KR20170096481A - 테스트 핀 및 이를 구비하는 테스트 소켓 - Google Patents

테스트 핀 및 이를 구비하는 테스트 소켓 Download PDF

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임동범
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이창욱
임동범
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Abstract

본 발명은 테스트 핀 및 이를 구비하는 테스트 소켓에 관한 것이다.
본 발명에서는 테스트 핀에 사용되던 스프링을 제거하고, 상부플런저 및 하부플런저 사이에 면접촉 상태로 설치되어 상부플런저와 하부플런저와 사이에 탄성을 제공하면서 나노 사이즈 도전 물질을 포함하며, 나노 사이즈 도전 물질을 통해 상부플런저 및 하부플런저 사이를 도통시키는 탄성 전도성 부재를 구비하는 구성을 제시한다.
본 발명에 따른 테스트 핀 및 이를 구비하는 테스트 소켓은 스프링보다 전도도가 뛰어나고 탄성이 좋은 탄성 도전부를 사용함으로써 종래 스프링을 사용하는 테스트 핀에 비해 조립이 용이하여 조립 불량을 줄일 수 있게 되었다.

Description

테스트 핀 및 이를 구비하는 테스트 소켓{POGO PIN AND TEST SOCKET WITH THE SAME}
본 발명은 테스트 핀 및 이를 구비하는 테스트 소켓에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 면접촉이 가능한 탄성부재를 갖는 테스트 핀 및 이를 구비하는 테스트 소켓에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 전기적 특성을 검사하는 검사장치는 널리 알려져 있다. 이들 검사장치에는 피검사체인 반도체 디바이스의 솔더볼과 같은 피접촉점에 접촉하는 테스트 핀('포고핀' 또는 '테스트용 프로브'라고도 부른다)이 사용되고 있다.
도 1은 종래 테스트 핀의 구성도이다. 테스트 핀(50)은 원통형의 배럴(21)과, 배럴(21)의 상부 개방부를 통해 일부가 노출되도록 형성되는 상부프런저(10)와, 배럴(21)의 하부 개방부를 통해 일부가 노출되도록 형성되는 하부프런저(30)와, 배럴(21) 내부에 삽입 설치되어 상부프런저(10)와 하부프런저(30) 사이에서 탄성을 제공하는 스프링(25)으로 구성된다. 상부프런저(10)의 일 단에는 테스트될 반도체 칩의 솔더볼과 접촉된 상부팁(11)이 형성되며, 타 단에는 스프링(25)을 위치시키기 위한 제1가이드(13)가 구비된다. 하부프런저(30)의 일 단에는 테스트 장치의 접촉핀과 접촉하는 하부팁(31)이 형성되며, 타 단에는 스프링(25)을 위치시키기 위한 제2가이드(33)가 구비된다.
이러한 종래 테스트 핀(50)은 반도체 칩의 솔더볼(미도시)에 접촉하는 상부팁(11)을 뾰족하게 형성한다. 그 이유는 접촉부위에 이물질이 묻지 않도록 하여 전기적 특성 테스트의 신뢰성을 높이기 위한 것이다. 테스트 핀(50)을 통해서 테스트 장치로부터 공급되는 전기적 신호는 반도체 칩의 솔더볼로 공급된다. 테스트가 수행될 때, 통상 전기적 신호는 하부프런저(30)의 표면, 배럴(21)의 내벽 및 상부프런저(10)의 표면을 따라 흐르게 된다. 일부 전기적 신호는 스프링(25)을 통해서도 흐르나 배럴(21) 내면보다 저항이 높아 많은 량의 전기적 신호가 흐르지는 못한다.
이러한 스프링을 사용하는 테스트 핀은 몇 가지 문제점을 가지고 있다.
전술한 바와 같이 스프링의 경우 전기적인 저항이 높아 테스트 장치에서 공급되는 전기적 신호의 흐름을 제한하게 되는 것이다. 테스트를 수행할 때 테스트 장치에서 인가되는 전류는 가능한 저항에 의한 손실을 최소화한 상태에서 반도체 칩에 공급되어야 하는데 스프링의 경우 저항이 높아 전류 패스(path)로 사용할 수 없는 문제가 있는 것이다. 배럴(21)의 내벽보다 스프링(25)이 저항이 높은 이유는 전류 흐름의 관점에서 볼 때 배럴(21)의 내벽을 통하는 것보다 전류 패스가 길어지고, 상부프런저 및 하부프런저와 점(point) 접촉을 이루기 때문에 접하는 면적이 좁기 때문이다.
또한, 테스트 핀의 길이가 통상 3mm 이상이어서 전류의 패스가 길고, 스프링에 의한 기생 저항 등으로 인해 경쟁제품인 PCR(Pressure sensitive Conductive Rubber)에 비해 전기적 특성이 떨어진다. 이에 대응하기 위해서는 고주파 대역에서 전기적 특성이 좋은 테스트 핀이 요구되고 있다. 또한, 경쟁제품인 PCR의 경우 높이가 낮아서 테스트 시 적용하기 쉽고, 고주파에 적용하기 좋은 장점이 있다. 이러한 PCR에 대응하는 테스트 핀을 제조하기 위해서는 스프링보다 도전성이 좋고 탄성이 뛰어난 대체 기재가 필요하게 되었다.
종래 테스트 핀은 장비를 이용하여 마이크미터 단위까지 핀을 정밀 가공하고, 열처리와 금도금을 한 후, 수작업으로 상부프런저, 하부프런저, 배럴 및 스프링을 결합하는 방식으로 제조된다. 밸럴(21)은 높은 강도가 필요하므로 벨리리움 구리(beryllium copper)를 사용하여 제작하며, 나머지 부품은 일반 구리로 제작한다. 구리를 사용하는 이유는 전도도가 좋기 때문이다. 그런데 구리는 산화가 되어 산화구리가 되면 전도도가 떨어지는 문제가 발생된다. 따라서 구리 산화를 방지하기 위해 구성품을 조립 전에 도금하는 것이다.
이러한 제조 과정에서 테스트 핀을 구성하는 상부프런저, 하부프런저, 배럴 및 스프링은 수작업을 통해 조립되는데 부품 사이즈가 작아서 조립 과정 중에 상당한 불량이 발생되고 생산 단가가 올라가는 문제가 있었다. 특히, 스프링을 배럴에 넣고 상부프런저 및 하부프런저의 정확한 위치에 조립하는 과정에서 많은 불량이 발생된다. 이러한 수작업으로 인해서 반도체 테스트용으로 제작된 테스트 핀의 경우 개당 가격이 500원부터 수 천원 수준을 형성하고 있다. 하나의 반도체 칩을 테스트하기 위한 테스트 소켓에는 해당 반도체 칩의 솔더볼 수만큼 구비되어야 하므로 테스트 소켓의 제작 비용을 상당히 비싸게 형성되어 있는 실정이다.
대한민국 공개특허 제10-2012-0104878호 (2012.09.24. 공개) 대한민국 공개특허 제10-2010-0099065호 (2010.09.10. 공개) 대한민국 공개특허 제10-2015-0139226호 (2015.12.11. 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 하부프런저와 상부프런저 사이에서 저항이 낮은 전류 패스를 제공하면서도 높은 탄성을 제공하는 테스트 핀 및 이를 구비하는 테스트 소켓을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에서는 수작업으로 간편하게 조립할 수 있는 테스트 핀 및 이를 구비하는 테스트 소켓을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적은 반도체 디바이스와, 상기 반도체 디바이스를 테스트하기 위한 테스터 장치에 전기적으로 연결하는 테스트 핀에 있어서, 반도체 디바이스에 전기적으로 접속 가능한 상부플런저와, 테스터 장치에 전기적으로 접속 가능한 하부플런저와, 상부플런저 및 상기 하부플런저 사이에 면접촉 상태로 설치되어 상기 상부플런저와 상기 하부플런저와 사이에 탄성을 제공하면서 나노 사이즈 도전 물질을 포함하며, 나노 사이즈 도전 물질을 통해 상기 상부플런저 및 상기 하부플런저 사이를 도통시키는 탄성 전도성 부재 및 탄성 전도성 부재를 수용하는 배럴을 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 핀에 의해 달성 가능하다.
본 발명에 따른 테스트 핀 및 이를 구비하는 테스트 소켓은 스프링보다 전도도가 뛰어나고 탄성이 좋은 탄성 도전부를 사용함으로써 종래 스프링을 사용하는 테스트 핀에 비해 조립이 용이하여 조립 불량을 줄일 수 있게 되었다. 따라서 좋은 품질의 테스트 핀을 저렴하게 제공할 수 있게 되어 테스트 소켓의 제작 비용을 낮출 수 있는 이점이 있다.
또한, 종래 테스트 핀은 스프링을 사용하는데 스프링의 탄성 계수의 한계와 절대적인 부피(완전 압축 상태의 부피)가 커서 테스트 핀의 길이를 일정 수치 이하로 형성할 수 없는 문제점이 있었다. 이에 비하여 본 발명에 따른 테스트 핀은 탄성 도전부를 사용함으로써 높은 전도도를 제공함과 아울러 탄성이 좋은 재질이므로 테스트 핀의 길이를 다양하게 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 테스트 핀의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 테스트 핀 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예의 테스트 핀 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예의 테스트 핀 구성도.
도 5는 표면이 나노 사이즈의 전도성 물질이 코팅된 다수 개 제1기재의 집합체를 설명하기 위한 도면.
도 6은 내부에는 다수 개의 기공을 갖는 하나의 제2기재로 구성되는 본 발명에 따른 일 실시예의 탄성 도전성 부재 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 일 실시예의 테스트 핀을 적용한 테스트용 소켓을 도시하는 평면도.
도 8은 도 7의 A-A'부의 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 일 실시예의 테스트 핀을 적용한 테스트용 소켓의 ㅂ분해 사시도.
본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 테스트 핀 구성도이다. 본 발명에 따른 테스트 핀(150)은 원통형의 배럴(121)과, 배럴(121)의 상부 개방부를 통해 일부가 노출되도록 형성되는 상부프런저(110)와, 배럴(121)의 하부 개방부를 통해 일부가 노출되도록 형성되는 하부프런저(130)와, 배럴(121) 내부에 삽입 설치되어 상부프런저(10) 및 하부프런저(30)와 면접촉되면서 탄성과 전류 패스(path)를 제공하는 탄성 도전성 부재(151)로 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이 전류 흐름 측면에서 고려할 때 탄성 도전성 부재(151)의 길이는 배럴(121) 내벽의 길이와 거의 동일하게 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한 도 2(b)에 도시된 바와 같이 상부프런저(110) 및 하부프런저(130)의 단부와 접촉되는 탄성 도전성 부재(151)의 대응면은 상부프런저(110) 및 하부프런저(130) 단부 형상과 맞닿을 수 있는 형상으로 구비함으로써 전기 저항을 감소시킬 수 있게 하였다. 이러한 구조는 종래 테스트 핀(50)에서 스프링이 점접촉을 이루는 구조와 비교하면, 본 발명에 따른 탄성 도전성 부재(151)가 저항을 더 낮게 유지할 수 있음을 알 수 있다.
탄성 도전성 부재(151)가 상부프런저(10) 및 하부프런저(30)와 각각 접촉되는 단면은 여러 가지 형상으로 구현할 수 있다. 도 3은 본 발명에 따른 일 실시예의 테스트 핀 구성도이다. 탄성 도전성 부재(151)와 접촉되는 상부프런저(110) 및 하부프런저(130)의 각각의 단면이 도 2와는 다른 형상으로 구비되어 있음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예의 테스트 핀 구성도이다. 탄성 도전성 부재(151)와 접촉되는 상부프런저(110) 및 하부프런저(130)의 각각의 단면이 도 2 및 도 3과는 또 다른 형상으로 형성하였음을 알 수 있다. 또한, 상부프런저(110)는 움직이지 못하도록 배럴(121)에 고정되도록 설치하였다.
본 발명에 따른 탄성 도전성 부재(151)는 상부프런저(110) 및 하부프런저(130) 사이에서 가해지는 압력에 의해 부피가 줄어들어야 하므로 적절한 탄성을 가져야 하며, 나노 사이즈의 도전 물질이 표면 및/또는 내부에 포함되는 기공에 코팅될 수 있는 물질로 형성할 수 있다. 탄성 도전성 부재(151)는 (1) 표면에 나노 사이즈의 전도성 물질이 코팅된 제1기재의 집합체 또는 (2) 내부에는 다수 개의 기공을 갖는 하나의 제2기재로서, 탄성 도전성 부재(151)의 상부에 노출되도록 형성되는 적어도 하나의 제1기공에서 하부로 노출되도록 형성되는 적어도 하나의 제2기공 사이를 상호 연결되는 연결 통로가 구비되며, 적어도 연결 통로가 나노 사이즈의 전도성 물질로 코팅된 물질을 들 수 있다.
도 5는 표면이 나노 사이즈의 전도성 물질이 코팅된 다수 개 제1기재의 집합체를 설명하기 위한 도면이다. 도 5(a)는 제1기재를 나타낸 것이며, 도 5(b)는 제1기재의 A-A' 방향의 단면도를 도시한 것이며, 도 5(c)는 나노 사이즈 전도성 물질이 코팅된 제1기재의 집합체를 도시한 것이다. 제1기재(123)의 표면에는 나노 사이즈의 도전물질(125)이 코팅 형성되며, 이러한 표면이 나노 사이즈의 전도성 물질이 코팅된 제1기재의 집합체로 탄성 도전성 부재(151)를 형성하게 되는 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 탄성 도전성 부재의 단면도로서, 내부에는 다수 개의 기공을 갖는 하나의 제2기재의 일 례를 나타낸다. 도 6(a)에서는 다수 개 기공을 갖는 제2기재(140)의 단면도를 도시한 것이며, 도 6(b)는 도 6(a)의 B 부분의 확대도이다. 제2기재(140)에는 다수 개 기공(143)이 형성되며, 일부 이웃하는 대부분의 기공(143)은 통로(145)에 의해 서로 연결되어 있음을 알 수 있다. 또한, 상부에 노출되도록 형성되는 적어도 하나의 제1기공과 하부에 형성되는 적어도 하나의 제2기공을 연속되게 연결하는 연결통로(141)가 형성되어 있음을 알 수 있다. 도 6(b)에 도시된 바와 같이 제2기재(140)에 형성되는 각각의 기공 및 통로(145)의 표면을 따라 나노 사이즈 도전물질(125)이 코팅됨을 알 수 있다. 일부 통로(145)의 경우는 나노 사이즈 도전물질(125)로 완전히 채워지는 경우도 있을 수 있다.
제1기재의 예로는 원사(thread) 또는 탄성 섬유 등을 들 수 있으며, 탄성 도전성 부재(151)는 나노 사이즈의 전도성 물질이 코팅된 원사 또는 탄성 섬유로 짜여진 섬유 부재로 형성될 수 있다. 탄성 섬유는 굵기 0.3~1㎛인 섬유로 결합조직을 구성하면 탄성력이 좋은 섬유 성분으로 이루어진 섬유를 의미한다.
제2기재의 예로는 폼(스펀지), 부직포, 및 기공을 갖는 나노 셀룰로오스 섬유 등을 들 수 있으며, 제2기재 내부에는 다수 개 기공이 구비되는 특징이 있다. 제2기재에 형성되는 다수 개 기공은 상면 및 하면에도 노출되며, 이렇게 노출되는 상면에 형성되는 제1기공과 하면에 노출되는 제2기공은 두께 방향으로 서로 연결되는 적어도 하나의 연결 통로가 형성되며, 탄성 도전성 부재(151)는 이러한 연결 통로와 제2기재의 표면이 나노 전도성 물질이 코팅된 물질로 형성하게 된다.
폼이란, 내부에 다수의 기공을 갖는 솔리드(solid)한 구조물을 의미한다. 대부분 다수의 기공은 서로 연결되어 공기가 통하게 되며, 재질은 대부분의 합성수지로 생성될 수 있다. 예를 들어 고무, 비닐, 폴리우레탄 등으로 폼을 제작할 수 있다.
부직포란 방적, 제직에 의하지 않고 섬유집합체 또는 필름을 물리적, 화학적 수단에 의하거나 적당한 수분이나 열로써 섬유 상호간을 결합시킨 것을 의미한다. 또 다른 정의로는 천연, 화학, 유리, 금속 등 각종 섬유를 상호간의 특성에 따라 엉키게 하며 시트 모양의 웨브(web)를 형성하고 이를 기계적 또는 물리적인 방법으로 결합시켜 만든 평면 구조라 할 수 있다.
탄성 도전성 부재(151)는 반도체 칩의 솔더볼과 테스트 장치의 접촉핀 사이에 개재되어 상하로 가해지는 압력에 의해 부피가 줄어들었다가 원상태로 회복되는 과정을 반복적으로 수행하여야 한다. 따라서 탄성 도전성 부재(151)는 일정한 탄성률을 가지면서 내구성도 뛰어나야 하며, 지속적인 전도성을 제공할 수 있어야 한다. 본 발명에서는 나노 사이즈의 전도물질을 사용하여 제1기재 또는 제2기재의 표면과 기공을 코팅하므로 반복적인 탄성 작업을 수행하더라도 전도성을 유지할 수 있게 된다.
이하 탄성 도전성 부재를 형성하는 제조 방법에 대해 설명하기로 한다. 탄성 도전성 부재(151)를 형성하는 제1기재의 예로서, 원사로 이루어진 섬유에 나노 사이즈의 전도성 물질을 코팅하는 것을 예를 들었다. 지금부터 설명하는 나노 사이즈의 전도성 물질을 섬유에 코팅하는 방법은 다른 제1부재 및 제2기재의 기공 및 표면에 나노 사이즈의 전도성 물질을 코팅하여 탄성 도전성 부재를 형성하는 방법으로도 동일하게 사용할 수 있음은 물론이다.
용매 및 금속 전구체를 포함하는 전도성 잉크 조성물을 준비하는 단계; 섬유(fiber)에 상기 전도성 잉크 조성물을 함침(impregnation)시키는 단계; 및 전도성 잉크 조성물이 함침된 섬유 내 금속 전구체를 환원시켜 금속 입자가 코팅된 섬유를 수득하는 단계;를 포함하는 전도성 섬유의 제조 방법에 의해 제조된다.
섬유는 일반적으로 의류에 사용될 수 있는 섬유를 의미하는 것으로 특별한 종류에 제한되는 것은 아니다. 또한 섬유는 섬유질로 구성되어 있는 종이 등일 수도 있다. 또한, 섬유는 최소 단위인 섬유질부터 면 단위의 섬유를 모두 포함할 수 있다.
금속 전구체는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
Figure pat00001
화학식 1에서, M은 전도성(conductive) 금속물질을 의미하고, R1은 전도성 물질인 M이 전구체로 존재할 경우 M과 같이 안정한 상태를 유지하기 위해 함께 존재하는 물질이며, R2는 두 가지 원소로만 안정한 화합물로 존재하기 어려운 전도성 물질의 전구체 물질에 단일원소 또는 화합물로 첨가되어 안정성을 유지할 수 있도록 하는 물질이다.
또한, x, y 및 z 는 각각 M, R1 및 R2가 안정한 상태의 화합물로 존재하기 위해 필요한 원자수를 의미한며, x는 1 내지 6이 될 수 있으며, y는 1 내지 6일 될 수 있으며, z는 0 내지 10이 될 수 있다.
예를 들면 금속 전구체가 AlH3일 경우 여기서 M은 Al, R1은 H, x는 1, y는 3이며, z는 0으로 R2는 존재하지 않는다. 다른 예로 금속 전구체가 AlH3O(C4H9)2인 경우 M은 Al, R1은 H, x는 1, y는 3이며, R2는 O(C4H9)2이고 z는 1이다. 경우에 따라 R2에 해당하는 물질은 한 가지 이상이 될 수도 있다.
또 다른 예로 금속 전구체가 Cu2(OH2)2(O2C(CH2)4CH3)4인 경우 M은 Cu, x는 2, R1은 OH2, y는 2, R2는 OC(CH2)4CH3,z는 4이다.
보다 구체적으로, 상기 금속 전구체는 금속 수소화물(metal hydride), 금속 수산화물(metal hydroxide), 금속 황산화물(metal sulfur oxide), 금속 질산화물(metal nitrate), 금속 할로겐화물(metal halide), 이들의 착화합물(coordination compound) 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 금속 전구체가 상기 예시와 같은 구조인 경우 추후 전도성 섬유의 제조 시 환원 반응이 보다 효과적으로 일어날 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 금속 전구체는 금속 무기염의 형태일 수 있으며, 상기 금속 무기염의 음이온은 히드록사이드(hydroxide) 이온, 아세테이트(acetate) 이온, 프로피오네이트(propionate) 이온, 아세틸아세토네이트(acetylacetonate) 이온, 2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵탄디오네이트(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) 이온, 메톡사이드(methoxide) 이온, 2차-부톡사이드(sec-butoxide) 이온, 3차-부톡사이드(t-butoxide) 이온, n-프로폭사이드(n-propoxide) 이온, i-프로폭사이드(i-propoxide) 이온, 에톡사이드(ethoxide) 이온, 포스페이트(phosphate) 이온, 알킬포스페이트(alkylphosphonate) 이온, 나이트레이트(nitrate) 이온, 과염소산(perchlorate) 이온, 황산(sulfate) 이온, 알킬설포네이트(alkylsulfonate) 이온, 페녹사이드(phenoxide) 이온, 브로마이드(bromide) 이온, 요오다이드(iodide) 이온, 클로라이드(chloride) 이온 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 상기 금속 전구체의 금속은 알루미늄(Al), 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 테크네튬(Tc), 레늄(Re), 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 비스무트(Bi) 또는 이들의 조합일 수 있으며, 전도성 금속이라면 이에 제한되지는 않는다.
보다 구체적으로, 금속 전구체는 AlH3, OAlH3(C2H5)2, OAlH3(C3H7)2, OAlH3(C4H9)2, AlH3NMe3, AlH3·NMe2Et, AlH3·테트라메틸에틸렌디아민(tetramethylethylenediamine, TMEDA), AlH3·다이옥세인(dioxane) 또는 이들의 조합일 수 있다.
용매는 물, 테트라히드로퓨란(THF), 알코올(alcohol)계 용매, 에테르(ether)계 용매, 설파이드(sulfide)계 용매, 톨루엔(toluene)계 용매, 크실렌(xylene) 용매, 벤젠(benzene) 용매(예를 들어, 벤젠, 1,3,5-트리니트로벤젠trinitromethylbenzene 등), 알칸(alkane) 용매(예를 들어, CnH2n+2; C5H12, C6H14, C7H16, C8H18 등), 옥세인(oxane) 용매, 아민(amine) 용매, 폴리올(polyol계) 용매 또는 이들의 조합일 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다. 다만, 상기 용매는 금속 전구체의 종류에 따라 선택적으로 이용될 수 있다.
상기 전도성 잉크 조성물은 용매 50 내지 99 중량%; 및 금속 전구체 1 내지 50 중량%를 포함할 수 있다. 이는 효과적으로 섬유에 전도성 잉크 조성물을 함침시키기에 적합한 범위일 수 있다.
상기 전도성 잉크 조성물은 선택적으로 용액 안정제를 더 포함할 수 있다.
상기 용액 안정제는 다이케톤(diketone), 아미노 알코올(amino alcohol), 폴리아민(polyamine), 에탄올 아민(ethanol amine), 다이에탄올 아민(diethylnol amine), 에탄 티올 (ethane thiol), 프로판 티올(propane thiol), 부탄 티올(butane thiol), 펜탄 티올(pentane thiol), 헥산 티올(hexane thiol), 헵탄 티올 (heptanes thiol), 옥탄 티올(octane thiol), 노난 티올 (nonane thiol), 데칸 티올(decane thiol), 운데칸 티올(undecane thiol) 또는 이들의 조합일 수 있다.
용액 안정제의 함량은, 상기 용매 및 금속 전구체의 함량 100중량부에 대해 1 내지 50 중량부 또는 1 내지 20중량부 일 수 있으며, 이는 섬유에 전도성 잉크가 코팅되는데 적합한 범위일 수 있다.
섬유(fiber)에 상기 전도성 잉크 조성물을 함침(impregnation)시키는 단계는 일반적인 방법에 의해 수행될 수 있다.
예를 들어, 섬유에 상기 전도성 잉크 조성물이 충분히 스며들 수 있도록, 섬유를 상기 전도성 잉크 조성물에 넣어둘 수 있다. 일반적인 섬유의 특성이 훼손되지 않는 방법이라면 이에 제한되지는 않는다.
전도성 잉크 조성물이 함침된 섬유 내 금속 전구체를 환원시켜 금속 입자가 코팅된 섬유를 수득할 수 있다.
전도성 잉크 조성물이 함침된 섬유 내 금속 전구체를 환원시켜 금속 입자가 코팅된 섬유를 수득하는 단계는, 전도성 잉크 조성물이 함침된 섬유를 상온에서 방치하는 방법으로 수행될 수 있다. 즉, 별도의 열처리 과정 없이 전도성 섬유를 수득할 수 있다.
또는, 전도성 잉크 조성물이 함침된 섬유 내 금속 전구체를 환원시켜 금속 입자가 코팅된 섬유를 수득하는 단계는, 전도성 잉크 조성물이 함침된 섬유를 열처리하는 방법으로 수행될 수 있다. 이때 열처리 온도는 섬유에 손상이 가지 않는 저온 범위일 수 있다. 구체적인 예를 들어, 150℃이하일 수 있다.
또한, 열처리 방법으로 전도성 잉크 조성물이 함침된 섬유를 오븐 또는 핫플레이드에서 열처리할 수도 있으며, 전도성 잉크 내 섬유를 담구어 둔 상태로 가열을 하는 방법을 이용할 수도 있다.
또한, 섬유(fiber)에 전도성 잉크 조성물을 함침(impregnation)시키는 단계 이전에, 섬유를 촉매 또는 환원제에 노출시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때 이용될 수 있는 촉매로는 티타늄이소프로폭사이드(Ti(O-i-Pr)4, 티타늄 클로라이드(TiCl4), 린들라 촉매(Lindlar catalyst) 등이 있으며, 환원제로는 리튬알루미늄수소화물(LiAlH4), 수소(H), 나트륨-수은 아말감(Na(Hg)), 슈퍼하이드라이드(NaBH4), Sn2 +를 함유하는 화합물(SnCl2 등), SO3 2 -를 함유하는 화합물(sulfite; Na2SO3, NaHSO3, KHSO3 등), 히드라진(hydrazine; N2H4), 아연-수은아말감(Zn(Hg)), 디이소부틸알루미늄하이드라이드(DIBAH), 옥살릭산(oxalic acid: C2H2O4), 포믹산(formic acid; HCOOH), 아스코빅산(ascorbic acid; C6H8O6), 포스파이트(phosphate; PO3 3 -), 하이포포스파이트(hypophosphite; H2PO2 -). 인산(phosphorous acid; H3PO3), DTT(dithiothreitol; C4H10O2S2), Fe2 +이온을 함유하는 화합물 (FeSO4 등)이 있다.
즉, 금속 전구체가 외부의 에너지 공급 없이 상온 범위에서 금속 입자로 환원이 가능한 경우라면, 상온의 금속 전구체 잉크내에 비전도성 섬유를 방치하는 방법에 의해 전도성 섬유를 얻을 수 있다.
다만, 금속 전구체에 따라 일부 외부 에너지가 필요한 경우 열처리를 통하거나, 촉매를 통해 이를 해결할 수 있다. 본 명세서에서 상온의 의미는 특별한 외부 에너지의 공급이 없는 상태를 의미하는 것으로 지역, 시간 등에 따라 변할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현 예에서는, 전술한 방법에 따른 전도성 섬유를 제공한다.
상기 전도성 섬유의 면저항은 0.1 내지 100 Ω/sq일 수 있다. 또한, 전도성 섬유의 전기 전도도는 10-5 내지 10-2Ωㆍm일 수 있다.
실시예 1: 전도성 천의 제조
전도성 잉크 조성물의 제조
AlCl3과 LiAlH4를 디부틸에테르(dibutylether)에 1:3의 몰비로 혼합한 후 70℃에서 1시간 동안 가열 교반하였다. 1시간 동안 가열 교반된 용액을 필터링하여 부산물은 필터에 거르고 깨끗한 용액인 전도성 잉크 조성물을 얻었다.
전도성 잉크 조성물은 알루미늄 전구체 약 20 중량% 및 디부틸에테르 약 80 중량%로 구성된다.
다만, 알루미늄 전구체 잉크 조성물 제조 시 일반적으로 AlCl3과 LiAlH4를 1:3의 몰비로 사용하나 완전한 반응 유도를 위해 1:5 이상의 몰비로 LiAlH4를 과량 사용할 수 있다.
전도성 섬유의 제조
상기 반응에 의해 제조된 알루미늄 전구체 잉크 조성물은 상온에서 쉽게 분해가 일어나 Al이 만들어진다. 그러므로 면(cotton)으로 구성된 천을 알루미늄 전구체 잉크에 담궈 약 1일 동안 상온에서 방치하여 전도성 섬유를 수득하였다.
실시예 2: 전도성 천의 제조
보다 빠른 전도성 섬유 제조를 위해 티타늄이소프로폭사이드를 증기상태로 만들어 공급한 공간에 면(cotton)으로 구성된 천을 약 1분간 노출시킨 후 알루미늄 전구체 잉크 조성물에 담군 상태로 약 1시간 동안 상온에서 방치하였다.
실시예 3: 전도성 실의 제조
상기 실시예 1에서 면으로 구성된 천 대신, 면으로 구성된 실을 이용한 점을 제외하고는 동일한 방법을 이용하여 전도성 실을 제조하였다.
실시예 4: 전도성 실의 제조
상기 실시예 2에서 면으로 구성된 천 대신, 면으로 구성된 실을 이용한 점을 제외하고는 동일한 방법을 이용하여 전도성 실을 제조하였다.
도 7은 본 발명에 따른 일 실시예의 테스트 핀을 적용한 테스트용 소켓을 도시하는 평면도이고, 도 8은 도 7의 A-A'부의 단면도이며, 도 9는 분해 사시도이다. 도 7에 도시된 바와 같이 테스트용 소켓(300, '검사용 소켓' 등으로도 호칭된다)은 다수 개의 테스트 핀(150)이 장착되어 반도체 칩의 정상 작동 여부를 테스트 하는 경우에 사용된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 테스트용 소켓(300)은, 검사 대상물인 반도체 칩 및 검사용 회로 기판에 각각 접촉가능한 테스트 핀(150)과, 테스트 핀(150)이 장착되는 하우징(216) 및 하우징의 하부에 결합되는 베이스 커버(218)를 포함하는 하우징 어셈블리(210)와, 하우징 어셈블리(210)가 고정되는 하우징 프레임(220)으로 구성된다.
여기서, 하우징 어셈블리(210)는 테스트 핀(150)을 지지하는 역할을 하며 테스트 핀 지지부로 호칭될 수도 있다. 또한, 테스트 핀 지지부는 하우징 어셈블리(210)와 같이 하우징(216)과 베이스 커버(218)과 같은 두 개 이상의 단품에 의해서 지지될 수도 있으나, 경우에 따라서는 단일 단품에 의해서도 지지될 수도 있다. 테스트 핀(150)을 지지할 수 있는 한 다양한 형태로 변경될 수 있다.
테스트 핀(150)은 하우징(216)에 수직으로 관통 형성된 체결공에 장착되며, 하우징 프레임(220)의 상측에는 테스트 핀(150)의 수직이동을 가이드하는 볼 가이드(224)가 결합된다. 하우징 프레임(220)은 그 내부에 테스트 핀(150)이 관통 가능하도록 내부공간(223)을 갖는다. 내부공간(223) 주위로 내측방향을 향해 돌출된 내측플랜지(222)를 포함할 수 있다. 내측플랜지(222)의 상면에 후술할 볼 가이드(224)가 안착되고 내측플랜지(222)의 하면에 하우징 어셈블리(210)가 안착된다.
볼 가이드(224)는 그 중앙에 검사 대상물인 반도체 칩(미 도시)이 놓여지는 반도체 칩 안착부와, 반도체 칩 안착부를 향해 투입되는 반도체 칩을 반도체 칩 안착부(224)로 안내하는 안내부를 포함한다. 여기서, 볼 가이드(224)는 반도체 칩을 지지하는 역할을 수행하며 반도체 지지부로 호칭될 수 있다.
여기서, 볼 가이드(224)는 반도체 칩을 지지하는 역할을 수행하며 반도체 지지부로 호칭될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이 볼 가이드(224)와 하우징 어셈블리(210)는 볼트(B)를 통해서 결합되며, 볼 가이드(224)가 반도체 칩에 접촉되는 과정에서 탄성적으로 지지될 수 있도록 코일 스프링(S)이 볼 가이드(224)와 하우징 어셈블리(210) 사이에 결합되는 것이 바람직하다.
코일 스프링(S)은 볼 가이드(224)가 하우징 어셈블리(210)로부터 이격되도록 상기 볼 가이드(224)를 탄성바이어스 시킨다. 여기서, 볼 가이드(224)가 코일 스프링(S)에 의해 하우징 프레임(220)으로부터 상방향으로 탄성바이어스 되는 경우, 볼트(B)는 볼 가이드(224)가 하우징 프레임(220)로부터 상방향으로 이탈되는 것을 방지한다. 특히, 프로브가 장착된 하우징 어셈블리(210)는 상부에 가이드 핀(230)이 결합되어 하우징 프레임(20)에 정확한 위치에 장착될 수 있도록 한다.
가이드 핀(230)은 하우징 프레임(220)에 일체로서 마련될 수 있다. 또한, 가이드 핀(230)은 도 9에서는 2개로 한 쌍으로 도시되어 있으나, 경우에 따라서는 1개일 수도 있다. 물론, 필요에 따라서는 3개 이상이 될 수도 있다.
하우징 프레임(220)의 하부면에는 상기 가이드 핀(30)의 상측이 결합되는 복수의 제2함몰부(221a, 221b, 221c)가 형성된다. 여기서, 도 9에서는 설명의 편의를 돕기 위해 복수의 제2함몰부(221a, 221b, 221c)를 은선이 아닌 실선으로 도시하였다. 가이드 핀(230)이 상기 복수의 제2함몰부(221a, 221b, 221c) 중 어느 하나에 삽입됨으로써, 가이드 핀(230)과 일체로 이동 가능한 상기 하우징 어셈블리(210)의 이동이 규제될 수 있다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
10, 110: 상부프런저 11, 111: 상부팁
13, 113: 제1가이드 21, 121: 배럴
25: 스프링 30, 130: 하부프런저
31, 131: 하부팁 33, 133: 제2가이드
50, 150: 테스트 핀 123: 제1기재
125: 나노 사이즈의 도전물질 140: 제2기재
141: 연결통로 143: 기공
145: 통로 151: 탄성 도전성 부재

Claims (6)

  1. 반도체 디바이스와, 상기 반도체 디바이스를 테스트하기 위한 테스터 장치에 전기적으로 연결하는 테스트 핀에 있어서,
    상기 반도체 디바이스에 전기적으로 접속 가능한 상부플런저와;
    상기 테스터 장치에 전기적으로 접속 가능한 하부플런저와;
    상기 상부플런저 및 상기 하부플런저 사이에 면접촉 상태로 설치되어 상기 상부플런저와 상기 하부플런저와 사이에 탄성을 제공하면서 나노 사이즈 도전 물질을 포함하며, 상기 나노 사이즈 도전 물질을 통해 상기 상부플런저 및 상기 하부플런저 사이를 도통시키는 탄성 전도성 부재; 및
    상기 탄성 전도성 부재를 수용하는 배럴을 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 핀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 도전성 부재는 표면에 나노 사이즈의 전도성 물질이 코팅된 제1기재의 집합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 테스트 핀.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1기재는 원사(thread) 또는 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는 테스트 핀.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 도전성 부재는 내부에 다수 개의 기공을 갖는 제2기재로 이루어지며, 상기 제2기재의 상부에 노출되도록 형성되는 적어도 하나의 제1기공과, 상기 제2기재의 하부에 노출되도록 형성되는 적어도 하나의 제2기공이 구비되고, 상기 제1기공과 상기 제2기공 사이를 상호 연결되는 연결 통로가 구비되며, 적어도 연결 통로가 나노 사이즈의 전도성 물질로 코팅되는 것을 특징으로 하는 테스트 핀.
  5. 제4항에 있어서,
    제2기재는 부직포, 스펀지 및 나노 셀룰로오스 섬유 중에서 선택된 적어도 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 테스트 핀.
  6. 제1항 내지 제5항 중에서 선택된 어느 한 항의 테스트 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 테스트 소켓.
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CN112585480A (zh) * 2018-08-08 2021-03-30 黄东源 用于测试半导体器件的接触器及插座装置

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