KR100704903B1 - 솔더볼 융착장치 및 이를 이용한 솔더볼 융착방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 솔더볼 융착장치 및 이를 이용한 솔더볼 융착방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판에 솔더볼을 분사하기 위한 노즐에 솔더볼이 연속적으로 공급될 수 있도록 하여 작업의 연속성을 보장하고 작업시간을 단축할 수 있으며, 솔더볼의 융착을 위한 구성품들이 제어부의 신호에 의해 제어되도록 하여 장치의 자동화를 구현할 수 있는 솔더볼 융착장치 및 이를 이용한 솔더볼 융착방법에 관한 것이다.

솔더볼, 기판, 연속, 노즐, 납땜

Description

솔더볼 융착장치 및 이를 이용한 솔더볼 융착방법{Apparatus for Melting and Adhering and Method for Melting and Adhering Solder Ball using it}

도 1은 본 발명에 따른 솔더볼 융착장치를 나타낸 단면도,

도 2 내지 도 4는 도 1의 작동상태를 예시한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 기판 3: 패드

5: 페이스트 9: 솔더볼

10: 노즐 11: 공급관로

12: 투입구 13: 유입관로

14: 밸브 17: 분사홀

19: 제 1센서 30: 액츄에이터

31: 작동핀 35: 핀구동부

36: 제 2센서 50: 가스공급장치

70: 레이저빔 조사장치 100: 솔더볼 융착장치

본 발명은 솔더볼 융착장치 및 이를 이용한 솔더볼 융착방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판에 솔더볼을 분사하기 위한 노즐에 솔더볼이 연속적으로 공급될 수 있도록 하여 작업의 연속성을 보장하고 작업시간을 단축할 수 있으며, 솔더볼의 융착을 위한 구성품들이 제어부의 신호에 의해 제어되도록 하여 장치의 자동화를 구현할 수 있는 솔더볼 융착장치 및 이를 이용한 솔더볼 융착방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 패키지는 반도체 칩이 회로기판에 부착되어 이루어지는 것으로서, 최근 종래 다핀 패키지의 문제점을 개량한 BGA 반도체 패키지가 각광을 받고 있다.

즉, 집적회로의 제조시 반도체 칩과 기판의 접속이 필요한데, 접속방식에 있어 종래에는 Au와이어를 이용한 와이어 본딩 방식을 이용하여 왔다. 그런데, 이러한 와이어 본딩방식은 와이어 본딩부가 기계적 충격이나 열충격에 따른 접착면의 열팽창 차이에 의해 본딩면이 떨어지거나 단선되는 문제점이 있었다.

상기 BGA(Ball Grid Array) 패키지는 상기와 같은 기존의 본딩 방식의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로 패키지의 외부 연결단자로 솔더볼을 구비한다.

상기 볼 그리드 어레이 방식은 리이드가 없는 전자소자부품을 회로기판에 부착하기 위해 납합금 (또는 무연)으로 이루어진 솔더볼을 회로기판과 전자소자부품 사이에 개재한 다음 이 솔더볼에 열을 가하여 녹임으로서 상기 회로기판과 전자소자부품을 솔더볼에 의해 접착하는 일종의 납땜방식을 사용한다.

이러한 반도체 패키지의 배면에 안착되는 솔더볼은 요구되는 지점에 정확하게 안착되어야 하는데, 종래에는 반도체 패키지의 배면에 솔더볼을 안착시킬 때 솔더볼을 일일이 손으로 안착시키거나, 티져(Tweezer)나 핀셋 등으로 안착시켰다. 이에 따라, 다수의 솔더볼을 안착시키는 데는 작업시간이 많이 소용되어 생산성이 저하되고, 솔더볼을 패키지에 정확히 안착시키지 못하여 많은 불량을 초래하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기판에 솔더볼을 분사하기 위한 노즐에 솔더볼이 연속적으로 공급될 수 있도록 하여 작업의 연속성을 보장하고 작업시간을 단축할 수 있는 솔더볼 융착장치 및 이를 이용한 솔더볼 융착방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 솔더볼의 융착을 위한 구성품들이 제어부의 신호에 의해 제어되도록 하여 장치의 자동화를 구현할 수 있는 솔더볼 융착장치 및 이를 이용한 솔더볼 융착방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은 일측면에 솔더볼을 내부로 공급시키기 위한 공급관로가, 타측면에는 가스를 내부로 유입시키기 위한 유입관로가 각각 연통되고, 그 하단에는 내부에 공급된 솔더볼의 용융시 상기 솔더볼이 유입되는 가스압에 의해 기판 상에 분사될 수 있도록 상기 솔더볼의 직경 보다 작은 직경을 갖는 분사홀이 형성되되, 내부는 공급되는 솔더볼이 상기 분사홀의 입구에 집중될 수 있도록 상기 분사홀의 입구를 시점으로 측면을 향하여 테이퍼 지고, 상단은 레이저빔이 투과 될 수 있도록 석영판으로 이루어지며, 기판의 정위치 됨을 감지하는 제 1센서가 부가 설치되는 노즐과; 상기 공급관로의 상단에 형성된 투입구를 통해 투입되는 솔더볼을 상기 노즐의 내부로 공급시키기 위해 상기 공급관로 상에서 왕복 슬라이딩되는 작동핀과, 상기 작동핀을 구동시키기 위한 핀구동부와, 상기 핀구동부에 내설되어 상기 작동핀의 공급관로에 내입된 끝지점을 감지하는 제 2센서를 포함하는 액츄에이터와; 상기 유입관로를 통해 상기 노즐의 내부로 가스가 유입될 수 있도록 상기 유입관로와 연결되어, 상기 솔더볼의 산화를 방지하기 위한 불활성 가스가 유입되는 가스공급장치와; 상기 유입관로 상에 설치되어 가스의 진행 여부를 단속하는 밸브와; 상기 노즐의 상측에 위치하며, 상기 노즐 내부에 공급된 솔더볼에 NdYAG 레이저, Fiber 레이저, 다이오드 레이저, DPSSL 레이저 중 하나로 레이저빔을 조사하기 위한 레이저빔 조사장치와; 상기 제 1 및 제 2 센서, 핀구동부, 레이저빔 조사장치, 밸브와 전기적으로 연결되어 상기 각센서로부터 기판과 솔더볼의 위치 정보를 입력받고, 입력된 정보에 따라 상기 핀구동부와 레이저빔 조사장치의 작동 및 밸브의 개폐를 제어하는 제어부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 솔더볼 융착장치를 이용하여 솔더볼을 융착시키기 위한 방법에 있어서, 납땜될 지점이 노즐 분사홀의 수직 연장지점에 위치하도록 기판을 위치시키는 단계와; 기판의 정위치시 제어부의 제어신호에 의해 핀구동부가 구동되어, 금속, 폴리머 수지, 플라스틱 중 어느 하나로 이루어진 솔더볼이 상기 노즐의 내부로 공급되는 단계와; 상기 솔더볼이 노즐의 내부에서 낙하되어 상기 분사홀의 입구에 위치되는 단계와; 제어부의 제어신호에 의해 밸브가 개방되어 노즐의 내부로 상기 솔더볼의 산화가 방지되는 불활성 가스가 유입되는 단계와; 제어부의 제어신호에 따라 레이저빔 조사장치가 작동되어 노즐의 내부로 레이저빔이 조사되는 단계와; 조사된 레이저에 의해 솔더볼이 용융되는 단계와; 용융된 솔더볼이 상기 노즐의 가스압에 의해 기판의 납땜 지점에 분사되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 보다 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 더불어 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 솔더볼 융착장치를 나타낸 단면도이고, 도 2 내지 도 4는 도 1의 작동상태를 예시한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 솔더볼 융착장치(100)는 노즐(10), 액츄에이터(30), 가스공급장치(50), 레이저빔 조사장치(70)를 포함한다.

상기 노즐(10)은 일측면에 솔더볼(9)을 내부로 공급시키기 위한 공급관로(11)가 연통되고, 타측면에는 가스를 내부로 유입시키기 위한 유입관로(13)가 연통된다. 그리고, 상기 노즐(10)의 하단에는 상기 공급관로(11)를 통해 내부에 공급된 솔더볼(9)의 용융시 상기 솔더볼(9)이 유입되는 가스압에 의해 기판(1) 상에 분사될 수 있도록 분사홀(17)이 형성된다. 이때, 상기 분사홀(17)은 그 직경이 상기 솔더볼(9)의 직경보다 작게 형성된다. 또한, 상기 노즐(10)의 내부는 상기 분사홀(17)의 내측 입구를 시점으로 측면을 향하여 테이퍼 지게 되는데, 이는 상기 공급관로(11)를 통해 공급되는 솔더볼(9)이 낙하 될 시 상기 솔더볼(9)이 상기 분사홀(17)의 입구에 집중될 수 있도록 하기 위함이다. 아울러, 상기 노즐(10)의 상단은 레이저빔이 투과 될 수 있도록 석영판으로 이루어지는 것이 바람직한데, 이는 후술될 레이저빔 조사장치(70)가 상기 노즐(10) 하단에 형성된 분사홀(17) 측으로 레이저빔을 직립되게 조사하도록 상기 노즐(10)의 상측에 위치한 것에 기인한다.

상기 액츄에이터(30)는 작동핀(31)과, 핀구동부(35)로 구성된다. 여기서, 상기 작동핀(31)은 비교적 길이가 긴 바(Bar) 형상을 취하며, 상기 공급관로(11)의 상단에 형성된 투입구(12)를 통해 투입되는 솔더볼(9)을 상기 노즐(10)의 내부로 공급시키기 위해 상기 공급관로(11) 상에서 내입되는 길이가 가변되는 형태로 왕복 슬라이딩된다. 상기 핀구동부(35)는 상기 작동핀(31)을 구동시키기 위해 마련되는 것인데, 유압실린더나 모터와 기어 결합에 의한 구성으로 구현할 수 있으며, 이는 공지된 바 있는 기술이므로 별도의 도시 및 상세한 설명은 회피하기로 한다.

상기 가스공급장치(50)는 상기 유입관로(13)를 통해 상기 노즐(10)의 내부로 가스를 유입시키기 위한 것인데, 이를 위해 상기 유입관로(13)와 연결된다. 여기서, 상기 유입관로(13)의 가스 진행로 상에는 상기 가스공급장치(50)로부터 상기 노즐(10)의 내부 측을 향하는 가스의 진행 여부를 단속하기 위한 밸브(14)가 구비된다. 또한, 이때 상기 가스공급장치(50)로부터 상기 노즐(10)의 내부로 유입되는 가스는 상기 솔더볼(9)의 산화를 방지하기 위한 불활성 가스인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 실시예에서 사용되는 솔더볼(9)은 레이저에 의한 용융성을 고려하여 그 재질이 한정될 수 있으며, 이에 상기 솔더볼은 금속, 폴리머 수지, 플라스틱 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직함을 밝혀둔다.

상기 레이저빔 조사장치(70)는 상기 노즐(10)의 내부에 공급된 솔더볼(9)에 레이저빔을 조사하기 위한 것으로서, 전술한 바 있듯, 상기 노즐(10) 하단에 형성된 분사홀(17) 측으로 레이저빔을 직립되게 조사하도록 상기 노즐(10)의 상측에 위치하게 된다. 여기서, 상기 레이저빔 조사장치(70)를 통해 조사되는 레이저는 석영판 재질로 이루어진 노즐(10)의 상단을 투과할 수 있어야 한다. 상기한 레이저의 예로서, NdYAG 레이저, Fiber 레이저, 다이오드 레이저, DPSSL 레이저 등을 들 수 있다. 따라서, 상기 레이저빔 조사장치(70)로부터 조사되는 레이저는 상기 레이저들 중 어느 하나 인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 솔더볼 융착장치(100)에는 기판(1)과 솔더볼(9)의 위치를 감지하기 위한 센서들(19,36)과 상기 센서들(19,36)로부터 기판(1)과 솔더볼(9)의 위치 정보를 입력받고 입력된 정보에 따라 상기 핀구동부(35)와 레이저빔 조사장치(70)의 작동 및 밸브(14)의 개폐를 제어하는 제어부(미도시)가 구성되는 바, 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 센서(19,36)는 제 1센서(19)와 제 2센서(36)로 나뉜다.

상기 제 1센서(19)는 상기 노즐(10)에 설치되어 기판(1)의 정위치 됨을 감지하는 것으로, 여기서, 기판(1)의 정위치란 납땜될 지점이 노즐(10) 분사홀(17)의 수직 연장지점에 위치한 상태를 말하며, 기판(1)의 납땜될 지점은 통상 페이스트(5)가 도포된 기판(1)의 패드(3)가 해당된다. 상기 제 2센서(36)는 상기 작동핀(31)의 공급관로(11)에 내입된 끝지점을 감지하는 것으로, 이를 위해 상기 핀구동부(35)에 내설된다. 상기한 제 2센서(36)의 구성에 의하면 상기 공급관로(11) 상을 이동하는 솔더볼(9)의 위치 정보를 얻을 수 있다. 즉, 상기 솔더볼(9)은 작동핀(31)의 구동에 의해 이동되는 바, 이동시 상기 작동핀(31)의 선단에 위치하며, 이에 따라, 상기 작동핀(31)의 공급관로(11)에 내입된 끝지점은 상기 솔더볼(9)의 위치가 되는 것이다.

상기 제어부는 전술한 바 있듯, 상기 센서들(19,36)로부터 기판(1)과 솔더볼(9)의 위치 정보를 입력받고 입력된 정보에 따라 상기 핀구동부(35)와 레이저빔 조사장치(70)의 작동 및 밸브(14)의 개폐를 제어하며, 이를 위해 상기 제어부는 상기 제 1 및 제 2 센서(19,36), 핀구동부(35), 레이저빔 조사장치(70), 밸브(14)와 전기적으로 연결된다. 상기 제어부의 구성으로서는 통상의 마이크로 프로세서이면 충분하며, 각 구성의 구동을 위한 설정값을 입력하기 위한 컨트롤 보드(미도시)를 포함할 수도 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 솔더볼 융착장치의 작동관계를 이를 이용한 솔더볼 융착방법과 연계하여 설명하도록 한다.

솔더볼(9)을 기판(1) 상에 융착시키기 위해 먼저, 납땜될 지점(패드가 형성된 지점)이 노즐(10) 분사홀(17)의 수직 연장지점에 위치하도록 기판(1)이 위치하게 된다. 이 단계에서, 기판(1)의 위치는 제 1센서(19)에 의해 감지되며, 감지된 위치 정보는 제어부로 전송되어 상기 제어부는 기판(1) 또는 노즐(10)을 이동시켜 상기 기판(1)이 정위치되도록 한다.

상기 기판(1)이 정위치 되면, 제어부의 제어신호에 의해 핀구동부(35)가 구동되어 솔더볼(9)이 상기 노즐(10)의 내부로 공급되며, 이후, 상기 솔더볼(9)은 상기 노즐(10)의 내부에서 낙하되어 상기 분사홀(17)의 입구에 위치된다. 이때, 상기 솔더볼(9)은 상기 분사홀(17)을 통해 빠져나가지 않고 일시 머무르게 되는데, 이는 상기 분사홀(17)의 직경이 상기 솔더볼(9)의 직경 보다 상대적으로 작은 것에 기인 한다.

상기와 같이 솔더볼(9)이 노즐(10)의 내부에서 낙하됨과 동시에, 가스 유입을 위한 유입관로(13) 상에 설치된 밸브(14)는 제어부의 제어신호에 의해 개방되는데 이에 따라, 노즐(10)의 내부로 가스가 유입되며, 유입된 가스에 의해 상기 노즐(10)의 압력은 상승된다.

이후, 제어부의 제어신호에 따라 레이저빔 조사장치(70)가 작동되어 노즐(10)의 내부로 레이저빔이 조사되면, 조사된 레이저에 의해 상기 솔더볼(9)이 용융되고, 이에 따라 용융된 솔더볼(9)은 상기 노즐(10) 내부의 가스압에 의해 기판(1)의 납땜 지점에 분사되는 것이다.

상기와 같이 기판(1) 위에 솔더볼(9)이 융착되고 나면, 다시, 상기 기판(1)은 납땜을 위한 다른 지점이 상기 분사홀(17)의 수직연장된 지점에 이르도록 위치되고, 상기 작동핀(31)은 초기 지점으로 복귀하여 다시 솔더볼(9)의 융착을 위한 준비를 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 기판에 솔더볼을 분사하기 위한 노즐에 솔더볼이 연속적으로 공급될 수 있도록 하여 작업의 연속성을 보장하고 작업시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 솔더볼의 융착을 위한 구성품들이 제어부의 신호에 의해 제어되도록 하여 장치의 자동화를 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 일측면에 솔더볼(9)을 내부로 공급시키기 위한 공급관로(11)가, 타측면에는 가스를 내부로 유입시키기 위한 유입관로(13)가 각각 연통되고, 그 하단에는 내부에 공급된 솔더볼(9)의 용융시 상기 솔더볼(9)이 유입되는 가스압에 의해 기판(1) 상에 분사될 수 있도록 상기 솔더볼(9)의 직경 보다 작은 직경을 갖는 분사홀(17)이 형성되되, 내부는 공급되는 솔더볼(9)이 상기 분사홀(17)의 입구에 집중될 수 있도록 상기 분사홀(17)의 입구를 시점으로 측면을 향하여 테이퍼 지고, 상단은 레이저빔이 투과 될 수 있도록 석영판으로 이루어지며, 기판(1)의 정위치 됨을 감지하는 제 1센서(19)가 부가 설치되는 노즐(10)과;

   상기 공급관로(11)의 상단에 형성된 투입구(12)를 통해 투입되는 솔더볼(9)을 상기 노즐(10)의 내부로 공급시키기 위해 상기 공급관로(11) 상에서 왕복 슬라이딩되는 작동핀(31)과, 상기 작동핀(31)을 구동시키기 위한 핀구동부(35)와, 상기 핀구동부(35)에 내설되어 상기 작동핀(31)의 공급관로(11)에 내입된 끝지점을 감지하는 제 2센서(36)를 포함하는 액츄에이터(30)와;

   상기 유입관로(13)를 통해 상기 노즐(10)의 내부로 가스가 유입될 수 있도록 상기 유입관로(13)와 연결되어, 상기 솔더볼(9)의 산화를 방지하기 위한 불활성 가스가 유입되는 가스공급장치(50)와;

   상기 유입관로(13) 상에 설치되어 가스의 진행 여부를 단속하는 밸브(14)와;

   상기 노즐(10)의 상측에 위치하며, 상기 노즐(10) 내부에 공급된 솔더볼(9)에 NdYAG 레이저, Fiber 레이저, 다이오드 레이저, DPSSL 레이저 중 하나로 레이저빔을 조사하기 위한 레이저빔 조사장치(70)와;

   상기 제 1 및 제 2 센서(19,36), 핀구동부(35), 레이저빔 조사장치(70), 밸브(14)와 전기적으로 연결되어 상기 각센서(19,36)로부터 기판(1)과 솔더볼(9)의 위치 정보를 입력받고, 입력된 정보에 따라 상기 핀구동부(35)와 레이저빔 조사장치(70)의 작동 및 밸브(14)의 개폐를 제어하는 제어부;

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 솔더볼 융착장치.
2. 솔더볼 융착장치(100)를 이용하여 솔더볼(9)을 융착시키기 위한 방법에 있어서,

   납땜될 지점이 노즐(10) 분사홀(17)의 수직 연장지점에 위치하도록 기판(1)을 위치시키는 단계와;

   기판(1)의 정위치시 제어부의 제어신호에 의해 핀구동부(35)가 구동되어, 금속, 폴리머 수지, 플라스틱 중 어느 하나로 이루어진 솔더볼(9)이 상기 노즐(10)의 내부로 공급되는 단계와;

   상기 솔더볼(9)이 노즐(10)의 내부에서 낙하되어 상기 분사홀(17)의 입구에 위치되는 단계와;

   제어부의 제어신호에 의해 밸브(14)가 개방되어 노즐(10)의 내부로 상기 솔더볼(9)의 산화가 방지되는 불활성 가스가 유입되는 단계와;

   제어부의 제어신호에 따라 레이저빔 조사장치(70)가 작동되어 노즐(10)의 내부로 레이저빔이 조사되는 단계와;

   조사된 레이저에 의해 솔더볼(9)이 용융되는 단계와;

   용융된 솔더볼(9)이 상기 노즐(10)의 가스압에 의해 기판(1)의 납땜 지점에 분사되는 단계;

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 솔더볼 융착장치를 이용한 솔더볼 융착방법.
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