KR100932808B1 - 기재 상에 땜납을 적용하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 땜납의 고형물 물리적 상태에서 땜납을 위치결정하고, 땜납을 용융하고 압축가스에 의해 기재에 대해 땜납을 밀어냄으로써 땜납을 적용하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다. 기재(10, 11)에 솔더(7)를 적용하는 장치는 캐필러리(2)가 구비되어 있는 홀더(1)를 포함하고 캐필러리의 하단부(3)에서부터 테이퍼된 단면(4)을 가지며, 그의 직경(D2)이 솔더볼(7)의 직경(D3)보다 작다.
땜납, 압축가스, 용융, 캐필러리, 레이저광

Description

기재 상에 땜납을 적용하는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR APPLYING A SOLDER TO A SUBSTRATE}
본 발명은 청구항 1과 2의 전제부에 따른 기재(substrate) 상에 땜납을 적용하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이러한 방법 및 장치는 DE 43 20 055 A1, DE 42 00 492 C2, 및 DE 195 33 171 A1에 알려져 있다. 이들 방법 및 장치는 캐필러리(capillary)가 있는 홀더(holder)를 갖는다. 홀더는 솔더포인트(solder point) 근처에 팁(tip)이 배치되어 있고, 솔더볼(solder ball)은 캐필러리를 통해 공급되고, 솔더포인트와 접촉한다. 솔더볼은 캐필러리를 통해 용융된다. 용융은 바람직하게는 레이저 에너지를 사용하여 행해진다.
솔더볼을 캐필러리 내부로 운송하기 위해서는 DE 43 20 055 A1은 이동가능한 광섬유를 캐필러리 내부에 배열하는 것을 제안하고 있는데 광섬유는 솔더볼을 이동시키는 램(ram)으로 작용하고 동시에 레이저 에너지를 공급하는데 사용되기도 한다.
DE 195 33 171 A1은 중력, 진동, 특히 초음파, 및 기류(air flow) 등에 의해 솔더볼을 운반하는 것을 제안하고 있다. 또한, DE 195 44 929 A1에서는 솔더볼이 보호가스의 압력에 의해 운반된다.
그러나, 종래기술에서 솔더볼은 용융시에 솔더재(solder material)로 웨트(wetted)되는 표면 또는 기재(substrate)와 항상 접촉한다. 이것은 홀더의 팁이 기재에 대해 매우 가깝게 위치되어야 하고, 여기서 한편으로는 솔더볼은 여전히 캐필러리 내부에 유지되고, 다른 한편으로는 솔더볼은 이미 기재와 접촉되어 있는 것이 요구된다.
많은 경우에 솔더볼은 수 마이크로(μ)의 직경을 가지기 때문에 이것은 홀더의 매우 정밀한 위치결정을 필요로 하고 홀더가 위치결정 중에 기재의 일부와 충돌할 위험이 있다.
본 발명의 과제는 기재에 솔더재의 충분히 정밀한 배치가 홀더의 위치결정 정밀도 요건(positioning accuracy requirements)을 감소시키는 동안 이루어지게 하는 방식으로 알려진 방법과 장치를 개선하는 것이다.
이 과제는 청구항 1과 2에 주어진 특징에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 구성과 개선은 종속항에서 찾아볼 수 있다.
본 발명의 기본 원리는 고형물 집합체 상태(solid aggregate state)로 솔더(solder)를 위치시키고 기재에서 일정 거리에 그것을 유지시키는 것이다. 그러면 에너지 공급을 통해 솔더(땜납)가 용융되고 압축가스에 의해 기재에 대해 밀려나온다. 이 장치에 따르면, 캐필러리는 팁 근처로 테이퍼되어(tapered) 그 직경이 솔더볼의 직경보다 작다.
그래서 솔더볼은 테이퍼단면(tapered section)까지 떨어져 내려오고 거기서 유지된다. 홀더는 기재 위쪽에 충분한 거리에 위치된다. 솔더볼이 바람직하게는 레이저광에 의해 용융되고 압축가스에 의해 납땜될 표면에 대해 밀려나온다. 홀더의 팁과 기재 사이의 거리는 임계적이 아니고, 따라서 이 거리에 의해 위치결정 정밀도 요건이 감소된다. 동시에 기재의 평면(X/Y 평면)에서의 위치결정 정밀도 요건도 감소된다. 종래기술에서 솔더볼은 기재에서 캐필러리의 하부 에지까지의 거리가 솔더볼의 반경보다 더 크면 솔더 위치결정시에 X/Y평면에서 이동할 수 있다. 대조적으로 그러한 이동은 본 발명에서는 가능하지 않고, 캐필러리의 중앙은 솔더볼의 중앙과 대응된다.
다른 장점은 모든 레이저 에너지가 솔더볼에 투사되고 솔더볼을 통과할 수는 없다는 것이다. 용융된 솔더재를 밀어내는 압축가스는 보호가스 예를 들면 비활성가스가 바람직하다.
솔더(땜납)는 주석 땜납뿐만 아니라 다른 용융가능한 물질 예를 들면 플라스틱도 될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 솔더볼(solder ball)의 용융전 장치의 개략도이다.
도 2는 도1과 유사하지만, 솔더볼의 용융후 장치의 개략도이다.
도 1은 제1 직경(D1)을 갖는 캐필러리(2)가 있는 홀더(1)를 개략적으로 도시하고 있다. 캐필러리(2)의 하단부(3)에는 제1 직경(D1)에서 시작하여 제2 직경(D2) 아래로 경사지게 형성되는 원뿔형 테이퍼단면(conical tapered section)이 있고 홀더의 팁(6)에서 테이퍼출구(tapered outlet)(5)를 형성한다. 제1직경(D1)과 제2직경(D2)은 캐필러리(2)의 제1 직경(D1)이 솔더볼(solder ball)의 직경(D3)보다 더 크고 테이퍼단면의 출구(5)에서의 제2 직경 (D2)은 솔더볼의 직경(D3)보다 더 작게 되도록 솔더볼(7)의 직경(D3)에 비례해서 설정된다. 이렇게 하여 솔더볼이 단지 중력에 의해 위쪽에서 테이퍼단면(4)까지 화살표(8) 방향으로 쉽게 가이드된다. 솔더볼은 테이퍼단면(4)에 유지되고 위쪽 끝에서부터 캐필러리를 부분적으로 밀봉한다. 최적 설계를 위해서는 솔더볼(7)이 테이퍼단면(4)에 있을 때 광(특히, 레이저광)이 캐필러리를 빠져나갈 수 있는 틈이 없어야 한다.
솔더볼을 캐필러리에 공급하는 것은 싱글볼(single balls) 수집, 공급, 제어, 레이저광 발생을 위한 도면부호 9로 표시된 장치에 의해 DE 195 44 929 A1 또는 DE 195 33 171 A1 등에 알려진 방법으로 행해진다.
도 1에 예시된 것처럼, 홀더의 팁에 유지되어 있는 솔더볼이 있는 홀더는 기재(10) 예를 들면 전도성 트레이스(conductive trace)(11) 위쪽의 기재 또는 전도성 전도성 트레이스에서 일정한 수직거리에 위치된다. 이 위치에서는 솔더볼(7)과 전도성 트레이스(11) 사이에 접점이 없다. 솔더볼(7)은 레이저광 또는 다른 에너지원에 의해 용융되고 압축가스에 의해 캐필러리 밖으로 밀어내어 가속화되고, 따라서 이것이 도 2에 예시된 것처럼 "범퍼(bumper)"(12)로서 트레이스(11)가 웨트(wetted)되도록 표면을 웨트(wet)한다.
용융된 솔더볼이 펄스로 활성화된 압축가스에 의해 가속화되고, 그래서 약간의 속도로 기재를 치기 때문에 웨팅(wetting)도 향상되고, 용융 솔더재도 또한 충격 펄스에 기인한 기재 또는 전도성 트레이스에서 작은 표면요철, 틈새에 침투된다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 솔더볼이 기재에 대하여 위치결정될 수 있고 캐필러리가 구비되어 있는 홀더로 기재 상에 땜납을 적용하는 장치에 있어서,
    기재 근처의 캐필러리(2) 단부는 테이퍼단면(4)을 가지며, 상기 테이퍼단면(4)의 테이퍼출구(5)의 직경(D2)은 솔더볼(7)의 직경(D3)보다 작은 것을 특징으로 하는 기재 상에 땜납을 적용하는 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 테이퍼단면(4)은 제1 직경(D1)에서 시작하여 제2 직경(D2) 아래로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 기재 상에 땜납을 적용하는 장치.
  5. 청구항 3 또는 4에 있어서, 압축가스 소스(9)는 캐필러리(2)에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 기재 상에 땜납을 적용하는 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 압축가스는 펄스로 활성화되는 것을 특징으로 하는 기재 상에 땜납을 적용하는 장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 압축가스는 보호가스인 것을 특징으로 하는 기재 상에 땜납을 적용하는 장치.
  8. 청구항 5에 있어서, 압축가스는 보호가스인 것을 특징으로 하는 기재 상에 땜납을 적용하는 장치.
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