KR100229080B1

KR100229080B1 - 볼 그리드 어레이 패키지의 실장장치 및 그 실장방법

Info

Publication number: KR100229080B1
Application number: KR1019970036358A
Authority: KR
Inventors: 차영호
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 1999-11-01
Also published as: KR19990012815A

Abstract

본 발명은 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array : BGA) 패키지와 인쇄회로 기판의 상대 위치를 결정하여 에러 없이 정확히 실장하기 위한 BGA 패키지의 실장장치 및 그 실장방법에 관한 것으로서, BGA 패키지를 흡착하는 패키지 고정수단과, 상기 BGA 패키지의 다수의 전극볼에 동일한 높이로 솔더 페이스트를 전사시키는 솔더 페이스트 인쇄수단과, 상기 고정 수단을 X,Y,Z,θ 축으로 이동시키는 패키지 이동수단과, 상기 BGA 패키지의 전극볼 위치를 감지하는 패키지 위치 감지수단과, 상기 BGA 패키지가 인쇄회로 기판 상에 위치 결정된 후 열을 가하여 리플로우(reflow)를 수행하는 패키지 접합수단으로 구성되고; 이송된 BGA 패키지의 다수의 전극볼에 동일한 높이로 솔더 페이스트를 전사시키는 제1 과정과, 상기 BGA 패키지의 중심점 및 전극볼 위치를 판단하는 제2 과정과, 상기 BGA 패키지를 인쇄회로 기판의 상부에서 위치 결정하여 리플로우(reflow)를 수행하는 제3 과정으로 동작하는 것을 특징으로 한다.

Description

볼 그리드 어레이 패키지의 실장장치 및 그 실장방법

본 발명은 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array : 이하 BGA라 한다.) 패키지의 실장장치 및 그 실장방법에 관한 것으로서 특히, BGA형 패키지와 인쇄회로 기판의 상대 위치를 결정하여 에러 없이 정확히 실장하기 위한 BGA 패키지의 실장장치 및 그 실장방법에 관한 것이다.

일반적으로 BGA 패키지는 C-BGA(Ceramic Ball Grid Array), P-BGA(Plastic Ball Grid Array), T-BGA(Tape Ball Grid Array) 등으로 구분된다. 이하의 설명에서는 T-BGA를 예로 들어 설명한다.

도 1은 종래 기술에 의한 BGA형 패키지의 실장 동작을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, BGA 패키지(10)의 하면에 폴리이미드 테이프(Polyimide Tape)면(11)이 형성되고, 상기 폴리이미드 테이프면(11)에 다수의 전극볼(12)이 형성되어 있다.

또한, 인쇄회로 기판(20)의 상면에 전극으로서 사용되는 동박(21)이 상기 BGA 패키지(10)의 전극볼(12)에 대응되도록 패턴의 형태로 형성되고, 상기 동박(21)의 상면에는 상기 전극볼(12)의 접합을 위한 솔더 페이스트(22)가 소정의 인쇄장치(미도시)에 의해 인쇄되어 있다.

미설명부호 30은 4방향 리드형 패키지(QFP)를 나타낸다.

상기와 같은 BGA 패키지(10)와 인쇄회로 기판(20)을 접합시키는 동작은 다음과 같다.

먼저, 상기 인쇄회로 기판(20)을 고정시킨 후 소정의 장착 장치(미도시)를 이용하여 상기 BGA 패키지(10)를 인쇄회로 기판(20)의 상부로 이동시킨다. 이때, 전극볼(12)이 상기 동박(21)의 상면에 정확히 접촉되도록 하기 위하여 BGA 패키지(10)의 위치를 결정하는 것이 중요하다.

상기 BGA 패키지(10)의 위치를 결정하기 위하여 종래에는 도 2의 (A)에 도시된 바와 같이 BGA 패키지(10)의 하측에 조명장치(41)를 배치하고, 비젼인식 카메라(42)를 이용하여 화상을 입력받아 분석함으로서 각 전극볼(12)의 위치를 판단하였다.

상기와 같은 동작에 의해 위치 결정이 이루어지면 각 전극볼(12)이 솔더 페이스트(22)에 접촉된 상태에서 리플로우(reflow) 과정을 수행하면 상기 솔더 페이스트(22)가 열에 의해 용융되어 BGA 패키지(10)와 인쇄회로 기판(20)의 접합이 이루어진다.

그러나, 상기와 같은 종래의 실장 장치에서는 BGA 패키지(10)의 위치 결정시 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이 상기 폴리이미드 테이프면(11) 및 전극볼(12)에서 조명장치(41)에 대한 반사가 비슷하게 나타나기 때문에 상기 비젼인식 카메라(42)를 통해 입력되는 화상에서 폴리이미드 테이프면 위치(51) 및 전극볼 위치(52)의 휘도가 비슷하여 상기 전극볼(12)의 위치를 정확하게 판단하는 것이 어렵게 되는 문제점이 발생한다.

또한, 상기 각각의 전극볼(12)은 그 높이가 일정하지 못하게 형성되기 때문에 도 3에 도시된 바와 같이 일부 높이가 낮은 전극볼은 솔더 페이스트(22)에 접촉되지 못하여 접합이 되지 않거나, 접합강도가 약하게 되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 전극볼에 솔더 페이스트를 동일한 높이를 갖도록 전사시킴으로서 접합불량을 방지할 수 있는 전자부품 패키지의 실장장치 및 그 실장방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에서 BGA형 패키지의 실장동작을 나타내는 단면도,

도 2는 종래 기술에 의한 전극볼의 인식동작을 나타내는 도면,

도 3은 종래 기술에 의한 실장 불량 상태를 나타내는 도면,

도 4는 본 발명에 의한 BGA 패키지의 실장장치를 나타내는 구성 도면,

도 5는 본 발명에 의한 BGA형 패키지의 실장동작을 나타내는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : BGA 패키지 11 : 폴리이미드 테이프면

12 : 전극볼 20 : 인쇄회로 기판

21 : 동박 22 : 솔더 페이스트

30 : 4방향 리드형 패키지(QFP)

110 : 고정 수단 120 : 솔더 페이스트 인쇄수단

121 : 인쇄용 스텐실(stencil) 122 : 스퀴지

130 : 패키지 이동수단 131 : 수직 회전축

132 : 상하 유동축 133 : 수평 회전축

140 : 패키지 위치 감지수단 141 : 플레이트

142 : 조명기 143 : 카메라

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 BGA(Ball Grid Array) 패키지의 실장장치는, BGA 패키지를 흡착하는 패키지 고정수단과, 상기 BGA 패키지의 다수의 전극볼에 동일한 높이로 솔더 페이스트를 전사시키는 솔더 페이스트 인쇄수단과, 상기 고정 수단을 X,Y,Z,θ 축으로 이동시키는 패키지 이동수단과, 상기 BGA 패키지의 전극볼 위치를 감지하는 패키지 위치 감지수단과, 상기 BGA 패키지가 인쇄회로 기판 상에 위치 결정된 후 열을 가하여 리플로우(reflow)를 수행하는 패키지 접합수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 솔더 페이스트 인쇄수단은 BGA 패키지의 다수의 전극볼 위치에 개구부가 형성된 인쇄용 스텐실(stencil)과, 상기 인쇄용 스텐실의 상면에서 접촉되어 이동함으로서 솔더 페이스트를 상기 전극볼에 동일한 높이로 전사시키는 스퀴지로 구성되고; 상기 패키지 이동수단은 상기 고정 수단을 지지하는 동시에 상기 솔더 페이스트 인쇄수단의 동작이 수행된 후 전극볼이 하측을 향하도록 수직 회전하여 BGA 패키지의 위치상태를 반전시키는 수직 회전부과, 상기 수직 회전부를 지지하고 상하 이동시켜 BGA 패키지의 높이를 결정하는 상하 유동부와, 상기 상하 유동부를 지지하고 수평 회전하여 BGA 패키지를 접합위치로 이동시키는 수평 회전부로 구성되고; 상기 패키지 위치 감지수단은 BGA 패키지의 전극볼과 동일한 격자로 홀(hole)이 형성된 플레이트와, BGA 패키지가 상기 플레이트에 의해 위치 결정된 후 상기 전극볼로 조명을 비춰주는 조명기와, 상기 전극볼에서 반사되는 광량에 따라 전극볼의 위치를 판단하고 BGA 패키지의 중심을 인식하는 카메라로 구성된다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 BGA(Ball Grid Array) 패키지의 실장방법은, 이송된 BGA 패키지의 다수의 전극볼에 동일한 높이로 솔더 페이스트를 전사시키는 제1 과정과, 상기 BGA 패키지의 중심점 및 전극볼 위치를 판단하는 제2 과정과, 상기 BGA 패키지를 인쇄회로 기판의 상부에서 위치 결정하여 리플로우(reflow)를 수행하는 제3 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 BGA 패키지의 실장장치 및 그 실장방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 구성을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명에 의한 실장동작을 나타내는 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 BGA 패키지의 실장장치는 BGA 패키지(10)를 흡착하여 고정시키는 고정 수단(110)과, 상기 고정 수단(110)에 의해 고정된 BGA 패키지(10)의 다수의 전극볼(12)에 동일한 높이로 솔더 페이스트(22)를 전사시키는 솔더 페이스트 인쇄수단(120)과, 상기 고정 수단(110)을 X,Y,Z,θ 축으로 이동시키는 패키지 이동수단(130)과, 상기 BGA 패키지(10)의 전극볼(12) 위치를 감지하는 패키지 위치 감지수단(140)과, 상기 BGA 패키지(10)가 인쇄회로 기판(미도시) 상에 위치 결정된 후 열을 가하여 리플로우(reflow)를 수행하는 패키지 접합수단(미도시)으로 구성된다.

상기 고정 수단(110)은 상기 BGA 패키지(10)의 후면을 진공으로 흡착하는 흡착 공구(tool)를 사용한다.

또한, 상기 솔더 페이스트 인쇄수단(120)은 BGA 패키지(10)의 다수의 전극볼(10) 위치에 개구부가 형성된 인쇄용 스텐실(stencil)(121)과, 상기 인쇄용 스텐실(121)의 상면에서 접촉되어 이동함으로서 솔더 페이스트(22)를 상기 전극볼(12)에 동일한 높이로 전사시키는 스퀴지(122)로 구성된다.

또한, 상기 패키지 이동수단(130)은 상기 고정 수단(110)을 지지하는 동시에 상기 솔더 페이스트 인쇄수단(120)의 동작이 수행된 후 전극볼(12)이 하측을 향하도록 수직 회전하여 BGA 패키지(10)의 위치상태를 반전시키는 수직 회전축(131)과, 상기 수직 회전축(131)을 지지하고 상하 이동시켜 BGA 패키지(10)의 높이를 결정하는 상하 유동축(132)과, 상기 상하 유동축(132)을 지지하고 수평 회전하여 BGA 패키지(10)를 접합위치로 이동시키는 수평 회전축(133)으로 구성된다.

또한, 상기 패키지 위치 감지수단(140)은 BGA 패키지(10)의 전극볼(12)과 동일한 격자로 홀(hole)이 형성된 플레이트(141)와, BGA 패키지(10)가 상기 플레이트(141)에 의해 위치 결정된 후 상기 전극볼(12)로 조명을 비춰주는 조명기(142)와, 상기 전극볼(12)에서 반사되는 광량에 따라 전극볼(12)의 위치를 판단하고 BGA 패키지(10)의 중심점을 인식하는 카메라(143)로 구성된다. 이때, 상기 플레이트(141)는 BGA 패키지(10)의 전극볼(12)이 홀에 삽입되도록 하여 위치를 보정하는 동시에 전극볼(12)에서 폴리이미드 테이프면(미도시)으로 조명이 반사되지 못하도록 하여 휘도를 조절하는 기능을 수행한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

상기 패키지 이동수단(130)의 동작에 따라 소정의 부품 공급부(미도시)에서 BGA 패키지(10)가 고정 수단(110)에 의해 흡착되어 제공된 후, 상기 플레이트(141)의 상부에서 흡착을 해제하여 전극볼(12)이 플레이트(141)의 홀에 삽입되도록 함으로써 BGA 패키지(10)의 위치를 보정하고, 상기 조명기(142) 및 카메라(143)가 동작함으로서 상기 BGA 패키지(10)의 중심점을 인식한다.

그후, 상기 고정 수단(110)이 다시 BGA 패키지(10)를 흡착하면 상기 수직 회전축(131)이 회전하여 전극볼(12)이 상기 인쇄용 스텐실(121)의 하부에 접촉하도록 하고, 상기 스퀴지(122)를 이동시킴으로서 솔더 페이스트(22)가 상기 전극볼(12)에 전사되도록 하고, 상기 상하 유동축(132)을 하강시킨다.

상기 솔더 페이스트(22)의 전사동작이 완료되면 상기 수직 회전축(131) 및 수평 회전축(133)이 동작하여 패키지 접합수단(미도시)으로 이동시킨다.

상기 패키지 접합 수단(미도시)에서는 도 5에 도시된 바와 같이 인쇄회로 기판(20)의 동박(21)과 BGA 패키지(10)의 전극볼(12)을 정렬시킨 후 리플로우를 수행하여 접합시킨다.

도 5에서 미설명부호 30은 4방향 리드형 패키지(QFP)를 나타낸다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 BGA 패키지의 실장장치 및 그 실장방법은 전극볼에 솔더 페이스트가 동일한 높이를 갖도록 전사되기 때문에 리플로우 동작시 일정하게 접합을 수행할 수 있어서 각 전극볼의 오픈(open) 또는 쇼트(short)를 방지하여 제품의 불량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims

볼 그리드 어레이(Ball Grid Array: 이하 BGA라 한다.) 패키지를 흡착하는 패키지 고정수단과, 상기 BGA 패키지의 다수의 전극볼에 동일한 높이로 솔더 페이스트를 전사시키는 솔더 페이스트 인쇄수단과, 상기 고정 수단을 X,Y,Z,θ 축으로 이동시키는 패키지 이동수단과, 상기 BGA 패키지의 전극볼 위치를 감지하는 패키지 위치 감지수단과, 상기 BGA 패키지가 인쇄회로 기판 상에 위치 결정된 후 열을 가하여 리플로우(reflow)를 수행하는 패키지 접합수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 BGA 패키지의 실장장치.
제 1 항에 있어서,

상기 솔더 페이스트 인쇄수단은 BGA 패키지의 다수의 전극볼 위치에 개구부가 형성된 인쇄용 스텐실(stencil)과, 상기 인쇄용 스텐실의 상면에서 접촉되어 이동함으로서 솔더 페이스트를 상기 전극볼에 동일한 높이로 전사시키는 스퀴지로 구성된 것을 특징으로 하는 BGA 패키지의 실장장치.
제 1 항에 있어서,

상기 패키지 이동수단은 상기 고정 수단을 지지하는 동시에 상기 솔더 페이스트 인쇄수단의 동작이 수행된 후 전극볼이 하측을 향하도록 수직 회전하여 BGA 패키지의 위치상태를 반전시키는 수직 회전부과, 상기 수직 회전부를 지지하고 상하 이동시켜 BGA 패키지의 높이를 결정하는 상하 유동부와, 상기 상하 유동부를 지지하고 수평 회전하여 BGA 패키지를 접합위치로 이동시키는 수평 회전부로 구성된 것을 특징으로 하는 BGA 패키지의 실장장치.
제 1 항에 있어서,

상기 패키지 위치 감지수단은 BGA 패키지의 전극볼과 동일한 격자로 홀(hole)이 형성된 플레이트와, BGA 패키지가 상기 플레이트에 의해 위치 결정된 후 상기 전극볼로 조명을 비춰주는 조명기와, 상기 전극볼에서 반사되는 광량에 따라 전극볼의 위치를 판단하고 BGA 패키지의 중심을 인식하는 카메라로 구성된 것을 특징으로 하는 BGA 패키지의 실장장치.
이송된 BGA 패키지의 다수의 전극볼에 동일한 높이로 솔더 페이스트를 전사시키는 제1 과정과, 상기 BGA 패키지의 중심점 및 전극볼 위치를 판단하는 제2 과정과, 상기 BGA 패키지를 인쇄회로 기판의 상부에서 위치 결정하여 리플로우(reflow)를 수행하는 제3 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 BGA(Ball Grid Array) 패키지의 실장방법.