KR100340177B1 - 마이크로웨이브 조사를 이용한 전자부품 조립방법 - Google Patents

마이크로웨이브 조사를 이용한 전자부품 조립방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 급속한 가열과 신속한 경화를 할 수 있고, 부품의 경화상태에 생길 수 있는 손상을 방지하는 전자부품 조립 공정을 제공한다. 이 공정은 접착특성을 지닌 전도성 또는 비전도성의 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 기판의 표면이나 전자부품 또는 이들 모두에 도포하는 공정을 포함한다. 적어도 하나의 전자부품이 수지의 접착특성을 이용하여 기판에 실장될 수 있다. 이 수지는 기판 또는 전자부품에 악영향을 주지 않으면서 수지를 경화하도록 선택된 가변주파수 마이크로웨이브 조사(irradiation)를 받는다.

Description

마이크로웨이브 조사를 이용한 전자부품 조립방법{PROCESS FOR ASSEMBLING ELECTRONICS USING MICROWAVE IRRADIATION}
전자부품을 조립하는 공정은 전자기판(예를 들면, 리지드(rigid) 또는 플랙시블(flexible) 회로기판) 상에 여러 가지 전자부품(예를 들면, 트랜지스터, 캐패시터, 저항, 반도체부품)을 실장(nount)하는 공정으로 이루어진다. 흔히, 이들 기판은 다른 부품 및 소자에 차례로 실장되거나 접속된다. 여러 가지 이유로 인해, 납으로 된 땜납을 이용하는 종래의 실장방법은 바람직하지 않은 것으로 되고 있다. 일반적으로, 전자부품을 전자기판에 실장하기 위해서 전도성 중합접착제(conductive polymeric adhesive)의 이용이 증가되고 있고, 여러 가지 부품 및 장치를 연결하기 위해서 비전도성 중합접착제의 이용이 증대되고 있다.
일반적으로, 경화되지 않은 전도성 접착제가 전자기판에 도포되어, 전자부품이 접착제 내에 놓이면 전자부품이 기본 회로에 연결된다. 전자부품을 접착제에 위치시킨 다음, 접착제가 경화되어 전자부품이 기판에 안정하게 접속된다. 이와 마찬가지로, 경화되지 않은 비전도성 접착제가 마이크로 전자기판에 도포되고, 기판에 다른 부품 또는 소자가 놓여지고, 접착제가 경화되어 기판과 부품을 안정하게 연결한다.
중합체를 경화시키는 여러 방법들이 공지되어 있다. 이들 방법은 일반적으로 종래의 열을 이용한 기술로 이루어진다. 불행하게도, 대부분의 전기부품은 온도 상승으로 인해 손상을 받기가 쉽다. 따라서, 전기부품과 기판 또는 이들 둘 다가 열로 인한 손상받는 것을 방지하기 위해, 경화 공정 중에는 특별한 주위가 요구된다. 추가적으로, 많은 다른 부품이 기판에 부착될 수도 있고, 이들 중 일부는 다른 부품보다 온도 상승에 더 민감한 것일 수도 있다. 또한, 주변 영역을 다소 상승된 온도에 노출시키지 않으면서, 전자기판의 선택된 영역을 가열하는 것은 매우 어렵고 비용도 많이 든다. 기판 상의 일부 부품은 특정 크기 이상의 온도를 견딜 수 없기 때문에, 경화하는데 걸리는 처리시간은 가장 낮은 온도 문턱값(threshold)을 갖는 부품에 의존한다. 불행하게도, 경화온도가 낮을수록 경화시간은 매우 길어지는 것이 일반적이다.
종래의 가열 기술과 관련된 또 다른 단점은 열팽창 및 냉각의 효과에 의한 손상의 가능성이다. 모든 재료는 온도의 변화에 따라 팽창 또는 수축하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 재료를 가열하면 팽창하는 반면, 온도를 낮추면 수축하게 된다. 서로 다른 열팽창 계수를 갖는 두 재료가 접착수지에 의해 결합될 때, 수지를 경화시키기 위해 가열하는 동안 두 재료는 서로 다른 비율로 팽창한다. 또한, 냉각 중에는 두 재료가 서로 다른 비율로 수축할 것이다. 이로 인해 두 재료와 수지 사이의 인터페이스 영역에 응력(stress)이 집중된다. 서로 다른 물질로 구성될 수도 있는 전자부품은 가열 및 냉각 중에 과도한 응력을 받기 쉬워서, 부품이 고장나거나 부품의 재료가 물리적으로 분리되게 된다. 재료가 오랜 시간 가열되고 상승된 온도에 노출되는 경우, 큰 손상을 입는다.
종래의 가열방법과 관련된 또 다른 단점은, 경화공정에서 강제된 공기(forced air)를 이용한다는 것이다. 많은 전자부품 및 기판이 크기가 작고 경량이므로, 공기의 잦은 이동은 경화 중에 적절한 배치를 유지하는 것을 어렵게 한다. 강제된 공기가 필요없게 하기 위해서, 강제 및 비강제 적외선(IR) 가열기술이 이용되고 있다. 불행하게도, 이러한 각각의 IR 기술은, 부품과 부품이 실장될 기판 모두를 가열한다. 따라서, 서로 다른 열팽창 계수를 가진 재료 사이의 인터페이스 영역에서 응력의 집중이 발생할 수도 있다.
경화제와 결합된 마이크로웨이브 조사(irradiation)에 대한 일반적인 이용이 공지되어 있다. 예를 들면, Clark, Jr의 미합중국 특허 제5,317,045호는, 마이크로 조사를 이용하여 중합체를 경화시키는 방법에 관한 것이다. 마이크로웨이브 조사방법을 이용하면, 종래의 가열기술에 비해 중합체를 경화하는데 필요한 시간이 줄어든다. 이것은 마이크로웨이브 조사의 체적 증착(volumetric deposition)이 종래의 가열기술로 인한 표면으로부터의 전도성(conduction)보다 더 효율적이기 때문이다(참조; Polymer Curing In A Variable Frequency Microwave Oven, R.J. Lauf et al., Oak Ridge National Laboratory). Swirbel 등의 미합중국 특허 제5,296,271호는 광반응 중합체(photoreactive polymer)를 마이크로웨이브 노출시켜 경화하는 방법을 제안하고 있다. 또한, 마이크로웨이브 처리는 수지를 경화하는데 걸리는 처리 시간이 더 짧게 해서, 경제적으로도 종래 가열 기술보다 더 유리하다.
그러나 중합체 경화를 위해 마이크로웨이브 조사를 이용하는 것에 제한이 없는 것은 아니다. 현재에 이용할 수 있는 마이크로웨이브 조사처리는, 중합체를 경화하기 위해 2.45GHz와 같은 고정 주파수를 이용하는 것이 일반적이다. 고정 주파수의 마이크로웨이브 조사가 다중의 작업대상물(workpiece)(여기서 작업대상물이란 마이크로웨이브 처리를 받은 전자/마이크로전자부품 및 기판을 의미함)을 처리하는데 이용될 경우, 품질 제어와 기타의 신뢰성에 문제를 일으킨다. 만일 조사될 연속하는 각각의 작업대상물이, 마이크로웨이브로(microwave furnace) 내에서 제1 작업대상물과 실질적으로 동일하게 배향되고 실질적으로 동일한 위치에 있지 않으면, 경화 품질뿐만 아니라 경화에 걸리는 시간도 일반적으로 변동될 것인데, 이것은 고정주파수 마이크로웨이브 신호로 구동되는 마이크로웨이브로 내에서의 전자 에너지 본래의 불균일 분포로 인한 것이다. 또한, 부품을 기판에 고정하는데 이용되는 접착제를 특정의 고정주파수가 적절히 경화시킬 수도 있지만, 국부적인 가열 또는 아킹(arcing)으로 인하여, 기판에 고정되는 부품, 기판 상의 다른 부품, 또는 기판의 다른 부분에 주파수가 손상을 줄 수도 있다.
여러 가지 접착제를 경화하기 위해 걸리는 시간을 감소시키고, 접착제의 선택적인 경화를 허용하고, 작업대상물간의 품질 저하가 없이 일괄 처리(batch processing)를 신속히 할 수 있고, 서로 다른 재료의 인터페이스에서 열응력(thermal stresses)을 감소시키고, 전자부품 또는 기판에 손상을 주지 않는전자부품 조립 공정을 제공할 필요가 있다.
본 발명은 전자소자를 조립하는 공정에 관한 것이다. 특히 본 발명은 마이크로웨이브 조사(irradiation)를 이용하여 실행되는 전자소자의 조립 공정에 관한 것이다.
도 1은 본 발명을 따른 방법의 각 단계를 나타내는 흐름도.
도 2는 다수의 부품을 가진 전자기판의 분해 조립 투시도.
도 3은 본 발명을 따른 방법에서 이용하기에 적합한 홀더 조립체의 투시도.
도 4는 본 발명을 따른 다수의 작업대상물의 처리를 나타내는 투시도.
도 5는 도 4의 선 5-5에 따른 작업대상물의 단면도.
이러한 목적을 성취하기 위해, 본 발명은 신속하고 선택적으로 수지를 경화할 수 있고, 부품이 잠재적으로 경화처리에 의한 손상을 받지 않도록 할 수 있는 전자부품 조립 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따라, 전자부품 조립 방법("표면실장 기술"이라고 알려져 있음)은 접착특성을 지닌 제1 경화수지를 기판 또는 제1 전자부품에 도포하는 단계; 제1 경화수지와의 접촉에 의해 기판에 제1 전자부품을 실장하는 단계; 제1 경화수지를 경화하기 위해 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들을 제1 경화수지에 인가하는 단계를 포함한다. "윈도우"라는 용어는 특정주파수와 그 반대편에 있는 다른 특정주파수에 의해 한정되는 마이크로웨이브의 주파수 범위를 의미한다. 예를 들어, 2.20GHz 및 3.30GHz를 포함하고 이들에 의해 한정되는 모든 마이크로웨이브 주파수들로 하나의 윈도우가 구성될 수 있다. 제1 경화수지는 제1 윈도우 내에 포함된 마이크로웨이브 주파수들을 동시 또는 연속적으로 인가받을 수 있다. 기판의 적어도 한 부분은 기판의 손상을 방지하기 위해 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 차폐될 수도 있다. 제1 경화수지는 열경화성 수지(예를 들면 에폭시) 또는 열가소성 수지일 수 있다.
선택적으로, 접착특성을 지닌 제2 경화수지가 기판에 도포될 수 있고, 제2 전자부품이 제2 경화수지와 접촉하여 기판에 실장될 수 있다. 제1 및 제2 경화수지를 도포하는 단계와, 제1 및 제2 전자부품을 실장하는 단계가 동시에 발생할 수도있다. 제2 경화수지는 제2 경화수지를 경화하기 위한 제2 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들에 노출될 수 있다. 제2 경화수지는 동시에 또는 연속적으로 제2 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들을 인가받을 수 있다. 마이크로웨이브 주파수들의 제1 및 제2 윈도우는 동일하다. 기판의 적어도 한 부분은 기판의 손상을 방지하기 위해 제2 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 차폐되어 있다. 제2 경화수지는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지(에폭시)일 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 전자부품을 조립하는 방법은, 제2 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 제1 전자부품을 차폐하는 단계와, 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 제2 전자부품을 차폐하는 단계를 포함한다. 추가적으로, 기판의 적어도 한 부분은 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 차폐될 수 있고, 기판의 적어도 한 부분은 제2 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 차폐될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 전자부품을 조립하는 방법은, 접착특성을 지닌 경화수지를 기판과 부품 중 적어도 하나에 도포하는 단계와; 경화수지와의 접촉에 의해 기판에 부품을 실장하는 단계와; 경화수지를 경화하기 위해 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들을 경화수지에 인가하는 단계를 포함한다. 또한, 기판의 적어도 한 부분과 부품의 적어도 한 부분은 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 차폐될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따른 전자부품을 조립하는 장치는, 기판에 접착특성을 지닌 제1 경화수지를 위치시키는 도포수단과; 제1 경화수지와의 접촉에 의해기판에 제1 전자부품을 위치시키는 실장수단과; 제1 경화수지를 경화하기 위해 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들을 제1 경화수지에 인가하는 마이크로웨이브 발생수단을 포함한다. 이 장치는 또한, 기판에 접착특성을 지닌 제2 경화수지를 도포하는 도포기(applicator)와; 제2 경화수지와의 접촉에 의해 기판에 제2 전자부품을 실장하는 실장수단과; 제2 경화수지를 경화하기 위해 제2 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들을 제2 경화수지에 인가하는 마이크로웨이브 발생수단을 포함한다.
상기 장치는 제2 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 제1 전자부품을 보호하고, 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 제2 전자부품을 보호하는 차폐수단을 포함한다. 또한, 상기 장치는 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 기판의 적어도 한 부분을 보호하고, 제2 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 기판의 적어도 한 부분을 보호하는 차폐수단을 포함한다.
가변주파수 마이크로웨이브 조사를 사용함으로써, 전자부품, 기판 또는 둘 다에 손상을 주지 않으면서 수지의 경화 효율을 최대로 할 수 있다. 접착제는 기판을 가열하지 않고도 바람직하게 가열될 수 있다. 또한 기판을 가열하지 않고 접착제 및 전자부품의 선택적인 가열을 함으로써, 서로 다른 재료의 크기 변화에 따른 열응력의 효과가 감소하게 된다.
첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 많은 다른 형태로 구현될 수 있고 여기서 설명한 실시예로 제한되는 것은 아니며, 이러한 실시예들은 철저하고 완벽한 설명을 위한 것으로서, 이 분야의 전문가라면 본 발명의 범위를 완전하게 이해할 수 있을 것이다. 도면에서, 층의 두께와 범위는 분명히 하기 위해 확대되어 있을 수도 있다. 그리고 동일한 부호는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 전자부품을 조립하는 방법을 나타내었다. 이 방법은 전자부품이나 기판 또는 둘 다에 접착특성을 지닌 수지를 도포하는 단계(5)와, 경화수지 내의 기판에 전자부품을 실장하는 단계(7)와, 경화수지에 가변주파수 마이크로웨이브 조사를 실행하는 단계(9)를 포함한다. 부품을 기판에 실장하는 것 외에도, 본 발명에 따라서, 부품이 다른 부품에 연결될 수 있고, 기판이 다른 부품과 연결될 수도 있다.
당업자라면 알 수 있듯이, 전자부품을 회로에 기계적 및 전기적으로 고정하는 기존의 방법으로 땜납을 사용하는 것이 있다. 부품으로부터 연장되는 전기 접속핀은 전자기판 상의 회로의 선택된 부분에 삽입되고, 핀과 회로를 각각 접속하는 접합점에 녹은 땜납을 도포하고 상기 땜납을 냉각시켜 경화함으로써 고정된다. 많은 경우에서, 전기적인 전도성 수지가 부품을 전자기판에 고정하기 위해 땜납을 대체하고 있다. 부품의 각 접속핀이 고정되어야 할 회로의 여러 부분에 상기 전도성 수지가 도포된다. 이러한 수지는 물리적으로는 부품을 기판에 고정하고, 전기적으로는 부품을 회로에 접속하는 역할을 한다. 비전도성 수지는 여러 부품을 전자기판에 고정시키거나, 또는 부품 서로를 고정시키는 역할을 하는데, 여기서는 전기 전도성이 필요하지 않거나 기타의 방법으로 전기 전도성이 제공된다. 비전도성 수지는 전자기판을 기타의 물체에 고정하는데도 이용된다.
도 2에서는, 수지를 도포하는 단계(5)와 부품(10)을 전자기판(11)에 실장하는 단계(7)를 나타낸다. 본 발명에 따라, 전자부품(10)을 전자기판(11)에 고정하는 단계는, 경화수지(12)를 기판이나 전자부품 또는 이들 모두에 도포기(14)를 통해 도포하는 단계, 수지에 부품의 접속핀(15)을 설치하는 단계 및 가변주파수 마이크로웨이브 조사로 수지를 경화하는 단계를 포함한다. 당업자라면 알 수 있듯이, 전자기판(11)은 일반적으로 전자회로(16)를 가지는 유전체(dielectric material)로서, 여러 전자부품들(10)이 물리적 및 전기적으로 접속되어 있다. 전자기판(11) 상의 회로(16)는 전도체(conductor)를 사용하여 스크린 인쇄되거나 당업자에게 공지된 다른 방법에 의해 도포될 수 있다. 전자기판(11)은 가요성(flexible) 물질 또는 강성(rigid) 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따라 전자부품(10)을 기판(11)에 고정하는 공정은, 수동으로 또는 자동화 장비로 수행될 수 있다. 자동화된 도포기(14)는 수지(12)를 특정 전자기판(11)의 소정의 위치에, 또는 전자부품(10) 또는 이들 모두에 도포할 수 있다. 전자부품(10)은 자동화된 장비에 의해 수지(12) 내에 삽입될 수 있다. 이 때,기판은 경화를 위해 가변주파수 마이크로웨이브 내에 이송된다. 또한, 본 발명에 따른 전자부품(10)을 기판(11)에 고정하는 공정은, 전자기판과 회로의 제조를 포함하는 더 큰 공정 중의 일부일 수도 있다.
전자부품의 일례로서는 트랜지스터, 캐패시터, 저항과 같은 집적회로 및 이산 부품(discrete components)이 포함된다. 적당한 기판으로는 폴리이미드(polyamides), 폴리술폰(polysulfones) 및 폴리에틸렌 트래프탈래트(polyethylene terephthalate)와 같은 고분자 인쇄회로기판[polymeric printed circuit board(PCB)] 재료가 포함된다. 적절한 비고분자(non-polymeric) 기판 재료로는 세라믹, 알루미나 및 실리콘 다이옥사이드(silicon dioxide)가 포함된다.
특히 적합한 수지의 종류는 열경화성 수지이다. "열경화성"이라는 용어는, 마이크로웨이브 조사를 사용하여 가열하는 것과 같이, 수지가 경화제의 활성화에 의해 완전히 경화되었을 때 수지가 비가역적(irreversibly)으로 응고된다는 것을 의미한다. 본 발명은 열가소성 수지를 이용할 수도 있다. 적합한 수지로는 비포화 폴리에스터, 페놀, 아크릴, 실리콘, 폴리우레탄, 폴리이미드 등과, 이들의 합성물 및 혼합물이 포함된다. 접착특성을 지닌 수지로는 필러(fillers), 경화제, 착색제, 안료(pigments), 농후제(thickening agents)와 같은, 열경화성 및 열가소성 수지로 일반적으로 이용되는 여러 첨가제가 포함된다. 또한 전도성 재료로는 구리, 알루미늄 및 은 등과 같은 분말형의 금속이 포함된다.
수지를 경화하는 단계(9)(도 1)는 접착수지를 신속하고 균일하게 경화하고전자부품(10)이나 기판(11) 또는 이들 모두(도 2)에 악영향을 주지 않도록 선택된 가변주파수 마이크로웨이브 조사를 적용한다. 특히 바람직한 마이크로웨이브로(microwave furnace)는 Bible씨의 미합중국 특허 제5,321,222호에 개시되어 있고 이를 참고로 여기에 포함했다. 일반적으로, 경화단계를 발생하는 마이크로웨이브로는 저전력 마이크로웨이브 신호를 발생하여 마이크로웨이브에 입력하는 마이크로웨이브 신호발생기 또는 마이크로웨이브 전압제어 발진기를 포함한다. 마이크로웨이브 신호발생기 또는 마이크로웨이브 전압제어 발진기로부터 출력된 신호의 크기를 증폭하는 제1 증폭기가 제공될 수도 있다. 제2 증폭기는 제1 증폭기에 의해 출력된 신호를 처리하기 위한 것이다. 제2 증폭기의 동작을 위해 전원이 제공된다. 신호의 방향을 검출하고 검출된 방향에 따라 신호를 지향시키는 방향성 커플러(directional coupler)가 제공된다. 300MHz∼300GHz 주파수 범위에 걸친 대역폭에서 한 옥타브에 달하는 주파수 범위를 스위핑(sweeping)하는데 사용하기 위해, 진행파관(TWT: traveling wave tube), 가변파장 마그네트론(tunable magnetron), 가변파장 크리스트론(tunable klystron), 가변파장 트웨이스트론(tunable twystron) 및 가변파장 기리스트론(gyrotron)과 같은, 고출력 광대역 증폭기가 사용된다.
여기서 설명하는 바와 같이, 마이크로웨이브로 내의 각 작업대상물의 배치가 중요하지 않으므로, 가변주파수 처리의 적절한 이용은 작업대상물로부터 다음 작업대상물로의 처리를 향상시킨다. 이와는 달리, 단일 주파수 마이크로웨이브 처리의 경우에는, 각각의 작업대상물이 동일한 처리시간과 품질을 달성하기 위해 정확히동일한 방향으로 지향되도록 해야 한다. 여기서 설명하는 바와 같이, 가변주파수 마이크로웨이브 처리를 이용하는 또 다른 장점은 열응력의 효과를 감소시킬 수 있다는 것이다. 기판 또는 부품의 과도한 가열을 일으키지 않으면서 특정의 수지를 경화하는 주파수를 선택함으로써, 열응력으로부터의 손상이 방지된다. 또한 본 발명은 종래의 경화방법보다 경화시간이 짧기 때문에, 열팽창계수가 다른 인접한 재료들이 팽창 또는 수축할 만큼의 시간이 걸리지 않으므로, 이로 인한 이들 인터페이스에서 과도한 열응력을 일으키지 않는다.
마이크로웨이브 주파수로 선택할 수 있는 전자기파 스펙트럼 내의 실질적인 주파수 범위는 약 0.90GHz∼40GHz이다. 마이크로웨이브 조사에 노출된 각각의 부품 및 기판과 모든 부품/기판의 조합은, 부품 또는 기판에 손상을 주지 않으면서 수지를 경화하는 이러한 전체 범위 내의 주파수에 대한 적어도 하나의 대역폭 또는 윈도우를 가진다. 앞서 정의한 바와 같이, "윈도우"라는 용어는 하나의 특정 주파수에 의해 한 쪽 끝이 정해지고 다른 특정 주파수에 의해 반대되는 다른 쪽 끝이 정해지는 마이크로웨이브 주파수의 범위를 의미한다. 무손상(damage-free) 주파수의 특정 윈도우의 위 또는 아래에서는 일반적으로 작업대상물에 대해 손상이 일어날 것이다. 윈도우는 부품구성, 기하학(geometry), 재료성분에 따라 변할 수 있다. 또한 윈도우는 부품 내의 부속품(sub-components)의 특성 및 구성에 따라 변한다. 부속품도 다른 윈도우의 무손상 주파수를 가질 수 있다. 기판은 좁은 주파수 윈도우를 필요로 하는 부품과 넓은 주파수 윈도우를 필요로 하는 부품을 가질 수 있다. 특정 부품, 기판 또는 둘 다에 대한 무손상 윈도우의 선택은 경험적인 시행착오나이론적인 전력반사곡선(power reflection curves)을 이용하여 얻어진다.
특정한 작업대상물의 무손상 주파수 윈도우 내에서 가장 짧은 시간에 경화되는 주파수를 선택하는 것이 바람직하다. 작업대상물은 특정한 작업대상물에 대한 각 윈도우의 상단으로부터 주파수의 부분집합으로 처리되는 것이 바람직하다. 많은 모드(mode)가 저주파보다 고주파로 여기(excit)될 수 있어서 경화시간이 짧아진다. 또한, 일반적으로 윈도우 내의 상단 주파수를 사용함으로써 경화에 있어서 더 좋은 균일성이 달성된다. 그러나, 무손상 주파수의 윈도우 내의 임의의 주파수 부분집합이 이용될 수도 있다.
마이크로웨이브 조사에 노출된 많은 전자부품 및 기판과 이의 조합은 부품 또는 기판의 손상을 야기하지 않으면서 수지를 경화시키는 다중 윈도우의 주파수를 가진다. 예를 들면, 작업대상물은 3.50GHz 및 6.0GHz 사이에서 손상 없이 처리될 수 있고, 또한 7.0GHz 및 10.0GHz 사이에서 손상 없이 처리될 수 있다. 부가적인 윈도우의 유용성은, 급속하지만 손상이 없는 경화를 달성할 수 있는 부가적인 유연성을 제공하는 것이다. 때때로, 전자 응용기기에서 복잡한 기하학적 구성 및 재료의 조합에 직면할 수 있는데, 이것은 처리에 이용 가능한 주파수의 특정 윈도우를 실질적으로 수축하거나 폐쇄시킬 수 있다. 윈도우의 또 다른 유용성은 다른 경화방법을 이용하지 않으면서 작업대상물을 마이크로웨이브 조사로 처리할 수 있도록 하는 것이다.
경화단계는 무손상 주파수의 특정 윈도우 내로부터 가변주파수로서 작업대상물을 스위핑(sweeping)하는 것이 바람직하다. 아래에서 사용되는 바와 같이, 스위핑이라는 용어는 특정의 윈도우 내의 많은 주파수들에 작업대상물을 노출시킨다는 것을 의미한다. 많은 중공모드(cavity mode)가 여기될 수 있기 때문에 주파수 스위핑은 균일한 가열이 되도록 한다. 스위핑은 서로 다른 주파수들을 윈도우에 동시에 또는 연속적으로 인가하여 달성될 수 있다. 예를 들면, 특정 작업대상물의 무손상 주파수 윈도우를 2.60GHz-7.0GHz라고 가정하자. 주파수 스위핑은 2.6001GHz, 2.6002GHz, 2.6003GHz, ... 3.30GHz와 같은 적절한 증분으로 이 범위 내에서 주파수를 연속적으로 또는 선택적으로 인가하는 것에 관련된다. 실질적으로는 임의의 증분 인가 패턴(incremental launching pattern)이 이용될 수 있다.
서로 다른 주파수들이 인가되는 비율을 스위핑율(sweeping rate)이라고 한다. 이 비율은 밀리초(milliseconds), 분, 시간 및 일(日)을 포함하는 값일 수 있으며, 또한 이것으로 제한되지는 않는다. 이 스위핑율은 처리될 특정 수지와 작업대상물에 대해 실제보다 더 빠르다. 주파수 스위핑에 의해 제공되는 처리의 균일성은 작업대상물이 마이크로웨이브로 내에서 지향하는 방법에 있어서 유연성을 제공한다. 균일한 처리를 달성하기 위해서, 각각의 작업대상물을 정확히 동일한 방향으로 유지시킬 필요가 없다.
도 3은 본 발명을 따른 수지를 경화시키는 장치를 나타내고 있다. 이 장치(30)는 다수의 벽(33)으로 형성된 챔버(chamber)(32)를 가진 마이크로웨이브로(31), 적어도 하나의 내부 챔버 벽에 연결된 접지(ground)(34), 다수의 부품(10)을 가진 전자기판(11)을 착탈가능하게 고정하는 홀더 조립체(holder assembly)(36), 전자기판(11)을 접지(34)에 연결하는 다수의 전기전도체(38, 38')를 포함한다. 본 발명은 동시에 다수의 작업대상물을 일괄 처리하기가 매우 좋다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 작업대상물을 포함하는 다중 홀더 조립체(36)는 마이크로웨이브로 내에서 동시에 처리될 수 있다. 또한 기판(11)과 부품(10)의 일부분은 마이크로웨이브 주파수들로부터 차폐될 수도 있다(도시하지 않음).
마이크로웨이브 조사가 전자기판에 적용될 때, 회로기판과 회로기판에 실장된 부품 또는 둘 다에 국부적 손상을 일으키는 아킹(arcing)이 발생할 수 있다. 또한, 마이크로웨이브 조사는 기판의 선택된 영역을 국부적으로 가열하여, 기판의 그 부분에 손상을 줄 수도 있다. 도 2에 나타낸 바와 같은 홀더 조립체(36)가 국부적인 가열 또는 아킹으로 인한 손상의 가능성을 줄이기 위해 이용되는 것이 바람직하다.
1995년 6월 30일에 출원하여 양도되었고 계류 중이며, 여기에 참조된 미합중국 특허 제08/497,603호(Attorney Docket No. 8488-6)에 설명되어 있는 홀더 조립체(36)는, 전자기판(11)을 착탈가능하게 수용하고 고정하는 표면(42)을 가진 마이크로웨이브-투과 베이스(microwave-transparent base)(40)를 포함한다. 베이스(40)는 적어도 하나의 전기접지 전도체(38)를 수용하는 크기로 구성된 적어도 하나의 내부 보어(internal bore)를 포함할 수 있다. 각각의 내부 보어(44)는 두 개의 개구부, 즉 전자기판(11)이 고정된 표면(42)에 있는 기판단 개구부(substrate end opening)(44a)와 베이스(40)의 또 다른 부분에 있는 접지단 개구부(ground end opening)(44b)에서 말단을 이루고 있다.
베이스(40)의 내부 보어(44)는 전도체(38)를 수용하는 크기로 구성되는데, 한쪽 끝에서는 전자부품(10)과 전기적으로 상호 접속하도록 구성되고, 반대쪽 끝에서는 외부접지(34)와 전기적으로 상호 접속하도록 구성되는 것이 바람직하다. 접지될 각 부품(10)과 접지될 회로(16)의 각 부분은 필요에 따라 전자기판(11)으로부터 연장된 하나 이상의 접속핀 또는 전도체를 가지는 것이 바람직하다. 전자기판(11)이 홀더 조립체(36)에 위치될 때, 접속핀 또는 전도체가 커넥터(46)와 정렬하여 부품(10) 또는 회로(16)와 외부접지(34) 사이에서 전기적인 접속이 이루어진다. 당업자라면 이해할 수 있듯이, 부품(10) 또는 회로(16)의 일부분들을 전기적으로 접지(34)에 연결하는 다른 방법들이 이용될 수 있다. 예시된 실시예에서는, 다수의 전도체(38)가 베이스(40)의 다수의 내부 보어(44)를 통해 연장되어 있고, 다수의 부가적인 전도체(38')를 통해 접지(34)에 연결되어 있다.
홀더 조립체(36)는 국부적인 열의 축적으로부터 부품(10)과 회로(16)를 포함하는 마이크로 전자기판(11)의 일부분을 보호하는 열싱크(heat sink: 도시하지 않음)를 포함할 수도 있다. 열싱크는 마이크로 전자기판(11)의 보호될 부분 바로 위에 접촉하도록 위치하고, 마이크로웨이브 처리에 의해 야기된 열을 흡수하도록 설계되어 있다. 이것은 가요성(flexible) 마이크로웨이브 전자기판이 처리될 때 특히 중요한데, 처리 중에 구부러지거나 휨으로 인해 부품이 적절히 실장되지 않거나, 여러 접속재료의 서로 다른 열팽창 계수에 의해 야기된 기존의 응력을 악화시킬 수 있기 때문이다. 또한 가요성 마이크로 전자기판이 다른 물체에 실장될 때, 수지가 경화된 후 영구적이 되는 처리 중에 구부러지거나 휨으로 인하여, 마이크로 전자기판이 오작동을 할 수 있다. 열싱크는 홀더 조립체(36)와 일체로 되거나, 또는 홀더 조립체와 관련하여 사용되는 분리된 조립체일 수 있다. 또한 열싱크는 특정 마이크로 전자기판(11) 또는 그 일부분을 보호하도록 설계되어 있다.
도 4 또는 도 5를 참조하면, 본 발명은 마이크로 전자기판(11)을 다른 물체(50)에 고정하기 위해 사용될 수도 있다. 접착특성을 지닌 경화수지(12)는 기판(11) 또는 기판이 실장될 물체(50)에 도포된다. 기판(11)은 경화수지(12)와 접촉에 의해 물체(50)에 실장되고, 경화수지를 경화하기 위해 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들이 가해진다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 기판(11)이 실장된 다수의 물체(50)가 동시에 마이크로웨이브로 내에서 처리될 수도 있다. 고정수단(도시하지 않음)은 기판(11)이 평평한 방향으로 물체(50)에 고정하고, 기판이 처리 중에 정렬 위치로부터 벗어나지 않도록 하기 위해 이용될 수도 있다. 상술한 바와 같이, 열싱크(도시하지 않음)는 열의 축적으로부터 부품(10)과 회로(16)를 포함하는 마이크로웨이브 기판(11)의 일부분을 보호하기 위해 이용될 수도 있다. 또한, 적어도 하나의 기판(11)과 물체(50)의 적어도 한 부분은 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 차폐될 수 있다.
상기한 내용은 본 발명을 설명하는 것으로서, 이것으로 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해 정해진다.

Claims (35)

  1. (가) 접착특성을 가진 제1 경화수지를 기판과 제1 전자부품 중 적어도 하나에 도포하는 단계;
    (나) 상기 제1 경화수지와의 접촉에 의해 상기 기판에 상기 제1 전자부품을 실장하는 단계;
    (다) 상기 제1 경화수지를 경화하기 위해, 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들을 상기 제1 경화수지에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  2. 제1항에 있어서, 기판과 제2 전자부품 중 적어도 하나에, 접착특성을 지닌 제2 경화수지를 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 경화수지와의 접촉에 의해, 상기 기판에 상기 제2 전자부품을 실장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 경화수지를 경화하기 위해, 제2 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들을 상기 제2 경화수지에 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 (다) 단계에서, 상기 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들은 상기 제1 경화수지에 동시에 인가되는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 (다) 단계에서, 상기 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들은 상기 제1 경화수지에 연속적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기판의 적어도 한 부분은, 상기 (다) 단계에서 상기 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 차폐되는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 경화수지는 열경화성 수지 또는 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 열경화성 수지는 에폭시인 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  10. 제2항에 있어서, 상기 제2 경화수지는 열경화성 수지 또는 열가소성 수지인것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 열경화성 수지는 에폭시인 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 경화수지는 전도성 수지 또는 비전도성 수지인 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  13. 제2항에 있어서, 상기 제2 경화수지는 전도성 수지 또는 비전도성 수지인 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  14. 제1항에 있어서,
    (라) 접착특성을 지닌 제2 경화수지를 기판과 제2 전자부품 중 적어도 하나에 도포하는 단계;
    (마) 상기 제2 경화수지와의 접촉에 의해 상기 기판에 상기 제2 전자부품을 실장하는 단계; 및
    (바) 상기 제2 경화수지를 경화하기 위해, 상기 제2 경화수지에 제2 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들을 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  15. 제14항에 있어서, (가), (나), (다), (라) 단계는 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 (다) 단계에서, 상기 제1 경화수지에 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들을 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 (다) 단계에서, 상기 제1 경화수지에 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들을 연속적으로 인가하는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 (바) 단계에서, 상기 제2 경화수지에 상기 제2 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들을 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 (바) 단계에서, 상기 제2 경화수지에 상기 제2 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들을 연속적으로 인가하는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  20. 제14항에 있어서, 상기 제1 전자부품은, 상기 (바) 단계에서 상기 제2 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 차폐되는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  21. 제14항에 있어서, 상기 제2 전자부품은, 상기 (다) 단계에서 상기 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 차폐되는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  22. 제14항에 있어서, 상기 기판의 적어도 한 부분은, 상기 (다) 단계에서 상기 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 차폐되는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  23. 제14항에 있어서, 상기 기판의 적어도 한 부분은, 상기 (바) 단계에서 상기 제2 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 차폐되는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  24. (가) 기판과 부품 중 적어도 하나에 접착특성을 지닌 경화수지를 도포하는 단계;
    (나) 상기 경화수지와의 접촉에 의해 상기 기판을 부품에 실장하는 단계;
    (다) 상기 경화수지를 경화하기 위해, 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들을 상기 경화수지에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 (다) 단계에서, 상기 경화수지에 상기 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들을 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 (다) 단계에서, 상기 경화수지에 상기 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들을 연속적으로 인가하는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  27. 제24항에 있어서, 상기 기판의 적어도 한 부분은, 상기 (다) 단계에서 상기 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 차폐되는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  28. 제24항에 있어서, 상기 부품의 적어도 한 부분은, 상기 (다) 단계에서 상기 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 차폐되는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립방법.
  29. 기판에 전자부품을 조립하는 장치에 있어서,
    접착특성을 지닌 제1 경화수지를 상기 기판에 도포하는 수단;
    상기 제1 경화수지와의 접촉에 의해 상기 기판에 제1 전자부품을 실장하는 수단; 및
    상기 제1 경화수지를 경화하기 위해 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들을 상기 제1 경화수지에 인가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 기판에 접착특성을 지닌 제2 경화수지를 도포하는 수단;
    상기 제2 경화수지와의 접촉에 의해 상기 기판에 제2 전자부품을 실장하는 수단; 및
    상기 제2 경화수지를 경화하기 위해, 제2 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들을 상기 제2 경화수지에 인가하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 제1 전자부품을 상기 제2 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 차폐하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립장치.
  32. 제30항에 있어서, 상기 제2 전자부품을 상기 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 차폐하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립장치.
  33. 제30항에 있어서, 상기 기판의 적어도 한 부분을 상기 제1 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 차폐하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립장치.
  34. 제30항에 있어서, 상기 기판의 적어도 한 부분을 상기 제2 윈도우의 마이크로웨이브 주파수들로부터 차폐하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자부품 조립장치.
  35. 제30항에 있어서, 상기 마이크로웨이브 주파수의 제1 윈도우 및 제2 윈도우는 동일한 것을 특징으로 하는 전자부품 조립장치.
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