KR100861952B1 - 본딩장치 - Google Patents

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송기혁
최명길
문종승
이미주
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Abstract

본 발명은 본딩장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 초음파와 열을 동시에 이용하여 접속수단의 접합시간을 단축하여 경성회로기판과 연성회로기판의 접합강도를 높일 수 있는 본딩장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 본딩장치는 경성회로기판 및 연성회로기판을 전기적으로 연결하는 접속수단을 열압착하는 본딩장치에 있어서, 상기 접속수단을 압착하는 압착툴; 상기 접속수단을 가열하기 위해 열을 제공하는 히터; 초음파 진동을 발진하여 상기 히터의 열을 보완하고 상기 접속수단을 가열하는 초음파 진동자; 및 상기 압착툴을 수용하는 실린더를 포함한다.

Description

본딩장치{BONDING DEVICE}
도 1은 종래의 본딩장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 본딩장치를 나타내는 사시도이다.
도 3a는 도 2의 'A'부분을 확대한 확대도이다.
도 3b는 도 2의 'B'부분을 확대한 확대도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
2,20 : 제 1 어레이 4,40 : 제 2 어레이
22 : 베이스기판 24 : 가이드기판
26 : 압착지지판 42 : 압착툴
44 : 히터 46 ; 초음파 진동자
48 : 실린더 50 : 연결부재
52 : 고정지지대 54 : 이동지지대
58 : 위치조절부
본 발명은 본딩장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 초음파와 열을 동시에 이용하여 접속수단의 접합시간을 단축하여 경성회로기판과 연성회로기판의 접합강도를 높일 수 있는 본딩장치에 관한 것이다.
일반적으로, 열압착은 경성회로기판(Rigid Circuit Board)과 연성회로기판(Flexible Circuit Board) 사이에 접속수단을 투입하여 진공흡착으로 고정시킨 뒤 고정테이블로 이동한다.
고정테이블에 고정된 경성회로기판과 연성회로기판은 도전성 필름 내의 도전 금속볼이 열에 의해 녹아 경성회로기판의 칩패드에 연성회로기판의 리드프레임이 접촉되도록 압착하는 방법이다. 이러한 열압착은 압착툴을 가지는 본딩장치에 의해 이루어진다.
도 1은 종래의 본딩장치를 나타내는 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본딩장치는 경성회로기판(미도시)과 연성회로기판(미도시) 및 접속수단(미도시)이 탑재되는 공간을 마련하는 제 1 어레이(2)와, 제 1 어레이(2) 상에 탑재된 접속수단으로 열과 압착을 가하는 제 2 어레이(4)를 포함한다.
제 2 어레이(4)에는 압착툴과, 압착툴 위에 장착되며 열을 발생하는 히터를 구비한다. 히터에서 발생하는 열과 압착에 의한 열압착을 통해 접속수단 내의 도전 금속볼이 경성회로기판의 칩패드에 연성회로기판의 리드프레임이 접촉되어 전기가 도통된다.
이때, 리드프레임은 제 2 어레이(4)가 제 1 어레이(2)쪽으로 하강하는 시간동안 열복사로 인해 팽창하게 된다. 리드프레임은 과도한 열팽창으로 인하여 경성회로기판의 칩패드와 미스얼라인되어 불량이 발생한다.
특히, 제품의 고밀도 고집적으로 인하여 리드프레임 간의 간격이 작은 파인피치 리드를 사용할 경우 리드프레임의 과도한 열팽창으로 인한 불량의 문제는 더욱 심각해진다.
또한, 제 2 어레이(4)는 빠른 시간 내에 접속수단의 경화점을 도달하기 위해 히터의 온도를 높게 하여 히터의 용량 및 고온에 의해 툴이 휘어지는 문제점이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 본 발명은 초음파와 열을 동시에 이용하여 접속수단의 접합시간을 단축하여 경성회로기판과 연성회로기판의 접합강도를 높일 수 있는 본딩장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 본딩장치는 경성회로기판 및 연성회로기판을 전기적으로 연결하는 접속수단을 열압착하는 본딩장치에 있어서, 상기 접속수단을 압착하는 압착툴; 상기 접속수단을 가열하기 위해 열을 제공하는 히터; 초음파 진동을 발진하여 상기 히터의 열을 보완하고 상기 접속수단을 가열하는 초음파 진동자; 및 상기 압착툴을 수용하는 실린더를 포함한다.
상기 접속수단이 탑재되는 공간을 마련하며, 상기 접속수단으로 제공되는 상기 압착, 열, 초음파 진동을 지지하는 압착지지판을 더 포함한다.
이러한, 상기 압착지지판에는 소정의 온도를 제공하는 열제공수단이 포함된다.
상기 압착지지판의 온도는 150도 이내이고, 상기 초음파에 의한 진동값은 20~60KHz 이며, 상기 히터에 의한 온도는 200도 이내이다.
또한, 상기 실린더에 의한 압착범위는 5~35Kgf인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 본딩장치를 나타내는 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 본딩장치(100)는 제 1 어레이(20)와, 연결부재(50)에 의해 제 1 어레이(20)와 연결되고, 열을 제공하는 히터(44), 종방향 진동을 제공하는 초음파 진동자(66), 압착을 제공하는 실린더(48), 열, 진동, 압착을 전달하여 접속수단을 압착하는 압착툴(42)를 포함하는 제 2 어레이(40)를 포함한다.
여기서, 본 발명에 따른 본딩장치(100)는 진동, 열 및 압착 의해 생성된 열압착력으로 경성회로기판과 연성회로기판이 전기적으로 접속되도록 하는 접속수단(미도시)을 열압착하는 장치이다.
이때, 본 발명에 따른 접속수단은 이방전도성 필름(Anisotropic Conductive Film : ACF), 이방전도성 페이스트(Anisotropic Conductive Paste : ACP), 비전도성 필름(Non Conductive Film : NCF), 및 비전도성 페이스트(Non Conductive Paste : NCP) 중 어느 하나로 이용된다.
또한, 본 발명에 따른 경성회로기판으로는 인쇄회로기판, 액정표시패널 등과 같이 강도가 강한 회로기판, 연성회로기판으로는 강도가 약한 테이프 캐리어 패키지(TCP) 또는 구동칩(TAB-IC) 등을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 어레이(40)는 경성회로기판과 연성회로기판 및 접속수단(미도시)이 탑재되는 공간을 마련하는 요소로서, 베이스기판(22), 가이드기판(24), 압착지지판(26)을 포함한다. 베이스기판(22)은 가이드기판(24) 및 압착지지판(26)이 탑재되는 공간을 마련하며, 제 2 어레이(40)의 수직하중을 지지한다. 또한, 베이스기판(22)에는 체결공이 형성되어 다수의 스크류 또는 나사에 의해 연결부재(50)의 하부와 체결된다.
가이드기판(24)은 베이스기판(22)과 압착지지판(26) 사이에 배치되고 스크류 또는 나사에 의해 베이스기판(22)에서 고정되며, 압착지지판(26)이 좌/우로 이동하도록 가이드한다. 이때, 가이드기판(24)에는 도 3과 같이 압착지지판(26)이 좌/우로 유동할 수 있도록 소정의 크기를 가지는 돌기(25)를 가진다. 여기서, 압착지지판(26)은 다수의 체결공이 형성되어 다수의 스크류 및 나사에 의해 상기 베이스기판(22) 상에 장착된다.
압착지지판(26)은 경성회로기판과, 연성회로기판, 접속수단이 탑재되어 열압 착공정이 용이하도록 공간을 마련하며, 제 2 어레이(40)로부터 전달되는 압력, 진동 온도를 지지하는 역할을 한다. 또한 압착지지판(26)의 내부에는 열을 제공하도록 히터(Heater) 및 열전쌍(Thermocouple) 등과 같은 열제공수단(미도시)이 마련되어 온도를 인가한다. 이때, 압착지지판(26)의 온도는 상온(현온도)에서 150℃이내인 것이 바람직하다. 여기서, 압착지지판(26)의 온도에 대한 수지는 실험에 의해 얻어진 접속수단의 열변형을 방지하기 위한 최적의 값이다.
이러한, 압착지지판(26)은 가이드기판(24)과 베이스기판(22) 상에 배치되며, 도 3a와 같이 가이드기판(24)의 돌기()와 대응하는 위치에 삽입홈()이 형성되어, 좌/우로 유동할 수 있다.
상기 제 2 어레이(60)는 연결부재(50)에 연결된 제 1 어레이(20)로 열과 압착 및 진동을 제공하는 장치로서, 위치조절부(58), 실린더(48), 히터(44), 초음파 진동자(46), 압착툴(42)을 포함한다.
위치조절부(58)는 상하위치조절 센서(미도시)에 의해 압착툴(42)이 제 1 어레이(40)쪽으로 상/하 방향으로 이동하도록 하는 장치이다. 이러한 위치조절부(58)는 본 발명에서의 도면에서는 고정지지대(52)의 상부면 상에 배치되며 나사형태로 형성되어 고정지지대(52)에서 장착된 이동지지대(54)가 상/하 방향으로 움직이는 것을 도와준다.
한편, 본 발명에 따른 고정지지대(52)는 실린더(48), 히터(44), 초음파 진동자(46), 압착툴(42)이 장착된 이동지지대(54)를 상/하로 움직이도록 하는 제 1 가이드부(53)가 형성된다. 즉, 도 3b와 같이 본 발명에 따른 고정지지대(52)의 장 변 일측 및 장변 타측 각각에 소정의 크기를 가지는 레일형태로 형성된 제 1 가이드부(53)가 형성된다. 이때, 이동지지대(54)는 제 1 가이드부(53)의 두께와 동일한 두께의 제 2 가이드부(55)를 가지도록 한다.
실린더(48)는 압착 제어기(미도시)를 통해 압착을 접속수단으로 제공하는 역할을 한다. 여기서, 실린더(48)에서 제공되는 압착은 5~35Kgf이다. 실린더(48)의 모형은 원통형태인 것이 바람직하다.
히터(44)는 온도 제어기(미도시)로부터 열을 제공받아 접속수단으로 제공하는 역할을 한다. 이러한 히터(44)는 위치조절부(58)의 장측의 일면에 배치된다. 여기서, 히터(44)에서 제공되는 열의 온도는 상온에서 200℃이내이다.
초음파 진동자(46)는 초음파 제어기(미도시)로부터 제공된 종방향 진동을 접속수단으로 제공하는 역할을 한다. 이러한 진동수단(46)는 히터(44)의 상부면에 안착되고, 원기둥 및 육각기둥, 사각 기둥 중 어느 하나의 형태로 형성된다.
이때, 초음파 진동자(46)에서 제공되는 초음파에 의한 종방향 진동은 경성회로기판의 리드와 연성회로기판의 리드 사이에 배치된 접속수단으로 전달되어 접속수단의 내부 발열을 유도하여 도전금속볼의 흐름을 촉진하고 기존의 열압착과 비교해 리드 사이의 도전금속볼의 흐름을 빠르게 진행하여 리드간의 간극을 효과적으로 줄여준다. 이에 따라, 본 발명에 따른 본딩장치는 접속수단의 도전금속볼의 흐름을 촉진 및 리드 간의 간극을 줄임으로써 연성회로기판의 강한 접합력을 발생할 수 있다.
여기서, 초음파 진동자(46)에서 제공하는 진동값은 20~60KHz인 것이 바람직 하다.
이때, 본 발명에 따른 실린더(48), 히터(44) 및 초음파 진동자(46)에서 기재된 수치는 실험에 의해 얻어진 접속수단 및 압착툴(42)의 변형을 방지하기 위한 최적의 값이다.
압착툴(42)은 진동수단(46)과 접촉되는 요소로서, 진동수단(46) 및 히터(44), 실린더(48)로부터 제공된 진동, 열, 압착을 이용하여 접속수단을 압착하는 역할을 한다. 압착툴(42)은 히터(44)의 배면과 접촉되어 히터(44)로부터 제공되는 열과, 초음파 진동에 의한 열을 함께 접속수단으로 열과, 실린더(48)로부터 제공되는 압착을 접속수단으로 제공하는 역할을 한다. 이러한 압착툴(42)는 위치조절부(58)에 의해 접속수단(66)쪽으로 상/하로 유동한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 본딩장치(100)는 초음파 진동자(46)의 종방향의 초음파 진동, 히터(44)의 열 제공에 의해 압착툴(42)과 압착지지판(26)의 온도를 저온으로 하여 압착툴(42)과 접속수단의 열변형을 방지하고, 동시에 경성회로기판과 연성회로기판의 접촉력을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 본딩장치는 초음파 진동 자에서 제공된 종방향 진동을 압착툴을 통해 접속수단에 전달하고 접속수단의 내부발열을 유도하여 연성회로기판의 접합시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 본딩장치는 초음파 진동자의 종방향의 초음파 진동, 히터의 열 제공에 의해 압착툴과 압착지지판의 온도를 저온으로 하여 압착공정을 실행가능하다. 이로 인해, 본 발명에 따른 본딩장치는 기존 열압착과 같이 접속수단이 일정 온도 이상을 가지는 고온의 압착툴과 접촉되지 않고 초음파에 의해서 접속수단의 온도를 일정 온도까지 도달함으로써 접속수단의 열변형을 방지할 수 있다.

Claims (7)

  1. 경성회로기판 및 연성회로기판을 전기적으로 연결하는 접속수단을 열압착하는 본딩장치에 있어서,
    상기 접속수단을 압착하는 압착툴;
    상기 접속수단을 가열하기 위해 열을 제공하는 히터;
    초음파 진동을 발진하여 상기 히터의 열을 보완하고 상기 접속수단을 가열하는 초음파 진동자;
    상기 접속수단으로 제공되는 열과 초음파 진동이 지지되도록 하는 압착지지판 및
    상기 압착툴을 수용하는 실린더를 포함하는 본딩장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압착지지판에는 상기 접속수단이 탑재되는 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 압착지지판에는 소정의 온도를 제공하는 열제공수단이 포함되는 본딩장치.
  4. 제 1 항에 있어서.
    상기 압착지지판의 온도는 150도 이내 인 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파에 의한 진동값은 20~60KHz 인 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터에 의한 온도는 200도 이내 인 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더에 의한 압착범위는 5~35Kgf인 것을 특징으로 하는 본딩장치.
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