KR101387492B1 - 가열 유닛, 그리고 리플로우 장치 및 방법 - Google Patents

가열 유닛, 그리고 리플로우 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체를 리플로우하는 장치를 제공한다. 리플로우 장치는 로더 유닛, 가열 유닛, 언로더 유닛, 그리고 이동 유닛을 가진다. 로더 유닛은 입력 모듈과 입력 스태커를 가진다. 대상물들은 상하로 적층되도록 매거진에 수납되고, 복수의 매거진들은 입력 스태커에 보관된다. 입력 스태커에서 보관된 매거진은 입력 모듈로 운반되고, 이송 유닛에 의해 가열 유닛으로 유입된다. 가열 유닛 내에서 대상물들에 제공된 솔더 볼들은 유도 가열 방식에 의해 빠르게 리플로우된다. 리플로우 공정이 완료된 대상물은 언로더 유닛의 출력 모듈에 놓인 매거진에 수납된 후 출력 스태커에 보관된다.
Figure R1020070120844
패키지, 리플로우, 반도체 칩, 유도 가열, 매거진, 스태커

Description

가열 유닛, 그리고 리플로우 장치 및 방법{A HEATING UNIT, A REFLOW APPARATUS AND A REFLOW METHOD}
본 발명은 반도체를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 패키지 공정에서 솔더 볼을 리플로우하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체를 패키지하는 공정은 반도체 칩에 외부와의 전기적 접속을 위한 단자로서 기능하는 솔더 볼을 제공하는 조립 공정과 솔더 볼이 제공된 반도체 칩을 인쇄 회로 기판에 실장하는 실장 공정을 포함한다. 조립 공정과 실장 공정 모두 솔더 볼에 열을 가하여 솔더 볼을 리플로우 하는 과정이 필요하다.
일반적인 리플로우 장치는 대상물에 직접적으로 열을 가하는 히터를 사용하여 대상물을 가열한다. 여기서 대상물은 솔더 볼이 접착(attach)된 반도체 칩이거나 반도체 칩이 올려진(mounted) 인쇄 회로 기판이다. 일반적으로 사용되고 있는 리플로우 장치는 대상물을 오랜 시간 동안 고온으로 가열하므로, 대상물 전체가 열적 스트레스에 노출되고, 이로 인해 대상물의 휨(warpage) 등과 같은 변형이 발생된다. 최근에 반도체 내 패턴이 미세화되고, 반도체 부품이 박막화 됨에 따라 변형의 허용 범위는 점진적으로 줄어들고 있으므로 상술한 문제점은 향후 더욱 커진다.
이와 같은 변형을 최소화하기 위해, 대상물의 가열이 복수의 영역(zones)에 서 순차적으로 이루어진다. 그러나 상술한 변형이 여전히 발생되고, 가열 영역을 복수로 제공함으로 인해 설비 면적이 크게 증대되며, 리플로우 공정에 많은 시간이 소요된다.
본 발명은 솔더 볼을 리플로우하는 공정을 효과적으로 수행할 수 있는 리플로우 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 솔더 볼을 리플로우하는 공정을 수행하는 장치의 설비 면적을 줄일 수 있는 리플로우 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 솔더 볼을 리플로우하는 동안에 대상물 전체가 열적 변형되는 것을 줄일 수 있는 리플로우 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 대상물에 제공된 솔더 볼을 리플로우하는 장치를 제공한다. 상기 리플로우 장치는 복수의 대상물들을 동시에 보관하는 로더 유닛, 상기 대상물에 제공된 솔더 볼을 리플로우하기 위해 유도 가열 방식으로 상기 대상물을 가열하는 가열 유닛, 상기 로더 유닛으로부터 상기 대상물을 가열 유닛으로 이동시키는 이동 유닛, 그리고 상기 가열 유닛에서 리플로우가 완료된 대상물을 보관하는 언로더 유닛을 포함한다.
상기 리플로우 장치에는 상기 대상물들을 서로 간에 적층되게 수납하는 매거진이 제공될 수 있다. 상기 매거진은 상기 대상물로서 반도체 칩이 마운트된 인쇄 회로 기판을 수납할 수 있도록 형상지어질 수 있다. 선택적으로 상기 매거진은 상 기 대상물로서 솔더 볼이 접착된 반도체 칩을 수납할 수 있도록 형상지어질 수 있다.
상기 로더 유닛은 상기 가열 유닛으로 유입될 대상물들이 수납된 상기 매거진이 놓이는 입력 모듈, 상기 매거진을 보관하는 복수의 수납 공간을 가지는 입력 스태커, 상기 입력 스태커를 상하 방향으로 이동하는 스태커 이동 부재, 그리고 상기 입력 스태커의 수납 공간에 보관된 매거진을 상기 입력 모듈로 이동하는 운반 부재를 포함할 수 있다. 또한, 상기 언로더 유닛은 상기 가열 유닛으로부터 유출된 대상물들을 수납하기 위한 상기 매거진이 놓이는 출력 모듈, 리플로우가 완료된 대상물들이 수납된 매거진들을 보관하는 복수의 수납 공간을 가지는 출력 스태커, 그리고 상기 출력 모듈로 유출된 상기 매거진을 상기 출력 스태커의 수납 공간으로 이동시키는 운반 부재를 포함할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 가열 유닛은 그 길이 방향이 제 1 방향으로 배치되고, 상기 입력 모듈은 그 길이 방향이 상기 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 배치되며, 상기 입력 모듈의 전방 영역은 상기 가열 유닛의 일측과 인접하게 배치되고, 상기 입력 스태커는 상기 입력 모듈을 기준으로 상기 가열 유닛과 동일한 측방향에 상기 입력 모듈의 후방 영역과 인접하게 배치될 수 있다. 상기 출력 모듈은 그 길이 방향이 상기 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 배치되며, 상기 출력 모듈의 전방 영역은 상기 가열 유닛의 타측과 인접하게 배치되며, 상기 출력 모듈은 상기 입력 모듈과 마주보도록 위치되고, 상기 출력 스태커는 상기 출력 모듈을 기준으로 상기 가열 유닛과 동일한 측방향에 상기 출력 모듈의 후방 영역과 인접하게 배치될 수 있다.
상기 이동 유닛은 상기 입력 모듈과 인접한 위치부터 상기 가열 부재에 의해 가열되는 영역을 지나도록 연장되는, 그리고 서로 간에 이격되도록 배치되는 한 쌍의 레일과 상기 입력 모듈에 놓인 상기 매거진 내에 수납된 대상물을 상기 매거진로부터 꺼내어 상기 레일을 따라 이동시키는 이동 부재를 포함할 수 있다. 상기 레일 각각에는 그 길이방향을 따라 상기 대상물의 가장자리 영역이 삽입되는 슬릿 형상의 홈이 형성될 수 있다. 선택적으로 상기 레일 각각에는 복수의 상기 슬릿 형상의 홈들이 제공되고, 상기 홈들은 서로 간에 상하 방향으로 이격되도록 형성될 수 있다.
다른 예에 의하면, 상기 이동 유닛은 상기 입력 모듈과 인접한 위치부터 상기 가열 부재에 의해 가열되는 영역을 지나도록 연장되며 서로 간에 이격되도록 배치되는 한 쌍의 레일과 상기 입력 모듈에 놓인 매거진을 상기 한 쌍의 레일을 따라 이동시키는 이동 부재를 포함한다. 상기 매거진은 외측 방향으로 돌출된 가이드 돌기들을 포함하고, 상기 한 쌍의 레일 각각에는 그 길이 방향을 따라 상기 가이드가 삽입되는 슬릿 형상의 홈이 형성될 수 있다.
상기 이동 부재는 상기 가열 유닛 내에 수평 방향으로 이동 가능하게 제공되는 이동 바, 상기 이동 바에 대해 상하 방향으로 이동 가능하도록 상기 이동 바에 결합되며 상기 매거진 내 대상물을 상기 매거진로부터 꺼내는 인입 핑거, 그리고 상기 이동 바에 대해 상하 방향으로 이동 가능하도록 상기 이동 바에 결합되며, 상기 인입 핑거와 일정거리 이격되어 가열이 완료된 대상물을 상기 가열 유닛으로부 터 내보내는 인출 핑거를 포함할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 리플로우 장치는 상기 이동 유닛을 복수 개 구비하고, 상기 이동 유닛들은 서로 간에 수평 방향으로 나란하게 배치되며, 각각의 상기 이동 유닛은 상기 입력 모듈과 인접한 위치부터 상기 가열 부재에 의해 가열되는 영역을 지나도록 연장되며 서로 간에 이격되도록 배치되는 한 쌍의 레일과 상기 입력 모듈에 놓인 상기 매거진 내에 수납된 대상물을 상기 대상물을 꺼내어 상기 한 쌍의 레일을 따라 이동시키는 이동 부재를 포함하고, 상기 가열 부재는 상기 한 쌍의 레일 각각에 대응되도록 복수 개가 제공될 수 있다.
다른 예에 의하면, 상기 리플로우 장치는 상기 이동 유닛을 복수 개 구비하고, 상기 이동 유닛들은 서로 간에 수평 방향으로 나란하게 배치되며, 각각의 상기 이동 유닛은 상기 입력 모듈과 인접한 위치부터 상기 가열 부재에 의해 가열되는 영역을 지나도록 연장되고 서로 간에 이격되도록 배치되는 한 쌍의 레일과 상기 입력 모듈에 놓인 상기 매거진 내에 수납된 대상물을 상기 매거진로부터 꺼내어 상기 한 쌍의 레일을 따라 이동시키는 이동 부재를 포함하고, 상기 가열 부재는 복수의 상기 이동 유닛의 상기 한 쌍의 레일들에 놓인 대상물들을 동시에 가열하도록 상부에서 바라볼 때 상기 한 쌍의 레일들 전체를 가로지르도록 배치된다.
또 다른 예에 의하면, 상기 리플로우 장치는 상기 이동 유닛을 복수 개 구비하고, 상기 이동 유닛들은 서로 간에 수평 방향으로 나란하게 배치되며, 각각의 상기 이동 유닛은 상기 입력 모듈과 인접한 위치부터 상기 가열 부재에 의해 가열되는 영역을 지나도록 연장되고 서로 간에 이격되도록 배치되는 한 쌍의 레일과 상기 입력 모듈에 보관된 매거진 내에 수납된 대상물을 상기 매거진로부터 꺼내어 상기 한 쌍의 레일을 따라 이동시키는 이동 부재를 포함하고, 상기 가열 부재는 상부에서 바라볼 때 복수의 상기 한 쌍의 레일들 간에 이동 가능하도록 제공된다.
또한, 상기 가열 부재는 상기 코일 또는 상기 대상물을 회전시키는 회전 부재를 더 포함할 수 있다.
일 예에 의하면, 상기 회전 부재는 상기 코일 또는 상기 대상물을 동일 평면 상에서 회전시키도록 제공된다.
다른 예에 의하면, 상기 회전 부재는 상기 코일과 상기 대상물 간에 각도가 변화되도록 상기 코일 또는 상기 대상물을 회전시키도록 제공된다.
또한, 본 발명은 대상물의 솔더 볼을 리플로우하는 방법을 제공한다. 상기 방법에 의하면, 복수 개의 대상물들을 매거진에 적층하여 제공하고, 상기 매거진으로부터 하나 또는 복수의 상기 대상물들을 꺼내어 가열 영역으로 이동시키고, 유도 가열 방식을 사용하여 상기 대상물에 제공된 솔더 볼을 리플로우한다.
본 발명에 의하면, 유도 가열 방식을 사용하여 대상물에 대해 리플로우 공정을 수행하므로, 리플로우 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있고, 리플로우 공정을 수행하는 장치의 면적을 줄일 수 있다. 또한, 대상물 전체를 가열하지 않고, 도전성 재질로 이루어진 부분만 가열되므로, 고온 가열로 인해 대상물이 휘어지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 대상물들이 가열 유닛으로 유입되기 전에 매거진 및 스태커에서 대기하고 있으므로, 리플로우 공정이 빠르게 수행하는 가열 유닛 사용시 가열 유닛의 사용 효율이 높아진다.
또한, 본 발명에 의하면, 복수의 대상물들이 상하로 적층된 상태에서 유도 가열 방식을 사용하여 가열하므로, 좁은 공간 내에서 많은 수의 대상물들에 대해 리플로우 공정을 동시에 수행할 수 있다.
또한, 일반적인 구조의 패키지 장치를 사용하여 솔더 볼이 접착된 반도체 칩에 대해 리플로우 공정을 수행하는 경우, 리플로우 공정 이후에 플럭스를 제거하는 세정 공정이 요구되나, 본 발명과 같이 유도 가열 방식을 사용하여 리플로우 공정을 수행하는 경우 세정 공정을 반드시 수행할 필요는 없다. 따라서 플럭스 제거를 위한 세정 장치가 불필요하므로, 설비 전체의 면적 및 공정 전체에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 30을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
도 1은 본 발명의 리플로우 장치(1)의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 구성도이다. 도 1을 참조하면, 리플로우 장치(1)는 로더 유닛(loader unit)(20), 가 열 유닛(heating unit)(30), 언로더 유닛(unloader unit)(40), 그리고 이동 유닛(moving unit)(도 21의 50)을 가진다. 가열 유닛(30)은 대상물(도 2의 5, 도 3의 5′)의 솔더 볼(56, 56′)을 리플로우한다. 로더 유닛(20)은 가열 유닛(30)에서 리플로우 공정을 수행할 대상물을 보관하고, 언로더 유닛(40)은 가열 유닛(30)에서 리플로우 공정이 완료된 대상물을 보관한다. 이동 유닛(50)은 로더 유닛(20)에서 대상물을 가열 유닛(30)으로 이동하고, 가열 유닛(30)에서 리플로우 공정이 완료된 대상물을 언로더 유닛(40)으로 이동한다. 이하, 설명의 편의를 위해 가열 유닛(30)의 길이 방향을 제 1 방향(62)이라 하고, 수평면 상에서 제 1 방향(62)과 수직한 방향을 제 2 방향(64)이라 하고, 상하 방향을 제 3 방향(도 4의 66)이라 한다.
일 예에 의하면, 대상물(5)은 도 2와 같이 칩 마운팅 공정(chip mounting process)이 수행된 반도체 칩(54)이 올려진 인쇄 회로 기판(52)일 수 있다. 다른 예에 의하면, 대상물(5′)은 도 3과 같이 볼 어태지 공정(ball attach process)이 수행된 솔더 볼(56′)이 접착된 반도체 칩(54′)일 수 있다. 대상물(5′)은 하나의 반도체 칩이거나, 분리되지 않은 복수의 반도체 칩들일 수 있다. 본 발명에서 대상물(5, 5′)은 이에 한정되지 않으며, 솔더 볼과 같이 리플로우 공정이 필요한 외부 단자를 가지는 다양한 종류의 부품일 수 있다.
아래의 실시 예들에서는 주로 대상물(5)은 반도체 칩(54)이 올려진 인쇄 회로 기판(52)인 경우를 설명한다.
도 4는 도 1의 리플로우 장치(1)의 사시도이다. 매거진(100)은 복수의 대상물들을 적층하여 보관한다. 리플로우 공정이 수행될 대상물들(5)은 매거진(100)에 수납된 상태에서 가열 유닛(30)의 입구에 인접한 위치에서 대기한다. 본 실시예에서 가열 유닛(30)은 유도 가열 방식(induction heating method)을 사용하여 리플로우 공정(reflow process)을 수행되므로 리플로우 공정이 수행되는 속도는 매우 빠르다. 매거진(100)의 사용은 대상물들(5)을 가열 유닛(30) 내로 연속적으로 공급하기에 유용하다.
도 5는 매거진(100)의 일 예를 보여주는 사시도이다. 매거진(100)은 바닥 판(122)과 두 개의 측 판들(124, 126)을 가진다. 측 판들(124, 126)은 바닥 판(122)의 양측 단으로부터 상부를 향해 연장된다. 측 판들(124, 126)은 서로 동일한 형상을 가진다. 매거진(100)의 전방과 후방, 그리고 상부에 해당되는 면들은 개방된다. 매거진(100)의 전방과 후방에 해당되는 면은 대상물(5)이 매거진(100) 내로 유입 또는 유출되는 통로로서 기능하고, 바닥 판(122)과 측 판들(124, 126) 사이에 제공된 공간에는 대상물(5)이 수납된다. 각각의 측 판(124, 126)의 내측면에는 대상물(5)의 가장자리 영역이 삽입되는 슬롯(140)이 형성된다. 슬롯(140)은 측 판(124, 126)의 내측면 일단으로부터 타단까지 연장되게 제공된다. 슬롯들(140)은 상하 방향으로 서로 이격되게 복수 개가 제공된다. 대상물(5)은 매거진(100) 내에 서로 이격되게 적층된 상태로 수납된다.
로더 유닛(20)은 입력 모듈(220), 입력 스태커(240), 그리고 스태커 이동 부재(280)를 가진다. 도 6은 입력 스태커(240)의 단면도이다. 도 4와 도 6을 참조하면, 입력 스태커(240)는 각각의 매거진(100)을 수납하는 공간(246)을 복수 개 가진다. 입력 스태커(240)는 복수의 수평 판들(242)과 복수의 수직 판들(244)을 가진 다. 수평 판들(242)은 매거진(100)이 놓이는 바닥으로서 기능한다. 수평 판들(242)은 제 3 방향(66)을 따라 서로 간에 일정 거리 이격되게 배열된다. 수직 판들(244)은 수평 판들(242) 사이에 제공된 공간을 복수의 공간들로 구획한다. 수직 판들(244)은 제 2 방향(64)을 따라 서로 간에 일정 거리 이격되게 배열된다. 수평 판들(242)과 수직 판들(244)은 일체로 제조되거나 서로 간에 고정 결합된다. 상술한 구조로 인해, 입력 스태커(240)에는 제 2 방향(64) 및 제 3 방향(66) 각각을 따라 복수의 수납 공간들(246)이 제공된다. 각각의 수납 공간(246)은 두 개의 수직 판들(244)과 두 개의 수평 판들(242)에 의해 둘러싸여 제공되고, 수납 공간(246)의 전방 및 후방에 해당되는 면은 개방된다. 수납 공간(246)의 전방 및 후방에 해당되는 면은 매거진(100)이 수납 공간(246)으로 유입되거나 유출되는 통로로서 기능한다. 가장 상층에 제공되는 수납 공간의 상방에 해당되는 면은 개방될 수 있다. 각각의 수납 공간(246)에는 하나의 매거진(100)이 수납된다. 선택적으로 각각의 수납 공간(246)에는 복수의 매거진(100)들(220)이 제 1 방향(62)을 따라 수납될 수 있다.
입력 모듈(220)은 입력 스태커(240)로부터 매거진(100)을 이송받고, 이를 가열 유닛(30)의 입구(도 8의 321a)와 인접한 위치까지 이동한다. 입력 모듈(220)은 그 길이 방향이 제 2 방향(64)과 나란하도록 배치된다. 입력 모듈(220)의 전방 영역(224)은 가열 유닛(30)의 입구(321a)와 인접하게 위치된다. 입력 스태커(240)는 입력 모듈(220)을 기준으로 가열 유닛(30)과 동일한 측에 위치된다. 입력 스태커(240)는 입력 모듈(220)의 후방 영역(222)과 인접하게 위치된다. 선택적으로 입 력 스태커(240)는 입력 모듈(220)을 기준으로 가열 유닛(30)과 반대 측에 제공될 수 있다. 그러나 리플로우 장치(1)의 점유 면적을 줄이기 위해, 가열 유닛(30), 입력 모듈(220), 그리고 입력 스태커(240)는 도 1과 같이 배치되는 것이 바람직하다. 일 예에 의하면, 입력 모듈(220)의 상면에는 컨베이어 벨트(221)와 같은 구동기가 제공된다. 컨베이어 벨트(221)는 입력 모듈(220)의 후방 영역(222)으로부터 전방 영역(224)까지 연장되게 배치되어, 입력 스태커(240)로부터 입력 모듈(220)의 후방 영역(222)으로 운반된 매거진(100)은 입력 모듈(220)의 전방 영역(224)까지 이동될 수 있다. 후방 영역(222)으로 운반된 매거진(100)으로부터 대상물(5)이 가열 유닛(30)으로 이동되는 도중에 컨베이어 벨트(221)의 동작은 정지된다. 대상물(5)이 가열 유닛(30)으로 모두 이동되면, 빈 매거진(100)은 작업자 또는 이송 로봇(도시되지 않음)에 의해 입력 모듈(220)로부터 제거될 수 있다. 매거진(100)이 이송 로봇에 의해 이동되는 경우, 매거진(100)에는 이송 로봇에 의해 지지될 수 있도록 지지 수단(도시되지 않음)이 제공될 수 있다. 또한, 비록 도시되지는 않았으나, 입력 모듈(220)의 전방 영역(224)에는 매거진(100)의 위치를 정렬하는 정렬 부재가 설치될 수 있다.
선택적으로 컨베이어 벨트(221) 대신, 입력 모듈(220)의 후단에는 푸셔(도시되지 않음)가 제공되어, 매거진(100)을 입력 모듈(220)의 후방 영역(222)에서 전방 영역(224)으로 밀어줄 수 있다. 상술한 예에서 매거진(100)은 전방 및 후방이 모두 개방되는 것으로 설명하였다. 그러나 가열 유닛(30), 입력 모듈(220), 그리고 입력 스태커(240)가 도 1과 같이 배치된 경우, 매거진(100)의 네 측면 중 한 면만 개방 될 수 있다.
도 7은 입력 스태커(240)로부터 입력 모듈(220)의 후방 영역(222)으로 매거진(100)을 이동하는 일 예를 보여주는 단면도이다. 매거진(100)은 대상물들(5)이 수납된 상태로 입력 스태커(240)의 수납 공간(246)에 보관된다. 입력 스태커(240)를 기준으로 입력 모듈(220)의 반대 측에는 입력 스태커(240) 내에 보관된 매거진(100)을 입력 모듈(220)로 밀어주는 운반 부재가 배치된다. 운반 부재로는 밀 판(pushing plate)(262)을 가지는 푸셔(260)가 사용될 수 있다. 밀 판(262)은 대체로 직육면체 형상을 가진다. 밀 판(262)의 후면에는 수평 축(264)이 연결되고, 수평 축(264)은 이와 연결되는 실린더(266)에 의해 제 1 방향(62)으로 직선 이동된다. 밀 판(262)을 빠르게 이동시키기 위해 상술한 바와 같이 실린더(266)를 사용하는 것이 바람직하나, 실린더(266) 대신 모터가 사용될 수 있다. 푸셔(260)는 하나 또는 복수 개가 제공될 수 있다. 푸셔(260)가 복수 개 제공되는 경우, 푸셔들(260)은 제 2 방향(64)을 따라 서로 나란하게 배치된다.
입력 모듈(220)로 이동하고자 하는 매거진(100)이 보관된 수납 공간(246)이 푸셔(260)와 대향되게 위치되도록 스태커 이동 부재(280)는 입력 스태커(240)를 직선 이동시킨다. 다시 도 4와 도 6을 참조하면, 스태커 이동 부재(280)는 이동 판(282), 수직 구동기(284), 그리고 수평 구동기(286)를 가진다. 이동 판(282)은 직사각의 판 형상을 가진다. 수직 구동기(284)는 이동 판(282) 상에서 입력 스태커(240)를 제 3 방향(66)을 따라 직선 이동시킨다. 수직 구동기(284)는 가이드 판들(284a), 이동 축(284b), 그리고 모터(284c)를 가진다. 가이드 판들(284a)은 이동 판(282)의 양 끝단으로부터 제 3 방향(66)으로 연장된다. 각각의 가이드 판들(284a)에는 가이드 홈(285)이 형성된다. 가이드 홈(285)은 그 길이 방향이 제 3 방향(66)이 되도록 제공된다. 가이드 홈들(285)은 상부에서 바라볼 때 입력 스태커(240)의 네 측 모서리와 대응되는 부분에 각각 설치된다. 가장 외 측에 있는 수직 판들(244)에는 가이드 홈(285)을 따라 제 3 방향(66)으로 이동 가능하도록 가이드 홈(285)과 결합되는 돌기(241)가 제공된다. 이동 축(284b)은 입력 스태커(240)의 저면에 고정 결합되고, 모터(284c)는 이동 축(284b)을 제 3 방향(66)을 따라 이동시킨다. 모터(284c)로는 스테핑 모터가 사용된다.
수평 구동기(286)는 이동 판(282)을 제 2 방향(64)을 따라 직선 이동시킨다. 수평 구동기(286)는 스크류(286a), 수평 가이드들(286b), 그리고 모터(286c)를 가진다. 스크류(286a)는 이동 판(282)에 형성된 나사홀(282a)에 삽입되고, 모터(286c)에 의해 회전된다. 수평 가이드(286b)는 그 길이 방향이 제 2 방향(64)이 되도록 스크류(286a)의 양측에 각각 배치된다. 본 실시예에서 수평 구동기(286)는 스크류(286a)와 모터(286b)를 이용한 구동 어셈블리를 가지는 것으로 설명하였으나, 이와 달리 리니어 모터(linear motor) 등이 사용될 수 있다.
가열 유닛(30)은 대상물(5)에 제공된 솔더 볼(56)을 가열하여 리플로우 공정을 수행한다. 도 8은 가열 유닛(30)의 일 예가 도시된 사시도이다.
가열 유닛(30)은 챔버(chamber)(320)와 가열 부재(heating member)(340)를 가진다. 챔버(320)는 전방 벽(321), 후방 벽(322), 양측 벽(323, 324), 하부 벽(325), 그리고 상부 벽(326)을 가진다. 전방 벽(321)은 입력 스태커(240)와 대향 되는 벽이고, 후방 벽(322)은 전방 벽(321)과 마주보는 벽이다. 챔버(320)는 대체로 직육면체 형상으로 제공되며, 전자기 간섭(electro magnetic interference)을 차폐하도록 알루미늄과 같은 금속 재질로 이루어진다.
챔버(320) 내에는 가열 실(360)이 제공된다. 가열 실(360)은 그 길이 방향이 제 1 방향(62)을 따라 제공되도록 배치된다. 전방 벽(321)에는 대상물(5)이 챔버(320) 내로 유입되는 통로로 기능하는 입구(321a)가 형성되고, 후방 벽(322)에는 대상물(5)이 챔버(320)로부터 유출되는 통로로 기능하는 출구(322a)가 형성된다. 챔버(320)에는 입구(321a)와 출구(322a)를 각각 개폐하는 셔터(328)가 제공된다. 셔터(328)는 실린더(329)에 의해 상하 방향으로 이동되면서 입구(321a)나 출구(322a)를 개폐한다. 셔터(328)의 직선 이동을 안내하도록 가이드(327)가 제공될 수 있다. 셔터(328)는 전자기 간섭을 차폐하도록 알루미늄 등과 금속 재질로 제공된다.
가열 부재(340)는 유도 가열 방식(induction heating method)으로 솔더 볼(56)을 가열한다. 코일에 교류 전류를 인가하면, 코일 내부에 교류자기장이 발생된다. 자기장이 발생된 영역에 제공된 도체에는 자기장의 방향과 수직한 방향으로 와전류(eddy current)가 발생한다. 와전류는 도체의 표면을 따라 흐르며, 열을 발생시키고 손실된다. 유도 가열 방식은 이 때 발생되는 열을 이용하여 대상물을 가열하는 방식이다.
가열 부재(340)는 하우징(342), 코일(도 9의 344), 그리고 전원(도 9의 346)을 가진다. 하우징(342)은 내부에 코일(344)이 삽입되는 공간이 제공된 통 형상을 가진다. 일 예에 의하면, 하우징(342)은 직육면체 형상을 가진다. 코일(344)은 하우징(342) 내에 고정 삽입된다. 도 9와 같이 코일(344)은 일직선으로 이루어지며 서로 마주보는 두 개의 직선부(344a, 344b)와 이들을 연결하는 라운드진 곡선부(344c)를 가질 수 있다. 또는 도 10과 같이 코일(344′)은 상술한 두 개의 직선부(344a, 344b)들 및 곡선부(344c)로 이루어진 세트를 복수 개 가질 수 있다. 각각의 세트는 서로 연결되어 있으며, 서로 상이한 층을 이루도록 제공된다.
전원(346)은 코일(344)에 교류 전류를 인가한다. 전류는 수십 킬로 헤르쯔(KHz)에서 수 메가 헤르쯔(MHz)의 주파수로 제공될 수 있다. 가열 부재(340)에 의해 가열되는 영역은 코일(344)의 두 개의 직선부(344a, 344b)와 곡선부(344c)에 의해 둘러싸인 영역의 수직 상부 및 수직 하부 영역이다. 가열 부재(340)는 가열 실(360)에 제공된다.
리플로우 공정을 유도 가열 방식을 이용하여 수행하면 가열에 소요되는 시간이 매우 짧다. 이로 인해 리플로우 공정을 빠르게 수행할 수 있다. 또한, 유도 가열 방식을 사용하는 경우 도전체만 가열되고, 반도체 칩(54)이나 인쇄 회로 기판(52)이 고온의 열에 직접 노출되지 않는다. 따라서 반도체 칩(54)이나 인쇄 회로 기판(52)이 열적 변형으로 인해 휘어지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 가열 부재(340)의 구성이 간단하고 점유 면적이 좁으므로, 리플로우 장치(1) 전체의 면적을 줄일 수 있다.
상술한 예들에서는 가열 부재(340)가 대상물(5)의 상부에 위치되는 것으로 도시하였다. 그러나 선택적으로 가열 부재(340)는 대상물(5)의 하부에 위치될 수 있다. 또한, 선택적으로 도 11에 도시된 바와 같이, 가열 부재(340)는 상하 방향으로 서로 마주보도록 두 개가 제공되고, 대상물(5)은 가열 부재들(340) 사이에 위치될 수 있다. 가열 부재(340)들이 상하 방향으로 복수 개 제공되는 경우, 가열 시간을 더욱 단축할 수 있다. 또한, 선택적으로 도 12에 도시된 바와 같이, 가열 부재(340)는 대상물(5)의 상부 또는 하부에 복수 개가 적층되도록 제공될 수 있다.
도 13 내지 도 15는 가열 부재(340a, 340b, 340c)의 다른 예를 보여준다. 가열 부재(340a)는 하우징(342), 전원이 연결된 코일(344), 그리고 회전 부재(349a, 349b, 349c)를 가진다. 하우징(342)과 코일(344)은 기 설명된 구조와 동일하므로 중복 설명은 생략한다. 회전 부재(349a, 349b, 349c)는 코일(344)과 대상물(5) 간에 상대 위치가 변화되도록 코일(344) 또는 대상물(5)을 회전시킨다. 코일(344)의 회전은 하우징(342)를 회전시킴으로써 이루어질 수 있다.
일 예에 의하면, 도 13에 도시된 바와 같이 회전 부재(349a)는 코일(344)을 동일 평면 상에서 회전시킨다. 동일 평면은 수평면일 수 있다. 코일(344)은 하우징(342) 내에 고정 설치되고, 하우징(342)은 대체로 가열이 이루어지는 대상물(5)과 평행하게 제공된다. 회전 부재(349a)는 코일(344)이 고정 설치된 하우징(342)의 상부벽에 고정 결합된 회전 축(347a)과, 회전 축(347a)에 회전력을 제공하는 모터(347b)를 가진다. 일반적으로 반도체 칩(54)에는 복수의 솔더 볼들(56)이 제공된다. 코일(344)이 고정된 상태에서 가열이 이루어지는 경우, 솔더 볼들(56) 간에 가열 균일도가 상이하다. 그러나 도 13와 같이 코일(344)을 동일 평면 상에서 회전하면서 가열이 이루어지는 경우, 솔더 볼들(56) 간에 가열 균일도가 향상된다. 회전 부재(349a)는 일 방향으로 계속적으로 코일(344)을 회전하거나, 회전 방향을 바꾸면서 코일(344)을 회전할 수 있다. 또한, 회전 부재(349a)는 정지 없이 계속적으로 코일(344)을 회전하거나, 일정 각도 코일(344)을 회전시킨 후 코일(344)을 정지하는 과정을 반복할 수 있다.
상술한 예에서는 회전 부재(349a)가 코일(344)을 회전하는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 코일(344)은 고정되고, 회전 부재(349a)는 대상물(5)을 동일 평면 상에서 회전할 수 있다. 이 경우, 이동 유닛(50)의 구조는 본 실시예와는 상이한 구조로 제공될 수 있다. 예컨대, 대상물(5)은 회전 판(도시되지 않음) 상에 놓인 상태에서 가열이 이루어지고, 가열이 이루어지는 동안 회전 판이 회전될 수 있다. 또한, 선택적으로 코일(344)과 대상물(5)이 서로 상이한 방향으로 동시에 회전될 수 있다.
도 14와 도 15는 회전 부재(349b, 349c)의 다른 예를 보여준다. 회전 부재(349b)는 코일(344)과 대상물(5) 간에 각도가 변화되도록 대상물(5)을 회전시킨다. 회전 부재(349b)는 코일(344)이 설치된 하우징(342)의 측벽에 고정 결합된 회전 축(347b)과, 회전 축(347b)에 회전력을 제공하는 모터(348b)를 가진다. 회전 축(347b)은 대상물(5)과 평행하게 제공된 축일 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 회전 축(347b)은 코일(344)의 두 개의 직선부(344a, 344b)들과 평행하고, 이들의 중심을 지나는 선일 수 있다. 선택적으로 도 15에 도시된 바와 같이, 회전 축(347bc)은 코일(344)의 두 개의 직선부들(344a, 344b)을 수직하게 가로지르는 선일 수 있다. 코일(344)이 대상물(5)과 평행하게 제공된 상태를 기준으로 코일(344) 은 약 -90도(°) 내지 90도(°) 사이를 회전 방향을 바꾸면서 회전될 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 회전 부재는 대상물(5)의 가열이 이루어지는 동안 정지 없이 계속적으로 코일(344)을 회전시킬 수 있다. 선택적으로, 도 17에 도시된 바와 같이, 회전 부재(349b)는 코일(344)을 일정 각도 회전시킨 후 코일(344)을 정지하는 과정을 반복할 수 있다.
상술한 예에서는 회전 부재(349b)가 코일(344)을 회전시키는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리 코일(344)은 고정되고, 회전 부재(349b)는 코일(344)과 대상물(5) 간의 각도가 변화되도록 대상물(5)을 회전시킬 수 있다. 선택적으로 코일(344)과 대상물(5)이 서로 상이한 방향으로 동시에 회전될 수 있다.
도 14 및 도 15와 같은 회전은 아래와 같은 이점이 있다. 인쇄 회로 기판(52)과 반도체 칩(54) 내에는 대체로 수평 방향으로 제공된 도전성 라인(57)들이 다수 형성되어 있다. 코일(344)과 대상물(5)이 서로 평행하게 제공된 경우, 도 18과 같이 인쇄 회로 기판(52)이나 반도체 칩(54) 내에 제공된 도전성 라인(57)과 자력선(58)은 서로 수직이 되며, 이로 인해 도전성 라인들(57)이 고온으로 가열된다. 그러나 도 19와 같이 코일(344)과 대상물(5)이 경사(α)지게 배치되는 경우, 자력선(58)의 방향과 도전성 라인(57)이 이루는 각은 수직에서 벗어나므로, 도전성 라인들(57)이 고온으로 계속적으로 가열되는 것을 줄일 수 있다. 따라서 도 14 및 도 15와 같은 회전은 도전성 라인(57)이 고온으로 가열되는 것을 줄일 수 있고, 하나의 솔더 볼(56)에서 전체 영역을 대체로 균일하게 가열할 수 있다.
도 20은 가열 부재(340d)의 또 다른 예를 보여준다. 코일(344)이 챔버(320) 내에 고정되게 설치하되, 도 18과 같이 반도체 칩(54)이나 인쇄 회로 기판(52) 내 도전성 라인(57)들이 고온으로 가열되는 것을 방지하기 위해, 코일(344)은 대상물(5)과 경사를 이루도록 배치된다. 선택적으로, 코일(344)이 대상물(5)과 경사를 이루도록 배치된 상태에서 코일(344)은 대상물(5)과 수직한 축을 중심으로 회전될 수 있다.
가열 부재(340)에는 가열 부재(340)에 의해 가열되는 대상물(5)의 영역별 온도를 검출하는 검출기(380)가 더 제공된다. 도 8을 다시 참조하면, 검출기(380)는 고속으로 가열이 이루어지고 있는 가열 유닛(30) 내에서 가열이 정상적으로 이루어지고 있는지 여부를 검출한다. 일 예에 의하면, 검출기(380)로는 대상물(5)의 영역별 온도를 화상 이미지로 보여주는 적외선 카메라(infrared camera)가 사용되고, 적외선 카메라에 의해 촬상된 이미지는 작업자가 육안으로 확인 가능하도록 디스플레이(도시되지 않음)로 전송될 수 있다.
다시 도 1과 도 4를 참조하면, 언로더 유닛(40)은 리플로우 공정이 완료된 대상물들(5)을 보관한다. 언로더 유닛(40)은 출력 모듈(output module)(420), 출력 스태커(output stacker)(440), 그리고 스태커 이동 부재(stacker moving unit)(480)를 가진다. 출력 모듈(420)은 그 길이 방향이 제 2 방향(64)으로 배치된다. 출력 모듈(420)의 전방 영역(424)은 가열 유닛(30)과 인접하게 위치된다. 출력 스태커(440)는 출력 모듈(420)을 기준으로 가열 유닛(30)과 동일한 측에서 출력 모듈(420)의 후방 영역(422)과 인접하게 위치된다. 출력 스태커(440)는 출력 모듈(420)을 기준으로 가열 유닛(30)과 반대 측에 제공될 수 있다. 그러나 리플로우 장치(1)의 점유 면적을 줄이기 위해, 가열 유닛(30), 출력 모듈(420), 그리고 출력 스태커(440)는 도 1과 같이 배치되는 것이 바람직하다. 언로더 유닛(40)의 출력 모듈(420), 출력 스태커(440), 그리고 스태커 이동 부재(480)는 로더 유닛(20)의 입력 모듈(220), 입력 스태커(240), 그리고 스태커 이동 부재(280)와 대체로 동일한 구조를 가진다. 빈 매거진(100)은 작업자 또는 이송 로봇에 의해 출력 모듈(420)의 전방 영역(424)에 놓인다. 리플로우 공정이 완료된 대상물들(5)은 복수 매씩 출력 모듈(420)의 전방 영역(424)에 놓인 매거진(100) 내에 수납되고, 복수의 매거진(100)은 출력 모듈(420)의 후방 영역으로 이동된 후, 출력 스태커(440)에 보관된다. 출력 모듈(420)을 기준으로 출력 스태커(440)의 반대 측에는 운반 부재가 배치된다. 운반 부재로는 푸셔(460)가 사용될 수 있다. 푸셔(460)는 출력 모듈(420)의 후방 영역(422)으로 이동된 매거진(100)을 출력 스태커(440)의 빈 수납 공간으로 밀어준다. 푸셔(460)는 로더 유닛(20)의 푸셔(260)와 대체로 동일한 구조를 가진다.
이동 유닛(50)은 대상물(5)을 로더 유닛(20)에서 가열 유닛(30)으로 이동하고, 리플로우 공정이 완료된 대상물(5)을 가열 유닛(30)에서 언로더 유닛(40)으로 이동한다. 도 21은 도 8에 도시된 이동 유닛(50)을 보여준다. 이동 유닛(50)은 한 쌍의 레일(520)과 이동 부재(540)를 가진다.
레일들(522)은 서로 나란하게 대향되도록 가열 실(360) 내에 위치된다. 레일들(520)은 제 1 방향(62)을 따라 가열 실(360)의 입구(321a)와 인접한 영역에서부터 가열 실(360)의 출구(322a)와 인접한 영역까지 연장된다. 레일들(520)은 대상 물(5)의 직선 이동을 안내하는 가이드로서 기능한다. 각각의 레일(520)의 내측 면에는 하나의 슬릿 형상의 홈(522)이 형성된다. 홈(522)은 레일(520)의 일단에서부터 타단까지 길게 연장된다. 대상물(5)의 가장자리 영역은 레일(520)의 홈(522)에 삽입되고, 대상물(5)은 홈(522)을 따라 이동된다.
이동 부재(540)는 입력 스태커(240)에 보관된 매거진(100)으로부터 대상물(5)을 꺼내고, 레일(520)을 따라 대상물(5)을 이동시킨다. 이동 부재(540)는 이동 바(542), 인입 핑거(546), 그리고 인출 핑거(548)를 가진다. 이동 바(542)는 로드 형상을 가지며, 가열 실(360) 내에 배치된다. 이동 바(542)는 레일(520)의 아래 영역에 위치될 수 있다. 이동 바(542)는 구동기(544)에 의해 가열 실(360) 내에서 제 1 방향(62)을 따라 직선 이동된다. 구동기(544)로는 대상물(5)의 신속한 이동을 위해 실린더가 사용될 수 있다. 실린더는 가열 실(360)의 입구(321a)와 마주보는 영역인 이동 바(542)의 전단 영역에 결합 될 수 있다. 인입 핑거(546)와 인출 핑거(548)는 이동 바(542)에 대해 상하 방향으로 이동 가능하도록 이동 바(542)에 결합된다. 인입 핑거(546)는 이동 바(542)의 전단 영역에서 이동 바(542)와 결합되고, 매거진(100)으로부터 대상물(5)을 꺼내어 가열 영역까지 대상물(5)을 이동시킨다. 인출 핑거(548)는 이동 바(542)의 후단 영역에서 이동 바(542)와 결합되고, 가열이 완료된 대상물(5)을 가열 영역에서 출력 모듈(420)의 전방 영역(424)에 놓인 매거진(100)으로 이동시킨다. 인입 핑거(546)는 이동 바(542)의 상부에 위치되며, 대체로 직사각의 판 형상을 가진다. 인입 핑거(546)과 인출 핑거(547)은 각각의 구동기(547)에 의해 상하 방향으로 이동된다. 인입 핑거(546)의 하면에는 이동 축(547a)이 고정 결합되며, 이동 축(547a)은 실린더(547b)에 의해 상하로 이동 가능하도록 이동 바(542)에 결합된다. 인출 핑거(548)는 인입 핑거(546)와 동일한 형상을 가지며, 인입 핑거(546)와 동일한 구조로 이동 바(542)에 결합된다.
도 8 및 도 21에서는 가열 부재(340)가 레일(520)의 상부에 위치되고 이동 부재(540)가 레일(520)의 하부에 위치되는 것으로 설명하였다. 그러나 가열 부재(340), 레일(520), 이동 부재(540)의 위치 관계는 이와 상이할 수 있다. 예컨대, 가열 부재(340)와 이동 부재(540)의 위치가 반대로 제공되거나, 가열 부재(340)와 이동 부재(540) 모두 레일(520)의 상부 또는 하부에 제공될 수 있다.
이동 유닛(50)에 의해 대상물(5)이 이동되는 과정을 설명하면 다음과 같다. 처음에 인입 핑거(546)와 인출 핑거(548)가 제 1 위치에 놓인다. 제 1 위치는 인입 핑거(546)와 인출 핑거(548)의 상단이 이동시키고자 하는 대상물(5)보다 낮은 위치이다. 이동 바(542)는 전진 이동하여 매거진(100) 내로 삽입된다. 인입 핑거(546)는 매거진(100) 내 대상물(5)을 지나도록 위치되고, 인출 핑거(548)는 가열 영역 내 대상물(5)을 지나도록 위치된다. 이후, 인입 핑거(546)와 인출 핑거(548)가 제 2 위치로 이동된다. 제 2 위치는 인입 핑거(546)와 인출 핑거(548)의 상단이 이동시키고자 하는 대상물(5)보다 높은 위치이다. 이동 바(542)는 후진 이동하고, 이와 함께 인입 핑거(546)는 매거진(100)으로부터 대상물(5)을 가열 영역으로 이동시키고, 인출 핑거(548)는 가열 영역에서 대상물(5)을 출력 모듈(420)에 놓인 매거진(100)으로 이동시킨다.
도 8 및 도 21에서 이동 유닛(50)의 구성 및 형상 등은 본 발명의 일 실시예 를 보여주는 것이며, 이동 유닛(50)의 구성 및 형상 등은 다양하게 변화될 수 있다. 예컨대, 도 21에서는 인입 핑거(546)와 인출 핑거(548)가 하나의 이동 바(542)에 결합되는 것으로 도시하였다. 그러나 이와 달리 인입 핑거(546)와 인출 핑거(548)는 서로에 대해 독립적으로 이동되도록 제공될 수 있다.
도 22와 도 23은 이동 유닛(50a)의 다른 예를 보여준다. 도 22는 레일(520a)의 사시도이고, 도 23은 대상물(5)이 이동 유닛(50a)에 의해 이동되는 과정을 보여준다. 유도 가열 방식을 이용하여 가열시, 가열은 자기장이 형성된 영역에서 이루어진다. 자기장은 상하 방향으로 형성되므로, 대상물들(5)을 가열 영역 내에서 적층하여 제공한 경우, 복수의 대상물(5)을 동시에 가열할 수 있다. 이동 유닛(50a)은 상하 방향으로 적층된 대상물들(5)을 가열 실(360)로 동시에 이동하여, 가열 실(360) 내에서 복수의 대상물들(5)이 동시에 가열되도록 한다. 이동 유닛(50a)은 한 쌍의 레일(520a)과 이동 부재(540a)를 가진다. 한 쌍의 레일(520a) 및 이동 부재(540a)는 대체로 도 21의 이동 유닛(50)의 한 쌍의 레일(520) 및 이동 부재(540)와 유사한 형상을 가진다. 다만, 한 쌍의 레일(520a)에는 슬릿 형상의 홈(522)이 복수 개 형성된다. 홈들(522)은 상하 방향으로 서로 간에 일정 거리 이격되게 형성된다. 이동 부재(540a)의 인입 핑거(546)와 인출 핑거(도시되지 않음)는 도 21의 이동 부재(540)의 인입 핑거(546) 및 인출 핑거(548)에 비해 상하 방향으로 긴 길이를 가진다. 따라서 도 23에 도시된 바와 같이, 이동 부재(540a)는 한 번에 매거진(100)으로부터 복수 개의 대상물들(5)을 꺼내고, 이들을 동시에 한 쌍의 레일(520a)을 따라서 이동시킨다.
도 24와 25는 매거진(100b)과 이를 이동시키는 이동 유닛(50b)의 다른 예를 보여준다. 도 24는 매거진(100b)의 다른 예를 보여주는 사시도이고, 도 25는 도 24의 매거진(100b)이 이동되는 과정을 보여주는 도면이다. 이동 유닛(50b)은 입력 모듈(220)에 놓인 매거진(100b)을 가열 유닛(30)으로 이동시키고, 가열 유닛(30) 내 매거진(100b)을 출력 모듈(420)로 이동시킨다. 일 예에 의하면, 이동 유닛(50b)은 한 쌍의 레일(520b)과 이동 부재(540b)를 가진다. 한 쌍의 레일(520b) 및 이동 부재(540b)는 대체로 도 21의 한 쌍의 레일(520) 및 이동 부재(540)와 유사한 구조를 가진다. 다만, 이동 부재(540b)의 인입 핑거(546)와 인출 핑거(도시되지 않음)는 매거진(100b)을 직접 이동시킬 수 있도록 형상지어진다. 도 24에 도시된 바와 같이, 매거진(100b)은 양 측벽에 각각 외측 방향으로 돌출된 가이드 돌기(229)를 가진다. 가이드 돌기(229)는 레일(520)에 형성된 홈(522)에 삽입되어 이동 가능하도록 형상지어진다. 도 25는 이동 유닛(50)에 의해 매거진(100b)이 직접 레일(520)을 따라 이동되는 상태를 보여준다. 도 25의 경우 이동 부재(540b)는 레일의 상부에 위치될 수 있다.
매거진(100b)이 직접 가열 영역으로 이동되는 경우, 매거진(100b)은 비금속 재질로 제조된다. 매거진(100b)이 금속 재질로 이루어진 경우, 가열 영역에서 대상물(5)의 가열이 이루어지는 동안 매거진(100b)도 가열된다. 이 경우, 매거진(100b)에 의해 대상물(5)이 가열될 수 있으며, 이는 대상물(5)의 휨에 영향을 줄 수 있다.
상술한 예에서는 매거진(100b)에 가이드 돌기(229)를 제공하여 매거진(100) 이 직접 레일(520)의 홈(522)에 삽입되어 이동되는 것으로 설명하였다. 그러나 이와 달리, 레일(520)의 홈(522)에 삽입되어 이동되는 이동 판(도시되지 않음)을 제공하고, 매거진(100)은 이동 판 놓인 상태에서 이동될 수 있다.
도 23 및 도 25과 같이 복수 매의 대상물(5)이 적층되어 가열 유닛(30)으로 이동되는 경우, 가열 유닛(30)은 대상물들(5)의 상부 및 하부에 각각 제공될 수 있다. 이는 대상물들(5) 간에 가열 균일도를 향상시킬 수 있다.
다음에는 본 발명의 리플로우 장치(1)를 사용하여 공정이 수행되는 과정을 설명한다. 아래에서는 하나의 대상물(5)이 가열 실(360)로 이동되는 구조의 장치를 예로 들어 설명한다. 처음에 칩 마운터 공정 또는 볼 어태치 공정이 수행된 대상물(5)이 매거진(100)에 수납된 상태에서, 매거진(100)이 입력 스태커(240)의 수납 공간(246)에 놓인다. 리플로우 공정이 수행될 매거진(100)이 놓인 수납 공간(246)이 푸셔(260)와 마주보도록 입력 스태커(240)가 이동된다. 푸셔(260)는 입력 스태커(240) 내 매거진(100)을 입력 모듈(220)의 후방 영역(222)으로 밀어준다. 매거진(100)은 입력 모듈(220)의 후방 영역(222)에서 전방 영역(224)으로 이동된다. 또 다른 매거진(100)이 입력 스태커(240)로부터 입력 모듈(220)의 후방 영역(222)으로 이동 후, 입력 모듈(220)의 전방 영역(224)에서 대기한다.
이후, 가열 실(360)의 입구(321a) 및 출구(322a)가 열린다. 이동 부재(540)의 인입 핑거(546)가 매거진(100)에 수납된 대상물(5)을 꺼내어 가열 영역으로 이동시킨다. 가열 영역에서 가열이 이루어지던 대상물(5)은 인출 핑거(548)에 의해 출력 모듈(420) 상에 놓인 매거진(100) 내로 수납된다. 가열 실(360)의 입구(321a) 와 출구(321b)는 닫히고, 대상물(5)의 가열이 이루어진다. 이와 같은 과정은 계속적으로 반복된다.
입력 모듈(220)에 놓인 매거진(100)에서 대상물들(5)이 모두 꺼내어지면, 빈 매거진(100)은 작업자 또는 이송 로봇(도시되지 않음)에 의해 입력 모듈(220)로부터 제거되고, 입력 모듈(220)의 후방 영역(222)에서 대기 중인 매거진(100)이 입력 모듈(220)의 전방 영역(224)으로 이동된다. 출력 모듈(420)의 전방 영역(424)에 놓인 매거진(100)에 리플로우 공정이 완료된 대상물들(5)이 모두 수납되면, 매거진(100)은 출력 모듈(420)의 후방 영역(422)으로 이동 후, 출력 스태커(440)의 빈 수납 공간에 보관된다.
도 26은 리플로우 장치(1a)의 다른 예를 보여주는 구성도이고, 도 27은 도 26의 리플로우 장치의 가열 유닛(30a)을 보여주는 사시도이다. 도 26과 도 27를 참조하면, 리플로우 장치(1a)는 로더 유닛(20), 가열 유닛(30a), 언로더 유닛(40), 그리고 이동 유닛(50)을 가진다. 로더 유닛(20), 언로더 유닛(40), 그리고 이동 유닛(50)의 구성은 도 1의 장치의 로더 유닛(20), 언로더 유닛(40), 그리고 이동 유닛(50)의 구성과 대체로 유사하다. 가열 유닛(30a)은 가열 실(360)을 복수 개 가진다. 가열 실들(360)은 제 2 방향(64)을 따라 서로 간에 인접하게 배열된다. 각각의 가열 실(360)은 측 벽들(323, 324)과 나란하게 제공된 격 벽(330)들에 의해 구획될 수 있다. 로더 유닛(20)의 입력 모듈(220)은 각각의 가열 실(360)과 대향되는 위치에 매거진(100)이 놓일 수 있도록 도 1의 입력 모듈(220)에 비해 긴 전방 영역(224)을 가진다. 각각의 가열 실(360)에는 대상물의 이동 통로인 입구(321a) 및 출구(322a)가 제공된다. 또한, 가열 부재(340)는 각각의 가열 실(360)에 독립적으로 제공되고, 이동 유닛(50)은 각각의 가열 실(360)에 대응되는 수로 제공된다.
도 28은 도 26의 가열 유닛(30b)의 다른 예를 보여주는 사시도이다. 챔버(320)에는 복수의 가열 실들(360)이 제 2 방향(64)을 따라 나란하게 배열된다. 가열 부재(340)는 복수의 가열 실들(360)을 가로지르도록 제 2 방향(64)을 따라 길게 배치된다. 격 벽(330)들에는 하우징(342)이 삽입되도록 홈(332)이 형성된다. 도 28의 가열 유닛(30a) 사용시 복수의 가열 실들(360)에 제공된 대상물(5)을 하나의 코일(344) 및 하나의 전원(346)을 사용하여 동시에 가열할 수 있다. 하우징(342)의 양단은 챔버(320)의 양 측벽(323, 324)에 고정설치될 수 있다. 도 28의 가열 유닛(30b)의 경우, 대상물들(5)이 각 가열 실(360)로 동일한 시기에 유입되는 경우 유리하다. 그러나 코일(344)에 교류 전류가 계속적으로 인가되는 경우, 대상물들(5)이 각 가열 실(360)로 상이한 시기에 유입되는 경우에도 사용될 수 있다.
도 29는 가열 유닛(30c)의 또 다른 예를 보여준다. 가열 부재(340)는 챔버(320) 내 가열 실들(360) 간에 가열 부재 이동기(350)에 의해 이동 가능하도록 제공된다. 각각의 격 벽(330)에는 하우징(342)이 지나가는 통로인 홈들(332)이 형성된다. 가열 부재 이동기(350)는 스크류(352), 가이드(354), 그리고 모터(356)를 가진다. 스크류(352)는 복수의 가열 실들(360)을 모두 가로지르도록 제 2 방향(64)을 따라 제공된다. 스크류(352)는 격 벽(330)의 홈들(332)을 통과하도록 위치된다. 하우징(342)에는 나사 홀(342a)이 형성되고, 스크류(352)는 하우징(342)의 나사 홀(342a)에 삽입된다. 또한, 스크류(352)와 평행하게 스크류(352)의 양측에 각각 가이드(354)가 제공된다. 가이드(354)는 챔버(320)에 고정 설치되고, 하우징(342)은 가이드(354)를 따라 직선 이동 가능하도록 가이드(354)에 결합된다. 도 29의 가열 유닛(30c)의 경우, 대상물들(5)이 각 가열 실(360)로 유입되는 시기가 상이한 경우 유리하다. 그러나 대상물들(5)이 각 가열 실(360)로 동시에 유입되는 경우에도, 가열 실(360)에서 대상물(5)이 대기하는 동안 가열 부재(340)가 각 가열 실(360)을 순차적으로 이동하면서 리플로우 공정을 수행할 수 있다.
도 26의 장치를 사용시, 로더 유닛(20)에는 푸셔(260)가 가열 실(260)의 수와 대응되는 수로 제공되고, 복수의 매거진(100)들이 동시에 입력 스태커(240)로부터 입력 모듈(220)의 후방 영역(222)으로 이동될 수 있다. 이후, 입력 모듈(220)의 후방 영역(222)에 놓인 매거진(100)들이 컨베이어 벨트(221)의 동작 등에 의해 동시에 입력 모듈(220)의 전방 영역(224)으로 이동될 수 있다. 선택적으로 로더 유닛(20)에는 하나의 푸셔(260)가 제공되고, 입력 스태커(240)가 제 2 방향(64)으로 이동되면서, 매거진(100)들이 순차적으로 입력 스태커(240)로부터 입력 모듈(220)의 후방 영역(222)으로 이동되고, 일정 수의 매거진(100)들이 입력 스태커(240)의 후방 영역(222)으로 모두 이동될 때까지 컨베이어 벨트(221)는 연속적으로 또는 일정 시간 간격으로 동작될 수 있다.
도 30은 도 27의 리플로우 장치(1c)의 또 다른 예를 보여준다. 리플로우 장치는 입력 모듈(220) 및 출력 모듈(420)을 제외하고는 대체로 도 27의 리플로우 장치(1b)와 유사한 구성을 가진다. 도 30을 참조하면, 컨베이어 벨트(221, 421)와 같은 이동 수단은 입력 모듈(220)의 후방 영역(222)과 출력 모듈(420)의 후방 영 역(422)에만 제공되고, 입력 모듈(220)의 후방 영역(222)에서 전방 영역(224)으로 매거진(100)의 이동 및 출력 모듈(420)의 전방 영역(424)에서 후방 영역(422)으로 매거진(100)의 이동은 각각의 이송 로봇(270, 470)에 의해 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 리플로우 장치의 일 실시 예를 개략적으로 보여주는 구성도이다.
도 2와 도 3은 각각 본 발명의 리플로우 장치에 제공되는 대상물의 예들을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1의 리플로우 장치의 사시도이다.
도 5는 매거진의 일 예를 보여주는 사시도이다.
도 6은 입력 스태커의 단면도이다.
도 7은 입력 스태커로부터 입력 모듈로 매거진을 이동시키는 운반 부재가 도시된 단면도이다.
도 8은 가열 유닛의 일 예가 도시된 사시도이다
도 9와 도 10은 각각 코일의 일 예를 보여주는 사시도이다.
도 11 내지 도 15는 각각 가열 부재의 다른 예를 보여주는 사시도이다.
도 16과 도 17은 각각 도 14와 도 15에서 코일이 회전되는 방법을 보여주는 도면들이다.
도 18과 도 19는 코일의 위치에 따라 각각 대상물에 제공된 도전성 라인과 자력선 간의 각도를 보여주는 도면들이다.
도 20은 가열 부재의 또 다른 예를 보여주는 사시도이다.
도 21은 이동 유닛의 사시도이다.
도 22는 레일의 다른 예를 보여주는 사시도이다.
도 23은 도 22의 레일을 사용하여 대상물이 이동되는 과정을 보여주는 도면이다.
도 24는 매거진의 다른 예를 보여주는 사시도이다.
도 25는 도 24의 매거진을 사용하여 대상물이 이동되는 과정을 보여주는 사시도이다.
도 26은 본 발명의 반도체 리플로우 장치의 다른 실시 예를 개략적으로 보여주는 구성도이다.
도 27 내지 도 29는 각각 도 26의 리플로우 장치에서 가열 유닛의 다양한 예들을 보여주는 사시도이다.
도 30은 본 발명의 반도체 리플로우 장치의 또 다른 실시 예를 개략적으로 보여주는 구성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
5 : 대상물 20 : 로더 유닛
30 : 가열 유닛 40 : 언로더 유닛
50 : 이동 유닛 100 : 매거진
220 : 입력 모듈 240 : 입력 스태커
260 : 스태커 이동 부재 320 : 챔버
340 : 가열 부재 360 : 검출기
420 : 출력 모듈 440 : 출력 스태커
520 : 레일 540 : 이동 부재

Claims (25)

  1. 리플로우 장치에 있어서,
    복수의 대상물들을 동시에 보관하는 로더 유닛과;
    상기 대상물에 제공된 솔더 볼을 리플로우하기 위해 유도 가열 방식으로 상기 대상물을 가열하는 가열 부재를 가지는 가열 유닛과;
    상기 로더 유닛으로부터 상기 대상물을 가열 유닛으로 이동시키는 이동 유닛과; 그리고
    상기 가열 유닛에서 리플로우가 완료된 대상물을 보관하는 언로더 유닛을 포함하되,
    상기 가열 부재는,
    코일과;
    상기 코일에 교류 전류를 인가하는 전원과; 그리고
    상기 코일 또는 상기 대상물을 회전시키는 회전 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 리플로우 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리플로우 장치는 상기 대상물들을 서로 간에 적층되게 수납하는 매거진을 더 포함하고,
    상기 로더 유닛은,
    상기 가열 유닛으로 유입될 대상물들이 수납된 상기 매거진이 놓이는 입력 모듈과;
    상기 매거진을 보관하는 복수의 수납 공간을 가지는 입력 스태커와;
    상기 입력 스태커를 상하 방향으로 이동하는 스태커 이동 부재와;
    상기 입력 스태커의 수납 공간에 보관된 매거진을 상기 입력 모듈로 이동하는 운반 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 리플로우 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가열 유닛은 그 길이 방향이 제 1 방향으로 배치되고,
    상기 입력 모듈은 그 길이 방향이 상기 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 배치되며, 상기 입력 모듈의 전방 영역은 상기 가열 유닛의 일측과 인접하게 배치되고,
    상기 입력 스태커는 상기 입력 모듈을 기준으로 상기 가열 유닛과 동일한 측방향에 상기 입력 모듈의 후방 영역과 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 리플로우 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 이동 유닛은,
    상기 입력 모듈과 인접한 위치부터 상기 가열 부재에 의해 가열되는 영역을 지나도록 연장되는, 그리고 서로 간에 이격되도록 배치되는 한 쌍의 레일과;
    상기 입력 모듈에 놓인 상기 매거진 내에 수납된 대상물을 상기 매거진로부터 꺼내어 상기 레일을 따라 이동시키는 이동 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 리플로우 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 부재는 상기 코일 또는 상기 대상물을 동일 평면 상에서 회전시키도록 제공되는 것을 특징으로 하는 리플로우 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 부재는 상기 코일과 상기 대상물 간에 각도가 변화되도록 상기 코일 또는 상기 대상물을 회전시키도록 제공되는 것을 특징으로 하는 리플로우 장치.
  7. 대상물에 제공된 솔더 볼을 리플로우하기 위해 유도 가열 방식으로 상기 대상물을 가열하는 가열 유닛에 있어서,
    코일과;
    상기 코일에 교류 전류를 인가하는 전원과; 그리고
    상기 코일 또는 상기 대상물을 회전시키는 회전 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 유닛.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 회전 부재는 상기 코일 또는 상기 대상물을 동일 평면 상에서 회전시키도록 제공되는 것을 특징으로 하는 가열 유닛.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 회전 부재는 상기 코일과 상기 대상물 간에 각도가 변화되도록 상기 코일 또는 상기 대상물을 회전시키도록 제공되는 것을 특징으로 하는 가열 유닛.
  10. 대상물의 솔더 볼을 리플로우하는 방법에 있어서,
    유도 가열 방식을 사용하여 상기 대상물에 제공된 솔더 볼을 리플로우하되, 리플로우 공정 진행 중 대상물을 가열하는 코일은 회전되는 것을 특징으로 하는 리플로우 방법.
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