KR100230932B1 - 오토매틱 솔더볼 플레이스먼트 장비 - Google Patents

오토매틱 솔더볼 플레이스먼트 장비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오토매틱 솔더볼 플레이스먼트(Automatic Solder Ball Placement System) 장비에 관한 것으로, 일반적으로 BGA(Ball Grid Array; 볼 그리드 어레이)패키지의 배면에는 다수의 솔더볼안착홀이 형성되어 있어 여기에 솔더볼을 안착하고 이를 접속하여 신호인출단자로 사용되는데, 종래에는 이러한 작업이 수잡업으로 이루어지 졌음으로 작업시간이 많이 소요되어 생산성이 저하되고, 솔더볼안착홀에 솔더볼을 정확히 안착시키지 못하여 많은 불량을 초래하였던 바, 본 발명은 BGA패키지의 배면에 형성된 솔더볼안착홀에 수백개의 솔더볼을 안착시키기 위해서 PCB프레임자재를 순차적으로 로딩하고, 패키지 배면에 플럭스를 도포하며, 그 위에 솔더볼을 안착시킨 다음, X,Y,Z축으로 작동되는 로봇아암에 의해 노(Furnace)로 이송시키는 일련의 작업을 작동으로 함으로서 작업능률을 향상시키고, 불량을 방지하며 생산성을 높이도록 된 것이다.

Description

오토매틱 솔더볼 플레이스먼트 장비
본 발명은 오토매틱 솔더볼 플레이스먼트(Automatic Solder Ball Placement) 장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 BGA(Ball Grid Array; 볼 그리드 어레이)패키지의 배면에 솔더볼을 안착시키기 위해 PCB프레임자재를 순차적으로 로딩하고, 패키지 배면에 플럭스를 도포하며, 그 위에 솔더볼을 안착시킨 다음, X,Y,Z축으로 작동되는 로봇아암에 의해 노(Furnace)로 이송시키도록 된 일련의 동작을 자동으로 함으로서 작업능률을 향상시키고, 불량을 방지하며 생산성을 높이도록 된 것이다.
일반적으로 제12도에 도시된 바와 같이 BGA패키지(5)는 그 배면에는 다수의 솔더볼안착홀(51)이 형성되어 있고, 상기 솔더볼안착홀(51)에 솔더볼을 안착하고 이를 접속한다. 이때, 솔더볼은 한 패키지당 수백개의 솔더볼이 안착되어 신호인출단자로 사용되는 것이다.
이러한 BGA패키지(5)의 배면에 안착되는 솔더볼은 솔더볼안착홀(51)에 정확하게 안착되어야 하는데, 종래에는 BGA패키지(5)의 배면에 솔더볼을 안착시킬 때 솔더볼을 일일이 손으로 하나씩 안착시키거나, 티져(Tweezer)나 핀셋 등으로 안착시켰던 것이다. 이렇게 함으로서 다수의 솔더볼안착홀에 솔더볼을 안착시키는 데는 작업시간이 많이 소요되어 생산성이 저하되고, 솔더볼을 패키지의 솔더볼안착홀에 정확히 안착시켜야 함으로 수작업을 통한 안착은 많은 불량을 초래하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 상기와 같이 패키지 배면의 솔더볼안착홀에 솔더볼을 안착시키기 위해서 다수의 PCB프레임자재가 적층된 하나의 매거진에서 PCB프레임자재를 로딩하고, 그 배면에 플러스를 도포하여 수백개의 솔더볼을 안착시키는 작업이 모두 수작업으로 이루어 졌음으로서 작업능률이 저하됨은 물론, 불량을 초래하는 요인이 되었던 것이다.
본 발명의 목적은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, BGA패키지의 배면에 형성된 솔더볼안착홀에 수백개의 솔더볼을 안착시키기 위해서 PCB프레임자재를 순차적으로 로딩하고, 패키지 배면에 플러스를 도포하며, 그 위에 솔더볼을 안착시킨 다음, X,Y,Z축으로 작동되는 로봇아암에 의해 노(Furnace)로 이송시키는 일련의 작업을 함으로서 작업능률을 향상시키고, 불량을 방지하며 생산성을 높이도록 된 오토매틱 솔더볼 플레이스먼트 장비를 제공함에 있다.
제1도는 본 발명의 오토매틱 솔더볼 플레이스먼트 장비의 정면도.
제2도는 본 발명에 따른 PCB프래임자재 로딩부의 구조를 나타낸 측면도.
제3도는 본 발명에 따른 PCB프래임자재 로딩부의 평면도.
제4도는 본 발명에 따른 플럭스 도포부의 구조를 나타낸 측면도.
제5도는 본 발명에 따른 플럭스 도포부를 나타낸 정면도.
제6도는 본 발명에 따른 솔더볼 안착부의 진동구조를 나타낸 정면도.
제7a, 7b도는 본 발명에 따른 진동구조를 설명하는 평면도.
제8도는 본 발명에 따른 솔더볼 안착상태를 예시한 단면도.
제9도는 본 발명에 따른 로봇아암장치의 구조를 나타낸 평면도.
제10도는 본 발명의 로봇아암장치의 정면도.
제11도는 본 발명에 의한 그립퍼를 도시한 측면도.
제12도는 본 발명의 BGA패키지의 솔더볼 설치부를 도시한 배면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 로딩부 11 : 매거진공급부
12 : 엘리베이터 13 : 매거진배출부
17 : 이송레일 20 : 플럭스도포부
21 : 스톱퍼 22 : 고정장치
23 : 도포장치 24 : 플럭스공급부
30 : 솔더볼안착부 31 : 솔더볼보관함
32,33 : 상·하부안착구 31a,32a,33a : 안착공
34 : 솔더볼공급통 40 : 언로딩부
41 : Y축아암 42 : X축아암
43 : Z축아암 44 : 그립퍼
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명의 오토매틱 솔더볼 플레이스먼트 장비의 전체를 나타낸 정면도로서, 일측에 다수의 PCB프레임자재(6)가 적층된 매거진(MG)을 다수개 장착하여 순차적으로 PCB프레임자재(6)를 로딩하는 로딩부(10)와, 상기 로딩부(10)에서 순차적으로 로딩된 PCB프레임자재(6)의 배면에 수백개의 솔더볼을 한꺼번에 안착시키는 솔더볼안착부(30)와, 상기 솔더볼안착부(30)에서 수백개의 솔더볼이 안착된 PCB프레임자재(6)를 노(Furnace)에서 리플로우 시키기 위하여 X,Y,Z축으로 작동되는 로봇아암장치에 의해 PCB프레임자재(6)의 양측을 그립(Grip)하여 이송시키는 언로딩부(40)로 크게 구성되는 것이다.
제2도 내지 제3도는 본 발명에 의한 PCB프레임자재의 로딩부(10)를 나타낸 도면으로서, 상부에 일정공간이 형성되며 다수의 PCB프레임자재(6)가 적층된 매거진(MG)을 다수개 장착하여 하나의 매거진(MG)씩 순차적으로 공급하는 매거진공급부(11), 상기 매거진공급부(11)에서 하나의 매거진(MG)이 공급되면 상기 매거진(MG)을 상하로 이송시키면서 푸셔(14)의 슬라이딩에 의해 PCB프레임자재(6)를 후단부를 밀어서 이송레일(17)로 PCB프레임자재(6)를 순차적으로 로딩하는 엘리베이터(12)와, 상기 매거진공급부(11)의 하부에 일정공간이 형성되어 엘리베이터(12)에서 PCB프레임자재(6)가 모두 로딩되어진 빈 매거진(MG)을 순차적으로 적층시켜 놓는 매거진배출부(13)로 구성되는 것이다.
상기에 있어서, 매거진공급부(11)에서 엘리베이터(12)로 하나의 매거진(MG)을 이동시키기 위한 장치는 매거진공급부(11)의 하부에 스텝모터(15)와 볼스크류(16)가 설치되고, 상기 볼스크류(16)에 결합된 작동판(111)이 매거진(MG)을 밀어서 공급하는 것으로, 상기 스텝모터(15)에 의해 볼스크류(16)가 회전되고, 여기에 결합된 작동판(111)이 전후진 되면서 상기 매거진(MG)을 엘리베이터(12)로 하나씩 순차적으로 이동시켜 주는 것이다.
또한, 상기 엘리베이터(12)에서 PCB프레임자재(6)의 후단부를 밀어주는 푸셔(14)는 이송레일(17)에 설치된 센서(17a)에 의해서 슬라이딩되는 것으로, 공급된 PCB프레임자재(6)가 완전히 로딩됨을 상기 센서(17a)가 감지하여 푸셔914)를 슬라이딩시키는 것이고, 엘리베이터(12)에서 매거진을 상하로 이송시키는 것은 엘리베이터(12)의 후단부에 결합된 볼스크류(16)가 스텝모터(15)에 의해서 회전되면서 엘리베이터(12)를 상하로 이송시키는 것이다. 뿐만 아니라, PCB프레임자재(6)가 모두 로딩된 빈 매거진(MG)을 적충시켜 놓는 매거진배출부(13)는 실린더(131)와 로드(132)에 의해 작동되는 밀판(133)에 의해서 빈 매거진(MG)이 배출되는 것이다.
제4도 내지 제5도는 본 발명에 의한 플럭스도포부(20)의 구조를 나타낸 도면으로서, 상기 로딩부(10)에서 로딩된 PCB프레임자재(6)는 이송레일(17)에 의해 플럭스도포부(20)로 이송되어 여기서 플럭스를 도포하는 것으로, 상기 이송레일(17)에 의해 이송되는 PCB프레임자재(6)를 정지시키는 스톱퍼(21)와, 상기 스톱퍼(21)에 의해 정지된 PCB프레임자재(6)를 배큠에 의해 흡착 고정하는 고정장치(22)와, 상기 PCB프레임자재(6)의 상부에서 스크린프린팅 방식에 의해 플럭스를 도포하는 도포장치(23)와, PCB프레임자재(6)위에 위치되어 플럭스가 하부로 빠지면서 도포되는 망사(25)와, 상기 망사(25) 위에 계속적으로 플럭스를 공급해 주는 플럭스공급부(24)로 구성되는 것이다.
상기에 있어서, 망사(25)는 미세한 구멍(25a)이 형성되어 있는데, 솔더볼이 위치되는 부분이 개방되어 있어 플럭스가 도포될때 솔더볼이 위치되는 부분에 플럭스가 도포 되도록 하는 것으로, 이러한 망사(25)는 실크재의 방수형 재질로 되는 것이다.
제6도 내지 제8도는 본 발명의 솔더볼안착부(30)의 구조를 나타낸 도면으로서, 내부에는 솔더볼을 담을 수 있는 공간부를 형성하고, 그 저면에는 패키지의 솔더볼안착홀(51)과 동일한 수의 안착공(31a)이 형성된 솔더볼보관함(31)과, 상기 솔더볼보관함(31)의 저부에 설치되며 패키지의 솔더볼안착홀(51)과 동일한 수의 안착공(32a)이 형성되고, 일측에는 스프링(321)이 설치된 상부안착구(32)와, 상기 상부안착구(32)의 저부에 설치되며 패키지의 솔더볼안착홀(51)과 동일한 수의 안착공(33a)이 형성되어 상기 상부안착구(32)이 안착공(32a)과 어긋나게 설치된 하부안착구(33)로 구성되는 것으로, 상기 솔더볼보관함(31)의 상부에는 회전실린더(341)에 의해 회전 되면서 솔더볼보관함(31)에 솔더볼을 계속적으로 공급하는 원통형의 솔더볼공급통(34)이 설치되어 있는 것이다.
이러한 솔더볼안착부(30)에 진동을 줌으로서 솔더볼이 각 안착공(31a)(32a)(33a)에 양호하게 위치되도록 하는 진동구조는 상기 솔더볼안착부(30)의 양측에 지지브라켓(35)이 설치되고, 이 지지브라켓(35)의 상부에 고정브라켓(36)이 설치되며, 상기 고정브라켓(36)의 상부에는 캠판(37)이 모터(39)의 모터축(39a)에 편심(t) 되게 설치되고, 상기 캠판(37)의 외주면에 접하도록 진동판(38)이 고정브라켓(36)에 설치되며, 고정브라켓(36)의 일측에는 스프링(361)이 설치되어 상기 모터(39)의 회전에 의해 캠판(37)이 편심(t) 회전에 의해 진동판(38)이 일측으로 밀린 후 복원되도록 하는 반복 동작에 의해 솔더볼안착부(30)를 진동시키는 것이다.
제9도 내지 제11도는 본 발명의 언로딩부(40)를 나타낸 도면으로서, 배면에 플럭스가 도포되어 솔더볼이 안착된 PCB프레임자재(6)를 리플로우하기 위하여 노(Furnace)로 이송하는 로봇아암장치는 Y축안내레일(41a)이 형성된 Y축아암(41)과, 상기 Y축아암(41)의 Y축안내레일(41a)에 슬라이딩되고, X축안내레일(42a)이 형성된 X축아암(42)과, 상기 X축아암(42)의 X축안내레일(42a)에 슬라이딩되며 실린더(46)에 의해 상하로 작동되어 PCB프레임자재(6)의 양측을 그립(Grip)할 수 있는 그립퍼(44)가 설치된 Z축아암(43)으로 구성되는 것으로, 상기 그립퍼(44)는 하부 양측에 집게(45)가 설치되고, 이 집게(45)의 내측면 하부에 요홈부(45a)가 형성되어 이 요홈부(45a)에 PCB프레임자재(6)의 양측이 그립되어 이송되는 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명은 오토매틱 솔더볼 프레이스먼트 장비는, 매거진공급부(11)에 다수개의 매거진(MG)을 한꺼번에 장착시킨 상태에서 하나의 매거진(MG)씩 순차적으로 엘리베이터(12)로 공급되어 매거진(MG)에 적층되어 있는 PCB프레임자재(6)의 후단부를 푸셔(14)가 밀어서 이송레일(17)로 로딩하는 것이다.
상기와 같이 매거진(MG)에서 PCB프레임자재(6)가 모두 로딩되면, 실린더(131)에 의해 작동되는 로드(132)와 밀판(133)에 의해 빈 매거진(MG)은 매거진배출부(13)로 배출되고, 매거진공급부(11)에 장착되어 있는 새로운 매거진(MG)이 연속해서 엘리베이터(12)로 공급되어 연속작업을 진행하는 것이다.
이와 같이 로딩된 PCB프레임자재(6)는 이송레일(17)에 의해 플럭스도포부(20)로 이송되어 플럭스가 도포되는 것으로, 상기 PCB프레임자재(6)가 플럭스도포부(20)까지 이송되면 스톱퍼(21)에 의해 PCB프레임자재(6)를 정지시키고, 배큠에 의해 작동되어 PCB프레임자재(6)를 흡착하는 고정장치(22)로 고정시킨 다음, PCB프레임자재(6)의 상부에서 도포장치(23)에 의해 스크린프린팅 방식으로 플럭스를 도포한다.
이때, 상기 플럭스도포부에서 플럭스를 도포하는 것은 PCB프레임자재(6)위에 망사(25)가 위치되고, 그 상면을 스크린프린딩 방식으로 긁어서 망사(25)상에 형성되어 있는 미세한 구멍(25a)을 통해서 플럭스를 도포하는 것으로, 상기 망사(25)에 형성된 미세한 구멍(25a)들 사이에는 솔더볼이 위치되는 부분이 개방되어 이 부분으로는 플럭스가 도포됨으로서 솔더볼이 위치되는 부분만을 플럭스로 도포할 수 있는 것이다.
상기의 방법으로 플럭스가 도포되면 PCB프레임자재(6)는 이송레일(17)에 의해 이송되어 솔더볼안착부(30)로 위치되고, 이 솔더볼안착부(30)에서 수백개의 솔더볼을 한꺼번에 안착시키는 것으로, 솔더볼보관함(31)에 대략 200∼250만개의 솔더볼을 담은 후, 상부안착구(32)를 일측으로 슬라이딩시켜 하부로 솔더볼을 자유낙하 시킴으로서 패키지의 솔더볼안착홀(51)에 솔더볼을 정확하게 안착시키는 것이다.
이때, 솔더볼보관함(31)과 상·하부안착구(32)(33)에 형성된 각각의 안착공(31a)(32a)(33a)은 초기에는 솔더볼보관함(31)의 안착공(31a)과 상부안착구(32)의 안착공(32a)은 일치되어 있고, 하부안착구(33)의 안착공(33a)이 어긋난 상태에서, 상부안착구(32)가 일측으로 슬라이딩되면서 솔더볼보관함(31)의 안착공(31a)과 상부안착구(32)의 안착공(32a)이 어긋남과 동시에 하부안착구(33)의 안착공(33a)과 상부안착구(32)의 안착공(32a)이 일치되면서 하부안착구(33)의 안착공(33a)을 통해 솔더볼이 낙하되어 패키지의 솔더볼안착홀(51)에 안착시킨 다음, 상부안착구(32)의 일측에 설치된 스프링(321)에 의해 상부안착구(32)는 원위치로 복원되는 것이다.
이와 같이 작동되어 수백개의 솔더볼을 한꺼번에 안착시키는 솔더볼안착부(30)에 진동을 줌으로서 보다 정확하게 솔더볼이 각 안착공에 위치되도록 하는 것으로, 모터(39)의 회전에 의해 캠판(37)이 편심(t) 회전하게 되면, 상기 캠판(37)의 외주면에 접하도록 설치된 진동판(38)이 편심(t)에 의해 일측으로 밀린 후, 스프링(361)의 탄성력에 의해 타측으로 다시 복원되는 동작에 의해 진동되는 것이다. 이때, 상기 진동판(38)은 고정브라켓(36)에 고정되어 있어 고정브라켓(36)과 지지브라켓(35) 및 여기에 설치된 솔더볼안착부(30)를 진동시키는 것이다.
상기와 같이 솔더볼이 안착된 PCB프레임자재(6)는 노(Furnace)에서 리플로우하는 것으로, 상기 노에서 리플로우 된 PCB프레임자재(6)를 자동으로 리로딩(ReLoading) 하기 위해서 노에 이송되는 PCB프레임자재(6)를 정확한 위치로 정렬시켜야 되는 것이다.
이와 같이 PCB프레임자재(6)를 정확한 위치로 이송시키기 위한 언로딩부(40)의 동작은 로봇아암장치에 의해 이루어지는 것으로서, 그립퍼(44)가 실린더(46)에 의해 하강되어 PCB프레임자재(6)의 양측을 그립한 상태로 상승되면, X축아암(42)이 Y축아암(41)의 Y축안내레일(41a)에 슬라이딩됨과 동시에, 상기 그립퍼(44)는 X축아암(42)의 X축안내레일(42a)에 슬라이딩되어 PCB프레임자재(6)를 정확한 위치로 이송시키는 것이다. 이와 같이 X축아암(42)과 Y축아암(41)에 의해 PCB프레임자재(6)를 필요한 위치로 이송시킨 다음에, 실린더(46)에 의해 그립퍼(44)가 하강되어 PCB프레임자재(6)를 정확한 위치에 일렬로 배열시켜 놓는 것이다.
이와 같이 로봇아암장치에 의해 정확한 위치로 이송된 PCB프레임자재(6)는 후 공정인 노에서 리플로우된 PCB프레임자재(6)를 자동으로 리로딩할 수 있는 것이다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명의 오토매틱 솔더볼 플레이스먼트 장비에 의하면, BGA패키지의 배면에 플럭스를 도포하고, 그 위에 솔더볼을 안착시킨 다음에 노(Furnace)에서 리플로우 시킨 후, 자동으로 리로딩(Re Loading)하기 위하여 X,Y,Z축으로 작동되는 로봇아암장치에 의해 BGA패키지의 노 앞에 정확한 위치로 정렬시키는 일련의 동작을 자동으로 함으로서 작업능률을 향상시키고, 불량을 방지하며 생산성을 높일 수 있는 잇점이 있는 것이다.

Claims (3)

  1. 다수의 PCB프레임자재가 적층된 매거진을 공급하고, 이 공급된 매거진에서 PCB프레임자재의 후단부를 푸셔로 밀어서 상기 PCB프레임자재를 이송레일에 순차적으로 로딩하는 로딩부와, 상기 로딩부에서 이송레일로 로딩되는 PCB프레임자재를 일정 위치에 정지시키는 스톱퍼가 설치되고, 이 스톱퍼에 의해 정지된 PCB프레임자재를 배큠으로 흡착 고정하는 고정장치가 설치되며, 상기 고정장치에 의해 고정된 PCB프레임자재의 상부에 실크재의 방수형 재질로 된 망사가 설치되는 한편, 이 망사 위에 계속적으로 플럭스를 공급해주는 플럭스공급부가 설치되고, 상기 플럭스공급부에서 망사 위에 공급된 플럭스를 프린트 스프린 방식으로 밀어서 상기 PCB프레임자재의 솔더볼이 안착되는 배면에 플럭스를 도포하는 도포장치가 설치된 플럭스도포부와, 상기 솔더볼도포부에서 플럭스가 도포된 PCB프레임자재에 안착되는 솔더볼이 담겨지며, 저면에는 패키지의 솔더볼안착홀과 동일하게 안착공이 형성된 솔더볼 보관함이 설치되고, 이 솔더볼보관함의 저부에 패키지의 솔더볼안착홀과 동일하게 안착공이 형성된 상부안착구와 하부안착구를 설치하되, 상기 상부안착구와 하부안착구의 안착공은 서로 어긋나게 설치되는 한편, 상기 상부안차구의 일측에는 스프링이 설치된 솔더볼안착부와, 상기 솔더볼안착부에 의해 솔더볼인 안착된 PCB프레임자재를 노(Furnace)에서 리플로우 시키기 위하여 X,Y,Z축으로 작동되는 로봇아암장치에 그립퍼를 설치하되, 상기 그립퍼는 하부 양측에 집게가 설치되고, 이 집게의 내측면 하부에 요홈부를 형성하여 이 요홈부로 PCB프레임자재의 양측을 그립(Grip)하여 이송시키는 언로딩부로 이루어진 것을 특징으로 하는 오토매틱 솔더볼 플레이스먼트 장비.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 솔더볼보관함의 상부에는 회전실린더에 의해 회전되면서 솔더볼보관함에 솔더볼을 계속적으로 공급하는 원통형의 솔더볼공급통이 더 설치된 것을 특징으로 하는 오토매틱 솔더볼 플레이스먼트 장비.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 솔더볼안착부에는 지지브라켓과 고정브라켓이 설치되고, 고정브라켓의 상부에는 캠판이 모터의 모터축에 편심되어 설치되며, 상기 캠판의 외주면에 접하도록 진동판이 고정브라켓에 설치되며, 고정브라켓의 일측에는 스프링이 설치되어 상기 모터에 의해 편심 회전되는 캠판에 의해 진동판이 일측으로 밀린 후, 스프링의 탄성력으로 복원되면서 솔더볼안착부를 진동시키는 것을 특징으로 하는 오토매틱 솔더볼 플레이스먼트 시스템 장비.
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