KR101144487B1 - 솔더 볼 제거 장치 - Google Patents

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정상 솔더 볼에 영향을 끼치지 않으며, 불량 솔더 볼을 간편하게 제거하도록 한 솔더 볼 제거 장치가 개시된다. 솔더 볼 제거 장치는 솔더 볼이 솔더링 된 기판을 지지하는 스테이지;상기 솔더 볼 중 불량 솔더 볼에 광을 조사하여 상기 불량 솔더 볼을 용융시키는 광원;용융된 상기 불량 솔더 볼을 상기 기판으로부터 제거하는 노즐;을 포함하되, 상기 노즐은 중심부에 관통공이 형성되며, 상기 관통공 내부에 투명창이 설치되는 본체;상기 관통공의 중심축에 대해 기울어지게 상기 본체를 관통하며, 상기 광이 상기 불량 솔더 볼에 도달하도록 하는 투광 포트;상기 관통공으로부터 이격되어 상기 본체를 관통하며, 용융된 상기 불량 솔더 볼을 향해 기체가 토출되도록 하는 블로우 포트;및 상기 투광 포트, 상기 블로우 포트로부터 이격되어 상기 관통공에 합류되도록 상기 본체를 관통하며, 상기 불량 솔더 볼이 배출되도록 하는 배출 포트;를 포함한다.

Description

솔더 볼 제거 장치{Apparatus for removing solder ball}
본 발명은 솔더 볼 제거 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 패키지와 같은 부품의 표면에 실장된 솔더 볼을 제거하는 솔더 볼 제거 장치에 관한 것이다.
한쌍의 기판 사이에 데이터 또는 신호 전달을 위해서는 전기적으로 접속하는 것이 필요하다. 특히, 단위소자가 고밀도로 집적되어 이루어진 반도체를 기판에 접속하기 위해서는 미세한 단자의 크기 및 피치에 대해 정확한 위치에서 정밀하게 접속할 수 있는 기술이 필요하다.
따라서 최근에는 주석과 납을 주성분으로 하는 솔더 볼(solder ball)을 이용하여 두 기판을 접속하는 방법이 채택되어 사용되고 있다. 솔더 볼을 이용한 기판 간 접속방법은 한쪽 기판의 단자에 솔더 볼을 배치하고, 여기에 다른 기판의 단자를 겹쳐 리플로우(reflow) 공정에 의해 두 단자를 접속하는 방법이다.
리플로우 공정 이전에는 한쪽 기판에 배치된 솔더 볼의 상태, 예를 들어 솔 더 볼의 형상, 크기, 위치 등을 검사하고, 불량 솔더 볼을 기판으로부터 제거한 후, 새로운 솔더 볼을 재배치하는 리웍(rework) 공정이 선행된다. 일반적인 불량 솔더 볼의 제거는 불량 솔더 볼에 열을 가하고, 불량 솔더 볼을 흡착하여 기판으로부터 제거하는 방법이 널리 사용되고 있다.
하지만, 불량 솔더 볼에 열을 가하는 과정에서 정상 솔더 볼에 열이 전달되어 정상 솔더 볼이 용융되거나, 불량 솔더 볼이 정상 솔더 볼로 확산되어 두 단자 간의 접속상태가 불량해지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 정상 솔더 볼에 영향을 끼치지 않으며, 불량 솔더 볼을 간편하게 제거하도록 한 솔더 볼 제거 장치를 제공하기 위한 것이다.
솔더 볼 제거 장치는 솔더 볼이 솔더링 된 기판을 지지하는 스테이지;상기 솔더 볼 중 불량 솔더 볼에 광을 조사하여 상기 불량 솔더 볼을 용융시키는 광원;용융된 상기 불량 솔더 볼을 상기 기판으로부터 제거하는 노즐;를 포함하되, 상기 노즐은 중심부에 관통공이 형성되며, 상기 관통공 내부에 투명창이 설치되는 본체;상기 관통공의 중심축에 대해 기울어지게 상기 본체를 관통하며, 상기 광이 상기 불량 솔더 볼에 도달하도록 하는 투광 포트;상기 관통공으로부터 이격되어 상기 본 체를 관통하며, 용융된 상기 불량 솔더 볼을 향해 기체가 토출되도록 하는 블로우 포트;및 상기 투광 포트, 상기 블로우 포트로부터 이격되어 상기 관통공에 합류되도록 상기 본체를 관통하며, 상기 불량 솔더 볼이 배출되도록 하는 배출 포트;를 포함한다.
상기 투명창을 통해 상기 불량 솔더 볼의 제거 과정을 촬영하는 촬영기;를 더 포함할 수 있다.
상기 배출 포트와 상기 투명창의 사이에 배치되며, 상기 관통공을 개폐시켜 상기 배출 포트를 통해 배출되는 상기 불량 솔더 볼이 상기 투명창으로 향하는 것을 차단하는 게이트를 더 포함할 수 있다.
상기 솔더 볼 제거 장치는 상기 배출 포트에 연결되며, 상기 배출 포트를 배기시키는 배기 펌프;상기 배출 포트와 상기 배기 펌프의 사이에 배치되는 배기 밸브;및 상기 배기 밸브와 상기 배기 펌프의 사이에 배치되며, 고진공 상태를 유지하는 부스터;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 솔더 볼 제거 장치는 정상 솔더 볼에 영향을 끼치지 않고 간편하게 불량 솔더 볼의 제거할 수 있어 고품질의 회로를 구현할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 실시예에 따른 솔더 볼 제거 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 실시예에 따른 솔더 볼 제거 장치를 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 솔더 볼 제거 장치(100)는 스테이지(110), 제1 촬영기(120), 광원(130), 노즐(140), 노즐이송기(150), 제2 촬영기(160) 및 제어부(170)를 포함한다.
스테이지(110)는 일면에 솔더 볼(11)이 솔더링 된 기판(10)을 지지하며, 기판(10)을 3차원으로 이송한다. 즉, 스테이지(110)는 기판(10)을 도 1 에 표기된 x축 방향, y축 방향 및 z축 방향으로 각각 이송시킨다. 이러한 스테이지(110)는 기판(10)을 이송하여 제1 촬영기(120)가 기판(10)의 전면적을 촬영할 수 있도록 한다. 이와 같이 기판(10)을 3차원으로 이송하는 스테이지(110)로는 반도체 또는, 디스플레이를 제조하는 장치에 이미 널리 사용되는 XYZ 스테이지를 사용한다. XYZ 스테이지는 이미 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
제1 촬영기(120)는 스테이지(110)에 지지되는 기판(10)의 일면을 향해 배치된다. 제1 촬영기(120)는 기판(10)의 일면을 촬영하여 기판(10)의 일면에 솔더링 된 솔더 볼(11)에 대한 영상 정보를 취득한다.
광원(130)은 제1 촬영기(120)와 이격되어 배치된다. 광원(130)은 노즐(140)을 관통하여 기판(10)의 일면으로 광을 방출한다. 광원(130)은 1064nm 파장의 광을 방출하는 엔디야그(Nd:YAG) 레이저, 또는 533nm 파장의 광을 방출하는 광섬유 레이저를 사용한다. 이미 널리 알려진 바와 같이 레이저로부터 출사되는 광은 직진성이 뛰어나므로, 불량 솔더 볼(11)을 용융시키는 데 사용되는 광을 원하는 위치에 정확하게 입사시킬 수 있다. 따라서 광원(130)은 주변의 다른 솔더 볼(11)에 영향을 끼치지 않고, 불량 솔더 볼(11)에 광을 정확히 입사시켜 불량 솔더 볼(11)을 용융시킨다.
도 2는 본 실시예에 따른 솔더 볼 제거 장치의 노즐을 절단한 종단면도이며, 도 3은 본 실시예에 따른 솔더볼 제거장치의 배출부를 나타낸 구성도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 노즐(140)은 본체(141), 투광 포트(144), 블로우(blow) 포트(145) 및 배출 포트(146)를 포함한다.
본체(141)는 중심부에 관통공(142)이 형성된다. 관통공(142)은 불량 솔더 볼(11)의 제거 과정을 촬영할 수 있도록 하며, 배출 포트(146)와 함께 불량 솔더 볼(11)이 배출되는 유로를 형성한다.
관통공(142)의 상단부에는 관통공(142) 내부로 이물질이 유입되어 관통공(142)이 오염되는 것을 방지하며, 배출 포트(146)를 통한 불량 솔더 볼(11)의 제거에 필요한 배기를 원활하게 하기 위한 투명창(143)이 형성된다. 투명창(143)은 광 투과율이 뛰어난 유리, 쿼츠(Quartz)와 같은 재료로 마련되는 것이 바람직하다.
투광 포트(144)는 관통공(142)의 중심축으로부터 기울어지게 관통공(142)에 합류되도록 본체(141)를 관통한다. 이러한 투광 포트(144)는 본체(141)의 상측 측방에 광원(130)의 배치가 가능하고 본체(141)의 상측에 제2 촬영기(160)의 배치가 가능하게 함으로써, 제2 촬영기(160)가 불량 솔더 볼(11)의 제거 과정을 촬영할 수 있도록 한다.
블로우 포트(145)는 투광 포트(144)로부터 이격되어 본체(141)를 관통한다. 블로우 포트(145)는 기체를 토출하여 기판(10) 표면으로부터 용융된 불량 솔더 볼(11)이 원활하게 분리되도록 한다.
블로우 포트(145)는 기판(10)을 향한 선단부가 배출 포트(146) 측으로 절곡되어 불량 솔더 볼(11)과 기판(10)의 사이로 기체를 토출하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 용융된 불량 솔더 볼(11)과 기판(10)의 사이로 기체가 토출됨으로써, 용융된 불량 솔더 볼(11)이 주변으로 번지는 것이 방지되며, 용융되기 이전에 반구 형상을 가지는 불량 솔더 볼(11)이 기판(10)으로부터 분리되기 원활한 구 형상으로 변형되기 때문이다. 도시되지 않았지만, 블로우 포트(145)의 말단부에는 블로우 포트(145)로 기체를 공급하는 펌프, 펌프를 개폐시키는 밸브 등이 설치되는 것이 바람직하다.
배출 포트(146)는 투광 포트(144), 블로우 포트(145)로부터 이격되어 관통공(142)에 합류되도록 본체(141)를 관통한다. 배출 포트(146)는 용융된 불량 솔더 볼(11)이 흡입되어 기판(10) 일면으로부터 불량 솔더 볼(11)이 제거되도록 한다.
이러한 배출 포트(146)의 말단부에는 배출 포트(146)의 진공 배기를 수행하는 배기 펌프(146a) 및 배출 포트(146)와 배기 펌프(146a)의 사이에 배치되어 배출 포트(146)를 개폐시키는 배기 밸브(146b)가 배치된다.
여기서, 배기 펌프(146a)는 장시간에 걸쳐 배기를 수행하여 관통공(142) 및 배출 포트(146)의 진공도를 높이는 동작은 원활하나, 동작신호의 발생에 따른 순간적인 진공력이 상대적으로 낮아 불량 솔더 볼(11)의 흡입이 원활하지 않을 수 있다.
따라서, 배출 포트(146)와 배기 밸브(146b)의 사이에는 고진공 상태가 유지되는 부스터(146c)가 배치되는 것이 바람직하다. 고진공 상태를 유지하는 부스터(146c)는 배기 밸브(146b)에 의해 배출 포트(146)가 개방됨에 따라 불량 솔더 볼(11)을 흡입하기 위해 순간적인 진공력을 발휘하여 불량 솔더 볼(11)이 원활하게 흡입되도록 한다.
그리고 배출 포트(146)와 투명창(143)의 사이에는 게이트(147)가 설치된다. 게이트(147)는 관통공(142)을 개폐가능 하도록 마련되어 배출 포트(146)로 배출되는 불량 솔더 볼(11)이 투명창(143)에 응착되어 투명창(143)이 오염되는 것을 방지한다.
다시, 도 1을 참조하면, 노즐이송기(150)는 광원(130), 노즐(140) 및 제2 촬영기(160)를 지지하며, 광원(130), 노즐(140) 및 제2 촬영기(160)를 원하는 위치로 이송한다. 노즐이송기(150)는 상술된 XYZ 스테이지로 마련될 수 있다.
제2 촬영기(160)는 노즐의 상측에 배치되어 투명창(143)을 통해 불량 솔더 볼(11)의 제거 과정을 촬영할 수 있도록 한다. 이러한 제2 촬영기(160)로는 제1 촬영기(120)와 함께 씨씨디(CCD;charge-coupled device) 또는, 씨모스(CMOS;complementary metal-oxide semiconductor)가 채택된 카메라를 사용할 수 있다.
제어부(170)는 제1 촬영기(120)에 의해 취득된 기판(10)에 대한 영상을 바탕으로 솔더 볼(11)의 불량 여부를 판단하고, 불량 솔더 볼(11)의 검출에 따라 노즐이송기(150)의 동작을 제어한다. 그리고 제어부(170)는 불량 솔더 볼(11) 제거에 따른 광 방출을 위한 광원(130)의 동작신호, 관통공(142) 및 배출 포트(146)의 진공 배기를 위한 배기 펌프(146a)의 동작신호, 불량 솔더 볼(11) 제거 과정의 촬영을 위한 제2 촬영기(160)의 동작신호를 발생시킨다.
이하, 본 실시예에 따른 솔더 볼 제거 장치의 작동을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 4는 본 실시예에 따른 솔더 볼 제거 장치에 의해 기판에 솔더링 된 솔더 볼을 촬영하는 상태를 나타낸 작동도이다.
도 4를 참조하면, 기판(10)은 솔더 볼(11)이 솔더링 된 일면이 상측을 향하도록 스테이지(110)에 안착된다. 스테이지(110)는 기판(10)을 3차원으로 이송하며, 제1 촬영기(120)는 기판(10)의 전면적을 촬영한다.
제어부(170)는 제1 촬영기(120)에 의해 취득된 기판(10)의 일면에 대한 영상과 기 설정된 솔더 볼(11)의 기 설정값, 예를 들어 정상 솔더 볼(11)의 형상, 크기, 위치 등의 값과 비교하여 솔더 볼(11)의 불량 여부를 판단한다.
이와 같이 솔더 볼 제거 장치(100)는 제1 촬영기(120)에 의해 취득되는 기판(10) 일면에 대한 영상을 바탕으로 솔더 볼(11)의 불량 여부를 판단한다.
도 5는 본 실시예에 따른 솔더 볼 제거 장치의 불량 솔더 볼의 제거 상태를 나타낸 작동도이다.
도 5를 참조하면, 불량 솔더 볼(11)이 검출되면, 제어부(170)는 노즐이송기(150)의 동작을 제어하여, 광원(130), 노즐(140) 및 제2 촬영기(160)를 불량 솔더 볼(11)의 위치로 이동시킨다.
제어부(170)는 광원(130)에 동작신호를 발생하고, 광원(130)은 광을 방출한다. 광원(130)에서 방출되는 광은 투광 포트(144)를 통해 불량 솔더 볼(11)로 입사된다. 불량 솔더 볼(11)은 입사되는 광에 의해 용융된다
이어, 블로우 포트(145)를 통해 기체가 토출된다. 이에 따라 용융된 불량 솔더 볼(11)은 반구 형상의 불량 솔더 볼(11)은 점차 구 형상으로 변형되며, 기체에 의해 점차 경화된다. 이와 같이 불량 솔더 볼(11)은 다른 정상 솔더 볼(11)에 응착되지 않으며, 기판(10)의 일면으로부터 원활하게 분리될 수 있도록 구 형상으로 변형된다.
계속해서, 불량 솔더 볼(11)의 배출을 위해 제어부(170)는 배기 펌프(146a)의 동작신호를 발생시킨다. 배기 펌프(146a)의 동작신호가 발생됨에 따라 배기 밸브(146b)는 배출 포트(146)를 개방한다.
이때, 부스터(146c)에 의해 순간적으로 진공력이 발생되며, 배기 펌프(146a)는 배출 포트(146)의 진공 배기를 수행한다. 이에 따라 불량 솔더 볼(11)은 관통공(142) 및 배출 포트(146)를 따라 노즐(140)의 외부로 배출된다.
그리고 게이트(147)는 배출 포트(146)로 배출되는 불량 솔더 볼(11)이 투명 창(143)을 향하지 못하도록 관통공(142)을 폐쇄한다.
한편, 제2 촬영기(160)는 광의 조사로부터 불량 솔더 볼(11)의 배출까지의 과정을 촬영하여 불량 솔더 볼(11)의 제거 과정을 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 한다.
이와 같이 솔더 볼 제거 장치(100)는 불량 솔더 볼(11)이 주변의 다른 정상 솔더 볼(11)에 응착되는 것을 방지하며, 불량 솔더 볼(11)을 기판(10)으로부터 간편하게 제거 할 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 솔더 볼 제거 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 솔더 볼 제거 장치의 노즐을 절단한 종단면도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 솔더 볼 제거방법 중 불량 솔더 볼의 배출을 위한 구성의 일부를 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 솔더 볼 제거 장치에 의해 기판에 솔더링 된 솔더 볼을 촬영하는 상태를 나타낸 작동도이다.
도 5은 본 실시예에 따른 솔더 볼 제거 장치의 불량 솔더 볼의 제거 상태를 나타낸 작동도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
140 : 노즐 141 : 본체
142 : 관통공 143 : 투명창
144 : 투광 포트 145 : 블로우 포트
146 : 배출 포트 147 : 게이트

Claims (4)

  1. 솔더 볼이 솔더링 된 기판을 지지하는 스테이지;
    상기 솔더 볼 중 불량 솔더 볼에 광을 조사하여 상기 불량 솔더 볼을 용융시키는 광원;
    용융된 상기 불량 솔더 볼을 상기 기판으로부터 제거하는 노즐;를 포함하되,
    상기 노즐은
    중심부에 관통공이 형성되며, 상기 관통공 내부에 투명창이 설치되는 본체;
    상기 관통공의 중심축에 대해 기울어지게 상기 본체를 관통하며, 상기 광이 상기 불량 솔더 볼에 도달하도록 하는 투광 포트;
    상기 관통공으로부터 이격되어 상기 본체를 관통하며, 용융된 상기 불량 솔더 볼을 향해 기체가 토출되도록 하는 블로우 포트;및
    상기 투광 포트, 상기 블로우 포트로부터 이격되어 상기 관통공에 합류되도록 상기 본체를 관통하며, 상기 불량 솔더 볼이 배출되도록 하는 배출 포트;를 포함하며,
    상기 투명창을 통해 상기 불량 솔더 볼의 제거 과정을 촬영하는 촬영기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 제거 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 배출 포트와 상기 투명창의 사이에 배치되며, 상기 관통공을 개폐시켜 상기 배출 포트를 통해 배출되는 상기 불량 솔더 볼이 상기 투명창으로 향하는 것을 차단하는 게이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 제거 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 배출 포트에 연결되며, 상기 배출 포트를 배기시키는 배기 펌프;
    상기 배출 포트와 상기 배기 펌프의 사이에 배치되는 배기 밸브;및
    상기 배기 밸브와 상기 배기 펌프의 사이에 배치되며, 고진공 상태를 유지하는 부스터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 제거 장치.
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