KR20140138042A - 반도체 소자 테스트 소켓 - Google Patents

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KR20140138042A
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Abstract

본 발명은 검사대상 기기와 테스트 보드를 전기적으로 연결시키기 위한 테스트 소켓에 관한 것이다. 상기 테스트 소켓은 탄성에 의해 검사 대상 기기의 복수의 접속 단자와 접촉 시 하향으로 이동하였다가 접촉 해제 시 원래 위치로 복귀 가능한 전극을 갖는 복수의 포고 핀, 상기 포고 핀의 하부를 지지하는 전자-열변환(electron to heat conversion)판, 및 상기 전자-열변환판 상에 소정 높이로 형성되어 상기 복수의 포고 핀을 격리시키는 히트싱크(heat sink)벽부를 포함한다. 상기 테스트 소켓에 의하면 포고 핀 간의 신호에 의한 간섭을 방지하여 검사 대상 기기의 테스트 시의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

반도체 소자 테스트 소켓{SEMICONDUCTOR DEVICE TEST SOCKET}
본 발명은 반도체 소자 테스트 소켓에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포고 핀 간 신호 간섭을 방지할 수 있는 테스트 소켓에 관한 것이다.
고집적화된 반도체 소자의 테스트를 위해, 포고 핀(pogo pin) 또는 스프링 핀(spring pin)이라는 탐침을 이용한 반도체 소자 테스트 소켓(test socket)이 널리 사용되고 있다. 상기 테스트 소켓은 반도체 소자를 고주파 전원에 전기적으로 접속시키는 장치이다.
도 1은 종래의 검사 대상 기기(Device Under Test; DUT)를 테스트하기 위한 포고 핀을 이용한 테스트 소켓의 예를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에서 검사 대상 기기의 접속단자와 포고 핀이 전기적으로 접속한 상태를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 표시된 영역(R1)을 확대한 도면이다.
상기 도 1에 도시된 것과 같이, 검사 대상 기기(20)는 일면에 전기신호를 전송 받기 위한 접속 단자(21)가 형성되어 있다. 테스트 소켓(10)은 포고 핀(11), 상기 포고 핀(11)을 가이드하는 도체 가이드(conductive guide)부(15) 및 테스트 소켓 하우징(18)을 포함한다.
도 2를 참고하면, 검사 대상 기기(20)가 포고 핀(11)과 전기적으로 접촉하게 되면, 상기 포고 핀(11)을 통해 고주파 전송 케이블(50)로부터 검사 대상 기기(20)에 고주파 전기신호가 전송되고, 검사 대상 기기(20)에 대한 테스트가 수행된다.
일반적으로, 포고 핀(11)은 마이크로 미터 단위로 서로 인접한다. 이들의 인접함으로 인하여, 도 3과 같이, 포고 핀(11)으로부터 공기 중으로 방출된 자유전자가 인접한 포고 핀(11)의 신호에 간섭을 일으킬 수 있다. 포고 핀(11)간의 신호의 간섭은 검사 대상 기기(20)의 테스트 결과의 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 인접한 포고 핀(11) 간의 신호 간섭을 방지하여, 검사 대상 기기(20)의 테스트 결과의 신뢰성을 향상할 수 있는 테스트 소켓이 요구된다.
본 발명은 포고 핀간 신호의 간섭을 방지할 수 있는 테스트 소켓을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 검사대상 기기와 고주파 전원을 전기적으로 연결시키기 위한 테스트 소켓은 탄성에 의해 검사 대상 기기의 복수의 접속 단자와 접촉 시 하향으로 이동하였다가 접촉 해제 시 원래 위치로 복귀 가능한 전극을 갖는 복수의 포고 핀, 상기 포고 핀의 하부를 지지하고, 상기 포고 핀에서 유출되는 자유전자의 운동 에너지를 열 에너지로 변환하는 전자-열변환(electron to heat conversion)판, 상기 전자-열변환판 상에 소정 높이로 형성되어 상기 복수의 포고 핀을 격리시키는 히트싱크(heat sink)벽부를 포함한다.
상기 테스트 소켓은 상기 히트싱크 부의 표면에 결합된 소정 밀도의 정공을 가진 정공캐리어(hole carrier)부를 더 포함할 수 있다.
상기 정공캐리어부는 실리콘 재질의 시트(sheet)로 형성될 수 있다.
상기 히트싱크벽부의 소재는 금(Au)일 수 있다.
상기 전자-열변환판은 열성저항 물질로 이루어질 수 있다.
상기 히트싱크벽부는 격자 구조로 형성되고, 상기 격자구조 내에 상기 복수의 포고 핀의 각각이 배치될 수 있다.
상기 전자-열변환판의 상면에는 깊이 방향으로 폭이 좁아지는 홈부가 형성되고, 상기 히트싱크벽부의 하부에는 길이 방향으로 폭이 좁아지는 결합부가 형성되고, 상기 결합부가 상기 홈부에 삽입되어 상기 히트싱크벽부가 상기 전자-열변환판과 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 테스트 소켓의 구조에 따르면, 포고 핀 간의 신호 간섭을 효율적으로 방지하여 테스트 결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 검사 대상 기기를 테스트하기 위한 포고 핀을 이용한 테스트 소켓을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에서 검사 대상 기기의 접속 단자와 포고 핀이 전기적으로 접속한 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 표시된 영역(R1)을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓에서 히트싱크벽부의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓에서 전자-열변환판과 히트싱크벽부의 결합 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓에 있어서, 히트싱크벽부의 표면에 정공캐리어부가 설치되는 방식을 설명하는 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓에서 히트싱크벽부의 구조 및 그 변형례들을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓을 테스트 하기 위한 시스템의 구성도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓 및 그 변형례들에 있어서 주파수에 따른 반사 손실을 측정한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓 및 그 변형례들에 있어서, 주파수에 따른 삽입 손실을 측정한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓에 있어서, 포고 핀 간 거리에 따른 전기장의 세기를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓에 있어서, 포고 핀 간 거리에 따른 자기장의 세기를 나타낸 도면이다.
본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 뒤에 설명이 되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 뒤에 설명되는 용어들은 본 발명에서의 구조, 역할 및 기능 등을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다
이하 첨부된 도면을 참고하여 검사대상 기기(Device Under Test; DUT)와 고주파 전원을 전기적으로 연결시키기 위한 테스트 소켓을 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓을 도시한 도면이다.
상기 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓(100)은 복수의 포고 핀(110)과, 상기 포고 핀(110)의 하부를 지지하는 전자-열변환(electron to heat conversion)판(120)과, 상기 전자-열변환판(120) 상에 소정 높이로 형성되어 상기 복수의 포고 핀(110)을 격리시키기 위한 히트싱크(heat sink)벽부(130)와, 상기 전자-열변환판(120)상에서 상기 포고 핀(110)의 하부를 지지하는 포고 핀 지지부(140)와, 상기 전자-열변환판(120)의 하면을 지지하는 접지판(150)을 포함한다.
포고 핀(110) 각각은 탄성에 의해 검사 대상 기기의 접속 단자와 접촉 시 하향으로 이동하였다가 접촉 해제 시 원래 위치로 복귀 가능한 전극을 포함한다.
상기 테스트 소켓(100)의 포고 핀(110)은 검사 대상 기기에 형성된 복수의 접속 단자와 접촉하여 외부의 고주파 전원(미도시)으로부터 전송 받은 신호를 검사 대상 기기로 전송하게 된다.
상기 포고 핀(110)의 전극(111)은 탄성 부재(미도시)에 의해 상기 접속 단자와의 접촉 시에 하향으로 이동하였다가 접촉 해제 시 원래 위치로 복귀 가능하도록 구성될 수 있다. 탄성 부재에 의해 상기 포고 핀(110)과 상기 접속 단자와의 접촉 시에 상기 포고 핀(110)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
상기 전자-열변환판(120)은 포고 핀들(111) 사이의 전자기장 차폐(Electromagnetic Shield)를 위하여, 포고 핀(111)에서 방출되어 근접하는 자유전자의 운동 에너지를 열 에너지로 전환시킨다. 이를 위하여 상기 전자-열변환판(120)은 온도가 올라갈수록 저항이 커지는 열성저항 물질(thermistor material)로 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 복수의 포고 핀(110)에 전기신호가 인가되면 상기 인가되는 전기신호로 인하여 상기 복수의 포고 핀(110)에서 자유전자가 공기 중으로 방출될 수 있는데, 상기 자유전자는 이웃한 포고 핀(110)에 신호 간섭으로 작용할 수 있다. 이때, 상기 전자-열변환판(120)은 근접하는 자유전자의 운동 에너지를 열 에너지로 전환시키기 때문에 포고 핀(110)간의 신호 간섭이 억제될 수 있다.
하지만, 복수의 포고 핀(110) 각각이 배치된 영역의 면적은 수 마이크로제곱미터 단위의 극소 면적이기 때문에 포고 핀(110) 사이에서 이동하는 자유전자의 양이 전자-열변환판(120)의 허용치를 초과하는 경우, 즉, 상기 전자-열변환판(120)에 의해 자유전자의 운동 에너지로부터 변환된 열에너지가 외부로 방출되지 못하는 경우, 축적된 과잉 에너지가 열잡음으로 작용하게 된다. 상기 열잡음은 포고 핀(110)의 필수신호 성분에 영향을 주게 되고, 그 결과, 포고 핀(110)간의 신호간섭이 발생하는 것을 효과적으로 억제하기 어려울 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 전자-열변환판(120)에 의해 자유전자의 운동 에너지로부터 변환된 열에너지를 효과적으로 외부로 방출시키기 위하여 상기 전자-열변환판(120) 상부에 상기 히트싱크벽부(130)가 형성된다.
상기 히트싱크벽부(130)는 열전도성이 높은 물질로 이루어질 수 있다. 포고 핀(110)의 경우, 구리판에 금 도금이 되어 가공되는데, 히트싱크벽부(130)의 재질이 포고 핀(110)의 재질과 동일한 경우 열에너지의 발산 효율이 높을 수 있기 때문에 상기 히트싱크벽부(130)의 소재는 금(Au)일 수 있다. 물론, 실시예에 따라, 히트싱크벽부(130)의 소재는 구리 등의 열전도성이 높은 다른 물질일 수도 있다. 히트싱크벽부(130)의 높이는 검사 대상 기기(20)의 접속 단자(21)가 포고 핀(110)과 접촉했을 때의 전자-열변환판(120)으로부터 접속 단자(21)까지의 거리보다 크거나 같고 전자-열변환판(120)으로부터 검사 대상 기기(20)까지의 거리보다 작거나 같을 수 있다.
도면에 도시되지는 않았지만, 전기 전도성 접착제(electrical conductive glue)가 전자-열변환판(12)에서부터 포고 핀(110)의 높이보다 낮은 소정 높이까지 채워질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓에서 히트싱크벽부의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓에서 전자-열변환판과 히트싱크벽부의 결합 방식을 설명하기 위한 도면이다.
복수의 포고 핀(110) 간의 간격은 수 마이크로 미터 단위로 굉장히 좁기 때문에 판 형상의 히트싱크벽부(130)를 개별적으로 포고 핀(110) 사이에 삽입하여 형성하는 것은 어려울 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓에서는 상기 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 히트싱크벽부(130)를 격자 구조로 형성하고 상기 격자 구조의 히크싱크벽부(130)를 상기 전자-열변환판(120) 상에 설치할 수 있다.
이때, 상기 전자-열변환판(120)의 상면에는 깊이 방향으로 폭이 좁아지는 홈부(122)가 형성될 수 있다. 상기 홈부(122)는 예를 들어 상기 도 6에 도시된 바와 같이 쐐기(wedge) 형상일 수 있다. 상기 히트싱크벽부(130)의 하부에는 길이 방향으로 폭이 좁아지는 결합부(131)가 형성되고, 상기 결합부(131)가 상기 홈부(122)에 삽입되어 상기 히트싱크벽부(130)는 상기 전자-열변환판(120)과 결합될 수 있다.
이때, 상기 히트싱크벽부(130)와 상기 전자-열변환판(120) 사이에 도전성 접착제(electrically conductive glue)를 넣어 상기 히트싱크벽부(130)와 상기 전자-열변환판(120)을 결합한 후에, 베이커 장비(baker equipment) 내에서 소정 시간 열착시켜 상기 전자-열변환판(120)에 상기 히트싱크벽부(130)의 장착을 완료할 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓에서 전자-열변환판(120)에서 포고 핀(110)으로부터 방출된 자유전자의 열변환이 진행되는 동안, 전자-열변환판(120)에 의해 제거되지 못하는 자유전자들, 예를 들면, 전자-열변환판(120)으로부터 상대적으로 거리가 먼 잔존 자유전자들이 존재할 수 있는데, 이를 효과적으로 제거하기 위하여 히트싱크벽부(130)의 표면의 적어도 일부에 소정 밀도의 정공을 가진 정공캐리어(hole carrier)부를 설치할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓에 있어서, 히트싱크벽부의 표면에 정공캐리어부가 설치되는 방식을 설명하는 도면이다.
상기 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 히트싱크벽부(130)의 표면에는 고밀도의 정공(hole)을 가지는 정공캐리어부(160)가 부착될 수 있다. 상기 정공캐리어부(160)는 자유전자의 극성과 반대인 극성을 갖는 정공의 집적도가 높은 실리콘(Si) 반도체 재질을 시트(sheet)형태로 가공하여 제조될 수 있다. 상기 정공캐리어부(160)를 상기 히트싱크벽부(130)의 표면의 적어도 일부, 예를 들면, 측벽에 부착함으로써 잔존 자유전자를 효과적으로 제거할 수 있다.
도 8a, 8b 및 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓에서 히트싱크벽부의 구조 및 그 변형례들을 도시한 도면이다.
도 8a는 인접한 포고 핀들(110) 사이에 히트싱크벽부(130)를 단일 벽 구조로 한 경우를 나타내고, 도 8b는 인접한 포고 핀들(110) 사이에 히트싱크벽부(130)를 이중 벽 구조로 한 경우를 나타내고, 도 8c는 인접한 포고 핀들(110) 사이에 단위 면적당 히트싱크벽부(130)를 사중 벽 구조로 한 경우를 나타낸다. 즉, 도 8a에서 도 8c로 갈수록 단위 면적당 히트싱크벽부(130)의 밀도가 높아진다. 도 8a, 8b 및 8c는 예시에 불과한 것으로 단위 면적 당 히트싱크벽부(130)의 밀도를 다양하게 할 수 있는 방식이 적용될 수 있다.
이하에서, 상기 도 8a, 8b 및 8c의 테스트 소켓을 편의상 각각 1000S, 2000S 및 4000S로 표시하기로 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓을 테스트 하기 위한 시스템의 구성도이다.
상기 도 9를 참고하면, 상기 시스템은 호스트 PC(300), 고정밀도의 네트워크 분석기(Network Analyzer)(400) 및 상기 호스트 PC(300)와 네트워크 분석기(400)을 인터페이싱 하기 위한 GPIB(General Purposed Interface Bus)(500)를 포함한다.
상기 시스템은 검사 대상 기기(20)를 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓(100) 에 연결하여 테스트를 수행한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓 및 그 변형례들에 있어서 포고 핀에서 포고 핀 자신으로 반사되는 전력(즉, 삽입 손실(return loss))을 측정한 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓 및 그 변형례들에 있어서, 하나의 포고 핀에서 가장 가까운 다른 포고 핀으로의 전력 손실(즉, 반사 손실(insertion loss))을 측정한 도면이다.
도 10을 참고하면, 1000S, 2000S 및 4000S의 세 종류의 테스트 소켓(즉, 도 8a, 8b 및 8c의 테스트 소켓)에서 모두 X축의 주파수 영역에 걸쳐서 포고 핀에서 포고 핀 자신으로 반사되는 전력은 낮은 것은 것으로 나타나 포고 핀에서 포고 핀 자신으로 반사되는 전력을 낮추는 성능이 있음을 확인할 수 있다.
특히, 히트싱크벽부(130)를 사중 벽 구조로 한 4000S의 테스트 소켓이 포고 핀에서 포고 핀 자신으로 반사되는 전력이 가장 낮은 것으로 나타나 성능이 가장 우수한 것으로 나타났다.
또한, 도 11을 참고하면, 1000S, 2000S 및 4000S의 세 종류의 테스트 소켓에서 모두 X축의 주파수 영역에 걸쳐서 포고 핀에서 가장 가까운 다른 포고 핀으로의 전송되는 전력의 손실이 큰 것으로 나타나 포고 핀 간의 신호 간섭의 차단 효과가 우수한 것을 확인할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓에 있어서, 포고 핀 간 거리에 따른 전기장의 세기를 나타낸 도면이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓에 있어서, 포고 핀 간 거리에 따른 자기장의 세기를 나타낸 도면으로서, 기존의 테스트 소켓(CASE2)과 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓(100)(CASE1)을 비교한 도면이다.
상기 도 12 및 13을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓이 기존의 테스트 소켓에 비해 포고 핀 대 포고 핀 사이의 거리에 따른 전기장과 자기장의 세기가 현저히 낮음을 확인할 수 있다. 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓의 구조가 포고 핀의 인접한 다른 포고 핀에 대한 신호의 간섭을 현저히 차단시킴을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 소켓을 이용하여 검사 대상 기기를 검사 할 때 검사의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 안되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
10: 테스트 소켓 11: 포고 핀
15: 도체 가이드부 18: 테스트 소켓 하우징
20: 검사 대상 기기 21: 접속 단자
100: 테스트 소켓 110: 포고 핀
120: 전자-열변환판 122: 홈부
130: 히트싱크벽부 131: 결합부
160: 정공캐리어부 300: 호스트 PC
400: 네트워크 분석기 500: GPIB

Claims (8)

  1. 검사대상 기기와 고주파 전원을 전기적으로 연결시키기 위한 테스트 소켓에 있어서,
    전극을 갖는 복수의 포고 핀;
    상기 포고 핀의 하부를 지지하고, 상기 포고 핀에서 유출되는 자유전자의 운동 에너지를 열 에너지로 변환하는 전자-열변환(electron to heat conversion)판;
    상기 전자-열변환판 상에 소정 높이로 형성되어 상기 복수의 포고 핀을 격리시키는 히트싱크(heat sink)벽부를 포함하는,
    테스트 소켓.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 테스트 소켓은
    상기 히트싱크 부의 표면에 결합된 소정 밀도의 정공을 가진 정공캐리어(hole carrier)부를 더 포함하는,
    테스트 소켓.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정공캐리어부는 실리콘 재질의 시트(sheet)로 형성되는.
    테스트 소켓.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 히트싱크벽부의 소재는 금(Au)인,
    테스트 소켓.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자-열변환판은 열성저항(thermistor) 물질로 이루어진,
    테스트 소켓.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 히트싱크벽부는 격자 구조로 형성되고, 상기 격자구조 내에 상기 복수의 포고 핀의 각각이 배치되는
    테스트 소켓.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전자-열변환판의 상면에는 깊이 방향으로 폭이 좁아지는 홈부가 형성되고,
    상기 히트싱크벽부의 하부에는 길이 방향으로 폭이 좁아지는 결합부가 형성되고,
    상기 결합부가 상기 홈부에 삽입되어 상기 히트싱크벽부가 상기 전자-열변환 판과 결합되는,
    테스트 소켓.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전자-열변환판의 하부를 지지하는 접지판을 더 포함하는
    테스트 소켓.
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