KR100777789B1 - 반도체 패키지 제조용 볼마운트 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 패키지 제조용 볼마운트 헤드에 관한 것으로, 볼마운트 헤드의 작업 높이 위치를 정확하고 신속하게 수행할 수 있도록 한 것이다. 이를 위한 본 발명의 반도체 패키지 제조용 볼마운트 헤드는, 베이스와; 상기 베이스에 상하로 승강 운동하도록 설치되는 승강블록과; 상기 승강블록을 원하는 임의의 거리로 승강시키는 구동유닛과; 상기 승강블록에 대해 상하로 자유롭게 상대 이동 가능하게 설치되는 홀더블록과; 상기 홀더블록의 하단부에 설치되어 볼을 진공 흡착하는 볼흡착블록과; 상기 볼흡착블록이 위치 설정을 위한 기준 물체에 닿음으로 인해 홀더블록이 승강블록에 대해 상승하는 순간을 감지하는 감지센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

반도체 패키지, 볼 마운터, 볼마운트 헤드, 감지센서, Z축방향 작업 위치

Description

반도체 패키지 제조용 볼마운트 헤드{Ball Mount Head for Manufacturing Semicondoctors}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지 제조용 볼마운트 헤드를 나타낸 측면도

도 2는 도 1의 볼마운트 헤드의 정면도

도 3은 도 1의 볼마운트 헤드에서 Z축방향 작업 위치를 설정하는 과정을 보여주는 정면도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 베이스 3 : 승강블록

5 : 홀더블록 7 : 볼흡착블록

8 : 스톱퍼 9 : 서보모터

11 : 공압실린더 13 : 센서부

14 : 감지편 15 : 캐리어

본 발명은 반도체 패키지의 제조시 볼을 부착하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 패키지의 제작 공정에서 스트립에 솔더 볼(solder ball)을 장착하는 공정 중, 볼 공급장치로부터 공급된 볼을 진공 흡착하여 스트립 상으로 반송하는 볼마운트 헤드의 Z축방향 작업 위치를 용이하게 설정할 수 있도록 한 반도체 패키지 제조용 볼마운트 헤드에 관한 것이다.

반도체 패키지의 제조 방법 중, BGA 타입 반도체 패키지는 스트립의 소정 위치에 솔더 볼을 부착하는 볼 마운팅 공정을 통해 외부 회로를 형성하게 된다. 이러한 볼 마운팅 공정은 볼 마운터에서 자동으로 수행된다.

상기 볼 마운터는 카세트로부터 반출된 스트립의 각 반도체 칩 상의 본딩패드에 플럭스(flux)를 도포하고, 볼 공급장치를 통해 스트립에 부착될 볼을 공급한 다음, 볼마운트 헤드로 볼 공급장치 상의 볼들을 진공 흡착하여 스트립의 각 본딩패드에 부착시키는 작업을 연속적으로 수행한다.

상기 볼마운트 헤드는 볼 마운터의 본체 상부에 X-Y 방향으로 수평 이동하도록 구성되며, 그 하부에 스트립의 각 본딩패드에 대응하는 진공홀이 형성된 볼흡착블록이 상하로 승강 가능하도록 구성된다.

따라서, 볼 마운터가 가동되면 상기 볼마운트 헤드는 볼 공급장치 상으로 이동하여 볼흡착블록을 상하로 이동시키면서 볼흡착블록에 볼들을 진공흡착시킨다. 그런 다음, 상기 볼마운트 헤드는 스트립이 대기하고 있는 위치로 이동하여 정렬하고, 이 위치에서 다시 볼흡착블록을 하측으로 이동시켜 스트립의 각 본딩패드 상에 볼을 분리시킨다. 볼흡착블록에서 볼이 분리되면, 볼흡착블록은 다시 초기 위치로 상승하고, 볼마운트 헤드는 다음 볼 부착 작업을 위한 볼을 흡착하기 위해 다시 볼 공급장치로 이동한다.

한편, 상기 볼마운트 헤드의 볼흡착블록에서 볼을 분리할 때, 볼흡착블록에 부착된 볼과 스트립의 본딩패드는 살짝 맞닿을 정도로 되거나 매우 미세한 갭이 존재해야 한다. 만약, 볼흡착블록이 과도하게 하강하여 볼흡착블록의 볼이 스트립의 본딩 패드에 강하게 닿게 되면 본딩 패드 또는 볼이 손상되어 불량이 발생하게 된다. 반대로, 볼흡착블록과 스트립 간의 거리가 너무 먼 상태에서 볼이 분리되면 볼이 본딩패드의 정위치에 부착되지 않는 경우가 발생하게 되고, 이 역시 불량을 유발하는 요인이 된다.

따라서, 종래에는 볼 마운팅 작업 전에 작업자가 스트립이 놓여지는 캐리어 상에 종이 또는 스트립 견본을 놓고 직접 볼마운트 헤드의 볼흡착블록을 상하로 이동하면서 작업자가 육안 등의 감각에 의존하여 볼흡착블록과 종이 또는 스트립 견본이 맞닿는 지점의 위치를 찾고, 이 위치를 볼흡착블록의 작업 높이 위치로 설정하여 볼 마운팅 작업을 진행하였다.

그러나, 상기와 같이 종래의 볼마운트 헤드의 Z축방향 작업 위치를 설정하는 방식은 온전히 작업자의 감각에 의존해야 하므로 정확도가 낮고, 작업 위치를 설정하는데 시간이 많이 소요되는 문제가 있다.

특히, 볼 마운터에서 작업하고자 하는 볼의 크기가 변하거나 볼마운트 헤드의 볼흡착블록을 교체할 때마다 볼마운트 헤드의 Z축방향 작업 위치를 재설정해주어야 하는데, 이러한 작업 위치 재설정 작업이 빈번하게 이루어지는 경우에 상기와 같은 문제점은 더욱 심화되고, 심각한 생산성 저하를 유발하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 볼마운트 헤드의 Z축방향 작업 위치를 정확하고 신속하게 수행할 수 있는 반도체 패키지 제조용 볼마운트 헤드를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 베이스와; 상기 베이스에 상하로 승강 운동하도록 설치되는 승강블록과; 상기 승강블록을 원하는 임의의 거리로 승강시키는 구동유닛과; 상기 승강블록에 대해 상하로 상대 이동 가능하게 설치되는 홀더블록과; 상기 홀더블록의 하단부에 설치되어 볼을 진공 흡착하는 볼흡착블록과; 상기 볼흡착블록이 위치 설정을 위한 기준 물체에 닿음으로 인해 홀더블록이 승강블록에 대해 상승하는 순간을 감지하는 감지센서를 포함하여 구성된 반도체 패키지 제조용 볼마운트 헤드를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 패키지 제조용 볼마운트 헤드의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1과 도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명의 반도체 패키지 제조용 볼마운트 헤드는 베이스(1)와, 이 베이스(1)에 상하로 슬라이딩 이동 가능하게 설치된 승강블록(3)과, 상기 승강블록(3)에 상하로 이동 가능하게 설치된 홀더블록(5)과, 상기 홀더블록(5)의 하부에 설치되어 볼을 진공 흡착하는 볼흡착블록(7)을 포함한다.

도면에 도시하지는 않았으나, 상기 베이스(1)는 볼스크류와 같은 선형 운동 장치에 의해 볼 마운터의 상부에 X-Y 방향으로 선형 운동하도록 설치된다.

상기 베이스(1)에는 상기 승강블록(3)을 상하로 원하는 임의의 거리만큼 승강시키기 위한 구동유닛이 구성된다. 이 실시예에서 상기 구동유닛은 베이스(1)의 상부에 설치되는 서보모터(9)와, 상기 서보모터(9)의 동력을 전달받아 회전하는 볼스크류(미도시)와, 상기 볼스크류의 회전에 의해 볼스크류를 따라 상하로 이동하며 상기 승강블록(3)과 결합되는 너트부(미도시)로 구성된다.

물론, 상기한 바와 같이 서보모터와 볼스크류를 이용하지 않고, 리니어모터, 또는 풀리와 벨트 및 모터를 이용한 선형 운동장치 등 공지의 다양한 선형 운동장치를 이용하여 구동유닛을 구성할 수 있다.

또한, 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 베이스(1)에는 승강블록(3)의 상하 이동을 안내하기 위한 엘엠가이드(LM Guide)와 같은 가이드유닛이 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 승강블록(3)에도 홀더블록(5)의 상하 이동을 안내하는 엘엠가이드와 같은 가이드유닛이 설치됨이 바람직하다.

한편, 상기 홀더블록(5)은 승강블록(3)에 상하로 자유롭게 이동이 가능하게 결합된다. 상기 승강블록(3) 및 홀더블록(5)의 일측 또는 양측에는 상기 승강블록(3)에 대한 홀더블록(5)의 하강 위치를 제한하는 한 쌍의 스톱퍼(8)가 형성된다.

그리고, 상기 승강블록(3)의 상측에는 승강블록(3)에 대해 홀더블록(5)의 상하 이동을 구속 및 해제하기 위한 공압실린더(11)가 설치된다. 상기 공압실린더(11)는 승강블록(3)의 상부에서 홀더블록(5)을 하측으로 가압하도록 설치되어, 공압이 인가될 때 홀더블록(5)을 누름으로써 승강블록(3)에 대한 홀더블록(5)의 상향 이동을 제한한다.

즉, 상기 공압실린더(11)의 피스톤로드(미도시)가 하측으로 연장되는 방향으로 공압이 인가되면, 상기 홀더블록(5)이 하측으로 가압되고, 이로써 홀더블록(5)은 상기 스톱퍼(8)와 공압실린더(11)에 의해 상하 이동이 제한된다. 또한, 상기 공압실린더(11)의 공압이 해제되면, 상기 홀더블록(5)의 가압력이 해제되어 홀더블록(5)은 일정 범위 내에서 상하 이동이 자유로운 상태로 된다.

상기 공압실린더(11)는 레귤레이터(regulator)(미도시)에 의해 인가되는 공압의 크기가 가변되도록 구성됨이 바람직하다.

한편, 상기 승강블록(3)의 일측에는 센서부(13)가 설치되며, 상기 홀더블록(5)의 일측에 감지편(14)이 돌출되게 형성된다. 상기 센서부(13)는 볼마운터의 제어장치(미도시)와 전기적으로 연결된다.

상기 센서부(13)와 감지편(14)은 상기 볼흡착블록(7)이 바닥면에 닿아 홀더블록(5)이 상승하는 지점을 감지하는 감지센서를 구성한다.

즉, 상기 센서부(13)와 감지편(14)은 매우 미세한 거리만큼 이격되게 형성되어, 승강블록(3)에 대한 홀더블록(5)의 상승 운동시 상기 감지편(14)이 제 1센서부(13)와 접촉하게 되고, 이로써 볼흡착블록(7)이 바닥면에 닿는 위치를 검출하게 된다.

상기 볼흡착블록(7)은 상기 홀더블록(5)에 탈부착이 가능하게 설치된다. 그리고, 도면에 도시하지 않았으나, 상기 볼흡착블록(7)에는 스트립에 부착될 볼들을 진공 흡착하기 위한 복수개의 진공홀(미도시)들이 스트립의 본드 패드와 동일한 패턴으로 형성된다.

도 1과 도 2에서 미설명 부호 15는 볼이 부착될 스트립(미도시)이 놓여지는 캐리어를 나타낸다.

상기와 같이 구성된 볼마운트 헤드의 작동에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 볼마운트 헤드의 Z축방향 작업 위치를 설정하고자 할 경우, 상기 공압실린더(11)로의 공압 인가가 해제되면서 홀더블록(5)은 자유로운 상태로 된다. 즉, 홀더블록(5)은 스톱퍼(8)에 의해 승강블록(3)에 단순히 얹혀진 상태로 된다.

이 상태에서 캐리어(15)의 상면에 스트립(미도시) 또는 스트립 견본 등을 놓고, 구동유닛의 서보모터(9)에 제어신호를 인가하여 승강블록(3)을 천천히 하강시킨다.

상기 승강블록(3)이 점차적으로 하강하여, 볼흡착블록(7)의 하면이 캐리어(15)의 상면에 닿게 되면, 도 3에 도시된 것과 같이 홀더블록(5)이 승강블록(3)에 대해 약간 상승하게 된다. 이 때, 홀더블록(5)에 형성된 감지편(14)이 센서부(13)와 접촉하게 되고, 센서부(13)를 통해 제어신호가 볼 마운터 제어장치로 전달된다.

그리고, 제어장치는 상기 센서부(13)에 의해 감지된 위치값에 근거하여 볼마운트 헤드의 Z축방향 작업 위치를 설정하게 된다.

이와 같이, 본 발명의 볼마운트 헤드는 상기 볼흡착블록(7)이 캐리어(15) 상의 스트립 등에 접촉하여 승강블록(3)에 대한 홀더블록(5)의 상승 운동이 발생하는 순간을 감지센서에 의해 정확하게 검출하고, 이 때의 위치값에 근거하여 Z축방향 작업 위치를 산출하므로 신속하고 정확한 위치 설정이 이루어질 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 볼마운트 헤드의 Z축 방향 위치 설정이 종료되면, 상기 공압실린더(11)에 공압이 인가되면서 공압실린더(11)가 홀더블록(5)의 상부를 아래쪽으로 가압하게 되고, 홀더블록(5)의 이동이 제한된다.

이 상태에서 볼마운트 헤드는 볼 마운터의 볼 공급장치와 캐리어(15) 위치로 반복적으로 이동하면서 볼을 진공 흡착하여 반송하는 작업을 수행한다.

한편, 볼마운트 헤드로 볼을 반송하고 스트립에 부착하는 작업을 수행할 때, 홀더블록(5) 및 볼흡착블록(7)이 상하로 전혀 이동하지 않도록 공압실린더(11)에 인가되는 공압을 일정하게 유지할 수도 있으며, 이와 다르게 볼흡착블록(7)이 스트립(미도시) 상에 접촉하여 볼을 부착시킬 때 공압실린더(11)에 인가되는 공압을 약하게 가변하여 볼흡착블록(7)이 상하로 유동이 가능하게 할 수도 있다.

다시 말해서, 볼마운트 헤드의 베이스(1)가 수평으로 이동하면서 볼을 반송할 때에는 상기 공압실린더(11)에 최대 공압을 인가하여 홀더블록(5) 및 볼흡착블록(7)을 완전히 고정시켜 반송 작업을 안정적으로 수행한다. 그리고, 볼마운트 헤드의 승강블록(3)이 하강하여 캐리어(15) 상의 스트립(미도시)에 볼을 안착시킬 때에는 상기 공압실린더(11)에 인가되는 공압을 약하게 가변함으로써 볼흡착블록(7)에 흡착된 볼(미도시)이 스트립(미도시)에 접촉되는 순간 볼흡착블록(7)이 약간 상측으로 이동하면서 완충이 될 수 있도록 할 수도 있다.

물론, 이 때 상기 볼흡착블록(7)이 약간 상승하면서 감지편(14)이 센서부(13)와 접촉할 수도 있는데, 이 경우에는 제어장치가 상기 센서부(13)의 감지 신호에 의해 볼 분리 작업이 완료되었음을 인식하는 기능도 하게 된다.

한편, 전술한 볼마운트 헤드의 실시예에서는 감지센서가 접촉 방식에 의해 볼흡착블록(7) 및 홀더블록(5)의 상승을 감지하도록 구성되어 있지만, 이외에도 변위센서 등의 비접촉식 센서를 이용하여 볼흡착블록(7) 및 홀더블록(5)의 상승을 감지할 수도 있을 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 볼흡착블록이 캐리어의 스트립 또는 측정을 위한 기준면에 닿으면서 상승하는 순간, 감지센서가 이를 감지하고, 이 때의 위치값에 근거하여 작업 위치를 자동으로 설정할 수 있으므로 볼마운트 헤드의 Z축방향 작업 위치 설정이 매우 신속하고 정확하게 이루어질 수 있다.

따라서, 볼마운트 헤드의 Z축방향 작업 위치 설정에 소요되는 시간과 노력을 줄일 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 베이스와;

   상기 베이스에 상하로 승강 운동하도록 설치되는 승강블록과;

   상기 승강블록을 원하는 임의의 거리로 승강시키는 구동유닛과;

   상기 승강블록에 대해 상하로 상대 이동 가능하게 설치되는 홀더블록과;

   상기 홀더블록의 하단부에 설치되어 볼을 진공 흡착하는 볼흡착블록과;

   상기 볼흡착블록이 위치 설정을 위한 기준 물체에 닿음으로 인해 홀더블록이 승강블록에 대해 상승하는 순간을 감지하는 감지센서를 포함하여 구성된 반도체 패키지 제조용 볼마운트 헤드.
2. 제 1항에 있어서, 상기 승강블록에 대한 홀더블록의 이동을 구속 및 해제하는 록킹유닛을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조용 볼마운트 헤드.
3. 제 2항에 있어서, 상기 록킹유닛은 승강블록의 상단부에 설치되어 승강블록에 대해 홀더블록의 상단부를 가압 및 해제하도록 설치된 공압실린더인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조용 볼마운트 헤드.
4. 제 3항에 있어서, 상기 공압실린더에 인가되는 공압을 임의로 가변시킴으로 써 홀더블록의 가압력을 조절하는 레귤레이터(regulator)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조용 볼마운트 헤드.
5. 제 1항에 있어서, 상기 감지센서는 홀더블록의 상승을 비접촉식으로 감지하는 비접촉식 센서인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조용 볼마운트 헤드.
6. 제 1항에 있어서, 상기 감지센서는 홀더블록의 상승을 접촉에 의해 감지하는 접촉식 센서인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조용 볼마운트 헤드.
7. 제 6항에 있어서, 상기 감지센서는, 상기 홀더블록에 설치되는 감지편과, 상기 승강블록에 설치되어 홀더블록의 상승시 상기 감지편과 접촉하여 홀더블록의 상승을 감지하는 센서부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조용 볼마운트 헤드.

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