KR100525853B1

KR100525853B1 - 볼 흡착 헤드

Info

Publication number: KR100525853B1
Application number: KR10-2000-0030244A
Authority: KR
Inventors: 고바야시시게하루
Original assignee: 시부야 코교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2005-11-02
Also published as: US6352189B1; KR20010049473A; SG83210A1

Abstract

본 발명에 따른 볼 흡착헤드는 다수의 볼흡착구멍과 감압될 내부공간을 갖는 본체와, 상기 본체의 내측공간에 배치되어 소정개수의 볼흡착구멍을 폐쇄하기 위한 마스크와, 상기 마스크에 의해 상기 흡착구멍의 계폐를 전환하는 전환부재를 구비한다.

Description

볼 흡착 헤드{BALL SUCTION HEAD}

본 발명은 기판이나 웨이퍼에 땜납 볼, 땜납 범프(bumps) 등을 장착하기 위한 볼 장착 장치에 이용되는 볼 흡착 헤드의 개량에 관한 것으로서, 주로 웨이퍼 전체면에 땜납볼을 장착하는 BGA(Ball Grid Array) 땜납볼 장착장치에 있어서의 땜납볼 흡착헤드에 주안점을 두고 개발된 볼 흡착 헤드에 관한 것이다.

종래, BGA 땜납볼 장착장치에 있어서, 땜납볼(7)을 흡착하는 볼 흡착 헤드(1)는 도 6에 나타낸 바와같이 하면에 땜납볼(7)을 흡착하기 위해 다수의 흡착구멍(2)을 설치하고, 볼 흡착 헤드(1) 내를 진공수단으로 감압함으로써 땜납볼(7)을 땜납볼 공급트레이(8)로부터 흡착한다. 종래 볼 흡착 헤드(1)의 1회당 땜납볼(7)의 흡착량은 200개 정도이며, 특별한 문제는 없지만 근년의 땜납볼(7)의 미소화나 웨이퍼의 탑재기술 개발에 수반하여 볼 흡착 헤드(1)가 다수(수만개)의 땜납볼(7)을 흡착하도록 되어있다.

볼 흡착 헤드(1)가 다수의 땜납볼(7)을 동시에 흡착하는 경우나 볼 흡착 헤드(1)의 볼 흡착 구멍(2)의 구경이 큰 경우에는 볼 흡착 헤드(1) 내를 감압하기 위한 감압수단을 대형화할 필요가 있다. 그러나 공간이나 유용성 면에서 문제가 있다. 또, 볼 흡착 헤드(1)가 다수의 땜납볼(7)을 동시에 흡착하는 경우 감압수단의 능력이 떨어지면 다수의 땜납볼(7)을 균등하게 흡착할 수 없는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 첫째, 소형저능력의 감압수단으로 균일한 볼 흡착을 행할 수 있는 볼 흡착 헤드를 제공하는 것과, 둘째, 흡착면적을 분할하여 땜납볼을 흡착함으로써 감압수단의 능력보다 넓은 영역의 흡착구멍으로 땜납볼을 균일하게 흡착할 수 있는 볼 흡착 헤드를 제공하고, 셋째 땜납볼의 흡착미스를 제거함으로써 흡착시간의 단축을 도모하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 볼 흡착 헤드에 있어서는 다수의 흡착구멍을 갖는 볼 장착 장치용 볼 흡착 헤드에 마스크가 배치되어 이 마스크가 흡인통로를 통해 감압소스에 접속된다. 마스크는 볼흡착구멍들 중 소정의 부분에 흡착력을 작용하는 위치와, 볼흡착구멍들 중 소정의 부분에 흡착력이 작용하지 않는 다른 위치가 제공된다.

본 발명의 그 밖의 특징 및 이점은 첨부도면과 함께 설명하는 다음의 바람직한 실시예를 통해 보다 명백히 이해될 수 있다.

다음에 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

본 발명의 볼 흡착 헤드(1)가 이용되는 BGA납땜볼장착장치는 납땜볼(7)이 저장된 볼트레이 내의 납땜볼(7)을 흡착하고, 스테이지 상의 웨이퍼에 납땜볼(7)을 장착하기 위한 마스크 부착 볼 흡착 헤드(1)와, 도시되지 않은 흡착검지수단을 가지는 것을 특징으로 한다. 다른 부부의 구성은 종래의 BGA납땜볼 장착장치과 같은 구성으로 할 수 있다.

볼 흡착 헤드(1)의 하면에는 도 1 및 도 3 내지 도4에 나타낸 바와같이, 다수의 볼흡착구멍(2)이 형성된 흡착플레이트(3)가 장착된다. 도면의 실시예에서는 볼흡착구멍(2)과 납땜볼(7)의 관계를 명확하게 표시하기위해 대략적으로 묘사되어 있지만, 납땜볼(7)은 미소하고, 볼흡착구멍(2)의 수는 대략 수만개이다.

볼 흡착 헤드(1) 내부에는 소정의 볼흡착구멍(2)을 폐쇄 및 개방하는 가동 마스크(4)가 설치된다. 본 실시예에 있어서는 웨이퍼 납땜볼(7)을 장착하는 것을 전제로 하기 때문에 흡착구멍(2)은 원형상으로 배열되고, 마스크(4)의 형상도 도 2에 나타낸 바와같이 원형상으로 대응시킬 수 있다. 또, 흡착플레이트(3)에 형성된 흡착구멍(2)의 절반분(50%)을 폐쇄시킬 수 있다. 흡착구멍(2)의 절반분을 폐쇄시킬 수 있는 마스크(4)를 설치함으로써 감압수단은 한번에 전체 흡착구멍(2)에 납땜볼(7)을 흡착하는 경우와 비교하여 필요한 능력의 절반분의 능력의 펌프로 흡착이 가능하다.

실시예에서의 마스크(4)는 4인치 내지 8인치의 웨이퍼에 대응가능하고, 그 형상은 4장의 날개를 갖는 프로펠라와 같은 형상이 되지만 그 형상에 특별이 제한이 있는 것은 아니며, 흡착구멍(2)의 절반분을 폐쇄시킬 수 있는 마스크(4)라면 어떠한 형상도 가능하다.

마스크(4)에는 흡착구멍(2)의 폐쇄 및 개방의 절환수단으로서 에어실린더(5)가 설치된다. 마스크(4)는 볼 흡착 헤드(1) 내에 설치된 에어실린더(5)의 로드(15)에 부착되고, 에어실린더(5)의 작동에 의해 볼 흡착 헤드(1) 내의 흡착플레이트(3) 내측면과 그 상방향 쪽의 대피위치 사이를 상하 이동가능하게 하고 있다.

또, 마스크(4)의 전환수단은 볼 흡착 헤드(1)의 외부에 설치하는 것도 가능하다. 즉, 에어실린더(5)를 이용하는 경우, 에어실린더(5) 본체를 볼 흡착 헤드(1) 외측 상부에 설치하고, 에어실린더(5)의 로드(15) 만을 볼 흡착 헤드(1) 내에 삽입하여 이 로드(15)에 마스크(4)를 장착한다.

볼 흡착 헤드(1)는 땜납볼(7)이 저장된 볼트레이에서 땜납볼(7)을 흡착하기 때문에 흡인통로(6)에 의해 도시되지 않은 감압소스와 접속되어 도 1 및 도 3 내지 도 4의 중앙 화살표 방향으로 흡인된다. 감압소스로서는 진공펌프나 송풍모터가 이용된다.

다음에, 본발명에 관한 볼 흡착 헤드(1)의 작용에 대해서 설명한다. 볼 흡착 헤드(1)를 땜납볼(7)이 저장된 볼트레이 위에 하강시켜 땜납볼(7)의 흡착을 개시하기 전에 에어실린더(5)에 의해 마스크(4)를 흡착트레이(3)의 내측면으로 하강시키고, 밀착시킨다. 그래서 흡착플레이트(3)에 배치되어 있는 절반분의 흡착구멍(2)을 폐쇄한다. 도 1은 이 상태를 나타내고 있다.

이 상태에서 흡인통로(6)에 접속된 감압원에 의해 볼 흡착 헤드(1) 내의 공기를 흡인하고, 마스크(4)에 의해 폐쇄된 흡착구멍(2) 이외의 전체 흡착구멍(2)에 때납볼(7)이 흡착되었나의 여부를 검지수단에 의해 검지한다. 마스크(4)에 의해 폐쇄된 흡착구멍(2) 이외의 전체 흡착구멍(2)이 땜납볼(7)을 흡착하였는지의 여부를 검지하는 검지수단으로서 압력센서가 이용된다. 압력센서 대신에 타이머를 이용할 수도 있다.

마스크(4)에 의해 폐쇄되지 않은 전체 흡착구멍(2)이 땜납볼(7)을 흡착하면 볼 흡착 헤드(1) 내의 압력이 저하(진공도가 상승)한다. 소정압력에 도달한 시점에서 검지수단으로부터의 지령에 의해 전환수단을 작동시킨다. 즉, 마스크(4)를 에어실린더(5)에 의해 흡착플레이트(3)로부터 부터 개방하고, 위쪽으로 대피시킨다. 그리고 나머지 흡착구멍(2)에 땜납볼(7)을 흡착시킨다. 도 4는 이 상태를 나타내는 것이다. 전체 흡착구멍(2)에 땜납볼(7)을 흡착시킨 후 스테이지 상의 웨이퍼에 땜납볼(7)을 장착한다.

제1실시예의 마스크(4)는 직접 흡착구멍(2)에 접촉하여 흡착구멍을 폐쇄한다. 그러나 이 경우는 마스크(4)를 2개의 위치에 설정할 필요가 있으며, 그 하나는 흡착구멍(2)에 흡인력이 작용하는 위치이고, 다른 하나는 흡착구멍에 흡인력이 작용하지 않는 위치이다. 따라서, 도 5에 나타낸 제2실시예와 같이 마스크(4)가 간접적으로 흡인구멍(2)에 작용하도록 볼 흡착 헤드를 구성할 수 있어야 한다.

제2실시예에 따른 볼 흡착 헤드(1)의 하측면에는 가스전달통로형성부재로서의 펀칭금속(18)이 위치하고, 또 볼 흡착 헤드(1)는 가스침투부재로서 미세한 망으로된 지지판(19), 땜납볼(7)을 흡착하는 볼흡착구멍(2)이 배치된 흡착플레이트(3)를 구비한다. 이들, 펀칭금속(18), 지지플레이트(19), 흡착플레이트(3)는 플레이트 홀더에 의해 볼 흡착 헤드(1)의 하측면에 일체로 부착된다. 마스크(4)는 펀칭금속(18)에 접촉할 수 있도록 부착된다. 마스크(4), 이동수단(계폐전환수단), 압력센서(17) 등의 각 구성은 제1실시예와 동일하게 할 수 있다.

도 5에 나타낸 바와같이, 펀칭금속(18)은 가스전달통로을 가지며, 이 가스전달통로는 흡착플레이트(3)의 흡착구멍(2)에 대응하지 않는다. 가스전달통로는 직경 3.8mm, 5mm 핏치로 형성된다. 펀칭금속(18)은 외부힘에 대해 지지플레이트(19)를 지지하므로 땜납볼(7) 흡착시 발생하는 부압이나 웨이퍼로부터의 응력 등에 기인하여 흡착플레이트(3)가 구부러지는 것을 방지한다. 벌집구조를 갖는 지지부재는 펀칭금속(18) 대신에 사용할 수도 있다.

도 5에 나타낸 바와같이 지지 플레이트(19)는 흡착플레이트(3)와 펀칭금속(18) 사이에 배치된다. 가스침투부재로서 고응력수지망을 프레임의 중앙개구부에 페이스트(paste)함으로써 지지플레이트(19)가 형성되며, 이 프레임은 0.15mm 두께의 스테인레스 판으로서 중앙에 개구가 형성되는 한편 흡착플레이트(3)의 흡착영역을 덮기에 충분한 크기를 갖는다. 금속망 또는 다공물질을 고응력수지망 대신에 사용할 수도 있다. 지지플레이트(19)는 펀칭금속(18)과 흡착플레이트(3) 사이에 기류가 흐르는 층을 가지고 있어 흡착플레이트(3)의 흡착영역 전체에 걸쳐 균일한 볼흡착상태를 이룰 수 있다.

이상과 같은 제2실시예에 있어서, 마스크(4)는 볼흡착구멍(2)을 직접 폐쇄하지 않고 펀칭금속(18)의 가스전달통로의 일부만을 폐쇄하게 된다. 또, 이러한 구조하에서는 마스크(4)를 2개위치에 설정하는 것이 가능하게 된다. 그 하나는 흡착력이 땜납볼(7)에 작용하는 위치이고, 다른 하나는 흡착력이 땜납볼(7)에 작용하지 않는 위치이다. 제2실시예에 있어서도 제1실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 전술한 바와같이 구성되어 동작하므로 다음과 같은 효과를 얻게 된다.

첫째, 볼 흡착 헤드 내측에 마스크가 배치되며, 이 마스크에는 볼흡착구멍 중 소정의 부분에 흡착력이 작용하는 위치와 볼흡착력이 작용하지 않는 다른 위치가 제공된다. 따라서, 소정의 흡착구멍만을 폐쇄하는 이 마스크를 이용함으로써 흡착력이 작용하는 흡착구멍에서의 볼흡착 효과를 강화할 수 있다. 이 흡착 이후, 마스크를 해제하고, 볼을 나머지 흡착구멍에서 흡착한다. 따라서, 감압수단의 치수 및 용량을 종래기술 보다 줄여서도 균일한 흡착효과를 갖는 볼 흡착 헤드를 제작할 수 있다.

둘째, 볼 흡착 헤드에 볼흡착구멍들 중 소정의 부분에만 흡착력을 야기하는 마스크가 배치되므로 흡착영역을 분할하여 땜납볼을 흡착할 수 있다. 따라서, 감압수단의 용량 보다 넓은 영역에서 땜납볼을 흡착할 수 있는 볼 흡착 헤드의 제공이 가능하다. 그 밖에도 흡착효율을 개선하여 흡착시간을 단축할 수 있다.

셋째, 흡착구멍에 볼이 흡착되었나의 여부를 검출하는 검출수단이 되며, 이 검출수단의 지령에 따라 전환수단이 작동하여 마스크에 의해 폐쇄된 흡착구멍을 개방한다. 그 결과, 상기 효과를 확실하게 나타낼 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 대해 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위 및 그 기술적 사상을 일탈하지 않고도 당분야의 통상의 기술자에 의해 여러가지 변경 및 변형이 가능함은 자명하다 하겠다.

도 1은 본 발명의 제1실시예로서, 마스크를 갖는 볼 흡착 헤드의 단면도.

도 2는 마스크의 평면도.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 볼 흡착 헤드에 의해 부분적으로 흡인된 상태를 나타내는 단면도.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 볼 흡착 헤드에 의해 전체적으로 흡인된 상태를 나타내는 단면도.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 볼 흡착 헤드를 나타내는 단면도.

도 6은 종래 볼 흡착 헤드를 나타내는 도면.

Claims

다수의 볼흡착구멍과 감압될 내부공간을 갖는 본체와,

상기 본체의 내측공간에 배치되어 소정개수의 볼흡착구멍을 폐쇄하기 위한 마스크와,

상기 마스크에 의해 상기 흡착구멍의 개폐를 전환하는 전환부재를

구비하는 것을 특징으로 하는 볼 흡착 헤드.
제1항에 있어서,

상기 마스크에 의해 폐쇄된 흡착구멍 이외의 흡착구멍에 흡인된 볼을 검출하는 검출부재를 더 포함하고, 이것에 의해 상기 검출수단으로부터의 지령에 따라 상기 전환부재가 작용하여 상기 마스크에 의해 폐쇄된 흡착구멍을 개폐하는 것을 특징으로하는 볼 흡착 헤드.
다수의 볼흡착구멍 및 감압될 내부공간을 갖는 본체와,

상기 본체의 내부공간에 배치되어, 볼흡착구멍들 중 소정의 개수에 흡착력이 작용하는 제1위치(i)와, 상기 본체의 내부공간이 감압될 때 볼흡착구멍들 중 소정의 개수에 흡착력이 작용하지 않는 제2위치(ii) 사이에서 이동하는 마스크와,

상기 제1위치와 제2위치 사이에서 마스크를 이동시키는 이동부재를

구비하는 것을 특징으로 하는 볼 흡착 헤드.
본체와,

상기 본체의 하부에 배치되는 동시에 다수의 볼흡착구멍을 갖는 흡착플레이트와,

상기 본체내에서 형성되는 한편 상기 흡착플레이트 위에 배치되며, 상기 본체에 형성된 흡착통로를 통해 감압소스에 접속되는 내부공간과,

상기 본체의 내부공간에 배치되어, 볼흡착구멍들 중 소정의 개수에 흡착력이 작용하는 제1위치(i)와, 상기 본체의 내부공간이 감압될 때 볼흡착구멍들 중 소정의 개수에 흡착력이 작용하지 않는 제2위치(ii) 사이에서 이동하는 마스크와,

상기 제1위치와 제2위치 사이에서 마스크를 이동시키는 이동부재를

구비하는 것을 특징으로 하는 볼 흡착 헤드.