KR100531230B1

KR100531230B1 - 볼 마운팅 시스템

Info

Publication number: KR100531230B1
Application number: KR10-2005-0014361A
Authority: KR
Inventors: 윤대식; 신상호
Original assignee: (주)포틱스테크놀로지
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2005-11-29
Also published as: KR20050039767A

Abstract

본 발명은 볼 마운팅 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 다수의 기판상에 솔더볼을 자동으로 부착시켜 주되 하나의 기판에 플럭스를 도포하는 과정중에 다른 기판은 플럭스가 도포된 상태로 이동하여 솔더볼이 부착되는 과정을 수행하여 시스템의 아이들 타임(idle time)을 줄여 작업성 및 생산성을 향상시켜주는 볼 마운팅 시스템에 관한 것으로; 매거진에 적재된 기판을 로딩하는 온 로딩 유닛과; 상기 온 로딩 유닛으로 부터 이송된 기판이 안착되는 입구 레일 유닛과; 기판이 안착되되 회전이 가능한 다수의 작업테이블이 구비되어 일방향으로 왕복이동하는 작업 이송 유닛과; 상기 입구 레일 유닛으로 부터 기판을 픽업하여 상기 작업테이블에 이송시키고 솔더볼의 부착 공정이 끝난 기판을 이송시키는 픽업 유닛과; 상기 작업 이송 유닛이 이동하면 그 작업테이블에 로딩된 기판의 볼안착부에 플럭스를 도포하는 플럭싱 유닛과; 상기 플럭스가 도포된 기판의 상부에 솔더볼을 부착하기 위한 솔더볼 부착 유닛;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 복수의 작업 테이블이 독립적으로 플럭스 도팅과정 및 솔더볼 부착 작업을 순차적으로 계속적으로 수행하여 각부 구성 유닛들의 대기시간을 단축시켜 생산성을 향상시키고 다수의 상태 체크용 비젼 유닛들을 구비하여 정밀하게 체크하여 줌으로서 솔더볼이 부착되어 배출되는 기판의 불량률을 최소화하는 효과가 있다.

Description

볼 마운팅 시스템{BALL MOUNTING SYSTEM}

본 발명은 볼 마운팅 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 다수의 기판상에 솔더볼을 자동으로 부착시켜 주되 하나의 기판에 플럭스를 도포하는 과정중에 다른 기판은 플럭스가 도포된 상태로 이동하여 솔더볼이 부착되는 과정을 수행하여 시스템의 아이들 타임(idle time)을 줄여 작업성 및 생산성을 향상시켜주는 볼 마운팅 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 패키지의 조립공정에 사용되는 기판(Substrate)은 반도체 칩과 함께 반도체 패키지를 이루게 되는 핵심 구성요소로서, 반도체 패키지의 내부와 외부를 연결해주는 도선(lead) 기능과 반도체 칩을 지지해 주는 지지체 기능을 하며, 반도체 칩의 고밀도화나 고집적화 및 기판 실장의 방법 등에 따라 다양한 형상으로 제작되어진다.

이와 같은 기판은 도 1에 도시한 바와 같이 그 기판(1)의 하면에 반도체 칩과 연계되는 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array)를 위한 내부리드(1a)가 다수 다열로 형성되어 있고, 그 상면에는 상기 내부리드와 연결되어 솔더볼(solder ball)이 부착되는 볼안착부(2)가 형성된다. 그리고, 상기 기판(1)의 길이방향 양측단부에는 검사 및 마킹 작업시 안정성 부여를 위한 고정공(3)이 각각 형성되고, 폭 방향의 측단부 일측으로는 그 기판의 로딩에 따른 오리엔테이션(orientation) 기준이 되는 방향표시(4)가 각각 형성된다.

이때, 상기 기판(1)은 통상적으로 솔더볼을 부착하는 작업을 수행하기 위해서는 기판(1)을 작업 지역(working zone)으로 이송시켜 그 상면에 플럭스(flux)를 도포한 후 다른 작업지역으로 이송시킨 후 솔더볼을 부착하는 작업을 수행하여 이송시킨 후 다음 기판(1)을 작업지역으로 이송시켜 플럭스 도포 및 솔더볼 부착 작업을 수행하는 통상의 작업과정으로 수행하게 된다.

그런데, 이와 같이 하나의 기판(1)상에 솔더볼을 부착하는 과정을 살펴보면, 플럭스를 도포하는 과정중에는 솔더볼을 부착하는 작업 이송 유닛은 작업을 대기하게 되고, 반대로 솔더볼을 부착하는 과정 중에는 플럭스를 도포하는 작업 이송 유닛이 작업을 대기하게 된다. 따라서, 어느 하나의 작업 중에는 다른 유닛들은 작업을 멈추거나 초기화 상태로 유닛들이 작동하게 되어 대기상태를 유지하고 있어 다수의 기판(1)상에 솔더볼을 부착시 그 작업시간이 길어지게 되고, 장비의 가동율이 저하되는 문제점을 그대로 가지고 있다.

따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다수의 기판의 상면에 플럭스를 도포하고, 솔더볼을 부착하는 작업을 동시에 수행하여 어느 하나의 작업 공정을 수행중인 작업 이송 유닛 이외에도 다른 작업 이송 유닛 역시 다른 작업 공정을 수행하여 대기시간을 줄여줌으로서 시스템의 장비가동 효율을 증대시키고, 작업 시간을 단축시킬 수 있는 볼 마운팅 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명은 볼 마운팅 시스템에 관한 것으로; 매거진에 적재된 기판을 로딩하는 온 로딩 유닛과; 상기 온 로딩 유닛으로 부터 이송된 기판이 안착되는 입구 레일 유닛과; 기판이 안착되되 회전이 가능한 다수의 작업테이블이 구비되어 일방향으로 왕복이동하는 작업 이송 유닛과; 상기 입구 레일 유닛으로 부터 기판을 픽업하여 상기 작업테이블에 이송시키고 솔더볼의 부착 공정이 끝난 기판을 이송시키는 픽업 유닛과; 상기 작업 이송 유닛이 이동하면 그 작업테이블에 로딩된 기판의 볼안착부에 플럭스를 도포하는 플럭싱 유닛과; 상기 플럭스가 도포된 기판의 상부에 솔더볼을 부착하기 위한 솔더볼 부착 유닛;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 볼 마운팅 시스템을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하에 상세히 기술되는 실시예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 일반적인 기판(substrate)(1)을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 다층 패키지 어셈블리 시스템의 구성도로서 이에 따르면 본 시스템은 매거진(magazine)에 적재된 기판(1)을 로딩하는 온 로딩 유닛(On Loading Unit)(100)과, 상기 로딩된 기판(1)이 상기 온 로딩 유닛(100)으로 부터 이송되어 안착되는 입구 레일 유닛(Inlet Rail Unit)(150)과, 솔더볼의 부착 공정이 끝난 기판(1)이 안착되는 비젼 셔틀(vision shuttle)(300)과, 상기 입구 레일 유닛(150)으로 부터 기판(1)을 픽업(pickup)하여 이송시키는 입구 픽커(inlet picker)(210)와 솔더볼의 부착 공정이 끝난 기판(1)을 비젼 셔틀(300)로 이송시키는 출구 픽커(outlet picker)(220)로 구성되는 픽업 유닛(pick & place unit)(200)과, 상기 픽업 유닛(200)에 의해 픽업된 기판(1)이 안착되되 회전이 가능한 복수(複數)의 작업테이블(260, 270)이 구비되어 일방향으로 왕복이동되는 작업 이송 유닛(working transfer unit)(250)과, 상기 작업 이송 유닛(250)이 이동하면 그 상부에 안착된 기판(1)의 놓여진 위치를 조정하기 위해 그 위치를 체크하는 피알에스 비젼 유닛(PRS vision unit)(350)과, 상기 피알에스 비젼 유닛(350)에 의해 체크된 작업 이송 유닛(250)이 이동하면 그 작업 이송 유닛(250)의 작업테이블(260,270)의 상부에 놓여진 기판(1)의 볼안착부(2)에 플럭스를 도포하는 플럭싱 유닛(Fluxing unit)(400)과, 플럭스가 도포된 상태의 기판(1) 상부에 솔더볼(solder ball)을 부착(attaching)하기 위한 솔더볼 부착 유닛(solder ball attaching unit)(450)과, 상기 비젼 셔틀(300)의 상부로 이송된 기판(1)의 솔더볼 부착상태의 정상/불량 여부를 체크하기 위한 검사 비젼 유닛(inspection vision unit)(500)과, 상기 기판(1)의 솔더볼 부착 상태가 정상인 경우 이송시키는 오프로딩 컨베이어 유닛(off loading conveyor unit)(550)과, 상기 기판(1)의 솔더볼 부착 상태가 불량인 경우 이송시키는 리젝트 컨베이어 유닛(reject conveyor unit)(600)과, 상기 각각의 유닛 들을 감시 및 제어하는 제어유닛(control unit)(650)으로 구성된다.

이하, 본 발명에 따른 볼 마운팅 시스템의 각각의 구성 유닛을 도 3a 내지 14c를 참고로 좀더 구체적으로 설명한다.

먼저, 온 로딩 유닛(100)은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바에 의하면 매거진(10)을 로딩하고 매거진(10) 내부에 적재된 기판(1)을 입구 레일 유닛(150)으로 로딩하는 장치로서, 기판(1)을 적재한 상태의 매거진(10)을 놓으면 이를 제어 유닛(control unit)(650)의 작동에 의해 Y축 방향으로 이송시키도록 모터(112)와 벨트(114)로 구동되는 온 로더 컨베이어(ON LOADER CONVAYOR)(110)와, 상기 온 로더 컨베이어(110)의 작동에 의해 이송된 매거진(10)을 매거진 클램프(122)에 의해 클램핑한 후 Z축 방향으로 승강하여 작업위치로 이동시키는 매거진 엘리베이터(M/Z elevator)(120)와, 상기 매거진 엘리베이터(120)에 의해 작업위치로 이송된 매거진(10)의 내부에 적재된 기판(1)을 X축 방향으로 밀어주어 상기 입구 레일 유닛(150)로 이송시키는 스트립푸셔(strip pusher)(130)와, 상기 기판(1)이 모두 이송된 빈(empty) 상태의 매거진(10)이 매거진 엘리베이터(120)에 의해 하방으로 이송되면 이를 Y축 방향으로 이송시키도록 모터(142)와 벨트(144)로 구동되는 언로더 컨베이어(UNLOADER CONVAYOR)(140)로 이루어진다. 이때, 상기 매거진 엘리베이터(120)의 상측과 하측에는 각각 상하한을 감지하는 감지센서(미도시됨)를 구비하여 승강시의 정밀도를 향상시킬 수 있도록 함이 바람직하다.

상기 입구 레일 유닛(150)은 도 4a 내지 도 4c에 도시한 바와 같이, 온 로딩 유닛(100)에 의해 로딩되는 기판(1)의 폭 방향 가장자리를 지지하여 안착되게 하는 레일부재(Rail Means)(160,162)와, 상기 레일부재(160,162) 상에 푸싱(pushing)된 기판(1)을 X축 방향으로 이송시키는 벨트(166) 및 롤러(168a,168b)와, 상기 벨트(166)에 구동력을 전달하는 모터(164)와, 상기 레일부재(160,162)의 전방 상단에는 이송되는 기판(1)이 더 이상 이송되지 않도록 기판(1)의 진행방향의 전단부와 접촉되는 스토퍼(170)가 구비되고, 그 레일부재(160,162)의 하측에는 현재 기판(1)이 도착했는지의 여부를 판별하기 위한 기판의 입출(in/out)을 감지하는 기판 입출용 위치감지센서(172)를 각각 구비되게 하게 된다. 이때, 상기 레일부재(160,162)는 유입되는 기판(1)의 사이즈에 따라 그 폭(width)을 조정이 가능하도록 하기 위해 폭 조절수단을 구비되게 되는데, 상기 폭 조절수단은 레일부재(160,162) 사이에 티엠 스크류(TM SCREW)(174)를 결합시키고 그 일단에는 작업자가 회동시킬 수 있는 조정용 노브(knob)(176)를 구비하여, 조정용 노브(176)를 정/역회전시켜 티엠스크류(174)가 회전되며 레일부재(160,162)의 폭을 좁히거나 늘어나게 한다.

상기 픽업 유닛(pick & place unit)(200)은 도 5a 내지 도 5c에 도시한 바와 같이, 기판(1)이 상기 입구 레일 유닛(150)의 스토퍼(170)까지 이송되어지면 이를 작업 이송 유닛(250)의 작업테이블(260,270)로 로딩시키는 입구 픽커(210)와, 솔더볼의 부착 공정이 끝난 기판(1)을 상기 비젼 셔틀(300)로 이송시키는 출구 픽커(220)로 이루어진다. 이를 상세히 설명하면, 상기 입구 픽커(210)는 X축방향으로 설치되는 가이드레일(230)에 의해 안내되되 상기 입구 레일 유닛(150)에 로딩된 기판(1)을 진공 흡입하여 픽업하는 진공흡착부(212)가 하부를 항하여 구비되며 Z축 방향으로 승강되어 작업 이송 유닛(250)의 작업 테이블(260,270) 상부에 로딩시키게 된다. 그리고, 상기 출구 픽커(220)는 가이드레일(232)를 따라 이동하는 것으로 상기 입구픽커(210)와 동일한 구성으로 이루어지되, 작업 이송 유닛(250)의 작업 테이블(260,270) 상부에 놓여진 솔더볼 부착(ATTACH)가 끝난 기판(1)을 픽업하여 비젼셔틀(VISION SHUTTLE)(300)에 로딩(LOADING)시키게 된다. 이때, 상기 X축 방향으로의 이동은 서보모터(SERVO MOTOR)의 구동력을 이용하고, Z축 방향으로의 승강 이동은 실린더(CYLINDER)를 이용하는 구성을 취함이 바람직하다.

상기 작업 이송 유닛(250)은 도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 상기 입구 레일 유닛(150)에 로딩된 기판(1)이 입구 픽커(210)에 의해 진공흡착되어 이송된 경우 안착되며 회전가능한 제1 및 제2 작업 테이블(260,270)과, 상기 작업 테이블(260,270)의 하부를 지지하며 상기 작업테이블(260,270)을 회전시키는 모터(264,274)가 구비되는 본체(262,272)와, 그 본체(262,272)가 Y축 방향으로 이동되도록 안내하는 가이드레일(266,276)로 이루어진다. 이때, 상기 제1 및 제2 작업 테이블(260,270)과, 본체(262,272)는 각각 서로의 간섭을 받지 않고 운전(operation)된다. 그리고, 상기 본체(262)의 일측에는 바텀비젼(360)이 일체로 이동되게 구비된다.

이와 같은 작업 이송 유닛(250)의 상부에는 도 7a 내지 도 7c에 도시한 바와 같은 지지프레임(800)이 X축 방향으로 구비되어 그 일측에는 상기 플럭싱 유닛(Fluxing unit)(400)의 플럭스 툴(flux tool)(410)이 X축 방향으로의 이동을 위한 가이드레일(802)이 구비되고, 맞은편에는 상기 솔더볼 부착 유닛(solder ball attaching unit)(450)의 볼 툴(ball tool)(460)이 X축 방향으로의 이동을 위한 가이드레일(804)이 구비된다.

이때, 상기 플럭싱 유닛(400)은 도 8a 내지 도 8e에 도시한 바와 같이 상기 제1 및 제2 작업 테이블(260,270)의 상부를 향하도록 지지프레임(800)의 가이드레일(802)을 따라 X축 방향으로 이동하는 플럭스 툴(410)이 플럭스 공급 유닛(Flux supply unit)(430)으로 부터 플럭스를 공급받는 플럭스 스키징 유닛(Flux squeezing unit)(440)의 플럭스를 제1 및 제2 작업테이블(260,270)의 상부에 로딩된 기판(1)의 볼안착부(2)에 도팅(dotting)하게 된다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 플럭스 툴(410)은 도 8a에 도시한 바와 같이 툴 홀더(tool holder)(411)의 하부에 플럭스를 도팅(dotting)하기 위한 다수의 플럭스 핀(412)이 형성되는 플럭스 핀 플레이트(Flux pin plate)(413)가 구비되고, 툴 홀더(411)와 플럭스 핀 플레이트(413)의 사이에는 완충작용을 위한 쿠션 패드(cusion pad)(414)와 그 쿠션 패드(414)의 복원력을 위한 쿠션 스프링(cusion spring)(415)이 구비되고, 상기 툴 홀더(411)의 상부 블럭(416)은 가이드레일(802)을 이동할 수 있도록 지지된다.

한편, 상기 플럭스 스키징 유닛(440)은 도 8b 내지 도 8d에 도시한 바와 같이 평판형의 플럭스 스키즈 플레이트(Flux squeeze plate)(442)와 그 상부에서 X축 방향으로 이동하며 상기 플럭스 스키즈 플레이트(442)상에 플럭스를 고르게 도포시키는 플럭스 스키즈 블레이드(Flux squeeze blade)(444,445)가 모터(446)로 구동시킬 수 있도록 구성된다. 이때, 상기 플럭스는 솔더링 접합될 부분을 깨끗하게 하고 솔더링이 이루어지는 고온에서도 금속 리드 부분에 산화물이 생기는 것을 방지하는 역할을 하고 솔더 합금이 접합부 표면에 잘 퍼지도록 한다.

그리고, 상기 플럭스 공급 유닛(430)은 도 8e에 도시한 바와 같이 내부에 플럭스가 충진되고 상측에는 에어(air)를 강제유입시키기 위한 공기유입구(432)가 형성되고, 하측에는 에어에 의해 강제로 플럭스가 배출되도록 하는 플럭스배출구(434)가 형성되어 상기 플럭스 스키즈 플레이트(442)의 상부에 플럭스를 공급하게 된다.

상기 솔더볼 부착 유닛(450)은 도 9a 내지 도 9f에 도시한 바와 같이, 이동하는 제1 및 제2 작업 테이블(260,270)의 상부를 향하도록 지지프레임(800)의 가이드레일(804)을 따라 X축 방향으로 이동하는 볼 툴(460)과, 볼 공급 유닛(Ball supply unit)(470)으로 부터 솔더볼(9)을 공급받아 상기 볼 툴(460)이 솔더볼(9)을 진공(Vacuum)상태로 픽업(pick up)이 가능하도록 정열하는 볼 카트리지(Ball cartridge unit)(480)로 이루어진다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 볼 툴(460)은 도 9a에 도시한 바와 같이 툴 홀더(tool holder)(461)의 하부에 솔더볼(9)을 진공흡입하기 위한 다수의 볼안착공(462)과 그 볼안착공(462)을 향해 솔더볼(9)을 하부로 밀어내기 위한 이젝터 핀(ejector pin)(463)이 형성되는 이젝터 핀 플레이트(ejector pin plate)(463)가 구비되고, 툴 홀더(461)와 이젝터 핀 플레이트(463)의 사이에는 완충작용을 위한 압력 패드(pressure pad)(465)와 그 압력 패드(467)의 복원력을 위한 압력 스프링(pressure spring)(468)이 구비된다. 그리고, 상기 툴 홀더(461)의 상부 블럭(468)은 가이드레일(804)을 이동할 수 있도록 지지되고 그 일측에는 진공에어주입구(469a) 및 이젝션 에어주입구(469b)가 형성되어 툴 홀더(461) 내부를 진공상태로 만들면 볼안착공(462)에 솔더볼(9)이 픽업되고, 에어주입구에 에어를 주입하면 이젝터 핀(463)이 볼안착공(462)에 픽업된 솔더볼(9)을 밀어내어 플럭스가 도포된 기판(1)의 볼안착부(2)에 솔더볼(9)을 부착(attaching)시키게 된다.

그리고, 상기 볼 카트리지 유닛(480)은 도 9b에 도시한 바와 같이 상면(上面)에는 상기 볼 툴(460)의 이젝터 핀 플레이트(464)에 대응되는 다수의 볼 홀(Ball hole)(481)이 형성된 볼 패턴 플레이트(482)가 구비되고 그 하부에는 상기 볼 패턴 플레이트(482)가 제어 유닛(650)에 의해 작동되는 서보모터(483)를 구동시켜 Z축 방향으로 시소(seesaw)운동을 시켜, 상기 볼 공급 유닛(470)으로 부터 공급되는 솔더볼(9)이 볼 패턴 플레이트(482)가 경사진 상태이므로 자연스럽게 흘러내리면서 구르게 되어 하나의 볼 홀(481)에 하나의 솔더볼(9)이 안착되는 기능을 수행하게 된다. 이때, 상기 솔더볼(9)이 안착되고 남은 솔더볼(9)은 도 9c에 도시한 바와 같은 리젝트 볼 이송 유닛(Reject ball transfer unit)(490)의 수용부(492)에 모아져 볼 공급 유닛(470)의 볼 박스(472)로 재투입된다. 이와 같이 볼 홀(481)에 안착된 상태의 솔더볼(9)은 일측 하부에 구비되는 볼 비젼 유닛(Ball vision unit)(495)에 의해 볼 패턴 플레이트(482) 상의 볼 홀(481)에 솔더볼(9)이 제대로 일대일로 안착되었는지를 판별하게 된다. 이때, 상기 볼 비젼 유닛(495)은 도 9d 및 도 9e에 도시한 바와 같이 반사경(496)을 통한 영상을 카메라(497)로 촬영하여 솔더볼(9)의 상태를 검사하게 되는데, 상기 반사경(496)의 하측으로는 비젼라이트(498)가 구비된다.

또한, 상기 볼 공급 유닛(470)은 도 9f에 도시한 바와 같이 제어 유닛(650)의 제어에 의해 볼 박스(472)의 솔더볼(9)을 볼 패턴 플레이트(482)의 상면에 자동으로 공급이 가능한 것으로 볼 박스(472)의 하부에 형성되는 배출구(472a) 및 배관(472b)을 따라 솔더볼(9)을 공급시에 질소(N₂)가스를 분사하며 공급하게 되는데, 솔더볼(9)의 공급량에 비례하여 질소가스를 공급하여 주게 된다.

한편, 상기 볼 툴(460)이 이동하는 경로의 일측에는 도 9g에 도시한 바와 같이 볼 진동 유닛(ball vibration unit)(420)이 구비되어 상기 볼 카트리지 유닛(482)을 사용하지 않고, 별도의 볼 박스(421)로 부터 공급되는 솔더볼(9)이 놓여지는 플레이트(422)의 하부에 바이브레이터(vibrator)(423)를 구비하여 진동을 가하여 솔더볼(9)을 플레이트(422)상에 일정 거리 이상 부상(浮上)시킨 상태에서 상기 볼 툴(460)의 툴 홀더(461) 내부를 진공상태로 만들면 볼안착공(462)에 솔더볼(9)이 픽업되고, 에어주입구에 에어를 주입하면 이젝터 핀(463)이 볼안착공(462)에 픽업된 솔더볼(9)을 밀어내어 플럭스가 도포된 기판(1)의 볼안착부(2)에 솔더볼(9)을 부착(attaching)시키게 된다. 이때에도 상기 솔더볼(9)이 안착되고 남은 솔더볼(9)은 상술한 리젝크 볼 이송 유닛(490)과 동일한 구동원리를 갖는 별도의 리젝트 볼 이송 유닛(미도시됨)의 수용부에 모아져 상기 볼 박스(421)로 재투입된다.

한편, 상기 피알에스 비젼 유닛(350)은 작업 테이블(260,270)의 상부에 안착되는 기판(1)에 플럭싱(fluxing) 및 볼 부착(ball attaching)의 정확성을 기하기 위해 탑 비젼(top vision)(370)과 바텀 비젼(bottom vision)(360)으로 구성된다.

먼저, 상기 바텀 비젼(360)은 도 6a 및 도 6b를 참고하면 작업 이송 유닛(250)의 제1 작업 테이블(260)의 하부 본체(262)의 일측에 구비되어 함께 이동하며 플럭스 툴(410)의 하면(下面)을 향하며 이동하여 그 기준마크(FIDUCIAL MARK)를 촬영하여 제어 유닛(650)에 전송하여 이를 기준으로 플럭스 툴(410)의 틀어짐 정도를 x.y축 방향을 계산하여 플럭싱을 위한 기준값을 세팅하여 주게 된다. 이때, 상기 바텀 비젼(360)은 볼 툴(460)의 하면을 향하여 이동하면서 그 기준마크를 촬영하여 제어 유닛(650)에 전송하여 이를 기준으로 볼 툴(460)의 틀어짐 정도를 x.y축 방향을 계산하여 볼 부착(ATTACHING)을 위한 기준값을 세팅하여 주는 기능도 하게 된다.

그리고, 상기 탑 비젼(370)은 도 10a 내지 도 10c에 도시한 바와 같이 상기 지지프레임(800)의 일측에 X축 방향으로 가이드레일(372)을 따라 서보모터의 구동에 따라 이동하는 카메라(374)가 구비되어 상기 제1 및 제2 작업 테이블(260,262)의 상부에 로딩된 기판(1)의 틀어짐 정도를 보정하기 위해 촬영하여 제어 유닛(650)에 전송하게 되고, 그에 따라 상기 제어 유닛(650)은 플럭스 툴(410)의 기준값 및 볼 툴(460)의 기준값에 맞는 x.y 방향의 틀어짐 정도와 동일한 값을 가지도록 DD모터(264,274)를 제어하여 제1 및 제2 작업 테이블(260,270)을 회전시켜 기준값을 일치시키게 된다.

상기 검사 비젼 유닛(500)은 도 11a 내지 도 11c에 도시한 바와 같이 제1 및 제2 작업테이블(260,270)에 로딩된 솔더볼(9)이 부착된 상태의 기판(1)은 상기 출구 픽커(220)에 의해 이송되어 비젼셔틀(Vision shuttle)(300)에 안착되면, 그 비젼 셔틀(300)의 상측에 구비되어 X축 방향으로 이동하며 기판(1)의 솔더볼 부착상태(예를 들면, MISSING BALL, BALL POSITION, BLACK BALL, DEMIGE BALL, EXTRA BALL)등의 솔더볼(9)의 상태(QUALITY)를 검사하는 카메라(510)가 구비되어 기판(1)의 상부를 촬영하여 그 데이터를 제어 유닛(650)으로 전송된다. 이때에도 상기 기판(1)의 상부를 향해 라이트(512)가 구비된다. 이와같이 측정된 결과는 기판(1)의 정상/불량 여부를 판별하는 자료로 저장되어 오프 로딩 픽커(offloading picker)를 제어하게 되는데, 상기 오프 로딩 피커(530)는 도 12a 내지 도 12c에 도시한 바와 같이 Y축 방향으로 이동하면서 하부에 구비된 체크센서(532)로 기판(1)의 존재유무를 판별하여 클램핑수단(534)으로 픽업하게 된다.

이와같은 오프 로딩 피커(530)에 의해 픽업된 기판(1)은 상태가 정상인 경우에는 도 13a에 도시한 바와 같이 오프로딩 컨베이어 유닛(536)으로 로딩되어 후공정인 리플로우 오븐(reflow oven)으로 이동시키고, 상기 기판(1)의 솔더볼 부착 상태가 불량인 경우에는 도 13b에 도시한 바와 같이 리젝트 컨베이어 유닛(538)으로 이송되어 작업자가 직접 확인할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 볼 마운팅 시스템의 작동예를 도 1 내지 도 13c를 참고로 상세히 설명한다.

시스템의 전원을 투입시켜 제어 유닛(650)을 초기화시킨 후, 다수의 기판(1)을 적재한 상태의 매거진(10)을 온 로딩 유닛(100)의 온 로더 컨베이어(100)에 놓고 구동시키게 되면, 제어 유닛(650)의 제어신호에 의해 온 로더 컨베이어(100)가 상기 매거진(10)을 Y축방향으로 이송시키게 된다.

온 로더 컨베이어(100)에 의해 이송된 매거진(10)은 매거진 엘리베이터(120)의 매거진 클램프(122)에 의해 클램핑되어 Z축 방향으로 승강되어 매거진(10)의 내부에 적재된 기판(1)이 수평방향의 스트립푸셔(130)위치에 다다르면, 상기 스트립푸셔(130)는 X축 방향으로 이동하며 상기 기판(1)을 푸싱하여 입구 레일 유닛(150)로 이송시키게 되고, 하나의 기판(1)을 푸싱한 후 스트립푸셔(130)는 다시 후진하여 원위치된 상태에서 클램핑 상태의 매거진(10)을 하강시킨 다음 스트립푸셔(130)가 다시 이동하며 다음 기판(1)을 입구 레일 유닛(150)쪽으로 푸싱하게 된다.

이와같은 과정을 반복적으로 수행하여 매거진(10)이 빈(empty)상태로 되면, 매거진 엘리베이터(120)가 작동하여 매거진(10)을 하강시켜 클램프(122)가 매거진(10)을 분리시켜 언로더 컨베이어(140)의 상부에 놓여지게 된다. 이때 상기 언로더 컨베이어(140)는 작동되어 빈 매거진(10)을 이송시키게 된다.

그리고, 입구 레일 유닛(150)은 로딩된 기판(1)이 벨트(166) 및 롤러(168a,168b)의 회전에 의해 이송되어 스토퍼(170)에 단부가 접촉하게 되면 더이상 이동하지 않고 대기하게 되는데, 이경우 그 레일부재(160,162)의 하측에 구비된 위치감지센서(172)의 감지신호가 제어 유닛(650)에 전송되어 기판(1)이 감지된 경우, 픽업 유닛(200)을 구성하는 입구 픽커(210)가 X축/Z축 방향으로 이동하며 기판(1)을 진공흡착하여 픽업한 후 작업 이송 유닛(250)의 제1 작업테이블(260)의 상부로 로딩시키게 된다.

제1 작업테이블(260)에 기판이 로딩되면, 상기 제1 작업테이블(260)을 지지하는 본체(262)는 가이드레일(266)을 따라 Y축 방향으로 이송되어 지지프레임(800)의 하부를 지나게 되는데, 상기 본체의 일측에 구비되는 바텀 비젼(360)은 지지프레임(800)의 가이드레일(802)을 따라 X축 방향으로 이동하는 플럭스 툴(410)의 하면(下面)을 향하며 이동하여 그 기준마크(FIDUCIAL MARK)를 촬영하여 제어 유닛(650)에 전송하고, 지지프레임(800)에 이동가능하게 구비되는 탑 비젼(370)은 제1 작업테이블(260)에 로딩된 기판(1)을 촬영하여 제어 유닛(650)에 전송하여 줌으로서, 제어 유닛(650)은 이를 서로 비교 후 본체(262)의 모터(264)를 작동시켜 제1 작업테이블(260)을 회전시켜 XY좌표를 일치시키게 된다.

한편, 플럭스 공급 유닛(430)은 제어 유닛(650)의 제어에 따라 에어(air)를 강제주입시켜 플럭스를 플럭스배출구(434)를 통해 플럭스 스키징 유닛(440)의 플럭스 스키즈 플레이트(442)의 상부에 공급하면, 플럭스 스키즈 블레이드(444,445)가 X축 방향으로 왕복이동하면서 플럭스 스키즈 플레이트(442)상에 플럭스를 고르게 도포하게 된다.

이와같은 상태에서 상기 플럭스 툴(410)은 Z축 방향으로 하강하면서 플럭스 스키즈 플레이트(442)의 상부에 접촉하여 툴 홀더(411)의 하부에 구비되는 플럭스 핀 플레이트(413)의 플럭스 핀(412)의 단부에 플럭스가 묻혀지게 된다. 그리고, 다시 상승한 플럭스 툴(410)은 X축 방향으로 이동하고 Z축으로 하강하여 제1 작업테이블(260)의 상부에 로딩된 기판(1)의 볼안착부(2)에 플럭스를 도팅시키게 된다. 그리고 상기 플럭스 툴(410)은 다시 플럭스 스키즈 플레이트(442) 쪽으로 이동하게 된다.

한편, 플럭스가 도팅된 상태에서 상기 제1 작업테이블(260) 및 그 본체(262)는 Y축 방향으로 이동하여 볼 부착 지역(Ball attaching zone)으로 이동하게 된다.

이때, 볼 공급 유닛(470)은 상기 플럭스 도팅 과정 중에 독립적으로 상기 제어 유닛(650)의 제어에 의해 볼 박스(472)의 솔더볼(9)을 볼 패턴 플레이트(482)의 상면에 자동으로 공급하여 시소운동을 하게 되어 공급되는 솔더볼(9)이 구르면서 볼 홀(481)에 일대일로 안착시키게 된다. 그리고, 그 안착상태는 볼 비젼 유닛(495)의 반사경(496) 및 이를 통한 영상을 카메라(497)로 촬영하여 제어 유닛(650)으로 전송시켜 줌으로서 솔더볼(9)의 안착상태를 검사하게 되며, 빈(empty) 볼 홀(481)이 존재하는 경우에는 재차 솔더볼(9)을 안착시키는 과정을 수행하게 된다. 이와같이 모든 볼 홀(481)에 솔더볼(9)이 안착되면 볼 툴(460)이 X축 방향으로 이동하여 툴 홀더(461)의 하부의 이젝터 핀 플레이트(464)을 통해 툴 홀더(461) 내부를 진공상태로 만들어 볼안착공(462)에 솔더볼(9)을 픽업하고 Z축 방향으로 상승하고 X축 방향으로 이동하여 에어주입구(469b)에 에어를 주입하면 이젝터 핀(463)이 볼안착공(462)에 픽업된 솔더볼(9)을 밀어내어 플럭스가 도포된 기판(1)의 볼안착부(2)에 솔더볼(9)을 부착(attaching)시키게 된다.

이때, 상기 볼 툴(460)은 상기 볼 패턴 플레이트(482)를 통해서 솔더볼(9)을 공급받지않고 X축방향으로 이동하며 반대편으로 이동하게 되면 볼 진동 유닛(420)의 플레이트(422)의 하부에 바이브레이터(vibrator)(423)를 작동시켜 솔더볼(9)을 플레이트(422)상에 일정 거리 이상 부상(浮上)시킨 상태에서 상기 볼 툴(460)의 툴 홀더(461) 내부를 진공상태로 하여 볼안착공(462)에 솔더볼(9)을 픽업하는 과정을 대신 수행하게 함도 가능하다.

이와 같은 과정 중에 상기 스트립푸셔(130)가 다시 이동하며 다음 기판(1)을 입구 레일 유닛(150)쪽으로 푸싱하여 입구 레일 유닛(150)의 스토퍼(170)에 로딩된 다른 기판(1)은 입구 픽커(210)에 의해 X축/Z축 방향으로 이동하며 기판(1)을 진공흡착하여 픽업한 후 작업 이송 유닛(250)의 제2 작업테이블(270)의 상부로 로딩시키게 되고, 상기 제1 작업테이블(260)의 기판에 플럭스를 도포하는 과정을 그대로 수행하게 되어 작업대기시간을 단축시키고 연속적인 작업을 수행하게 된다. 그리고, 상기 플럭스 도포과정이 끝난 경우에는 상기 제2 작업테이블(270) 및 그 본체(274)는 다시 솔더볼 부착 영역으로 이동하게 된다.

한편, 상기 제1 작업테이블(260) 및 그 하부의 본체(264)는 Y축 방향으로 이동하며 초기 위치로 이동하여 대기하게 되면, 출구 픽커(220)가 X축 및 Z축 이동을 통해 기판(1)을 진공흡착하여 비젼 셔틀(300)에 로딩시키게 된다.

비젼셔틀(300)에 로딩된 기판(1)은 그 상측에 구비되어 X축 방향으로 이동하는 검사 비젼 유닛(500)의 카메라(510)에 의해 그 상부면을 촬영하여 제어 유닛(650)으로 전송하여 주면, 제어 유닛(650)은 기판(1)의 솔더볼 부착상태를 체크하여 정상/불량 여부를 판별하게 된다. 그와같은 검사작업을 통해 오프 로딩 픽커(530)를 제어하여 기판(1)의 솔더볼(9) 부착 상태가 정상인 경우에는 오프로딩 컨베이어 유닛(536)으로 로딩시키고, 불량인 경우에는 리젝트 컨베이어 유닛(538)으로 이송시키게 된다.

상기 과정중에 제1 작업테이블(260)은 또 다른 기판(1)이 입구 픽커(210)에 의해 로딩되어 플럭스 도포 영역으로 이동하고, 제2 작업테이블(270)은 솔더볼 부착 영역으로 이동하며 유기적이고 계속적인 작업을 수행하게 된다.

이때, 상기 작업테이블(260,270)은 2개가 설치된 경우만을 설명하였으나, 3개이상 설치함도 동일한 기술적 원리를 채용하는 것임을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미친다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면 복수의 작업 테이블(260,270)이 독립적으로 플럭스 도팅과정 및 솔더볼 부착 작업을 순차적으로 계속적으로 수행하여 각부 구성 유닛들의 대기시간을 단축시켜 생산성을 향상시키고 다수의 상태 체크용 비젼 유닛들을 구비하여 정밀하게 체크하여 줌으로서 솔더볼이 부착되어 배출되는 기판(1)의 불량률을 최소화하는 효과가 있다.

아울러, 작업자는 단순히 매거진에 다수의 기판을 적재하여 온 로딩 유닛(100)의 온 로더 컨베이어(110)에 놓으면 자동으로 플럭스 및 솔더볼 부착과정이 진행되어 완전자동화가 이루어져 작업자의 부담을 줄이는 효과가 있다.

도 1a는 일반적인 기판(substrate)의 상면을 도시한 도면.

도 1b는 도 1a의 하면을 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 볼 마운팅 시스템의 개략적인 구성도.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 온 로딩 유닛을 도시한 도면.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 입구 레일 유닛을 도시한 도면.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 픽업 유닛을 도시한 도면.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 작업 이송 유닛을 도시한 도면.

도 7a 및 도 7c는 본 발명에 따른 지지프레임을 도시한 도면.

도 8a는 본 발명에 따른 플럭스 툴을 도시한 도면.

도 8b 내지 도 8d는 본 발명에 따른 플럭스 스키징 유닛을 도시한 도면.

도 8e는 본 발명에 따른 플럭스 공급 유닛을 도시한 도면.

도 9a는 본 발명에 따른 볼 툴을 도시한 도면.

도 9b는 본 발명에 따른 볼 카트리지 유닛을 도시한 도면.

도 9c는 본 발명에 따른 리젝트 볼 이송 유닛을 도시한 도면.

도 9d 및 도 9e는 본 발명에 따른 볼 비젼 유닛을 도시한 도면.

도 9f는 본 발명에 따른 볼 공급 유닛을 도시한 도면.

도 9g는 본 발명에 따른 볼 진동 유닛을 도시한 도면.

도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 따른 탑 비젼을 도시한 도면.

도 11a 내지 도 11c는 본 발명에 따른 검사 비젼 유닛을 도시한 도면.

도 12a 내지 도 12c는 본 발명에 따른 오프로딩 픽커를 도시한 도면.

도 13a는 본 발명에 따른 오프로딩 컨베이어 유닛을 도시한 도면.

도 13b는 본 발명에 따른 리젝트 컨베이어 유닛을 도시한 도면.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

1: 기판 100: 온 로딩 유닛

150: 입구 레일 유닛 200: 픽업 유닛

210: 입구 픽커 220: 출구 픽커

250: 작업 이송 유닛 260, 270: 작업테이블

300: 비젼 셔틀 350: 피알에스 비젼 유닛

400: 플럭싱 유닛 450: 솔더볼 부착 유닛

500: 검사 비젼 유닛 550: 오프로딩 컨베이어 유닛

600: 리젝트 컨베이어 유닛 650: 제어유닛

Claims

매거진에 적재된 기판을 로딩하는 온 로딩 유닛과, 상기 온 로딩 유닛으로 부터 이송된 기판이 안착되는 입구 레일 유닛과, 기판이 안착되되 회전이 가능한 다수의 작업테이블이 구비되어 일방향으로 왕복이동하는 작업 이송 유닛과, 상기 입구 레일 유닛으로 부터 기판을 픽업하여 상기 작업테이블에 이송시키고 솔더볼의 부착 공정이 끝난 기판을 이송시키는 픽업 유닛과, 상기 작업 이송 유닛이 이동하면 그 작업테이블에 로딩된 기판의 볼안착부에 플럭스를 도포하는 플럭싱 유닛과, 상기 플럭스가 도포된 기판의 상부에 솔더볼을 부착하기 위한 솔더볼 부착 유닛으로 구성되는 볼 마운팅 시스템에 있어서;

상기 플럭싱 유닛의 수평방향으로의 틀어짐정도를 기준값으로 설정하기 위해 촬영하는 바텀 비젼과, 상기 작업 이송 유닛의 작업테이블이 이동하면 그 상부에 안착된 기판의 놓여진 위치를 조정하기 위해 기판의 상면을 쵤영하는 탑 비젼으로 이루어진 피알에스 비젼 유닛과;

상기 작업테이블의 하부에 구비되어 상기 바텀 비젼에 의해 설정된 기준값과 동일한 틀어짐 각도를 유지하기 위해 회전되도록 모터가 구비되는 본체;가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 볼 마운팅 시스템.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 솔더볼이 부착된 상태의 기판이 로딩된 작업테이블로 부터 픽업 유닛에 의해 이송되어 안착되는 비젼 셔틀과;

상기 비젼 셔틀의 상부에 위치하며 이동가능하게 구비되어 기판의 솔더볼 부착상태의 정상/불량 여부를 체크하기 위한 검사 비젼 유닛;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 볼 마운팅 시스템.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 검사 비젼 유닛의 검사결과가 정상인 경우 이송되는 오프로딩 컨베이어 유닛과, 상기 기판의 솔더볼 부착 상태가 불량인 경우 이송되는 리젝트 컨베이어 유닛과, 상기 비젼 셔틀에 안착된 기판을 진공흡착하여 픽업한 후 상기 오프로딩 컨베이어 유닛 또는 리젝트 컨베이어 유닛에 선택적으로 이송시키는 오프 로딩 픽커가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 볼 마운팅 시스템.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 픽업 수단은 상기 입구 레일 유닛으로 부터 기판을 진공상태로 픽업하여 상기 작업테이블에 이송시키는 입구 픽커와, 상기 작업테이블상에 로딩되되 솔더볼이 부착된 기판을 상기 비젼 셔틀로 이송시키는 출구 픽커로 이루어진 것을 특징으로 하는 볼 마운팅 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 플럭싱 유닛은;

플럭스가 충진된 상태의 플럭스 공급 유닛으로 부터 플럭스를 공급받으면 그 상면에 도포되는 평판형의 플럭스 스키즈 플레이트와, 그 상부에서 일방향으로 이동하며 상기 플럭스 스키즈 플레이트상에 플럭스를 고르게 도포시키는 플럭스 스키즈 블레이드로 이루어진 플럭스 스키징 유닛과;

상기 작업 테이블의 상부에 위치하는 지지프레임의 가이드레일을 따라 일방향으로 이동하며 상기 플럭스 스키즈 플레이트 상면의 플럭스가 묻혀지면 상기 작업테이블의 상부에 로딩된 기판의 볼안착부에 플럭스를 도팅하는 플럭스 핀이 구비되는 플럭스 툴(Flux tool);로 이루어진 것을 특징으로 하는 볼 마운팅 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 솔더볼 부착 유닛은;

볼 공급 유닛으로 부터 솔더볼을 공급받으면 일대일로 안착되는 다수의 볼 홀이 형성된 볼 패턴 플레이트가 구비되고 그 하부에는 상기 볼 패턴 플레이트를 시소운동시키는 모터로 이루어진 볼 카트리지 유닛과;

상기 제1 및 제2 작업 테이블의 상부에 위치하는 지지프레임의 가이드레일을 따라 일방향으로 이동하며 상기 볼 패턴 플레이트의 볼 홀에 안착된 솔더볼을 진공흡착하는 하면에 볼안착공이 형성되고, 상기 솔더볼을 이동시킨 후 상기 작업테이블의 상부에 로딩된 플럭스가 도포된 기판의 볼안착부에 부착시에 볼안착공을 향해 솔더볼을 하부로 밀어내기 위한 이젝터 핀이 형성되는 이젝터 핀 플레이트로 이루어진 플럭스 툴;로 이루어진 것을 특징으로 하는 볼 마운팅 시스템.
제 7항에 있어서,

상기 플럭스 툴의 일측에는 상기 볼안착공이 상기 솔더볼을 진공흡착하여 픽업할 수 있도록 볼 공급 유닛으로 부터 공급되는 솔더볼이 놓여지는 플레이트와, 그 하부에 진동을 가하는 바이브레이터가 구비되어 상기 솔더볼을 플레이트상에 일정 거리 이상 부상(浮上)시키는 볼 진동 유닛이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 볼 마운팅 시스템.