KR20050021261A - 고속 반도체 테스팅용 집적 인쇄회로기판 및 테스트 접촉기 - Google Patents

고속 반도체 테스팅용 집적 인쇄회로기판 및 테스트 접촉기 Download PDF

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Abstract

테스트될 집적회로의 수용 및 위치결정을 위한 공동을 구비하는 정렬 하우징, 표면을 따라 위치된 비전도성 탄성 중합체부를 구비하는 인쇄회로기판, 및 상기 집적회로로부터 상기 인쇄회로기판을 통해 테스트 신호를 전송하는 가요성 핑거를 구비하는 전기적으로 균형된 마이크로파 전송선 구조물을 구비하는 고속 반도체 테스팅용 집적된 인쇄회로기판 및 테스트 접촉기가 제공되었다. U자 모양의 접지 소자는 마이크로파 전송선 구조물 주위로 연장된다.

Description

고속 반도체 테스팅용 집적 인쇄회로기판 및 테스트 접촉기{INTEGRATED PRINTED CIRCUIT BOARD AND TEST CONTACTOR FOR HIGH SPEED SEMICONDUCTOR TESTING}
본 발명은 집적회로 테스트 인터페이스 시스템에 관한 것으로서, 특히 적층식 인쇄회로기판에 집적된 전도성 가요성 소자에 테스트될 집적회로를 정렬시키는 소켓 안내판을 구비하는 테스트 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2003년 8월 25일자로 출원된 미국 예비특허출원 제60/497,581호의 출원일을 우선일로서 주장하며, 상기 우선권 출원의 내용은 그 전체로서 인용되어 본 명세서에 포함된다.
종래에, 접촉기는 부품을 전기 테스트하는 테스트 장치에 반도체 패키지의 개별 리드를 전기 접속하기 위해 사용되었다. 패키지 몸체를 패키지의 외부 에지 주위에 결합시키는 리드를 가진 어떤 반도체 패키지는 주변으로 리드된다. 주변으로 리드되는 패키지에는 여러 가지가 포함되지만, 그 중에서 몇 가지를 열거하면, QFP(quad-flat package), SOP(small outline package), PLCC(plastic leaded chip carrier), DIP(dual in-line package), 및 몰디드 캐리어 링(molded carrier rings)이 포함된다. 주변으로 리드되는 패키지는 여러 가지 크기를 가지며, 리드는 패키지의 4개의 면 모두의 주위에 또는 모든 면에 위치되지 않고 그보다 적은 면에 위치될 수도 있다.
주변으로 리드되는 패키지 및 다른 형태의 반도체 패키지에 전기 테스트 접속을 위해 사용되는 종래의 장치는 고성능 장치에 대한 심각한 제한을 가지며, 또한 고볼륨(high volume) 자동화 장치 핸들링 장비에 사용될 때 동작상의 신뢰성 문제를 가진다. 많은 문제들이 불량한 전기 성능을 초래한다. 통상적으로, 이것은 접촉기 내의 긴 전기 경로 길이로 인한 것이다. 긴 전기 경로 길이는 바람직하지 않은 임피던스를 보이는데, 그것은 테스트되고 있는 장치에 대해 수행되는 전기 테스트의 완전성에 간섭한다. 바람직하지 않은 임피던스 효과에는 제어되지 않은 임피던스의 긴 경로가 포함된다. 그러한 제어되지 않은 임피던스 경로는 고주파 신호 완전성을 왜곡시키고 물리적으로 인접한 경로 사이에 누화(cross-talk)를 발생시킨다. 다른 바람직하지 않은 임피던스 효과에는 기생 인덕턴스, 기생 용량, 및 기생 저항이 포함된다. 기생 경로 인덕턴스는 순간적 전류 변화 동안에 전압 스파이크를 유도함으로써 장치 파워 및 접지 소싱(ground sourcing)과 간섭한다. 기생 용량은 장치 및 테스트 전기 신호 소스의 바람직하지 않은 전기 부하를 발생시킨다. 기생 저항은 저항성 경로를 통해 상당한 전류가 흘러야만 할 때 전압 오류를 야기한다. 이것은 테스트 접촉기 내의 긴 전기 경로에서 발생하는 바람직하지 않은 임피던스 효과를 부분적으로만 열거한 것이다.
종래의 테스트 접촉기는 종종 자동화 장치 핸들링 장비를 사용하는 고볼륨 테스트 환경에서 불량하게 작동하였다. 접촉기 취약성은 종종 핸들링 장비 오류가 장치를 접촉기에 잘못 접속시킬 때 접촉기 손상을 발생시킨다. 접촉기는 또한 패키지 수지 먼지 및 패키지 리드 솔더-플레이팅(solder-plating) 등 통상적인 생산 환경 찌꺼기로부터의 오염에 너무 취약하다.
현재에는 제조하기에 빠르고 간단하며 바람직하지 않은 임피던스 효과의 전기적 성능 문제를 제거한 접촉기에 대한 필요성이 있다.
본 발명은 종래의 테스트 접촉기 장치와 관련된 문제를 제거하는 고속 반도체 테스팅용 테스트 접촉기이다. 본 발명은 반도체 패키지를 적층식 인쇄회로기판 내에 집적된 가요성 전도성 소자에 정렬시키는 소켓 안내판으로 구성되는 완전한 집적회로 테스트 인터페이스 시스템이다. 접촉기는, 소자의 형상이 집적회로의 외주 밖의 인쇄회로기판 주변으로부터 집적회로 패드로의 전기적으로 균형된 마이크로파 전송선 구조물을 형성하도록 구성된다. 전송선 구조물은 비전도성 타이-바에 의해 인쇄회로기판으로 향해 눌려지는 동일 평면 도파관 형상에 기초하는데, 비전도성 타이-바(tie-bar)는 정렬 하우징에 의해 인쇄회로기판으로 눌려진다. 다음에는 동일 평면 도파관 형상 구조물은 인쇄회로기판 내에 형성된 얕은 오목부 위에서 연장된다. 얕은 오목부는 강제 압축 기구로서 작용하고 또한 동일 평면 도파관 형상 전송선용 유전체 매체로서 작용하는 비전도성 탄성 중합체로 채워진다. 가요성 소자는 집적회로 상의 테스트 지점 아래에서 종료된다. 가요성 소자는 집적회로 테스트 지점과 맞물리도록 설계된 상승된 접촉 위치를 포함하는데, 상승된 접촉 위치는 패드 또는 볼(ball)일 수 있다. U자 모양의 접지 빔은 가요성 접촉 소자의 신호핀 주위로 연장된다. 접촉기 재료는 시스템의 임피던스에 매칭하도록 설계되고, 재료 전이 영역에서는, 전송선은 최적 신호 완전성을 위해 보상되었다.
테스트될 집적회로는 접촉기를 위치로 횡방향으로 정렬시키는 하우징 내로 삽입된다. 다음에는 집적회로는 가요성 소자 상의 상승된 접촉 형상 내로 눌려지는데, 가요성 소자는 다음에는 인쇄회로기판의 오목부 내의 탄성 중합체로 향해 아래로 눌려진다. 탄성 중합체를 압축시키면 적절한 힘이 발생되어 가요성 소자와 집적회로 상의 테스트 위치 사이의 양호한 전기 접촉을 이룬다.
도 1은 본 발명의 집적회로 테스트 인터페이스 시스템(10)을 나타낸다. 또한 도 2에서 알 수 있듯이, 인터페이스 시스템은 적층식 인쇄회로기판(14) 상에 위치된 정렬 하우징(12)을 포함한다. 정렬 하우징(12)은 테스트될 집적 회로 또는 반도체 패키지(18)의 위치 또는 정렬용 공동(16)을 형성한다. 반도체 패키지는 또한 여기에서 "테스트 하의 유닛(unit under test)"이라고도 지칭된다. 정렬 하우징(12)은 테스트 하의 유닛을 인쇄회로기판(14) 내에 집적된 가요성 접촉 핑거(20)에 정렬시킨다. 인터페이스 시스템은, 가용성 접촉 핑거의 형상이 집적 회로 또는 테스트 하의 유닛의 외부 둘레 밖의 인쇄회로기판 주변으로부터 테스트 하의 유닛에 위치된 테스트 패드(22)로의 전기적으로 균형된 마이크로파 전송선 구조물을 형성하도록 구성된다. 전송선 구조물은 인쇄회로기판(14) 상에 위치된 트레이스 또는 패드(24) 로 향해 눌려진 동일 평면 도파관 형상(CPW)에 기초한다. 전송선 구조물은 정렬 하우징(12)과 접촉 핑거(20) 사이에 위치된 비전도성 타이-바(26)에 의해 트레이스로 향해 눌려진다. 타이-바는 정렬 하우징(12)에 의해 인쇄회로기판으로 향해 눌려진다. 정렬 하우징(12)은 인쇄회로기판에 형성된 얕은 오목부(28) 위에 연장된다. 오목부는 CPW 전송선을 위한 힘 압력 기구 및 유전체 매체로서 작용하는 비전도성 탄성 중합체(30)로 채워진다. CPW 전송선을 형성하는 접촉 핑거는 접촉부(32) 내에서 종료되고, 테스트 하의 유닛용 테스트 패드(22)와 정렬된다. 접촉부(32)는 상승되며, 집적회로 상에 위치된 테스트 패드와 맞물리도록 설계된다.
도 4에서 또한 알 수 있듯이, U자 모양의 가요성 접지 핑거(34)는 접촉 핑거(20) 주위에 위치된다. 접지 핑거(34)는 복수의 상승된 접촉부(36)를 포함한다. 접촉부(36)는 또한 테스트 하의 유닛 상의 별개의 테스트 패드(22)와 접촉하도록 정렬된다. 도 4에 나타내듯이 단일 접촉 핑거(20)는 예로서 단일 제어된 임피던스 선을 요구하는 응용에 사용되지만, 도 5에 나타낸 다른 응용도 가능한데, 도 5에는 균형된 차분 신호 선(differential signal line)을 요구하는 응용에 사용되는 2개의 접촉 핑거(20a, 20b)가 있다. 단일 제어 임피던스 선이 있던지 또는 균형된 차분 신호 선이 있던지, U자 모양의 접지 핑거(34)가 사용된다. 가요성 핑거(20a, 20b)는 각각 상승된 접촉부(32a, 32b)를 구비한다.
도 1에 나타낸 인터페이스 시스템(10)의 접촉기는 3개의 차분 리드 프레임을 포함하는데, 하우징은 리드 프레임 유닛을 덮는다. 접촉기는 파워, 접지, 및 저속 신호 I/O을 위한 종래의 스프링 핀 접접이 집적된 임피던스 제어 구조물을 결합한다. 인터페이스 시스템을 위한 모든 조립체 재료가 시스템의 적절한 임피던스와 매치되도록 고려되었고, 재료 전이 영역에서, 전송선은 최적 신호 완전성을 위해 보상되었다.
사용 시에, 집적회로 또는 테스트 하의 유닛은 하우징(12) 내의 공동(16) 내에 삽입되고 횡방향으로 위치로 정렬된다. 테스트 하의 유닛은 다음에는 도 3에 나타내듯이 접촉 핑거(20) 및 접지 핑거(34) 상의 상승된 접촉 위치(32, 36) 내로 눌려진다. 접촉 핑거와 접지 핑거는 다음에는 인쇄회로기판 상의 오목부에 위치된 비전도성 탄성 중합체 내로 아래로 눌려진다. 탄성 중합체의 압축은 접촉부와 집적회로 상의 테스트 패드 위치 사이의 양호한 전기 접촉을 보장하도록 적절한 힘을 발생시킨다.
전체 테스트 인터페이스 시스템은 균형된 고속 마이크로파 전송선으로서 설계 및 조립된다. 인터페이스 시스템은 인쇄회로기판 상의 얕은 오목부 내에 포함된 비전도성 탄성 중합체 위의 인쇄회로기판 상의 장착 접촉 패드로부터 내부로 향해 방사 형태로 퍼진 CPW 전송선 구조물 또는 가요성 핑거를 사용한다. CPW 전송선 구조물은 비전도성 타이-바에 본딩되는데, 비전도성 타이-바는 정렬 하우징을 정렬시키고, 접촉부를 인쇄회로기판으로 향해 누르는 기구를 제공한다. 하우징(12)은 스크루(38)에 의해 인쇄회로기판(14)에 부착되어, 인쇄회로기판에의 상호접속을 위해 요구되는 클램핑력을 제공한다.
전송선 구조물은 규정된 값의, 예로서, 50옴의 제어된 임피던스 경로가 되도록 설계될 수 있으며, 동일평면 도파관, 슬롯 라인 또는 다른 전송선 프로파일이 테스트되는 테스트 하의 유닛에 의해 요구된 바와 같이 얻어질 수 있다. 전송선 구조물은 2개 이상의 층으로 구성될 수 있어, 더욱 높은 신호 밀도를 가능하게 하거나, 마이크로스트립과 같은 다중층 임피던스 제어 구조물을 가능하게 한다. 전송선 구조물은 100 옴 차분과 같은 규정된 값을 가진 균형된 차분 쌍이 있도록 설계되거나, 고속이 요구되지 않는 경우에는 설계의 단순성을 위해 임피던스 제어가 없도록 설계될 수 있다. 전송선 구조물은 높은 전류 유지 능력의 응용을 위해 최대 단면적을 갖도록 설계될 수 있다. 전송선 구조물은 또한 QFP, MLF/QFN 또는 XSOP 집적회로 등과 같은 주변으로 리드된 집적회로를 위해 설계 및 조립될 수 있다.
접속선 구조물 또는 가요성 핑거는 전송선 신호를 위해서만 구성될 수 있는 것이 아니라, 집적 회로의 켈빈(Kelvin) 테스팅을 수행할 수 있도록 선의 쌍으로 만들어질 수도 있다. 도 6은 켈빈 리드(42)를 가진 접촉 핑거(40)를 나타낸다. 켈빈 테스팅은 각각의 집적회로 테스트 패드 위치에 대해 2개의 독립적 회로 경로를 요구한다. 가요성 핑거는 각각 LGA 및 BGA인 에리어 어레이 패드 또는 에리어 어레이 볼과 같은 테스트 지점 위치와 접촉하기 위해 설계 및 조립될 수 있다. 본 발명의 IC 테스트 인터페이스 시스템(10)은 파워, 디지털 접지, 저속 I/O 등 비-필수적(non-essential) 장치 상호접속 신호가 인쇄회로기판의 얕은 오목부 영역에 형성된 종래의 포고(pogo) 핀 또는 다른 접촉 기술을 통해 전송될 수 있도록 구성될 수 있다. 본 발명의 인터페이스 시스템의 전도성 소자는 높은 양의 전류가 테스트 지점 위치로 흐를 수 있도록 고전력 집적회로를 위해 구리의 집적된 층을 사용하여 조립될 수 있다.
본 발명의 상기 설명은 설명을 위한 것이지, 제한을 위한 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 상기 설명을 검토하면, 많은 다른 실시예가 당업자에게 명백하게 될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위, 및 그러한 청구범위가 부여되는 동등물의 전체 범위를 함께 참조하여 결정되어야 한다.
본 발명의 테스트 인터페이스 시스템 및 테스트 접촉기에 의하면, 시스템의 임피던스에 매칭하고, 최적 신호 완전성을 보장하며, 가요성 소자와 집적회로 상의 테스트 위치 사이의 양호한 전기 접촉을 이룬다.
도 1은 본 발명의 테스트 접촉기의 사시도이다.
도 2는 도 1의 테스트 접촉기의 부분 상세 단면도이다.
도 3은 접촉기의 사용을 설명하는 도 2의 테스트 접촉기의 부분 단면도이다.
도 4는 U자 모양의 접지 빔을 가진 단일 접촉 핑거의 상세 평면도이다.
도 5는 2개의 신호선과 U자 모양의 접지 빔을 가진 접촉 핑거의 상세 사시도이다.
도 6은 켈빈 리드인 접촉 핑거의 상세 사시도이다.

Claims (19)

  1. 집적회로용 테스트 인터페이스 시스템에 있어서,
    테스트될 상기 집적회로의 수용 및 위치결정을 위한 공동(cavity)을 구비하는 정렬 하우징,
    표면을 따라 위치된 비전도성 탄성 중합체부를 구비하는 인쇄회로기판, 및
    상기 집적회로로부터 상기 인쇄회로기판을 따라 외부 테스트 전자장치로 테스트 신호를 전송하는 수단을 구비하는 전기적으로 균형된 마이크로파 전송선 구조물
    을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 집적회로용 테스트 인터페이스 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전송선 구조물에 인접한 U자 모양의 접지 접촉부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로용 테스트 인터페이스 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 테스트 신호를 전송하는 수단은 상기 인쇄회로기판 상의 상기 비전도성 탄성 중합체부의 압축을 통해 상기 집적회로와 접촉 상태로 유지되는 상승된 접촉부(raised contact portion)를 구비하는 가요성 핑거를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로용 테스트 인터페이스 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가요성 핑거는 제어된 임피던스 테스팅을 위한 것임을 특징으로 하는 집적회로용 테스트 인터페이스 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 가요성 핑거는 균형된 차분 신호 테스팅(balanced differential signal testing)을 위해 2개 존재하는 것을 특징으로 하는 집적회로용 테스트 인터페이스 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 가요성 핑거는 켈빈 리드(Kelvin lead)인 것을 특징으로 하는 집적회로용 테스트 인터페이스 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 가요성 핑거는 상기 하우징과 상기 가요성 핑거 사이에 위치하는 비전도성 타이-바(tie-bar)에 의해 상기 인쇄회로기판에 유지되는 것을 특징으로 하는 집적회로용 테스트 인터페이스 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전기적으로 균형된 마이크로파 전송선은 상기 하우징의 상기 공동 주위에 복수개 위치하는 것을 특징으로 하는 집적회로용 테스트 인터페이스 시스템.
  9. 반도체 패키지 테스트용 접촉기에 있어서,
    상기 반도체 패키지의 수용을 위한 공동을 구비하는 하우징,
    인쇄회로기판과의 접촉을 위한 접촉 영역을 구비하고, 전기적으로 균형된 마이크로파 전송선을 형성하는 형상으로 구성된 적어도 하나의 가요성 전도성 소자,
    상기 가요성 전도성 소자에 인접하여 위치된 가요성 접지 소자, 및
    상기 가요성 전도성 소자와 상기 가요성 접지 소자에 압축력을 가하는 탄성 중합체부를 구비하는 상기 인쇄회로기판
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 접촉기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가요성 접지 소자는 U자 모양인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 접촉기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 가요성 전도성 소자 상의 상기 접촉 영역은 상기 반도체 패키지 상의 테스트 패드 위치와 접촉하는 상승부(raised portion)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 접촉기.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 가요성 전도성 소자는 제어된 임피던스 테스팅을 위해 1개 존재하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 접촉기.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 가요성 핑거는 균형된 차분 신호 테스팅을 위해 2개 존재하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 접촉기.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 가요성 전도성 소자는 켈빈 리드인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 접촉기.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 가요성 전도성 소자는 상기 하우징과 상기 가요성 핑거 사이에 위치하는 비전도성 타이-바에 의해 상기 인쇄회로기판에 유지된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 접촉기.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 전기적으로 균형된 마이크로파 전송선은 상기 하우징의 상기 공동 주위에 복수개 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 테스트용 접촉기.
  17. 반도체 패키지를 적층식 인쇄회로기판에 집적된 가요성 전도성 소자에 정렬시키는 소켓 안내판을 포함하며,
    상기 가요성 전도성 소자는, 상기 가요성 전도성 소자가 상기 인쇄회로기판의 주변으로부터 상기 집적회로 상의 테스트 패드 위치로의 전기적으로 균형된 마이크로파 전송선 구조물을 형성하도록 하는 형상을 가진
    것을 특징으로 하는 집적회로 테스트 인터페이스 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 가요성 전도성 소자에 인접한 접지 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 테스트 인터페이스 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 가요성 전도성 소자는 상기 인쇄회로기판 내의 얕은 오목부 위로 연장되며, 상기 얕은 오목부는, 강제 압축 기구로서 작용하고 또한 상기 전기적으로 균형된 마이크로파 전송선 구조물용 유전체 매체로서 작용하는 비전도성 탄성 중합체로 채워진 것을 특징으로 하는 집적회로 테스트 인터페이스 시스템.
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