KR20130031190A - 고집적도 고성능 테스트 핀 및 검사용 소켓 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 테스트 핀 및 테스트 소켓은 반도체 웨이퍼, LCD 모듈, 반도체 패키지, 각종 소켓 등의 전자 부품 사이에서 전달되는 전기 신호의 손실 및 왜곡을 최소화할 수 있으며, 물리적인 사이즈가 최소화될 수 있는 효과가 있어 고주파수 영역 및 고집적도 반도체의 테스트에 적합하고 제조비용이 저렴하다.

Description

고집적도 고성능 테스트 핀 및 검사용 소켓 {Test pin and test socket for extremely fine pitch and high performance}
본 발명은 테스트 핀 및 이를 채용한 테스트 소켓에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 반도체 웨이퍼, LCD 모듈, 반도체 패키지 등을 검사할 수 있는 검사 소켓, 또는 각종 전자 장치 사이에서 연결부의 역할을 하며 전기 신호를 전달하는 커낵터에 관한 것 이다.
반도체 검사용 소켓에 널리 채용되는 포고핀(Pogo Pin)은 반도체 웨이퍼, LCD 모듈 및 반도체 패키지 등의 검사 장비를 비롯하여, 각종 소켓, 핸드폰의 배터리 연결부 등에 널리 사용되는 부품이다.
도 1은 종래의 일반적인 포고핀을 보여주는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 포고핀(6)은 상부 탐침(12), 하부 탐침(14), 상부 탐침(12) 및 하부 탐침(14)에 탄성력을 가하는 스프링(16)과, 상부 탐침(12)의 하단과 하부 탐침(14)의 상단 및 스프링(16)을 수용하는 원통형 몸체(18)를 포함한다. 상부 탐침(12)과 하부 탐침(14)은 그 일단이 원통형 몸체(18)에 걸려 원통형 몸체(18)로부터 외부로의 이탈이 방지되며, 스프링(16)에 의해 탄성력을 받는다.
도 2는 반도체 패키지 테스트 소켓의 일 예를 보인 단면도로서, 반도체 패키지의 외부단자와 PCB상의 금속배선 사이를 연결하는 수단으로 포고핀을 사용한 예를 보여주고 있다.
도면을 참조하면, 종래의 반도체 패키지 테스트 소켓(20)은, 피테스트 소자(반도체 패키지)(3)의 외부단자(3a)와 테스트 보드(5)의 컨택트 패드(5a)를 전기적으로 연결하는 역할을 하는 포고핀(6)들과, 이 포고핀들이 일정한 간격으로 배열되도록 하며 포고핀들을 변형이나 외부의 물리적인 충격으로부터 보호하기 위하여 포고핀들을 지지하는 절연성의 본체(1)로 구성된다.
포고핀(6)은, 관형의 핀 몸체(11)과; 핀 몸체(11)의 상측에 결합되어 패키지(3)의 외부단자(3a)에 접촉되는 금속체로 된 상부 탐침(12)과; 상기 핀 몸체(11)의 하측에 결합되어 테스트 보드(5)의 컨택트 패드(5a)에 접촉되는 금속체로된 하부 탐침(13)과; 상기 상부 탐침(12)에 상단부가 접촉되고 하부 탐침(14)에 하단부가 접촉되도록 상기 핀 몸체(11)의 내부에 배치되어, 검사시 상부 탐침(12)이 패키지(3)의 외부단자(3a)에 접촉되고 하부 탐침(13)이 테스트 보드(5)의 컨택트 패드(5a)에 접촉될 때 탄력적으로 접촉될 수 있도록 하기 위한 코일 스프링(14)으로 구성되어 있다.
그런데, 반도체 패키지의 소형화, 집적화 및 고성능화가 진행됨에 따라 이를 검사하기 위한 포고핀의 크기도 매우 작아져야 할 필요가 있다. 반도체 패키지의 외부단자(3a)들 사이의 거리가 가까워지는 만큼 포고핀(6)의 외경이 작아져야 하며, 반도체 패키지와 테스트 보드 사이의 전기 저항을 최소화하기 위해서는 포고핀(6)의 길이가 최소화되어야 한다.　
예를 들어, 반도체 패키지(3)로부터 테스트 보드(5) 사이의 거리를 2 mm 이하로 줄이고자 한다면, 이에 따라 포고핀(6)의 직선 길이도 2 mm 정도의 사이즈로 제조되어야만 한다.
한편, 반도체 패키지(3)의 외부단자(3a)와 상부 탐침(12) 사이의 전기적 접촉과, 컨택트 패드(5a)와 하부 탐침(14)의 전기적 접촉을 확실하게 보장하기 위해서는, 상부 탐침(12) 및 하부 탐침(14) 사이의 최대 이동 거리가 큰 것이 유리하다.
그런데, 포고 핀(6)의 직선길이가 예를 들어 2 mm 이하로 제한되는 경우와 같이 그 크기가 소형인 경우에는 종래의 포고핀(6) 구조로 최대 이동 거리를 크게 하는 것이 대단히 어렵다.
요약하여 좁은 공간에서 최대의 이동거리를 구현할 수 있는 구조를 찾아내는 것은 고성능 또는 고집적도 반도체의 테스트에 매우 절실한 과제이다.　
좁은 공간에서 최대의 이동거리를 구현할 수 있는 구조가 왜 절실한 과제인가
또는 전기적 접촉을 확실하게 보장하기 위해서는, 상부 탐침(12) 및 하부 탐침(14) 사이의 최대 이동 거리가 큰 것이 유리한 이유를 설명한다.
반도체 및 기구 물을 제조하는 과정에서 본래의 요구되는 치수가 있고 이러한 치수에서 벗어나는 것을 일정한도 허용하는 허용공차가 있다. 예를 들어 폭이 0.1mm 이어야 한다는 요구 사항 있을 때 결과물의 치수가 0.11mm 일 경우, 0.101mm 일 경우 또는 0.1001mm 경우 등이 있습니다. 공칭치수가 공히 0.1mm 일지 라도 0.11mm 까지 만족 시키는 경우와 0.1001mm 를 만족 시키는 경우의 차이는 매우 큰 것 입니다. 한 예를 들어 같은 외형이나 그 제조 단가는 매우 큰 차이를 보일 수 있는 것 입니다.
테스트 핀의 구조가 “좁은 공간에서 최대의 이동거리”를 낼 수 있는 구조 라면 설사 피 검체 및 주변 구조물들의 치수가 다소 크거나 작더라도, 또는 허용공차가 크더라도, 공간의 연결을 확실하게 하므로 검사의 신뢰도가 높아 질 수 있는 것 입니다.
요약하여 종래 포고 핀(6)의 경우 전기적 측면의 연결의 신뢰도는 결과적으로 기구적 측면의 이동거리와 밀접한 관계를 가집니다.
또한 종래 포고 핀(6)의 경우 전기적 측면의 연결의 신뢰도를 만족 시키는 동시에 기구적인 측면, 즉 10만회 이상의 수명을 보장해 하는 등, 서로 상충되는 문제점을 가집니다. 이는 “고질적인 문제점”이라고 표현할 수 있습니다.
한 예를 들어 상부 탐침(12)에서 감지된 전기신호가 핀 몸체(18)로 전달되기 위하여는 상부 탐침(12)과 핀 몸체(18)가 확실한 접촉을 이루어야 하는데 이는 상부 탐침(12)이 상하로 자유로이 이동하며 동작하는 것과 서로 상치되는 것이다.
이를 달리 설명하면 핀 몸체(18)의 내경과 상부탐침(12)의 외경이 같으면 확실한 접촉을 이룰 수 는 있으나 상부탐침(12)은 자유로운 이동이 불가능 하여지며 이를 개선 하고자 핀 몸체(18)의 내경을 상부탐침(12)의 외경보다 크게 하면 전기적 연결의 신뢰도가 떨어지는 것이다.　 이러한 현상은 상부 탐침(12)의 상하 운동이 많아 질수록 더욱 심화 되는 데 즉 핀 몸체의 내경면 그리고 상부 탐침(12)의 외경면에 입혀진 도금 층이 벗겨지면 유격이 커지는 것이다. 이는 통상요구 되는 포고 핀(6)의 수명 즉 상하 운동의 횟수가 10 만회 이상인 것을 감안하면 이는 매우 “고질적인 문제” 점이다.　　
인용발명1의 경우 상부탐침, 탄성부, 하부탐침 등이 일체형으로 이루어져 상기한 고질적인 문제는 일부 해소 되었으나 탄성부의 단면이 되는 직사각형의 높이h 가 직사각형 단면의 밑변의 길이b 보다 큰 형태를 채택하고 있습니다. (인용발명1의 도면5a 또는 도면 8b) 이에 대한 부가적인 설명은 과제해결수단에 있습니다.
이러한 한 형태에서는 단면의 이차모멘트가 극대화 되며 외팔보의 처짐량이 극소화 되거나 이동거리가 극소화되므로 인하여 상대적인 전체의 길이가 매우 길어지므로 이를 통과하는 과정에서 전기 저항 값이 높아지고 테스트 소켓이 조립이 어려워 고성능, 고집도용도의 테스트 소켓에의 채용에 한계를 가지는 것 입니다.
인용특허 1 출원번호 10-2006-0019017, 공개번호 10-2006-0095511
없음
본 발명은 상기한 문제점들을 극복하기 위한 것으로서 하기의 목적을 가진다. 하기의 목적들은 예시를 위한 것이며, 이들에 국한되는 것은 당연히 아니다.
본 발명은 소형의 크기를 가지면서도 충분한 수축거리를 보장하는 테스트 핀, 이를 채택한 테스트 소켓 및 이들의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 충분한 탄성력을 제공하면서도 단면의 크기를 최소화 하여 고집적도 용도에의 사용이 가능한 테스트 핀, 이를 채택한 테스트 소켓 및 이들의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 소형의 크기를 가지면서도 충분한 탄성력을 보장하는 테스트 핀, 이를 채택한 테스트 소켓 및 이들의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 소형의 크기를 가지면서도 낮은 전기 저항을 가지는 테스트 핀, 이를 채택한 테스트 소켓 및 이들의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 고 성능의 분야에서 매우 미세하고 정밀한 전기신호 측정을 할 수 있는 구조의 테스트 핀, 이를 채택한 테스트 소켓 및 이들의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
위에 서술 한 바와 같이 고성능 또는 고집적도 용 반도체의 테스트에 요구되는　　 테스트 핀의 특성, 특히 기구적인 특성에 있어서 “제한된 공간에서 충분한 수축거리를 보장” 할 수 있는 구조의 발명은 매우 중요합니다.
이와 같은 배경에서 인용발명 문제점과 외팔 보의 처짐을 계산하는 한 공식을 들어 본 발명의 취지를 설명한다.
δ = P x　 / (3 x E x I)
또한 I = b x /12
여기서 δ= 외팔 보의 처짐 량, P = 외팔 보에 가해지는 하중, L = 작용점까지의 거리, E = 소재의 종 탄성 계수, I = 소재의 단면 2차 모멘트, b = 직사각형 단면의 밑변의 길이, h = 직사각형 단면의 높이
이를 달리 설명하면 단면의 형상이 사각형인 외팔보에 있어서, 가해지는 하중에 의하여 발생하는 변위량은 단면의 2차 모멘트와 반비례하며, 단면의 이차모멘트는 단면 사각형의 밑변의 길이에 비례하고 높이의 세제곱에 비례한다.
이를 요약하면 단면의 형상이 사각형인 외팔보에 있어서, 가해지는 하중에 의하여 발생하는 변위 량은 단면 사각형의 밑변의 길이에 반비례하고 높이의 세제곱에 반비례한다.
이를 좀더 구체적으로 설명하면 외팔보의 단면이 되는 사각형의 높이가 2배가 되면 동일한 하중에 의한 변위량은 1/8배로 급격히 줄어 드는 것이다. 도13 및 도15 는 이를 비교하여 수치적으로 설명합니다.
도14는 단면의 높이를 1/2로 줄이고 단면의 폭을 2배로 늘린 상태, 즉 단면적이 같은 상태에서 변위량이 4배로 늘어나는 것을 도시하고 있습니다.
또한 외팔보에 있어 단면 사각형의 높이가 1/2배 가 되면, 반으로 줄면, 동일한 외부 압력에 의한 변위 량은 즉 8배가 되는 것이다.
테스트 핀에 있어서 같은 공간 또는 같은 하중에서 변위 량을 많이, 8배, 낼 수 있다는 것은 매우 큰 장점이 된다.
즉 작은 공간이나 상대적으로 짧은 길이의 핀에서 원하는 변위량을 낼 수가 있다면 테스트 소켓의 높이를 최소화하거나, 핀과 핀 사이의 간격을 줄여 집적도를 높이거나 전기신호의 이동거리를 최소화하여 고주파영역의 반도체 테스트에 채용하는 등의 선택을 가능하게 하는 것이다.
그럼에도 불구하고 인용발명1 의 경우 직사각형 단면의 높이h 가 직사각형 단면의 밑변의 길이b 보다 큰 형태를 채택하고 있습니다. (인용발명1의 도면5a 또는 도면 8b)
달리 표현하자면 단면의 이차모멘트가 극대화 되는 형상을 채택하므로 외팔보의 처짐량이 극소화 되거나 이동거리가 극소화되는 현상이 불가피하여 지는 형상을 보여 주고 있습니다.
본 발명의 일 실시 예는 변위 량을 용이하게 구현하기 위하여 단면 사각형의 밑변의 길이b 를 크게 하고 높이h 를 최소화는 구조를 가지며, 그 구조에 있어 옆으로 기울인 V 형태의 테스트 핀을 채용한다.
본 발명의 일 실시 예는 변위 량을 용이하면서도 필요한 탄성력을 제공하기 위하여 단면 사각형의 밑변의 길이b가 높이h 보다 큰 구조를, 그 형상에 있어 옆으로 기울인 V 를 가진다.
도16은 본 발명의 일 실시 예로써 단면의 높이가 h인 하나의 핀을 대체하여 단면의 높이가 h/2 인 두 개의 핀들을 중첩하여 조립한 형태를 도시하고 있습니다.
이러한 형태의 구조는 단면적에 있어서는 변화가 없음에도 불구하고 같은
외부 압력P 의 상태 와 같은 직선 길이에서 4배의 변위량을 구현 할 수 있는
것입니다.
이를 달리 설명하자면 1/4 크기의 직선 길이 및 같은 외부 압력p 의 조건에서
같은 크기의 변위량을 구현해 낼 수 있는 것이다.
이를 달리 설명하자면 같은 직선 길이 및 1/4 크기의 외부압력 p 의 조건
에서 같은 크기의 변위량을 구현해 낼 수 있는 것이다.
즉 본 발명의 일 실시예에서 단면의 높이가 h인 하나의 핀을 대체하여 단면의 높이가 h/2 인 두 개의 핀들을 중첩하는 경우, 얇은 두께의 반도체 테스트 소켓 또는 핀간의 거리를 최소화 하는 등의 시도를 가능케 하는 것이다.
또한 본 발명은 일 실시 예에 있어 핀과 핀 사이의 간격을 유지하는 목적으로 스페이서를 채용한다.
도9 은 스페이서를 형상을 보여준다.　 스페이서는 다수의 구멍을 가지고 있으며 하나의 구멍에는 하나 이상의 핀을 수용한다.
예를 들어 두 개의 핀을 하나의 구멍에 두 개의 핀을 수용하는 일 실시예의 경우 구멍의 크기는 핀 두 개의 단면적보다 크고 두 개의 핀은 사각 구멍의 중간에 위치한다.
이는 한 쌍의 핀과 이웃하는 다른 한 쌍의 핀들이 이격하면서도 각각 독자로 움직일 수 있는 공간을 마련하기 위함이다.
또한 테스트 핀이나 연결 핀의 경우 피검체 또는 피연결체와의 확실한 접촉이 매우 중요한데 본 발명의 일 실시예의 경우 하중 P 에 의하여 처짐이 발생하면 접촉점(121) 는 Mt 만큼의 이동이 발생한다.
이는 편의상 긁힘, scrubbing, 이라고 표현하며 긁힘 현상은 피검체 또는 피연결체 표면의 산화피막등 접촉에 장애가 되는 물질들을 제거하여 확실한 전기적 접촉에 도움이 된다.　　
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 테스트 핀을 소정의 띠 형태의 판재를 연속적으로 절곡하여 제조한다.
본 발명의 일 양상에 따른 테스트 핀은 누운 'V'형 또는 'U'형의 띠형상 금속 판형재로 구성된다.
본 발명의 일 양상에 따른 테스트 핀(301, 302)은 한 쌍을 이루며 각 각의 핀은 그 표면에 전기절연 피복(401)이 되어있으며 또한 상기 한 쌍의 핀(301, 302)이 협력하여 피 테스트 소자(반도체 패키지)(3)의 한 외부단자(3a)와 테스트 보드(5)의 한 개의 컨텍트 패드(5a)를 연결한다. 　이와 구조에서 한 쌍의 핀 중 하나의 핀(301)이 전기 신호를 전달하는 경우 다른 하나의 핀(302)는 전류 또는 전기저항의 크기를 감지하므로 이를 조절하게 하므로 테스트가 최적한 조건에서 이루어질 수 있도록 하는 역할을 하므로 검사의 신뢰도를 대폭 향상시키는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 테스트 핀은 종래의 테스트 핀에 비하여 소형으로 제조가 가능하다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 테스트 연결 핀은 종래의 테스트 핀에 비하여 테스트 핀을 만드는 평판재 단면의 폭/높이 비를 높게 할 수 있어 소형의 크기에도 충분한 탐침 이동 거리를 확보할 수 있게 되는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 테스트 핀은, 핀의 단면적을 크게 할 수 있으므로　 전기 저항을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또 본 발명의 일 실시 예에 의한 테스트 핀은 모든 부품이 하나의 평판재로부터 절곡되어 형성되므로 제조 비용이 저렴한 효과가 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 반도체 검사용 소켓은 종래의 검사용 소켓에 비하여 소형으로 제조가 가능하다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 반도체 검사용 소켓은 종래의 검사용 소켓에 비하여 소켓의 높이를 작게 할 수 있으며 소형의 크기에도 충분한 탐침 이동 거리를 확보할 수 있게 되는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 반도체 검사용 소켓은 전기 신호의 경로를 최단화 할 수 있으므로 전기 저항을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 반도체 검사용 소켓은 전기 신호의 경로를 최단화 할 수 있으므로 전기 신호의 손실을 최소화 할 수 있으므로 고주파 영역의 반도체 테스트에 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 반도체 검사용 소켓은 테스트 핀과 테스트 핀 사이
의 간격을 최소화 할 수 있으므로 고집적도 반도체 테스트에 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 경우 테스트 회로간의 전류 또는 전기저항의 편차를 감지하여 최적의 조건으로 조정하여 검사하므로 매우 미세하고 정밀한 전기신호 측정을 하는 데 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 반도체 검사용 소켓은 종래의 검사용 소켓에 비하여 제조 비용이 저렴한 효과가 있다.
도 1은 종래의 일반적인 포고핀을 보여주는 단면도이다.
도 2는 반도체 패키지 테스트 소켓의 일 예를 보인 단면도로서, 반도체 패키지의 외부단자와 PCB상의 금속배선 사이를 연결하는 수단으로 포고핀을 사용한 예를 보여주고 있다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)의 구조를 나타낸 도면
도4는 도3의 측면도면
도5는 상부탐침(120)에 상부에 하중이 가해지지 않은 상태의 도면
도6은 상부탐침(120)의 상부에 하중이 가해진 상태의 도면
도7은 하나의 구멍에 한 쌍의 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)들이 수용 되어 있는 두 개의 일 실시 예에 따른 반도체 검사용 소켓(200)의 도면
도8은 다수의 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)들이 스페이서(202)와의 조립이 끝난 후 하부커버(203)와의 조립을 시도하는 모습이다.
도9는 다수의 구멍이 구성되어 있는 스페이서의 형상
도 10 은 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)이 제조 된 후 일정한 간격을 유지하며 릴에 달려 있는 상태의 도면
도11은 도10의 측면도
도12는 일 실시예의 의한 반도체 검사용 소켓의 외형
도13은 단면의 높이가 2a 단면의 폭이 a 인 경우 변위량 d1　 가 되는 것을 도시
도14은 단면의 높이가 a 단면의 폭이 2a 인 경우 변위량 d1의 4 배가 되는 것을 도시
도15은 단면의 높이가 a 단면의 폭이 a 인 경우 변위량 d1의 8배가 되는 것을 도시
도16은 단면의 높이가 2a 단면의 폭이 a 인 경우이나 변위량은 d1의 4 배가 되는 것을 도시
도17은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 한 쌍의 절연 피복(401)된 테스트 핀(301, 302)의 구조를 나타낸 도면
도18은 본 발명의 제 4 실시 예의 일 예 따른 테스트 소켓(300)의 구조를 나타낸 도면
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 권리범위는 아래의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술 적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변형 실시될 수 있다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사 한 부분에 대해서는 유사한 명칭 및 도면 부호를 사용한다.
종래 기술에서는 원통형 몸체(18)를 통하여 상부 탐침(12) 및 하부 탐침(14)
이 서로 전기적으로 연결되었으나, 본 발명에서는 도3에 도시한 일체형의 테스트 핀(60)을 이용하여 전기적 경로를 형성하며 판 스프링의 구조를 이용하여 탄성 및 수축 이완을 제공한다. 종래 기술에서는 원통형 몸체(18)를 통하여 상부 탐침(12) 및 하부 탐침(14)이 서로 전기적으로 연결되었으나, 본 발명에서는 종래의 원통형 몸체(18)를 사용하지 않고 판 스프링 부(160)를 통하여 이용하여 전기적 경로를 형성한다. 이러한 전기적 경로를 '일체형 판 스프링 테스트 핀(One body plate spring test pin)'라 명명한다.
종래 기술에서는 원통형 몸체(18)를 통하여 상부 탐침(12) 및 하부 탐침(14)이 서로 전기적으로 연결되었고 상부 탐침(12) 과 원통형 몸체(18) 사이의 연결 또는 원통형 몸체(18) 사이의 연결 하부 탐침(14)의 전기적 연결은 고질적인 문제를 내포하고 있다.　 이러한 문제는 이미 배경기술의 후반에서 상세히 설명하였으므로 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
종래의 기술에서는 통상 한 개의 핀(160))이 피 테스트 소자(반도체 패키지)(3)의 한 외부단자(3a)와 　테스트 보드(5)의 한 개의 컨텍트 패드(5a)에 접촉을 이루며 전기신호를 전달하는 것이 일상적인 전기신호회로 구성 방식으로 전기신호를 전달하는 구조이나 본 발명의 일 실시 예는 각각 전기 절연 피복(401)층이 형성된 두 개의 핀(301, 302)이 피 테스트 소자(반도체 패키지)(3)의 한 외부단자(3a)와 　테스트 보드(5)의 한 개의 컨텍트 패드(5a)에 접촉을 이루는 구조를 채택한다.
한편, 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)을 제조 하는 작업은 연속 스템핑 (Progressive Stamping) 공법을 적용하는 것이 바람직하다. 그리고 판형재는, 절곡 단계에서 소정의 연신성이 요구되며, 이후 열처리에 의해 탄성 및 강도를 용이하게 높일 수 있는 소재이어야 한다. 또한 전기적 저항이 작은 게 유리한데, 이러한 조건에 부합되는 재료로는 베릴륨 동 합금이 선호되며, 특히 베릴륨 동 25 합금인 ASTM C17200이 적합하나, 기계적, 전기적 요구조건을 만족시키는 다른 재료도 사용될 수 있을 것이다.
절곡 공정 전·후에 선택적으로 도금 및 열처리 공정을 추가할 수 있는데, 도금 재료로는 금과 같이 전기 저항이 낮은 재료가 사용될 수 있으며, 소둔(annealing), 공랭(normalizing), 급랭(quenching), 뜨임(tempering) 등의 열처리가 필요에 따라 사용될 수 있다.
도 10 및 도11 은 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)이 제조 된 후 일정한 간격을 유지하며 릴에 달려 있는 상태와 이의 측면도 이다.
도 8은 다수의 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)들이 스페이서(202)와의 조립이 끝난 후 하부커버(203)와의 조립을 시도하는 모습이다.
일체형 판 스프링 테스트 핀(60)이 제조 된 후 일정한 간격을 유지하며 릴에 달려 있는 상태로 스페이서(202), 하부커버(203)과 조립을 하면 한 번에 여러 개를 조립할 수 있으므로 생산성을 높이거나 조립단가를 떨어뜨릴 수가 있다.
1. 제 1 실시예
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)의 구조를 나타낸 도면이며 도4는 측면도이다.
도5 및 도6를 들어 상기 일체형 판 스프링 테스트 핀(60) 및 이를 수용한 반도체 테스트 소켓(200)의 작동 원리를 설명한다.
도5는 상부탐침(120)에 상부에 하중이 가해지지 않은 상태를 보여주며 스페이서부(162) 와 소켓몸체(201) 사이에는 C 만큼의 간격이 유지된다. 도6은 상부탐침(120)의 상부에 하중이 가해지면 상부탐침(120)은 하강하며 스페이서(202)는 슬라이딩하며 우측으로 수평이동하고 스페이서부(162) 와 소켓몸체(201) 사이의 간격 C 가 좁혀진다.
하부탐침(130)이 고정된 상태에서 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)의 상부에 P 만큼의 힘이 가해지면 상부탐침(120)은 d 만큼 하강하며 수직 이동거리가 발생하며 동시에 Mt 만큼의 수평이동 거리가 발생한다.
상기 Mt 만큼의 수평이동 거리는 중요한 의미를 가진다. 즉 상부탐침(120)이 피검체인 반도체 패키지(3)의 외부단자(3a)와 접촉을 이룬 상태에서 Mt 만큼의 수평이동은 접촉면에 Scrubbing 효과가 나타날 수 있는 것이다. 이는 접촉면의 산화피막, 오염물 등을 제거하여 전기적인 접촉을 원활히 할 수 있다.
2. 제 2 실시예
도 8은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)을 채용한 반도체 검사용 소켓(200) 의 구조를 나타낸 도면이다.
소켓몸체(201)는 다 수의 구멍들을 구비하며 하나의 구멍에는 한 쌍의 상부탐침(120)들을 수용하며 구멍과 구멍 사이는 일정한 간격을 유지하므로 각각의 구멍에 수용된 한 쌍의 상부탐침(120)들 간의 거리를 일정하게 유지한다.
스페이서 부(202)는 소켓몸체와 하부커버(203)사이에 위치하며 다 수의 구멍들을 구비하며 하나의 구멍에는 두 개의 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)들을 수용하며 구멍과 구멍 사이는 일정한 간격을 유지하므로 각각의 구멍에 수용된 한 쌍의 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)의 스페이서 부(202)들 간의 거리를 일정하게 유지한다. 또한 상부탐침(120)이 하강할 경우 수평으로 이동하여 상부탐침(120)의 하강을 용이하게 한다.
하부커버(203)는 다 수의 구멍들을 구비하며 하나의 구멍에는 한 쌍의 하부탐침(130)들을 수용하며 구멍과 구멍 사이는 일정한 간격을 유지하므로 각각의 구멍에 수용된 한 쌍의 하부탐침(130)들 간의 거리를 일정하게 유지한다.
요약하여 두 개의 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)들은 한 쌍을 이루어 반도체 검사용 소켓(200)에 수용되어 종래의 포고 핀의 역할을 한다.
테스트 보드(5)의 하나의 컨택트 패드(5a) 또는 패키지(3)의 하나의 외부단자(3a)에 대응하여 한 쌍의 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)이 접촉을 이룬다.
도5 및 도6는 상기 일체형 판 스프링 테스트 핀(60) 및 이를 수용한 반도체 테스트 소켓(200)의 작동 원리를 설명한다.
도5는 상부탐침(120)에 상부에 하중이 가해지지 않은 상태를 보여주며 스페이서부(162) 와 소켓몸체(201) 사이에는 C 만큼의 간격이 유지된다.
도6은 상부탐침(120)의 상부에 하중이 가해지면 상부탐침(120)은 하강하며 스페이서(202)는 슬라이딩하며 우측으로 수평이동하고 스페이서부(162) 와 소켓몸체(201) 사이의 간격 C 가 좁혀진다.
하부탐침(130)이 고정된 상태에서 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)의 상부에 P 만큼의 힘이 가해지면 상부탐침(120)은 d 만큼 하강하며 수직 이동거리가 발생하며 동시에 Mt 만큼의 수평이동 거리가 발생한다.
상기 Mt 만큼의 수평이동 거리는 중요한 의미를 가진다. 즉 상부탐침(120)이 피검체인 반도체 패키지(3)의 외부단자(3a)와 접촉을 이룬 상태에서 Mt 만큼의 수평이동은 접촉면에 Scrubbing 효과가 나타날 수 있는 것이다. 이는 접촉면의 산화피막, 오염물 등을 제거하여 전기적인 접촉을 원활히 할 수 있다.
한 쌍을 이루는 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)들은 아래와 같이 다양한 특장점들을 구현한다.
상기 과제 해결 수단에서 설명한 바와 같이 외팔보의 직사각형 단면에 있어서 직사각형의 높이h 가 되는 h/2 로 줄어들면 상부에서 가해지는 하중 P가 동일할 경우 외팔보의 처짐은 8배로 늘어난다.
도13 과 도15는 본 발명의 일시 예로써 구현하는 변위 량의 크기를 대비하여 설명합니다. 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)이 한 쌍을 이루는 경우 하중 P 가 2개의 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)에 반분하여 작용하므로 한 개의 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)에는 하중이 W/2 만큼 만 작용하므로 외팔보의 처짐은 4배가 되는 것이다.
이를 요약하면 외팔보의 단면적은 같으나 처짐량은 4배로 커지는 결과이며 이는 대단히 중요한 의미를 가진다.
통상의 방식으로 처짐량을 크게 하기 위하여 외팔보의 단면적 특히 단면의 높이 h 를 줄이는 것을 고려 할 수 있으나 이러한 경우 단면적이 줄어 들어 신호가 통과 할 수 있는 단면의 크기가 줄어 드는 데 이는 신호의 품질에 나쁜 영향을 미치며 특히 고집적도 또는 고주파수의 경우 더욱 심각해 질 수 있는 문제이다.　
하지만 본 발명의 실시예의 경우 단면적은 그대로 이면서 처짐량은 4배가 되는 것이다.
이러한 결과를 실제 적용에 적용하여 설명하기 위하여 통상의 포고 핀의 기구적 특성을 설명하는 데 사용하는 용어를 사용하기로 한다.
즉 외팔보의 처짐량은 이후 스프링의 수축 크기, 또는 상부탐침 이동 거리 등으로 대변한다.　　　
다만 아래의 설명들은 주요 결과만을 포함하며 모든 결과를 포함하는 것은 아니다.
본 실시 예에 의하면 짧은 스프링의 길이에서도 스프링의 수축 크기를 극대화 할 수 있으므로 테스트 핀의 길이를 최소화 할 수 있다.
테스트 핀의 길이가 짧아지면 신호가 이동하는 거리가 짧아지므로 전기 신호의 손실을 최소화 할 수 있다.
작은 단면적에서도 필요한 스프링의 수축 크기를 구현 할 수 있으므로 고집적도 한 예를 들어 0.2mm 이하의 초 미세 피치에도 적용 할 수 있다.
도5 및 도6은 상기 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)의 작동 원리를 설명한다.
하부탐침(130)이 고정된 상태에서 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)의 상부에 w 만큼의 힘이 가해지면 상부탐침(120)은 d 만큼 하강하며 수직 이동거리가 발생하며 동시에 Mt 만큼의 수평이동 거리가 발생한다.
상기 Mt 만큼의 수평이동 거리는 중요한 의미를 가진다. 즉 상부탐침(120)이 피검체인 반도체 패키지(3)의 외부단자(3a)와 접촉을 이룬 상태에서 Mt 만큼의 수평이동은 접촉면에 Scrubbing 효과가 나타날 수 있는 것이다. 이는 접촉면의 산화피막, 오염물 등을 제거하여 전기적인 접촉을 원활히 할 수 있다.
3. 제 3 실시예
도 6은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)을 채용한 반도체 검사용 소켓(200) 의 구조를 나타낸 도면이다.
반도체 검사용 소켓의 기본적인 구조는 제 2 실시 예와 동일하다.
다만 소켓몸체(201), 스페이서 부(202) 그리고 하부커버(203)에 각각 구비된 하나의 구멍에는 한 개의 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)을 수용하며 구멍과 구멍 사이는 일정한 간격을 유지하므로 각각의 구멍에 수용된 일체형 판 스프링 테스트 핀(60)들 간의 거리를 일정하게 유지한다.
4. 제4 실시예
도 17 및 도 18은 제2 실시 예의 구조와 동일한 구조를 가지며 기구적 특성 또는 전기적 특성의 대부분을 수용하므로 이를 다시 반복하여 설명하지는 않으며 다만 차이점을 들어 설명한다.
본 발명의 일 실시 예로써 두 개의 핀(301, 302)들이 쌍이 되어 한 개의 소켓 구멍에 수용 되는 점에서는 동일하나 수용되는 핀의 표면에는 절연 피복(40)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
도17은 한 쌍의 핀(301, 302)이 형상이나 기구적 용도에 있어 도3 의 핀(160)과 같으나 전기적 절연 피복(40)이 된 상태이다. 상기 한 쌍의 핀(301, 302)의 일단은 피 테스트 소자(반도체 패키지)(3)의 한 외부단자(3a)에 동시에 접촉을 이루며, 또한 상기 한 쌍의 핀(301, 302)의 다른 편 일단은 테스트 보드(5)의 한 개의 컨텍트 패드(5a)에 접촉을 이루며, 결과적으로 피 테스트 소자(반도체 패키지)(3)의 한 외부단자(3a)와 테스트 보드(5)의 한 개의 컨텍트 패드(5a)를 연결하는 역할을 하는 것이다.
이를 달리 요약하여 핀(301)과 핀(302)에는 각각 절연피복(40) 되어 있어 한 쌍의 두 핀(301, 302)사이에 직접적인 접촉은 이루어 지지 않지만 한 쌍의 핀(301, 302)들은 피 테스트 소자(반도체 패키지)(3)의 한 외부단자(3a)와 테스트 보드(5)의 한 개의 컨텍트 패드(5a)를 통하여 서로 연결된 형태를 가지는 것이다.
이러한 형태의 특수한 구조는 특별한 결과를 도출한다. 즉 통상 한 개의 핀(160))이 피 테스트 소자(반도체 패키지)(3)의 한 외부단자(3a)와 　테스트 보드(5)의 한 개의 컨텍트 패드(5a)에 접촉을 이루며 전기신호를 전달하는 것이 일상적인 전기신호회로 구성 방식으로 전기신호를 전달하는 데 반하여 두 개의 핀(301, 302)이 피 테스트 소자(반도체 패키지)(3)의 한 외부단자(3a)와 　테스트 보드(5)의 한 개의 컨텍트 패드(5a)에 접촉을 이루는 구조의 경우 매우 미세하고 정밀한 측정을 하는 데 유용하게 활용될 수 있는 구조이다.
한 예를 들어 한 쌍의 핀 중 하나의 핀(301)이 전기 신호를 전달하는 경우 다른 하나의 핀(302)는 전류 또는 전기저항의 크기를 감지하므로 이를 조절하게 하므로 테스트가 최적한 조건에서 이루어질 수 있도록 하는 역할을 하므로 검사의 신뢰도를 대폭 향상 시킬 수 있다. 　
본 발명은 반도체 테스트 핀, 이를 채용한 반도체 테스트 소켓 또는 정밀커낵터 등에 채용될 수 있다. 더욱 상세하게는 반도체 웨이퍼, LCD 모듈, 반도체 패키지 등을 검사할 수 있는 검사 소켓, 또는 각종 전자 장치 사이에서 연결부의 역할을 하며 전기 신호를 전달하는 커낵터에 채용 될 수 있으며 특히 피검체의 단자들간의 간격이 매우 작거나, 예를 들어 0.2mm, 전기신호의 손실이 최소화 되어야 하는 테스트, 예를 들어 Insertion loss 가 -1db@60 Ghz 등으로 고집적도 고성능 용도에 채용될 수 있다.
외부단자(3a)
피테스트 소자(반도체 패키지)(3)
테스트 보드(5)
컨택트 패드(5a)
포고핀(6) 관형의 핀 몸체(11)
상부 탐침(12)
하부 탐침(14)
스프링(16)
원통형 몸체(18)
종래의 반도체 패키지 테스트 소켓(20)
일체형 판 스프링 테스트 핀(60)
상부탐침(120)
하부탐침(130)
판 스프링부(160)
스페이서부(162)
일 실시예 반도체 테스트 소켓(200)
소켓몸체(201)
스페이서(202)
하부커버(203)
일 실시예 반도체 테스트 소켓 구조의 도시(300)
테스트 핀(301, 302)

Claims (8)

  1. 테스트 핀에 있어서
    상부탐침(120), 판 스프링부(160), 그리고 하부탐침(130)을 포함하며
    상부탐침(120), 판 스프링부(160), 그리고 하부탐침(130)은 일체형이며
    판 스프링부(160)은 상부 탐침(120) 과 하부 탐침(130)에 대하여 탄성력을 가하는 것을
    특징으로 하는 테스트 핀
  2. 청구항 1에 있어서,
    판 스프링부(160)는 탄성부(161, 163), 스페이서 부(162) 를 포함하는 것을　　
    　
    특징으로 하는 테스트 핀
  3. 청구항 1에 있어서,
    상부 탐침(120), 하부 탐침(130) 그리고 판 스프링부(160)은 하나의 금속 판 띠로부터 형성되는 것을
    특징으로 하는 테스트 핀
  4. 청구항 1에 있어서,
    상부 탐침(120)의 최상단 부의 일부, 하부 탐침(130)의 최하단 부의 일부를 제외한 상부 탐침(120), 하부 탐침(130) 그리고 판 스프링부(160)의 표면에 전기절연 피복(401)층이 형성 된 것을 특징으로 하는 테스트 핀
  5. 테스트 소켓(200)에 있어서
    소켓 몸체(201), 하부커버(203), 테스트 핀(301, 302)(들)을 포함하며,
    소켓 몸체(201), 하부커버(203)에는 테스트 핀(6301, 302)(들)을 수용하기 위한 구멍(들)이 형성되어 있으며,
    한 쌍의 테스트 핀(301, 302)(들)은 소켓 몸체(201), 하부커버(203)의 구멍(들)에 수용되며,
    하나의 구멍에는 한 쌍의 테스트 핀(301, 302)들이 수용되며
    한 쌍의 테스트 핀(301, 302)의 상부는 테스트 소켓(300)의 상부로 노출되며
    한 쌍의 테스트 핀(301, 302)의 하부는 테스트 소켓(300)의 하부로 노출되는 것을 특징으로 하는 테스트 소켓
  6. 청구항 5에 있어서
    스페이서(202)를 포함하며,
    스페이서(202)는 소켓 몸체(201)와 하부커버(203) 사이에 위치하며 수평이동이 가능하며,
    스페이서(202)에는 테스트 핀(301, 302)을 수용하기 위한 구멍(들)이 형성되어 있으며, 스페이서(202) 의 하나의 구멍에는 한 쌍의 테스트 핀(301, 302)들이 수용되는 것을 특징으로 하는 테스트 소켓
  7. 청구항 6 에 있어서,
    한 쌍의 테스트 핀(301, 302)의 상부에 압력이 가해지면
    한 쌍의 테스트 핀(301, 302)의 상부들은 탄성을 가지고 하강하며
    한 쌍의 테스트 핀(301, 302)의 상부들은 수평이동하며
    스페이서(202)는 소켓 몸체(201)와 하부커버(203) 사이에 위치하며
    스페이서(202)에 수용된 스페이서 부(162)가 수평이동 하는 것을
    특징으로 하는
    테스트 소켓
  8. 청구항 1에 있어서,
    테스트 핀 스프링부(160)의 단면 형상이 옆으로 누인 V, U 또는 W 형상을 가지고 형성되는 것을
    특징으로 하는 테스트 핀
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