그러나, 상기한 테스트 챔버 역시, 테스트 보드의 온도 불균형을 해결하는 데 어려움이 있다.

따라서 반도체 칩의 검사 공정에서 필요 이상으로 올라가는 테스트 보드의 온도를 신속하게 낮출 수 있고, 그 결과 테스트 보드의 온도 분포가 전 면적에 걸쳐 균일할 수 있는 테스트 보드가 요구되고 있다.

등록특허공보 제10-0948344호(등록일자: 2010.03.11)

본 발명의 실시예는 열이 신속하게 방출됨으로써 전 면적에 걸쳐 온도가 균일하게 되는 테스트 보드를 구비한 반도체 검사 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 검사 장치는, 반도체 패키지가 결합되는 복수 개의 소켓이 일면에 구비되고, 검사 장비의 밀폐형 온도 제어 챔버에 삽입되며, 판상 그라운드가 저면에 마련되는 반도체 검사용 테스트 보드, 및 상기 테스트 보드의 저면에 체결 부재로 조립되어 상기 판상 그라운드에 유격 없이 밀착되는 서멀 탱크를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 테스트 보드는 보드 부재와, 상기 보드 부재에 설치되며, 테스트 대상이 장착되는 소켓과, 상기 보드 부재에 결합되는 서멀 탱크와, 상기 소켓에 배치된 테스트 대상을 동작시키기 위한 전기 신호를 제공하며, 상기 테스트 대상과 상기 서멀 탱크를 전기적으로 연결하여 테스트 시 상기 테스트 대상의 열을 상기 서멀 탱크로 전도시키는 도전 부재를 포함한다.

본 기술에 의하면, 첫째, 전기신호가 흐르는 경로를 따라 열이 흐르도록 함과 아울러 열이 흐르는 경로를 폭넓게 형성시킴으로써 종래의 히트싱크 결합 방식에 비하여 훨씬 신속하게 열이 테스트 보드 외부로 빠져나갈 수 있다.

둘째, 신속한 열의 방출에 의하여 열 에너지가 테스트 보드의 중앙 부위에 집중되는 것이 방지되므로, 테스트 보드 전 면적에 걸쳐 온도가 균일하게 유지될 수 있다.

셋째, 신속한 열의 방출과 온도의 균일성이 간단한 장비에 의하여 가능하게 됨으로써 반도체 검사에 투입되는 검사 장비가 보다 저렴하게 제작될 수 있다.

도 1은 종래의 테스트 보드의 열 분포를 나타내는 평면도이다.
도 2는 종래의 반도체 칩 테스트용 챔버를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 테스트 챔버에 삽입되는 하나의 랙 구조를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 네 개의 랙이 모여서 하나의 챔버로 형성되는 것을 나타낸 정면도이다.
도 5는 본 발명의 테스트 보드를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 서멀 탱크가 구비되는 테스트 보드에서 보드부재의 저면도이다.
도 7은 본 발명의 서멀 탱크가 구비되는 테스트 보드를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 서멀 탱크가 구비되는 테스트 보드에서 서멀 탱크의 저면을 나타내는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 서멀 탱크가 구비되는 테스트 보드에서의 열전달 경로와 종래의 테스트 보드의 열 전달 경로를 비교하여 나타내는 개념도이다.
도 10은 본 발명의 서멀 탱크가 구비되는 테스트 보드의 열 분포를 나타내는 평면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

그리고 본 발명의 요지와 무관한 공지의 구성은 생략될 수 있다. 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

본 발명의 실시예에 따른 테스트 보드는 테스트 챔버에 수납되어 검사 공정이 수행된다. 본 실시예의 테스트 챔버는 도면에 도시되지 않았지만, 강제 순환 팬 및 노즐 덕트(nozzle duct)를 포함할 수 있으며, 이것에 의해, 검사 공정 시 과열되는 테스트 보드를 공냉시킬 수 있다.

본 실시예의 테스트 챔버는 도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 랙(rack: 400)을 포함할 수 있다. 도 3은 하나의 랙(400)을 도시하고 있으며, 상기 랙(400)은 복수개의 삽입구를 포함할 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 테스트 챔버는 적어도 하나의 구역(500)을 포함할 수 있으며, 상기 구역(500)은 예를 들어, 2개의 랙(400)이 적층되어 구성될 수 있다. 도 4에 도시된 본 실시예의 테스트 챔버는 제 1 및 제 2 구역을 포함하도록 설계되었다.

도 5를 참고하면, 상기 랙(400)에 삽입되어질 본 실시예의 테스트 보드(200)는 보드부재(210)와, 보드부재(210)의 상면에 장착되며 테스트 대상이 실장되는 소켓(220)과, 소켓(220)에 실장되는 테스트 대상에 테스트를 위한 전기 신호를 제공하고 테스트 대상과 서멀 탱크(300)를 전기적으로 연결하여 테스트 대상의 열을 방열시키는 도전부재와, 보드부재(210)의 저면에 결합되어 도전부재와 전기적으로 연결되는 서멀 탱크(300)를 포함할 수 있다.

먼저, 보드부재(210)는 일반적인 PC에 장착되는 것으로서, 이러한 보드부재(210)에는 소켓(220)에 장착된 테스트 대상 즉, 반도체 칩을 동작시키기 위한 전기 신호를 제공하는 복수의 신호전송수단이 마련될 수 있다.

소켓(220)은 상술한 바와 같이 보드부재(210)의 일면에 복수 개가 장착될 수 있으며, 각 소켓(220)에는 테스트 대상인 반도체 칩이 각각 실장될 수 있다. 이러한 소켓(220)은 공지된 기술이므로, 상세 설명은 생략한다.

도전부재는 소켓(220)에 실장된 반도체 칩을 동작시키는 전기 신호를 제공하는 상기 복수의 신호전송수단을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도전부재는 도시되지는 않았지만 반도체 칩에 어드레스 신호를 제공하는 어드레스부, 반도체 칩에 커맨드 입력 신호를 제공하는 커맨드부 또는 반도체 칩에 전원을 공급하는 파워부와 그라운드부(230) 등을 포함할 수 있다.

이하에서 상기 도전부재는 그라운드부(230)를 예로 들어 설명하며, 이는 각 반도체 칩에 그라운드부(230)가 공통적으로 전기적으로 연결되기 때문이다. 다시 말하면, 각 반도체 칩에는 그 위치에 따라 서로 상이한 전압의 어드레스 신호, 커맨드 입력 신호, 동작 전원이 공급될 수 있다. 반면에, 각 반도체 칩에는 동일한 전압의 그라운드 전원이 인가될 수 있다. 다만, 도전부재가 그라운드부(230)에 한정되는 것은 아니다.

그리고 도전부재는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 복수의 신호전송수단 이외에 보드부재(210)에 판상으로 밀착되는 판상 그라운드 즉, 판상부재(201)와, 보드부재(210)의 상부 패턴과 하부 패턴 간에 전기 신호가 전달될 수 있게 하는 도전 비아(202)를 더 포함할 수 있다.

상기 판상부재(201)는 보드부재(210) 저면의 면적의 거의 대부분을 차지하는 것을 볼 수 있다. 이러한 판상부재(201)는 방열 성능을 극대화할 필요가 있으므로 판상의 형상을 채택할 수 있다. 또, 판상부재(201)는 발열 전달 경로인 소켓의 전극 단자(203) 주위에 인접되어 이들을 둘러싸도록 배치될 수 있다.

도전 비아(202)는 상술한 바와 같이 보드부재(210)의 상부 패턴과 하부 패턴 간에 전기 신호가 전달될 수 있게 한다. 즉, 상기 도전 비아(202)는 통상적인 반도체 칩의 그라운드단자와 그라운드부(230)를 전기적으로 연결하는 통상적인 역할뿐만 아니라 반도체 칩의 그라운드단자와 보드부재(210)의 저면에 배치되는 판상부재(201)를 전기적으로 연결하는 역할을 겸한다. 이때, 소켓(220) 역시 반도체 칩의 그라운드단자와 보드부재(210)의 그라운드부(230)를 전기적으로 연결하기 위한 별도의 도전 비아(221)가 형성될 수 있다.

그리고 상기 도전 비아(202)는 판상부재(201)가 상술한 바와 같이 소켓(220)이 연결되는 위치인 전극단자들(203)을 둘러싸도록 배치됨에 따라, 판상부재(201)와 마찬가지로 전극단자들(203)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 상기 도전 비아(202)는 내벽이 동으로 도금되는 서멀 비아(Thermal via)일 수 있다.

서멀 탱크(300)는 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 체결부재(350)에 의해 보드부재(210)의 저면에 결합될 수 있다. 이러한 서멀 탱크(300)의 상면은 보드부재(210)의 저면에 일부 배치되는 도전부재 즉, 그라운드부(230)의 판상부재(201)에 유격 없이 밀착될 수 있다. 따라서 서멀 탱크(300)의 상면과 그라운드부(230)의 판상부재(201) 사이에는 공기층이 전혀 없도록 밀착될 수 있다.

서멀 탱크(300)의 저면에는 복수개의 방열핀(미도시)이 구비될 수 있다. 또는 방열핀 대신에 히트파이프(미도시)가 설치될 수도 있다. 방열핀 또는 히트파이프는 서멀 탱크(300) 저면의 전 면적에 균일하게 배치될 수 있고, 서멀 탱크(300)의 중심부위에 집중적으로 배치될 수도 있다.

또, 상기의 서멀 탱크(300)는 다른 외부 기구와 전기적 연결을 하게 되는 경우 외부 기구로부터 노이즈가 흘러 들어와 반도체 칩의 전기적 특성이 좋지 않은 것으로 잘못 평가될 우려가 있다. 따라서, 서멀 탱크(300)를 외부 기구와 전기적 연결이 되지 않도록 배치하거나 서멀 탱크(300)에서 외부로 노출되는 부위에는 비전도성 물질(미도시)이 도포되도록 함이 바람직하다.

또, 상기의 서멀 탱크(300)의 형상에 대한 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 서멀 탱크(300)의 두께 방향으로 공기가 통할 수 있는 통로가 형성되게 하여 보드부재(210)의 전 면적에 걸쳐 균일한 열의 흐름이 이루어질 수 있도록 함이 좋다.

또, 서멀 탱크(300)에는 상술한 바와 같이 다수의 방열핀 또는 히트파이프가 구비되거나, 방열핀과 히트파이프가 적절하게 조합되어 배치될 수도 있다. 또는 서멀 탱크(300)에는 복수개의 홈(340) 또는 관통공이 형성될 수도 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 테스트 보드의 각 구성요소가 서로 어떻게 유기적으로 작용되는지에 대하여 살펴보기로 한다.

도 9에는 반도체 칩에서 생성된 열이 빠져나가는 경로마다 열저항이 어느 정도인지에 대하여 개념도로 표현되어 있다. 도 9에서 전기저항의 기호로 표현되는 부분이 열의 저항을 나타내며 전기저항 기호의 크기가 큰 것은 그 크기에 비례하여 열전도에 대한 저항도 큼을 나타내고 있다.

여기서 θ는 온도가 서로 다른 두 물체가 서로 연결될 때 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 열이 흐를 때의 열전도 저항을 나타낸다. 열전도 저항 θ는 연결 지점에 흐르는 전류에 대한 소모 전력의 크기(Power) 또는 전력에 의한 발열량과 서로 반비례 관계에 있으며 연결 지점에서 연결되는 두 물체의 온도 차이(T2-T1)와는 서로 비례 관계에 있다.

따라서 전력 소모가 거의 제로가 되는 연결에서는 열저항이 높이질 수 밖에 없게 된다.

반면, 열은 반도체 칩에서 바로 대기로 방출되는 경로보다는 전기 신호가 흐르는 경로로 흐를 때 훨씬 열저항이 적어 열의 전도가 잘 일어나는 것을 알 수 있다. 즉, 반도체 칩에서 소켓(220, 도 2 참조)으로, 소켓(220)에서 보드 부재(210, 도 2 참조)의 접점을 통하여 흐르는 경로가 훨씬 원활한 방열이 이루어 질 수 있음을 알 수 있다.

이때, 전기 신호가 흐르는 통로를 이용하여 보다 많은 열을 신속하게 방출시키기 위해서 최종적으로 열전도를 받는 도전부재 즉, 판상부재(201)에 서멀 탱크(300, 도 2 참조)를 유격 없이 밀착시켜서 열이 서멀 탱크(300)로 신속하게 방출될 때 최상의 방열 효과를 낼 수 있다.

또한 방열은 보드부재(210)의 크기가 커질수록 그리고 도전 비아(202) 즉, 반도체 칩과 서멀 탱크(300)의 전기적 연결부가 많을수록 활발해진다. 따라서 반도체 칩과 서멀 탱크(300)를 전기적으로 많이 연결시키면 반도체 칩에서 발생되는 열이 최단 경로로 빠져나갈 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 도전부재와, 서멀 탱크를 포함함에 따라 종래의 공냉방식 보다 효율적으로 방열 및 보드부재 전체에 걸친 열 분포의 균일화가 달성될 수 있다.

도 10에는 본 발명의 실시예에 따른 테스트 보드(200)를 적용시킨 경우의 열분포가 색상의 진하기로 표현되어 있는데, 테스트 보드(200) 전체에 걸쳐 색상의 진하기가 균일하게 되는 것을 볼 수 있다.

한편, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

200: 테스트 보드 201: 판상부재
202: 도전 비아 203: 전극단자
210: 보드부재 220: 소켓
230: 그라운드부 300: 서멀 탱크
350: 체결부재

Claims (11)

1. 반도체 패키지가 결합되는 복수 개의 소켓이 일면에 구비되고, 검사 장비의 밀폐형 온도 제어 챔버에 삽입되며, 판상 그라운드가 저면에 마련되는 반도체 검사용 테스트 보드; 및
   상기 테스트 보드의 저면에 체결 부재로 조립되어 상기 판상 그라운드에 유격 없이 밀착되는 서멀 탱크를 포함하며,
   상기 판상 그라운드는 상기 테스트 보드와 상기 서멀 탱크의 사이에 배치되는 판상 부재를 더 포함하며,
   상기 판상 부재는 제 1 표면 및 제 2 표면을 포함하고,
   상기 제 1 표면의 전체는 상기 테스트 보드와 콘택되고, 상기 제 2 표면은 상기 서멀 탱크와 콘택되는 제 1 부분 및 상기 서멀 탱크와 이격되는 제 2 부분을 포함하며,
   상기 제 2 표면의 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분은 상기 서멀 탱크와 모두 마주하는 반도체 검사 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 판상 그라운드는 상기 소켓이 결합되는 위치의 저면에 상기 소켓의 전극 단자들을 둘러싸도록 배치되는 반도체 검사 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 테스트 보드는 상부 표면 및 하부 표면 각각에 상부 패턴과 하부 패턴을 각각 포함하고,
   상기 상부 패턴과 하부 패턴 사이의 전기 신호 전달을 위하여 상기 테스트 보드를 관통하는 적어도 하나의 근접 도전 비아를 포함하고,
   상기 근접 도전 비아는 상기 소켓이 결합되는 위치의 저면에서 상기 소켓의 전극 단자들을 둘러싸도록 배치되는 반도체 검사 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 서멀 탱크의 노출면은 비전도성 물질로 도포되어 있는 반도체 검사 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 판상 그라운드는 상기 반도체 패키지에 전기 신호를 전달하는 신호 전송 수단과 전기적으로 연결되도록 구성되는 반도체 검사 장치.
6. 보드 부재와,
   상기 보드 부재에 설치되며, 테스트 대상이 장착되는 소켓과,
   상기 보드 부재에 결합되는 서멀 탱크와,
   상기 소켓에 배치된 테스트 대상을 동작시키기 위한 전기 신호를 제공하며, 상기 테스트 대상과 상기 서멀 탱크를 전기적으로 연결하여 테스트 시 상기 테스트 대상의 열을 상기 서멀 탱크로 전도시키는 도전 부재를 포함하며,
   상기 도전 부재는 상기 보드 부재와 상기 서멀 탱크의 사이에 배치되는 판상 부재를 더 포함하며,
   상기 판상 부재는 제 1 표면 및 제 2 표면을 포함하고, 상기 제 1 표면 전체는 상기 보드 부재와 콘택되고, 상기 제 2 표면은 상기 서멀 탱크와 콘택되는 제 1 부분 및 상기 서멀 탱크와 이격되는 제 2 부분을 포함하며,
   상기 제 2 표면의 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분은 상기 서멀 탱크와 모두 마주하는 테스트 보드.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 소켓은 상기 보드 부재의 상면에 설치되고,
   상기 서멀 탱크는 상기 보드 부재의 저면에 결합되는 테스트 보드.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 도전 부재는 상기 테스트 대상에 전기 신호를 제공하도록 상기 보드 부재에 마련되는 신호전송수단과,
   상기 보드 부재를 관통하여 상기 신호전송수단과 상기 테스트 대상을 전기적으로 연결하고 상기 테스트 대상과 상기 판상 부재를 전기적으로 연결하는 도전 비아를 포함하는 테스트 보드.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 신호 전송 수단은 상기 테스트 대상에 그라운드 전원을 제공하는 그라운드부인 것을 특징으로 하는 테스트 보드.
10. 삭제
11. 삭제

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