KR100335331B1 - 솔더볼 탑재장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
정전기를 제거하는 기구를 설치하는 것에 의해, 자연대전에 의한 경미한 전하도 솔더볼들을 보지하기 전에 제거된다. 필요한 수의 솔더볼들이 확실하게 보지된다. 진공흡착에 의해 보지된 솔더볼들은 이 솔더볼들이 패드들의 플럭스면에 접촉할 때까지 패드들의 근방으로 이동된다. 진공흡착을 사용하여 솔더볼들을 계속 보지하면서, 솔더볼들이 패드들에 압착된다. 솔더볼들이 점착력을 갖는 플럭스에 매설되고 보지된다. 따라서, 볼탑재장치에 있어서, 제어가 어려운 정전력을 사용하지 않고 솔더볼들이 기판의 패드들상에 확실하게 탑재될 수 있다.
Description
본 발명은 기판의 패드들상에 솔더볼들을 탑재하는 솔더볼탑재장치 및 그 방법에 관한 것이다.
표면실장형 반도체장치의 하나인 볼그리드어레이에서, 기판상에 위치된 패드들상에 솔더범프들이 형성된다. 솔더범프 형성방법에 관해서는, 볼형태의 솔더범프들이 별도로 제작되어 있다. 기판의 패드들에 플럭스가 도포되고, 그 위에 솔더볼들이 위치된다. 이 솔더볼들은 다시 융해된다. 이러한 방식으로 솔더범프들이 형성된다. 수많은 솔더볼들을 기판상에 배치된 패드들상에 좁은 피치로 탑재시키는 경우, 솔더볼들의 패드들상에서의 위치결정과 솔더볼들의 보지방법 등의 여러가지의 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 많은 개선방안들이 제안되어 왔다.
예컨대, 이러한 방법들중의 하나가 일본 특개평7-283521호 공보에 개시되어 있다. 이 방법에 따르면, 복수의 파티션을 갖는 보지기구가 대전된다. 그 정전력에 의해 솔더볼들이 들어 올려진다. 보지기구가 이동하여 기판 위쪽에 위치된다. 다음에, 정전기공급을 정지시킨다. 이온블로우에 의해 솔더볼들이 파티션들로부터 분리된다. 그 결과, 솔더볼들이 패드들상에 탑재된다.
또한, 일본 특개평2-278831호 공보에는 솔더범프들을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에 따르면, 융해된 솔더에 의해 젖지 않는 플레이트의 소정의 위치에 홀이 형성된다. 이 홀에 의해 솔더부재가 보지된다. 이 플레이트는 절연성기판상에 올려져서 이 절연성기판에 배치된 솔더범프용 도전체와 솔더부재가 대향하게 된다. 이 솔더부재는 가열되어, 솔더부재는 도전체와 융해결합된다.
또한, 반도체칩 탑재방법이 일본특허공보 제 2551370호에 개시되어 있다. 이 방법에 따르면, 도체 페이스트가 스크린프린팅에 의해 기판상에 형성된 패드에 부착된다. 다음에 금속볼이 이 도체 페이스트상에 탑재된다.
또한, 솔더링된 전자부품들을 제조하는 방법이 일본 특개평9-8172호 공보에 제안되었다. 이 방법에 따르면, 진공흡착을 사용하여 솔더볼을 집어올려, 솔더볼에 플럭스를 부착시킨다. 다음에, 흡착헤드가 이동하여 기판 위쪽에 위치되고, 솔더볼이 기판의 전극상에 탑재된다.
상술한 일본특개평7-283521호의 탑재방법에 있어서, 정전기가 보지기구에 필요이상으로 대전되어, 솔더볼들이 보지기구에 과도하게 부착될 우려가 있다. 예컨대, 경계부분에 의해 솔더볼이 당겨지고, 이 솔더볼은 인접하는 솔더볼과 접촉한 상태로 보지기구에 부착된다. 그 후의 이온블로우에 의해 정전기가 제거되고, 기판상에 탑재시 이온블로우가 수행되더라도, 보지기구의 전체 면으로부터 균일하게 정전기를 제거하는 것은 어렵다. 이로부터 정전기제거상태가 불균일해지고 이에 의한 솔더볼낙하의 지연이 발생한다. 그 결과 솔더볼의 탑재위치가 어긋나는 문제점이 발생한다. 어느 경우에도, 정전기를 발생시키는 기구를 사용하여 솔더볼의 보지 및 탑재를 제어하는 것은 어렵다.
상술한 일본 특개평들 및 특허공보에 개시된 방법들은 상기 종래기술에서의 단점과 동일한 단점을 가진다.
따라서, 본 발명의 목적은, 제어하기가 어려운 정전력을 사용하지 않고 기판의 패드들상에 확실하게 솔더볼들을 탑재할 수 있는 솔더볼탑재장치 및 그 방법을 제공하는 것에 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 솔더볼 탑재장치를 나타내는 사시도와 흡착툴의 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1a 및 도 1b에 도시된 솔더볼 탑재장치를 사용하여 솔더볼을 잡는 동작을 나타내는 도면이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1a에 도시된 솔더볼 탑재장치를 사용하여 솔더볼을 탑재하는 방법을 설명하는 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 솔더볼 탑재장치를 사용하여 솔더볼을 기판상에 탑재하는 동작을 나타내는 흡착툴의 단면도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 탑재헤드 1a : 전왜소자
2 : 흡착툴 2a : 챔버
3 : 솔더볼조 4 : 이온화에어블로어
5 : 프로브 6 : 스퀴즈유닛
7 : 플럭스스테이지 8, 9 : 밸브
10 :흡착홀 11 : 챔퍼링면
12 : 이온발생기 13 : 솔더볼
14 : 기판 15 : 타겟
16 : 레이저간섭계 17 : 패드
18 : 플럭스
본 발명의 일 양태에 따르면, 솔더볼탑재장치는, 복수개의 솔더볼들이 로드된 솔더볼조; 상기 솔더볼조내의 상기 솔더볼들에 이온을 포함하는 가스를 내뿜는 제 1 이온화에어블로어; 상기 제 1 이온화에어블로어에 의해 전기제거된 상기 솔더볼들에 진공흡착을 행하기 위하여 내부에 복수개의 홀들을 갖는 흡착툴; 진공흡착을 사용하여 상기 솔더볼들을 흡착하기 전에, 홀들이 형성된 상기 흡착툴의 표면에 이온을 포함하는 가스를 내뿜는 제 2 이온화에어블로어; 탑재헤드에 부착된 상기 흡착툴이 상기 솔더볼조에 들어가게 하고, 진공흡착에 의해 상기 솔더볼들을 흡착한 후, 상기 솔더볼들을 보지하면서 이동하여, 상기 솔더볼들이 전달되어야 하는 기판 위쪽에 상기 흡착툴을 위치시키고, 상기 흡착툴을 하강시켜, 상기 기판상에 설치된 각각의 패드들 위쪽에 상기 솔더볼들을 위치시키는 탑재헤드; 상기 기판상의 패드들에 플럭스를 도포하기 위한 수단; 및 인가되는 전압에 의해 상기 흡착툴을 하강시켜, 상기 탑재헤드에 의해 위치되어진 상기 솔더볼들을, 상기 패드들에 도포된 플럭스에 매설시킴으로써, 상기 솔더볼들을 상기 기판상의 패드들에 전달하는 전왜소자를 포함한다.
또한, 솔더볼탑재장치는 상기 솔더볼 및 상기 흡착툴의 홀의 면에 의해 유지되는 전하를 측정하는 전하측정유닛을 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 솔더볼탑재장치는 상기 솔더볼을 흡착에 의해 보지하여 상기 기판상에 위치된 상기 흡착툴과 상기 기판의 표면사이의 거리를 측정하는, 레이져간섭계등의, 거리측정유닛을 구비하는 것이 바람직하다. 솔더볼을 정확하게 탑재하기 위하여, 솔더볼탑재장치는 상기 솔더볼을 흡착보지하는 흡착툴을 하강시키고, 상기 패드 근방에서 상기 솔더볼을 정지시키며, 전압을 인가하고, 상기 솔더볼을 상기 기판에 압착하는 전왜소자를 구비한다. 필요에 따라서, 솔더볼탑재장치는 상기 솔더볼조의 저면에 제공된 메쉬를 통해 이온을 포함하는 가스를 분사하는 제 3 이온화에어블로어를 구비한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 복수개의 솔더볼들을 기판상의 패드들상에 탑재하기 위한 방법은, 복수개의 솔더볼이 로드된 솔더볼조내의 상기 솔더볼들에 이온을 포함하는 가스를 내뿜는 단계; 상기 솔더볼들을 진공흡착하기 위한 홀들이 형성된 흡착툴의 표면에 이온을 포함하는 가스를 내뿜는 단계; 진공흡착을 이용하여 상기 솔더볼조 내의 솔더볼들을 상기 흡착툴에 흡착 보지되게 하는 단계; 상기 기판상의 상기 패드들 상에 플럭스를 도포하는 단계; 상기 솔더볼들을 보지하고 있는 상기 흡착툴을 플럭스가 도포된 상기 패드들 위쪽까지 이동시키는 단계; 및 상기 흡착툴을 하강시켜 상기 솔더볼들을 상기 패드들에 도포된 플럭스에 매설시킴으로써 상기 솔더볼들을 상기 기판상의 패드들에 전달하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 솔더볼탑재방법은 상기 솔더볼조내의 상기 솔더볼들 및/또는 홀들이 형성된 흡착툴의 표면이 전하를 갖는 지의 여부를 판단하는 단계를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 솔더볼탑재방법의 상기 전달하는 단계는, 상기 흡착툴을 소정의 거리만큼 하강시켜 상기 플럭스에 상기 솔더볼들을 매설하는 단계; 및 상기 진공흡착을 해제하여 상기 솔더볼을 상기 패드들상에 놓여있게 하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 솔더볼 탑재장치를 나타내는 사시도와 흡착툴의 단면도이다. 이 실시예의 솔더볼탑재장치는 진공흡착에 의해 솔더볼들(13)을 흡착하는 복수의 흡착홀(10)을 갖는 흡착툴(2)과, 이 흡착툴(2)을 장전하는 탑재헤드(1)와, 흡착툴(2)의 보지면과 솔더볼조(3)내에 위치한 솔더볼들(13)상에 이온함유기체의 블로우를 수행하는 이온화에어블로어(4), 그리고 이온발생기(12)를 구비한다.
또한, 솔더볼들(13)과 솔더볼들(13)을 보지하는 흡착툴(2)의 보지면이 대전되어 있는 지의 여부를 결정하는 데 사용되는 정전용량측정용 프로브(5)가 제공되는 것이 바람직하다. 이 프로브(5)는 상업적으로 입수가능하다. 프로브의 전극과 측정대상물의 사이의 정전용량을 측정함으로써, 이 대상물이 대전되어 있는 지의 여부를 판단한다. 따라서, 사전에 전하량이 사전에 측정된다. 전하가 소량이라도 있는 경우에는, 사전에 이온블로우를 사용하여 전하를 제거한다. 이렇게 함으로써, 잔류전하에 의해 솔더볼(13)이 다른 부재에 부착되는 것에 의해 야기되는 종래의 문제점을 해결한다.
한편, 흡착툴(2)은 도 1b에 도시된 바와 같은 상자형태의 챔버(2a)이다. 솔더볼(13)을 보지하기 위한 챔버(2a)의 면상에 기판(14)의 패드에 대응하는 위치에 복수의 흡착홀(10)이 형성된다. 또한, 흡착홀(10)과 솔더볼(13)이 접촉하는 챔퍼링면(11)은 솔더볼(13)의 반경과 동일한 반경을 갖는 면으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 챔버(2a)에는 진공펌프와 접속되는 밸브(8)와, 건조질소가스봄베에 접속되는 밸브(9)가 설치되어 있다. 또한, 챔버(2a)의 저부인 보지면부는 카본을 포함하는 도전성수지로 제작되는 것이 바람직하다.
도 2a 및 도 2b는 도 1a 및 도 1b에 도시된 솔더볼 탑재장치를 사용하여 솔더볼을 잡는 동작을 나타내는 흡착툴의 수평단면도이다. 이 도면들을 참조하여, 이 실시예의 동작을 설명한다. 우선, 솔더볼들을 보지하는 방법을 설명한다. 흡착툴의 보지면과 솔더볼조(3)내의 솔더볼들(13)이 프로브(5)로 스캐닝된다. 이로써, 이들이 대전되어 있는지의 여부가 검사된다. 이것들이 대전되어 있는 경우에는, 이온화에어블로어(4)를 사용하여 흡착툴(2)의 보지면과 솔더볼들(13)에 이온을 함유한 가스를 분사시킨다. 소정의 시간동안 분사가 수행된 후, 프로브(5)로 다시 스캐닝하여 전하가 소멸했는 지의 여부를 판단한다.
다음에, 탑재헤드(1)를 하강시켜 솔더볼조(3)에 흡착툴(2)을 투입시킨다. 솔더볼조(3)의 저면에 위치한 메쉬(3a)에서부터 건조질소가 분사된다. 동시에, 밸브(8)가 열려진다. 그 결과, 도 2b에 도시된 바와 같이, 솔더볼들(13)이 흡착홀(10)로 불어올려진다. 솔더볼들(13)은 챔퍼링면들에 접하게 되어 안정한 상태로 보지된다. 또한, 흡착툴(2)의 보지면 및 솔더볼들(13)은 완전히 전하가 제거되어 있기 때문에, 솔더볼들(13)과 다른 솔더볼사이에서, 솔더볼이 이 솔더볼(13)에 부착하는 것이 방지된다. 또, 건조질소 대신 이온을 함유한 에어를 분사하는 것도 바람직하다.
도 3a 및 도 3b는 도 1a 및 도 1b에 도시된 솔더볼 탑재장치를 사용하여 솔더볼들을 기판상에 탑재하는 동작을 나타내는 흡착툴의 단면도이다. 챔버(2a)의 진공도가 안정하게 되면 소정의 수의 솔더볼들(13)이 보지되었는지가 판정되며, 탑재헤드(1)가 들어올려지며, 이동되고, 플럭스스테이지(7)상에 위치한 기판(14)위에 위치된다. 플럭스스테이지(7)는 스퀴즈유닛(6)에 의해 플럭스가 도포되어 있다.
다음에, 탑재헤드(1)에 부착된 레이저간섭계(16)가 탑재헤드와 타겟(15)간의 거리를 측정한다. 이는 탑재헤드(1)가 하강하여 정밀하게 위치결정하기 위해서 행해진다. 다시 말하면, 타겟(15)의 상면과 패드(17)의 표면사이의 거리에 플럭스의 두께가 부가된다. 간섭계(16)에 의해 측정된 값에서 이 부가된 거리를 뺀다. 이렇게 구해진 거리가 정지위치로서 Z축펄스모터에 주어진다. 이로써, 탑재헤드(1)가 하강하여 솔더볼(13)이 정지위치에 도달하도록 위치정해진다.
이 정지위치는, 패드(17)의 상면보다 δ만큼 위쪽에 위치한다. 이 δ는 도포되는 플럭스의 최대허용두께로 설정하는 것이 바람직하다. 예컨대, 그 두께가 200㎛이면 δ는 200㎛로 설정된다. 그리고, 전왜(electrostriction)소자(1a)에 200㎛에 대응하는 전압이 인가되면, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 2점쇄선으로 표시된 솔더볼(13)이 플럭스(18)에 매설된다.
다음에, 밸브(8)는 닫혀지고, 밸브(9)가 열린다. 건조질소가 챔버(2a)내로 주입된다. 이 챔버내의 압력이 1atm으로부터 1.1atm정도 상승되고, 다음에, 밸브(9)가 닫혀진다. 챔버(2a)내의 압력이 안정해지면, 전왜소자(1a)에 인가되는 전압이 제거된다. 그 결과, 탑재헤드(1)는 δ만큼 상승한다. 이에 의해, 솔더볼들(13)은 흡착툴(2)의 보지면과 분리된다. 솔더볼들(13)은 플럭스(18)의 점착력에 보지되어 정확한 위치에 위치된다.
본 발명에서는, 정전기를 제거하는 장치를 설치함으로써, 자연대전한 미전하도 솔더볼을 보지하기 전에 제거될 수 있다. 과도한 솔더볼이 부착되지 않고, 필요한 수의 솔더볼들이 보지되어 확실하게 이송될 수 있다. 또한, 진공흡착에 의해 부착된 솔더볼을, 솔더볼이 패드의 플럭스면에 접촉할 때까지 패드 가까이 이송하고, 진공흡착을 사용하여 계속해서 보지하면서 솔더볼을 패드에 압착하며, 점착력을 갖는 플럭스에 솔더볼을 매설하고 보지한 후, 솔더볼의 진공흡착을 해제함으로써, 자연낙하에 기인하는 위치어긋남이 완전히 방지되고 정확한 위치에 솔더볼이 탑재될 수 있다. 이는 그 후의 공정에서의 수율이 향상되는 효과를 갖는다.
Claims (9)
- 솔더볼탑재장치에 있어서,복수개의 솔더볼들이 로드된 솔더볼조;상기 솔더볼조내의 상기 솔더볼들에 이온을 포함하는 가스를 내뿜는 제 1 이온화에어블로어;상기 제 1 이온화에어블로어에 의해 전기제거된 상기 솔더볼들에 진공흡착을 행하기 위하여 내부에 복수개의 홀들을 갖는 흡착툴;진공흡착을 사용하여 상기 솔더볼들을 흡착하기 전에, 홀들이 형성된 상기 흡착툴의 표면에 이온을 포함하는 가스를 내뿜는 제 2 이온화에어블로어;탑재헤드에 부착된 상기 흡착툴이 상기 솔더볼조에 들어가게 하고, 진공흡착에 의해 상기 솔더볼들을 흡착한 후, 상기 솔더볼들을 보지하면서 이동하여, 상기 솔더볼들이 전달되어야 하는 기판 위쪽에 상기 흡착툴을 위치시키고, 상기 흡착툴을 하강시켜, 상기 기판상에 설치된 각각의 패드들 위쪽에 상기 솔더볼들을 위치시키는 탑재헤드;상기 기판상의 패드들에 플럭스를 도포하기 위한 수단; 및인가되는 전압에 의해 상기 흡착툴을 하강시켜, 상기 탑재헤드에 의해 위치되어진 상기 솔더볼들을, 상기 패드들에 도포된 플럭스에 매설시킴으로써, 상기 솔더볼들을 상기 기판상의 패드들에 전달하는 전왜소자를 포함하는 솔더볼탑재장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 솔더볼들 및 상기 흡착툴의 홀들의 표면에 의해 유지되는 전하를 측정하는 전하측정유닛을 더 구비하는 솔더볼탑재장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 솔더볼들을 흡착에 의해 보지하면서 상기 기판 위쪽에 위치된 상기 흡착툴과 상기 기판의 표면사이의 거리를 측정하는 거리측정유닛을 더 구비하는 솔더볼탑재장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 거리측정유닛은 레이저간섭계를 구비하는 솔더볼탑재장치.
- 청구항5는 삭제 되었습니다.
- 제 1 항에 있어서, 상기 솔더볼조의 저면에 제공된 메쉬를 통해 이온을 포함하는 가스를 내뿜는 제 3 이온화에어블로어를 더 구비하는 솔더볼탑재장치.
- 복수개의 솔더볼들을 기판상의 패드들상에 탑재하기 위한 방법에 있어서,복수개의 솔더볼이 로드된 솔더볼조내의 상기 솔더볼들에 이온을 포함하는 가스를 내뿜는 단계;상기 솔더볼들을 진공흡착하기 위한 홀들이 형성된 흡착툴의 표면에 이온을 포함하는 가스를 내뿜는 단계;진공흡착을 이용하여 상기 솔더볼조 내의 솔더볼들을 상기 흡착툴에 흡착 보지되게 하는 단계;상기 기판상의 상기 패드들 상에 플럭스를 도포하는 단계;상기 솔더볼들을 보지하고 있는 상기 흡착툴을 플럭스가 도포된 상기 패드들 위쪽까지 이동시키는 단계; 및상기 흡착툴을 하강시켜 상기 솔더볼들을 상기 패드들에 도포된 플럭스에 매설시킴으로써 상기 솔더볼들을 상기 기판상의 패드들에 전달하는 단계를 포함하는 솔더볼탑재방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 솔더볼조내의 상기 솔더볼들 및/또는 홀들이 형성된 흡착툴의 표면이 전하를 갖는 지의 여부를 판단하는 단계를 더 구비하는 솔더볼탑재방법.
- 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 솔더볼들을 상기 기판상의 패드들에 전달하는 상기 단계는,상기 흡착툴을 소정의 거리만큼 하강시켜 상기 플럭스에 상기 솔더볼들을 매설하는 단계; 및상기 진공흡착을 해제하여 상기 솔더볼을 상기 패드들상에 놓여있게 하는 단계를 포함하는 솔더볼탑재방법.
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