KR100337154B1 - Apparatus for producing a solder ball by dropping a metal droplet in the gas - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스 적하방식의 솔더볼 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자 및 기계적장치에 의해 300~5,000㎐의 진동으로 용융금속을 100~1500㎛범위로 파쇄하여 균일한 액적(용융금속)을 적하하는 액적형성장치를 구성하고, 이 액적형성장치에 일정량 수위를 유지하면서 용융금속을 공급하도록 하며, 적하되는 액적을 챔버에 유입된 분위기가스로서 냉각시켜 솔더볼을 형성하고, 이 챔버에 유입되는 분위기가스 및 압력을 일정한 레벨로 자동 유지되도록 하여 진구도, 표면조도, 입도분포가 양호하며 재용융 특성이 뛰어난 고품질 솔더볼을 제조할 수 있도록 함은 물론, 시스템 가동중에 제조된 솔더볼의 샘플채취가 가능하고, 제조된 솔더볼의 수거시 시스템의 중단없이 용기교체가 이루어질 수 있도록 함으로써 연속적인 작업으로 인해 작업의 효율성을 높일 수 있는 가스 적하방식의 솔더볼 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for manufacturing a solder ball of a gas dropping method, and more particularly, to uniform molten metal (molten metal) by crushing molten metal into a range of 100 to 1500 µm by vibration of 300 to 5,000 Hz by an electronic and mechanical device. A drop forming apparatus is configured to drop, supply molten metal to the drop forming apparatus while maintaining a certain level of water, and cool the dropped drop as an atmosphere gas introduced into the chamber to form solder balls, and then enter the chamber. By automatically maintaining the gas and pressure at a constant level, it is possible to manufacture high quality solder balls with good sphericity, surface roughness and particle size distribution, and excellent remelting characteristics, as well as sample solder balls manufactured during system operation. In the event of collecting solder balls, the container can be replaced without interrupting the system. The present invention relates to a solder ball manufacturing apparatus of a gas dropping method which can improve the efficiency.
본 발명의 가스 적하방식의 솔더볼 제조장치는 비지에이(BGA) 패키지, 시에스피(CSP), 플립칩에 사용되는 솔더볼의 제조장치에 있어서, 분리대가 설치된 상부챔버의 하측에 하부챔버가 설치되어 챔버를 구성하고, 상기 분리대 중앙부에는 높은 진폭의 진동으로 파쇄된 용융금속의 액적을 적하하고, 유입된 용융금속의 수위를 일정레벨로 유지하여 균일한 액적을 형성하는 액적형성장치가 설치되고, 상기 액적형성장치의 상측에는 투입되는 합금을 용융 혼합하여 상기 액적형성장치에 공급하고 상기 액적형성장치에 공급된 용융금속이 적정 레벨을 유지하도록 용융금속의 배출량을 조절하는 용융금속 공급장치가 설치되고, 상기 액적형성장치의 하측에는 상기 액적형성장치로부터 적하되는 용융금속을 분위기가스로서 냉각하여 진구도가 높은 솔더볼을 형성하는 하부챔버가 설치되고, 상기 하부챔버의 하측에는 낙하되는 솔더볼의 샘플을 채취하는 샘플채취기가 설치며 작업의 중단 없이 연속적으로 솔더볼의 포집이 가능한 포집부가 설치되고, 상기 상.하부챔버의 일측에는 불활성가스를 공급하여 내부의 압력차를 동일하게 유지시키기 위한 압력차유지장치가 설치되고, 상기 하부챔버의 타측에는 액적을 냉각하기 위한 분위기가스인 산소를 일정한 농도로 유지시키는 산소농도 조절장치가 설치된 것에 특징이 있다.The gas drop method of the solder ball manufacturing apparatus of the present invention is a solder ball manufacturing apparatus used for a BGA package, CSP, flip chip, the lower chamber is installed below the upper chamber in which the separator is installed chamber A droplet forming apparatus is installed at the center of the separator to drop droplets of the molten metal crushed by the vibration of high amplitude, and maintain uniform level of the introduced molten metal at a constant level to form uniform droplets. On the upper side of the forming apparatus is provided a molten metal supply device for melting and mixing the alloy to be supplied to the droplet forming apparatus and to control the discharge of molten metal so that the molten metal supplied to the droplet forming apparatus maintains an appropriate level, The lower side of the droplet forming apparatus cools the molten metal dripped from the droplet forming apparatus as an atmosphere gas to obtain a solder ball having a high sphericity. A lower chamber to be formed is installed, and a lower part of the lower chamber is provided with a sampler for collecting a sample of the falling solder ball, and a collecting part capable of continuously collecting solder balls without interruption of work is installed, and one side of the upper and lower chambers is provided. There is a pressure difference maintaining device for supplying an inert gas to maintain the same internal pressure difference, and on the other side of the lower chamber is an oxygen concentration adjusting device for maintaining oxygen, which is an atmosphere gas for cooling the droplets, at a constant concentration. It is characterized by being installed.
Description
본 발명은 가스 적하방식의 솔더볼 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자 및 기계적장치에 의해 300~5,000㎐의 진동으로 용융금속을 100~1500㎛범위로 파쇄하여 균일한 액적(용융금속)을 적하하는 액적형성장치를 구성하고, 이 액적형성장치에 일정량 수위를 유지하면서 용융금속을 공급하도록 하며, 적하되는 액적을 챔버에 유입된 분위기가스로서 냉각시켜 솔더볼을 형성하고, 이 챔버에 유입되는 분위기가스 및 압력을 일정한 레벨로 자동 유지되도록 하여 진구도, 표면조도, 입도분포가 양호하며 재용융 특성이 뛰어난 고품질 솔더볼을 제조할 수 있도록 함은 물론, 시스템 가동중에 제조된 솔더볼의 샘플채취가 가능하고, 제조된 솔더볼의 수거시 시스템의 중단없이 용기교체가 이루어질 수 있도록 함으로써 연속적인 작업으로 인해 작업의 효율성을 높일 수 있는 가스 적하방식의 솔더볼 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for manufacturing a solder ball of a gas dropping method, and more particularly, to uniform molten metal (molten metal) by crushing molten metal into a range of 100 to 1500 µm by vibration of 300 to 5,000 Hz by an electronic and mechanical device. A drop forming apparatus is configured to drop, supply molten metal to the drop forming apparatus while maintaining a certain level of water, and cool the dropped drop as an atmosphere gas introduced into the chamber to form solder balls, and then enter the chamber. By automatically maintaining the gas and pressure at a constant level, it is possible to manufacture high quality solder balls with good sphericity, surface roughness and particle size distribution, and excellent remelting characteristics, as well as sample solder balls manufactured during system operation. In the event of collecting solder balls, the container can be replaced without interrupting the system. The present invention relates to a solder ball manufacturing apparatus of a gas dropping method which can improve the efficiency.
최근에 들어 통신장치, 영상장치, 컴퓨터 등 각종 전자기기는 소형화와 고기능화 추세이며, 이러한 기능을 갖도록 하기 위한 전자부품 중의 하나인 집적회로 (IC)를 기판의 표면에 실장하여 임의의 회로를 구성하고 있다.In recent years, various electronic devices such as communication devices, imaging devices, computers, etc. have been miniaturized and highly functional. have.
이러한 집적회로는 도 1의 (가)에서와 같이 칩(Chip)(1)의 외주연에 상기 칩의 보호를 목적으로 하는 패키지(2)를 형성하고, 기역자(??) 형상으로 형성된 리드핀(3)이 패키지(2) 외부로 설치되는 구조의 절곡형 패키지가 주종을 이루고 있으며, 이러한 절곡형 패키지는 인쇄회로기판(4)에 형성된 유입홈(5)에 리드핀(3)을 삽입 후 납땜함으로써 인쇄회로기판(4)에 장착하고 있다.Such an integrated circuit forms a package 2 for protecting the chip on the outer periphery of the chip 1 as shown in FIG. 1A, and has a lead pin formed in a transverse shape. (3) This package (2) consists of a bent package of the structure that is installed outside, this bent package after inserting the lead pin (3) in the inlet groove (5) formed in the printed circuit board (4) It is attached to the printed circuit board 4 by soldering.
그리고 각종 전자기기의 소형화 및 고기능화 요구에 따라 패키지 자체가 경박단소(輕薄短小)화 됨으로써 도 1의 (나)에서와 같이 리드핀(3)을 집적회로와 수평으로 내어 인쇄회로기판(4)의 표면에서 솔더 페이스트(8)를 사용하여 그대로 납땜할 수 있도록 하는 표면실장형 패키지가 수년전 부터 개발 사용되고 있고, 이는 인쇄회로기판에 유입홈을 뚫지 않고 기판 전체가 얇아지는 이점이 있으며, 이러한 기술을 표면실장기술(SMT : surface mounting technology)이라 한다.In addition, as the package itself becomes light and thin in accordance with the demand for miniaturization and high functionalization of various electronic devices, as shown in FIG. Surface-mount packages that allow soldering on the surface using solder paste 8 have been in use for many years, which has the advantage of thinning the entire board without penetrating into the printed circuit board. It is called surface mounting technology (SMT).
또한 패키지의 경박단소화로 인한 다핀화와 파인 피치화에 대응하고자 개발된 쿼드 플래트 패키지(Quad Flat Package:QFP)에서는 최종 패키지의 불량률을 감안하면 최소 리드 피치가 0.3mm로서 다핀화에 리플로 솔더링의 한계가 있고, 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Package:TCP)의 경우 0.25mm 피치를 끊어 마무리 실장에 있어서도 패키지의 소형화에 문제점이 드러나고 있다.In addition, the Quad Flat Package (QFP), developed to cope with multi-finger and fine pitch due to light and thin package, has a minimum lead pitch of 0.3 mm considering the defect rate of the final package. In the case of a tape carrier package (TCP), a 0.25 mm pitch is cut off, and a problem in miniaturization of the package is also revealed in the final mounting.
따라서 핀 그리드 어레이(Pin Grid Array:PGA)와 플립 칩(Flip Chip) 개념의 장점만을 응용한 것으로 리드를 대신해서 솔더볼을 입출력단자로 하여 패키지 아랫 면에 어레이 형상으로 배열한 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array:BGA)와, 이보다 진보된 칩 스케일 패키지(Chip Scale Package:CSP)가 개발되었으며, 전극 피치를 동일 핀 수의 쿼드 플래트 패키지(QFP)와 비교할 때 50∼60%까지 차지하는 공간을 줄일 수 있고 전기적, 열적 수행능력도 크게 향상됨은 물론 300핀 이상의 다핀화에 유리하여 향후 각광 받을 주요 패키지로서 어떤 패키지가 주력으로 사용될 것인가는 종합적인 설계 및 가격, 납땜방법 등에 의해 좌우된다.Therefore, it applies only the advantages of the concept of Pin Grid Array (PGA) and Flip Chip. It is a ball grid array in which the solder ball is used as an input / output terminal instead of the lead and arranged in an array on the bottom of the package. Array (BGA) and its more advanced Chip Scale Package (CSP) have been developed to reduce the space required by 50 to 60% when comparing electrode pitches to quad pin packages (QFPs) of equal pin count. The electrical and thermal performance is also greatly improved, and it is advantageous for multi-pinning of 300 pins or more, which package will be used as the main package that will be spotlighted in the future, depending on the overall design, price, and soldering method.
이와 같은 볼 그리드 어레이(BGA) 또는 칩 스케일 패키지(CSP)의 표면실장방법은 도 1의 (다)에서와 같이 볼 그리드 어레이 또는 칩 스케일 패키지(9)의 저면전극에 솔더볼(37)을 부착하고, 이 솔더볼(37)이 부착된 패키지(10)를 인쇄회로기판(4)의 표면에 안착시킨 후 열을 가하여 장착시키게 되는 것이다.The surface mounting method of the ball grid array (BGA) or chip scale package (CSP) is attached to the solder ball 37 to the bottom electrode of the ball grid array or chip scale package 9 as shown in (c) of FIG. After mounting the package 10 to which the solder ball 37 is attached to the surface of the printed circuit board 4, the solder ball 37 is mounted by applying heat.
이러한 BGA/CSP용 솔더볼은 크게 진동분무법과, 디스크 형태로 스탬핑(Stamping)하거나 솔더와이어를 잘라 만든 솔더칩 팁(Solder Chip Tip)을 1차로 준비한 후 가열된 냉각분위기가스 또는 플럭스 속에 적하(투입)하여 2차 구형화시키는 열매 투입방식의 분위기가스 적하방법이 사용되고 있고, 이와 같은 방법에 의해 제조되는 솔더볼은 매우 높은 진구도를 유지하여야 할 뿐만 아니라 크기가 일정하여야 하는 것이 필수적인 요건이며, 패키지의 종류에 따라 도 2에서와 같이 다양한 크기( 300㎛, 350㎛, 450㎛, 760㎛ 등)의 솔더볼이 제조되고 있다.These BGA / CSP solder balls are largely prepared by vibrating spraying, disk-shaped stamping or solder chip tips made by cutting the solder wire, and then dropping them into a heated atmosphere gas or flux (injection). Atmospheric gas dropping method of fruit filling method is used. Secondary spherical shape is used. Solder balls manufactured by this method are not only required to maintain very high sphericity but also have to be constant in size. Accordingly, solder balls of various sizes (300 μm, 350 μm, 450 μm, 760 μm, etc.) are manufactured as shown in FIG. 2.
일반적으로 열매 투입방식에 비해 고속 생산할 수 있는 솔더볼과 같은 금속볼 제조장치 및 방법은 진동분무법을 통해 구현할 수 있으며, 1754년 프랑스의 Nollet가 최초로 연구를 시작한 이래 영국의 Lord Rayleigh에 의해 이론적 바탕이 확립되었고, 이후 잉크젯 프린트 등에 산업적으로 이용되기 시작하였다. 근래 이러한 원리를 이용하여 정밀 금속 및 세라믹 볼의 대량 제조에 적용하려는 시도와 연구가 진행중이다.In general, metal ball manufacturing equipment and methods such as solder balls, which can be produced at a higher speed than the fruit feeding method, can be realized by vibrating spray method, and the theoretical basis was established by Lord Rayleigh of England since Nollet of France first started research in 1754. After that, it has been used industrially for inkjet printing. Attempts and studies are recently underway to apply these principles to mass production of precision metal and ceramic balls.
진동분무법은 분무조건에 따라 연속 액적형성모드(Continuous Pressurized Flow mode)와 비연속 액적형성모드(Drop On Demand mode)의 두가지 형태로 작동되는데, 미국 특허번호 제 5,266,098호에서 기술되어 있는 연속 액적형성모드를 이용한 금속분말 제조에서는 압전체와 같이 발생 진동의 진폭이 매우 작은 진동발생자를 채택함에 따라 노즐에서 분무된 입자들의 간격이 짧아 비산도중 합착이 발생하기 쉬우며, 이를 방지하기 위해 비산입자를 대전시켜, 입자간 전기적 반발력을 이용하였으나, 각 액적이 서로 엉겨 붙는 현상을 막기 위해 수백 볼트의 전압을 가하였지만 서로 붙는 현상을 산업적 의미에서 효과적으로 제어할 수 없고, 또한 고전압 취급에 따른 위험성이 뒤따른다.The vibration spraying method is operated in two types according to spraying conditions: continuous pressurized flow mode and non-continuous drop on demand mode, which are described in US Patent No. 5,266,098. In the manufacture of metal powder using a vibration generator with a very small amplitude of the vibration generated, such as piezoelectric, the spacing of particles sprayed from the nozzle is short, so that coalescence occurs easily during scattering, by charging the scattering particles to prevent this, Although the electric repulsion force between particles was used, a voltage of several hundred volts was applied to prevent the droplets from entangled with each other, but the phenomenon of sticking together cannot be effectively controlled in an industrial sense, and there is a risk of handling high voltage.
따라서 상기의 기술을 보다 실질적으로 근접한 솔더볼과 같은 금속볼 제조장치는 미국 특허번호 제 5,609,919호가 제안되어 있고, 이는 용탕 또는 슬러리 상태의 물질을 기계적 또는 열적 응력을 지탱할 수 있을 정도의 충분한 두께를 가지며 하나 이상의 구멍(Opening)을 가지는 노즐을 장착한 용기에 장입한 다음, 노즐구멍 상부에 설치된 진동발생장치(Impulse Generator)에 의해 수직방향으로 진동을 전달하여 노즐을 통해 용탕 또는 슬러리를 밀어내도록 되어 있다.Therefore, US Patent No. 5,609,919 is proposed for a metal ball manufacturing apparatus, such as a solder ball, which is substantially closer to the above technique, which has a thickness sufficient to support mechanical or thermal stress of a molten or slurry material. After charging to a container equipped with a nozzle having the above opening (Opening), the vibration is transmitted in the vertical direction by an impulse generator installed on the nozzle hole to push out the melt or slurry through the nozzle.
상기 진동전달부에 의해 가해진 진동은 특성상 수직으로 진행하며, 흐름방향으로 노즐상의 유체에 불연속적으로 가해진 진동 힘은 구멍를 통해 환절된 정형의 액적을 흐름을 야기시키게 되고, 이러한 진동의 주파수는 넓은 영역에 걸쳐 변경될 수 있는데(예를 들어 10~20,000㎐이고, 예상컨대 60,000㎐만큼 높은 주파수 영역) 이때, 행정거리(진폭)는 대개 0.1∼8mm이고 1∼2mm가 가장 바람직한 것으로 나타나 있으며, 이것은 노즐로 밀어내는 압력을 가하는 작동이 진동에 의해서 수행되는 것이고, 결국 노즐의 출구를 통해 액적을 형성시키게 되는 것이다.Vibration applied by the vibration transmitting unit proceeds vertically in nature, and the vibration force applied discontinuously to the fluid on the nozzle in the flow direction causes the flow of circular shaped droplets through the hole, and the frequency of the vibration is large. (For example, frequency range as high as 60,000 Hz, for example 10 to 20,000 Hz), where the stroke (amplitude) is usually 0.1 to 8 mm and 1 to 2 mm is shown to be the most desirable. The act of applying a pressure to push the furnace into the furnace is performed by vibration, which results in the formation of droplets through the outlet of the nozzle.
상기와 같은 종래 기술인 미국 특허번호 제 5,609,919호는 비연속 액적형성모드를 채택하고 일정대역에서 높은 진폭을 가지는 진동발생장치를 적용하여 비산 액적간 거리를 k π배이상 띄울 수 있도록 되어 있으나, 비연속 액적형성모드의 특성상 생산량이 연속모드에 비해 많이 떨어지고, 특히 기계적인 진동장치의 구성으로 불연속 액적형성을 시도하기 위해 진폭을 과도하게 크게하여 기계적 노이즈가 발생되어, 입도분포가 연속 액적형성모드에 비해 넓게 되는 관계로 인해 공차가 10수 ㎛ 정도의 내외 인 솔더볼을 제조하기에 부적합 한 것이다.US Patent No. 5,609,919, which is a conventional technique as described above, adopts a discontinuous droplet formation mode and applies a vibration generating device having a high amplitude in a predetermined band so that the distance between the scattered droplets can be more than k pi times, but is discontinuous. Due to the characteristics of the droplet forming mode, the yield is much lower than that of the continuous mode. In particular, the mechanical vibration is generated by excessively increasing the amplitude in order to discontinuous droplet formation due to the configuration of the mechanical vibration device. The wider relationship makes them unsuitable for manufacturing solder balls with tolerances of around 10 µm.
본 발명에서 가해주는 진동주파수와 생성 액적수는 거의 동일하거나 조금 많으며, 미국특허 제5,609,909에서 채택한 불연속 모드에서 나타나는 주파수와 생성액적수의 비에 대한 결과와 매우 흡사하다. 현재까지 그 형성기구에 대해서 잘 알려진 바는 없으나, 이것은 아마도 저주파와 적정가압 및 분사액체의 물성에 따라서 연속 액적형성 모드에서도 비산중 합착이 일어나지 않을 정도의 충분한 비산액적간의 거리(생성 액적의 중심을 기준으로 액적지름으로 약 3배)를 두면서, 균일한 입도를 구현할 수 있다는 의미이다. 따라서 본 발명에서는 불연속 모드에서와 같이 과도한 진폭의 진동을 가하지 않음으로써 기계적 노이즈를 줄여 더 좁은 입도분포를 구현할 수 있도록 하였다.The vibration frequency and the number of generated droplets applied in the present invention are almost the same or slightly more, and are very similar to the result of the ratio of the frequency and the number of generated droplets in the discontinuous mode adopted in US Pat. No. 5,609,909. To date, the formation mechanism is not well known, but this is probably due to the low frequency, proper pressure, and the properties of the sprayed liquid. It is possible to realize a uniform particle size while placing about three times the droplet diameter as a reference. Therefore, in the present invention, by applying the vibration of excessive amplitude as in the discontinuous mode, it is possible to implement a narrower particle size distribution by reducing the mechanical noise.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 비지에이(BGA), 시에스피 (CSP) 및 플립칩에 사용되는 솔더볼의 제조장치에 있어 전자 및 기계적인장치에 의해 적하되는 입자의 합착을 방지하기 위해 300~5,000㎐의 주파수와, 1.8∼50㎛의 진폭의 연속 액적형성 모드를 기본으로 하여 직경 100~1500㎛ 범위의 솔더볼을 형성할 수 있도록 균일한 액적(용융금속)을 적하하는 액적형성장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.The present invention to prevent the adhesion of the particles are dropped by the electronic and mechanical devices in the manufacturing device of the solder ball used in the BGA, CSP and flip chip to solve the above problems. Based on the continuous droplet forming mode with a frequency of 300 to 5,000 kHz and an amplitude of 1.8 to 50 µm, a droplet forming apparatus for dropping uniform droplets (molten metal) to form solder balls in the range of 100 to 1500 µm in diameter. It is technical problem to provide.
본 발명은 상기 액적형성장치에 일정량의 용융금속을 자동으로 공급되도록하는 용융금속 공급장치와, 적하되는 액적을 챔버에 유입된 분위기가스로서 냉각시켜 솔더볼을 형성하고, 이 챔버에 유입되는 분위기가스인 산소농도 및 압력을 일정한 레벨로 자동 유지되도록 하여 진구도, 표면조도, 입도분포가 양호하며 재용융 특성이 뛰어난 고품질 솔더볼을 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.The present invention provides a molten metal supply device for automatically supplying a predetermined amount of molten metal to the droplet forming apparatus, and cools the droplets dropped as an atmosphere gas introduced into the chamber to form solder balls, and is an atmosphere gas introduced into the chamber. It is a technical problem to provide a device capable of producing high quality solder balls having excellent sphericity, surface roughness and particle size distribution and excellent remelting properties by automatically maintaining oxygen concentration and pressure at a constant level.
본 발명은 시스템 가동중에 제조된 솔더볼의 샘플채취가 가능하고, 제조된 솔더볼의 수거시 시스템의 중단없이 용기교체가 이루어질 수 있도록 함으로써 연속적인 작업으로 인해 작업의 효율성을 높일 수 있도록 한 것을 기술적 과제로 한다.The present invention is to enable the sampling of the manufactured solder ball during the operation of the system, it is possible to replace the container without stopping the system when collecting the manufactured solder ball to improve the work efficiency due to the continuous operation as a technical task do.
본 발명의 가스 적하방식의 솔더볼 제조장치는 비지에이(BGA) 패키지, 시에스피(CSP), 플립칩에 사용되는 솔더볼의 제조장치에 있어서, 분리대가 설치된 상부챔버의 하측에 하부챔버가 설치되어 챔버를 구성하고, 상기 분리대 중앙부에는 높은 진폭의 진동으로 파쇄된 용융금속의 액적을 적하하고, 유입된 용융금속의 수위를 일정레벨로 유지하여 균일한 액적을 형성하는 액적형성장치가 설치되고, 상기 액적형성장치의 상측에는 투입되는 합금을 용융 혼합하여 상기 액적형성장치에 공급하고 상기 액적형성장치에 공급된 용융금속이 적정 레벨을 유지하도록 용융금속의 배출량을 조절하는 용융금속 공급장치가 설치되고, 상기 액적형성장치의 하측에는 상기 액적형성장치로부터 적하되는 용융금속을 분위기가스로서 냉각하여 진구도가 높은 솔더볼을 형성하는 하부챔버가 설치되고, 상기 하부챔버의 하측에는 낙하되는 솔더볼의 샘플을 채취하는 샘플채취기가 설치며 작업의 중단 없이 연속적으로 솔더볼의 포집이 가능한 포집부가 설치되고, 상기 상.하부챔버의 일측에는 불활성가스를 공급하여 내부의 압력차를 동일하게 유지시키기 위한 압력차유지장치가 설치되고, 상기 하부챔버의 타측에는 액적을 냉각하기 위한 분위기가스인 산소를 일정한 농도로 유지시키는 산소농도 조절장치가 설치된 것에 특징이 있다.The gas drop method of the solder ball manufacturing apparatus of the present invention is a solder ball manufacturing apparatus used for a BGA package, CSP, flip chip, the lower chamber is installed below the upper chamber in which the separator is installed chamber A droplet forming apparatus is installed at the center of the separator to drop droplets of the molten metal crushed by the vibration of high amplitude, and maintain uniform level of the introduced molten metal at a constant level to form uniform droplets. On the upper side of the forming apparatus is provided a molten metal supply device for melting and mixing the alloy to be supplied to the droplet forming apparatus and to control the discharge of molten metal so that the molten metal supplied to the droplet forming apparatus maintains an appropriate level, The lower side of the droplet forming apparatus cools the molten metal dripped from the droplet forming apparatus as an atmosphere gas to obtain a solder ball having a high sphericity. A lower chamber to be formed is installed, and a lower part of the lower chamber is provided with a sampler for collecting a sample of the falling solder ball, and a collecting part capable of continuously collecting solder balls without interruption of work is installed, and one side of the upper and lower chambers is provided. There is a pressure difference maintaining device for supplying an inert gas to maintain the same internal pressure difference, and on the other side of the lower chamber is an oxygen concentration adjusting device for maintaining oxygen, which is an atmosphere gas for cooling the droplets, at a constant concentration. It is characterized by being installed.
도 1은 인쇄회로기판에 반도체 패키지가 장착되는 상태의 예시도.1 is a diagram illustrating a state in which a semiconductor package is mounted on a printed circuit board.
도 2는 크기에 따른 여러 종류의 솔더볼 확대도.Figure 2 is an enlarged view of several types of solder ball according to the size.
도 3은 본 발명에 따른 가스 적하방식의 솔더볼 제조장치의 전체구성도.3 is an overall configuration diagram of a solder ball manufacturing apparatus of a gas dropping method according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 가스 적하방식의 솔더볼 제조장치에 있어 용융금속Figure 4 is a molten metal in the gas ball soldering device manufacturing apparatus according to the present invention
공급장치 및 액적형성장치의 확대단면도.Enlarged cross-sectional view of the feeder and droplet forming device.
도 5는 본 발명에 따른 가스 적하방식의 솔더볼 제조장치의 샘플채취기5 is a sample collector of the solder ball manufacturing apparatus of the gas dropping method according to the invention
확대단면도.Magnified cross section.
도 6은 본 발명에 따른 가스 적하방식의 솔더볼 제조장치에 있어 용융금속6 is a molten metal in the gas drop method solder ball manufacturing apparatus according to the present invention
공급장치의 다른 실시예를 나타낸 구성도.Configuration diagram showing another embodiment of the supply device.
도 7a 내지 도 7f는 챔버의 산소농도 및 용융금속 교반에 따른 솔더볼의7a to 7f is a solder ball according to the oxygen concentration of the chamber and the molten metal stirring
외관과 조직도.Appearance and organization chart.
<도면의 주요부분에 대한 부호의설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 용융금속 공급장치 10a : 교반기 10b : 배출조절기10: molten metal supply device 10a: agitator 10b: discharge controller
11 : 용해로 12 : 가열부 13 : 교반날개11 melting furnace 12 heating part 13 stirring blade
13a : 회전봉 14 : 교반모터 15 : 실린더13a: rotating rod 14: stirring motor 15: cylinder
16 : 구동축 17 : 스토퍼 18 : 배출관16 drive shaft 17 stopper 18 discharge pipe
20 : 액적형성장치 21a : 요크 21b : 턴디쉬20: droplet forming apparatus 21a: yoke 21b: tundish
23 : 진동발생장치 24 : 플란져 25 : 노즐23 vibration device 24 plunger 25 nozzle
26 : 용탕공급관 27a : 제 1 레벨감지센서 27b : 제 2 레벨감지센서26: molten metal supply pipe 27a: the first level sensor 27b: the second level sensor
28a : 통공 28b : 격벽 29a : 제 1 저장조28a: through hole 28b: partition 29a: first reservoir
29b : 제 2 저장조 30 : 챔버 36 : 분위기가스29b: second reservoir 30: chamber 36: atmosphere gas
37 : 솔더볼 38a : 상부챔버 38b : 하부챔버37 solder ball 38a upper chamber 38b lower chamber
40 : 산소농도 조절장치 41 : 제 3 밸브 42 : 산소농도 감지부40: oxygen concentration adjusting device 41: third valve 42: oxygen concentration detecting unit
43 : 순환팬 44 : 산소공급부 TH : 온도감지센서43: circulation fan 44: oxygen supply TH: temperature sensor
50 : 샘플채취기 51a, 51b : 노브 52 : 샤프트50: sampler 51a, 51b: knob 52: shaft
53 : 부싱 54 : 오링 55 : 요홈부53: bushing 54: O-ring 55: groove
60 : 포집부 62 : 밸브 61 : 보조 포집탱크60: collecting part 62: valve 61: auxiliary collecting tank
63 : 주 포집탱크 70 : 압력차유지장치 71 : 압력차감지부63: main collection tank 70: pressure differential holding device 71: pressure differential detecting unit
72, 73 : 제 1, 제 2 솔레노이드밸브 75 : 가스공급부72, 73: 1st, 2nd solenoid valve 75: gas supply part
80 : 솔더와이어 81 : 케이스 82 : 보빈80 solder wire 81 case 82 bobbin
83 : 와이어피더 19, 22, 26a, 38aa, 38ab : 히터83: wire feeder 19, 22, 26a, 38aa, 38ab: heater
이하 첨부된 도 3에 의해 본 발명의 개략적인 구성과 시스템 전체의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a schematic configuration of the present invention and an operation process of the entire system will be described with reference to FIG. 3.
도 3은 본 발명에 따른 분위기가스적하방식의 솔더볼 제조장치의 전체구성도로서, 분리대(39)가 설치된 상부챔버(38a)의 하측에 하부챔버(38b)가 설치되어 챔버(30)를 구성하고 있으며, 상기 분리대(39) 중앙부에는 전자장치 및 기계적인 구조로서 높은 진폭을 가지며 300~5,000㎐의 진동수로 진동되는 진동발생장치에 의해 직경 100~1500㎛ 범위내에서 용융금속의 액적(液滴)을 적하(滴下)하고, 투입된 용융금속의 수위를 일정레벨로 유지하여 균일한 액적을 형성하는 액적형성장치(20)가 구비된다.3 is an overall configuration diagram of the solder ball manufacturing apparatus of the atmosphere gas dropping method according to the present invention, the lower chamber 38b is installed below the upper chamber 38a in which the separator 39 is installed to constitute the chamber 30. In the central part of the separator 39, an electronic device and a mechanical structure have a high amplitude, and a droplet of molten metal within a diameter of 100 to 1500 µm by a vibration generating device vibrating at a frequency of 300 to 5,000 Hz. A drop forming apparatus 20 is formed to drop uniformly and to maintain uniform water level of the injected molten metal at a constant level to form uniform droplets.
상기 액적형성장치(20)의 상측에는 투입되는 납(Pb)과 주석(Sn)을 비롯한 450℃ 이내의 용융점을 가지는 합금을 용융 및 고르게 혼합하여 상기 액적형성장치 (20)에 연속적으로 공급하되, 이 액적형성장치(20)에 유입된 용융금속이 적정 레벨을 유지할 수 있도록 용융금속의 배출량을 조절하는 용융금속 공급장치(10)가 설치된다.On the upper side of the droplet forming apparatus 20, the alloy having a melting point within 450 ℃ including lead (Pb) and tin (Sn) is melted and mixed evenly and continuously supplied to the droplet forming apparatus 20, The molten metal supply apparatus 10 which controls the discharge | emission of molten metal so that the molten metal which flowed into this droplet forming apparatus 20 may maintain an appropriate level is provided.
상기 하부챔버(38b)의 하측에는 솔더볼(37)의 샘플을 채취할 수 있는 샘플채취기(50)가 연결 설치되어 작업의 중단없이 연속적으로 솔더볼의 포집이 가능하도록 하는 포집부(60)가 구비된다.The lower part of the lower chamber 38b is provided with a collecting unit 60 which is connected to the sample collector 50 for collecting the sample of the solder ball 37 to enable the continuous collection of the solder ball without interruption of work. .
상기 상.하부챔버(38a)(38b) 일측에는 내부의 압력차를 동일하게 유지시키기 위한 압력차유지장치(70)가 설치되고, 상기 상.하부챔버(38a)(38b) 타측에는 분위기가스인 산소농도를 일정하게 유지시키는 산소농도 조절장치(40)가 설치된다.One side of the upper and lower chambers 38a and 38b is provided with a pressure differential holding device 70 for maintaining the same pressure difference therein, and the upper and lower chambers 38a and 38b are atmospheric gases. An oxygen concentration adjusting device 40 is installed to keep the oxygen concentration constant.
상기와 같은 구조를 이루고 있는 본 발명에 따른 가스 적하방식의 솔더볼 제조장치의 개략적인 동작과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the schematic operation of the solder ball manufacturing apparatus of the gas dropping method according to the present invention having the above structure as follows.
먼저 제어부(100)에서 압력차유지장치(70)에 의해 상부챔버(38a)와 하부챔버 (38b) 내부의 압력을 동일하게 유지시킴과 동시에 산소농도 조절장치(40)를 동작시켜 하부챔버(38b)에 분위기가스인 산소농도를 일정하게 유지시킨다.First, the control unit 100 maintains the pressure inside the upper chamber 38a and the lower chamber 38b by the pressure difference maintaining device 70, and simultaneously operates the oxygen concentration adjusting device 40 to operate the lower chamber 38b. ) To maintain a constant oxygen concentration as an atmospheric gas.
이러한 상태에서 용융금속 공급장치(10)로부터 액적형성장치(20)에 용융금속을 공급하게 되고, 액적형성장치(20)내에 용융금속이 일정수위에 도달하게 되면 300~5,000㎐의 진동에 의해 용융금속을 100~1500㎛ 범위로 파쇄된 액적(液滴)을 형성하여 적하(滴下)시킨다.In such a state, molten metal is supplied from the molten metal supply device 10 to the droplet forming apparatus 20. When the molten metal reaches a predetermined level in the droplet forming apparatus 20, the molten metal is melted by vibration of 300 to 5,000 Hz. The metal is dripped to form crushed droplets in the range of 100 to 1500 µm.
따라서 상기 액적형성장치(20)로부터 적하되는 용융금속인 액적은 상.하부챔버(38a)(38b)내에 유입되어 있는 분위기가스(36)인 산소에 의해 서서히 냉각이 이루어지 짐으로써 표면장력에 의해 진구도가 높은 구형의 솔더볼(37)을 형성하게 되며, 지속적인 낙하로 완전히 냉각되어 고형화된 솔더볼(37)을 얻게된다.Accordingly, droplets, which are molten metal dropped from the droplet forming apparatus 20, are gradually cooled by oxygen, which is the atmospheric gas 36 flowing into the upper and lower chambers 38a and 38b, and thus, due to surface tension. The spherical solder ball 37 having a high spherical degree is formed and completely cooled by a continuous drop to obtain a solidified solder ball 37.
이와 같이 상.하부챔버(38a)(38b)를 경유하여 고형화된 솔더볼(37)은 포집부 (60)의 보조 포집탱크(61)로 모이게되고, 이 포집된 솔더볼(37)은 밸브(62)의 개폐 동작으로 작업의 중단없이 연속적으로 포집이 가능하며, 샘플채취기(50)에 의해 임의적으로 솔더볼(37)의 채취가 가능 가능하게 되는 것이다.Thus, the solder balls 37 solidified via the upper and lower chambers 38a and 38b are collected into the auxiliary collecting tank 61 of the collecting unit 60, and the collected solder balls 37 are connected to the valve 62. By the opening and closing operation of the operation can be continuously collected without interruption, the sampler 50 will be able to collect the solder ball (37) arbitrarily.
이하 본 발명에 따른 가스 적하방식의 솔더볼 제조장치를 보다 구체적인 구성을 첨부된 도 3 내지 도 7에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a detailed description of the gas dropping solder ball manufacturing apparatus according to the present invention will be given with reference to FIGS. 3 to 7.
분리대(39)가 설치된 상부챔버(38a)의 하측에 하부챔버(38b)가 설치되어 챔버(30)를 구성하고 있으며, 상기 상부챔버(38a)의 분리대(39) 중앙부에는 액적형성장치(20)가 설치된다.The lower chamber 38b is installed below the upper chamber 38a in which the separator 39 is installed to form a chamber 30. The droplet forming apparatus 20 is formed at the center of the separator 39 of the upper chamber 38a. Is installed.
압력차유지장치(70)는 도 3에서와 같이 챔버(30)를 구성하고 있는 상.하부챔버(38a)(38b)의 내부 압력차를 센싱하여 그에 비례하는 전기적인 신호를 제어부 (100)로 출력하는 압력차감지부(71)와, 상기 상.하부챔버(38a)(38b) 내부에 일정한 압력을 유지하기 위해 헬륨등의 불활성가스를 제공하는 가스공급부(75)와, 상기 상.하부챔버(38a)(38b)의 내부 압력이 일정범위를 초과할 경우 내부가스를 배출하는 제 1 솔레노이드밸브(73)와, 상기 가스공급부(75)에 저장된 불활성가스를 상.하부챔버(38a)(38b)에 공급하는 제 2 솔레노이드밸브(73)로 구성된다.The pressure differential holding device 70 senses an internal pressure difference between the upper and lower chambers 38a and 38b constituting the chamber 30 as shown in FIG. 3, and transmits an electrical signal proportional thereto to the controller 100. An output pressure differential detecting unit 71, a gas supply unit 75 for providing an inert gas such as helium to maintain a constant pressure inside the upper and lower chambers 38a and 38b, and the upper and lower chambers ( When the internal pressure of the 38a) 38b exceeds a predetermined range, the first solenoid valve 73 for discharging the internal gas and the inert gas stored in the gas supply unit 75 are provided in the upper and lower chambers 38a and 38b. It consists of a 2nd solenoid valve 73 supplied to.
또한 산소농도 조절장치(40)는 하부챔버(38a) 내부 두 지점의 산소농도를 센싱하여 그에 비례하는 전기적인 신호를 제어부(100)로 출력하는 산소농도감지부 (42)와, 상기 제어부(100)에 의해 구동되어 산소공급부(44)에 유입된 산소를 하부챔버(38a)로 공급 및 차단하는 제 3 솔레노이브밸브(41)와, 상기 하부챔버(38a)에 설치되어 내부에 유입된 분위기가스(36)를 고르게 분포시키기 위해 강제 순환시키는 순환팬(43)으로 구성된다.In addition, the oxygen concentration adjusting device 40 senses oxygen concentration at two points inside the lower chamber 38a and outputs an electrical signal proportional thereto to the control unit 100, and an oxygen concentration detecting unit 42 and the control unit 100. And a third solenoid valve 41 for supplying and blocking oxygen introduced into the oxygen supply unit 44 to the lower chamber 38a and an atmosphere introduced into the lower chamber 38a. It consists of a circulation fan 43 forcibly circulating to distribute the gas 36 evenly.
그리고 포집부(60)는 상기 하부챔버(38a)의 하측에 설치되어 샘플채취기(50)가 설치되며 솔더볼(37)을 임시적으로 포집하는 보조 포집탱크(61)와, 상기 보조 포집탱크(61)의 하측에 설치되어 작업의 중단없이 연속적으로 솔더볼의 포집이 가능하도록 개폐가 가능한 밸브(62)와, 상기 밸브(62)의 하측에 설치되어 솔더볼(37)을 연속적으로 포집하는 주 포집탱크(63)로 구성되고, 상기 밸브(62)의 개폐 조작에 따라 작업의 중단없이 연속적으로 솔더볼의 포집이 가능하도록 구성되어 있다.And the collecting unit 60 is installed on the lower side of the lower chamber (38a) is a sample collector 50 is installed and the auxiliary collecting tank 61 for collecting the solder ball 37 temporarily, and the auxiliary collecting tank 61 A valve 62 installed at a lower side of the valve 62 to open and close to continuously collect solder balls without interruption of work, and a main collecting tank 63 installed at a lower side of the valve 62 to continuously collect solder balls 37. ), And the solder ball can be continuously collected according to the opening and closing operation of the valve 62 without interruption of the work.
도 4는 본 발명에 따른 가스 적하방식의 솔더볼 제조장치에 있어 용융금속 공급장치 및 액적형성장치의 확대단면도로서, 용융금속 공급장치(10)는 원통형의 용해로(11) 외주면에 납땜용 금속을 용융시키는 가열부(12)가 설치되고, 상기 용해로(11)의 하측에는 외주면에 히터(19)가 설치된 토출관(18)을 통해 용융되어진 용융금속을 액적형성장치(20)로 공급하도록 구성된다.4 is an enlarged cross-sectional view of a molten metal supply apparatus and a droplet forming apparatus in the gas drop method solder ball manufacturing apparatus according to the present invention, the molten metal supply apparatus 10 melts the soldering metal on the outer peripheral surface of the cylindrical melting furnace 11 The heating unit 12 is provided, and the molten metal melted through the discharge pipe 18 provided with the heater 19 on the outer circumferential surface of the melting furnace 11 is configured to supply the molten metal to the droplet forming apparatus 20.
그리고 상기 용해로(11) 상부에는 용융된 금속을 고르게 혼합시키는 교반기 (10a)가 설치되고, 상기 용해로(11)의 상부에는 액적형성장치(20)에 공급된 용융금속의 수위레벨에 따라 용융된 금속을 공급 및 차단하는 배출조절기(10b)가 설치되며, 상기 용해로(11) 내부 일측에는 용융금속의 온도를 센싱하여 그에 비례한 전기적신호를 제어부로 전송하는 온도감지센서(TH)가 설치된다.In addition, a stirrer 10a for uniformly mixing the molten metal is installed above the melting furnace 11, and the molten metal according to the level of the molten metal supplied to the droplet forming apparatus 20 is disposed above the melting furnace 11. A discharge controller (10b) for supplying and blocking the supply is installed, the temperature sensor (TH) for sensing the temperature of the molten metal in one side of the melting furnace 11 and transmits an electrical signal in proportion thereto.
여기서 상기 교반기(10a)는 종단부에 교반날개(13)가 설치된 회전봉(13)을 회전시키는 교반모터(14)를 구동하여 용융금속을 고르게 혼합하도록 구성되며, 배출조절기(10b)는 종단부에 스토퍼(17)가 형성된 구동축(16)을 실린더(15)로서 승하강시켜 용해로(11)의 토출관(18)을 개폐시킴으로써 용융금속의 배출을 제한하도록 구성된다.Wherein the stirrer (10a) is configured to evenly mix the molten metal by driving the stirring motor 14 for rotating the rotating rod 13, the stirring blade 13 is installed at the end, the discharge controller (10b) is the end The drive shaft 16 on which the stopper 17 is formed is lifted and lowered as the cylinder 15 to open and close the discharge pipe 18 of the melting furnace 11 so as to limit the discharge of molten metal.
또한 액적형성장치(20)는 외주면에 히터(22)가 설치된 턴디쉬(Turndish,) (21b) 및 이를 커버하고 있는 요크(Yoke)(21a)가 구비되고, 상기 턴디쉬(21b)는 통공(28a)이 형성된 격벽(28b)에 의해 제 1, 제 2 저장조(29a)(29b)로 구분되며, 상기 제 1 저장조(29a) 내부에는 외주에 히터(26a)가 설치되어 용융금속 공급장치 (10)로부터 배출되는 용융금속을 공급하는 용탕공급관(26)과, 공급된 용융금속의 수위를 감지하는 제 1, 제 2 레벨감지센서(27a)(27b)가 설치되고, 상기 제 2 저장조(29b) 의 하측 중앙부에는 직경 100~1500㎛의 노즐(25)이 형성되며, 제 2 저장조 (29b)의 중앙부에는 전자 및 기계적인 장치에 의해 300~5,000㎐의 주파수로 진동하여 플란져(Plunger)(24)로서 노즐(25) 부위로부터 수 ㎜ 떨어져 진동을 가하는 진동발생장치(23)가 설치되어 구성된다.In addition, the droplet forming apparatus 20 includes a tundish 21b having a heater 22 installed on an outer circumferential surface thereof, and a yoke 21a covering the tumbled dish 21b, and the tundish 21b has a through hole. The first and second reservoirs 29a and 29b are divided by the partition wall 28b having the 28a formed therein, and a heater 26a is installed at an outer circumference of the first reservoir 29a to provide a molten metal supply device 10. The molten metal supply pipe 26 for supplying the molten metal discharged from the) and the first, second level sensor (27a, 27b) for detecting the level of the supplied molten metal is provided, the second reservoir (29b) A nozzle 25 having a diameter of 100 to 1500 µm is formed at a lower center portion of the lower portion of the second reservoir 29b, and a plunger 24 is vibrated at a frequency of 300 to 5,000 Hz by an electronic and mechanical device. The vibration generating device 23 which vibrates several mm apart from the nozzle 25 part is provided.
도 5는 본 발명에 따른 가스 적하방식의 솔더볼 제조장치에 있어 샘플채취기 (50)의 확대단면도로서, 샤프트(52)의 양측에 노브(51a)(51b)가 설치되고, 상기 샤트트(52)의 중앙부에 분위기가스(36)에 의해 냉각되어진 솔더볼(37)이 안치되는 요홈부(55)가 형성되며, 상기 샤프트(52)와 보조 포집탱크(61) 사이에 분위기가스 (36)의 유출을 방지하기 위해 부싱(53)과 오링(54)으로 밀폐되어 구성된다.5 is an enlarged cross-sectional view of the sampler 50 in the gas dropping solder ball manufacturing apparatus according to the present invention, knobs 51a and 51b are provided on both sides of the shaft 52, and the chart 52 is provided. The recess 55 is formed in the center of the solder ball 37 is cooled by the atmosphere gas 36, and the outflow of the atmosphere gas 36 between the shaft 52 and the auxiliary collecting tank 61 is formed. In order to prevent the bushing 53 and the O-ring 54 is sealed.
상기와 같이 이루어진 본 발명에 따른 가스 적하방식의 솔더볼 제조장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the solder ball manufacturing apparatus of the gas dropping method according to the present invention made as described above are as follows.
먼저 미도시된 진공펌프를 사용하여 액적형성장치(20) 및 상.하부챔버(38a) (38b) 내부의 진공도를 1×10-2∼ 10-3torr 범위로 유지시킨 상태에서 압력차유지장치(70)와 산소농도 조절장치(40)에 의해 적정한 압력과 산소농도를 유지시킨다.First, using the vacuum pump (not shown), the pressure difference maintaining apparatus in the state of maintaining the vacuum degree inside the droplet forming apparatus 20 and the upper and lower chambers 38a and 38b in the range of 1 × 10 -2 to 10 -3 torr. 70 and the oxygen concentration adjusting device 40 maintain the appropriate pressure and oxygen concentration.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 압력차유지장치(70)인 압력차감지부(71)에서 상.하부챔버(38a)(38b)의 압력차를 감지하여 그에 비례하는 전기적신호를 제어부 (100)로 전송하게 되며, 상기 제어부(100)에서는 압력차감지부(71)로부터의 신호를 판독하여 상.하부챔버(38a)(38b) 내부의 압력을 각각 감지하게 된다.That is, as shown in FIG. 3, the pressure difference detecting unit 71, which is the pressure difference maintaining device 70, detects a pressure difference between the upper and lower chambers 38a and 38b and controls an electrical signal proportional thereto. The control unit 100 reads a signal from the pressure difference detecting unit 71 to sense pressure inside the upper and lower chambers 38a and 38b, respectively.
이때 상기 제어부(100)에서 감지된 상.하부챔버(38a)(38b)의 압력차가 설정된 범위에 미치지 못할 경우 제 2 솔레노이드밸브(73)를 개방하여 가스공급부(75)에 저장된 헬륨 등의 불활성가스를 공급하게 되며, 또한 내부 압력차가 설정된 범위를 초과할 경우 제 1 솔레노이드밸브(72)를 개방하여 내부압력을 낮추게되어 상.하부챔버(38a)(38b) 내부의 압력을 항시 550∼1500torr로 유지하도록 한다.At this time, if the pressure difference of the upper and lower chambers 38a and 38b detected by the controller 100 does not reach the set range, the second solenoid valve 73 is opened to inert gas such as helium stored in the gas supply unit 75. In addition, if the internal pressure difference exceeds the set range, the internal pressure is lowered by opening the first solenoid valve 72 to maintain the pressure inside the upper and lower chambers 38a and 38b at 550 to 1500torr at all times. Do it.
또한 산소농도 조절장치(40)인 산소농도감지부(42)에서 하부챔버(38b)의 임의의 한 지점에서 산소농도를 센싱하여 그 농도차에 비례하는 전기적인 신호를 제어부(100)로 출력하게 되며, 상기 제어부(100)에서는 산소농도감지부(42)에서 감지된 신호를 읽어들여 하부챔버(38b)의 산소농도를 지속적으로 체크하게 된다.In addition, the oxygen concentration sensing unit 42, the oxygen concentration adjusting unit 40, senses the oxygen concentration at any point of the lower chamber 38b, and outputs an electrical signal proportional to the concentration difference to the controller 100. The controller 100 continuously checks the oxygen concentration of the lower chamber 38b by reading the signal detected by the oxygen concentration detecting unit 42.
이때 하부챔버(38b)의 산소농도가 설정된 레벨에 도달되지 않을 경우 제 3 솔레노이브밸브(41)를 개방시켜 산소공급부(44)에 저장된 산소를 공급하게 되며, 상기 산소농도감지부(42)로부터의 지속적인 산소농도 검출에 의해 하부챔버(38b)의 산소농도가 설정된 레벨에 도달될 경우 제 3 솔레노이브밸브(41)를 폐쇄시켜 산소공급을 중단하는 한편, 순환팬(43)을 가동시켜 하부챔버(38b) 내의 분위기가스를 강제 순환시킴으로써 산소농도를 20∼50ppm 범위내에서 일정하게 유지시킨다.At this time, when the oxygen concentration of the lower chamber 38b does not reach the set level, the third solenoid valve 41 is opened to supply oxygen stored in the oxygen supply unit 44, and the oxygen concentration detection unit 42 is provided. When the oxygen concentration of the lower chamber 38b reaches the set level by continuous oxygen concentration detection from the oxygen, the third solenoid valve 41 is closed to stop the oxygen supply, and the circulation fan 43 is operated. By forcibly circulating the atmospheric gas in the lower chamber 38b, the oxygen concentration is kept constant within the range of 20 to 50 ppm.
이러한 상태에서 솔더볼을 형성하기 위한 금속을 용융금속 공급장치(10)의 용해로(11) 내부에 적정량 투입하여 가열부(12)의 히터에 전원을 공급하게 되면 상기 가열부(12)로부터 발생되는 고온의 열에 의해 용해로(11) 내부에 투입된 금속이 용융되며, 이때 교반기(10a)인 교반모터(14)의 동작으로 회전봉(13a)에 설치된 교반날개(13)가 일정한 속도로 회전하여 용융금속을 고르게 혼합시키게 되고, 용융금속의 온도는 온도감지센서(TH)에 의해 지속적으로 센싱되고 있다.In this state, when a suitable amount of metal is formed in the melting furnace 11 of the molten metal supply apparatus 10 to supply power to the heater of the heating unit 12, the high temperature generated from the heating unit 12. The metal introduced into the melting furnace 11 is melted by the heat of the agitator. At this time, the stirring blade 13 installed on the rotating rod 13a rotates at a constant speed by the operation of the stirring motor 14 which is the stirrer 10a to evenly melt the metal. To be mixed, the temperature of the molten metal is continuously sensed by the temperature sensor (TH).
여기서 용해로(11)에 투입되는 금속이 Sn63 Pb37 공정 솔더 합금의 경우 가열부(12)의 온도를 185∼260℃의 온도로 제어하여 용융시킨다.Here, in the case of the Sn63 Pb37 eutectic solder alloy, the metal introduced into the melting furnace 11 is melted by controlling the temperature of the heating unit 12 to a temperature of 185 to 260 ° C.
상기 온도감지센서(TH)에 의해 감지된 용융금속의 온도가 일정치 이상으로 도달될 경우 제어부에서는 배출조절기(10b)의 실린더(15)를 구동하여 구동축(16)에 연결 설치된 스토퍼(17)를 상승시킴에 따라 용융금속을 토출관(18)과 용탕공급관 (26)을 통해 액적형성장치(20)의 턴디쉬(21b)인 제 1 저장조(29a)에 유입된다.When the temperature of the molten metal detected by the temperature sensor TH reaches a predetermined value or more, the controller drives the cylinder 15 of the discharge controller 10b to connect the stopper 17 installed to the drive shaft 16. As it rises, molten metal flows into the first reservoir 29a which is the tundish 21b of the droplet forming apparatus 20 through the discharge pipe 18 and the molten metal supply pipe 26.
이때 제 1 저장조(29a)로 유입된 용융금속은 격벽(28b)에 형성된 통공(28a)을 통해 제 2 저장조(29b)로 서서히 공급됨으로써 용탕공급관(26)으로부터 공급되는 용융금속에 의한 유동(출렁임) 없이 공급하게 되는 것이다.At this time, the molten metal introduced into the first reservoir 29a is gradually supplied to the second reservoir 29b through the through hole 28a formed in the partition wall 28b, thereby flowing by the molten metal supplied from the molten metal supply pipe 26. Will be supplied without
또한, 상기 제 2 저장조(29a)에 지속적으로 저장되는 용융금속이 제 1 레벨감지센서(27a)가 설치된 위치에 도달되면 제어부에서 이를 감지하여 배출조절기 (10a)의 실린더(15)를 동작시킴에 따라 구동축(16)에 설치된 스토퍼(17)를 하강함으로써 용해로(11) 내부에 용융된 용융금속이 제 1 저장조(29a)에 유입되는 것을 차단하게 되고, 상기 제 1 저장조(29a)에 유입된 용융금속이 소모되어 제 2 레벨감지센서(27b)가 설치된 위치에 도달하면 스토퍼(17)를 다시 상승시켜 용융금속의 유입을 재개함에 따라 턴디쉬(21b) 내부에는 항시 일정한 범위내에서 용융금속이 존재하도록 함으로써 과도한 공급 또는 완전히 소진되는 문제를 해결하여 일정한 규격의 솔더볼을 제조할 수 있도록 되어 있다.In addition, when the molten metal continuously stored in the second reservoir 29a reaches the position where the first level sensor 27a is installed, the controller detects this and operates the cylinder 15 of the discharge controller 10a. As a result, the stopper 17 installed on the drive shaft 16 is lowered to prevent the molten metal melted in the melting furnace 11 from flowing into the first reservoir 29a and the molten metal introduced into the first reservoir 29a. When the metal is consumed and reaches the position where the second level sensor 27b is installed, the stopper 17 is raised again to resume the inflow of the molten metal so that the molten metal is always present within a predetermined range within the tundish 21b. It is possible to manufacture solder balls of a certain size by solving the problem of excessive supply or exhaustion.
한편, 상기 제 2 저장조(29a)에 지속적으로 저장되는 용융금속이 제 1 레벨감지센서(27a)가 설치된 위치에 도달되면 제어부에서 이를 감지하여 전자장치 및 기계적인 구조로서 액적간 합착방지를 위해 비산 액적간 거리를 충분히 유지할 수 있을 정도의 높은 진폭을 가지며 300~5,000㎐의 주파수로 진동되는 진동발생장치 (23)를 구동하게 되며, 상기 진동발생장치(23)의 진동으로 인해 플란져(24)가 노즐 (25) 부위로부터 수직 방향으로 수 ㎜ 떨어져 진동함으로써 제 2 저장조(29b)에 유입된 용융금속을 파쇄하여 직경 100~1500㎛ 범위내에서 액적을 형성하고, 이 액적은 노즐(25)을 통해 상부챔버(38a)에 유입되어 있는 산소인 분위기가스(36)로 적하하게 된다.On the other hand, when the molten metal continuously stored in the second reservoir 29a reaches the position where the first level sensor 27a is installed, the control unit detects this and scatters the droplets to prevent coalescence between the electronic devices and the mechanical structure. Drive the vibration generator 23 having a high amplitude enough to sufficiently maintain the distance between the droplets and vibrating at a frequency of 300 ~ 5,000 kHz, the plunger 24 due to the vibration of the vibration generator 23 Vibrates several millimeters apart from the nozzle 25 in the vertical direction to crush the molten metal introduced into the second reservoir 29b to form droplets within a diameter of 100 to 1500 µm. Through the dropwise to the atmosphere gas 36 which is oxygen flowing into the upper chamber 38a.
따라서 상부챔버(38a) 내부로 적하된 200℃ 이상의 액적은 분위기가스(36)에 의해 냉각되며, 이때 액적이 냉각되는 과정에서 표면장력에 의해 진구도가 높은 구형의 솔더볼(37)을 형성하게 되며, 이러한 솔더볼(37)은 하부챔버(38b) 내부에서 계속적으로 하강하여 천천히 냉각이 이루어지면서 냉각부(40)의 보조 포집탱크(61)로 모이게 되고, 상기 밸브(62)의 개폐 조작에 따라 작업의 중단없이 연속적으로 솔더볼의 포집이 가능하도록 구성되어 있다.Therefore, droplets of 200 ° C. or more dropped into the upper chamber 38a are cooled by the atmosphere gas 36, and in this process, spherical solder balls 37 having high sphericity are formed by surface tension in the process of cooling the droplets. The solder balls 37 are continuously lowered in the lower chamber 38b to be slowly cooled and gathered into the auxiliary collection tank 61 of the cooling unit 40, and work in accordance with the opening and closing operation of the valve 62. It is configured to collect solder balls continuously without interruption.
즉, 밸브(62)를 개방시킨 상태에서는 고형화된 솔더볼(37)이 보조 포집탱크(61)와 밸브(62)를 통해 주 포집탱크(63)에 모이게 되나, 상기 주 포집탱크(63)에 솔더볼(37)이 적정량 포집되어 교체를 요할 경우에는 밸브(62)를 폐쇄시킨 상태에서 주 포집탱크(63)를 교체하게 되며, 이때 하부챔버(38b)를 통해 낙하되는 솔더볼 (37)은 보조 포집탱크(61)에 모이게 된다.That is, in the state in which the valve 62 is opened, the solidified solder balls 37 are collected in the main collecting tank 63 through the auxiliary collecting tank 61 and the valve 62, but the solder balls in the main collecting tank 63. If the appropriate amount of 37 is collected and needs to be replaced, the main collecting tank 63 is replaced while the valve 62 is closed. At this time, the solder ball 37 falling through the lower chamber 38b is the auxiliary collecting tank. Are gathered at (61).
이 후 주 포집탱크(63)의 교체가 완료되면 밸브(62)를 원래의 상태로 개방시켜 보조 포집탱크(61)에 모여진 솔더볼을 주 포집탱크(63)로 배출하게 함으로써 시스템 작업의 중단없이 연속적으로 솔더볼의 포집이 이루어질 수 있는 것이다.After the replacement of the main collecting tank 63 is completed, the valve 62 is opened to its original state so that the solder balls collected in the auxiliary collecting tank 61 are discharged to the main collecting tank 63, thereby continuing the system operation without interruption. The solder ball can be collected.
다음은 도 5에 의해 솔더볼(37)의 진구도 및 크기 등을 측정하기 위해 임의의 샘플을 채취하기 위한 샘플채취 과정을 설명하면, 하부챔버(38b) 내부에 유입된 산소의 분위기가스(36)에 의해 냉각되어 낙하되는 솔더볼(37)은 샤프트(52)의 중앙부에 형성된 요홈부(55)로 유입되고, 이 상태에서 샤프트(52)의 양측에 설치된 노브(51a)(51b)를 당기게되면 부싱(53)에 의해 요홈부(55)가 외부로 노출되어 샘플을 채취하게 되며, 상기 부싱(53)과 오링(54)에 의해 기밀을 유지하게 되어 분위기가스 및 불활성가스는 유출되지 않도록 되어 있다.Next, a sampling process for taking an arbitrary sample to measure the sphericity and size of the solder ball 37 will be described with reference to FIG. 5. The atmosphere gas 36 of oxygen introduced into the lower chamber 38b is described below. The solder ball 37 which is cooled and dropped by the water flows into the recessed portion 55 formed in the center portion of the shaft 52. In this state, when the knobs 51a and 51b installed on both sides of the shaft 52 are pulled out, the bushing The groove portion 55 is exposed to the outside by the 53 to collect a sample, and the gas is maintained by the bushing 53 and the O-ring 54 so that the atmosphere gas and the inert gas do not flow out.
또한 상기의 솔더볼(37)의 포집과정에서 밸브(62)의 잦은 개폐로 인해 상.하부챔버(38a)(38b) 내부의 압력과 분위기가스인 산소농도가 떨어질 경우 균일한 솔더볼을 제조할 수 없게되므로 압력차유지장치(70) 및 산소농도 조절장치(40)에 의해 챔버(30) 내부의 압력과 산소농도를 일정하게 유지시키게 된다.In addition, in the process of collecting the solder ball 37, if the pressure in the upper and lower chambers 38a and 38b and the oxygen concentration of the atmosphere gas drop due to frequent opening and closing of the valve 62, a uniform solder ball cannot be manufactured. Therefore, the pressure difference maintaining device 70 and the oxygen concentration adjusting device 40 maintain constant pressure and oxygen concentration inside the chamber 30.
도 6은 본 발명에 따른 가스 적하방식의 솔더볼 제조장치에 있어 용융금속 공급장치의 다른 실시예를 나타낸 구성도로서, 케이스(81) 내부에 솔더와이어(80)가 권선된 보빈(82)이 설치되며, 상기 보빈(82)에 권선된 솔더와이어(80)는 와이어피더(83)에 의해 용탕공급관(26)으로 강제 이송되도록 하는 와이어 피딩장치를 적용한 것이다.6 is a configuration diagram showing another embodiment of the molten metal supply apparatus in the gas drop method solder ball manufacturing apparatus according to the present invention, the bobbin 82 wound around the solder wire 80 is installed in the case 81 The solder wire 80 wound on the bobbin 82 is applied with a wire feeding device to be forcibly transferred to the molten metal supply pipe 26 by the wire feeder 83.
즉, 와이어피더(83)에 의해 보빈(82)에 권선된 솔더와이어(80)를 액적형성장치(20)의 용탕공급관(26)으로 강제로 이송시키게 되면 상기 솔더와이어(80)는 용탕공급관(26)의 외측에 설치된 히터(26a)에 의해 순간적으로 용융되어 용융금속으로 변화되고, 이 용융금속을 제 1 저장조(29a)에 유입되도록 한 것이다.That is, when the solder wire 80 wound on the bobbin 82 by the wire feeder 83 is forcibly transferred to the molten metal supply pipe 26 of the droplet forming apparatus 20, the solder wire 80 may be a molten metal supply pipe ( The molten metal is instantaneously melted and changed into molten metal by the heater 26a provided on the outside of 26, and the molten metal is allowed to flow into the first reservoir 29a.
따라서 이와 같은 솔더와이어 피딩 공급방식은 액적형성장치(20)에 유입된 용융금속의 수위레벨에 따라 와이어피더(83)의 구동을 제한이 가능하여 액적형성장치(20)의 융금금속 수위를 보다 일정하게 유지할 수 있는 장점이 있는 것이다.Therefore, the solder wire feeding method can limit the operation of the wire feeder 83 according to the level of molten metal introduced into the droplet forming apparatus 20, thereby more uniformly leveling the molten metal level of the droplet forming apparatus 20. There is an advantage that can be maintained.
상술한 바와 같이 동작되는 본 발명에 있어 상.하부챔버(38a)(38b)에 유입되어 있는 분위기가스(36)의 산소농도와 융융금속의 교반은 매우 중요하며, 이 산소농도에 의해 솔더볼(37)의 품질(진구도, 표면조도, 입도분포)이 결정된다.In the present invention operated as described above, the oxygen concentration of the atmospheric gas 36 introduced into the upper and lower chambers 38a and 38b and the stirring of the molten metal are very important, and the solder ball 37 ) Quality (sphericality, surface roughness, particle size distribution) is determined.
즉, 도 7a 내지 도 7f는 산도농도에 따라 제조된 솔더볼을 전사주사현미경 (SEM:Scanning Electron Microscope, Model: JEOL820)으로 관측된 외관사진과 조직 사진으로써, 산소농도(O2)를 20PPM 이하로 유지할 경우 전체 외관 모양과 조직은 7a의 (가), (나)에 에서와 같이 전체적으로 솔더볼 표면에 각짐 현상이 나타났다.That is, FIGS. 7A to 7F are appearance photographs and tissue photographs of solder balls manufactured according to acidity concentrations as scanned electron microscopes (SEM: Scanning Electron Microscope, Model: JEOL820), and oxygen concentration (O 2 ) of 20 PPM or less. When maintained, the overall appearance and texture were angular on the solder ball surface as in (a) and (b) of 7a.
그리고 산소농도를 50PPM 이상으로 유지할 경우 도 7b에서와 같이 패임 현상이나타나며, 산소농도를 약 100PPM 이상에서는 점점 계란과 같이 비대칭 타원형태로 변하다고 결국 약 1500PPM 이상에서는 도 7c에서와 같이 정충처럼 긴 꼬리를 가진 형태로 된다.When the oxygen concentration is maintained above 50PPM, the dents appear as in FIG. 7B, and the oxygen concentration gradually changes to an asymmetric oval shape like an egg at about 100PPM or more, and eventually, as in FIG. In the form of.
또한 용융금속 공급장치(10)에서 솔더금속이 용융될 때 40여분 이상 용탕을 교반을 해주지 않은 상태로 둘 경우 도 7d의 (가), (나)에서와 같이 부분편석이 발생하게되며, 현상은 제조하는 솔더볼의 구경이 작을수록 두드러지게 나타났다.In addition, when the molten metal is melted in the molten metal supply device 10 and the molten metal is left unstirred for more than 40 minutes, partial segregation occurs as shown in (a) and (b) of FIG. 7d. The smaller the diameter of the solder ball to manufacture was more pronounced.
그리고 산소함량이 50PPM 이하인 상태에서 용융금속을 교반하지 않았을 경우에는 도 7e에서와 같이 저농도산소함량과 합금분리의 복합작용으로 인해 불량의 솔더볼이 제조되었다.When the molten metal was not stirred in an oxygen content of 50 PPM or less, a defective solder ball was manufactured due to the combined action of low oxygen content and alloy separation as shown in FIG. 7E.
따라서 산소농도를 20∼50 PPM 사이를 유지하고 용융금속을 교반하거나, 와이어 피딩방식과 같이 필요한 만큼 바로 녹여 쓸수 있는 시스템을 활용하여 제조한 결과 도 7f에서와 같이 외관과 조직이 우수한 솔더볼을 얻을 수 있게 되었다.Therefore, while maintaining the oxygen concentration between 20 ~ 50 PPM and stirring the molten metal, or by using a system that can be used to melt as soon as necessary, such as wire feeding method as shown in Figure 7f can obtain a solder ball excellent in appearance and structure It became.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 가스 적하방식의 솔더볼 제조장치는 전자 및 기계적인장치에 의해 300~5,000㎐의 진동으로 100~1500㎛ 범위에서 파쇄하여 솔더볼을 형성할 수 있도록 균일한 액적(용융금속)을 적하하는 액적형성장치와, 상기 액적형성장치에 일정량의 용융금속을 자동으로 교반 및 공급되도록 하는 용융금속 공급장치와, 적하되는 액적을 챔버에 유입된 산소의 분위기가스로서 냉각시켜 솔더볼을 형성하고, 이 챔버에 유입되는 분위기가스 및 압력을 일정한 레벨로 자동 유지되도록 하여 진구도, 표면조도, 입도분포가 양호하며 재용융 특성이 뛰어난 고품질 솔더볼을 제조할 수 있는 있을 뿐만 아니라 시스템 가동중에 제조된솔더볼의 샘플채취가 가능하고, 제조된 솔더볼의 수거시 시스템의 중단없이 용기교체가 이루어질 수 있도록 함으로써 연속적인 작업으로 인해 작업의 효율성을 높일 수 있는 효과가 있는 것이다.As described above, the gas dropping solder ball manufacturing apparatus according to the present invention has a uniform droplet (to form a solder ball by crushing in a range of 100 to 1500 μm with a vibration of 300 to 5,000 Hz by an electronic and mechanical device) A molten metal) dropping apparatus, a molten metal supply apparatus for automatically stirring and supplying a predetermined amount of molten metal to the droplet forming apparatus, and the dropping droplet is cooled as an atmosphere gas of oxygen introduced into the chamber, and a solder ball is used. And maintains the atmosphere gas and pressure flowing into the chamber at a constant level, and can produce high quality solder balls with good sphericity, surface roughness and particle size distribution and excellent remelting characteristics. Sampling of manufactured solder balls is possible, and containers can be replaced without stopping the system when collecting manufactured solder balls. By doing so, it is possible to increase the efficiency of the work due to the continuous work.
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