KR20160086510A

KR20160086510A - 반도체 디바이스 테스트용 컨택터

Info

Publication number: KR20160086510A
Application number: KR1020150003616A
Authority: KR
Inventors: 강승남; 윤채영
Original assignee: (주)메리테크
Priority date: 2015-01-09
Filing date: 2015-01-09
Publication date: 2016-07-20
Also published as: KR101678368B1

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스 테스트용 컨택터는 테스트 장치의 전극과 반도체 디바이스의 컨택볼을 전기적으로 연결시키기 위해 물리적으로 접촉하는 컨택터에 있어서, 상기 반도체 디바이스의 컨택볼과 접촉하는 팁;과, 상기 팁이 상위에 장착되고, 수직선상으로부터 곡선 또는 다각 구조로 돌출된 상단부; 및 상기 상단부에 하위방향으로 연결되고, 수직선상으로부터 곡선 또는 다각 구조로 돌출되되, 상기 돌출된 상단부와 대칭하는 하단부;를 포함하고, 상기 상단부와 하단부가 서로 대칭하는 구조에 의해 탄성을 가지고, 이에 수직방향으로 발생된 힘을 Z축 방향으로 전달하여, 상기 테스트 장치의 전극과 상기 반도체 디바이스의 컨택볼에 탄성적으로 접촉한다.

Description

반도체 디바이스 테스트용 컨택터{CONTACTOR FOR SEMICONDUCTOR DEVICE TEST}

본 발명은 반도체 디바이스 테스트용 컨택터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 디바이스 테스트 시 검사장치 패드의 마모를 줄이고, 반도체 디바이스 컨택볼의 편차를 보상하기 위한 스트로크 조절이 가능하며, 제작이 용이한, 반도체 디바이스 테스트용 소켓에 관한 것이다.

일반적으로 제조된 전자부품은 제조된 이후에 제품의 신뢰성을 확인하기 위하여 각종 테스트를 실시하게 된다. 테스트는 전자부품의 모든 입출력 단자를 검사 신호 발생 회로와 연결하여 정상적인 동작 및 단선 여부를 검사하는 전기적 특성 테스트와 전자부품의 전원입력단자 등 몇몇 입출력 단자들을 검사 신호 발생 회로와 연결하여 정상 동작 조건보다 높은 온도, 전압 및 전류 등으로 스트레스를 인가하여 전자부품의 수명 및 결함 발생 여부를 체크하는 번인 테스트(Burn-in test)가 있다.

이와 같은 테스트는 도전성 컨택터에 전자부품을 탑재시켜 전기적으로 접촉된 상태에서 진행된다. 그리고, 도전성 컨택터는 기본적으로 전자부품의 형태에 따라서 그 모양이 결정되는 것이 일반적이며, 기계적인 접촉에 의해 전자부품의 피검사전극과 테스트장치의 전극을 연결하는 매개체의 역할을 한다.

특히 전자부품 중에서 피검사전극으로 솔더 볼을 사용하는 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array; BGA) 패키지의 경우, 검사장치에 설치된 검사용 인쇄회로기판의 패드(PCB PAD)와 BGA 타입의 반도체 패키지의 컨택 볼을 전기적으로 연결하기 위해 소켓이 사용된다. 종래에는 이러한 소켓으로 포고(POGO) 타입 소켓과 러버(Rubber) 재질로 이루어진 러버 타입 소켓이 사용되었다.

포고 타입의 경우, 컨택터가 반도체 디바이스로부터 받은 힘(force)이 검사장치 패드에 수직으로 가해져야하는데, 포고 핀을 사용할수록 홀(hole)의 유격에 따라 포고에 가해진 힘이 수직방향 이외의 방향으로 가해지기 때문에 검사장치 패드(PCB PAD)에 마모를 가져오는 문제가 있다.

또한, 전자부품의 경박단소화에 따라서 포고핀도 미세피치화가 요구되지만, 포고핀을 가공하는 기술적 한계 및 가격 경쟁력에 의해 고밀도의 미세 피치 전극이 배열된 반도체 패키지를 검사하는데 어려움이 있다.

러버 타입의 경우, 컨택볼에 대한 반복적인 접촉으로 인해 러버 외관이 손상되고, 복원력이 상실되며 이에 따라 컨택볼에 대한 일정한 컨택 유지가 어렵게 된다. 또한 러버 타입의 경우 Au powder의 날림(이탈) 현상의 우려가 있으며, 스트로크(stroke) 양이 적어 반도체 패키지 컨택볼들의 높이에 편차가 발생할 경우, 검사시 전체적인 컨택을 하기 어렵다. 더불어 러버 타입의 경우 컨택터 끝단을 변형하기 어려워 구조적으로 효율적인 전기적 접촉을 구현하는데 한계가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 포고 타입 소켓의 단점인 고밀도 미세 피치 대응과 검사장치 패드 마모에 대한 보완 및 러버 타입 소켓의 단점인 컨택볼과 컨택 시 발생할 수 있는 충격에 대한 취약성을 보완하고, 균일하고 정확히 배열된 핀을 구비하며, 기존 러버 타입 대비 월등한 스트로크 양을 구현하여 신뢰성 있는 반도체 패키지 검사가 수행될 수 있는 반도체 검사용 컨택터를 제작하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스 테스트용 컨택터는 테스트 장치의 전극과 반도체 디바이스의 컨택볼을 전기적으로 연결시키기 위해 물리적으로 접촉하는 컨택터에 있어서, 상기 반도체 디바이스의 컨택볼과 접촉하는 팁;과, 상기 팁이 상위에 장착되고, 수직선상으로부터 곡선 또는 다각 구조로 돌출된 상단부; 및 상기 상단부에 하위방향으로 연결되고, 수직선상으로부터 곡선 또는 다각 구조로 돌출되되, 상기 돌출된 상단부와 대칭하는 하단부;를 포함하고, 상기 상단부와 하단부가 서로 대칭하는 구조에 의해 탄성을 가지고, 이에 수직방향으로 발생된 힘을 Z축 방향으로 전달하여, 상기 테스트 장치의 전극과 상기 반도체 디바이스의 컨택볼에 탄성적으로 접촉한다.

본 발명의 반도체 디바이스 테스트용 소켓에 의하면, 컨택터를 상단부와 하단부가 각각 수직선상으로부터 돌출하되 서로 대칭하는 구조로 형성함으로 인하여 탄성을 가지게 함으로써, 이에 수직방향으로 발생한 힘을 Z축 방향으로만 전달함으로써, 검사장치패드의 마모를 줄이고, 컨택터 핀들이 균일한 핀 포스를 가지게 하여 반도체 디바이스 컨택볼에 균일한 컨택이 이루어지게 할 수 있다. 또한, 절연부를 구성하는 실리콘의 두께와 경도 조절을 통해 스트로크 조절을 가능하게 함으로써, 반도체 디바이스 컨택볼의 높이 편차를 보상할 수 있다. 더불어, 컨택터와 절연부를 탄성을 가진 일체형으로 형성하여, 컨택에 의해 발생한 힘이 컨택터와 절연부에 동시에 작용하게 함으로써, 기존 러버 타입 대비 테스트용 소켓의 수명을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스 테스트용 소켓의 단면을 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스 테스트용 소켓의 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 컨택터를 나타내는 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명의 컨택터의 다양한 구조의 예를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 가이드 필름 사이로 노출된 컨택터의 상위 구조를 도시한 도면.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명의 반도체 테스트용 소켓을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스 테스트용 소켓의 단면을 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스 테스트용 소켓의 사시도이며, 도 3은 반도체 디바이스 테스트용 소켓의 구성 중 컨택터의 일 실시예를 나타내는 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 컨택터의 다른 구조의 예를 나타내는 도면이며, 도 6은 가이드 필름 사이로 노출된 컨택터의 상위 구조를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스 테스트용 소켓(10)은 테스트 장치(20)와 반도체 디바이스(30) 사이에 위치하고, 그 구성으로서 고정용 프레임(100), 컨택터(200), 절연부(300) 및 가이드 필름(400)을 포함한다.

고정용 프레임(100)은 컨택터(200)와 테스트 장치의 전극(22)의 정렬을 위해 구비되고, 다수개의 컨택터(200)에 대응하는 위치에 상하면을 관통하는 다수 개의 관통홀을 포함한다.

컨택터(200)는 고정용 프레임(100)에 형성된 관통홀에 대응하는 위치에 수직방향으로 정렬된다. 컨택터(200)의 상단은 반도체 디바이스의 컨택볼(32)에 접촉하고, 하단은 테스트 장치의 전극(22)에 접촉함으로써, 반도체 디바이스의 컨택볼(32)과 테스트 장치의 전극(22)의 전기적 접속을 가능하게 한다.

특히, 컨택터(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 상단부(230)와 하단부(240)가 각각 수직선상으로부터 돌출하되 서로 대칭하는 구조로 형성되어 탄성을 가지고, 이에 수직방향으로 발생된 힘을 상하방향, 즉 Z축 방향으로만 전달한다. 컨택터(200)의 이러한 구조로 인해, 컨택터(200)는 테스트 장치의 전극(22)과 반도체 디바이스의 컨택볼(32)에 탄성적으로 접촉할 수 있다. 테스트 장치의 전극(22)과 반도체 디바이스의 컨택볼(32)에 접촉시 컨택터(200)는 가압되더라도 가해진 힘을 Z축 방향으로만 전달함으로써, X, Y방향으로 힘이 전가되는 것을 방지하여 테스트 장치의 전극 패드(22)의 마모를 줄일 수 있다.

더불어 상기와 같은 컨택터(200)의 구조로 인해 컨택터(200)들이 균일한 핀 포스(pin force)를 가지게 되며 따라서 컨택터(200)가 반도체 디바이스 컨택볼(32)에 균일하게 접촉될 수 있다.

컨택터(200)의 상단부(230)와 하단부(240)는 도 3에 도시된 바와 같이 수직선상으로부터 상단부(230)가 일측으로 돌출된 곡선구조이고, 이에 연이어 하단부(240)가 타측으로 돌출되되 상단부(230)와 대칭하는 곡선구조로 형성될 수 있다.

또는, 도 4에 도시된 바와 같이 컨택터(200)의 상단부(230)가 수직선상으로부터 돌출된 다각 구조이고, 하단부(240)가 이에 연이어 타측으로 돌출되되 상단부(230)와 대칭하는 다각 구조로 형성될 수 있다. (A)는 컨택터(200)의 상단부(230) 및 하단부(240)가 삼각 구조, (B)는 사각 구조, (C)는 반 육각 구조, (D)는 반 팔각 구조로 형성된 예를 나타낸다.

또 다른 실시예로서 컨택터(200)는 도 5에 도시된 바와 같이 상단부(230)는 동일한 수직선상으로부터 서로 다른 방향으로 돌출된 복수의 곡선(E) 또는 다각 구조(F, G, H, I)로 형성되고, 하단부(240)는 동일한 수직선상으로부터 서로 다른 방향으로 돌출된 복수의 곡선(E) 또는 다각 구조(F, G, H, I)로 형성되되, 상단부(230)와 하단부(240)의 구조가 서로 대칭하는 형태일 수 있다. 즉, 상단부(230)와 하단부(240)는 삼차원 대칭 구조라 할 수 있다. 예를 들어, (E)의 상단부(230)는 동일한 수직선상으로부터 서로 다른 방향으로 돌출된 복수의 곡선으로 구성되고 하단부(240)는 상단부(230)를 구성하는 복수의 곡선에 삼차원 대칭하는 복수의 돌출된 곡선으로 구성된다. (H)의 상단부(230)는 동일한 수직선사응로부터 서로 다른 방향으로 돌출된 복수의 반육각형 구조로 구성되고, 하단부(240)는 상단부(230)를 구성하는 복수의 반육각형 구조에 삼차원 대칭하는 복수의 반육각형 구조로 구성된다. 나머지 (F), (G), (I)도 이와 마찬가지로 구성된 예를 나타낸다.

컨택터(200)는 니켈, 철, 코발트, 베릴륨, 골드, 은, 팔라듐, 로듐 중 적어도 하나의 합금으로 제조되고, 멤스 공정으로 제조된다.

그리고 컨택터(200)의 상단에 다양한 크라운 팁(Crown tip, 220)이 장착된다. 크라운 팁(220)은 반도체 디바이스 컨택볼(32)과의 접촉력을 증대시키기 위해 컨택터(200)의 상단부분을 다수개의 요철 구조로 형성되는 크라운 형태로 구비한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이 크라운 팁(220)은 가이드 필름(400)에 형성된 관통홀에 의해 노출되고, 컨택터(200)의 탄성 운동에 의해 상기 관통홀로부터 입출될 수 있다. 제조 방법에 대해 설명하자면, 먼저 컨택터(200)를 포토리소그래피(Photolithography) 및 도금(Electroplating) 공정으로 제조한 후 멤스 공정으로 제조한 크라운 팁을 결합할 수 있다. 컨택터(200) 및 크라운 팁(200)을 멤스 공정을 통해 제조함으로써, 고밀도 미세 피치의 소켓 제작이 용이하다.

절연부(300)는 절연성 탄성물질로 컨택터(200)와 일체화된 구조로 형성된다. 구체적으로, 먼저 정렬된 컨택터(200)에 액상 실리콘을 경화시켜 컨택터(200)와 일체형으로 형성된다. 이와 같이 컨택터(200)에 일체형으로 경화된 액체형 실리콘으로 형성된 절연부(300)는 탄성을 가지는 컨택터(200)와 함께 이중 탄성 기능을 구현할 수 있다. 이로 인해, 물리적 접촉에 의해 발생한 힘이 컨택터(200)와 절연부(300)에 동시에 흡수됨으로써, 기존 러버 타입에 비하여 소켓의 내구성을 향상시킬 수 있다.

특히, 절연부(300)를 구성하는 액체형 실리콘의 경도 또는 두께 조절을 통해 테스트 스트로크(stroke) 양을 확보하고, 컨택터(200)의 힘(PIN Force)을 조절할 수 있다. 이로 인해 반도체 디바이스 컨택볼의 높이 편차를 보상하기 위한 스트로크 양을 구비할 수 있다.

가이드 필름(400)은 각각의 컨택터(200)를 서로 절연시키기 위해 절연성 탄성체로 형성된다. 또한, 가이드 필름(400)은 가이드 필름(400)은 반도체 디바이스의 컨택볼(32)과 컨택터(200)의 정렬을 위해 절연부(300) 상층에 형성되되, 컨택터(200)의 상단이 노출되는 다수개의 홀을 포함한다. 가이드 필름(400)은 탄성을 갖기 때문에 접촉시 컨택터(200)에 가해지는 충격을 흡수하여 반도체 디바이스 테스트용 소켓(10)의 마모 및 파손을 방지할 수 있다. 이러한 가이드 필름(400)은 예를 들어 폴리이미드(Polyimide) 계열로 형성될 수 있다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스 테스트용 소켓(10)을 이용하여 다음과 같이 반도체 디바이스(20)를 테스트할 수 있다.

먼저, 테스트 전극(22)이 배열된 테스트 장치(20) 위에 반도체 디바이스 테스트용 소켓(10)을 탑재한다. 즉, 각 컨택터(200)의 하단과 테스트 전극(22)이 접촉하도록 배치한다. 이후, 반도체 디바이스(30)를 하강시키면서 반도체 디바이스 컨택볼(32)이 컨택터(200)의 상단, 즉 크라운 팁(220)에 접촉하도록 한다. 이때, 반도체 디바이스(30)를 더욱 하강시키면, 반도체 디바이스(30)는 컨택터(200)를 가압하게 되면서, 컨택터(200)의 전도성에 의해 반도체 디바이스 컨택볼(32)과 테스트 장치의 전극(22)이 컨택터(200)의 상단 및 하단 각각에 서로 접촉하여 전기적으로 연결가능한 상태가 된다. 여기서 상단부(230) 및 하단부(240)는 탄성을 가지기 때문에 컨택터(200)가 가압되면서 각각의 돌출된 구조가 내부 방향으로 가압되는 것을 허용하고, 비접촉시 가압 해제되어 상기 돌출된 구조가 제자리로 돌아올 수 있다. 테스트 장치(20)로부터 소정의 전기적 신호가 인가되면 그 신호는 반도체 디바이스 테스트용 소켓(10)을 거쳐서 반도체 디바이스 컨택볼(32)로 전달되어 테스트가 진행된다.

여기서 반도체 디바이스(30)의 하강에 의해 컨택터(200)에 가압되는 힘은 컨택터(200)의 탄성을 가지는 구조와 이러한 컨택터(200)에 탄성물질을 이용하여 일체형으로 형성된 절연부(300)에 의한 이중탄성기능에 의해 흡수됨으로써, 테스트 소켓의 마모를 줄이고 수명을 향상시킬 수 있다.

한편, 컨택터(200)와 반도체 디바이스 컨택볼(32)의 수직상의 일대일 컨택뿐만 아니라, 상하 컨택면의 위치가 다른 반도체 디바이스도 테스트가 가능하다. 각 컨택터(200)들이 일체형으로 구성되기 때문에 반복적인 컨택과 고주파 테스트(High Frequency test) 조건에서도 컨택 노이즈를 최소화할 수 있어 제품의 특성을 유지할 수 있다.

이러한 본 발명의 테스트용 소켓은 기존 러버 타입 대비 루프 인덕턴스(Loop inductance)를 감소시켜 커런트 패스(current path)를 줄임으로써, 기존 반도체 디바이스뿐만 아니라 하이스피드 디바이스(high speed device)에도 사용이 가능하게 된다.

상기 언급한 바와 같이, 본 발명의 반도체 디바이스 테스트용 소켓은 컨택터 자체를 탄성을 가지는 구조로 형성하여 이에 수직방향으로 발생한 힘을 Z축 방향으로 전달함으로써, 검사장치패드의 마모를 줄이고, 컨택터 핀들이 균일한 핀 포스를 가지게 하여 반도체 디바이스 컨택볼에 균일한 컨택이 이루어지게 할 수 있다.

또한, 절연부를 형성할 때, 실리콘의 두께와 경도 조절을 통해 스트로크 조절을 가능하게 함으로써, 반도체 디바이스 컨택볼의 높이 편차를 보상할 수 있다.

더불어, 컨택터와 절연부를 탄성을 가진 일체형으로 형성하여, 컨택에 의해 발생한 힘이 컨택터와 절연부에 동시에 작용하게 함으로써, 기존 러버 타입 대비 테스트용 소켓의 수명을 향상시킬 수 있다.

그리고 컨택터와 크라운 팁 등을 멤스 공정을 통해 제조할 수 있어 고밀도 미세 피치의 소켓 제작이 용이한 장점이 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 반도체 디바이스 테스트용 컨택터의 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10: 반도체 디바이스 테스트용 소켓 20: 테스트 장치
22: 테스트 장치의 전극 30: 반도체 디바이스
32: 반도체 디바이스 컨택볼 100: 고정용 프레임
200: 컨택터 220: 크라운 팁
230: 컨택터의 상단부 240: 컨택터의 하단부
300: 절연부 400: 가이드 필름

Claims

테스트 장치의 전극과 반도체 디바이스의 컨택볼을 전기적으로 연결시키기 위해 물리적으로 접촉하는 컨택터에 있어서,
상기 반도체 디바이스의 컨택볼과 접촉하는 팁;
상기 팁이 상위에 장착되고, 수직선상으로부터 곡선 또는 다각 구조로 돌출된 상단부; 및
상기 상단부에 하위방향으로 연결되고, 수직선상으로부터 곡선 또는 다각 구조로 돌출되되, 상기 돌출된 상단부와 대칭하는 하단부;를 포함하고,
상기 상단부와 하단부가 서로 대칭하는 구조에 의해 탄성을 가지고, 이에 수직방향으로 발생된 힘을 Z축 방향으로 전달하여, 상기 테스트 장치의 전극과 상기 반도체 디바이스의 컨택볼에 탄성적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는, 반도체 디바이스 테스트용 컨택터.
제1항에 있어서,
상기 상단부 및 하단부는 상기 반도체 디바이스의 컨택볼 및 상기 테스트 장치의 전극과 접촉 시 각각의 돌출된 구조가 내부 방향으로 가압되는 것을 허용하고, 비접촉시 가압 해제되어 상기 돌출된 구조가 제자리로 돌아오는 것을 특징으로 하는, 반도체 디바이스 테스트용 컨택터.
제1항에 있어서,
상기 상단부는 동일한 수직선상으로부터 서로 다른 방향으로 돌출된 복수의 곡선 또는 다각 구조로 형성되고, 상기 하단부는 동일한 수직선상으로부터 서로 다른 방향으로 돌출된 복수의 곡선 또는 다각 구조로 형성되되, 상기 상단부의 구조와 삼차원 대칭하는 형태인 것을 특징으로 하는, 반도체 디바이스 테스트용 컨택터.
제1항에 있어서,
상기 팁은 상기 반도체 디바이스 컨택볼에 접촉하는 상단부분이 뾰족한 다수개의 돌기 형태인 크라운 팁으로 형성된 것을 특징으로 하는, 반도체 디바이스 테스트용 컨택터.
제1항에 있어서,
상기 컨택터는 멤스 공정에 의해 제조되고, 니켈, 철, 코발트, 베릴륨, 골드, 은, 팔라듐, 로듐 중 적어도 하나의 합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 반도체 디바이스 테스트용 컨택터.