KR101284400B1

KR101284400B1 - Ｚｉｆ 커넥터 시스템, 테스트 헤드 및 정합 인쇄 회로보드의 결합 및 분리 방법

Info

Publication number: KR101284400B1
Application number: KR1020060101743A
Authority: KR
Inventors: 로미 메이더; 존 더블유 앤드버그; 던 취; 노리유키 스기하라
Original assignee: 어드밴테스트 (싱가포르) 피티이. 엘티디.
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2013-07-09
Also published as: TW200717932A; DE102006034396A1; JP2007115683A; CN1953276B; MY142737A; TWI366956B; CN1953276A; US7147499B1; KR20070042901A

Abstract

진공 및 스프링 작동식 ZIF 커넥터 시스템이 제공된다. 커넥터 시스템은 진공에 의해 인쇄 회로 보드와 정합 및 분리되는 하나 또는 그 이상의 전기적 접촉 소자와, 스프링 기구를 구비한다.

Description

ＺＩＦ 커넥터 시스템, 테스트 헤드 및 정합 인쇄 회로 보드의 결합 및 분리 방법{ZERO INSERTION FORCE PRINTED CIRCUIT ASSEMBLY CONNECTOR SYSTEM AND METHOD}

도 1은 테스트 헤드와 측정하고자 하는 디바이스(device under test: DUT) 보드 사이의 커넥터의 사시도,

도 2는 도 1의 DUT 보드의 확대 사시도,

도 3은 DUT 보드 조립체상에 배치된 복수의 정합 보드 조립체의 세부 사항을 도시한 도 1의 DUT 보드 조립체의 확대도,

도 4는 커텍터 조립체가 포함하는 복수의 클램핑 조립체의 세부 사항을 도시한 도 1의 커넥터 조립체의 확대도,

도 5는 도 4의 클램핑 조립체의 확대도 및 본 발명에 따른 정합 보드의 부분도.

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도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 고속 접속 조립체 102 : DUT 조립체

104 : DUT 보드 105 : 커넥터 회로

106 : 인터페이스 접속 조립체 1 108 : 클램핑 커넥터

202 : 정합 인쇄 회로 보드 501 : 커넥터 클램프 하우징

606 : 내측 벽 604 : 클램핑 실린더

608 : 클램프 플레이트 610 : 스프링

본 발명은 2개의 회로 조립체 사이의 다수의 고속 전기 접속을 신뢰성 있게 형성하기 위한 기술에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 접속-분리 사이클을 용이하게 하기 위한 매우 낮은 외부 형성된 힘을 요구하는 한편, 높은 사이클 수명으로 이러한 접속을 확립하기 위한 다양한 기술을 제공한다.

전자 공학이 보다 고밀도, 고속 및 복잡해짐에 따라, 특히 반도체 테스트 시스템에서의 회로 사이의 신뢰성 있는 접속을 확립하기 위해 필요한 힘이 점점 더 어려워지고 있다. 더욱이, 높은 접촉력 및 금속 대 금속 마모에 의존하는 상호접속 방법은 회로 조립체의 전기적 접점상에 금속 도금으로 야기된 손상으로 인해 사이클 수명을 저하시킨다. 이것은 특히 반도체 테스터, 예컨대 애질런트 테크놀로지 인코포레이션의 V5400 및 V5500 테스터에 사용되는 테스터 헤드 및 ZIF(zero insertion force) 커넥터에 관계한다. 전형적인 테스트 헤드는 PE 모듈상의 PEFPIF 보드와 프로브 카드상의 에지 카드 사이의 36개의 ZIF 커넥터를 가질 수 있다.

몇몇 종래의 ZIF 커넥터 시스템은 별개의 접촉 소자 각각에 인가된 불균일한 힘으로 인한 전기 전도성 문제에 의해 열화된다. 몇몇 종래의 커넥터 시스템은 정합 회로 조립체의 기계적인 치수 공차를 보상하기 위해 가요성 기판을 사용한다. 그러나, 가요성 기판의 유연성은 2개의 회로 조립체 사이의 접점의 전기적 성능에 상호 관계된다. 기판의 전기적 성능이 개선됨에 따라, 기계적 가요성은 감소된다. 이것은 별개의 전기적 접촉 소자 사이의 치수적인 피치를 제한한다.

따라서, 별개의 접촉 소자에 인가된 신뢰성 있는 전기 전도성 및 균일한 힘을 갖는 ZIF 인쇄 회로 보드 커넥터 시스템에 대한 필요성이 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 하기의 상세한 설명으로부터 보다 잘 이해될 수 있다.

도 1은 DUT 보드와 V5400 또는 V5500 테스트 헤드 사이에 사용되는 ZIF 커넥터와 같은 자동 테스트 장비(도시하지 않음)와 적어도 하나의 측정하고자 하는 디바이스 사이의 다수의 고속 접속을 확립하기 위한 고속 접속 조립체(100)를 도시하고 있다. DUT 조립체(102)는 하나 또는 그 이상의 DUT로의 다수의 전기적 접점(도 시하지 않음)의 하측상에 제공된다. 이러한 전기적 접점은, 예컨대 DUT 조립체(102)가 웨이퍼 소트에 사용되는 프로브 카드이거나, DUT 보드(102)가 패키지 테스트에 사용되는 콘택터 보드인 경우 프로브 니들일 수 있다. DUT 조립체(102)의 주요 기능은 보드(104)의 평면 외부로 전기 신호를 병진운동하여 접속 기구, 즉 인터페이스 접속 조립체(106)에 이들 신호가 접근가능하게 하는 것이다.

예시적인 고속 커넥터는 로저 신쉬머(Roger Sinsheimer) 등에 의한 "측정하고자 하는 디바이스와 자동 테스트 장비 사이의 고속 접속을 형성하기 위한 방법 및 장치(Methods and Apparatus for Creating a High Speed Connection Between A Device Under Test And Automatic Test Equipment)"를 명칭으로 하는 미국 특허 제 6,833,696 호에 개시되어 있다. 예시적인 자동 테스트 장비는 캐나다의 팔로 알토(Palo Alto)의 애질런드 테크놀로지 인코포레이션에 의한 V5400 또는 V5500이다. 고속 접속 조립체(100)는 복수의 커넥터 회로(105)를 거쳐서 보드(104)로부터 접속 기구(106)까지의 전기 신호를 병진운동시키기 위한 DUT 조립체(102)를 구비할 수 있으며, 이 접속 기구(106)는 DUT 조립체(102)상의 커넥터 회로(105)와 정렬하도록 접속 기구 주위에 반경방향으로 배치된 복수의 클램핑 커넥터(108)를 갖는다.

도 2를 참조하면, 예시적인 DUT 조립체(102)는 신호 병진운동을 용이하게 하는 DUT 보드(104)상에 반경방향으로 배치된 복수의 정합 인쇄 회로 보드(202)를 가질 수 있다. 도 3은 대향하는 클램프 플레이트(608)를 포함하는 클램핑 커넥터(108)를 갖는 예시적인 인터페이스 접속 조립체(106)의 일부의 확대도로서, 접점(602)은 클램프 플레이트(608)의 내측 벽(606)상에 도시되어 있다. 종래 기술에 있어서, 클램프 플레이트(608)를 위한 클램핑 및 해제 작동은 클램프 플레이트(608)의 양쪽 단부에서 공압 샤프트, 실린더 또는 블래더(bladder)(612)에 의해 작동된다. 클램핑 플레이트(608)를 이격되게 유지하도록 클램핑 실린더(604)에 대해 작동하는 스프링(610)이 있다.

도 4는 커넥터 회로(105) 중 하나의 확대도로서, 이 커넥터 회로(105)는, 커넥터 회로(105)가 보드(104)의 소정 위치에 고정될 때 보드(104)의 표면상의 대응하는 접점(도시하지 않음)과 정합하도록 일 측면 또는 양측면상의 접점(310) 및 조립체의 하부에서의 접점(308)을 갖는 정합 인쇄 회로 보드(302)를 포함할 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 ZIF 커넥터 시스템이 도시되어 있다. 보다 상세하게는, ZIF 커넥터 시스템의 전체의 커넥터 클램프 하우징(501)은 모든 별개의 접점 소자를 압축하기에 필요한 접촉력을 지지하는 재료로 이루어진다. 예를 들면, 커넥터 클램프 하우징(501)은 비자기성 스테인리스강(300) 시리즈, 알루미늄, 담금질된 440 스테인리스강, 담금질된 BeCu 또는 유사한 재료 또는 합성물로 이루어질 수 있다.

하나 또는 그 이상의 전기적 접촉 기판(503)은 커넥터 클램프 하우징(501)내에 장착된다. 전기적 접촉 기판(503)은 로저 4350, 넬코 4000-13 SI, 스탠다드 FR-4, 고온 FR-4, 로저 3000 또는 다른 유사한 재료 또는 합성물을 포함할 수 있다. 능동 또는 수동 구성요소는 전기적 접촉 기판(503)상에 장착될 수 있다. 전기적 접촉 기판(503) 바로 뒤에 그리고 커넥터 하우징(501)과 전기적 접촉 기판(503) 사이의 위치에 몇 개의 기계식 스프링 소자(506)가 있는데, 이 기계식 스프링 소자(506)는 전기적 접촉 기판(503)을 압축하기에 필요한 힘을 인가한다. 기계식 스프링 소자(506)는 뮤지컬 와이어(musical wire), BeCu, 비자기성 300 스테인리스강, 코일[벨빌(belville) 또는 웨이브(wave)], 실리콘 고무(중실형 또는 발포형) 또는 임의의 유사한 기계식 스프링 타입의 소자를 포함할 수 있다.

각각의 전기적 접촉 기판(503)의 주변에는, 전기적 접촉 기판(503)을 해제하도록 작동되는 진공 시일 또는 진공 기구(502)가 있다. 진공 시일은 중공형 O링, 스탠다드 O링, 립 시일(lip seal), 벨로우즈, 진공 실린더 또는 다른 유사한 진공 밀봉 기구일 수 있다. 진공 시일은 커넥터 하우징(501)과 전기적 접촉 기판(503) 사이에서 하나 이상의 진공 영역을 형성하며, 이러한 진공 영역에는 진공 액추에이터가 접속된다. 전기적 접촉 기판(503)은 보드간의 상호접속부(board-to-board interconnect)(504)를 이용하여 정합 인쇄 회로 보드(302)에 전기적으로 접속된다. 본 명세서 전반에 걸쳐, 위상(phase) 보드간의 상호접속부가 위상 인터포저와 상호교환 가능하게 사용된다. 보드간의 상호접속부 또는 인터포저(504)는 PCB에 적층된 네오코닉스(Neoconix) 스템핑된 금속 스프링, 와이어 접착 기계로 제조된 KnS 판 스프링, 인터콤 C-스택, HCD 슈퍼 스프링, HCD 슈퍼 버튼 또는 다른 유사한 재료로 이루어질 수 있다. 인터포저(504)는 정합 인쇄 회로 보드(302)상의 별개의 전기적 접촉 소자(310)와 전기적 접촉을 하기 위한 별개의 전기적 접촉 소자(도 3에서 도면부호(602))를 가질 수 있다. 변형예로서, 인터포저(504)는 절연재의 평면에 수직으로 매장된 고무 시트 또는 와이어 또는 다른 전도성 특징부를 갖는 다른 절연 재료와 같은 Z축 전도성 부재일 수 있다.

정합 인쇄 회로 보드(302)는, 커넥터 하우징이 예컨대 테스트 헤드(도시하지 않음)상에 장착되는, 커넥터 하우징(501) 또는 보다 큰 시스템내에 위치된 가이드 핀 또는 다른 특징부(도시하지 않음)에 의해 커넥터 시스템(500)에 정렬된다. 정합 회로 보드(302)는 로저 4350, 고온 FR-4, 스탠다드 FR-4, 넬코 4000-13 SI, 성형 후 봉입된 가요성 회로를 기계가공한 플라스틱, 또는 다른 유사한 재료로 제조될 수 있다. 전기 신호는, 보드간의 상호접속부(504)를 통해 정합 인쇄 회로 보드(302)로부터 전기적 접촉 기판(503)내로 그리고 그 다음 동축 케이블과 같은 신호 전달 부재(507)를 통해 메모리 테스터(도시하지 않음)와 같은 타깃 시스템(target system) 또는 장치로 그리고 그로부터 흐를 수 있다. 신호 전달 부재(507)는 리본 형상의 RG178, 템플렉스 로우 Dk 동축 케이블, 고어텍스 테이프 봉입형 동축 케이블, 텐솔라이트 스탠다드 브레이드 동축 케이블, 템플렉스 서브 차폐형 동축 케이블 또는 다른 유사한 신호 전달 수단일 수 있다.

전기 신호는 마찬가지로 반대방향으로 흐를 수도 있다. 이러한 커넥터 시스템은 내접촉성에 상당한 열화 없이 수천 회를 정합 및 분리될 수 있다. 리본 형상의 동축 케이블(507)은 제조 비용을 최소화하는 고온 바아 프로세스를 이용하여 전기적 접촉 기판(503)에서 종결된 질량일 수도 있고 아닐 수도 있다. 커넥터 시스템은 양면형일 수 있지만, 진공 작동 또는 접촉 기판용으로 일 측면형일 수도 있다. 일 측면형인 경우, 다른 부재 또는 소자가 정합 인쇄 회로 보드(302)의 삽입을 허용하도록 고정식 조오(stationary jaw)를 이동시킬 수 있다.

이러한 커넥터 시스템(500)의 일 적용예는 애질런트 테크놀로지 인코포레이션의 V5400 또는 V5500 메모리 테스트 시스템과 같은 하이 핀 카운트 메모리 테스트 시스템(high pin count memory test system)내의 DUT 인터페이스 또는 프로브 카드로서 이용된다. 그러나, 커넥터 시스템(500)은 인쇄 회로 보드 사이의 다수의 신호 경로를 접속 및 분리하는데 요구되는 다른 시스템내에 이용될 수 있다.

접촉 기판(503)용 강성의 인쇄 회로 보드를 이용하여 본 발명의 커넥터 시스템(500)으로 개선된 RF 성능이 성취될 수 있다. 인터포저 또는 보드간의 상호접속부(504)를 이용하여 각각의 전기적 접촉 기판(503) 뒤에 개선된 기계식 압축력이 성취될 수 있다. 진공 기구(502)를 이용하는 커넥터 시스템(500)을 작동시켜서 개선된 기계식 반복성 및 신뢰성이 성취된다.

종래의 커넥터에 있어서, ZIF 커넥터의 전기적 성능이 개선되었다면, 전기적 성능은 감소 또는 증가될 것이다. 복합형 인터포저 및 인쇄 회로 보드를 금 범프(gold bumps)를 갖는 연성 회로(flex circuit)내에 사용하는 종래의 해결책(미국 특허 제 6,833,696 호 참조)은 연성 회로를 보다 얇게 요구된 금 범프의 기계적 접촉을 개선하여 전기적 성능을 감소시켰다. 반대로, 전기적 성능을 증대시키기 위해, 연성 회로는 기판의 기계적 가요성에 부합하고 기계적 성능을 감소시키도록 보다 얇을 필요가 있다.

본 발명의 ZIF 커넥터 시스템(500)은 접촉 기판(503)의 전기적 성능과 각각의 전기적 접촉 소자(602)에 인가된 기계력 사이의 상호관계를 분리시킨다. 본 발명은 강성의 인쇄 회로 보드(503) 및 별개의 인터포저 또는 보드간의 상호접속부(504)를 사용하며, 각각의 부재는 별개로 최적화될 수 있고, 전기적 성능이 개선되며, 기계적 하중이 각각의 전기적 접촉 소자(602)에 대해 보다 균일하다. 균일하고 충분한 클램핑력을 제공하도록 크기설정된 하나 또는 몇 개의 스프링 부재(506)에 의해 클램핑 작용이 공급된다. 진공 시일(502)은 커넥터(500)를 분리하고 접촉 기판(503) 및 인터포저(504)를 수축하는데 이용된다.

몇몇 실시예는 정합 인쇄 회로 보드(302)상에 능동 또는 수동 회로 소자를 구비할 수 있다. 커넥터 시스템(500)의 몇몇 실시예는 클램핑 작용을 성취하도록 능동 회로 소자를 갖는 접촉 기판(503)의 운동을 필요로 할 수 있거나, 필요로 하지 않을 수 있다. 능동 회로는 인쇄 회로 보드상의 ZIF 커넥터 하우징 내에 장착될 수 있다. 종래의 연성 회로 해결책은 반도체 소자 또는 다른 구성요소를 연성 회로에 땜납하지 못하는데, 그 이유는 연성 회로는 더 이상 가요성이 아니기 때문이다. 몇몇 실시예에 있어서, 접촉 기판(503)은 정합 및 분리 공정을 작동시키도록 이동하는 정합 회로 조립체에 고정될 수 있다.

도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 다수의 ZIF 커넥터 시스템(500)은 테스터(도시하지 않음)와 DUT 카드 또는 프로브 카드(102) 사이의 접속을 가능하게 하기 위해 테스트 헤드(106)상에 장착될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 테스트 헤드상의 모든 커넥터(500)가 동시에 작동 및 비작동됨을 보장하도록 동시에 작동되는 다수의 진공 시일(502)이 있을 수 있다. 이러한 커넥터 시스템은 기계의 상이한 특징부를 가능하게 하는 복잡한 전자기기를 갖는 카드 또는 보드를 스위치 OFF함으로써 메모리 테스터와 같은 기계가 상이한 태스크를 위해 프로그래밍되게 한다. 이러한 용도는 테스트 헤드와 프로브 카드상의 정합 인쇄 회로 보드 사이에서 접속을 함으로써 메모리 테스터가 테스트 웨이퍼와 같은 웨이퍼내에, 그리고 그 다음 테스트 헤드와 DUT 카드상의 정합 인쇄 회로 보드 사이에서 접속을 함으로써 테 스트 칩에 사용되게 한다. 본 발명은, 신뢰성 없는 접속 또는 다수의 접속 후에 접속의 품질이 열화된 정합 인쇄 회로 보드상의 전기적 접촉 소자 또는 커넥터의 접점을 열화시키던 종래의 정합 커넥터를 극복한다.

당업자에 의해 알 수 있는 바와 같이, 테스트 헤드 및 프로브 카드 또는 DUT 카드의 원형 레이아웃은 장방형, 직선형 등과 같은 물리적 레이아웃일 수 있다.

본 발명에 따르면, 별개의 접촉 소자에 인가된 신뢰성 있는 전기 전도성 및 균일한 힘을 갖는 ZIF 인쇄 회로 보드 커넥터 시스템을 제공할 수 있다.

Claims

정합 회로 조립체와 전기적인 접촉을 하기 위한 ZIF(zero insertion force) 커넥터 시스템에 있어서,

커넥터 하우징과,

하나 또는 그 이상의 대향하는 접촉 기판과,

상기 하나 또는 그 이상의 대향하는 접촉 기판상에 장착된 하나 또는 그 이상의 인터포저(interposer)와,

상기 하나 또는 그 이상의 대향하는 접촉 기판과 상기 커넥터 하우징 사이에 장착된 하나 또는 그 이상의 스프링 기구와,

상기 접촉 기판의 외주부 주변의 상기 커넥터 하우징과 상기 대향하는 접촉 기판 사이에서 하나 또는 그 이상의 진공 영역을 생성하는 하나 또는 그 이상의 진공 시일과,

상기 진공 영역에 접속된 하나 또는 그 이상의 진공 액추에이터와,

상기 하나 또는 그 이상의 접촉 기판에 접속된 하나 또는 그 이상의 신호 전달 수단을 포함하며,

상기 하나 또는 그 이상의 인터포저는, ZIF 커넥터 시스템이 작동될 때 상기 하나 또는 그 이상의 인터포저 사이에 삽입된 정합 인쇄 회로 보드와 전기적 및 물리적으로 접촉하는

ZIF 커넥터 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 하나 또는 그 이상의 대향하는 접촉 기판이 하나 또는 그 이상의 강성 부재를 포함하는

ZIF 커넥터 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 하나 또는 그 이상의 스프링 기구가, 상기 커넥터 하우징내의 정합 인쇄 회로 보드와 물리적 및 전기적으로 접촉하도록 상기 하나 또는 그 이상의 인터포저를 서로를 향해 가압하는 기계식 스프링인

ZIF 커넥터 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 하나 또는 그 이상의 진공 액추에이터가, 상기 커넥터 하우징내의 정합 인쇄 회로 보드와의 물리적 및 전기적 접촉을 분리하기 위해 상기 하나 또는 그 이상의 인터포저를 서로로부터 멀리 이격시키도록 상기 하나 또는 그 이상의 진공 영역을 작동시키는

ZIF 커넥터 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 하나 또는 그 이상의 신호 전달 수단이 하나 또는 그 이상의 동축 케이 블을 포함하는

ZIF 커넥터 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 ZIF 커넥터 시스템이 테스터 시스템의 테스트 헤드의 일부인

ZIF 커넥터 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 ZIF 커넥터 시스템이 테스터 시스템상의 복수의 커넥터 중 하나인

ZIF 커넥터 시스템.
테스트 시스템상의 테스트 헤드에 있어서,

상기 테스트 헤드에 접속된 커넥터 하우징과,

하나 또는 그 이상의 대향하는 접촉 기판과,

상기 하나 또는 그 이상의 대향하는 접촉 기판상에 장착된 하나 또는 그 이상의 인터포저와,

상기 하나 또는 그 이상의 접촉 기판과 상기 커넥터 하우징 사이에 장착된 하나 또는 그 이상의 스프링 기구와,

상기 접촉 기판의 외주부 주변의 상기 커넥터 하우징과 상기 대향하는 접촉 기판 사이에서 하나 또는 그 이상의 진공 영역을 생성하는 하나 또는 그 이상의 진공 시일과,

상기 진공 영역에 접속된 하나 또는 그 이상의 진공 액추에이터와,

상기 하나 또는 그 이상의 접촉 기판과 상기 테스트 헤드 사이에 접속된 하나 또는 그 이상의 신호 전달 수단을 포함하며,

상기 하나 또는 그 이상의 인터포저는, ZIF 커넥터 시스템이 작동될 때 상기 하나 또는 그 이상의 인터포저 사이에 삽입된 정합 인쇄 회로 보드와 전기적 및 물리적으로 접촉하는

테스트 헤드.
정합 회로 조립체를 시스템에 결합 및 분리하기 위한 방법에 있어서,

제 1 및 제 2 기판의 적어도 하나 상에 장착된 적어도 제 1 인터포저를 상기 정합 회로 조립체에 기계적 및 전기적으로 결합하는 단계로서, 이러한 기계적 및 전기적 결합은 적어도 제 1 및 제 2 스프링 기구를 사용하여 달성되며, 상기 제 1 및 제 2 스프링 기구는 커넥터 하우징과 상기 제 1 및 제 2 기판의 각각과의 사이에 장착되고, 상기 제 1 및 제 2 기판의 적어도 하나는 상기 제 1 인터포저와 상기 시스템의 사이에서 신호를 전송하는, 상기 기계적 및 전기적으로 결합하는 단계와,

상기 커넥터 하우징과 상기 제 1 및 제 2 기판의 적어도 하나와의 사이에 진공 영역을 생성하여, 적어도 상기 제 1 인터포저를 상기 정합 회로 조립체로부터 기계적 및 전기적으로 분리시키는 단계를 포함하는

정합 회로 조립체를 시스템에 결합 및 분리하기 위한 방법.