[논문]BeCu 금속박판을 이용한 테스트 소켓 제작

김봉환

doi:10.5369/jsst.2012.21.1.34

BeCu 금속박판을 이용한 테스트 소켓 제작
Fabrication of Test Socket from BeCu Metal Sheet 원문보기

Journal of sensor science and technology = 센서학회지, v.21 no.1, 2012년, pp.34 - 38

Abstract ▼ AI-Helper

We have developed a cost effective test socket for ball grid array(BGA) integrated circuit(IC) packages using BeCu metal sheet as a test probe. The BeCu furnishes the best combination of electrical conductivity and corrosion resistance. The probe of the test socket was designed with a BeCu cantilever. The cantilever was designed with a length of 450 ${\mu}m$, a width of 200 ${\mu}m$, a thickness of 10 ${\mu}m$, and a pitch of 650 ${\mu}m$ for $11{\times}11$ BGA. The fabrication of the test socket used techniques such as through-silicon-via filling, bonding silicon wafer and BeCu metal sheet with dry film resist(DFR). The test socket is applicable for BGA IC chip.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이런 요구조건에 부합하는 프로브 물질로 berylliyum copper(BeCu)를 들 수 있다[12, 13]. 본 논문에서는 포고핀 방식의 테스트 소켓의 단점을 보완하고, 대체할 수 있는 외팔보 형태의 테스트 소켓을 BeCu 금속박판(metal sheet)을 이용하여 미세 피치에 대응 가능한 테스트 소켓을 제작하는 방법을 제안하였다.
본 연구에서는 기존 포고핀 형태의 테스트 소켓이 가진 문제점인 수작업과 고비용 제조방식을 보완하기 위하여 저비용의 BeCu 시트를 이용한 외팔보 형태의 테스트 소켓을 개발하였다. 제안 된 테스트 소켓은 공정이 단순하고, 일괄 공정에 의해 비용 절감의 효과가 크다.
본 연구에서는 포고핀 방식의 테스트 소켓이 큰 점촉힘을 가져야 하는 문제점을 보완하고 공정비용을 절감하기 위해, Fig. 2와 같이 BeCu 금속박판을 이용하여 외팔보 형태의 테스트 소켓을 제안하였다. BeCu는 상용으로 널리 사용되는 재료로서 전도성, 내부식성, 기계적인 강도와 전기적인 특성이 상대적으로 좋은 장점을 가지고 있다.

제안 방법

따라서 via hole을 빈틈없이 잘 채우기 위해서는 BeCu박판과 실리콘 웨이퍼와의 접합이 대단히 중요하다. BeCu 박판과 실리콘 웨이퍼간의 완벽한 접합을 위하여 진공 라미네이팅 장비를 이용하였다. 접합은 100 ℃, 0.
3(e)). Cu 도금 공정은 실온에서 펄스파를 사용하여 양극에 Cu 이온을 만들 수 있는 볼을 망안에 넣어서 장착하고 음극에 실리콘 웨이퍼를 고정시켜 시간을 변화시키며 도금을 진행하였다. Via hole 안이 균일하게 차게 하기 위하여 도금 속도 Fig.
3(a)). Through silicon via(TSV) 기술을 사용하기 위해 후면에 via hole 패턴을 하였다. 다음으로 웨이퍼 관통을 위하여 deep reactive ion etching(Deep RIE) 장비를 이용하였다(Fig.
먼저 6인치 675 ㎛ 두께의 웨이퍼를 폴리싱 하여 400 ㎛ 두께로 가공하였으며, 양면이 경면인 웨이퍼로 만들었다. 그 후 initial cleaning을 한 후, 실리콘 관통을 위하여 MA6 aligner를 이용하여 photoresist(PR) AZ 4620를 노광하여 패터닝을 하는 사진식각공정(photolithography)을 진행하였다(Fig. 3(a)).
열산화막은 furnace를 이용하여 1000 ℃에서 1 ㎛ 두께로 증착하였다. 다음으로 BeCu 금속박판을 웨이퍼에 부착하기 위하여 dry film resist(DFR)를 실리콘에 라미네이팅 후 패터닝을 진행하였다. 또한 via hole 내부에 도금진행이 가능하도록 via hole 과 같은 크기의 패턴을 만들었다.
다음으로 외팔보 프로브를 만들기 위해 DFR 전용 striper를 사용해 DFR을 제거하였다. 그런 다음 후면 금속선(metal line) 형성을 위하여 Au도금을 하고, 전면에 외팔보 형태의 프로브를 패터닝한 후 BeCu 식각용액을 사용하여 테스트 소켓을 완성하였다.
전자소자의 특성을 평가하기 위하여, 일반적으로 기계적인 특성인 접촉힘과 전기적인 특성인 접촉저항을 측정한다. 따라서, 제작된 외팔보 형태의 테스트 소켓의 성능을 평가하기 위하여 접촉힘과 접촉저항을 측정하였다.
먼저 6인치 675 ㎛ 두께의 웨이퍼를 폴리싱 하여 400 ㎛ 두께로 가공하였으며, 양면이 경면인 웨이퍼로 만들었다. 그 후 initial cleaning을 한 후, 실리콘 관통을 위하여 MA6 aligner를 이용하여 photoresist(PR) AZ 4620를 노광하여 패터닝을 하는 사진식각공정(photolithography)을 진행하였다(Fig.
Table 1에서와 같이 도금공정이 장시간 진행되기 때문에 실리콘 웨이퍼의 위치에 따라 도금 두께가 다른 현상이 발생하였다. 이 현상을 개선하기 위하여 via hole 후면에 패터닝한 DFR 이용하여 과도금(overplating)을 진행한 후 DFR 위의 과도금된 Cu를 chemical mechanical polishing(CMP)공정으로 균일하게 만들었다.
테스트 소켓의 외팔보의 설계는 일반적인 형태의 외팔보 모델을 사용하여 계산과 시뮬레이션을 통하여 설계하였다[14, 15]. 저가형의 테스트 소켓을 구현하기 위하여 BeCu를 프로브 물질로 사용하고, 제작공정을 단순화 하기 위하여 BeCu 금속박판을 구리도금 시드층으로 사용하여 전기도금하며, 미세피치를 구현 하기 위하여 솔드볼의 크기와 유사하게 프로브의 너비를 설계하였다. 현재 BGA IC 패키지의 피치는 1 mm 에서 300 ㎛정도까지 이지만 향후 더 줄어들 수 있다.
접촉힘 측정을 위하여 자체적으로 제작한 측정장비를 사용하였다. 먼저 고정된 plate위에 측정할 테스트 소켓을 올린 후 외팔보의 가장자리 부분을 로드셀이 장착된 프로브가 접촉하여 힘을 출력하게 된다.
테스트 소켓 프로브 저항은 Kelvin저항측정법을 이용하여 측정하였다[17]. 측정방법은 Fig. 6처럼 a와 b사이의 저항을 측정했으며, 프로브의 저항은 2.05 옴에서 4.48 옴 정도로 측정되었다.

대상 데이터

BeCu는 상용으로 널리 사용되는 재료로서 전도성, 내부식성, 기계적인 강도와 전기적인 특성이 상대적으로 좋은 장점을 가지고 있다. BeCu를 이용한 BGA IC package용 테스트 소켓을 제작하기 위해서 외팔보 프로브의 길이와 두께, 폭은 각각 425 ㎛, 10 ㎛, 200㎛ 로 설계하였다[14]. 테스트 소켓의 외팔보의 설계는 일반적인 형태의 외팔보 모델을 사용하여 계산과 시뮬레이션을 통하여 설계하였다[14, 15].
반도체 일괄공정을 이용하여 제안된 기술을 적용하면 300 ㎛이하의 피치에도 충분히 대응 가능한 테스트 소켓을 제작할 수 있다고 판단된다. 본 설계에서는 상용으로 사용 가능한 테스트 소켓을 만들기 위하여 상용되는 BGA IC를 이용하였다. 측정에 사용 된 BGA IC 패키지는 볼 수가 121개, 피치가 650㎛, 볼직경 300 ㎛, 높이 200 ㎛을 가지고 있다[15, 16].
본 설계에서는 상용으로 사용 가능한 테스트 소켓을 만들기 위하여 상용되는 BGA IC를 이용하였다. 측정에 사용 된 BGA IC 패키지는 볼 수가 121개, 피치가 650㎛, 볼직경 300 ㎛, 높이 200 ㎛을 가지고 있다[15, 16].

이론/모형

측정된 접촉힘은 100 ㎛의 변위에 8 gf 이하의 접촉힘을 보이고 있다. 테스트 소켓 프로브 저항은 Kelvin저항측정법을 이용하여 측정하였다[17]. 측정방법은 Fig.
BeCu를 이용한 BGA IC package용 테스트 소켓을 제작하기 위해서 외팔보 프로브의 길이와 두께, 폭은 각각 425 ㎛, 10 ㎛, 200㎛ 로 설계하였다[14]. 테스트 소켓의 외팔보의 설계는 일반적인 형태의 외팔보 모델을 사용하여 계산과 시뮬레이션을 통하여 설계하였다[14, 15]. 저가형의 테스트 소켓을 구현하기 위하여 BeCu를 프로브 물질로 사용하고, 제작공정을 단순화 하기 위하여 BeCu 금속박판을 구리도금 시드층으로 사용하여 전기도금하며, 미세피치를 구현 하기 위하여 솔드볼의 크기와 유사하게 프로브의 너비를 설계하였다.

성능/효과

현재 BGA IC 패키지의 피치는 1 mm 에서 300 ㎛정도까지 이지만 향후 더 줄어들 수 있다. 반도체 일괄공정을 이용하여 제안된 기술을 적용하면 300 ㎛이하의 피치에도 충분히 대응 가능한 테스트 소켓을 제작할 수 있다고 판단된다. 본 설계에서는 상용으로 사용 가능한 테스트 소켓을 만들기 위하여 상용되는 BGA IC를 이용하였다.
본 연구에서는 기존 포고핀 형태의 테스트 소켓이 가진 문제점인 수작업과 고비용 제조방식을 보완하기 위하여 저비용의 BeCu 시트를 이용한 외팔보 형태의 테스트 소켓을 개발하였다. 제안 된 테스트 소켓은 공정이 단순하고, 일괄 공정에 의해 비용 절감의 효과가 크다. 또한 접촉힘이 줄어들어 솔더 볼의 마모현상을 줄일 수 있으며, TSV를 구리로 도금하였기 때문에 짧은 도선길이로 인하여 고속동작소자 측정에 유리하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	테스트란?	테스트(test)는 전자부품이나 전자소자의 전기적 특성을 검사를 할 수 있는 장비인 테스터(tester)를 이용하여 제품의 양품과 불량을 판별하는 일체의 행위를 말한다. 그 중에서 IC 테스트 소켓(test socket)은 메모리와 비메모리 반도체 IC패키지의 전기적인 양•불량 여부를 체크하기 위한 검사장비이다.
	IC 테스트 소켓이란?	테스트(test)는 전자부품이나 전자소자의 전기적 특성을 검사를 할 수 있는 장비인 테스터(tester)를 이용하여 제품의 양품과 불량을 판별하는 일체의 행위를 말한다. 그 중에서 IC 테스트 소켓(test socket)은 메모리와 비메모리 반도체 IC패키지의 전기적인 양•불량 여부를 체크하기 위한 검사장비이다. IC 패키지(package)는 쓰루홀(through hole) 패기지와 표면실장형 패키지 기술을 많이 사용한다.
	via hole을 빈틈없이 잘 채우기 위해서는 BeCu박판과 실리콘 웨이퍼와의 접합이 대단히 중요한 이유는?	특히 TSV형태의 전극을 위해서는 via hole 측면에 전기도금이 가능한 Ti/Cu 나 Ti/Au 같은 시드층을 사용한다. 반면에, 제작공정을 단순화하기 위하여 제안된 테스트 소켓의 제작공정상의 특징은, BeCu 금속박판과 시드층을 이용하여 vial hole을 채우지 않고, BeCu 박판을 그대로 시드층으로 이용하여 bottom-up도금이 되게 하는 기술이다. 따라서 via hole을 빈틈없이 잘 채우기 위해서는 BeCu박판과 실리콘 웨이퍼와의 접합이 대단히 중요하다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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