KR20160128303A - 캘빈 브리지를 이용한 집적회로(ic)의 시험 소켓 - Google Patents

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Abstract

집적회로 시험 소켓이 공간을 유지하도록 배치된 반-회전 링크 부재들과 긴밀하게 이격된 커넥터들을 형성시킴으로써 캘빈 커넥터들을 구비하여 사용하도록 형성된다. 커넥터들은 칩과 접촉하도록 형성되고 테스터에 포스와 센스 신호를 전송함으로써, 칩의 실제 저항을 측정할 수 있도록 한다.

Description

캘빈 브리지를 이용한 집적회로(IC)의 시험 소켓{INTEGRATED CIRCUIT （ＩＣ）TEST SOCKET USING KELVIN BRIDGE}
본 발명은 집적 회로를 IC 보드에 전기적으로 연결하는 소켓에 대한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은, 표준 IC 보드 시험 디바이스의 정확성을 향상시키기 위하여 캘빈 브리지/커넥터를 사용하는, 집적 회로를 시험하기 위한 시험 소켓에 대한 것이다.
집적회로 시험 디바이스가 제조 라인에서 배출된 침들의 품질을 시험하고 평가하기 위하여 반도체 산업에서 오랜 기간 사용되어왔다. 신호 집적은 칩 설계 및 시험에서 중요한 측면이다. 이를 위하여, 특수한 소정 레벨에서 대응하는 부하 보드의 패드에 집적회로의 리드를 상호 연결하는 컨택(contact)의 전도 부분을 통하여 임피던스를 유지하는 것이 바람직하다. 디자인의 유효 임피던스는 여러 인자들의 함수이다. 이들은 전도 경로의 폭과 길이, 전도 구조가 형성된 소재, 소재 두께, 등을 포함한다. 집적 회로(IC)와 같은 포장되거나 성형된 반도체 장치의 전기적인 특성을 시험할 때, 그 성능을 평가하는, 핸들러 및 부하 보드와 같은 장치에 IC를 고정하고 연결하는 특수한 시험 소켓을 이용하는 것은 공통적이다. 많은 다른 시험 소켓들이 시험될 칩의 집적회로 리드를 테스터의 부하 보드에 신속하게 임시로 연결하기 위하여 개발되었다. 특히 자동화된 시험 디바이스는 많은 이러한 소켓들을 사용한다.
통상적인 소켓 장치는 IC의 리드와 부하 보드 사이에 위치된 컨택에 접하도록 힘을 사용하여 컨택의 프로브 팁을 변형시켜 부하 보드 위의 패드에 결합시킨다. 그러한 구조에 의하여 시험 중의 디바이스("DUT")의 핀들 또는 컨택 패드들과 시험 장치의 대응하는 리드 사이에 양의 접속을 제공하고 한다. 이러한 유형의 연결의 예들이, 그들 모두의 교시 내용이 참조를 위하여 여기 포함된, 예컨대, 로쓰번(Rathburn)에게 허여된 미국 특허 제6,409, 521호 및 셰리에게 허여된 미국 특허 제7,737,708호에서 발견될 수 있다.
그 내용이 여기 참조를 위하여 포함된, 미국 특허 제7,918,669호는 본 발명자들에 의하여 창작된 시험 소켓에 대한 것이다. '669 특허의 소켓은 시험 회로의 커넥터들을 시험 장비와 접할 수 있도록 위로 가압하는 특수한 연결기구를 이용한다. 이 시험 소켓은 회로 자체에 대한 힘을 감소시키면서 시험 디바이스와의 양호한 접촉을 보장하는 면에서 매우 성공적임이 발견되었다. 이러한 시험 소켓의 부품은 링크 부재에 탄성을 제공하여, 비용을 절감하고 신뢰할만한 방식으로 적절한 접촉을 보장하는 탄성 소자이었다. 원통형 엘라스토머는 접촉 링크 부재들을 제 위치에 유지하고, 그들의 탄성은 링크 부재에 대한 탄성 기구로서 작용한다. 이로써 링크 부재 위에서 수직으로 이동할 수 있다.
대량 생산된 칩들은 칩들의 성능과 한계를 아는 것이 필요하므로 정확성이 시험 작업에서 중요하다. 이러한 이유로서, 시험의 정확성을 향상시키기 위한 방법이 항상 검토되고 있다. 본 발명은 특히 IC 칩들의 저전압 환경에서 시험의 정확성을 향상시키기 위하여 캘빈 커넥터들을 이용하는 시험 소켓에 대한 것이다.
본 발명은 캘빈 브리지를 구성하기 위하여 켄빈 커넥터들을 포함하는 집적 회로 시험 소켓에 대한 것이다. 캘빈 브리지는 훼스톤 브리지의 변형이며, 시험 소켓 위에 캘빈 브리지 장치를 형성하기 위하여 필요한 컨택들을 형성하는 특수 형상의 커넥터들이다. 표준의 컨택 기술에 의하여, 시험 진행 엔지니어들은 신호 공급 시스템으로부터 설비를 포함시키는 것이 필요하다. 캘빈 커넥터들을 이용할 때의 문제는 작은 표면적과 형상에 기인하여 하나의 신호 패드 위에 두 개의 컨택들을 형성하는 것이다. 통상의 QFN 패키지들은 0.25mm 폭 x 0.35mm 길이이며, 기존의 탄성 프로브 기술이 긴 에지에 컨택들을 형성하나, 기계적이고 전기적인 성능상의 한계를 가진다. 다른 제조업자들은 병렬 컨택들을 구상하였으나, 더 작은 피치의 보드 제작이 비용을 절감하지 못하였다. 다른 캔틸레버 디자인은 긴 신호 경로를 필요로하므로, 저항 및 인덕턴스가 커진다.
본 발명은 위에 설명된 단점들을 극복할 수 있으며 대향하는 링크 부재들을 설치함으로써 하나의 패드 위에 두 개의 컨택들을 얻을 수 있다. 일 측면에 노치를 형성함으로써, 링크 부재들은 서로를 향하여 역으로 회전하나, 접촉하지 않으므로, 캘빈 시험이 필요하다.
본 발명의 이들 및 많은 다른 이점들은 첨부의 상세한 설명과 도면들을 참조하면 보다 잘 이해될 것이다. 그러나, 발명자들의 최선의 모드가 설명되고 도시되었지만, 본 발명은 특정 도면들이나 상세한 설명에 제한되지 않음이 이해되어야 한다. 오히려, 이 기술 분야의 통상의 기술자들에 의하여 용이하게 인식될 수 있는 본 발명의 많은 변형들이 있을 수 있으며, 본 발명은 그러한 모든 변형들과 수정들을 포함하는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 캘빈 브리지의 개략적인 다이어그램이며;
도 2는 DUT에 결합된 캘빈 커넥터들을 구비한 캘빈 브리지의 개략적인 다이어그램이며;
도 3은 시험 소켓의 실시예의 상승된 사시도이며;
도 4는 종래 기술의 커넥터 시스템의 부분적으로 절개된 사시도이며;
도 5는 본 발명의 커넥터 시스템의 부분적으로 절개된 사시도이며;
도 6은 도 5의 배치된 포스 및 센스 링크의 확대된 사시도이며;
도 7은 칩에 접촉되기 전의 배치된 포스 및 센스 링크의 측면도이며;
도 8은 칩과 접촉 후의 도 7의 배치된 포스 및 센스 링크의 측면도이며;
도 9는 포스 및 센스 링크의 평면도이다.
윌리엄 콤슨, 로드 캘빈을 따라, 캘빈 센스(sense)로 또한 알려진 4개-터미널의 센스가 매우 낮은 저항을 측정하기 위하여 사용된다. 두 개의 와이어 연결이 캘빈 연결로서 불리고, 포스(force)-및-센스(sense) 쌍을 단일 터미널 또는 리드(lead)에 동시에 연결하도록 구성된 한 쌍의 컨택들이 "캘빈 컨택(Calvin contact)"으로 불린다. 도 1은 시험 중의 디바이스(14)의 저항(RDUT)을 측정하기 위하여 한 쌍의 저항(R1, R2)을 통하여 두 개의 와이어(12)들에서 구동력(10)에 의하여 전류가 공급되는 간략화된 회로 다이어그램의 도면이다. R3 및 R4에 의하여 브리지(bridge)가 형성되고, 와이어(16)가 테스터에서의 전압을 측정하기 위하여 시험 디바이스(14)에 연결된다. 테스터의 저항은 전압 강하(VD)를 측정하여 결정된다. 디바이스(14)로의 경로에서 전류는 또한 전압 강하를 발생하고, 측정의 이러한 전압 강하를 피하기 위하여 별도의 한 쌍의 와이어들이 디바이스(14)에 직접 연결된다. 이상적으로, 센스 경로에 무시할만한 전류와 센스 경로에서의 무시할만한 전압 강하가 존재하도록 임피던스가 높다.
도 2는 캘빈 커넥터(32)들을 이용한 측정 설비를 도시한다. 테스터의 CPU는 DC측정 유닛(30)에 프로그램된 포스 전압을 보내고, 테스터 CPU로부터의 프로그램 값으로부터 전압(VMEAS)이 수신된다. 전압(VMEAS)의 값은 프로그램 값이 관찰되도록 공급된 포스를 제어하기 위하여 피드백 루프로 합체된다. DC 측정 유닛(30)에서의 전압 강하로서 전류가 측정되고, 이 값이 CPU 테스터에 공급된다. 캘빈 커넥터(32)들은 시험 칩이 배치되는 소켓(34)에 연결된다. 특수한 커넥터(36)들이 캘빈 커넥터(32)들을 DC 측정 유닛(30)에 연결하도록 제공된다. 이러한 설비가 시험 디바이스에게 전기적으로 분리되고 기계적으로 독립적인 측정을 제공하며, 소정의 전류 흐름에서 정확한 전압 측정을 제공한다. 포스 경로의 RC가 각각의 삽입에 따라 약간 변하는 다른 시스템들과 달리, 이 설비에서는 포스 경로의 RC가 제거된다. 더욱이, 아주 작은 경로 상의 전류 흐름에 기인하여, 센스 경로의 저항이 큰 것으로 생각된다. 때로, 경로에 별개의 저항기가 추가되므로 고속 경로 상의 스텁(stub)은 감소되고 10KΩ는 50KΩ 환경에서 "개방(open)"으로 보이며, 측정 유닛의 "단락(short)"으로 보인다.
캘빈 커넥터들은 낮은 저항이 존재할 때, 특히 값이 1 오옴(ohm)보다 작은 때, 측정의 정확성과 효율성을 향상시킨다. 또한 작은 전압 증가량을 가지는 아날로그에서 디지털 또는 디지털에서 아날로그 컨버터와 같은, 높은 정확성의 전압 포스 또는 측정이 사용될 때, 고 전류 부하에서의 전압 측정이 또한 캘빈 커넥터들의 사용으로부터 이점을 가진다. 캘빈 커넥터들은 비-캘빈 커넥터들보다 초기에 더욱 고가일 수 있는 데, 이는 컨택터(contactor)에서의 더 많은 프로브(그리고 아마 더욱 고가의 프로브)들이 필요하고, 보드 레이아웃이 더욱 어렵기 때문이다 - 트레이스(trace)들이 더 많고, 피치가 더욱 미세함. 그들의 사용이 또한 시험 시간을 연장할 수 있는 더 많은 테스터 자원을 필요로 할 수 있다. 그러나, 비-캘빈 커넥터들은 자주 고-용량 제조에서 캘빈 커넥터들보다 더욱 고가일 수 있다. 빈번한 프로브 세척은 시험 수율을 높이기(보고되기에는 수천 삽입(insertion)과 같이 매우 작은) 위하여 필요하고, 비-캘빈 커넥터들은 시험 셀이 가동될 수 있을 때 시험 셀의 효율을 크게 저하시킬 수 있다(세척을 위해 저하시킴). 빈번한 프로브 교체는 수천 번의 삽입과 같이 매우 크게 시험 수율을 높이 유지하기 위하여 필요하다.
도 3은 그 내용이 여기에 포함된 미국 특허 제7,918,669호에 일반적으로 설명된 유형의 집적회로 시험 소켓(40)을 도시한다. 시험 소켓의 세부 내용은 간략화를 위하여 생략된다. 시험 소켓(40)은 일반적으로 시험 설비 위에 시험 소켓을 장착하기 위하여 4개의 정렬 구멍(42)들을 가진 대체로 정사각형 프로파일이다.
시험 소켓(20)의 플랫폼(44) 위에, 시험 중의 집적회로 칩(도시 생략)을 수용하기 위하여 정사각형 리세스(46)가 형성된다. 복수의 전기 커넥터들이 위에 기재된 '669 특허에 더욱 상세하게 설명된다. 칩이 한 번 리세스(46) 내에 배치되면, 시험 소켓(40)은, 예컨대, 핸들러 가공 프레스에 설치되어 집적 칩을 시험하기 위하여 핸들러에 고정될 수 있다. 자동 및 수동의 양측의 다른 장치들이 또한 본 발명에서는 사용될 수 있다.
도 4는 DUT를 시험하기 위하여 필요한 컨택을 형성하기 위하여 시험 소켓과 상호 작용하는 전기 커넥터들을 도시한다. 시험 소켓(40)은 IC로부터 전기 신호를 수신하고 신호의 품질, 세기, 및 다른 특징들을 평가할 수 있는 시험 장비의 일부로서의 패드(도시 없음) 위에 설치된다. 시험 소켓(40)의 목적은 칩의 컨택 패드로부터 커넥터 조립체(52)를 통해 아래의 시험 장비에 신호를 전기적으로 전송하는 것이다. 커넥터 조립체(52)는 IC가 없는(도 4 도시와 같이) 대기 또는 분리 위치와 결합 위치 사이에서 선회하며, 이 결합 위치는 IC와 커넥터 조립체(52)를 관통하는 시험 장치 사이의 완전한 전기 회로에 대응한다. 소켓(40)의 베이스(54)는 상면으로부터 커넥터(52)의 일부가 노출되도록 하는 복수의 슬롯(56)들을 가진다. 미국 특허 제7,918, 669호에 보다 구체적으로 설명된 바와 같이, IC가 베이스(54) 위에 설치될 때, IC 패들은 각각 슬롯(56)들을 통해 돌출하는 커넥터 조립체(52)의 일부와 접촉하고, 커넥터 조립체(52)를 결합 위치로 선회시킨다. 이와 같이, 전기적인 컨택은 IC가 시험 소켓의 베이스(54)에 설치된 때 신뢰성 있게 자동으로 형성된다.
전기적 연결을 형성하는 커넥터 조립체(52)는 링크 부재(60) 및 장착 소자(62)의 두 개를 가지는 2-피스 조립체이다. 탄성 튜브 부재(58)가 베이스(54) 내에 내장되고, 분리 위치에 커넥터 조립체(52)를 편향시키도록 작용한다. 장착 소자(62)는 베이스(54) 내에 유지되고 대체로 평면상 상면과 대체로 평면상 하면을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 베이스(54)는 아래의 시험 장비 접촉면으로 연장하여 다소 매입되도록 장착 소자(62)를 다소 압축하도록 형성된다. 하면과 상면 사이에 다소 상향으로 경사되는 배향을 가지는 횡방향의 개구 공동이 구비된다. 공동은 입구까지 실질적으로 원형이며, 이는 이어서 링크 부재(60)를 향하여 실질적으로 넓어지며, 공동은 내부에 링크 부재의 일부를 유지하도록 대략 형성된다. 입구의 상부 에지는 곡선 손가락-형상의 돌출부를 통해 상면으로 전이된다. 유사하게, 입구의 하부 에지는 돌출하는 립(lip) 부재를 통해 하면으로 전이된다. 립 부재는 그 전방 에지를 향하여 상향으로 굽어지는 하부 에지를 가진다.
IC가 베이스(54)에 접촉됨에 따라, IC의 하면은 링크 부재(60)의 돌출하는 원호 면에 접촉하여 탄성 튜브 부재(58)의 가압력에 대항하여 링크 부재를 아래로 민다. 링크 부재(60)가 로커 아암을 통해 장착 소자(60) 둘레로 선회함에 따라, 이러한 하향 힘에 의하여 IC는 탄성 부재(58)의 가압력에 대항하여 반시계 방향으로 링크 부재(60)를 회전시킨다. 다리 부재가 아래의 시험 장비와 확실히 접촉하기까지 링크 부재(60)의 회전은 계속한다. 추가적인 하향 힘은 단지 접촉 신뢰성을 향상시키기 위하여 장착 소자(62)의 공동에서 로커 암에 의하여 적용되는 압력을 증가시킬 뿐이다.
이는 결합 위치이며, 링크 부재(60)의 원호형 접촉면을 통해 그리고 로커 암을 통해, 부하 보드/시험 장비의 리드(도시 없음)에 매입되고 고정된, 장착 소자(62)로의 IC의 접촉 패드 사이에 직접 흐름 경로가 존재한다. 흐름 경로가 형성되므로, 이어서 신호들은 종래 방식에서 IC로부터 시험 장비에 의하여 처리될 수 있다.
도 5에서, 단일 커넥터 조립체(62)는 한 쌍의 장착 소자(72a, b) 사이에 위치된 탄성 튜브 부재(58)에 의하여 한 쌍의 장착 소자(72a, b)를 대체하였다. 각각의 장착 소자(72a, b)는 소켓(40) 아래의 별도의 보드 패드들에 연결되므로 각각의 장착 소자는 별개의 신호를 운반한다. 제1 장착 소자(72a)는 "포스(force)" 신호를 운반하고 제2 장착 소자(72b)는 도 2에 관련해서 위에 설명된 바와 같은 "센스(sense)" 신호를 운반한다. 포스 장착 소자(72a)는 포스 링크 부재(74a)와 상호 작용하고 센스 장착 소자(72b)는 센스 링크 부재(74b)와 상호 작용한다. 작동시, 포스 신호는 일 측면에서 포스 링크 부재(74a)를 통해 신호 패드로 도입되고, 대향하는 센스 링크 부재(74b)는 별개의 패드 위에서 디바이스 제어 신호를 수신한다. 이로써 위에 설명된 바와 같이 시험 디바이스의 실제 저항을 측정할 수 있다.
도 6은 탄성 부재(58)가 명확성을 위하여 제거된 채로, 한 쌍의 장착 소자(72a, b)들과 링크 부재(74a, b)들을 도시한다. 각각의 장착 소자(72)는 대체로 평면인 상면과 대체로 평면인 하면(80)을 포함한다. 하면과 상면 사이에 다소 상향으로 경사된 배향을 가지는 횡 방향의 개구 공동(82)이 형성된다. 공동(82)은 입구(84)까지 대체로 원형이며, 이어서 링크 부재(74)를 향하여 넓어지며, 공동(82)은 대체로 내부에 링크 부재(74)의 일부를 유지하도록 형성된다. 입구의 상부 에지는 곡선의 손가락 형상의 돌출부(86)를 통해 상면으로 전이한다. 유사하게, 입구의 하부 에지는 돌출하는 립 부재(88)를 통해 하면으로 전이한다. 립 주재(88)는 전방 에지(92)를 향하여 위로 굽어지는 하부 에지(90)를 가진다.
포스 링크 부재(74a)는 세 개의 주요 부품들을 가진다. 제1 부품은, IC가 링크 부재(74a)에 하향 힘을 적용하여, 링크 부재(74a)가 장착 소자(72a) 둘레로 선회하도록 함에 따라, 위의 IC와 롤링 접촉하도록 형성된 상부 에지를 따르는 원호형 접촉면(96)이다. 링크 부재(74a)의 제2 부품은 전구-형상의 말단 팁(100)에서 종료하는 목 부분을 가지는 로커 암(98)이다. 장착 소자(72a)의 공동(82)과 로커 암(98)의 전구-형상의 말단 팁(100)은 흔들리지 않고 제어된 방식으로 장착 소자의 공동 내에서 로커 암의 유연한 선회를 허용하도록 상보적으로 형성된다.
링크 부재(74a)의 제3 부품은 장착 소자의 상부 부분과 균형을 이루는 힐부(102)이다. 도 7 도시와 같이, 칩이 없으므로, 탄성 부재는 장착 소자를 위로 서로로부터 떨어지게 회전시킨다. 연결 조립체가 IC 칩을 준비하므로 이는 분리 또는 대기 위치이다. 칩(14)이 커넥터 조립체에 배치될 때, 링크 부재(72a, 74a)들은 도 8 도시와 같이 서로를 향하여 회전하고, 칩으로부터의 신호들을 시험 디바이스에 중계하기 위하여 장착 소자(74), 접촉 패드(71), 및 시험 디바이스(63)에 의하여 회로를 구성하는 링크 부재(72)들과 칩의 전기 컨택(79)들 사이의 접촉을 형성한다. 포스 링크 부재(74a)는 센스 링크 부재(74b)를 피하기 위하여 측면 노치(110)를 포함하고, 센스 링크 부재(74b)는 포스 링크 부재(74a)를 피하기 위하여 측면 노치(112)를 포함한다.
도 7-9 도시와 같이, 두 개의 링크 부재(74a, b)들이 회전할 때, 도 2 도시와 같은 캘빈 커넥터들을 사용하기 위하여 필요한 링크 부재(74a, b)들 사이에 있는 수평 갭(108)과 노치(110, 112)들에 기인하여 어디서도 서로 접촉하지 않는다.
본 발명에 의하면, 소켓(40)은 시험 디바이스에 어떤 새로운 부품을 부가하지 않고 캘빈 측정을 수행할 수 있으며, 측정의 정확성을 향상시킬 수 있다. 링크 부재(74a, b)들은 EDM, 압출, 머신, 에칭, 3D 금속 프린팅 및/또는 압인을 통해 형성될 수 있다.
이 명세서는 단지 예시적인 것이 이해될 것이며, 세부 내용에서 특히 형상, 크기, 소재, 및 부품들의 배치 면에서 본 발명의 범위를 넘지 않고 변형이 이루어질 수 있음이 더욱 이해될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부의 특허청구범위에 기재된 것에 의하여 정해지며, 상기 설명된 상세한 설명 및 도면들에 의하여 어떠한 방식으로나 한정되지 않는다.
14: 디바이스 40: 소켓

Claims (5)

  1. 신호가 전송되도록 보드에 집적회로(IC)를 전기적으로 연결하기 위한 소켓으로서:
    그 위에 상기 집적 회로를 수용하기 위한 베이스;
    상기 베이스 내에 내장된 길다란 탄성 튜브 부재;
    포스 신호들을 아래의 시험 디바이스로 전송하기 위하여 상기 길다란 탄성 튜브 부재의 일 측면 위에 배치된 복수의 포스 마운트들;
    센스 신호들을 아래의 시험 디바이스로 전송하기 위하여 상기 길다란 탄성 튜브 부재의 반대 측면에 배치된 복수의 센스 마운트들;
    상기 길다란 탄성 튜브 부재에 의하여 각각의 포스 링크 부재가 분리 위치에 가압되고, 상기 집적 회로와 접하기 위하여 각각의 포스 마운트와 상호 작용하는 포스 링크 부재; 및
    상기 길다란 탄성 튜브 부재에 의하여 각각의 센스 링크 부재가 분리 위치에 가압되고, 상기 집적 회로와 접하기 위하여 각각의 센스 마운트와 상호 작용하는 센스 링크 부재를 포함하며;
    상기 포스 링크 부재에 대한 하향 힘이 상기 센스 마운트를 향하여 상기 포스 링크 부재를 회전시키며, 상기 센스 링크 부재에 대한 하향 힘이 상기 힘 마운트를 향하여 상기 센스 링크를 회전시키며, 상기 포스 링크 부재와 상기 센스 링크부재 사이의 간격이 항상 유지되도록 상기 포스 링크부재와 센스 링크 부재 사이의 접촉이 없는, 집적회로를 보드에 전기적으로 접속하기 위한 소켓.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 포스 마운트와 상기 센스 마운트에 연결된 캘빈 커넥터를 더 포함하는 소켓.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 캘빈 커넥터는 집적 회로의 실제 저항을 전송하는 소켓.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 포스 링크 부재는 센스 핀을 피하기 위하여 측면 노치를 포함하는 소켓.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 센스 링크부재는 동력 핀을 피하기 위하여 측면 노치를 포함하는 소켓.
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