KR20190033842A - 강자성체 및 메탈 파우더의 하이브리드 콘택 테스트 소켓 - Google Patents

강자성체 및 메탈 파우더의 하이브리드 콘택 테스트 소켓 Download PDF

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Abstract

본 발명의 테스트 소켓은, 반도체 기기의 도전 볼과 테스트 장치의 콘택 패드를 전기적으로 연결하기 위하여, 상기 반도체 기기와 상기 테스트 장치 사이에 배치되는 테스트 소켓으로서, 상기 테스트 장치의 콘택 패드와 대응되는 강자성체 콘택의 하부 소켓, 및 상기 반도체 기기의 도전 볼과 대응되고, 상기 강자성체 하부 소켓 상에 결합되는 러버 콘택의 상부 소켓을 포함한다. 이와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 콘택 저항이 개선되어 검사의 신뢰성이 크게 개선된다.

Description

강자성체 및 메탈 파우더의 하이브리드 콘택 테스트 소켓 {Device for hybrid test socket having ferromagnetic core pin and metal powder}
본 발명은, 강자성체 및 메탈 파우더의 하이브리드 콘택 테스트 소켓에 관한 것으로, 더 자세하게는 강자성체 콘택의 하부 소켓과 러버 콘택의 상부 소켓을 위아래로 결합하여 강자성체 코어 핀과 메탈 파우더를 접속시키고, 테스트 장치의 콘택 패드와 대응되는 위치에는 높이 조절이 용이하고 전력 용량이 높은 강자성체 코어 핀을 설치하고, 반도체 기기의 도전 볼과 대응되는 위치에는 볼의 손상을 최소화 하고 적은 압력으로도 가압 전도성이 증대되는 메탈 파우더의 러버 콘택을 설치함으로서, 전기 저항이 낮고 전기적 검사의 신뢰성이 향상되는 테스트 소켓에 관한 것이다.
일반적으로 가공이 완료된 반도체 기기는 사용자에게 제공되기 전에 전기 검사 공정을 거치게 된다. 전기 검사 공정에서는 테스트 소켓을 이용하여 반도체 기기의 전기적 특성을 검사하게 된다.
종래에 QFN, MLF, LGA, BGA, QFP, SOP 형태를 가진 반도체 기기를 테스트하기 위한 테스트 소켓에는 스프링 프로브(포고 핀) 방식, 판재 핀(Stamping Pin) 방식, 및 가압 전도 실리콘 고무(Pressure Sensitive Conductive Rubber : PCR) 방식 등이 있다.
RF(Radio Frequency) 반도체 소자와 같이 고주파에서의 테스트가 요구되는 경우에는 전기적 경로를 최소화해야 할 필요가 있으므로 짧은 스프링 프로브를 사용하거나 다양한 형상의 판재 핀을 사용하는 테스트 소켓이 개발 되고 있다.
최근에는 짧은 도전 경로 구현 및 반도체 기기의 볼에 데미지를 최소화 할 수 있다는 장점 때문에 실리콘 고무를 탄성체로 한 가압 전도 실리콘 고무 방식의 사용이 점차 확산되어 가고 있다. 그러나 가압 전도 실리콘 고무는 길이 방향으로 충분한 압력을 주는 경우에만 도전성이 확대되는 등 아래와 같이 여러 가지 문제점이 있다.
첫째, 도전성을 강화하기 위하여, 도전 입자의 밀도를 높이더라도 도전 입자가 이방성을 띠지 못하면 콘택 방향에서 전기적 특성을 나타낼 수 없다. 둘째, 반복적인 테스트가 진행되면, 도전 입자는 콘택 영역으로부터 흩어지게 마련이다. 따라서 시간이 지날수록 수율이 저하된다. 이에 도전 입자가 흩어지지 않도록 이를 집중시킬 수 있는 수단이 필요하다. 셋째, 가압 전도 실리콘 고무는 반복적인 테스트를 거치고 나면 충격에 의하여 그 기능을 점차 상실하게 한다. 이때 이를 보완할 수 있는 수단이 필요하다.
무엇보다도 가압 전도 실리콘 고무의 경우 콘택을 높게 제공하는 경우, 이웃하는 콘택 상호간의 브리지 현상이 발생하는 문제점이 있다.
한편, 도전 와이어를 사용하는 경우에도 다음과 같은 문제점이 있다.
가령, 충격을 최소화하기 위하여 FPCB 상에 도전 와이어를 본딩하여 도전 커넥터를 제공하기도 한다. 그런데, 도전 와이어를 FPCB와 본딩 시 도전 와이어가 FPCB에 걸려 굽어지면서 미스 얼라인이 발생하는 문제점이 있다. 또한 본딩하는 과정에서 본딩 불량이 발생한다. 또는, 도전 와이어를 FPCB와 접속시키는 솔더링 과정에서 접속 단자의 사이즈가 달라져 접속되는 솔더 볼의 높이에 편차가 발생하고 외부 기기의 접속 단자와의 콘택 시 일부 접속 단자에서 접속이 이루어지지 않는 콘택 불량이 발생한다.
특히, 도전 와이어는 자유롭게 구부려서 제작할 수 있는 장점에도 불구하고, 높이에 일정한 한계가 있어 현실적으로 높이 조절이 곤란하며, FPCB와 접속을 위하여 솔더링 공정을 반드시 거쳐야 하기 때문에 조립 공정이 복잡하다. 마지막으로 도전 와이어는 반복적인 테스트에 의하여 내구성이 약화되어 안정적인 검사를 수행할 수 없다.
KR 공개특허 10-2012-0138304
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 가압 전도 실리콘 고무와 도전 와이어의 결점을 보완할 수 있는 하이브리드 콘택 테스트 소켓을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 높이 조절이 용이하고 내구성이 강화되는 코어 핀 형태의 도전 커텍터를 이용하여 접속 불량을 방지하는 강자성체 콘택의 하이브리드 콘택 테스트 소켓을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 접촉성이 향상되고, 접촉 저항이 저감되며, 반복적인 테스트로 인하여 충격이 가해지더라도 데미지를 완화하는 러버 콘택의 하이브리드 테스트 소켓을 제공하는 것이다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 테스트 소켓은, 반도체 기기의 도전 볼과 테스트 장치의 콘택 패드를 전기적으로 연결하기 위하여, 상기 반도체 기기와 상기 테스트 장치 사이에 배치되는 테스트 소켓으로서, 상기 테스트 장치의 콘택 패드와 대응되는 강자성체 콘택의 하부 소켓, 및 상기 반도체 기기의 도전 볼과 대응되고, 상기 강자성체 하부 소켓 상에 결합되는 러버 콘택의 상부 소켓을 포함한다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 하부의 강자성체 코어 핀에 의하여 테스트 소켓의 내구성이 강화되어 반복적인 테스트에도 불구하고 안정적인 검사를 수행할 수 있고, 상부의 러버 콘택에 의하여 접촉성이 향상되고 메탈 파우더에 의하여 접촉 저항이 저하될 수 있다.
둘째, 강자성체의 상면과 실리콘 범프 사이에 표면 거칠기, 이방성 접착제, 체결 돌기 등의 처리에 의하여 체결력이 강화됨으로써 안정적인 하이브리드 콘택을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 하이브리드 콘택 테스트 소켓의 구성을 나타내는 사시도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 러버 팁을 포함하는 테스트 소켓의 구성을 각각 나타내는 단면도들.
도 3은 본 발명에 의한 상부 소켓과 하부 소켓의 접합 구조의 다양한 실시예를 나타내는 단면도들.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 강자성체 및 메탈 파우더의 하이브리드 콘택 테스트 소켓의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 강자성체 및 러버의 하이브리드 콘택 테스트 소켓(100)은 테스트 장치의 콘택 패드와 접속되는 강자성체 콘택의 하부 소켓(200), 및 반도체 기기의 도전 볼과 접속되는 러버 콘택의 상부 소켓(300)의 하이브리드 형태로 제공된다. 즉, 상부 소켓(300)은 하부 소켓(200)의 상부에 결합되어 전력 용량이 높은 강자성체 콘택의 장점과 적은 압력에도 가압 전도성이 높은 러버 콘택의 장점을 결합할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 하부의 자화된 강자성체가 상부 러버의 메탈 파우더에 대하여 자성 배열시 자기장을 제공하고, 경화 후 반복적인 테스트 시 가압에도 불구하고 메탈 파우더가 콘택 방향에서 흩어지거나 이탈되지 않도록 자기력선을 제공하여 검사의 신뢰성이 크게 개선된다. 물론 강자성체의 자성이 시간의 경과에 따라 약화되거나 제거되는 것을 배제하지 않는다.
강자성체 콘택의 하부 소켓(200)은, 바텀 가이드 플레이트(210), 탑 가이드 플레이트(220), 바텀 가이드 플레이트(210)와 탑 가이드 플레이트(220)를 스트레이트(straight)로 연결하는 강자성체 코어(core) 핀(230), 및 코어 핀(230)을 상호 절연시키는 실리콘 베이스(240)을 포함한다.
강자성체 코어 핀(230)은, 그 자체로서 도전성을 띠고 있기 때문에 도전 경로를 제공할뿐더러 자화되어 상부의 메탈 파우더를 콘택 주변으로 집합시키고 도전 밀도를 집중시켜 도전 경로를 강화하는 기능을 수행한다.
여기서, 강자성체 코어 핀(230)은 좌우 2개의 블록으로 나누어 배열된다. 2개의 핀 블록 사이에 바텀 및 탑 가이드 플레이트(210, 220)를 수직으로 지지하기 위하여 하나 이상의 서포트 핀(도 4의 250)이 더 구비될 수 있다.
강자성체 코어 핀(230)은, 높이 조절이 자유롭고, 스트레이트 형태로 제공됨으로써 조립이 매우 용이하며, 활(bow) 모양에 비하여 대비 전력 용량이 높은 장점이 있다. 후술하겠지만, 강자성체 코어 핀(230)의 상부 접촉면을 다양한 형태로 가공함으로써 실리콘 범프(320)와의 체결력이 강화된다. 특히 강자성체 코어 핀(230)은 높게 형성되더라도 다수 핀 사이에서 브리지 현상을 가지지 않는다.
본 발명에서 강자성체 코어 핀(230)은 지름이 0.4㎜ 내지 0.5㎜ (바람직하게는 0.45㎜)이고, 길이가 7.0㎜ 내지 7.5㎜ (바람직하게는 7.25㎜) 정도의 핀 구조이다. 위와 같은 요건에서 강자성체 코어 핀(230)을 철(Fe)과 니켈(Ni)의 합금으로 제조하는 경우 철(Fe)의 저항은 대략 4.4mΩ이고, 니켈(Ni)의 저항은 대략 3.2mΩ 일 수 있다.
실리콘 베이스(240)는, 강자성체 코어 핀(230)의 산화(oxidation)를 방지하고, 절연 물질로 구성됨으로써 강자성체 코어 핀(230) 상호간의 쇼트(short)를 방지하며, 기타 이물질의 유입을 차단한다.
이를 위하여, 실리콘 베이스(240)는, 소정의 탄성을 가지는 물질이라면 실리콘 고무에 제한되지 않고, 가교 구조를 갖는 내열성 고분자 물질로서 폴리부타디엔 고무, 우레탄 고무, 천연 고무, 폴리이소플렌 고무 기타 탄성 고무를 포함할 수 있다.
여기서 강자성체 코어 핀(230) 사이에 실리콘 베이스(240)를 포함하는 것으로 되어 있지만, 경우에 따라서는 실리콘 베이스(240)가 생략될 수 있다. 가령, 바텀 가이드 플레이트(210)와 탑 가이드 플레이트(220)가 직접 결합되고, 여기에 강자성체 코어 핀(230)이 결합되는 방식으로 조립됨으로써 강자성체 콘택의 하부 소켓(200)은, 바텀 가이드 플레이트(210), 탑 가이드 플레이트(220), 및 바텀 및 탑 가이드 플레이트(210, 220)를 연결하는 강자성체 코어(core) 핀(230)으로 구성될 수 있다.
한편, 강자성체 코어 핀(230)은 테스트 장치의 콘택 패드와 접촉되도록 바텀 가이드 플레이트(210)로부터 노출되도록 설계된다. 강자성체 코어 핀(230)은 도 1에 도시된 바와 같이, 저면이 그대로 연장되고 직경이 감소하는 돌출 팁(232)의 딥(DIP) 방식과, 도 2a에 도시된 바와 같이, 별도의 인터포저 러버 팁(234)을 구비하는 SMT 방식을 가질 수 있다. 혹은 도 2b에 도시된 바와 같이 SMT 방식인데 인터포저 러버 팁(234)이 절연 실리콘 러버에 의하여 지지되고 일부가 돌출되도록 설계될 수 있다. 가령, 상기 인터포저 러버 팁(234)은, 실리콘 범프와, 강자성체 코어 핀(230)과 대응되도록 자성 배열되는 각 러버 팁을 포함할 수 있다. 따라서 콘택 패드의 홀에 돌출 팁(232)이나 러버 팁(234)이 삽입될 수 있다.
러버 콘택의 상부 소켓(300)은, 바이 콘(Bicon) 타입의 실리콘 범프(310), 여기에 강자성체 코어 핀(230)과 대응되도록 자성 배열되는 도전 파우더(320)를 포함한다.
도전 파우더(320)는 메탈 파우더(metal powder)로서, 자성 배열 가능한 도전성 파티클이 배합될 수 있다. 특히, 자성 배열되는 도전 파우더(320)는 도전성이 우수한 금(Au) 파우더 및/또는 니켈(Ni) 파우더를 포함할 수 있다. 혹은 금(Au), 철(Fe), 니켈(Ni), 혹은 코발트(Co) 기타 자성을 띠는 단독 금속 혹은 둘 이상의 합금으로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명은 하부 소켓(200) 상에 상부 소켓(300)이 결합되는데, 반복적인 테스트에 의하여 상부 소켓(300)이 하부 소켓(200)으로부터 임의로 이탈되는 한계가 있다. 이와 같이 상부 소켓(300)이 하부 소켓(200)에서 이탈되면 원만한 테스트가 수행될 수 있다.
이에, 도 3의 ⒜를 참조하면, 실시 예에 따라서 강자성체 코어 핀(230)은 상면에 실리콘 범프(310)와의 결합력을 강화하기 위하여 표면 거칠기 처리 될 수 있다. 가령, 표면 거칠기(230a)는 0.1㎛ 내지 100㎛ 크기로 제공될 수 있다.
혹은 도 3의 ⒝를 참조하면, 도전성 접착제가 도포될 수 있다. 특히 상하 방향에서 압력이 가해질 때 전기 전도성이 강화되는 이방성 접착제(230b)가 도포될 수 있다. 가령, 이방성 전도성 필름(anisotropic conductive film) 혹은 이방성 전도성 접착제(anisotropic conductive adhesive)를 이용하여 강자성체 코어 핀(230)과 실리콘 범프(310)를 연결하면 체결력과 전기 전도성을 동시에 개선할 수 있다.
다른 경우, 도 3의 ⒞를 참조하면, 강자성체 코어 핀(230)은 상면에 기계적 가공 처리에 의하여 중심이 돌출되는 체결 돌기(230c)가 형성될 수 있다. 체결 돌기(230c)에 의하여 실리콘 범프(310)와의 결합력이 강화될 수 있다. 또한, 체결 돌기(230c)는 중심에서 돌출되는 형상을 하고 있기 때문에 자기력선이 집중되어 자성 배열 시 자력의 세기를 강화하는 기능을 동시에 수행할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 가압 전도 실리콘 고무의 브리지 현상과 도전 와이어의 콘택 불량을 방지하기 위하여 하부의 강자성체와 상부 도전 파티클을 하이브리드로 결합하는 구성을 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
100: 테스트 소켓 200: 하부 소켓
210: 바텀 가이드 플레이트 220: 탑 가이드 플레이트
230: 강자성체 코어 핀 240: 실리콘 베이스
300: 상부 소켓 310: 실리콘 범프
320: 도전 파우더

Claims (7)

  1. 반도체 기기의 도전 볼과 테스트 장치의 콘택 패드를 전기적으로 연결하기 위하여, 상기 반도체 기기와 상기 테스트 장치 사이에 배치되는 테스트 소켓에 있어서,
    상기 테스트 장치의 콘택 패드와 대응되는 강자성체 콘택의 하부 소켓; 및
    상기 반도체 기기의 도전 볼과 대응되고, 상기 강자성체 하부 소켓 상에 결합되는 러버 콘택의 상부 소켓을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 강자성체 및 러버의 하이브리드 콘택 테스트 소켓.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강자성체 콘택의 하부 소켓은,
    바텀 가이드 플레이트;
    탑 가이드 플레이트;
    상기 바텀 가이드 플레이트 및 상기 탑 가이드 플레이트를 스트레이트로 연결하는 강자성체 코어 핀; 및
    상기 가이드 핀을 절연시키는 베이스 실리콘을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 강자성체 및 러버의 하이브리드 콘택 테스트 소켓.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 강자성체 코어 핀의 상면은 0.1㎛ 내지 100㎛ 크기의 표면 거칠기를 가지고, 이방성 접착제가 도포되는 것을 특징으로 하는 강자성체 및 러버의 하이브리드 콘택 테스트 소켓.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 강자성체 코어 핀의 상면은 기계적 가공에 의하여 중심이 돌출되는 체결 돌기가 형성되고, 상기 체결 돌기는 자성 배열 시 자력의 세기를 강화하는 것을 특징으로 하는 강자성체 및 러버의 하이브리드 콘택 테스트 소켓.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 강자성체 코어 핀의 저면은 직접 연장되되 직경이 감소되는 돌출 팁 혹은 인터포저 러버 팁을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 강자성체 및 러버의 하이브리드 콘택 테스트 소켓.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 러버 콘택의 상부 소켓은, 실리콘 범프; 및 상기 강자성체 코어 핀과 대응되도록 자성 배열되는 도전 파우더를 포함하고,
    상기 도전 파우더는 도전성이 우수한 금(Au) 및 니켈(Ni) 파우더를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 강자성체 및 러버의 하이브리드 콘택 테스트 소켓.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 인터포저 러버 팁은, 실리콘 범프; 및 상기 강자성체 코어 핀과 대응되도록 자성 배열되는 러버 팁을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 강자성체 및 러버의 하이브리드 콘택 테스트 소켓.
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