KR101522434B1 - 레이저 에너지로 땜납 볼 대형의 접촉, 배치 및 충격하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 땜납 볼 대형을 접촉시키는 방법 및 장치에 관한 것으로, 대형으로 배열된 복수개의 접촉 마우스피스(22)가 접촉 마우스피스의 상대적 배열을 반영하는 구성을 갖는 땜납 볼 대형을 다수개의 랜덤하게 분포된 땜납 볼(27)로 이루어진 땜납 볼 저장소(26)로부터 들어올리기 위해 사용되고, 땜납 볼 대형이 접촉 마우스피스에 의해 연속적인 접촉을 위해 접촉점(41)에 배치되고, 이어서 접촉 점에서의 열적 접속을 위해 접촉 마우스피스에 의해 땜납 볼에 레이저 에너지(40)가 가해진다.

땜납 볼, 접촉 마우스피스, 레이저 에너지

Description

레이저 에너지로 땜납 볼 대형의 접촉, 배치 및 충격하는 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR CONTACTING, POSITIONING AND IMPINGING A SOLDER BALL FORMATION WITH LASER ENERGY}

본 발명은 땜납 볼 대형(solder ball formation)을 전자 부품으로 설계된 기판의 땜납 접촉점에 접촉시키는 방법에 관한 것이다. 대형(formation)으로 배열된 복수개의 접촉 마우스피스가, 랜덤하게 분포된 땜납 볼을 포함하는 땜납 볼 저장소로부터 땜납 볼 대형을 집어올리기 위해 사용된다. 상기 땜납 볼 대형은 접촉 마우스피스의 상대적 배열을 반영하도록, 이 배열과 유사한 구성을 갖는다. 땜납 볼 대형은 지속적인 접촉을 위해 접촉 마우스피스에 의해 접촉점에 배치되며, 연속적으로 접촉점과의 열적 접속을 위해 접촉 마우스피스에 의해 땜납 볼에 레이저 에너지가 가해 진다. 더욱이 본 발명은 특히 상기 방법을 구현하기에 적합한 장치에 관련된다.

전기적으로 도전성인 방식으로 부품, 특히 부품 그룹을 접촉시키기 위해, 땜납 볼을 땜납 접촉점에 접촉시키는 프로세스는, 우선 땜납 볼이 개별적으로 땜납 볼 저장소로부터 꺼내어 진다. 그리고, 땜납 볼은 접촉 상대의 접촉점에 지속적으로 배치되어, 결국 충돌을 통한 열 에너지로 인해 녹아서, 전기적으로 도전성인 접촉을 생성한다. 특히 공지의 산업적 응용에 대해, 접촉 파트너들 사이에 가능한 많은 수의 땜납 접촉이 성립되도록, 가능한 짧은 시간내에 상기 다수의 절차상 단계를 실행하는 것은 매우 중요하다. 이 때문에 이전에 조인트(joint) 절차 단계에서 연속적인 접촉을 위해, 복수개의 땜납 볼을 원하는 대로 배열하도록 땜납 볼 저장소로부터 땜납 볼을 제거하고 격리하는 시도가 있어 왔다. 동시에 정렬된 땜납 볼을 격리하면서 원하는 수의 땜납 볼을 제거하는 것을 가능하게 하는 제거장치들이 이러한 목적을 위해 개발되어 왔다.

이러한 제거장치는, 땜납 볼 배열에 대응하여 배열된 접촉 장치의 접촉점에 땜납 볼을 배치하는 것에도 사용될 수 있음이 또한 알려져 있다. 접촉점에 배치된 땜납 볼을 접촉점에 지속적으로 접촉시키기 위해서, 제거 및 배치장치와 별개인 접촉장치를 이용하여 열 에너지를 가지고 땜납 볼에 충격을 가하는 것이 필요하였다. 결과적으로, 연결장치와 땜납 볼 사이 또는 연결장치와 땜납 볼을 가지고 있는 제거/배치장치 사이에 필요한 상대적 정렬이, 실제적인 연결 프로세스 이전, 즉 접촉장치를 통해 접촉점에 에너지를 가하기 이전에 먼저 확립되어야 한다. 이것은 조절이나 처리에 따른 비용과 관련이 있는데, 추가적으로 이것을 수행하기 위한 적절한 시간이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은, 땜납 볼 대형의 접촉을 간단화하고 촉진할 수 있는, 땜납 볼 대형 접촉장치 및 방법 각각을 제안하기 위한 것이다.

이러한 목적은 각각 청구항 1항의 특징을 갖는 방법, 청구항 8항의 특징을 갖는 장치로 달성된다.

본 발명에 따른 방법에서, 대형으로 배열된 복수개의 땜납 볼을 땜납 볼 저장소로부터 격리 및 들어올리는 단계, 대형으로 배열된 땜납 볼을 접촉점에 배치하는 단계, 땜납 볼에 레이저 에너지를 가하여 접촉점에 배열된 땜납 볼을 연속적으로 접촉시키는 단계는, 땜납 볼을 땜납 볼 저장소로부터 들어올리는 접촉 마우스피스에 의해 이루어진다.

본 발명에 의한 방법을 구현하게 되면, 다양한 처리 단계를 수행하는 다양한 장치를 더 이상 사용할 필요가 없게 된다. 대신, 본 발명에 의한 방법은 격리하는 단계, 땜납 볼을 들어올려 접촉점에 배치하는 단계, 하나의 동일한 접촉 장치를 가지고 실제적인 접촉 프로세스를 수행하는 단계를 포함한다.

땜납 볼을 땜납 볼 저장소로부터 들어올리는 접촉 마우스피스는 진공에 노출되는 것이 바람직하다.

한편으로는 땜납 볼 저장소에서 통계적으로 균일한 땜납 볼 분포 밀도를 달성하고, 다른 한편으로는 땜납 볼이 초음파 진동에 반응하여 점프되도록 하여, 결국 땜납 볼 저장소에서 땜납 볼을 들어올리는 것을 간단화하는 땜납 볼 사이의 갭을 생성하기 위해, 땜납 볼이 땜납 볼 저장소로부터 들어올려지는 동안, 땜납 볼 저장소는 초음파에 노출되는 것이 또한 바람직하다.

땜납 볼이 접촉점에 배치된 후에 접촉 마우스피스가 땜납 볼과 접촉점에 의해 형성된 접촉 배열에 관해 피벗회전(pivot) 하면, 접촉점에 최적으로 에너지를 제공할 수 있도록, 배치 과정 동안 피드(feed) 방향으로부터 벗어나는 접촉 장치에 의해 에너지가 땜납 볼에 가해지는 방향을 선택할 수 있다.

피벗회전 과정을 수행한 후에, 중간에 접촉 갭을 형성함이 없이 땜납 볼이 접촉할 수 있도록 하는 방식으로, 접촉 마우스피스가 접촉 압력을 유지하면서 접촉 배열에 관해 피벗회전하는 것이 특히 바람직하다.

본 방법의 다른 바람직한 실시예에서, 접촉 파트너 사이에 확립된 땜납된 접합부의 질을 접촉을 통해 가능하다면 더욱 향상시키기 위해, 땜납 볼은 땜납 볼 저장소로부터 들어올려진 후에, 그리고 땜납 볼이 접촉점에 배치되기 전에, 플로우 에이전트로 코팅된다.

코팅 과정이 적어도 땜납 볼을 플로우 에이전트 저장소에 부분적으로 담금으로써 이루어진다면, 땜납 볼 대형의 땜납 볼에 담금 과정에서 플로우 에이전트 응용이 제공되는 것을 의미하고, 접촉 마우스피스가 땜납 볼 저장소로부터 접촉점으로 이동되므로, 어떤 추가적인 시간이나 장비의 사용 없이 코팅이 이루어질 수 있다.

높은 질적 레벨을 보장하기 위해, 배치를 위한 체크를 수행하기 위해 접촉 마우스피스와 상호작용하고, 배치 후 즉시 땜납 볼을 녹임으로써 열적 접속 프로세스를 수행하기 전에 흠집을 내는 레이저 장치를 사용할 수 있다.

본 발명에 의한 장치는 대형으로 배열된 복수개의 접촉 마우스피스 및 복수개의 땜납 볼을 저장하는 땜납 볼 저장소를 갖는데, 접촉 마우스피스는 땜납 볼을 땜납 볼 저장소로부터 들어올리기 위해 사용되고, 또한 땜납 볼을 접촉점에 배치하기 위해 사용되며, 또한 땜납 볼이 접촉점과 열적으로 접속하도록 땜납 볼에 레이저 에너지를 가하기 위해 사용된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 땜납 볼을 진공에 노출시키기 위해 접촉 마우스피스에 진공 채널이 합체된다.

땜납 볼 저장소를 초음파 진동에 노출시키는 장치가 땜납 볼 저장소에 배치되는 것이 바람직하다.

접촉 마우스피스를 접촉 장치에 피벗회전가능하도록 장착함으로써, 접촉 마우스피스의 정렬을 주변 환경 또는 접촉점의 상대적 배열에 대해 큰 범위에서 조절할 수 있다.

접촉 마우스피스를 대형으로 연합하여 핸들링하는 프로세스는 접촉 마우스피스를 접촉 장치의 캐리어 장치에 배열함으로써 간단화된다.

접촉점의 배열에 가장 적절하게 대응하는 접촉 마우스피스의 표준 배열이 제공되거나 설정될 수 있도록, 접촉 마우스피스는 열 또는 매트릭스로 배열된 것이 바람직하다.

예를 들어 열 또는 매트릭스 배열로부터 벗어나는 접촉점의 배열이 캐리어 장치에 배열된 접촉 장치와 개별적으로 또는 그룹으로 충돌할 수 있도록, 접촉 마우스피스는 접촉 장치에 대해 상대적 배열이 변화 가능한 것이 바람직하다.

접촉 마우스피스에 대해 공간을 절약하고 기능적으로 집약된 디자인을 제공하는 측면에서, 땜납 볼에 레이저 에너지를 가하기 위해 접촉 마우스피스는 진공 채널에 길이 난 광 도파로를 갖는 것이 바람직하다.

광 도파로가 광 섬유로 설계된다면, 광 섬유는 레이저 에너지를 접촉 마우스피스 내로 안내할 뿐만 아니라, 동시에 레이저 에너지를 접촉 마우스피스로 도입하는데 사용될 수 있다. 더욱이, 광 도파로를 광 섬유로 설계하는 것은 광 도파로를 플런저 장치(plunger device)로 사용하는 것을 가능하게 하기 때문에, 접촉 마우스피스의 배출구에 형성된 어떠한 오염물질도 제거될 수 있다.

광 도파로를 동기화하는 간단하고 효과적인 방법은 여러 개의 접촉 마우스피스의 광 섬유를 하나의 레이저 소스에 연결하는 것을 포함한다.

특히, 다른 디자인의 접촉점이 조인트 피팅(joint fitting)과 납땜 단계에서 처리되도록, 접촉 마우스피스의 광 섬유는 여러 개의 광 섬유 그룹으로 묶이되, 그 광 섬유 그룹은 적어도 부분적으로 다양한 레이저 소스에 연결되는 것이 바람직하다. 여기서 레이저 소스는 다른 강도의 레이저 광을 방사할 수 있다.

본 장치의 다양한 실시예가 이 장치로 수행될 수 있는 방법을 설명하기 위해 도면에 기초하여 아래에서 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 땜납 볼을 땜납 볼 저장소로부터 들어올리는 동안의 땜납 볼 접촉장치;

도 2는 땜납 볼을 플로우 에이전트(flow agent)로 코팅하는 동안의 땜납 볼 접촉장치;

도 3은 땜납 볼이 접촉 마우스피스(mouthpiece)에 배열되고 플로우 에이전트로 코팅된 상태의 땜납 볼 접촉장치;

도 4는 땜납 볼에 레이저 에너지를 가하는 동안의 땜납 볼 접촉장치;

도 5는 땜납 볼을 접촉 쌍에 배치하는 동안의 땜납 볼 접촉장치의 접촉 마우스피스;

도 6은 회전축 접촉 위치에 있는 도 5에 도시된 접촉 마우스피스;

도 7은 접촉면 쌍에 배치된 땜납 볼;

도 8은 땜납 볼에 레이저 에너지를 가하는 동안의 도 7에 도시된 접촉면 쌍이다.

도 1은 복수개의 접촉 마우스피스(22)를 가진 땜납 볼 접촉장치(20)를 보여주는데, 이것은 속이 빈 바늘처럼 디자인되고, 캐리어장치(21)에 배열된다. 개별적인 접촉 마우스피스(22)는 각각 진공장치(23)에 연결되는데, 접촉 마우스피스(22)의 접촉 구멍(24)을 적절히 개방하면 진공상태가 된다.

땜납 볼 접촉장치(20)는 땜납 볼 저장소(26) 위에 위치한다. 땜납 볼 저장소(26)는 보유탱크(25)에 배치되고, 다수개의 땜납 볼(27)을 갖는다. 보유탱크(25)에는 여기에 상세히 도시되지 않은 초음파 장치에 의해 초음파 충격이 가해질 수 있다. 보유탱크(25), 또는 탱크 플로어(28)와 같은 보유탱크(25)의 적어도 일부분이 진동 진폭(oscillation amplitude)에 노출된다. 진동 진폭은 땜납 볼 저장소(26)의 땜납 볼(27)에 전달되고, 후자가 보유탱크(25)에 비하여 앞뒤로 움직이도록 한다. 이러한 앞뒤 운동은 한편으로는 땜납 볼(27) 사이의 거리를 증가시키며, 다른 한편으로는 국부적인 집결 없이 보유탱크(25)의 땜납 볼(27)을 통계적으로 균일하게 분포시킨다.

접촉 마우스피스(22)를 진공에 노출시켜 접촉 구멍(24)에 대해 땜납 볼(27)의 흡기를 촉진하기 위해, 탱크 플로어(28)(tank floor)는 특히 공기 구멍을 가질 수 있다.

도 3에 도시된 것처럼 플로우 에이전트 저장소(30)에 적어도 일부를 담금으로써, 도 2에 도시된 땜납 볼 접촉장치(20)에 개별적으로 땜납 볼 대형(29)으로 배열된 땜납 볼(27)에 대해, 플로우 에이전트 코팅(31)을 제공하는 것이 가능하다.

도 4는 땜납 볼 대형(29)으로 배열된 땜납 볼(27)이, 예를 들어 전자 부품으로 설계된 기판(33)의 접촉면(32)에, 어떻게 배치되는가를 보여준다.

외부 좌측 접촉 마우스피스(22)의 예를 이용하면, 도 4는 접촉 마우스피스(22)의 충격 채널(34)(impingement channel)을 도시한다. 이것은 한편으로는 상기 설명한 바와 같이 진공장치(23)와의 연결을 위해 사용되고, 다른 한편으로는 여기에서 광섬유(35)로 설계된 광 도파관(optical waveguide)의 말단을 수용한다. 광섬유(35)는 접촉 마우스피스 또는 캐리어장치(21)의 상부 밖으로 나오고, 광섬유(35)의 말단은 여기에서는 더 자세히 도시하지 않은 레이저 소스 또는 레이저 소스에 연결된 광 주입기(light injector)에 연결된다. 광 주입기는 분배기(distributor)로 설계될 수 있는데, 이것은 레이저 소스에 의해 방사된 광 에너지를 복수개의 접촉 마우스피스(22)의 복수개의 광섬유로 분배한다.

도 1에 도시된 땜납 볼 접촉장치(20)는 열로 배열된 접촉 마우스피스(22)를 보여준다. 또는, 땜납 볼 접촉장치(20)는 접촉 마우스피스(22)의 매트릭스 배열을 나타내는 식으로, 또는 접촉될 접촉 기판의 각 접촉면의 배열에 대응하는 접촉 마우스피스의 1차 또는 2차 레이아웃을 나타내는 접촉 마우스피스(22)의 배열로 설계될 수 있다.

도 5와 도 6은 접촉 이후의 배치 프로세스를 나타내는데, 도 4에 도시된 땜납 볼 접촉장치(20)는 열로 배열된 접촉 마우스피스(22)를 갖는다. 따라서, 도시된 실시예에서, 10개의 접촉 마우스피스가 투사면에 수직하게 배열되고, 전체 10개의 땜납 볼(27)의 대형을 가지고, 접촉기판(33)의 대응하는 10개의 접촉면(32)의 배열에 배치한다. 기판(33)에 접촉될 전자 부품(37)의 접촉면(36)과 관련된 접촉면(32)은, 서로 공간적으로 배열된 접촉면(32,36)을 가지고 접촉점(41)에 대해 접촉 쌍(38)을 형성한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 땜납 볼 접촉장치(20)는 우선 땜납 볼(27)을 여기에서 수평면으로 배열된 기판(33)의 접촉면(32)에 붙이기 위해 사용된다. 땜납 볼 접촉장치(20) 또는 캐리어장치(21)는, 다음으로 도 6에 도시된 바와 같이 회전 경로((swivelling track))(39)를 따라 피벗회전한다. 따라서 이러한 피벗회전 프로세스의 마지막에, 땜납 볼 대형의 땜납 볼(27)은 기판(33)의 접촉면(32) 및 수직면으로 배열된 부품(37)의 접촉면(36)에 대해 놓여진다. 땜납 볼 접촉장치(20)의 이러한 위치에서, 또는 도 6에 도시된 바와 같은 접촉 마우스피스(22)의 형성에서, 다음으로 땜납 볼(27)에 광섬유(35)를 통해 레이저 에너지가 가해 진다.

땜납 볼 접촉장치(20)와 땜납 볼(27)간의 어떠한 물리적 접촉 없이, 도 8에 도시된 것처럼 땜납 볼(27)에 레이저 에너지를 가하기 위해, 도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 땜납 볼(27)이 접촉면 쌍(38)의 접촉면(32,36)과 접촉하도록 배치된 이후에, 땜납 볼 접촉장치(20)를 접촉점(41)으로부터 제거하는 것도 가능하다. 도 7에 도시된 것처럼, 땜납 볼(27)을 땜납 볼 접촉장치(20)에 의해 확립된 접촉쌍(38)의 접촉면(32,36)에 부착하는 것은, 플로우 에이전트 코팅(31) 또는 다른 접착 에이전트의 접착 기능에 의해 달성된다.

Claims (18)

1. 땜납 볼 대형(29)을 접촉시키는 방법에 있어서,

   대형으로 배열된 복수개의 접촉 마우스피스(22)가, 다수개의 랜덤하게 분포된 땜납 볼(27)을 갖는 땜납 볼 저장소(26)로부터, 땜납 볼 대형을 들어올리기 위해 사용되되, 상기 땜납 볼 대형은 상기 접촉 마우스피스의 상대적 배열을 반영하는 구성을 갖고,

   상기 땜납 볼 대형이, 상기 접촉 마우스피스에 의해, 연속적인 접촉을 위해 접촉점(41)에 배치되고,

   이어서 상기 접촉 점에서의 열적 접속을 위해, 상기 접촉 마우스피스에 의해, 레이저 에너지(40)가 상기 땜납 볼에 가해지고,

   상기 땜납 볼(27)이 상기 접촉점(41)에 배치된 후에, 상기 접촉 마우스피스(22)는 상기 땜납 볼과 상기 접촉점(41)에 의해 형성된 접촉 배열에 대해 피벗회전(pivot)하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 땜납 볼(27)을 상기 땜납 볼 저장소(26)로부터 들어올리기 위한 상기 접촉 마우스피스(22)는, 진공에 노출된 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 땜납 볼(27)이 상기 땜납 볼 저장소(26)로부터 들어올려지는 동안, 상기 땜납 볼 저장소가 초음파에 노출되는 것을 특징으로 하는 방법.
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5. 제1항에 있어서, 상기 접촉 마우스피스(22)는 접촉 압력을 유지하면서, 접촉 배열에 관해 피벗회전하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 땜납 볼(27)이 상기 땜납볼 저장소(26)로부터 들어올려진 후에, 그리고 상기 땜납 볼이 상기 접촉점(41)에 배치되기 전에, 상기 땜납 볼은 플로우 에이전트로 코팅(31)되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 코팅(31)은 적어도 상기 땜납 볼(27)을 플로우 에이전트 저장소(30)에 부분적으로 담금으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
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