KR101678366B1 - 컨택터 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 반도체 테스트용 소켓의 컨택터를 제조하는 방법은, (ⅰ)제조용 용기의 바닥면에 제1 금속층을 형성하는 단계와, (ⅱ)상기 제1 금속층 상에 복수의 컨택터를 소정간격 이격하여 수직방향으로 정렬하는 단계와, (ⅲ)상기 제1 금속층과 상기 컨택터의 접촉부분을 본딩하는 단계와, (ⅳ)상기 제조용 용기를 덮는 캡을 씌우는 단계와, (ⅴ)상기 캡의 일측에 홀을 형성하는 단계와, (ⅵ)상기 홀을 통해 상기 제조용 용기에 절연성 탄성물질을 주입하는 단계와, (ⅶ)상기 주입된 절연성 탄성물질을 경화시키는 단계와, (ⅷ)상기 제조용 용기와 상기 캡을 제거하는 단계 및 (ⅸ)상기 컨택터의 노출된 상위에 팁을 결합시키는 단계를 포함한다.

Description

컨택터 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING ELASTIC CONTACTOR}

본 발명은 컨택터 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 디바이스 테스트 시 검사장치 패드의 마모를 줄이고, 반도체 디바이스 컨택볼의 편차를 보상하기 위한 스트로크 조절이 가능한, 컨택터 제조방법에 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 제조하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 반도체 테스트용 소켓의 컨택터를 제조하는 방법은, (ⅰ)제조용 용기의 바닥면에 제1 금속층을 형성하는 단계와, (ⅱ)상기 제1 금속층 상에 복수의 컨택터를 소정간격 이격하여 수직방향으로 정렬하는 단계와, (ⅲ)상기 제1 금속층과 상기 컨택터의 접촉부분을 본딩하는 단계와, (ⅳ)상기 제조용 용기를 덮는 캡을 씌우는 단계와, (ⅴ)상기 캡의 일측에 홀을 형성하는 단계와, (ⅵ)상기 홀을 통해 상기 제조용 용기에 절연성 탄성물질을 주입하는 단계와, (ⅶ)상기 주입된 절연성 탄성물질을 경화시키는 단계와, (ⅷ)상기 제조용 용기와 상기 캡을 제거하는 단계 및 (ⅸ)상기 컨택터의 노출된 상위에 팁을 결합시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 컨택터 제조방법에 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 발명에 따른 테스트 소켓용 컨택터의 제조공정을 설명하기 위한 순서도.
도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 테스트 소켓용 컨택터의 제조공정을 도시한 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 컨택터의 구조를 나타내는 단면도.

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 컨택터 제조방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 테스트 소켓용 컨택터의 제조공정을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트 소켓용 컨택터의 제조방법은 제조용 용기의 바닥면에 제1 금속층을 형성하는 제1 단계와, 상기 제1 금속층에 복수의 컨택터를 소정간격 이격하여 수직방향으로 정렬하는 제2 단계와, 상기 제1 금속층과 상기 컨택터의 접촉부분을 본딩하는 제3 단계와, 상기 제조용 용기를 덮는 캡을 씌우는 제4 단계와, 상기 캡의 일측에 홀을 형성하는 제5 단계와, 상기 홀을 통해 상기 제조용 용기에 절연성 탄성물질을 주입하는 제6 단계와, 상기 주입된 절연성 탄성물질을 경화시키는 제7 단계와, 상기 제조용 용기와 상기 캡을 제거하는 제8 단계 및 상기 컨택터의 노출된 상위에 팁을 결합시키는 제9 단계를 포함한다.

이하 도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 반도체 디바이스 테스트 소켓용 컨택터의 제조공정을 도시한 단면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 컨택터의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 트렌치(trench)가 형성된 제조용 용기(10)를 구비한다. 제조용 용기(10)는 복수의 컨택터 세트를 제조하기 위해 여러 구역으로 구분된 형태로 구비된다. 예를 들어 도 2에서는 제조용 용기(10)가 제1 세트부(11), 제2 세트부(12) 및 제3 세트부(13)로 제조되고, 상기 제1 내지 제3 세트부(11, 12, 13)는 제조용 용기(10)의 바닥면으로부터 형성된 칸막이(15)에 의해 구분될 수 있다. 칸막이(15)의 높이는 제조용 용기(10)의 외곽 둘레의 벽(14)의 높이보다 소정 길이 낮게 형성된다. 즉, 칸막이(15)는 외곽 둘레의 벽(14)에 비하여 소정 길이의 틈(16)을 갖게 된다. 제조용 용기(10)의 분리된 세트의 개수와 이에 실장되는 컨택터의 개수 등은 제작자의 의도에 따라 설정될 수 있음은 자명하다.

제조용 용기(10)의 바닥면에 스퍼터링(sputtering), 증착(deposition) 등을 이용하여 제1 금속층(100)을 형성한다. 여기서 제1 금속층(100)은 구리(Cu), 은(Ag), 니켈(Ni), 티타늄(Ti) 및 크롬(Cr) 등을 사용할 수 있다.

다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 컨택터(200)를 각 세트부(11, 12, 13) 내에 제1 금속층(100)의 상위에 소정간격 이격하여 정렬하되, 컨택터(200)가 수직선상으로 실장되도록 한다. 예를 들어, 제1 금속층(100)과 접촉하는 컨택터(200)의 하부를 레이저로 조사하여 녹임으로써 이를 본딩(bonding)할 수 있다. 컨택터(200)의 정렬은 추후 반도체 테스트 소켓의 구동시 컨택터(200)가 테스트 장치의 전극(미도시)과 접촉되는 위치에 대응하도록 설정된다.

컨택터(200)는 도 8에 도시된 바와 같이, 컨택터(200)의 상단부(230)와 하단부(240)가 각각 수직선상으로부터 돌출하되, 상단부(230)와 하단부(240)가 맞닿는 점을 중심점으로 하여 X, Y 및 Z축상 서로 대칭하는 구조로 형성된다. 상단부(230)와 하단부(240)의 돌출구조는 다각 구조 또는 곡선 구조로 형성될 수 있고, 예를 들면 반원 구조, 삼각구조, 사각 구조, 반 육각구조, 반 팔각구조 등으로 형성될 수 있다. 컨택터(200)는 니켈, 철, 코발트, 베릴륨, 골드, 은, 팔라듐, 로듐 중 적어도 하나의 합금으로 제조되고, 멤스 공정으로 제조된다.

다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 제조용 용기(10)의 상면을 덮는 캡(Cap, 20)을 형성한다. 캡(20)은 컨택터(200)의 상부를 꽂을 수 있도록 컨택터(200)의 상부에 대응하는 트렌치가 형성된 구조로 구비한다. 캡(20)의 일측에는 제조용 용기(10) 내에 절연성 탄성 물질을 주입할 수 있도록 홀(hole, 24)이 형성된다.

도 5에 도시된 바와 같이 홀(24)을 통해 절연성 탄성 물질이 주입되고, 주입된 절연성 탄성 물질은 제조용 용기(10)의 내부를 채우게 된다. 이때 절연성 탄성 물질이 홀(24)을 통해 주입되면, 제3 세트부(13)에 절연성 탄성 물질이 칸막이(15)의 높이만큼 채워지고, 칸막이(15)의 틈(16)을 통해 제2 세트부(12) 및 제1 세트부(11)가 순차적으로 채워지며, 이후 제조용 용기(10)의 외곽둘레 벽(14) 높이까지 채워지게 된다.

여기서 절연성 탄성 물질은 예를 들어 액상 실리콘 등을 사용한다.

이후, 제조용 용기(10)에 베이크 장치 등을 통해 열을 가하여 제조용 용기(10)에 주입된 절연성 탄성 물질을 경화시킨다.

다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 제조용 용기(10) 내의 절연성 탄성 물질이 경화되면, 제조용 용기(10)를 포함한 캡(20)을 제거한다. 이때 컨택터(200) 하부와 제1 금속층(100)이 본딩된 부분은 제1 금속층(100)을 녹일 수 있는 화학성분을 이용하는 에칭 공정을 통해 본딩 부분을 떨어뜨릴 수 있다.

이에 의해 컨택터(200)와 상기 컨택터(200)와 일체화된 구조로 형성된 절연부(300)가 형성된다. 상기와 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, 추후 반도체 테스트시 물리적 접촉에 의해 발생한 힘이 컨택터(200)와 절연부(300)에 동시에 흡수됨으로써, 부품의 파손을 방지하고, 기존 러버 타입에 비하여 소켓의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 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.

한편, 도 6과 같이 도시된 컨택터(200)의 노출된 상부 및 하부를 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 통하여 평탄하게 연마하는 공정을 추가할 수 있다.

다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 컨택터(200)의 노출된 상부에 크라운 팁(Crown tip, 220)을 장착한다. 크라운 팁(220)은 반도체 디바이스 컨택볼(미도시)와 컨택터(200)와의 접촉력을 증대시키기 위해 다수개의 요철구조로 형성되는 크라운 형태로 구비할 수 있다. 크라운 팁(220)은 멤스 공정으로 제조되며, 니켈, 철, 코발트, 베릴륨, 골드, 은, 팔라듐, 로듐 중 적어도 하나의 합금으로 제조될 수 있다.

반도체 테스트시 본 발명의 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.

또한, 본 발명의 컨택터(200)는 반도체 디바이스 컨택볼과 수직상의 일대일 컨택 뿐만 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 테스트 소켓용 컨택터는 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 컨택터를 가지는 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 의 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: 제조용 용기 11, 12, 13: 제1 내지 제3 셋트부
14: 외곽둘레 벽 15: 칸막이
20: 캡 24: 홀
100: 제1 금속층 200: 컨택터
220: 크라운 팁 230: 컨택터 상단부
240: 컨택터 하단부 300: 절연부

Claims (10)

1. 반도체 테스트용 소켓의 컨택터를 제조하는 방법에 있어서,
   (ⅰ)제조용 용기의 바닥면에 제1 금속층을 형성하는 단계;
   (ⅱ)상기 제1 금속층 상에 복수의 컨택터를 소정간격 이격하여 수직방향으로 정렬하는 단계;
   (ⅲ)상기 제1 금속층과 상기 컨택터의 접촉부분을 본딩하는 단계;
   (ⅳ)상기 제조용 용기를 덮는 캡을 씌우는 단계;
   (ⅴ)상기 캡의 일측에 홀을 형성하는 단계;
   (ⅵ)상기 홀을 통해 상기 제조용 용기에 절연성 탄성물질을 주입하는 단계;
   (ⅶ)상기 주입된 절연성 탄성물질을 경화시키는 단계;
   (ⅷ)상기 제조용 용기와 상기 캡을 제거하는 단계; 및
   (ⅸ)상기 컨택터의 노출된 상위에 팁을 결합시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 테스트 소켓용 컨택터 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제조용 용기는 외곽 둘레 벽의 높이보다 낮은 틈을 갖는 칸막이에 의해 복수의 세트부로 구분되는 구조인 것을 특징으로 하는, 반도체 테스트 소켓용 컨택터 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제조용 용기와 상기 캡을 제거한 이후, 상기 컨택터의 노출된 상부 및 하부를 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 통하여 연마하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 테스트 소켓용 컨택터 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 컨택터는 수직선상으로부터 일측으로 돌출된 상단부와 이에 대칭하여 타측으로 돌출된 하단부로 형성되고, 상기 상단부와 하단부는 맞닿는 점을 중심으로 하여 X, Y 및 Z축상 서로 대칭하는 구조로 형성된 것을 특징으로 하는, 반도체 테스트 소켓용 컨택터 제조방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 컨택터의 상단부 및 하단부는 곡선 구조 또는 다각 구조로 형성된 것을 특징으로 하는, 반도체 테스트 소켓용 컨택터 제조방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 컨택터의 상부에 결합시키는 팁은 상기 컨택터가 반도체 디바이스 컨택볼에 접촉하는 상단부분이 뾰족한 다수개의 돌기 형태로 형성된 크라운 팁인 것을 특징으로 하는, 반도체 테스트 소켓용 컨택터 제조방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 절연성 탄성물질로서 액상 실리콘을 이용하고, 이를 정렬된 상기 컨택터에 경화시켜 상기 컨택터와 일체형으로 형성하는 것을 특징으로 하는, 반도체 테스트 소켓용 컨택터 제조방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 액상 실리콘의 경도 또는 두께 조절을 통해 테스트 스트로크(stroke)를 조절함으로써 반도체 디바이스 컨택볼의 높이 편차를 보상하는 것을 특징으로 하는, 반도체 테스트 소켓용 컨택터 제조방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 액상 실리콘의 경도 조절을 통해 상기 컨택터의 컨택 힘(contact force)을 조절하는 것을 특징으로 하는, 반도체 테스트 소켓용 컨택터 제조방법.
10. 제1항에 있어서,
    상기 컨택터 및 팁은 멤스 공정으로 제조되며, 니켈, 철, 코발트, 베릴륨, 골드, 은, 팔라듐, 로듐 중 적어도 하나의 합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 반도체 테스트 소켓용 컨택터 제조방법.
    

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