KR100604676B1 - 반도체 디바이스용 볼 리웍장치 - Google Patents

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KR100604676B1 KR1020050023630A KR20050023630A KR100604676B1 KR 100604676 B1 KR100604676 B1 KR 100604676B1 KR 1020050023630 A KR1020050023630 A KR 1020050023630A KR 20050023630 A KR20050023630 A KR 20050023630A KR 100604676 B1 KR100604676 B1 KR 100604676B1
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Abstract

본 발명은 반도체 디바이스의 표면에 형성된 볼의 상태를 검사하고 수리하기 위한 장치로서, 디바이스가 장착 또는 장착되어질 다수의 트레이가 적재되는 트레이 스테이션; 다수의 디바이스들이 수용된 작업트레이로부터 디바이스를 순차적으로 수용하여 리웍작업 단계로 이들을 이송하는 이송대; 이송대에 의해 운반된 디바이스들의 볼 외관 상태를 검사하는 제1 검사비젼; 제1 검사비젼을 통해 파악된 불량 볼을 레이저를 이용하여 정상적인 구 형상으로 수리·복원하는 리페어 스테이션; 제1 검사비젼 및 리페어 스테이션을 통한 리웍 작업이 완료되어진 디바이스를 세척하는 클리닝 스테이션; 세척된 디바이스 표면에 얼룩이나 이물질의 부착 유무를 검사하는 제2 검사비젼; 리웍된 디바이스의 정상적인 작동 여부를 확인하기 위해 전기저항 테스트를 수행하는 테스트 스테이션; 및 상기 각 구성의 작동 및 동작을 제어하는 제어수단; 을 포함하여 이루어진 볼 리웍장치를 제공한다. 이러한 구성의 볼 리웍장치는 디바이스의 불량 볼 리페어 작업을 자동화하는 것인 바, 종래의 수작업에 비해 작업능률이 훨씬 높을 뿐 아니라, 아깝게 버려지는 디바이스를 최소화할 수 있어 경비를 절감하게 장점이 있다.
반도체, 디바이스, 볼, 수리, 리웍, 리페어, 트레이, 검사, 클리닝, 전기저 항

Description

반도체 디바이스용 볼 리웍장치{Ball Rework System for repairing bad ball(s) on the surface of Semiconductor device}
도 1은 본 발명에 따른 볼 리웍장치의 전체 구성을 보여주는 사시도,
도 2는 도 1에 따른 볼 리웍장치의 정면도,
도 3은 도 1에 따른 볼 리웍장치의 좌측면도,
도 4는 도 1의 볼 리웍장치에서 리니어 스테이지 상에 설치된 이송대의 구성과 그 동작상태를 확대하여 도시한 분해사시도,
도 5는 도 4의 리니어 스테이지 주변에 설치되는 제1 검사대의 구성을 도시한 분리 확대 사시도,
도 6은 도 4의 리니어 스테이지 주변에 설치되는 리페어 스테이션의 구성을 도시한 확대 상세 사시도,
도 7a는 도 1의 볼 리웍장치에 구비되는 클리닝 스테이션의 구성을 도시한 확대 상세 사시도,
도 7b는 도 7a에 따른 클리닝 스테이션의 작동상태를 도시한 측면도,
도 8은 도 1의 볼 리웍장치에 구비되는 테스트 스테이션을 도시한 확대 상세 사시도, 및
도 9 내지 도 16은 본 발명의 볼 리웍장치에 의한 리웍 전 과정을 순서대로 도시한 작업공정도이다.
*도면상의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 트레이 스테이션 200 : 이송대
300 : 제1 검사대 400 : 리페어 스테이션
500 : 클리닝 스테이션 600 : 제2 검사대
700 : 테스트 스테이션 800 : 제1 왕복대
900 : 제2 왕복대 150 : 트레이 장착부
710,720 : 제3 픽커 810 : 트레이 픽커
820 : 제1 픽커 920 : 제2 픽커
본 발명은 반도체 디바이스의 불량 볼을 사람이 아닌 기계를 이용하여 전자동으로 수리할 수 있는 볼 리웍장치에 관한 것으로, 본 발명에서 볼 리웍장치는 BGA(Ball Grid Array)나 CSP(Chip Scale Package) 등과 같은 반도체 디바이스(Semiconductor device or chip, 이하 "디바이스"라 함) 표면에 형성된 볼(ball)을 수리(repair) 또는 재형성(rework)하기 위한 장치이며, 볼 수리를 위해 플럭스(flux)와 레이저(laser)를 사용한다.
일반적으로 BGA나 CSP와 같은 디바이스는 볼의 형성과정에서 볼의 외형이 불량인 경우가 자주 발생하게 되는데, 이러한 불량 볼은 디바이스 자체의 작동불량을 초래하므로 디바이스의 표면에서 모두 제거한 후 새로운 볼로 대체하거나 수리해주어야만 정상적인 작동이 가능하게 된다.
이와 같은 볼 리웍 작업은 볼 사이즈(ball size)나 볼 피치(ball pitch)가 비교적 큰 종래의 디바이스의 경우 주로 사람에 의한 수작업이 용이하였으나 근래와 같이 사이즈와 볼 간 피치가 작은 디바이스의 경우에는 사람에 의한 리웍 작업이 매우 어려울 뿐 아니라 재불량률도 상당히 높은 문제점이 있다.
본 발명에서는 위와 같은 종래의 볼 리웍 작업의 문제점을 개선하기 위한 수단으로, 불량인 볼을 사람이 아닌 기계를 이용하여 전자동으로 수리할 수 있는 볼 리웍장치를 제공하고자 한다.
이와 같은 본 발명의 목적은, 반도체 팩키지 디바이스의 표면에 형성된 볼의 상태를 검사하고 수리하기 위한 볼 리웍장치로서, 반도체 팩키지 디바이스의 표면에 형성된 볼의 상태를 검사하고 수리하기 위한 볼 리웍장치로서, 디바이스가 장착 또는 장착되어질 다수의 트레이가 적재되는 트레이 스테이션; 다수의 디바이스들이 수용된 작업트레이로부터 디바이스를 순차적으로 수용하여 리웍작업 단계로 이들을 이송하는 이송대; 이송대에 의해 운반된 디바이스들의 볼 외관 상태를 검사하는 제1 검사비젼; 제1 검사비젼을 통해 파악된 불량 볼을 레이저를 이용하여 정상적인 구 형상으로 수리·복원하는 리페어 스테이션; 제1 검사비젼 및 리페어 스테이션을 통한 리웍 작업이 완료되어진 디바이스를 세척하는 클리닝 스테이션; 세척된 디바이스 표면에 얼룩이나 이물질의 부착 유무를 검사하는 제2 검사비젼; 리웍된 디바 이스의 정상적인 작동 여부를 확인하기 위해 전기저항 테스트를 수행하는 테스트 스테이션; 및 상기 각 구성의 작동 및 동작을 제어하는 제어수단; 을 포함하는 구성으로부터 달성된다.
본 발명에 따르면, 이송대와 트레이 스테이션 사이에는 트레이가 놓여지는 트레이 장착부가 위치하고, 상기 트레이 장착부는 트레이 스테이션으로부터 운반된 리웍 대기중인 작업트레이가 놓여지는 작업트레이 장착대와, 리웍 작업 후 불량으로 판정된 디바이스들을 수용하기 위한 리젝트 트레이가 놓여지는 리젝트 트레이 장착대로 구성되며, 상기 트레이 스테이션에서 이송대에 이르는 구역의 상부에는 제1 왕복대가 구비되고, 제1 왕복대 상에는 트레이 스테이션과 트레이 장착부 사이에 트레이 운반을 위한 트레이 픽커와, 트레이 장착부와 이송대 사이에 디바이스 운반을 위한 제1 픽커가 설치되어 각 단계에 따라 제어수단에 의해 제1 왕복대의 축방향으로 왕복 운동하며 디바이스의 운반을 위해 사용된다.
트레이 스테이션은 다수의 작업트레이가 적층되어 순차적으로 인출할 수 있도록 된 작업트레이 적재부와, 리웍 작업이 완료된 디바이스들로 채워진 제품 트레이를 적재하기 위한 제품 트레이 적재부와, 다수의 리젝트 트레이가 적층되어 순차적으로 인출할 수 있도록 된 리젝트 트레이 적재부로 구성되고, 이들 각각의 트레이 적재부는 적재된 트레이들을 승·하강시키기 위한 승강용 엘리베이터를 가지며, 이송대는 제1 왕복대와 직각을 이루는 리니어 스테이지 상에 설치되고, 수평방향으로 회전하는 일정 길이의 평판 구조로 된 회전판, 및 이 회전판의 하부에서 소정의 회전 동력을 제공하는 모터를 포함하되, 상기 회전판의 양단에는 적어도 하나의 디 바이스가 수용되는 포켓이 형성된 포켓부재가 각각 구비되며, 이들 포켓부재의 각 포켓 중앙에 진공을 이용하여 디바이스를 고정하기 위한 진공홀이 제공된다.
제1 검사비젼은 모터에 의해 상하 방향으로 슬라이딩 이동이 가능한 장착스테이지 상에 결합·고정되어, 디바이스 또는 볼의 크기에 따라 상기 장착스테이지의 승강 작용을 통해 볼의 외관상태를 검사하되, 검사 정확도를 높이기 위해 3차원적인 검사가 가능한 3D 인스펙션 비젼을 채용하고, 제2 검사비젼은 클리닝 스테이션과 테스트 스테이션 사이에 위치하되, 2차원적인 검사가 가능한 2D 인스펙션 비젼을 채용한다.
리페어 스테이션은 화이버 레이저를 발생시키는 레이저 발생기와 검사 카메라를 포함하고, 상기 레이저 발생기의 일측에는 원활한 리페어 작업을 위해 디바이스의 볼 표면에 플럭스를 제공하는 플럭스 분배기가 구비되며, 상기 플럭스 분배기의 타측에는 플럭스 분배기에 의해 운반될 플럭스가 수용되는 플럭스 공급기가 구비되되, 플럭스 공급기의 하단에 측방향으로 연장·형성된 플럭스 용기가 구비되고, 플럭스 분배기의 하단에는 상기 플럭스 용기에 수용된 플럭스를 묻혀서 작업중에 있는 디바이스의 볼 표면으로 운반하도록 된 플럭스 암이 구비되며, 상기 플럭스 분배기는 이의 내부에 하나 이상의 모터가 내장되어 이 모터의 구동에 의해 레이저 발생기의 측부를 따라 슬라이딩하여 승·하강하고, 상기 플럭스 암은 상기 모터의 구동에 의해 플럭스 용기에서 레이저 발생기의 레이저 빔 방출측까지 회전하는 구조이다.
클리닝 스테이션은 본체 내부에 고속으로 회전하는 회전판이 내장되고, 이 회전판의 상면에는 제2 픽커에 의해 운반된 디바이스를 안착시키기 위한 한 쌍의 스테이지가 구비되며, 각 스테이지의 상면 중심에는 회전판이 회전하는 동안 디바이스가 이탈되는 것을 방지하도록 진공으로 압착하여 디바이스를 고정하는 진공홀이 구비되되, 상기 회전판의 상부에는 볼 세척을 위해 디바이스 표면에 세척액을 분사하는 세정노즐과 상기 세척된 볼을 말리기 위해 디바이스 표면에 드라이 에어를 분사하는 에어노즐이 구비되되, 이들 세정노즐 및 에어노즐은 상기 회전판의 양측에서 중심 방향으로 연장되어 있다.
테스트 스테이션은 상기 제2 픽커에 의해 운반된 디바이스를 진공을 이용하여 픽업하는 한 쌍의 제3 픽커와, 이들 제3 픽커에 의해 픽업된 디바이스의 정상 유무를 확인하기 위해 전기 저항 테스트를 수행하는 한 쌍의 검사 스테이지를 포함하고, 상기 각 검사 스테이지의 중심에는 제3 픽커에 의해 픽업된 디바이스를 안착시키기 위한 검사포켓이 구비되며, 상기 제3 픽커는 횡축의 끝단에 회전가능하게 결합되고 상기 횡축은 이와 직교하며 종방향으로 설치되어진 지지대의 상단을 관통하며 지지된다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 볼 검사장치는 표면에 다수의 볼이 형성된 BGA 또는 CSP 등과 같은 디바이스를 순차적으로 이송하면서 볼의 표면에 플럭스와 레이저를 동시에 인가하여 불량인 볼의 외형을 정상적인 구 형상으로 수리하고 이를 세척한 다음 전기저항 테스트에 이르기까지 볼의 리웍을 위한 전 공정을 자동화시킴으로써 작업능률을 높이고, 아울러 공정이 아깝게 버려지는 디바이스를 최소화하여 경비를 절감할 수 있게 된다.
이하 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다.
첨부된 예시도면 도 1은 본 발명에 따른 볼 리웍장치의 전체 구성을 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 볼 리웍장치의 정면도이며, 도 3은 도 1에 따른 볼 리웍장치의 좌측면도이다.
본 발명에 따른 볼 리웍장치는 트레이를 통해 공급되는 다수의 디바이스들을 순차적으로 운반하며 그와 동시에 검사 및 수리를 하는 것으로, 이들 도면을 통해 도시하는 바와 같이 디바이스가 장착된 또는 장착되어질 다수의 트레이(tray)들이 적재되는 트레이 스테이션(100), 작업 대상이 되는 트레이, 즉 다수의 디바이스들이 수용된 각각의 트레이(이하 '작업트레이'라 함, 10)로부터 디바이스(1)를 순차적으로 수용하여 리웍(rework) 작업 단계로 이들을 이송하는 이송대(carrier station;200), 이송대에 의해 운반된 디바이스들의 볼(ball) 외관상태를 검사하는 제1 검사대(first inspection station;300), 제1 검사대를 통해 파악된 불량 볼을 수리(repair)하는 리페어 스테이션(repair station;400), 리웍 작업이 완료된 디바이스를 세척하는 클리닝 스테이션(cleaning station;500), 세척된 디바이스 표면에 얼룩이나 이물질의 부착 유무를 확인하는 제2 검사대(second inspection station;600), 및 볼 수리 후 표면세척과 외관검사가 완료되어진 리웍 디바이스(reworked device)의 정상적인 작동 여부를 확인하기 위해 전기저항 테스트를 수행하는 테스트 스테이션(test station;700)을 기본적인 구성으로 하여 이루어진다.
도 1 및 도 2에 따르면, 이송대(200)와 트레이 스테이션(100) 사이에는 트레 이가 놓여지는 트레이 장착부(tray station;150)이 위치한다. 트레이 장착부(150)는 트레이 스테이션으로부터 운반된 리웍 대기중인 작업트레이(10)가 놓여지는 작업트레이 장착대(151)와, 리웍 작업 후 불량으로 판정된 디바이스들을 수용하기 위한 리젝트 트레이(blank reject tray;20)가 놓여지는 리젝트 트레이 장착대(152)로 구성된다.
트레이 스테이션(100)에서 이송대(200)에 이르는 구역의 상부에는 제1 왕복대(800)가 구비되고, 제1 왕복대(800) 상에는 트레이 스테이션(100)과 트레이 장착부(150) 사이에 트레이 운반을 위한 트레이 픽커(tray picker;810)와, 트레이 장착부(150)와 이송대(200) 사이에 디바이스 운반을 위한 디바이스 픽커(device picker, 이하 '제1 픽커'라 함;820)가 설치되어, 각 단계에 따라 제어수단(미도시)에 의해 제1 왕복대(800)의 축방향으로 왕복 운동하게 된다. 제 1 픽커(820)는 나란하게 구비되는 복수의 픽업툴(pick-up tool;821,822,823,824)로 이루어진다. 이들 픽업툴(821,822,823,824)은 작업트레이(10)에서 이송대(200)로, 이송대(200)에서 작업트레이(10) 또는 리젝트 트레이(20)로 각각의 디바이스의 운반을 위한 용도로서 구분하여 사용될 수 있다.
도 2에 도시된 바에 따르면, 트레이 스테이션(100)은 다수의 작업트레이(10)가 적층되어 순차적으로 인출할 수 있도록 된 작업트레이 적재부(110)와, 리웍 작업이 완료된 디바이스들로 채워진 제품(reworked device) 트레이(20)를 적재하기 위한 제품 트레이 적재부(120)와, 불량 디바이스(bad device)를 수용하기 위한 공 트레이(blank tray)인 다수의 리젝트 트레이(30)가 적층되어 순차적으로 인출할 수 있도록 된 리젝트 트레이 적재부(130)로 구성된다. 이들 트레이 적재부, 즉 작업트레이 적재부(110), 제품 트레이 적재부(120) 및 리젝트 트레이 적재부(130)는 모두 승강용 엘리베이터(111)(121)(131)를 갖추고 있으며 모든 트레이(10)(20)(30)들은 엘리베이터(111)(121)(131) 상면에 적재되는데, 각 엘리베이터(111)(121)(131)의 동작은 트레이의 적재 유무를 확인하는 센서(미도시)의 감지에 의해 이루어진다.
이송대(200)는 도 1에 도시하는 바와 같이 제1 왕복대(800)와 직각을 이루는 리니어 스테이지(210) 상에 설치되며, 이는 도 4에서 보다 상세하게 도시된다. 즉, 이송대(200)는 수평방향으로 회전하는 일정 길이의 평판 구조로 된 회전판(220)과, 이 회전판(220)의 하부에서 소정의 회전 동력을 제공하는 구동모터(230)를 포함하는 구성이다. 회전판(220)의 양단에는 적어도 하나의 디바이스(1)가 수용되는 포켓, 바람직하게는 두개의 포켓이 형성된 포켓부재(221)(222)가 각각 구비되며, 이들 포켓부재 (221)(222)의 각 포켓 중앙에는 진공(vacuum)을 이용하여 디바이스(1)를 고정하기 위한 진공홀(221a)(222a)이 제공된다. 여기서, 상기 구동모터(230)는 회전판(220)의 양단 포켓에 수용된 디바이스 상의 픽업 기준점이 바뀌는 것을 방지하기 위해, 바람직하게는 픽업툴에 의해 픽업되는 디바이스 표면상의 픽업 지점이 항상 일정하게 유지되도록 일방향으로 구동하는 모터를 제공한다.
또한, 이송대(200)는 리니어 모터(미도시)에 의해 리니어 스테이지(210)의 축방향을 따라 슬라이딩(sliding)가능하도록, 도 4에 도시하는 바와 같이 그 모체(body;250)가 리니지 스테이지(210)의 양 측단에 레일결합 형태(R)로 연결되어 제 공됨이 바람직하다.
한편, 이송대(200)가 리니어 스테이지(210)의 축방향으로 이동하는 동안 상기 이송대(200)의 각 포켓에 안착되어진 디바이스(1)들은 리니어 스테이지(210)의 일측에 위치하는 제1 검사대(300)와 리페어 스테이션(400)을 통과하게 된다.
제1 검사대(300)는 볼의 외관을 검사하는 것으로, 도 5에 도시하는 바와 같이 모터(310)에 의해 상하 방향으로 정밀한 슬라이딩 이동이 가능한 장착스테이지(320)와, 이 장착스테이지(320)의 표면에 결합,고정되는 검사용 비젼(330)을 포함한다. 제1 검사대(300)에서 검사 비젼(330)은 디바이스(미도시) 또는 볼(미도시)의 크기에 따라 장착스테이지(320)가 상하 방향으로 위치를 달리하며 상기 디바이스(미도시) 표면의 볼의 외관상태를 검사하게 되는데, 이때 정확도를 높이기 위해 검사 비젼(330)은 3차원적인 검사가 가능한 3D 인스펙션 비젼(three-division inspection vision)으로 구성함이 바람직하다.
도면 도 6은 본 발명에 따른 볼 리웍장치에 구비되는 리페어 스테이션의 구성을 확대하여 일부 분리 도시한 것으로, 이러한 리페어 스테이션(400)은 레이저(laser)를 이용하여 디바이스(미도시) 표면의 불량 볼을 수리하는 역할을 수행한다.
도 6을 참조하면, 리페어 스테이션(400)은 화이버 레이저(fiber laser)를 발생시키는 레이저 발생기(410)를 포함한다. 또한, 레이저 발생기(410)의 일측에는 원활한 리페어 작업을 위해 디바이스의 볼 표면에 플럭스(flux)를 제공하여 주는 플럭스 분배기(430)가 구비되고, 이 플럭스 분배기(430)의 하단에는 상기 플럭스 분배기(430) 방향에 위치한 플럭스 공급기(450)로부터 플럭스를 묻혀 작업중에 있는 디바이스의 볼 표면으로 운반하기 위한 플럭스 암(440)이 연결된다. 플럭스 분배기(430)의 내부는 하나 이상의 모터(미도시)가 내장된 것으로, 이의 구동에 의해 플럭스 분배기(430)가 레이저 발생기(410)의 측부를 따라 슬라이딩하여 승·하강 가능하도록 하고, 플럭스 암(440)은 상기 모터의 구동에 의해 플럭스 용기(451)에서 레이저 발생기(410)의 하방으로 레이저 빔(laser beam, 420) 방출부까지 회전가능하도록 구성함이 바람직하다.
또한, 플럭스 암(440)은 도 6에 하나의 실시예로 보여주는 바와 같이 적어도 하나 이상의 암 부재를 가지도록 구성할 수 있으며, 아울러 360도 회전가능한 플럭스 암(440)으로 구성할 수도 있다. 한편, 플럭스 암(440)의 각 끝단은 하방으로 돌출된 첨단 형상으로 제공되는 바, 이 첨단부(440a)는 플럭스 분배기(430)의 하강시 플럭스 공급기(450)의 하단에 측방향으로 연장·형성된 플럭스 용기(451) 안으로 삽입되어 플럭스를 묻힌 상태로, 플럭스 분배기(430)의 상승 및 플럭스 암(440)의 회전, 그리고 플럭스 분배기(430)의 재하강을 통해 볼 표면에 플럭스를 공급하게 된다.
리페어 스테이션(400)에서 레이저 발생기(410)와 플럭스 분배기(430)는 상하 방향으로 정밀한 이동이 가능한 종축 스테이지(460)에 설치된다. 또한, 종축 스테이지(460)는 그와 직교를 이루며 수평 방향으로 정밀한 이동이 가능한 횡축 스테이지(470) 상에 설치되어 있어, 상기 레이저 발생기(410) 및 플럭스 공급부(430), 즉 플럭스 암(440)이 작업중인 디바이스 상의 볼을 향하여 상하, 전후 및 좌우 방향으 로 조정이 가능하게 된다. 이러한 종축 및 횡축 스테이지(460)(470)의 구동은 볼의 위치 및 상태를 인식하는 검사 카메라(480)를 통해 제어수단(미도시)이 각각의 모터(491,492,493)를 구동시켜 이루어질 수 있다.
도면 도 1에 따르면, 리니어 스테이지(210)의 끝단에서 테스트 스테이션(700)에 이르는 구역의 상부에는 제2 왕복대(900)가 구비되고, 제2 왕복대(900) 상에는 리니어 스테이지(210)의 끝단에 도달한 이송대(200)와 테스트 스테이션(700) 사이에 디바이스 운반을 위한 디바이스 픽커(device picker, 이하 '제2 픽커'라 함;920)가 설치되어, 각 단계에 따라 제어수단(미도시)에 의해 제2 왕복대(900)의 축방향으로 왕복 운동하게 된다. 제2 픽커(920)는 나란히 구비된 복수의 픽업툴(pick-up tool;921,922,923,924)로 이루어진다. 이들 픽업툴(921,922,923,924)은 이송대에서 클리닝 스테이션(500)으로, 그리고 클리닝 스테이션(500)에서 테스트 스테이션(700)으로 각각의 디바이스의 운반을 위한 용도로서 구분하여 사용될 수 있다.
도면 도 7에는 본 발명의 볼 리웍장치에 설치되는 클리닝 스테이션이 일부 분해된 상태로 상세하게 도시되어 있다. 본 발명에서 클리닝 스테이션(500)은 볼 리웍 과정에서 디바이스의 볼 표면에 부착된 찌꺼기나 불순물들을 제거하기 위한 것으로, 도 7a에 도시된 바에 따르면 클리닝 스테이션(500)은 본체(510) 내부에 고속으로 회전하는 회전판(520)이 내장된다. 이 회전판(520)의 상면에는 제2 픽커(920)에 의해 운반된 디바이스를 설치하기 위한 한 쌍의 스테이지(531)(532)가 구비되고, 각 스테이지(531)(532)의 상면 중심에는 디바이스가 삽입되어 안착되는 포 켓(531a)(532a)이 제공된다. 이들 포켓(531a)(532a)의 내부는 상기 회전판(520)이 회전하는 동안 디바이스가 이탈되는 것을 방지하기 위해 각 디바이스의 중심 하단에 진공을 이용하여 압착·고정하는 구조로 제공함이 바람직하다.
회전판(520)은 본체(510) 하부에 구비된 모터(550)의 구동으로 회전하는 것으로, 클리닝 스테이션(500)의 본체(510)는 모터(550)의 외부를 감싸는 하우징(540)에 의해 지지된다. 또한, 상기 본체(510)는 상부가 개방된 형태로서, 이 개방 상부는 덮개(512)에 의해 개폐가 가능하며 이 덮개는 개폐실린더(513)의 작동에 의해 개방 또는 폐쇄하는 방향으로 동작한다.
회전판(520)의 상부에는 볼 세척을 위해 디바이스 표면에, 예를 들어 디아이 워터(DI water) 등과 같은 소정의 세척액을 분사하는 세정노즐(560)이 구비된다. 또한, 회전판(520)의 상부에는 세척된 볼을 말리기 위해 디바이스 표면에 드라이 에어(dry air)를 분사하는 에어노즐(570)이 구비된다. 이들 세정노즐(560)과 에어노즐(570)은 도 7a에서 도시하는 바와 같이 회전판의 양측으로부터 중심으로 상호 대칭되게 연장하여 설치할 수 있으나, 본 발명에서는 이에 한정하지 않고 다양한 배치형태를 제공할 수 있다.
한편, 클리닝 스테이션(500)의 작동은 도 7b를 통해 파악할 수 있다. 제2 픽커에 의해 운반된 디바이스(1)가 스테이지에 안착되면 덮개(512)는 개폐실린더(513)의 작동에 의해 닫히게 되고, 덮개가 닫힌 상태에서 모터의 구동으로 회전판이 회전하게 된다. 그와 동시에 세정노즐의 노즐공으로부터 세척액이 분사되어 볼의 구석구석을 세정하게 되고, 세척이 완료되면 에어노즐의 노즐공으로부터 드라이 에어가 분출되어 디바이스의 표면을 깨끗이 건조하게 된다. 디바이스에 대한 건조 공정이 완료되면, 모터는 구동을 멈추고 제2 픽커에 의한 디바이스 인출이 가능하도록 개폐실린더가 동작하여 덮개를 개방시키게 된다.
도면 도 1에 따르면, 제2 검사대(600)는 클리닝 스테이션(500)과 테스트 스테이션(700) 사이에 위치한다. 본 발명에서 제2 검사대(600)는 디바이스 표면의 얼룩 등을 검사하는 것으로, 2차원적인 검사가 가능한 2D 인스펙션 비젼(two-division inspection vision)을 이용할 수 있다.
도면 도 8에는 본 발명의 볼 리웍장치에 구비되는 테스트 스테이션이 확대된 상태로 상세하게 도시되어 있다. 본 발명에서 테스트 스테이션(700)은 한 쌍의 디바이스 픽커(이하 '제3 픽커'라 함; 710,720)와, 이들 제3 픽커(710)(720)에 의해 픽업된 디바이스의 정상 유무를 시험하는 전기저항 테스트 용도의 검사 스테이지(730)(740)를 포함한다.
검사 스테이지(730)(740)는 상기 제3 픽커(710)(720)에 의해 픽업된 디바이스(1)를 수용하기 위해 이들 각각의 중심에 검사포켓(pocket; 731,741)이 구비된다. 제3 픽커(710)(720)는 횡축(714)(724)의 끝단에 회전가능하게 결합된 것으로, 횡축(714)(724)은 이와 직교하며 종방향으로 설치되어진 지지대(713)(723)의 상단을 관통하며 지지된다.
제3 픽커(710)(720)는 진공을 이용하여 제2 픽커(920)로부터 디바이스를 전달받게 되는데, 이 경우 제3 픽커(710)(720)는 횡축을 중심으로 제2 픽커(920)와 검사포켓(731)(741) 사이를 180도씩 회전한다. 제2 픽커(920)로부터 전달된 디바 이스(1)는 제3 픽커(710)(720)의 픽업툴(711)(721)에 의해 파지되며, 제3 픽커(710)(720)가 회전하면서 픽업툴(711)(721)이 각각 하강하여 검사포켓(731)(741) 내부에 디바이스(1)를 안착시키게 된다.
다음에서는 위와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 볼 리웍장치의 구체적인 실시예와 그로부터 이루어지는 리웍 작업의 전 과정을 보다 상세하게 설명한다.
도면 도 9 내지 도 16은 본 발명의 볼 리웍장치에 의한 리웍 전 공정을 순서대로 보여주고 있다. 본 발명에서 볼 리웍장치는 전용 작동 프로그램에 입력된 정보에 따라 동작이 가능한 것으로, 통상의 반도체 관련 장치들은 모두 자동화된 시스템을 갖추고 있고 각각의 전용화된 작동 프로그램에 의해 동작하는 것이 일반적인 바, 본 발명에서 리웍장치의 작동을 제어하는 소프트웨어의 구성과 그 작용관계에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도면 도 9는 제1 픽커(820)를 통해 작업트레이(10)로부터 이송대(200)의 회전판(220)으로 디바이스(1)를 운반하는 단계로서, 픽업툴(821)(822)에 의해 운반된 디바이스(1)는 회전판(220)의 각 포켓(221)(222) 중심에 형성된 진공홀(221a)(222a)에 의해 안정상태를 유지하게 된다.
도면 도 10 및 도 11은 이송대(200)가 제1 검사대(300)와 리페어 스테이션(400)을 통과하면서 볼의 외관 검사 및 수리가 이루어지는 단계를 보여주고 있다.
주지하는 바와 같이, 플럭스(flux)는 통상 레진(resin 또는 rosin)과 같이 물에 녹는 물질을 주성분으로 하며, 이러한 플럭스의 화학적 결합력을 주는 활성제와 스크리닝이 잘 되게 하는 겔링 에이젼트(gelling agent)를 혼합시켜 구성하게 된다. 이러한 구성을 가지는 플럭스는 모재 표면에 있는 불순물이나 산화막과 화학반응을 통해 불순물과 산화막을 제거하므로써 용융된 솔더가 잘 퍼지게 하여 웨팅(wetting)을 향상시키게 된다. 이때, 구리 패드 위의 산화막은 플럭스의 수소기나 COOH(carboxyl)와 반응하여 수증기가 발생하며 제거되는데, 통상의 플럭스는 솔더링(soldering) 온도구간 뿐만 아니라 상온 근방에서도 반응이 일어날 수 있다.
한편, 이 단계에서 리페어 스테이션(400)은 검사 카메라(480)를 통해 인식된 불량 볼의 위치 및/또는 상태에 따라 종축 및 횡축 스테이지(460)(470)가 구동하면서 레이저 빔(420) 및 플럭스 암(440)이 작업중인 디바이스 상의 볼을 향하여 상하, 전후 및 좌우 방향으로 이동하게 된다. 위치 조정이 완료되면 플럭스 암(440)은 플럭스 용기(451)로부터 플럭스를 묻힌 상태로 불량 볼의 표면 위로 회전 및 하강하여 볼의 표면에 플럭스를 도포하게 되고, 도포된 볼의 표면에 레이저 발생기(410)로부터 화이버 레이저(fiber laser)가 발사된다.
도면 도 12는 리니어 스테이지(210)의 끝단에 도달한 이송대(200)에서 제2 픽커(920)에 의해 디바이스(1)가 픽업되어 클리닝 스테이션(500)으로 운반되는 단계를 보여주는 것으로, 이 경우 제2 픽커(920)의 디바이스는 픽업툴(921)(922)에 의해 픽업된다.
도면 도 13은 제2 픽커를 통해 클리닝 스테이션(500) 내부의 세척 완료된 디바이스를 인출함과 동시에 운반되어진 디바이스를 픽업툴(921)(922)이 직접 하강하여 각 스테이지(531)(532)의 포켓(531a)(532a) 내부에 설치하는 단계를 보여주는 것으로, 이 과정에서 디바이스(1)가 안착되면 도 7b에서 도시하는 바와 같이 개폐 실린더(513)가 작동하여 덮개(512)는 자동으로 열리고 닫히게 된다. 디바이스(1)가 안착되면 모터(550)가 구동하여 회전판(520)이 회전하게 되는데, 그와 동시에 세정노즐(560)의 노즐공(561)으로부터 세척액이 분사되어 디바이스 표면상의 볼을 세척하며, 볼 세척이 완료되면 에어노즐(570)의 노즐공(571)을 통해서는 드라이 에어가 분출되어 디바이스의 표면을 건조시켜 준다.
도면 도 14는 클리닝 스테이션에서 인출되어진 세척 완료된 디바이스가 픽업툴(923)(924)에 픽업된 상태로 제2 픽커(920)에 의해 제2 검사대(600)를 통과하며 각 디바이스(1)의 표면에 붙은 얼룩이나 이물질의 유무를 검사하는 단계를 보여주고 있다.
도면 도 15은 상기 제2 검사대(600)를 통과한 제2 픽커로부터 디바이스(1)가 테스트 스테이션(700)의 제3 픽커(710)(720)에 전달되는 단계를 보여주고 있다. 도면 도 16은 지지대(713)(723)을 중심으로 횡축(714)(724)이 구동하면서 제3 픽커(710)(720)가 180도 하향 회전하여 픽업툴(711)(721)의 하강이 이루어지고, 이 하강에 의해 검사 스테이지(730)(740)의 검사포켓(731)(741) 내에 디바이스(1)가 안착되는 단계를 보여주고 있다. 곧이어, 검사포켓(731)(741) 속에 안착된 디바이스(1)에 대해 전기저항 테스트가 진행된다.
도면에 도시하지는 않았지만, 전기저항 테스트가 완료된 디바이스는 다시 제3 픽커(700)와 제2 픽커(920)에 의해 이송대(200)로 운반되고, 이송대(200)는 리니어 스테이지(210)를 따라 최초 상태, 즉 도 1 및 도 4에 도시된 위치로 귀환하게 된다. 이 과정에서 상기 리웍 완료된 디바이스들은 제1 검사대(300)를 통과하며 한번 더 검사되어질 수 있다.
한편, 최초 위치로 귀환한 이송대(200) 내부의 디바이스들은 상기 검사결과에 따라 제1 픽커(820), 즉 픽업툴(823)(824)에 의해 양호한 디바이스의 경우 작업트레이 장착대(151) 상의 작업트레이(10)로, 불량인 디바이스의 경우 리젝트 트레이 장착대(152) 상의 리젝트 트레이(30)로 각각 운반된다. 작업 트레이(10)와 리젝트 트레이(30)에 디바이스가 모두 채워지면, 작업 트레이(10)는 트레이 픽커(810)에 의해 제품 트레이 적재부(120)로 운반되고, 리젝트 트레이(30)는 운전자가 직접 수작업으로 제거하게 된다.
한편, 상술한 설명과 도면에 따르면, 본 발명에서 작업트레이 장착대(151)는 하나가 구비되는 것으로 도시하고 설명되었지만, 이는 단지 하나의 실시예에 따른 것으로 작업상의 편의를 위해서는 작업트레이 장착대를 둘 이상의 개수로 구성할 수도 있을 것이다.
또한, 본 발명의 전체적인 구성은 첨부된 예시도면의 바람직한 실시예를 중심으로 도시하고 설명하였는 바, 단지 이에 한정하지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 다양한 변형된 형태로 실시할 수 있음은 물론이다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 볼 검사장치는 표면에 다수의 볼이 형성된 BGA 또는 CSP 등과 같은 디바이스를 순차적으로 이송하면서 볼의 표면에 플럭스와 레이저를 동시에 인가하여 불량인 볼의 외형을 정상적인 구 형상으로 수리 하고 이를 세척한 다음 전기저항 테스트에 이르기까지 볼의 리웍을 위한 전 공정을 자동화시킴으로써 작업능률을 높이고, 아울러 공정이 아깝게 버려지는 디바이스를 최소화하여 경비를 절감할 수 있게 된다.

Claims (16)

  1. 반도체 팩키지 디바이스의 표면에 형성된 볼의 상태를 검사하고 수리하기 위한 볼 리웍장치로서,
    디바이스가 장착 또는 장착되어질 다수의 트레이가 적재되는 트레이 스테이션;
    다수의 디바이스들이 수용된 작업트레이로부터 디바이스를 순차적으로 수용하여 리웍작업 단계로 이들을 이송하는 이송대;
    이송대에 의해 운반된 디바이스들의 볼 외관 상태를 검사하는 제1 검사비젼;
    제1 검사비젼을 통해 파악된 불량 볼을 레이저를 이용하여 정상적인 구 형상으로 수리·복원하는 리페어 스테이션;
    제1 검사비젼 및 리페어 스테이션을 통한 리웍 작업이 완료되어진 디바이스를 세척하는 클리닝 스테이션;
    세척된 디바이스 표면에 얼룩이나 이물질의 부착 유무를 검사하는 제2 검사비젼;
    리웍된 디바이스의 정상적인 작동 여부를 확인하기 위해 전기저항 테스트를 수행하는 테스트 스테이션; 및
    상기 각 구성의 작동 및 동작을 제어하는 제어수단; 을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 볼 리웍장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    이송대와 트레이 스테이션 사이에는 트레이가 놓여지는 트레이 장착부가 위치하고, 상기 트레이 장착부는 트레이 스테이션으로부터 운반된 리웍 대기중인 작업트레이가 놓여지는 작업트레이 장착대와, 리웍 작업 후 불량으로 판정된 디바이스들을 수용하기 위한 리젝트 트레이가 놓여지는 리젝트 트레이 장착대로 구성된 것을 특징으로 하는 볼 리웍장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 트레이 스테이션에서 이송대에 이르는 구역의 상부에는 제1 왕복대가 구비되고, 제1 왕복대 상에는 트레이 스테이션과 트레이 장착부 사이에 트레이 운반을 위한 트레이 픽커와, 트레이 장착부와 이송대 사이에 디바이스 운반을 위한 제1 픽커가 설치되어 각 단계에 따라 제어수단에 의해 제1 왕복대의 축방향으로 왕복 운동하며, 제1 픽커는 나란하게 구비되는 복수의 픽업툴로 이루어져 이들 픽업툴이 작업트레이에서 이송대로, 이송대에서 리젝트 트레이로 각각의 디바이스의 운반을 위한 용도로 구분하여 사용되는 것을 특징으로 하는 볼 리웍장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 트레이 스테이션은 다수의 작업트레이가 적층되어 순차적으로 인출할 수 있도록 된 작업트레이 적재부와, 리웍 작업이 완료된 디바이스들로 채워진 제품 트레이를 적재하기 위한 제품 트레이 적재부와, 다수의 리젝트 트레이가 적층되어 순차적으로 인출할 수 있도록 된 리젝트 트레이 적재부로 구성되고, 이들 각각의 트레이 적재부는 적재된 트레이들을 승·하강시키기 위한 승강용 엘리베이터를 갖는 것을 특징으로 하는 볼 리웍장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    이송대는 제1 왕복대와 직각을 이루는 리니어 스테이지 상에 설치되고, 수평방향으로 회전하는 일정 길이의 평판 구조로 된 회전판, 및 이 회전판의 하부에서 소정의 회전 동력을 제공하는 모터를 포함하되, 상기 회전판의 양단에는 적어도 하나의 디바이스가 수용되는 포켓이 형성된 포켓부재가 각각 구비되며, 이들 포켓부재의 각 포켓 중앙에는 진공을 이용하여 디바이스를 고정하기 위한 진공홀이 제공된 것을 특징으로 하는 볼 리웍장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 모터는, 상기 회전판의 양단 포켓에 수용된 디바이스 상의 픽업 기준점이 바뀌는 것을 방지하기 위해 일방향 구동 모터를 채용한 것을 특징으로 하는 볼 리웍 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    이송대는 리니어 모터에 의해 리니어 스테이지의 축방향을 따라 슬라이딩 가능하도록 그 모체가 리니어 스테이지의 양 측단에 레일 결합 형태로 연결되어, 상 기 리니어 스테이지의 축방향으로 이동하는 동안 이송대의 각 포켓에 안착되어진 디바이스들은 제1 검사비젼과 리페어 스테이션을 통과하며 리웍작업이 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼 리웍장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    제1 검사비젼은 모터에 의해 상하 방향으로 슬라이딩 이동이 가능한 장착스테이지 상에 결합·고정되어, 디바이스 또는 볼의 크기에 따라 상기 장착스테이지의 승강 작용을 통해 볼의 외관상태를 검사하되, 검사 정확도를 높이기 위해 3차원적인 검사가 가능한 3D 인스펙션 비젼을 채용한 것을 특징으로 하는 볼 리웍장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    리페어 스테이션은 화이버 레이저를 발생시키는 레이저 발생기를 포함하고, 상기 레이저 발생기의 일측에는 원활한 리페어 작업을 위해 디바이스의 볼 표면에 플럭스를 제공하는 플럭스 분배기가 구비되며, 상기 플럭스 분배기의 타측에는 플럭스 분배기에 의해 운반될 플럭스가 수용되는 플럭스 공급기가 구비된 것을 특징으로 하는 볼 리웍장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    리페어 스테이션은 플럭스 공급기의 하단에 측방향으로 연장·형성된 플럭스 용기가 구비되고, 플럭스 분배기의 하단에는 상기 플럭스 용기에 수용된 플럭스를 묻혀서 작업중에 있는 디바이스의 볼 표면으로 운반하도록 된 플럭스 암이 구비되되, 상기 플럭스 분배기는 이의 내부에 하나 이상의 모터가 내장되어 이 모터의 구동에 의해 레이저 발생기의 측부를 따라 슬라이딩하여 승·하강하고, 상기 플럭스 암은 상기 모터의 구동에 의해 플럭스 용기에서 레이저 발생기의 레이저 빔 방출측까지 회전하도록 된 것을 특징으로 하는 볼 리웍장치.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    리페어 스테이션은 볼의 위치 및 상태를 인식하기 위한 검사 카메라를 더 포함하되, 상기 레이저 발생기와 플럭스 분배기는 상하 방향으로 이동이 가능한 종축 스테이지 상에 설치되고 상기 종축 스테이지는 그와 직교를 이루며 수평 방향으로 이동이 가능한 횡축 스테이지 상에 설치되어, 상기 레이저 발생기 및 플럭스 암이 작업중인 디바이스 상의 볼을 향하여 상하, 전후 및 좌우 방향으로 선택적으로 이동하며, 상기 종축 및 횡축 스테이지의 구동은 상기 검사 카메라를 통한 볼 위치의 파악과 함께 이들 각각에 구비된 모터에 의해 이루어지도록 된 것을 특징으로 하는 볼 리웍장치.
  12. 제 5항에 있어서,
    리니어 스테이지의 끝단에서 테스트 스테이션에 이르는 구역의 상부에는 제2 왕복대가 구비되고, 제2 왕복대 상에는 리니어 스테이지의 끝단에 도달한 이송대와 테스트 스테이션 사이에 디바이스 운반을 위한 제2 픽커가 설치되어, 각 단계에 따 라 제어수단에 의해 제2 왕복대의 축방향으로 왕복 운동하되, 상기 제2 픽커는 나란히 구비된 복수의 픽업툴로 이루어져 이들 픽업툴이 이송대에서 클리닝 스테이션으로, 그리고 클리닝 스테이션에서 테스트 스테이션으로 각각의 디바이스 운반을 위한 용도로 구분하여 사용되는 것을 특징으로 하는 볼 리웍장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    클리닝 스테이션은 본체 내부에 고속으로 회전하는 회전판이 내장되고, 이 회전판의 상면에는 제2 픽커에 의해 운반된 디바이스를 안착시키기 위한 한 쌍의 스테이지가 구비되며, 각 스테이지의 상면 중심에는 회전판이 회전하는 동안 디바이스가 이탈되는 것을 방지하도록 진공으로 압착하여 디바이스를 고정하는 진공홀이 구비되되, 상기 회전판은 본체 하부에 구비된 모터의 구동으로 회전하고, 상기 본체는 상부가 개방되어 그 하부에 상기 모터의 외부를 감싸는 하우징으로 지지되며, 상기 본체의 개방 상부는 개폐실린더의 작동에 의해 개방 또는 폐쇄 방향으로 동작하는 덮개에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 볼 리웍장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 회전판의 상부에는 볼 세척을 위해 디바이스 표면에 세척액을 분사하는 세정노즐과 상기 세척된 볼을 말리기 위해 디바이스 표면에 드라이 에어를 분사하는 에어노즐이 구비되되, 이들 세정노즐 및 에어노즐은 상기 회전판의 양측에서 중심 방향으로 연장되어진 것을 특징으로 하는 볼 리웍장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 검사비젼은 클리닝 스테이션과 테스트 스테이션 사이에 위치하되, 2차원적인 검사가 가능한 2D 인스펙션 비젼을 채용하는 것을 특징으로 하는 볼 리웍장치.
  16. 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    테스트 스테이션은 상기 제2 픽커에 의해 운반된 디바이스를 진공을 이용하여 픽업하는 한 쌍의 제3 픽커와, 이들 제3 픽커에 의해 픽업된 디바이스의 정상 유무를 확인하기 위해 전기 저항 테스트를 수행하는 한 쌍의 검사 스테이지를 포함하고, 상기 각 검사 스테이지의 중심에는 제3 픽커에 의해 픽업된 디바이스를 안착시키기 위한 검사포켓이 구비되며, 상기 제3 픽커는 횡축의 끝단에 회전가능하게 결합되고 상기 횡축은 이와 직교하며 종방향으로 설치되어진 지지대의 상단을 관통하며 지지되는 것을 특징으로 하는 볼 리웍장치.
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