KR100357210B1 - 솔더볼 자동 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 솔더볼이 볼박스에서 개별적으로 인출되도록 하고, 낱개의 솔더볼이 위치하도록 격벽이 설치된 회전 공급 장치를 구비하여 오차없이 기판의 볼 패드에 솔더볼을 공급, 부착시킬 수 있는 솔더볼 자동 공급장치를 제공한다.

본 발명의 솔더볼 자동 공급장치는,

다량의 솔더볼이 저장되어 있는 볼 박스와,

상기 볼 박스에서 배출된 솔더볼을 낱개 단위로 이송시키는 회전 공급 수단과,

상기 회전 공급 수단의 회전주기를 조절하며, 솔더볼 부착위치로 회전 공급 수단을 이동시키는 제어수단,

을 포함하는 구성으로 이루어진다.

Description

솔더볼 자동 공급장치{Device for auto-supplying Solder Ball}

본 발명은 솔더볼 자동 공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는BGA(Ball Grid Array)형 반도체 패키지를 마더 보드에 부착시키기 위한 솔더볼을 패키지의 기판에 공급시키는 솔더볼 자동 공급장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체장치의 종류에는 여러 가지가 있으며, 이 반도체장치 내에 형성되는 트랜지스터 및 커패시터등을 구성시키는 방법에는 다양한 제조기술이 사용되어서, 최근에는 반도체기판 상에 산화막을 입혀 전계효과를 내도록 하는 모스형 전계효과 트랜지스터(MOSFET; metal oxide semiconductor field effect transistor)(이하, 모스페트트랜지스터라 칭함)를 점차적으로 많이 사용하고 있는 실정에 있다.

이와 같이 반도체장치의 내부에 각종의 절연층 및 도전층등을 적층한 후 식각을 통하여 형성시킨 트랜지스터 및 커패시터등의 기억소자를 갖는 다이(die)를 기판의 상부면에 접착하여 부설시킨 후에 골드와이어로 다이의 금속배선층과 기판상에박막화된 금속도선에 납땜으로 연결하여 반도체장치를 형성하게 된다.

상기한 반도체장치는 종래에는 모듈의 기판 위에 반도체장치를 설치하기 위하여 반도체장치에 다리와 같이 하부로 돌출된 리이드프레임이 형성되어 있으며, 이 프레임에 모듈의 박막에 납땜으로 연결하여 사용하도록 하였으나 최근에는 반도체장치와 그와 관련된 부품이 소형화됨에 따라 리이드프레임 대신에 반도체기판의 저면부분에 박막으로 연결된 도선에 구형의작은 납으로 된 솔더볼(Solder Ball)을 사용하여 모듈의 기판에 형성된 박막에 납땜하여 도전하도록 구성된다.

한편, 솔더볼을 반도체기판[BGA(Ball Grid Array) Sub-Strate]에 접착시키기 위하여 솔더볼 마운트(Solder Ball Mount)장치는 볼이 보관된 볼박스(2)에서 진공으로 볼을 흡착시킬 수 있는 툴을 하부로 이동시켜 반도체기판의 볼공급위치에 해당하는 저면부에 형성된 진공흡착공에 진공으로 솔더볼을 흡착하여서 반도체기판 상부면에 솔더볼을 대고서 툴에 가하여진 진공을 해제하므로 솔더볼을 반도체기판에 공급하도록 하는 장치이다.

그런데, 상기한 바와 같이, 종래의 반도체기판에 솔더볼을 공급하는 솔더볼 마운트장치는 볼박스에 보관된 솔더볼을 툴을 하부로 이동시켜 진공으로 솔더볼을 흡착시킨 후에 진공을 해제하여 반도체기판 상에 솔더볼을 공급하는 방식으로서 볼박스에 보관된 솔더볼이 제대로 정렬되지 않은 상태에서 툴의 저면에 형성된 진공흡착공에 진공으로 흡착되므로 가끔가다가소정의 진공흡착공에 솔더볼이 진공흡착되지 못하여 반도체기판의 소정의 위치에 솔더볼을 공급하지 못하게 되어 반도체장치에 불량을 발생하는 문제점을 지니고 있었다.

또한, 툴에 진공으로 솔더볼을 흡착하는 과정에 진공흡착공에 흡착되지 못하는 솔더볼에도 진공이 가하여지는 경우가 반복하여 발생됨으로 인하여 다수의 솔더볼이 구형의 형상에 손상이 가하여지게 되어 솔더볼로서 사용하지 못하고 버리게되므로 원가 상승을 야기 시키는 요인으로 작용하는 단점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 솔더볼이 볼박스에서 개별적으로 인출되도록 하고, 낱개의 솔더볼이 위치하도록 격벽이 설치된 회전 공급 장치를 구비하여 오차없이 기판의 볼 패드에 솔더볼을 공급, 부착시킬 수 있는 솔더볼 자동 공급장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명에 의한 솔더볼 자동 공급장치의 바람직한 일실시예를 도시한 단면도.

도 2 는 본 발명에 관련된 볼 박스 및 인출 튜브의 바람직한 일실시예를 도시한 단면도.

도 3 은 본 발명에 의한 솔더볼 자동 공급장치의 다른 실시예를 도시한 분리사시도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

2,3: 볼 박스 4,5: 솔더볼 회전공급수단

6,7: 기판 22,32: 솔더볼 인출튜브

24,34: 볼박스 진동수단 42,52: 회전체

44,54: 커버 46,56: 배출튜브

42a,52a: 격벽 52b: 트랙

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 솔더볼 자동 공급장치는

다량의 솔더볼이 저장되어 있는 볼 박스와,

상기 볼 박스에서 배출된 솔더볼을 낱개 단위로 이송시키는 회전 공급 수단과,

상기 회전 공급 수단의 회전주기를 조절하며, 솔더볼 부착위치로 회전 공급 수단을 이동시키는 제어수단,

을 포함하는 구성으로 이루어진다.

상기 회전 공급 수단은 솔더볼을 일정주기로 이동시키는 회전체과, 상기 회전체의 외주면에 형성되어 솔더볼의 좌우 유동을 제한하는 격벽과, 상기 격벽에 제한된 솔더볼이 외부로 이탈하지 못하도록 하는 커버와, 상기 회전체에 의해 하단에 위치한 솔더볼을 기판의 볼 패드로 배출하는 배출튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 구성에 대하여 첨부한 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명에 의한 솔더볼 자동 공급장치의 바람직한 일실시예를 도시한 단면도이다.

도면을 참조하면, 상기 솔더볼 자동 공급장치는 개략적으로 볼 박스(2)와, 솔더볼 회전 공급수단(4)으로 구성된다.

상기 볼 박스(2)는 수백개의 솔더볼(b)이 저장되어 있는 박스(2)로서 상기볼 박스(2)에서 인출 튜브(22)를 통해 회전 공급수단(4)으로 볼이 공급된다. 상기 볼 박스(2)에는 수백개이상의 솔더볼(b)이 저장되어 있으므로 거의 모세관에 가까운 인출 튜브(22)로 솔더볼이 빠져나갈 때 대부분 재밍(jamming)이 발생하여 인출 튜브(22)가 막힐 가능성이 높다.

이를 방지하기 위하여 본 발명에서는 상기 볼 박스(2)에 진동을 가하는 진동수단(24)을 설치하여 볼 박스(2)내에서 수백개의 솔더볼 들이 진동에 의하여 유동하면서 인출 튜브(22)로 빠져나갈 수 있도록 하여 재밍을 방지한다.

상기 인출 튜브(22)를 통과한 솔더볼은 회전 공급수단(4)으로 공급된다.

상기 회전 공급수단(4)은 원형의 회전체(42)과 상기 회전체를 일부분을 덮는 커버(44)와, 이동된 솔더볼을 기판(6)에 배출시키는 배출 튜브(46)로 이루어진다. 상기 회전체(42)의 외주면에는 격벽(42a)이 형성되어 있으며, 상기 격벽(42a)이 솔더볼을 개별적으로 저장할 수 있는 역할을 하게 된다. 상기 격벽(42a)은 대략 솔더볼의 반경을 넘지 않는 높이로 설치된다. 상기 회전체(42)의 크기는 임의로 제작할 수 있되 BGA형 패키지의 기판에 솔더볼 패드 갯수에 해당하는 격벽(42a)을 갖도록 하여 솔더볼 공급 효율을 높일 수 있다.

상기 격벽(42a)과 격벽(42a)의 간격은 대략 솔더볼의 직경과 일치하거나 약간 크도록 제작하되 솔더볼이 2개 이상 안착될 수 없도록 한다.

상기 회전체(42)에서 외주면의 약 반에 해당하는 부분, 즉 솔더볼이 회전체(42)에 안착되어 이동되는 부분에는 커버(44)가 형성되어 있다.

상기 커버(44)는 횡단면이 대략 '??'자 형으로 절곡되어 있으며 회전체(42)의 회전운동에 영향을 받지 않도록 고정되어 있고, 회전체(42)의 외주면과 커버(46)간의 간격, 즉 높이는 솔더볼이 용이하게 들어갈 수 있도록 직경보다 약간 크도록 하여 솔더볼이 그 안에서 움직일 수 있도록 하되 격벽(44a)과 커버(46)간의 간격이 솔더볼 직경을 넘지 않도록 하여 격벽(42a)과 커버(44) 및 격벽(42a)으로 이루어진 개별 셀(cell)안에 2개의 솔더볼이 위치할 수 없도록 조절함이 바람직하다.

상기와 같은 회전 공급수단은 제어수단에 의해 회전하게 되는바, 예를 들어 외주면에 솔더볼이 60개가 들어갈 수 있다면 1/60의 회전주기로 회전하여 솔더볼을 배출튜브(46)로 하나씩 배출시킨다.

상기 배출튜브(46)는 커버(44)의 하부에 일체로 설치하거나 회전체(42)의 가장 하단부측에 설치되며, 배출튜브(46) 직경이 솔더볼의 직경에 가까우되 약간 유격이 있도록 하여 솔더볼이 걸림없이 정확한 지점에 부착시킬 수 있도록 한다.

이하 상기 회전 공급수단의 작동에 관하여 설명하면 다음과 같다.

솔더볼이 저장된 볼 박스(2)에 진동수단(24)으로 약간의 진동을 가하면 인출 튜브(22)를 통해 솔더볼이 정렬하게 된다. 이때 인출튜브에 정렬된 솔더볼의 개수는 기판의 일렬에 해당하는 볼 개수, 혹은 하나의 기판에 부착시켜야 하는 볼 개수에 해당하는 솔더볼이 일렬로 위치하도록 하는 것이 바람직하다.

솔더볼이 인출튜브(22)에 정렬되면 제어수단(3)으로 회전체(42)을 약간씩 회전시켜 최초의 솔더볼이 배출튜브(46)에 바로 직전까지 오도록 조절한다. 이후 솔더볼이 낱개로 하나씩 배출튜브(46)로 떨어지도록 회전체(42)을 회전시키고, 이와동시에 제어수단(3)은 기판(6)의 볼 패드(62)위치로 상기 회전 공급수단(4)을 이동시키면서 솔더볼을 공급한다.

하나의 기판에 솔더볼 공급이 완료되면 다음 기판이 위치하는 동안 볼 박스(2)를 진동시키면서 인출 튜브(22)에 솔더볼을 정렬시키고 상기 과정을 재수행하게 된다.

그러나 인출 튜브(22)가 짧을 경우에는 자주 볼 박스(2)를 진동시켜야 하는 불편함이 발생할 수도 있으므로 상기 불편함을 해소하기 위해 도 2에 볼 박스(2')의 다른 실시예를 도시하였다.

도면에서 보는 바와 같이 볼 박스(2')는 상부에는 다수의 볼이 담겨지는 박스가 설치되어 있으며, 그 하단에는 직경이 작은 관이 지그재그 형으로 형성되어 상기 관속으로 솔더볼이 일렬로 나열될 수 있도록 되어 있어, 볼을 정렬시키기 위한 진동횟수가 적어짐은 물론 정렬된 볼 개수가 늘어나 더욱 많은 기판에 솔더볼을 공급할 수 있게 된다.

도 3 에는 본 발명에 의한 솔더볼 자동 공급장치의 다른 실시예를 도시하였다.

도 1 에 도시된 일실시예의 솔더볼 자동 공급장치는 낱개의 솔더볼을 공급하므로 시간도 많이 소요될 뿐 아니라 이동하는 위치가 잦아 기계적인 피로가 발생할 확률이 높다.

이를 해소하기 위하여 도 3 에는 기판에 솔더볼을 공급,부착할 때 일렬단위로 작업이 진행되도록 하여 공정 속도를 높이고 보다 효율적인 솔더볼 자동 공급장치를 제공한다.

도면을 참조하면, 상기 실시예의 회전체(52)은 원주면이 넓게 형성되어 있다. 상기 원주면에는 각각 트랙(52b)과 격벽(52a)이 설치되어 있으며, 상기 트랙(52b)과 트랙(52b)의 간격은 기판에 부착되기 위한 솔더볼의 간격과 동일하게 형성된다.

볼 박스(3)에서 회전체(52)으로 공급되는 인출 튜브(32) 역시 회전체(52)의 트랙(52b)과 동일한 개수의 미세한 튜브를 갖도록 하되 튜브가 아니고 상부가 열려진 트랙형태라 할 지라도 솔더볼을 공급하는 데는 무방할 것이다.

상기 회전체(52)의 원주면이 넓어지므로 솔더볼의 유동을 제한하는 커버(54) 또한 원주면의 넓이에 대응하여 넓어지며, 회전체(52)에서 배출되는 솔더볼을 기판으로 공급시키는 배출튜브(56)역시 회전체(52)의 트랙(52b)수와 동일하게 형성된다.

상술한 실시예의 동작에 관하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

볼 박스(3)에 저장된 솔더볼은 진동수단(34)으로 볼 박스(3)를 진동시켜 인출 튜브(32)에 정렬시킨다. 상기 인출 튜브(32) 및 회전체(52)의 트랙(52b), 배출튜브(46)는 모두 기판에 부착되어야 할 솔더볼의 개수와 동일한 수로 구비되어 있어 볼 박스(3)에서 인출될 때부터 이와 같이 정렬된다.

인출 튜브에 솔더볼이 정렬되면, 회전체(52)이 회전하면서 솔더볼들을 배출튜브(56)로 떨어뜨려 기판에 공급하게 되는데, 1차 공급으로 솔더볼 패드 1열이 채워지면, 2차 공급시 솔더볼 회전 공급장치는 다음 열로 이동하여 다시 회전체(42)을 회전시켜 솔더볼을 동시에 떨어뜨려 공급한다.

이와 같은 회전공급방식을 응용하여 상기 회전 공급장치를 기판의 솔더볼 패드 열(列)수로 제작하면 한번 작동에 의해 기판의 솔더볼 패드 전체에 솔더볼을 공급할 수 있게 된다.

또한, 회전체의 개수를 늘리면 솔더볼의 1회 배출로도 기판위의 볼 패드에 일거에 솔더볼을 공급, 부착시킬 수도 있게된다.

첫째, 기판 혹은 마더 보드의 솔더볼 패드에 개별적으로 정확히 솔더볼을 공급하므로 불량 패키지 발생을 감소시킬 수 있다.

둘째, 종래 진공흡착방식에서 발생되는 솔더볼 구형의 손상을 방지할 수 있다.

셋째, 회전체의 트랙과 배출튜브의 수를 증가시켜 보다 빠른 속도로 솔더볼 패드에 볼을 부착시킬 수 있게 된다.

상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명에 기술된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (4)

1. 다량의 솔더볼이 저장되어 있는 볼 박스와,

   상기 볼 박스에서 배출된 솔더볼을 낱개 단위로 이송시키는 회전 공급 수단과,

   상기 회전 공급 수단의 회전주기를 조절하며, 솔더볼 부착위치로 회전 공급 수단을 이동시키는 제어수단,

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 자동 공급장치
2. 제 1 항에 있어서, 상기 볼 박스에는 솔더볼을 일렬로 인출시키는 인출튜브가 포함된 것을 특징으로 하는 솔더볼 자동 공급장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 볼 박스에는 진동수단이 구비되어 볼박스를 진동시켜 인출튜브로 솔더볼의 인출을 원활히 하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 자동 공급장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 공급 수단은 솔더볼을 일정주기로 이동시키는 회전체과, 상기 회전체의 외주면에 형성되어 솔더볼의 유동을 제한하는 격벽과, 상기 격벽(44a)에 제한된 솔더볼이 외부로 이탈하지 못하도록 하는 커버와, 상기 회전체에 의해 하단으로 이동한 솔더볼을 기판의 볼 패드로 배출하는 배출튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 자동 공급장치.