KR20060062824A - 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터 - Google Patents

반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터 Download PDF

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KR20060062824A
KR20060062824A KR1020040101799A KR20040101799A KR20060062824A KR 20060062824 A KR20060062824 A KR 20060062824A KR 1020040101799 A KR1020040101799 A KR 1020040101799A KR 20040101799 A KR20040101799 A KR 20040101799A KR 20060062824 A KR20060062824 A KR 20060062824A
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심현섭
방정호
이재일
서헌교
안영수
황순걸
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Abstract

본 발명은 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터에 관한 것으로, 반도체 패키지의 솔더 볼이 가하는 압력에 의해 저밀도 도전성 실리콘부가 손상되는 것을 억제하면서 안정적인 전기적 접촉을 구현하기 위해서, 절연성 실리콘 파우더와 도전성 파우더를 고형화하여 형성한 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터로서, 상기 절연성 실리콘 파우더가 고형화된 커넥터 몸체와; 상기 반도체 패키지의 솔더 볼에 대응되는 상기 커넥터 몸체의 위치에 상기 도전성 파우더가 모여 형성된 도전성 실리콘부;를 포함하며, 상기 도전성 실리콘부는, 상기 커넥터 몸체의 상부면에 근접하게 형성되며, 상부면이 상기 커넥터 몸체의 상부면에 대해서 돌출되게 형성된 고밀도 도전성 실리콘부와; 상기 고밀도 실리콘부 아래에 형성되며, 하부면이 상기 커넥터 몸체의 하부면으로 노출되는 저밀도 도전성 실리콘부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터를 제공한다.
실리콘, 커넥터, 테스트, 도전성, 고밀도

Description

반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터{Silicone connector for testing semiconductor package}
도 1은 종래기술에 따른 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터를 보여주는 부분 절개 사시도이다.
도 2는 도 1의 저밀도 도전성 실리콘부를 보여주는 확대도이다.
도 3은 도 1의 실리콘 커넥터의 일부분을 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 1의 실리콘 커넥터에 반도체 패키지가 접촉된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터를 보여주는 부분 절개 사시도이다.
도 6은 도 5의 도전성 실리콘부를 보여주는 확대도이다.
도 7은 도 5의 실리콘 커넥터의 일부분을 보여주는 단면도이다.
도 8a 내지 도 8c는 도 5의 실리콘 커넥터의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 단면도이다.
도 9는 도 5의 실리콘 커넥터에 반도체 패키지가 접촉된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥 터를 보여주는 단면도이다.
도 11은 도 10의 실리콘 커넥터가 테스트 기판에 설치된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터를 보여주는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터를 보여주는 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
120, 220, 320, 420 : 커넥터 몸체
125 : 실리콘 파우더
130, 230, 330, 430 : 도전성 실리콘부
132, 232, 332, 432 : 고밀도 도전성 실리콘부
134, 234, 334, 434 : 저밀도 도전성 실리콘부
135 : 도전성 파우더
200, 300, 400, 500 : 실리콘 커넥터
240 : 지지 테이프
350, 450 : 실리콘 접착제
460 : 금속 링
본 발명은 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 패키지의 솔더 볼이 가하는 압력에 의해 저밀도 도전성 실리콘부가 손상되는 것을 억제하면서 안정적인 전기적 접촉을 구현할 수 있는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 패키지 제조 공정에 의해 제조된 반도체 패키지는 제조된 이후에 제품의 신뢰성을 확인하기 위하여 각종 테스트를 실시하게 된다. 테스트는 반도체 패키지의 모든 입출력 단자를 검사 신호 발생 회로와 연결하여 정상적인 동작 및 단선 여부를 검사하는 전기적 특성 테스트와 반도체 패키지의 전원 입력 단자 등 몇몇 입출력 단자들을 검사 신호 발생 회로와 연결하여 정상 동작 조건보다 높은 온도, 전압 및 전류 등으로 스트레스를 인가하여 반도체 패키지의 수명 및 결함 발생 여부를 체크하는 번인 테스트(Burn-In Test)가 있다.
이와 같은 테스트는 커넥터(connector)에 반도체 패키지를 탑재시켜 전기적으로 접촉된 상태에서 진행된다. 그리고, 커넥터는 기본적으로 반도체 패키지의 형태에 따라서 그 모양이 결정되는 것이 일반적이며, 기계적인 접촉에 의해 반도체 패키지의 외부접속단자와 테스트 기판을 연결하는 매개체의 역할을 담당한다.
특히 반도체 패키지 중에서 외부접속단자로 솔더 볼을 사용하는 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array; BGA) 패키지의 경우, 한국등록실용신안공보 제182523번(2000년3월7일)나 한국등록실용신안공보 제247732호(2001년9월11일)에 개시된 바와 같이, 커넥터는 플라스틱 소재의 커넥터 몸체에 검사용 탐침이 내설된 구조를 갖는 커넥터가 주로 사용된다. 검사용 탐침으로 주로 포고 핀이 사용된다.
그런데 칩 레벨(chip level)의 칩 스케일 패키지(chip scale package; CSP)와 웨이퍼 레벨 칩 스케일 패키지(wafer level CSP; WLCSP) 등과 같이 반도체 패키지의 경박단소화에 따른 솔더 볼의 미세피치화에 따라서 이를 테스트할 수 있는 커넥터의 포고 핀 또한 미세피치화가 요구되지만, 포고 핀의 미세피치화에는 한계가 있다. 테스트 공정을 최소한 2단계 이상 진행함으로써 포고 핀에 의해 솔더 볼이 손상을 입게 되어 패키지 외관 불량 발생율이 높아지게 된다. 그리고 초고주파 대응을 위해 포고 핀의 길이가 짧아져야 하지만 포고 핀 제작 공정상 3mm 이하로 제작하기가 곤란하다.
따라서 초고주파용 반도체 패키지의 솔더 볼의 손상을 줄일 수 있는 커넥터로서, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은, 실리콘 커넥터(100; silicone connector)가 사용되고 있다.
종래기술에 따른 실리콘 커넥터(100)는 절연성 실리콘 파우더(25)와 도전성 파우더(35)를 고형화하여 형성한 반도체 패키지 테스트용 커넥터로서, 절연성 실리콘 파우더(25)가 고형화된 커넥터 몸체(20)와, 테스트할 반도체 패키지의 솔더 볼에 대응되는 커넥터 몸체(20)의 위치에 도전성 파우더(35)가 모여 형성된 저밀도 도전성 실리콘부(30)를 포함한다. 저밀도 도전성 실리콘부(30)는 커넥터 몸체(20)에 기둥 형태에 가깝게 수직으로 형성된다.
커넥터 몸체의 하부면(21)으로 노출된 도전성 실리콘부(30)의 하부면(31)은 테스트 기판의 기판 패드(도 4의 91)에 접촉하여 전기적으로 연결되고, 커넥터 몸 체의 상부면(23)으로 노출된 저밀도 도전성 실리콘부의 상부면(33)은 반도체 패키지의 솔더 볼(도 4의 81)과 접촉하여 전기적으로 연결된다.
종래기술에 따른 실리콘 커넥터(100)를 제조하는 방법을 설명하면, 절연성 실리콘 파우더(25)와 도전성 파우더(35)가 소정의 비율로 섞은 실리콘 혼합물을 준비한 상태에서 금형에 넣어 용융시킨다. 통상적으로 실리콘 파우더(25)와 도전성 파우더(35)가 1 대 1 비율로 혼합된 실리콘 혼합물을 사용한다.
그리고 저밀도 도전성 실리콘부(30)로 형성될 위치에 도전성 파우더(35)를 모으는 단계가 진행된다. 즉, 저밀도 도전성 실리콘부(30)가 형성될 위치에 전기를 걸어주면 용융된 실리콘 혼합물에 포함된 도전성 파우더(35)가 전기가 걸린 위치로 모이게 된다.
마지막으로 융융된 실리콘 혼합물을 고형화시킴으로써 종래기술에 따른 실리콘 커넥터(100)를 얻을 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 실리콘 커넥터(100)에 반도체 패키지(80)가 접촉되는 상태를, 도 4를 참조하여 설명하면, 먼저 실리콘 커넥터(100)가 설치된 테스트 기판(90)이 준비된다. 이때 커넥터 몸체의 하부면(21)으로 노출된 저밀도 도전성 실리콘부의 하부면(31)은 테스트 기판(90)의 기판 패드(91)에 접촉하여 전기적으로 연결된다.
실리콘 커넥터의 상부면(23)으로 이송된 반도체 패키지(80)의 솔더 볼(81)은 저밀도 도전성 실리콘부의 상부면(33)을 소정의 압력으로 가압하면서 탄성적으로 접촉됨으로써 전기적으로 연결되며, 이와 같은 상태에서 테스트 기판(80)을 통하여 테스트 신호가 실리콘 커넥터(100)를 매개로 반도체 패키지(80)로 전달되어 테스트 공정이 이루어진다.
이때 저밀도 도전성 실리콘부(30)를 포함하여 실리콘 커넥터(100)는 소프트(soft)한 소재로 탄성을 갖기 때문에, 반도체 패키지의 솔더 볼(81)이 저밀도 도전성 실리콘부의 상부면(33)을 소정의 압력으로 가압하게 되면, 솔더 볼(81)에 의해 저밀도 도전성 실리콘부의 상부면(33)은 눌리면서 솔더 볼(81)의 외주면을 감싸면서 안정적인 전기적 접촉을 구현한다. 저밀도 도전성 실리콘부(30)는 중심 부분에 볼록해 지고, 그에 따라서 저밀도 도전성 실리콘부(30)를 둘러싸는 커넥터 몸체(20)의 상부면(23)과 하부면(21)도 볼록하게 팽창하게 된다.
그런데 저밀도 도전성 실리콘부(30)는 소프트하기 때문에, 반복적인 반도체 패키지의 솔더 볼(81)의 접촉에 의해 쉽게 손상되는 문제점을 안고 있다. 즉 실리콘 커넥터(100)는 반도체 패키지(80)의 접촉 상태에서 수축과 팽창을 반복해야 하지만, 반도체 패키지의 솔더 볼(81)에 의해 반복적으로 눌린 저밀도 도전성 실리콘부의 상부면(33)이 파이는 현상 때문에 불량이 발생된다. 따라서 종래의 실리콘 커넥터(100)는 저밀도 도전성 실리콘부(30)의 손상으로 자주 교체해 주어야 하기 때문에, 실리콘 커넥터(100) 교체에 따른 비용적인 부담이 크다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 실리콘 커넥터로서, 한국등록실용신안공보 제278989호에는, 저밀도 도전성 실리콘부의 상단에 금속 링이 개재된 실리콘 커넥터가 개시되어 있다. 즉 저밀도 도전성 실리콘부의 상단에 금속 링을 개재함으로써, 금속 링 내부에 있는 저밀도 도전성 실리콘부가 반도체 패키지의 솔더 볼에 의해 눌릴 때 파이지 않도록 해서 실리콘 커넥터의 수명을 연장할 수 있다.
하지만 저밀도 도전성 실리콘부는 여전히 소프트한 반면 금속 링은 딱딱(hard)한 소재이기 때문에, 반도체 패키지가 실리콘 커넥터에 컨택하는 과정에서 발생되는 실리콘 커넉터의 반복적인 변형에 의해 저밀도 도전성 실리콘부의 상단부에서 금속 링이 빠지는 불량이 발생될 수 있다.
그 외 한국등록실용신안공보 제312739호에는 저밀도 도전성 실리콘부의 상단에 금속판이 개재된 실리콘 커넥터가 개시되어 있다. 금속판은 아래의 저밀도 도전성 실리콘부를 보호하기 때문에, 실리콘 커넥터의 수명을 연장시킬 수 있다.
하지만 금속판 전체가 저밀도 도전성 실리콘부를 덮고 있고, 금속판은 딱딱한 소재이기 때문에, 소프트한 성질을 갖는 저밀도 도전성 실리콘부에 비해서 금속판은 솔더 볼과 안정적인 전기적 접촉을 구현하는데 한계가 있다.
한편 금속판과 반도체 패키지의 솔더 볼 사이의 안정적인 접촉을 구현하기 위해서는 접촉 압력을 증가시켜야 하는데, 접촉 압력이 증가할 경우 금속판 아래의 저밀도 도전성 실리콘부가 손상되어 탄성이 급격히 저하되는 등의 문제가 재발될 수 있다. 즉 실리콘 커넥터는 반도체 패키지의 솔더 볼과 소정의 접촉 압력으로 가압된 이후에 자체 탄성에 위해 원래의 형태로 돌아오게 되는데, 금속판으로 인한 과도한 접촉 압력이 반복적으로 작용할 경우, 과도한 접촉 압력으로 눌린 저밀도 도전성 실리콘부의 손상이 더욱 빠르게 진행되는 문제점이 발생된다.
그리고 금속판은 실리콘 커넥터의 제조 공정과 별도로 저밀도 도전성 실리콘부의 상단에 도금, 에칭, 코팅 등의 방법으로 형성해야 하기 때문에, 제조 공정이 복잡하다.
또한 금속판 아래의 저밀도 도전성 실리콘부는 탄성을 갖는데 반하여 금속판은 거의 탄성을 갖지 않기 때문에, 금속판과 저밀도 도전성 실리콘부의 계면에서 박리가 발생될 수 있고 있다. 심할 경우 금속판이 저밀도 도전성 실리콘부의 상단에서 떨어져 나가는 불량이 발생될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 목적은 저밀도 도전성 실리콘부를 보호하면서 안정적인 전기적 접촉을 구현할 수 있도록 하는 데 있다.
본 발명의 제 2 목적은 종래의 실리콘 커넥터 제조 공정을 이용할 수 있도록 하는 데 있다.
본 발명의 제 3 목적은 저밀도 도전성 실리콘부와의 안정적인 접합 신뢰성을 확보할 수 있도록 하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 절연성 실리콘 파우더와 도전성 파우더를 고형화하여 형성한 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터로서, 상기 절연성 실리콘 파우더가 고형화된 커넥터 몸체와; 상기 반도체 패키지의 솔더 볼에 대응되는 상기 커넥터 몸체의 위치에 상기 도전성 파우더가 모여 형성된 도전성 실리콘부;를 포함하며,
상기 도전성 실리콘부는, 상기 커넥터 몸체의 상부면에 근접하게 형성되며, 상부면이 상기 커넥터 몸체의 상부면에 대해서 돌출되게 형성된 고밀도 도전성 실 리콘부와; 상기 고밀도 실리콘부 아래에 형성되며, 하부면이 상기 커넥터 몸체의 하부면으로 노출되는 저밀도 도전성 실리콘부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터를 제공한다.
본 발명에 따른 고밀도 도전성 실리콘부는 커넥터 몸체의 상부면 위에 형성될 수 있다. 고밀도 도전성 실리콘부는 저밀도 도전성 실리콘부의 상부면을 실질적으로 덮을 수 있는 크기로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 저밀도 도전성 실리콘부의 하단부는 커넥터 몸체의 하부면으로 돌출시킬 수 있다. 이때 저밀도 도전성 실리콘부의 하단부를 제외한 커넥터 몸체의 하부면에는 지지 테이프를 부착하거나, 하단부 주위에 실리콘 접착제를 도포할 수 있다. 지지 테이프로는 폴리이미드 테이프가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 실리콘 커넥터는 고밀도 도전성 실리콘부의 외주면에 결합된 금속 링을 더 포함할 수 있다. 금속 링의 소재로 BeCu가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 저밀도 도전성 실리콘부의 하부면에 저면 고밀도 도전성 실리콘부를 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 커넥터 몸체와 저밀도 도전성 실리콘부는 절연성 실리콘 파우더와 도전성 파우더를 동일 비율로 혼합한 실리콘 혼합물로 제조될 수 있다. 고밀도 도전성 실리콘부는 절연성 실리콘 파우더에 대해서 도전성 파우더가 80 내지 90%를 차지한다. 이때 도전성 실리콘부를 형성하는 도전성 파우더는 니켈 입자에 금이 코팅된 금속 파우더가 사용될 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
제 1 실시예
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터(200)를 보여주는 부분 절개 사시도이다. 도 6은 도 5의 도전성 실리콘부(130)를 보여주는 확대도이다. 그리고 도 7은 도 5의 실리콘 커넥터(200)의 일부분을 보여주는 단면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 실리콘 커넥터(200)는 실리콘 파우더(125)와 도전성 파우더(135)를 고형화하여 형성한 반도체 패키지 테스트용 커넥터로서, 실리콘 파우더(125)가 고형화된 커넥터 몸체(120)와, 테스트할 반도체 패키지의 솔더 볼에 대응되는 커넥터 몸체(120)의 위치에 도전성 파우더(135)가 모여 형성된 도전성 실리콘부(130)를 포함한다. 도전성 실리콘부(130)는 커넥터 몸체(120)에 기둥 형태에 가깝게 수직으로 형성된다.
특히 제 1 실시예에 따른 도전성 실리콘부(130)는 상부면(136)이 커넥터 몸체의 상부면(123)에 대해서 돌출되게 형성된 고밀도 도전성 실리콘부(132)와, 고밀도 도전성 실리콘부(132) 아래에 형성되며, 하부면(131)이 커넥터 몸체의 하부면(121)으로 노출되는 저밀도 도전성 실리콘부(134)를 포함한다. 이때 고밀도 도전성 실리콘부의 상부면(136)은 반도체 패키지의 솔더 볼이 접촉되는 볼 접촉부로 사용되며, 저밀도 도전성 실리콘부의 하부면(131)은 테스트 기판의 기판 패드가 접촉되는 기판 접촉부로 사용된다.
따라서 제 1 실시예에 따른 도전성 실리콘부(130)는 도전성 파우더(135)의 비율이 다른 저밀도 도전성 실리콘부(134) 위에 고밀도 도전성 실리콘부(132)가 배치된 구조를 갖기 때문에, 고밀도 도전성 실리콘부(132)가 반도체 패키지의 솔더 볼과 접촉함으로써 저밀도 도전성 실리콘부(134)에 작용하는 기계적인 스트레스를 완충하는 역할을 담당한다.
그리고 고밀도 도전성 실리콘부(124)는 저밀도 도전성 실리콘부(134)에 비해서 금속성이 강화되어 있고, 여전히 실리콘 파우더(125)를 포함하고 있어 일반적인 금속판에 비해서 탄성율이 높기 때문에, 반도체 패키지의 솔더 볼과 안정적인 전기적 접촉을 구현할 수 있다.
제 1 실시예에 따른 실리콘 커넥터(200)에 대해서 구체적으로 설명하면, 실리콘 커넥터(200)는 실리콘 파우더(125)와 도전성 파우더(135)를 소정의 비율로 혼합하여 형성하게 되는데, 도전성 파우더(135)로는 니켈 입자(Ni particle)에 금(Au)이 코팅된 파우더를 사용한다. 그리고 실리콘 파우더(125)로는 절연성의 실리콘 파우더를 사용한다.
커넥터 몸체(120)는 대부분 고형화된 실리콘 파우더(125)로 형성되며, 일부 저밀도 도전성 실리콘부(134)로 이동하지 못한 도전성 파우더 미량을 포함하고 있다.
저밀도 도전성 실리콘부(134)는 고형화된 실리콘 파우더(125)에 도전성 파우더(135)가 포함된 구조를 가지며, 반도체 패키지가 실리콘 커넥터(200)로 가하는 압력을 완충하는 탄성체의 역할을 담당한다. 저밀도 도전성 실리콘부(134)는 종래와 동일하게 실리콘 파우더(125)와 도전성 파우더(135)를 1 대 1 비율로 혼합하여 형성한다. 이때 저밀도 도전성 실리콘부(134)는 커넥터 몸체의 상부면(123)과 하부면(121)에 양단이 노출될 수 있도록 형성된다.
그리고 고밀도 도전성 실리콘부(132)는 커넥터 몸체의 상부면(123)에 노출된 저밀도 도전성 실리콘부의 상부면(133)에 형성된다. 고밀도 도전성 실리콘부(132)는 저밀도 도전성 실리콘부(134)를 보호할 수 있도록, 저밀도 도전성 실리콘부의 상부면(133)을 실질적으로 덮을 수 있는 크기로 형성된다.
이때 고밀도 도전성 실리콘부(132)는 저밀도 도전성 실리콘부(134)보다는 도전성 파우더(135)의 비율이 높으며, 예컨대 도전성 파우더(135)가 실리콘 파우더(125) 대비해서 80 내지 90%를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 이유는, 고밀도 도전성 실리콘부(132)의 도전성 파우더(135)의 비율이 80% 이하인 경우, 저밀도 도전성 실리콘부(134)에 비해서는 딱딱하지만 여전히 소프트한 성질이 강하여 저밀도 도전성 실리콘부(134)로만 구성된 것과 큰 차이가 없어 원하는 효과를 얻을 수 없었다. 반면에 도전성 파우더(135)의 비율이 90% 이상인 경우, 딱딱하기가 금속판과 비슷해지기 때문에, 한국등록실용신안공보 제312739호에 개시된 금속판을 사용하는 것과 거의 동일한 문제가 발생되었다.
제 1 실시예에 따른 실리콘 커넥터(200)의 제조 방법을 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 설명하겠다. 도 8a 내지 도 8c는 도 5의 실리콘 커넥터의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 단면도이다.
먼저 도 8a에 도시된 바와 같이, 고밀도 도전성 실리콘부(132)가 형성될 위치에 구멍(142)이 형성된 베이스 테이프(140)를 준비하는 단계로부터 출발한다. 베이스 테이프(140)로는 폴리이미드 테이프가 사용될 수 있다.
다음으로 베이스 테이프의 구멍(142)에 고밀도 도전성 실리콘부(132)를 형성하는 단계가 진행된다. 즉 고밀도 도전성 파우더를 포함하는 제 1 실리콘 혼합물을 베이스 테이프의 구멍(142)에 충전시킨 다음 용융시킨 후 고형화시킴으로써 고밀도 도전성 실리콘부(132)를 형성한다. 이때 제 1 실리콘 혼합물은 실리콘 파우더 대비 도전성 파우더가 80 내지 90%로 혼합된 실리콘 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로 베이스 테이프(140) 위에 저밀도 도전성 실리콘부(134)를 형성하는 단계가 진행된다. 즉, 도 8b에 도시된 바와 같이, 베이스 테이프(140)의 상부에 커넥터 몸체와 저밀도 도전성 실리콘부로 형성된 저밀도 도전성 파우더(135)를 포함하는 제 2 실리콘 혼합물을 베이스 테이프(140)의 상부에 투입한 다음 용융시키는 단계가 진행된다. 이때 제 2 실리콘 혼합물은 실리콘 파우더 대비 도전성 파우더가 약 50%로 혼합된 실리콘 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
이어서 도 8c에 도시된 바와 같이, 고밀도 도전성 실리콘부(132)를 중심으로 전기를 걸어주면 용융된 제 2 실리콘 혼합물에 포함된 도전성 파우더(135)가 전기가 걸리 고밀도 도전성 실리콘부(132) 위로 모이게 된다.
다음으로 융융된 실리콘 혼합물을 고형화시킴으로써 베이스 테이프(140)의 상부면에 저밀도 도전성 실리콘부(134)를 형성할 수 있다. 물론 커넥터 몸체(120)도 함께 형성된다.
마지막으로 베이스 테이프를 제거함으로써, 도 7에 도시된 바와 같은, 제 1 실시예에 따른 실리콘 커넥터(200)를 얻을 수 있다.
전술된 바와 같이 제 1 실시예에 따른 실리콘 커넥터(200)의 도전성 실리콘부(130)는 종래의 실리콘 커넥터의 제조 방법을 이용하여 형성할 수 있기 때문에, 고밀도 도전성 실리콘부(132) 형성을 위한 새로운 제조 방법이 요구되지 않는다.
그리고 고밀도 도전성 실리콘부(132) 및 저밀도 도전성 실리콘부(134)는 도전성 파우더(135)의 함량만 다른 뿐 동일한 구성을 갖기 때문에, 고밀도 도전성 실리콘부(132)와 저밀도 도전성 실리콘부(134)의 계면(저밀도 도전성 실리콘의 상부면(133)에 해당됨)에서 양호한 접합 신뢰성을 보인다.
한편 전술된 제 1 실시예에 따른 실리콘 커넥터(200)의 제조 방법은 일 예에 불과하며 다른 변형된 방법으로 형성될 수 있음은 물론이다. 예컨대, 제 1 실시예에 따른 도전성 실리콘부(130)를 형성하는 방법으로 고밀도 도전성 실리콘부(132)를 고형화한 후 저밀도 도전성 실리콘부(134)를 고형화하는 방법이 개시되어 있지만, 고밀도 도전성 실리콘부와 저밀도 도전성 실리콘부를 함께 고형화하는 방법을 채택할 수도 있다.
제 1 실시예에 따른 실리콘 커넥터(200)를 사용하여 반도체 패키지(80)를 테스트할 때, 실리콘 커넥터(200)와 반도체 패키지(80) 사이에 전기적으로 접촉되는 상태를 도 9를 참조하여 설명하겠다. 먼저 상부면에 실리콘 커넥터(200)가 설치된 테스트 기판(90)이 준비된다. 커넥터 몸체의 하부면(121)으로 노출된 저밀도 도전성 실리콘부의 하부면(131)은 테스트 기판의 기판 패드(91)에 밀착되게 설치된다.
다음으로 테스트될 반도체 패키지(80)가 실리콘 커넥터(200) 상부로 이송되 어 정렬된다. 물론 반도체 패키지의 솔더 볼(81)이 실리콘 커넥터(200)의 상부를 향하도록 이송된다. 이때 반도체 패키지(80)는 이송수단에 의해 하나씩 이송되어 테스트 공정이 진행될 수도 있고, 다수개가 트레이(tray)에 수납된 상태에서 이송될 수 있다. 물론 반도체 패키지들(80)이 트레이에 수납되어 이송된 경우, 트레이에 수납된 반도체 패키지(80)의 위치에 대응되는 위치에 실리콘 커넥터(200)가 설치된다. 이때 반도체 패키지(80)는 하부면에 반구형의 솔더 볼(81)이 형성된 CSP 또는 WLCSP일 수 있다.
다음으로 반도체 패키지(80)를 아래로 이동시켜 실리콘 커넥터(200)에 밀착시키면, 반도체 패키지의 솔더 볼(81)이 도전성 실리콘부(130)에 탄성적으로 접촉하게 된다. 즉, 반도체 패키지(80)를 누르는 가압력에 의해 반구형의 솔더 볼(81)이 고밀도 도전성 실리콘부의 상부면(136)을 누르게 되고, 눌린 고밀도 전성 실리콘부(132)는 아래쪽으로 수축되면서 솔더 볼(81)의 외주면을 감싸면서 부드럽게 접촉한다. 아울러 반도체 패키지(80)의 가압력은 고밀도 도전성 실리콘부(132) 아래의 저밀도 도전성 실리콘부(134) 및 커넥터 몸체(120)가 흡수함으로써, 반도체 패키지의 솔더 볼(81)은 도전성 실리콘부(130)에 탄성적으로 접촉되어 전기적으로 연결된다.
이와 같이 실리콘 커넥터(200)를 매개로 하여 테스트 기판(90)과 반도체 패키지(80)가 기계적인 접촉에 의해 전기적으로 연결된 상태에서, 테스트 기판의 기판 패드(91)를 통하여 테스트 신호가 실리콘 커넥터(200)의 도전성 실리콘부(130)를 지나 반도체 패키지의 솔더 볼(81)로 전달되어 테스트 공정이 이루어진다.
따라서 제 1 실시예에 따른 실리콘 커넥터(200)는 고밀도 도전성 실리콘부(132)에서 반도체 패키지의 솔더 볼(81)과 전기적 접촉을 이루고, 금속성이 강한 고밀도 도전성 실리콘부(132)에 의해 저밀도 도전성 실리콘부(134)가 보호되기 때문에, 반도체 패키지(80)가 가하는 압력에 의해 저밀도 도전성 실리콘부(134)가 손상되는 것을 억제할 수 있다.
그리고 고밀도 도전성 실리콘부(132)는 저밀도 도전성 실리콘부(134)에 비해서는 금속성이 강하기 때문에, 종래의 저밀도 도전성 실리콘부로만 구성된 실리콘 커넥터에 비해서는 반도체 패키지(80)의 접촉 압력이 증가하지만 금속판에 비하면 그 증가 정도가 작다. 아울러 고밀도 도전성 실리콘부(132)는 금속판에 비해서 완충성을 갖기 때문에, 반도체 패키지(80)의 접촉 압력의 증가를 최소화하면서 반도체 패키지의 솔더 볼(81)과 안정적인 전기적 접촉을 구현할 수 있다.
제 2 실시예
한편 본 발명의 제 1 실시예에서는 저밀도 도전성 실리콘부의 하부면이 커넥터 몸체의 하부면 상에 형성된 구조를 개시하였지만, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 커넥터 몸체(220)의 하부면(221)에 대해서 소정의 높이로 돌출되게 형성할 수 있다. 제 2 실시예에 따른 실리콘 커넥터(300)는 커넥터 몸체의 하부면(221)으로 저밀도 도전성 실리콘부(234)의 하부면(231)을 포함한 하단부(237)가 돌출된 구조를 갖는 것을 제외하면 제 1 실시예에 따른 실리콘 커넥터와 동일한 구조를 갖는다.
이때 돌출된 저밀도 도전성 실리콘부의 하단부(237)를 지지할 수 있도록, 돌출된 저밀도 도전성 실리콘부의 하단부(237)를 제외한 커넥터 몸체의 하부면(221)에 지지 테이프(240)를 부착할 수도 있다. 지지 테이프(240) 대신에 커넥터 몸체의 하부면(221)으로 돌출된 저밀도 도전성 실리콘부 하단부(237)의 외주면에 실리콘 접착제를 도포할 수도 있다.
저밀도 도전성 실리콘부의 하단부(237)를 커넥터 몸체의 하부면(221)에 대해서 돌출되게 형성함으로써, 테스트 기판의 기판 패드(91)에 소정의 탄성을 갖고 접촉될 수 있도록 한다. 그리고 반도체 패키지의 솔더 볼 접촉시 접촉 하중을 커넥터 몸체의 하부면(221)으로도 분산시킬 수 있다. 즉, 저밀도 도전성 실리콘부의 하단부(237)가 커넥터 몸체의 하부면(221)에 대해서 돌출되어 있기 때문에, 저밀도 도전성 실리콘부의 하부면이 커넥터 몸체의 하부면과 동일면에 형성되어 있는 것에 비해서 테스트 기판(90)에 탄성적으로 접촉될 수 있어 안정적인 전기적 접촉을 구현할 수 있다.
그리고 저밀도 도전성 실리콘부의 하단부(237)가 커넥터 몸체의 하부면(221)에 대해서 돌출되어 있기 때문에, 저밀도 도전성 실리콘부의 하부면이 커넥터 몸체의 하부면과 동일면에 형성된 실리콘 커넥터를 테스트 기판에 설치하는 것과 비교하면 커넥터 몸체의 하부면(221)과 테스트 기판(90)의 상부면 사이의 공간 폭(T)이 더 크다. 따라서 반도체 패키지가 실리콘 커넥터(300)를 가압할 때 커넥터 몸체의 상부면(223)을 비롯하여 하부면(221)이 함께 볼록하게 팽창하면서 반도체 패키지가 가하는 압력을 흡수하게 된다. 즉, 테스트 기판(90)과 실리콘 커넥터(300) 사이에 공간부가 형성되어 있기 때문에, 커넥터 몸체의 하부면(221)이 테스트 기판(90)의 상부면으로 팽창할 수 있는 충분한 공간을 제공할 수 있다.
제 3 실시예
또는 도 12에 도시된 바와 같이, 제 3 실시예에 따른 실리콘 커넥터(400)는 커넥터 몸체의 하부면(321)으로 돌출된 저밀도 도전성 실리콘부의 하부면(331)에 얇게 저면 고밀도 도전성 실리콘부(338)가 형성되어 있다. 그리고 돌출된 저밀도 도전성 실리콘부의 하단부(337)를 지지하기 위해서, 커넥터 몸체의 하부면(321)으로 돌출된 저밀도 도전성 실리콘부 하단부(337)의 외주면에 실리콘 접착제(350)를 도포할 수 있다.
이때 저면 고밀도 도전성 실리콘부(138)는 고밀도 도전성 실리콘부(132)와 동일한 소재로 형성할 수 있다. 그리고 실리콘 접착제(350)로는 커넥터 몸체(320) 및 저밀도 도전성 실리콘부의 하단부(337)와 접합 신뢰성을 고려하여, 실리콘 커넥터(400) 제조에 사용되는 실리콘 파우더와 동일한 소재의 실리콘 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.
이때 저밀도 도전성 실리콘부의 하부면(331)에 저면 고밀도 도전성 실리콘부(338)를 형성함으로써, 제 2 실시예에 개시된 효과를 기대할 수 있을 뿐만 아니라 기판 패드와 안정적인 접촉 신뢰성을 확보할 수 있다.
제 4 실시예
제 1 내지 제 3 실시예에 따른 실리콘 커넥터는 커넥터 몸체의 상부면에 고밀도 도전성 실리콘부가 형성되고, 고밀도 도전성 실리콘부가 저밀도 도전성 실리콘부를 덮도록 형성된 예를 개시하였지만, 도 13에 도시된 바와 같이, 제 4 실시예에 따른 실리콘 커넥터(500)는 고밀도 도전성 실리콘부(432)의 외주면에 금속 링(460)이 결합된 구조를 갖는다. 그리고 저밀도 도전성 실리콘부의 하단부(437)는 제 3 실시예와 동일한 구조를 갖기 때문에 자세한 설명은 생략한다. 이때 저밀도 도전성 실리콘부의 하단부는 제 1 또는 제 2 실시예와 동일한 구조로 형성할 수 있음은 물론이다.
제 4 실시예에 따른 실리콘 커넥터(500)에 대해서 구체적으로 설명하면, 커넥터 몸체(420)의 상부면(423)에 대해서 소정의 깊이로 결합된 금속 링(460)에 고밀도 도전성 실리콘부(432)가 충전되어 형성된다. 그리고 금속 링(460) 아래에 저밀도 도전성 실리콘부(434)가 형성된다. 도전성 실리콘부(430)의 혼합비는 제 1 실시예와 동일하기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
이때 저밀도 도전성 실리콘부(434)는 금속 링(460)의 외주면 안쪽에 형성되지만 고밀도 도전성 실리콘부(432)의 외경보다는 크게 형성된다.
제 4 실시예에 따른 금속 링(460)은 BeCu 소재로 제조하는 것이 바람직하며, 그 외 비전도성 소재로 제조할 수도 있다.
금속 링(460) 안쪽의 고밀도 도전성 실리콘부의 상부면(436)에 반도체 패키지의 솔더 볼이 안정적으로 접촉될 수 있도록, 금속 링(460)의 상단부는 커넥터 몸체의 상부면(423)에 대해서 약간 돌출되게 형성하는 것이 바람직하며, 금속 링 (460)의 상부면에 고밀도 도전성 실리콘부의 상부면(436)이 위치할 수 있도록 형성하는 것이 바람직하다.
따라서 반도체 패키지의 솔더 볼이 고밀도 도전성 실리콘부의 상부면(436)에 일차적으로 접촉함으로써, 저밀도 도전성 실리콘부(434)에 가해지는 기계적인 스트레스를 억제할 수 있다. 아울러 고밀도 도전성 실리콘부(432)의 외주면에 금속 링(460)이 결합된 구조를 갖기 때문에, 고밀도 도전성 실리콘부(432)의 이탈을 방지하면서 저밀도 도전성 실리콘부(434)에 가해지는 기계적인 스트레스를 추가적으로 억제할 수 있다.
한편 한국등록실용신안공보 제278989호에 개시된 금속 링이 개재된 실리콘 커넥터와 비교하여, 제 4 실시예에 따른 금속 링(460)이 고밀도 도전성 실리콘부(432)에 빠져나가는 불량이 염려될 수 있을 것이다. 하지만 한국등록실용신안공보 제278989호에 개시된 금속 링은 저밀도 도전성 실리콘부에 결합된 구조를 갖는 데 반하여, 제 4 실시예에 따른 실리콘 커넥터(500)는 금속 링(460)이 고밀도 도전성 실리콘부(432)에 결합된 구조를 갖는 다는 점에서 구성 상의 차이를 갖고 있다. 고밀도 도전성 실리콘부(432)는 저밀도 도전성 실리콘부(434)에 비해서 도전성 파우더의 함량이 높아 금속성이 강하기 때문에, 저밀도 도전성 실리콘부(434)와 비교해서 탄성이 떨어진다. 따라서 반도체 패키지들을 테스트하는 과정에서 고밀도 도전성 실리콘부(432)에 가압력이 반복적으로 작용하더라도 고밀도 도전성 실리콘부(432)의 수축과 팽창의 정도가 작기 때문에, 금속 링(460)이 고밀도 도전성 실리콘부(432)에서 빠지는 불량은 거의 발생되지 않는다.
한편 본 발명에 따른 제 1 내지 제 3 실시예에서는 커넥터 몸체의 상부면에 고밀도 도전성 실리콘부가 형성된 예를 개시하였지만, 커넥터 몸체의 하부면에도 고밀도 도전성 실리콘부를 형성할 도 있다.
그리고 제 4 실시예에서는 커넥터 몸체의 상부에 고밀도 도전성 실리콘부에 금속 링이 결합된 구조를 개시하였지만, 커넥터 몸체의 하부에도 고밀도 도전성 실리콘부에 금속 링이 결합된 구조로 형성할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
따라서, 본 발명의 구조를 따르면 저밀도 도전성 실리콘부의 상부에 반도체 패키지의 솔더 볼과 접촉을 이루는 고밀도 도전성 실리콘부를 형성함으로써, 반도체 패키지가 가하는 압력을 고밀도 도전성 실리콘부에서 흡수함으로써 저밀도 도전성 실리콘부가 손상되는 것을 억제할 수 있다.
그리고 고밀도 도전성 실리콘부는 금속판에 비해서 완충성을 갖고 저밀도 도전성 실리콘부에 비해서는 금속성이 강하기 때문에, 종래의 저밀도 도전성 실리콘부로만 구성된 실리콘 커넥터에 비해서는 패키지의 접촉 압력이 증가하지만 그 증가 정도를 최소화함으로써, 패키지의 접촉 압력 증가에 따른 저밀도 도전성 실리콘 부의 손상을 최소화할 수 있다.
또한 고밀도 도전성 실리콘부가 저밀도 도전성 실리콘부를 보호함으로써, 탄성체의 역할을 하는 저밀도 도전성 실리콘부의 특성을 종래에 비해서 길게 유지시킬 수 있어 실리콘 커넥터의 수명을 연장할 수 있다.
또한 고밀도 도전성 실리콘부 및 저밀도 도전성 실리콘부는 도전성 파우더의 함양만 다를 뿐 동일한 구성을 갖기 때문에, 고밀도 도전성 실리콘부와 저밀도 도전성 실리콘부의 계면에서 양호한 접합 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한 고밀도 도전성 실리콘부 및 저밀도 도전성 실리콘부는 종래의 실리콘 커넥터의 제조 방법을 그대로 활용하여 제조할 수 있기 때문에, 고밀도 도전성 실리콘부의 형성으로 이한 제조 비용의 증가를 최소화할 수 있다.
또한 커넥터 몸체의 하부면에 대해서 저밀도 도전성 실리콘부의 기판 접촉부를 돌출되게 형성함으로써, 테스트 기판의 기판 패드에 소정의 탄성을 갖고 접촉될 수 있도록 한다. 그리고 반도체 패키지의 솔더 볼 접촉시 접촉 하중을 커넥터 몸체의 하부면으로도 분산시킬 수 있다.

Claims (20)

  1. 절연성 실리콘 파우더와 도전성 파우더를 고형화하여 형성한 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터로서,
    상기 절연성 실리콘 파우더가 고형화된 커넥터 몸체와;
    상기 반도체 패키지의 솔더 볼에 대응되는 상기 커넥터 몸체의 위치에 상기 도전성 파우더가 모여 형성된 도전성 실리콘부;를 포함하며,
    상기 도전성 실리콘부는,
    상기 커넥터 몸체의 상부면에 근접하게 형성되며, 상부면이 상기 커넥터 몸체의 상부면에 대해서 돌출되게 형성된 고밀도 도전성 실리콘부와;
    상기 고밀도 실리콘부 아래에 형성되며, 하부면이 상기 커넥터 몸체의 하부면으로 노출되는 저밀도 도전성 실리콘부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 고밀도 도전성 실리콘부는 상기 커넥터 몸체의 상부면 위에 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 고밀도 도전성 실리콘부는 상기 저밀도 도전성 실리콘부의 상부면을 실질적으로 덮을 수 있는 크기로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 커넥터 몸체의 하부면으로 상기 저밀도 도전성 실리콘부의 하단부가 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 저밀도 도전성 실리콘부의 하단부를 제외한 상기 커넥터 몸체의 하부면에는 지지 테이프가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 지지 테이프는 폴리이미드 테이프인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 커넥터 몸체의 하부면으로 돌출된 상기 저밀도 도전성 실리콘부의 하단부를 지지하기 위해서 외주면에는 실리콘 접착제가 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 고밀도 도전성 실리콘부의 외주면에 결합된 금속 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 금속 링의 소재는 BeCu인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 커넥터 몸체의 하부면으로 상기 저밀도 도전성 실리콘부의 하단부가 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 저밀도 도전성 실리콘부의 하단부를 제외한 상기 커넥터 몸체의 하부면에는 지지 테이프가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 지지 테이프는 폴리이미드 테이프인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 커넥터 몸체의 하부면으로 돌출된 상기 저밀도 도전성 실리콘부의 하단부를 지지하기 위해서 외주면에는 실리콘 접착제가 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
  14. 제 4항 또는 제 10항에 있어서, 상기 저밀도 도전성 실리콘부의 하부면에 저면 고밀도 도전성 실리콘부가 얇게 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 커넥터 몸체와 상기 저밀도 도전성 실리콘부는 절연성 실리콘 파우더와 도전성 파우더를 동일 비율로 혼합한 실리콘 혼합물로 제조한 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 고밀도 도전성 실리콘부는 절연성 실리콘 파우더에 대해서 도전성 파우더가 80 내지 90%를 차지하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 도전성 실리콘부를 형성하는 도전성 파우더는 니켈 입자에 금이 코팅된 금속 파우더인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 저밀도 도전성 실리콘부의 하부면에 형성된 저면 고밀도 도전성 실리콘부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 저면 고밀도 도전성 실리콘부의 외주면에 결합된 금속 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 금속 링의 소재는 BeCu인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 실리콘 커넥터.
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