KR101508039B1 - 솔더볼 공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 솔더 공급장치에 관한 것이다.
본 발명의 솔더 공급장치는, 함체형으로 구성되고, 내부에 다수의 솔더볼이 내장된 카트리지; 상기 카트리지 하부에 결합된 진동수단; 및 상기 진동수단 하부에 일체로 결합되며, 전면에 다수의 홀이 형성된 메탈 마스크;를 포함한다.

Description

솔더볼 공급장치{Solder ball supplying apparatus}
본 발명은 솔더볼 공급장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 인쇄회로기판의 표면에 솔더볼을 정확한 위치로 공급하기 위한 솔더볼 공급장치에 관한 것이다.
최근 전자 기기의 소형화 및 고성화에 수반하여 반도체 칩 등의 반도체 소자도 점차적으로 고집적화되는 추세에 있으며, 반도체 소자의 범프 패턴의 간격이 종래에 비하여 보다 촘촘하게 형성되고 있다.
따라서, 반도체 소자의 패턴에 부합되는 수용부가 형성된 기판에 일정량의 용융 솔더를 주입한 후, 이를 가열하는 리플로우 공정을 통해 반구형 내지 구형의 범프를 형성하는 방법이 제안되고 있다.
즉, 기판 상에 반도체 칩의 패턴에 부합하는 홀이나 홈과 같은 수용부를 식각이나 에칭 공정을 통해 형성한 후에 이 수용부에 용융 솔더를 주입한 후 이를 가열하여 리플로우 공정을 수행하면, 용융 솔더는 표면 장력에 의해 구형 내지 반구형의 범프로 형성되는 것이다.
여기서, 기판 상의 수용부에 용융 솔더를 주입하는 공정은 용융 솔더 사출헤드에 의하여 이루어진다. 용융 솔더 사출헤드는 용융되기 전의 벌크 솔더를 용융시킨 후 주입하고자 하는 위치로 용융 솔더를 사출하는 역할을 하게 되며, 이때 기판에는 수용된 부분이 오픈된 마스크를 설치하고 이 마스크를 통해 용융 솔더가 기판의 수용부에만 주입되도록 하고 있다.
한편, 종래의 솔더볼 공급 방식은 기판에 패턴을 형성하고 패턴과 일치하는 홀이 형성된 메탈 마스크를 기판과 정렬하며, 메탈 마스크 상에서 스퀴지를 이용하여 메탈 마스크의 홀을 통해 솔더볼을 주입하게 된다. 그리고, 솔더볼이 주입된 기판을 리플로우 공정에 적용하여 솔더볼이 용융됨으로써, 기판의 패턴 상에 밀착 결합된다.
이때, 종래의 솔더볼 공급 방식은 패턴의 파인 피치(fine pitch) 사양이 진행될수록 마스크와 기판 간의 정렬이 어렵기 때문에 파인 피치의 패턴과 정합되는 마스크의 제작이 어렵고, 제작이 가능하다 하더라도 제작 비용이 증가하게 되는 문제점이 지적되고 있다.
또한, 기판에 형성된 패턴과 마스크에 구비된 홀 간의 정렬이 제대로 이루어지지 않았을 경우에는 솔더볼이 패턴의 상면이 아니라 그 주변의 어긋난 위치에 주입됨에 따라 기판 제작 불량이 발생되는 단점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제2006-016939호
따라서, 본 발명은 종래 솔더볼 공급 방식에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 인쇄회로기판에 형성된 패턴 상의 정확한 위치에 솔더볼이 주입될 수 있도록 한 솔더볼 공급장치가 제공됨에 발명의 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 솔더볼들이 저장되는 카트리지 하부에 마스크가 일체로 형성된 진동 수단이 구비되어 마스크에 형성된 홀이 패턴에 일치하는 위치에서 솔더볼이 주입되도록 한 솔더볼 공급장치가 제공됨에 있다.
본 발명의 상기 목적은, 함체형으로 구성되고, 내부에 다수의 솔더볼이 내장된 카트리지; 상기 카트리지 하부에 결합된 진동수단; 상기 진동수단 하부에 일체로 결합되며, 전면에 다수의 홀이 형성된 메탈 마스크;를 포함하는 솔더볼 공급장치가 제공됨에 의해서 달성된다.
이때, 상기 진동수단은 지지체의 상단에 장착될 수 있으며, 상기 지지체는 메탈 마스크의 상부에 소정 높이로 결합되어 상기 카트리지 하부에 솔더볼의 유동 공간이 형성될 수 있다.
상기 진동수단은 그 하부에 결합된 상기 메탈 마스크의 상면에 대하여 수평 방향으로의 진동이 발생되는 바이브레이터 또는 리니어 모터로 구성될 수 있다.
또한, 상기 카트리지는 일측에서 질소(N2) 가스가 주입되는 가스 주입구가 구비되어 상기 카트리지 내부가 질소 분위기로 유지될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 솔더볼 공급장치는 진동수단에 의해 수평 진동되는 메탈 마스크의 홀이 기판 상에 형성된 감광성 마스크의 홀과 정합되었을 때 솔더볼이 기판의 패턴 상에 배치됨에 따라 정확한 위치에 솔더볼의 공급이 이루어지는 장점이 있다.
따라서, 본 발명은 미세 피치의 패턴이 형성된 기판 상에 솔더볼을 용이하게 공급할 수 있으며, 진동에 의해 솔더볼이 공급됨에 의해서 솔더볼이 손상되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 카트리지 내부로 질소가스를 지속적으로 주입하여 다수의 솔더볼들이 질소가스 분위기 하에서 노출됨에 따라 솔도볼의 수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명은 감광성 마스크 사이의 패턴 상에 솔더볼이 주입될 때, 솔더볼과 감광성 마스크 간의 마찰이 최소화됨에 따라 비금속성 이물의 발생을 최소화하고 감광성 마스크와 솔더볼 간의 정전기 발생을 억제할 수 있는 작용효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 솔더볼 공급 장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 솔더볼 공급 장치의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 솔더볼 공급 장치가 구동되는 상태의 평면도.
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 솔더볼 공급장치를 통해 솔더볼이 정렬되는 과정이 도시된 모식도.
본 발명에 따른 솔더볼 공급 장치의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 솔더볼 공급 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 솔더볼 공급 장치의 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 솔더볼 공급 장치가 구동되는 상태의 평면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 솔더볼 공급 장치(100)는 카트리지(110)와, 진동수단(120) 및 메탈 마스크(130)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 진동수단(120)과 메탈 마스크(130)는 지지체(140)가 개재되어 일체로 형성될 수 있다.
상기 카트리지(110)는 함체형으로 구성되어 내부에 다수의 솔더볼(S)이 내장되어 있으며, 카트리지(110) 내부로 질소(N2) 가스가 주입되어 내부가 질소가스 분위기로 유지될 수 있도록 한다. 카트리지(110) 내부를 질소가스 분위기로 유지하는 것은 카트리지(110) 내에 내장된 솔더볼들의 산화를 방지하기 위함이다. 따라서, 카트리지(110)는 일측에 질소가스를 충진하기 위한 질소가스 주입구(111)가 구비될 수 있다. 또한, 카트리지(110)는 하부에 내장된 솔더볼들을 외부로 배출하기 위한 솔더볼 배출구(112)를 더 구비할 수 있다.
상기 카트리지(110)의 하부측에는 진동수단(120)이 결합될 수 있다. 진동수단(120)은 자체 진동이 가능한 바이브레이터 또는 리니어 모터 등이 채용될 수 있으며, 진동수단(120)의 하부측에 결합된 구성부재들의 수평 진동이 이루어지도록 한다.
즉, 상기 진동수단(120)은 하부측으로 진동을 전달하는 매개체로 구성될 수 있으며, 진동수단(120)의 진동에 의해서 카트리지(110)에서 배출된 솔더볼(S)들이 진동수단(120)과 함께 수평 진동되는 메탈 마스크(130)에 정렬될 수 있도록 한다. 이때, 진동수단(120)은 하부측의 구성부재인 메탈 마스크(130)의 수평 진동 외에 상부에 결합된 카트리지(110)의 진동도 가능하도록 상부 진동력을 가진 진동수단(120)으로 구성될 수 있다.
상기 진동수단(120)은 하부에 메탈 마스크(130)가 결합될 수 있다. 이때, 메탈 마스크(130)는 그 상부에 결합된 카트리지(110)와의 사이에 솔더볼(S)들의 유동 공간을 가질 수 있도록 메탈 마스크(130) 상에 장착된 지지체(120)를 통해 소정의 높이로 지지될 수 있다.
또한, 상기 메탈 마스크(130)는 기판(200) 상에 안착되며, 전면(全面)에 다수의 홀(131)이 일정한 간격으로 형성될 수 있다. 이때, 홀(131)은 솔더볼(S)들이 유입될 수 있는 직경으로 형성됨이 바람직하며, 더 바람직하기로는 솔더볼(S)의 평균적인 직경보다 큰 직경으로 형성되어야 솔더볼(S)의 원할한 홀 유입이 가능할 수 있다.
상기 메탈 마스크(130)는 지지체(140)의 하부에 양측부가 일체로 결합되어 진동수단(120)의 진동력이 지지체(140)를 통해 전달받게 되며, 카트리지(110)에서 배출된 솔더볼(S)들이 진동수단(110)에 의한 메탈 마스크(130)의 진동에 의해서 카트리지(110) 하부의 유동 공간 내에서 메탈 마스크(130)의 홀(131) 내부로 정렬되어 유입되도록 할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 솔더볼 공급장치(100)는 기판(200) 상에서 일측으로 이동되는 데, 솔더볼 공급장치(100)의 이동 방향과 직교하는 방향으로 진동이 이루어지면서 일측 방향 이동이 이루어지게 된다.
즉, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 상면에 감광성 마스크(210)가 형성된 기판(200) 상면에서 일측으로 이동하면서, 이동 방향과 직교하는 방향으로 진동하는 진동수단(120)에 의해 메탈 마스크(130)가 진동되어 메탈 마스크(130)을 홀(131)에 유입된 솔더볼(S)들이 기판(200) 상면의 감광성 마스크(210)를 통해 형성된 홈(211) 내부로 정렬될 수 있도록 할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 솔더볼 공급장치(100)는 기판(200) 상에서 일측으로 이동되면서 솔더볼(S)들의 정렬이 용이하게 이루어질 수 있다.
한편, 도 4와 도 5는 본 발명에 따른 솔더볼 공급장치를 통해 솔더볼이 정렬되는 과정이 도시된 모식도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 솔더볼 공급장치(100)는 앞서 언급한 바와 같이 카트리지(110)와 진동수단(120) 및 메탈 마스크(130)가 일체로 이루어진 하나의 모듈로 구성되되, 진동수단(110)에 의해 메탈 마스크(130)가 진동됨에 의해서 카트리지(110) 내에 내장된 솔더볼(S)들이 기판(200) 상으로 공급되도록 한다.
여기서, 상기 솔더볼 공급장치(100)는 리플로우 공정을 통해 용융 솔더를 형성하기 위한 기판(200) 상에 솔더볼(S)을 공급하게 되는 데, 기판(200) 상에는 솔더볼이 결합될 패턴(220)이 오픈된 감광성 마스크(210)가 형성될 수 있다. 감광성 마스크(210)는 솔더볼(S)이 리플로우 공정을 통해 용융되어 패턴(220) 상에 접합되면, 광 조사에 의해 제거되는 마스크 층으로 패턴(220) 상의 정확한 위치에 솔더볼(S)이 배치될 수 있는 기준 위치로 이용될 수 있다.
감광성 마스크(210)가 형성된 기판(200) 상면에서 일측으로 이동되는 솔더볼 공급장치(100)는 진동수단(120)의 진동에 의해 카트리지(110)에서 배출된 솔더볼(S)들이 메탈 마스크(130)를 통해서 도 4와 같이 기판(200)의 패턴(220) 상에 배치될 수 있다.
기판(200)에 형성된 감광성 마스크(210)와 솔더볼 공급장치(100)의 메탈 마스크(130)가 정합될 때, 즉 감광성 마스크(210)가 형성된 기판(200) 상에서 솔더볼 공급장치(100)의 메탈 마스크(130)가 진동되면서 감광성 마스크(210)에 형성된 홈(211)과 메탈 마스크(130)에 형성된 홀(131)이 일치될 때 솔더볼(S)이 기판(200) 상의 패턴(220) 상면에 일대일로 배치될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 감광성 마스크(210)와 메탈 마스크(130)가 정합되지 않았을 때는 도 5에 도시된 바와 같이 감광성 마스크(210)의 홀(211) 내부로 솔더볼(S)이 유입되지 않고 메탈 마스크(130)가 진동되면서 메탈 마스크(130)의 홀(131) 내부에 유입된 솔더볼(S)이 메탈 마스크(130)의 진동에 의한 수평 이동에 의해서 감광성 마스크(210)의 홈(211) 내부로 유입되도록 한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 솔더볼 공급장치는 기판(200)에 형성된 감광성 마스크(210)와 기판(200)의 길이 방향을 따라 이동하면서 감광성 마스크(210)와 수평 이동되는 메탈 마스크(130)가 정렬될 경우에 솔더볼(S)이 주입되도록 함으로써, 기판(200) 상의 정확한 패턴 형성 위치에 솔더볼(S)이 배치가 용이하게 이루어질 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재되는 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100. 솔더볼 공급장치
110. 카트리지
120. 진동수단
130. 메탈 마스크
140. 지지체
200. 기판
210. 감광성 마스크
220. 패턴
S. 솔더볼

Claims (6)

  1. 함체형으로 구성되고, 내부에 다수의 솔더볼이 내장된 카트리지;
    상기 카트리지 하부에 결합된 진동수단;
    상기 진동수단 하부에 일체로 결합되며, 전면(全面)에 다수의 홀이 형성된 메탈 마스크;
    를 포함하며,
    상기 진동수단은 지지체의 상단에 장착되며, 상기 지지체는 상기 메탈 마스크의 상부에 결합되어 상기 카트리지 하부측에 상기 솔더볼의 유동 공간이 형성된 솔더볼 공급장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진동수단은 하부에 결합된 상기 메탈 마스크의 상면에 대하여 수평 방향으로의 진동이 발생되는 바이브레이터 또는 리니어 모터로 구성된 솔더볼 공급장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 진동수단은, 상기 솔더볼 공급장치의 이동 방향과 직교하는 방향으로 진동이 발생되는 솔더볼 공급장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 카트리지는 일측에서 질소(N2) 가스가 주입되는 질소가스 주입구가 구비되고, 상기 질소가스 주입구를 통해 주입된 질소가스에 의해서 상기 카트리지 내부가 질소 분위기로 유지되는 솔더볼 공급장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 카트리지는 하부에 내장된 솔더볼들을 외부로 배출하기 위한 솔더볼 배출구가 더 구비된 솔더볼 공급장치.
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