Recently, the data rate per pin for high bandwidth digital application has been continuously increasing, as indicated by multiple I/O standards. For instance, as bandwidth of LPDDR is expanded up to 25.6 GB/s, the per-pin data-rate of LPDDR4 exceed 3.2 Gbps, which is twice that of LPDDR3. Considering this technical trend, to obtain reliable package test result, test socket, which electrically interconnects the package device to the load board, should cover the targeted data rate of the package device.
The pogo pin socket has been generally used for the package test despite a few drawbacks. Firstly, one of the mechanical problems is the chance of damaging the device or the socket itself. Because in order to achieve low contact resistance, substantial pressing force or sharper contact tip is needed to penetrate the oxide layer or contaminants, which are formed by routine test. As a result, this process causes not only the witness marks on the surface of the solder ball of package device, but even the fatigue in the contact tip which could decrease the yield as well. Secondly, due to the long length of pin, it cannot guarantee signal in-tegrity at higher frequency. Because the components of pogo pin such as barrel or spring require fine preci-sion, manufacturing of it is both difficult and costly. Therefore, to overcome these problem, a new type sock-et design is required.
In this research, we propose the structure and model of silicone rubber socket and verify it through 3D field simulation and measurement. Silicone rubber socket consists of rubber columns at a fixed pitch, which are formed with a number of gold-coated nickel powders in silicone rubber substrate. Signal from the device is transferred to the load board through vertically-aligned metal powders. Through comparison and discussion with pogo type socket, it exhibits excellent RF performance. Reliability of the socket is analyzed in frequency domain
많은 데이터를 빠른 시간 안에 보내기 위해, 반도체 소자들의 데이터 전송 속도는 점점 빨라지고 있다. 따라서, 신뢰도 높은 테스트 결과를 얻기 위해, 이들의 테스트를 위한 장비들도 소자의 대역폭을 만족해야 한다. 이와 중에, 기존에 반도체 검사에 사용되던 pogo 핀 소켓은 스프링을 포함하며, 그 길이를 줄이기 어려워 고주파 대역에서의 성능이 제한된다. 또한 검사과정 중 반도체 볼과 접촉할 때 뾰족한 접촉 핀에 의해 손상을 입힐 수 있기 때문에 문제가 되어왔다. 따라서 새로운 구조의 소켓이 필요하게 되었다.
본 연구에서는 고주파 특성이 우수한 소켓의 구조와 그에 대한 모델을 제안하였다. 제안한 실리콘 고무 소켓은 실리콘 고무 기판에 도전성을 띠는 고밀도의 금속 파우더가 신호의 전송선로 역할을 하는 구조를 갖는다. 아울러 이에 대한 등가 모델을 시뮬레이션과 측정을 통해 주파수 대역과 시간 대역에서의 검증을 하였다. 또한, 앞에서 언급한 pogo 핀 소켓과의 전기적 특성을 비교하여 고주파 특성이 좋음을 보였다. 이는 소켓의 길이가 상대적으로 짧기 때문으로 보인다.
마지막으로, 소켓의 고 전류 특성과 수명에 대해 실험하고 이에 대해 SEM을 기반한 분석 및 고주파 측정을 통해, 소켓의 기계적 특성에 대해 분석하였다. 고 전류 특성의 경우 7.5 A 이상에서는 실리콘 고무가 타기 때문에, 전기적으로 open 상태로 사용이 어려우며, 수명의 경우 10만번 이상 사용 후엔 사용이 어렵다는 결론을 내렸다.
