KR102360133B1 - 반도체 패키지를 검사하기 위한 테스트 소켓 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 패키지를 검사하기 위한 테스트 소켓에 관한 것이다. 본 발명에 따른 테스트 소켓은 탄성이 있는 절연층 및 상기 절연층 내에 상기 절연층의 두께 방향으로 관통하여 매립된 복수 개의 마이크로 전극을 포함한다. 상기 마이크로 전극은 반도체 패키지와 접촉가능한 제1 접촉부; 테스트 핸들러의 기판 패드와 접촉가능한 제2 접촉부; 및 상기 제1 접촉부와 제2 접촉부를 연결하는 직선형 연결부를 포함하며, 상기 제1 접촉부, 제2 접촉부, 직선형 연결부는 일체로 제조된다.

Description

반도체 패키지를 검사하기 위한 테스트 소켓 {TEST SOCKET FOR SEMICONDUCTOR PACKAGE}

본 발명은 반도체 패키지를 검사하기 위한 테스트 소켓에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 디바이스들의 조립 공정 이후 반도체 패키지의 불량 여부를 검사하기 위해 이용되는 테스트 소켓에 관한 것이다.

반도체 디바이스와 같은 각종 전자 디바이스의 조립공정이 수행된 후, 반도체 패키지의 불량 여부를 검사하기 위해서는 반도체 패키지에 전기적 신호를 인가하여 그 전기적 특성을 분석하는 테스트 보드가 반도체 패키지와 상호 전기적으로 연결되어야 하고, 이를 위해 별도의 테스트 소켓이 검사공정에서 요구된다. 반도체 패키지 중 볼(ball)이 형성된 BGA 패키지의 불량 유무 검사에 사용되는 컨택터는 BGA 소켓이라 불린다. 반도체 제조 기술이 지속적으로 발전함에 따라 BGA 패키지 또한 갈수록 소형화가 되며, 그 결과 패키지 내 볼 간 피치(pitch)가 줄어들게 된다. 여기서, '볼 간 피치'란, 볼의 중심과 인접한 볼의 중심 간 거리를 일컫는다. 따라서 볼 간 피치가 줄어들수록 검사용 컨택터인 BGA 소켓의 피치 또한 좁아져 제조의 난이도가 높아지게 되었다.

현재 BGA 소켓 중 가장 흔하게 사용되는 타입은 탄성 재질의 실리콘 고무로 이루어진 절연부와, 복수의 도전성 마이크로 볼 입자 및 실리콘 고무가 융합되어 상기 절연부를 상하 방향으로 관통하도록 설치된 도전부를 포함하는 PCR(Pressure Conductive Rubber) 타입이다. PCR 타입은 납땜 또는 기계적 결합을 이용하지 않고도 조밀한 전기적 접속을 달성할 수 있고 기계적인 충격을 흡수함으로써 반도체에 손상을 주지 않으면서 반도체 패키지를 안전하게 테스트할 수 있으며 두께가 얇아 전류 손실은 줄이고 신호 전달력이 빠르다는 등의 장점을 가지므로 현재 BGA 소켓으로 널리 사용되고 있다.

PCR 타입의 소켓은 볼 간 피치가 0.3 ㎜인 제품까지는 시장을 만족시킬 만큼 대체로 양호한 성능을 가졌으나, 최근 요구되는 0.27 ㎜ 피치의 BGA 패키지 검사에 적용해보니 소켓의 품질이 저하되고 소켓의 수명이 무려 90% 이상 줄어드는 문제점이 발생하였다. 또한 PCR 타입의 경우 볼 간 피치가 줄어들수록 실리콘 고무로 이루어진 절연부의 두께가 얇아져야 하는데, 절연부의 두께가 너무 얇아지게 되면 반도체를 소켓에 올려놓고 가압할 때 충분한 탄성으로 받쳐줄 수 없다는 문제점도 발견되었다.

또 다른 타입의 BGA 소켓은 탄성의 절연층을 관통하는 도전성 와이어의 양단에 상부 전극부와 하부 전극부를 납땜, 즉, 솔더링으로 연결하는 와이어드 타입이다. 그러나 솔더링으로 인하여 전기적 노이즈가 발생할 수도 있고 소켓의 피치를 줄이는 데에도 한계가 있다는 문제점이 있다.

또 다른 타입의 BGA 소켓은 탄성의 절연층 내에 MEMS(microelectromechanical system) 공정에 의해 제조된 마이크로핀들을 배열한 형태이다. 절연층 내에 배열된 다수 개의 마이크로핀들은 서로 높낮이가 다를 수 있기 때문에, 검사를 위하여 BGA 패키지를 소켓 쪽으로 가압할 때 제일 먼저 닿는 마이크로핀이 있더라도 설정된 오버드라이브(예컨대, 100 ㎛)에 도달할 때까지 가압하여야 한다. 따라서 종래의 마이크로핀 BGA 소켓은 이러한 오버드라이브로 인한 스트레스를 고려하여 절연층을 관통하는 마이크로핀의 부분은 길이 방향을 따라 스프링과 같은 곡선으로 구성된다. 그러나 마이크로핀이 곡선으로 구성되기 때문에 곡선을 구현하기 위한 소정의 피치가 필요하여 최근 요구되는 BGA 패키지의 볼 간 피치에 부응하기 어렵다는 문제점이 존재한다.

한국 공개특허공보 제10-2014-0070931호(2014.6.11. 공개), "접촉니들을 구비한 와이어드 컨텍터 및 그 제조 방법" 한국 등록특허공보 제10-1496081호(2015.3.2. 공개), "인터포저 및 반도체 디바이스 검사용 마이크로 컨택 어레이 구조체의 제조방법" 한국 등록특허공보 제10-1544844호(2015.8.20. 공개), "와이어드 러버 컨택트 및 그 제조방법" 한국 공개특허공보 제10-2016-0117049호(2016.10.10. 공개), "실리콘 러버 소켓" 한국 등록특허공보 제10-1734115호(2017.5.11. 공개), "마이크로 핀 조립체, 마이크로 핀 조립체 제조용 지그 및 마이크로 핀 조립체 제조 방법"

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 반도체 패키지 가압 시 오버드라이브로 인한 스트레스를 잘 견디면서도 최근 요구되는 좁은 폭의 피치를 구현할 수 있는 테스트 소켓을 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 우수한 내구성과 전기적 특성을 가지면서도 수명의 감소가 최소화될 수 있는 테스트 소켓의 구조를 제공할 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 태양에 따른 반도체 패키지를 검사하기 위한 테스트 소켓은: 탄성이 있는 절연층; 및 상기 절연층 내에 상기 절연층의 두께 방향으로 관통하여 매립된 복수 개의 마이크로 전극을 포함하고, 상기 마이크로 전극은: 반도체 패키지와 접촉가능한 제1 접촉부; 테스트 핸들러의 기판 패드와 접촉가능한 제2 접촉부; 및 상기 제1 접촉부와 제2 접촉부를 연결하도록 상기 마이크로 전극의 길이 방향으로 연장되는 직선형 연결부를 포함할 수 있고, 상기 직선형 연결부는 서로 이격된 2개의 직사각형 기둥을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 접촉부, 제2 접촉부, 직선형 연결부는 일체로 제조될 수 있다.

상기 절연층은 실리콘 러버(silicone rubber)를 포함할 수 있다.

그리고 상기 직선형 연결부에 포함된 상기 2개의 직사각형 기둥은 서로 대칭으로 나란히 배열되고, 상기 절연층에 수평인 방향으로의 단면에서 상기 2개의 직사각형 기둥이 나란히 배열된 방향으로의 상기 직사각형 기둥의 일측 변의 길이(a)는 타측 변의 길이(b)보다 길 수 있다.

상기 절연층에 수평인 방향으로의 단면에서 상기 2개의 직사각형 기둥이 나란히 배열된 방향으로의 상기 직사각형 기둥의 일측 변의 길이(a) 대 상기 타측 변의 길이(b)는 1.5:1 내지 6:1의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 마이크로 전극의 제2 접촉부의 폭은 상기 제1 접촉부의 폭보다 좁을 수 있다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 마이크로 전극 간의 피치는 0.27 ㎜ 이하일 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 테스트 소켓은 마이크로 전극이 직선 구조를 가짐에 따라 최근 요구되는 0.27㎜ 이하의 반도체 패키지 피치에도 우수하게 부응할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 테스트 소켓은 PCR 타입과 달리 마이크로 전극 간 피치가 절연층의 두께와 독립적이다. 따라서 마이크로 전극 간 피치가 줄어들더라도 일정 두께의 절연층을 유지할 수 있으므로, 반도체 패키지 가압 시 탄성체인 절연층과 마이크로 전극이 함께 오버드라이브로 인한 스트레스를 충분히 수용할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 테스트 소켓은 우수한 내구성과 전기적 특성을 가지며, 피치가 줄어들더라도 컨택 수명이 유지되어, 0.27㎜ 이하, 심지어 0.2 ㎜ 이하의 피치를 갖는 제품 구현까지 가능하게 된다.

아울러, 본 발명에 따른 테스트 소켓은 테스트 핸들러의 기판 패드와 닿는 마이크로 전극의 제2 접촉부 폭을 좁게 형성함으로써 테스트 핸들러의 기판 패드와의 콘택 저항을 낮출 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 테스트 소켓은 반도체 패키징 이후 일반 룸이나 준 클린 룸에서 이용되더라도 양호하게 검사 공정을 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓의 마이크로 전극을 보여준다.
도 3은 도 2의 선 A-A를 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 전극의 단면도이다.
도 4a은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓이 반도체 패키지 검사 공정에서 어떻게 이용되는지를 보여주기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓을 주변 장치와 함께 도시한 도면이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 테스트 소켓에 반도체 패키지를 가압할 때의 상태를 보여주는 도면이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓의 마이크로 전극 배열을 보여주는 상면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명의 요지와 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓(100)의 단면도이다. 이러한 테스트 소켓(100)은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 반도체 패키지(200)를 검사하기 위하여 반도체 패키지(200)와 테스트 핸들러의 기판 패드(400) 사이에 배치된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓(100)은 예컨대, BGA(Ball Grid Array) 패키지를 검사하기 위한 실리콘 러버(silicone rubber) 소켓일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓(100)은 절연층(110)과 복수 개의 마이크로 전극들(120)을 포함한다.

절연층(110)은 탄성을 가지며, 바람직하게는 액화 실리콘 러버를 경화시켜 제조된다. 절연층(110)의 재료로서 실리콘 러버가 바람직하기는 하나, 이에 제한되는 것은 아니며 탄성과 절연성을 갖는 임의의 재료일 수 있다. 절연층(110)은 반도체 패키지(200)가 가압될 때 압력을 흡수하여 반도체 패키지(200)의 단자들과 테스트 핸들러의 기판 패드(400), 그리고 마이크로 전극들(120)을 보호하는 역할을 한다.

마이크로 전극들(120)은 절연층(110) 내에 상기 절연층(110)의 두께 방향으로 관통하여 매립된다. 절연층(110) 내 매립된 마이크로 전극들(120)의 배열은 도 5을 참고한다. 마이크로 전극들(120) 간의 피치는 예컨대, 0.27 ㎜, 0.2 ㎜, 0.17 ㎜ 또는 0.15 ㎜일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓(100)의 마이크로 전극(120)을 도시한다. 마이크로 전극(120)은 반도체 패키지(200)와 접촉가능한 제1 접촉부(121), 테스트 핸들러의 기판 패드(400)와 접촉가능한 제2 접촉부(122) 및 상기 제1 접촉부(121)와 제2 접촉부(122)를 연결하는 직선형 연결부(123)를 포함한다. 여기서, 마이크로 전극(120)의 직선형 연결부(123)는 마이크로 전극(120)의 길이 방향을 따라 연장되고 서로 이격된 2개의 직사각형 기둥을 포함할 수 있다. 또한 2개의 직사각형 기둥은 서로 대칭으로 나란히 배열될 수 있다. 즉, 2개의 직사각형 기둥은 서로 동일한 크기 및 형태를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 직선형 연결부(123)는 2가닥으로 이루어진 11자형 빔의 형태를 가질 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이 직사각형 기둥의 상하 양단이 연결되어 길쭉한 ㅁ자 형을 가질 수도 있다. 또한, 마이크로 전극(120)의 제1 접촉부(121), 제2 접촉부(122), 직선형 연결부(123)는 MEMS 공정에 의해 일체로 제조될 수 있다. 마이크로 전극(120)의 재질은 구리, 니켈, 은, 코발트, 금 등과 같은 단일 도전성 금속재일 수도 있고, 2 이상의 금속으로 구성되는 도전성 금속합금일 수도 있다. 본 발명의 실시예에서는 Cu/Ni/Au 합금 또는 이들 재료를 순차적으로 전기도금 하여 이루어진 마이크로 전극(120)을 제시하나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 접촉부(121) 및 제2 접촉부(122)는 절연층(110)과 수평인 방향으로의 폭 또는 면적이 직선형 연결부(123)의 폭 또는 면적보다 더 넓게 구성되기 때문에, 반도체 패키지의 단자 또는 볼과 테스트 핸들러의 기판 패드와 안정적으로 접촉이 될 수 있고 반도체 패키지를 반복 검사하면서 발생할 수 있는 컨택의 위치 편차 또한 보상할 수 있다.

도 2에서는 마이크로 전극(120)의 제2 접촉부(122) 폭이 제1 접촉부(121)보다 좁은 것으로 예시되어 있는데, 테스트 핸들러의 기판 패드(400)와 접촉하는 제2 접촉부(122)의 폭을 좁게 하면 테스트 핸들러의 기판 패드(400)와의 콘택 저항을 낮출 수 있는 효과가 있다. 이러한 테스트 소켓(100)은 반도체 패키징 이후에 일반 룸이나 준 클린 룸에서 반도체 패키지를 검사하는데 이용되더라도 이물질에 의한 콘택 저항이 덜 발생하여 양호하게 검사 공정을 수행할 수 있다. 그러나 마이크로 전극(120)의 제2 접촉부(122) 폭과 제1 접촉부(121) 폭을 동일하게 구성하는 것 또한 물론 가능하다. 아울러, 마이크로 전극(120)의 제1 접촉부(121), 제2 접촉부(122)는 여러가지 형태로 제작이 가능하다.

도 3은 절연층(110)과 수평인 방향으로 도 2의 선 A-A를 따라 절단한 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 전극(120)의 단면도로서, 마이크로 전극(120)의 직선형 연결부(123)의 단면에 해당한다. 직선형 연결부(123)는 2개의 직사각형 기둥으로 이루어지고, 각각의 직사각형 기둥은 절연층(110)과 수평인 방향으로 절단했을 경우 직사각형 단면을 갖는다. 이러한 단면에서 상기 2개의 직사각형 기둥이 나란히 배열된 방향으로의 직사각형 단면의 일측 변의 길이(a)는 타측 변의 길이(b)보다 길게 구성된다. 길이가 긴 변을 '가로 변(a)'으로 지칭하고, 길이가 짧은 변을 '세로 변(b)'이라 지칭할 경우, 예컨대, a는 15~80 ㎛의 길이를 갖고 b는 10~50 ㎛의 길이를 갖는다. 2개의 직사각형 기둥 간의 간격(c)은 예컨대 20~50 ㎛의 길이를 가질 수 있다.

아울러, 오버드라이브만큼의 가압에 대응하여 적절히 휘어지면서도 좁은 피치를 만족시킬 수 있도록 하기 위하여 a:b의 비율은 1.5:1 내지 6:1인 것이 바람직하다. 예컨대, a:b의 비율은 2:1이다. 이러한 구성에서, 테스트 소켓(100)이 가압되면 마이크로 전극(120)의 직선형 연결부(123)는 세로 변(b) 방향으로 물리적인 휨이 발생한다. 따라서 오버드라이브만큼 가압이 이루어지더라도 마이크로 전극(120)의 직선형 연결부(123)는 쉽게 휘어져 탄성의 절연층(110)과 함께 스트레스를 받게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 마이크로 전극(120)의 직선형 연결부(123)가 2가닥의 빔으로 이루어기 때문에 가압하면 잘 휘어질 수 있다.

도 4a은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓(100)이 반도체 패키지 검사 공정에서 어떻게 이용되는지를 보여주기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓(100)을 주변 장치와 함께 도시하였다.

반도체 패키지(200)는 검사될 대상에 해당하는데 도 4a는 반도체 패키지(200)로서 볼(ball)이 형성된 BGA 패키지를 예시한다.

반도체 패키지(200)가 BGA 패키지인 경우, 테스트 소켓(100)의 상부에는 BGA 패키지의 볼들을 안내할 수 있는 BGA 볼 가이드(300)가 배치될 수 있다.

테스트 소켓(100)은 테스트 핸들러의 기판 패드(400), 즉, PCB 컨택 패드와 반도체 패키지(200) 사이에 배치된다.

도 4b는 반도체 패키지(200)의 검사를 수행하기 위하여 도 4a에 도시된 테스트 소켓(100)에 반도체 패키지(200)를 가압할 때의 상태를 보여준다.

반도체 패키지(200)의 검사를 수행하기 위하여 반도체 패키지(200)를 가압하게 되면, 반도체 패키지(200), 테스트 소켓(100), 테스트 핸들러의 기판 패드(400)가 서로 접촉이 된다. 이 때, 테스트 핸들러의 기판 패드(400)에 전기를 인가시켜 주면, 테스트 소켓(100)의 마이크로 전극(120)을 통해 반도체 패키지(200)의 단자 또는 볼로 전기가 인가되어 검사가 수행된다.

반도체 패키지(200) 가압 시 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓(100)의 절연층(110)은 상하 방향으로 압력을 받게 되고, 마이크로 전극들(120) 또한 폭이 얇은 쪽으로 힘을 받게 되어 도 4b에 도시된 바와 같이 오버드라이브 범위 내에서 살짝 휘어지게 된다. 이 때, 마이크로 전극(120)의 직선형 연결부(123)의 얇은 쪽 방향으로 휨이 발생한다.

본 발명에 따르면, 가압 시 발생하는 스트레스는 주로 탄성의 절연층(110)이 받게 되며, 마이크로 전극(120)들은 보조적으로 함께 받는다. 그리고 접촉이 해제되면 절연층(110)의 탄성력으로 휨이 발생했던 부분이 원 상태로 복원이 된다.

도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓의 마이크로 전극 배열을 보여준다. 마이크로 전극 간 피치는 예컨대, 0.27 ㎜일 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 테스트 소켓은 피치가 작아져도 그 강도는 변화가 없기 때문에, 피치가 작아지더라도 수명 저하가 최소화될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들을 통해 피치가 0.27 ㎜ 이하인 제품뿐만 아니라, 0.2 ㎜ 이하인 초소형 제품까지 구현이 가능하게 된다.

위 실시예들은 본 발명의 가장 기본적인 예에 불과할 뿐이기 때문에, 본 발명이 위의 실시예들에만 국한되는 것으로 이해되어서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 균등범위로 이해되어야 할 것이다.

100: 테스트 소켓
110: 절연층
120: 마이크로 전극
121: 제1 접촉부
122: 제2 접촉부
123: 직선형 연결부
200: 반도체 패키지
300: BGA 볼 가이드
400: 테스트 핸들러의 기판 패드

Claims (6)

1. 반도체 패키지를 검사하기 위한 테스트 소켓으로서,
   탄성이 있는 절연층; 및
   상기 절연층 내에 상기 절연층의 두께 방향으로 관통하여 매립된 복수 개의 마이크로 전극
   을 포함하고,
   상기 마이크로 전극은:
   반도체 패키지와 접촉가능한 제1 접촉부;
   테스트 핸들러의 기판 패드와 접촉가능한 제2 접촉부; 및
   상기 제1 접촉부와 제2 접촉부를 연결하도록 상기 마이크로 전극의 길이 방향으로 연장되는 직선형 연결부
   로 이루어지며,
   상기 직선형 연결부는 서로 이격된 2개의 직사각형 기둥을 포함하고,
   상기 마이크로 전극은 단일 도전성 금속재 또는 2 이상의 금속으로 구성되는 도전성 금속합금으로 이루어지고,
   상기 마이크로 전극의 상기 제1 접촉부, 제2 접촉부, 직선형 연결부는 MEMS 공정에 의해 일체로 제조되는
   테스트 소켓.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 절연층은 실리콘 러버(silicone rubber)를 포함하고,
   상기 2개의 직사각형 기둥은 서로 대칭으로 나란히 배열되고,
   상기 절연층에 수평인 방향으로의 단면에서 상기 2개의 직사각형 기둥이 나란히 배열된 방향으로의 상기 직사각형 기둥의 일측 변의 길이(a)는 타측 변의 길이(b)보다 긴
   테스트 소켓.
4. 제3항에 있어서,
   상기 절연층에 수평인 방향으로의 단면에서 상기 2개의 직사각형 기둥이 나란히 배열된 방향으로의 상기 직사각형 기둥의 일측 변의 길이(a) 대 상기 타측 변의 길이(b)는 1.5:1 내지 6:1의 범위 내에 있는
   테스트 소켓.
5. 제1항에 있어서,
   상기 마이크로 전극의 제2 접촉부의 폭은 상기 제1 접촉부의 폭보다 좁은
   테스트 소켓.
6. 제1항에 있어서,
   상기 마이크로 전극 간의 피치는 0.27 ㎜ 이하인
   테스트 소켓.

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