KR101582210B1 - 땜납 범프 형성 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

미세량의 땜납 범프의 형성이 가능하고, 또한, 여분의 용융 땜납에 의한 브리지 발생의 우려가 없는, 땜납 범프 형성 방법을 제공한다.
기판(8) 상에 배치된 개구가 있는 마스크에 노즐부(16)를 접한, 용융 땜납 공급용 인젝션 헤드(11)가, 공급 작업 종료 후, 냉각용 유닛(13)으로부터, 작동을 정지한 히터 유닛(12)을 개재한 전열에 의해 강제 냉각된다. 냉각된, 인젝션 헤드(11) 내의 용융 땜납(15)은, 인젝션 헤드(11) 상승시에 노즐부(16)로부터 늘어져 떨어지지 않는다.

Description

땜납 범프 형성 방법 및 장치 {SOLDER BUMP FORMATION METHOD AND DEVICE}
본 발명은, 기판 및 전자부품 등의 구성요소에 땜납 범프를 형성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
세라믹 등으로 형성된 기판 및 전자부품은 그대로는 납땜할 수 없다. 그래서, 기판 및 전자부품의 표면에 도금 피막으로 이루어지는 패드를 설치하고, 당해 패드의 위에 땜납 범프(혹)를 형성한다. 그 후, 범프를 개재한 납땜이 행하여진다.
땜납 범프 형성 방법으로서 종래에 많이 이용되고 있는 것은, 땜납 페이스트를 이용하는 방법이다. 인쇄기나 디스펜서로 땜납 페이스트를 전자부품의 도금 피막 상에 도포한 후, 땜납 페이스트를 리플로우 가열하여 용융시키고, 범프를 형성시킨다. 마찬가지로, 기판 상에 범프를 형성할 수도 있다. 이 방법은, 비용이 싸다. 그러나, 미세한 회로 패턴에 대응한 범프는 형성할 수 없다.
땜납볼을 이용한 범프 형성 방법도 있다. 전자부품 또는 기판의 패드 상에 미세한 땜납볼을 탑재하고, 이것을 리플로우 가열함으로써 범프를 형성시킨다. 이 방법은, 미세한 회로 패턴에 대응한 범프를 형성할 수 있다. 그러나, 땜납볼 자체의 비용이 비싸기 때문에, 전체적으로 고비용이 된다.
저비용으로 미세회로 패턴에 대응할 수 있는 범프를 형성하는 방법으로서, IMS(Injection Molded Solder)법을 이용하는 것이 주목받고 있다. IMS법에서는, 용융 땜납을 수용하는 용기의 노즐 개구부로부터 필요량의 용융 땜납을 비산화 분위기 중에서 소자 상에 적하(滴下)한다(일본국 공개특허 특개소54-82341호 공보).
기판 상을 수평방향으로 주사하도록 하여 복수 지점으로의 용융 땜납의 공급을 효율적으로 한 땜납 부착 장치도 알려져 있다(일본국 공개특허 특개평2-015698호 공보).
또, 유연한 소재로 형성된 노즐 헤드에 슬릿을 설치하여 이것을 노즐로 하고, 노즐 헤드 내부의 용융 땜납에 제어된 불활성 가스압을 가함으로써 노즐로부터 용융 땜납을 토출하고, 도체 패턴에 대응한 개구 패턴을 가지는 마스크의 개구를 통하여 필요량의 용융 땜납을 공급하도록 한 것도 알려져 있다(일본국 공개특허 특개평11-040937호 공보).
일본국 공개특허 특개소 54-082341호 공보 일본국공 개특허 특개평2-015698호 공보 일본국 공개특허 특개평 11-040937호 공보
IMS법을 이용한 땜납 범프 형성에 있어서는, 전자부품 또는 기판의 실장면에 범프를 형성하기 때문에, 용융 땜납의 공급량의 컨트롤이 어렵다. 또한, 잉여의 용융 땜납이 바람직하지 못한 브리지를 형성할 우려가 있다.
특허문헌 1의 장치에서는, 노즐 개구부를 통과하는 로드(스토퍼)가 가지는 테이퍼가 있는 선단부(先端部)와 노즐 개구부 사이의 극간의 변동량에 따라 적하되는 용융 땜납량을 컨트롤하고 있다. 그러나, 이러한 컨트롤법에서는, 일정한 공급량을 반복 재현하는 것은 어렵다. 또한, 미세량의 용융 땜납의 공급도 어렵다.
특허문헌 2의 장치에서는, 기판 상에 공급된 과잉한 양의 용융 땜납을 블레이드에 의해 분단하여 소정량으로 하고 있다. 따라서, 이 장치에서도, 미세량의 용융 땜납의 공급은 어렵다. 또한, 공급 작업 후에 큰 공급구로부터 토출하고 있는 잉여의 용융 땜납을 처리하는 수단은 다루고 있지 않다.
특허문헌 3의 장치에서는, 마스크의 개구에 용융 땜납을 충전함으로써, 기판으로의 미세량의 용융 땜납의 공급을 가능하게 하고 있다. 그러나, 잉여 용융 땜납의 처리에 대해서는 대책을 다루고 있지 않다. 즉, 노즐 헤드를 작업 후에 마스크로부터 들어올릴 때에, 슬릿 노즐로부터 이미 토출되어 있는 용융 땜납이 동시에 들어올려져 비산할 가능성이 있다. 또한, 이미 토출되어 있는 용융 땜납에 끌어 당겨지도록 하여, 노즐 헤드 내부의 용융 땜납이 새롭게 누출될 우려가 있다. 또한, 노즐 헤드를 마스크로부터 들어올릴 때의 힘에 의해 마스크와 기판 사이에 극간이 생겨, 그곳에 미고화(未固化)의 용융 땜납이 유동할 우려도 있다. 어느 것이나 바람직하지 못한 브리지를 발생시킬 가능성이 있다.
그래서 본 발명의 과제는, 미세량의 땜납 범프의 형성이 가능하고, 또한, 여분의 용융 땜납에 의한 브리지 발생의 우려가 없는, 땜납 범프 형성 방법 및 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의하면,
땜납 범프 형성 방법에 있어서,
상면에 땜납 범프가 형성될 구성요소이며, 범프를 형성할 위치에 대응하는 위치에 개구를 가지는 마스크가 그 상면에 배치된 구성요소를, 작업 스테이지 상으로 반입하는 단계와,
제 1 히터 유닛에 의해 상기 구성요소를 예비 가열하는 단계와,
인젝션 헤드이면서, 내부에 수용하는 용융 땜납을 하부의 노즐로부터 공급 가능하게 이루어진 인젝션 헤드를 강하시켜, 상기 구성요소 상에 배치된 상기 마스크의 상면에 접촉시키는 단계와,
제 2 히터 유닛의 상면과, 상기 구성요소의 하면을 접촉시키고, 이미 예비 가열되어 있는 상기 구성요소를 그 작업 온도까지 가열하는 단계와,
제 3 히터 유닛에 의해, 상기 인젝션 헤드 내의 땜납을 그 작업 온도까지 가열하는 단계와,
상기 인젝션 헤드가, 상기 마스크 위를 슬라이드하면서, 작업 온도로까지 높여진 용융 땜납을 상기 노즐로부터 토출하여 상기 마스크의 상기 개구 내에 유동시킴과 함께, 상기 마스크의 상면의 잉여 용융 땜납을 긁어냄으로써, 상기 마스크의 상기 개구 내에 용융 땜납을 충전하고, 그로 인해 상기 구성요소 상에 소정량의 용융 땜납을 공급하는 단계와,
상기 인젝션 헤드에 의한 용융 땜납의 공급이 종료된 후, 상기 제 2 히터 유닛 및 제 3 히터 유닛의 작동을 정지시키는 단계와,
제 1 냉각용 유닛의 상면과, 이미 작동이 정지된 상기 제 2 히터 유닛의 하면을 접촉시키고, 상기 제 1 냉각용 유닛으로부터 상기 제 2 히터 유닛, 상기 구성요소 및 상기 마스크를 개재한 전열(傳熱)에 의해 상기 인젝션 헤드를 강제 냉각하여, 당해 인젝션 헤드 내부의 용융 땜납의 온도를, 용융 땜납이 상기 노즐로부터 늘어져 떨어지지 않는 온도로까지 강하시키는 단계와,
상기 인젝션 헤드 내부의 용융 땜납의 온도가, 용융 땜납이 상기 노즐로부터 늘어져 떨어지지 않는 온도로까지 강하된 후, 상기 인젝션 헤드를 상승시켜 상기 마스크로부터 떼어내는 단계와,
제 2 냉각용 유닛에 의해, 상기 구성요소 상에 공급된 용융 땜납을 강제 냉각하여 범프를 고화시키는 단계와,
상면에 범프가 형성된 상기 구성요소를 상기 작업 스테이지 상으로부터 반출하는 단계를 구비하는, 땜납 범프 형성 방법이 제공된다.
상기의 땜납 범프 형성 방법에 있어서,
상기 작업 스테이지가 제 1 내지 제 4 인덱스 위치 사이를 주기적으로 이동 가능하고,
상기 구성요소를 상기 작업 스테이지 상으로 반입하는 단계는 제 1 인덱스 위치에서 행하여지며,
상기 구성요소를 예비 가열하는 단계는 제 2 인덱스 위치에서 행하여지고,
상기 인젝션 헤드를 상기 마스크의 상면에 접촉시키는 단계, 상기 구성요소를 그 작업 온도까지 가열하는 단계, 상기 인젝션 헤드 내의 땜납을 그 작업 온도까지 가열하는 단계, 상기 인젝션 헤드 내의 용융 땜납을 상기 구성요소 상에 공급하는 단계, 상기 제 2 히터 유닛 및 제 3 히터 유닛의 작동을 정지시키는 단계, 상기 인젝션 헤드를 냉각하여 당해 인젝션 헤드 내부의 용융 땜납의 온도를 강하시키는 단계 및 상기 인젝션 헤드를 상승시켜 상기 마스크로부터 떼어내는 단계는 제 3 인덱스 위치에서 행하여지며,
상기 구성요소 상의 용융 땜납을 냉각하여 범프를 고화시키는 단계는 제 4 인덱스 위치에서 행하여지고,
상면에 범프가 형성된 상기 구성요소를 상기 작업 스테이지 상으로부터 반출하는 단계는 제 1 인덱스 위치에서 행하여지도록 할 수 있다.
또, 상기의 땜납 범프 형성 방법에 있어서,
상기 마스크는 금속제 또는 수지제의 시트 부재로 해도 되고, 레지스트 필름으로 해도 된다.
또한 상기의 땜납 범프 형성 방법에 있어서,
상기 인젝션 헤드를 냉각하여 당해 인젝션 헤드 내부의 용융 땜납의 온도를 강하시키는 단계가, 불활성 가스를 상기 인젝션 헤드에 분사하는 것을 포함하도록 해도 된다.
또 본 발명에 의하면,
땜납 범프 형성 장치에 있어서,
상면에 땜납 범프가 형성될 구성요소이면서, 범프를 형성할 위치에 대응하는 위치에 개구를 가지는 마스크가 그 상면에 배치된 구성요소를 싣기 위한 작업 스테이지와,
상기 구성요소의 하면에 직접 또는 간접적으로 접촉하여 상기 구성요소를 가열하기 위한 히터 유닛과,
내부에 용융 땜납을 수용 가능하고, 또한, 하부에 노즐을 가지는 인젝션 헤드이며, 상기 구성요소 상의 상기 마스크의 상면에 상기 노즐을 접촉시킨 채 수평이동함으로써, 상기 노즐로부터 토출된 용융 땜납을 상기 마스크의 상기 개구 내에 충전시키고, 그로 인해 상기 구성요소 상에 소정량의 용융 땜납을 공급하는 인젝션 헤드와,
작동 정지 후의 상기 히터 유닛의 하면에 선택적으로 접촉 가능한 제 1 냉각용 유닛이며, 작동 정지 후의 상기 히터 유닛의 하면에 접촉했을 때에, 당해 히터 유닛과, 용융 땜납이 공급된 상기 구성요소와, 상기 마스크를, 개재하여 상기 인젝션 헤드를 강제 냉각 가능한 제 1 냉각용 유닛을 구비하는, 땜납 범프 형성 장치도 제공된다.
상기 히터 유닛은, 상기 구성요소의 하면에 직접 또는 간접적으로 접촉하여 상기 구성요소를 예비 가열하기 위한 제 1 히터 유닛과, 당해 제 1 히터 유닛을 대신하여 상기 구성요소의 하면에 직접 또는 간접적으로 접촉하여 상기 구성요소를 작업 온도로까지 더 가열하기 위한 제 2 히터 유닛을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 냉각용 유닛은, 작동 정지 후의 상기 제 2 히터 유닛의 하면에 접촉했을 때에, 당해 제 2 히터 유닛과, 용융 땜납이 공급된 상기 구성요소와, 상기 마스크를, 개재하여 상기 인젝션 헤드를 강제 냉각한다. 또, 땜납 범프 형성 장치는, 상기 제 2 히터 유닛 및 상기 제 1 냉각용 유닛을 대신하여 상기 구성요소의 하면에 직접 또는 간접적으로 접촉하여, 용융 땜납이 공급된 상기 구성요소를 더 강제 냉각 가능한 제 2 냉각용 유닛을 더 구비할 수 있다.
또한, 땜납 범프 형성 장치는, 작업 스테이지 이송 장치를 더 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 작업 스테이지가, 상기 작업 스테이지 이송 장치에 지지된 제 1 내지 제 4 작업 스테이지이면서, 상기 작업 스테이지 이송 장치의 회전축의 주변에 서로 90도의 각도로 이간 배치된 제 1 내지 제 4 작업 스테이지를 포함할 수 있다. 상기 작업 스테이지 이송 장치는, 상기 제 1 내지 제 4 작업 스테이지의 각각이, 고정된 제 1 내지 제 4 인덱스 위치를 차례로 교대하여 차지하도록 상기 제 1 내지 제 4 작업 스테이지를 간헐적으로 회전 가능하다.
또한, 땜납 범프 형성 장치는, 상기 제 1 인덱스 위치에 위치부여된 상기 작업 스테이지와의 사이에서 상기 구성요소를 반입 및 반출하기 위한 공급 스테이지를 더 구비할 수 있다. 또, 상기 제 1 히터 유닛을 상기 제 2 인덱스 위치에 배치하고, 상기 제 2 히터 유닛과, 상기 인젝션 헤드와, 상기 제 1 냉각용 유닛을, 상기 제 3 인덱스 위치에 배치하며, 상기 제 2 냉각용 유닛을 상기 제 4 인덱스 위치에 배치해도 된다.
본 발명의 땜납 범프 형성 방법 및 장치에 의하면, 범프를 형성할 위치에 대응하는 위치에 개구를 가지는 마스크가, 기판 및 전자부품 등인 구성요소의 상면에 배치되어 있고, 당해 마스크에 설치된 개구 내에 용융 땜납을 충전하는 방법을 취함으로써, 구성요소 상에 미세량의 땜납 범프를 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 구성요소에 용융 땜납을 공급한 후, 구성요소 상의 마스크에 접촉한 채의 인젝션 헤드를 냉각용 유닛에 의해 강제 냉각함으로써, 인젝션 헤드 상승시에 당해 인젝션 헤드로부터의 용융 땜납의 늘어져 떨어짐을 방지할 수 있다. 또한, 이 강제 냉각시에는, 구성요소 상에 공급된 용융 땜납도 당연히 강제 냉각되므로, 이들 땜납이 브리지를 형성할 가능성은 매우 적다.
도 1은, 본 발명에 의한 땜납 범프 형성 방법의 각 단계를 나타내는 블록도이다.
도 2의 (a)는, 본 발명에 의한 땜납 범프 형성 장치의 일실시형태에서의 작업 스테이지 이송 장치의 상면도, (b)는 작업 스테이지 이송 장치를 제 2 인덱스 위치 측에서 본 측면도이다.
도 3은, 도 2(a)와 동일하게, 작업 스테이지 이송 장치의 상면도이다.
도 4의 (a)는, 1/4 회전한 작업 스테이지 이송 장치의 상면도, (b)는, 그때의 작업 스테이지 이송 장치를 제 1 히터 유닛과 함께 제 2 인덱스 위치 측에서 본 측면도이다.
도 5의 (a)는, 1/4 더 회전한 작업 스테이지 이송 장치의 상면도, (b)는, 그때의 작업 스테이지 이송 장치를, 인젝션 헤드, 제 2 히터 유닛 및 제 1 냉각용 유닛과 함께 제 2 인덱스 위치 측에서 본 측면도이다.
도 6의 (a)는, 1/4 더 회전한 작업 스테이지 이송 장치의 상면도, (b)는, 그때의 작업 스테이지 이송 장치를 제 2 냉각용 유닛과 함께 제 3 인덱스 위치 측에서 본 측면도이다.
도 1은, 본 발명에 의한 땜납 범프 형성 방법의 각 단계를 나타내는 블록도이다. 단계 1에서는, 구성요소가 작업 스테이지 상으로 반입된다. 구성요소는, 전형적으로는, 상면에 땜납 범프가 형성될 기판, 전자부품 등이다. 구성요소는, 기판 및 전자부품 등을 지지하기 위한 대(坮), 프레임 등의 지지 부재(지그)를 포함하고 있어도 된다. 지지 부재는, 복수의 기판 및 전자부품을 지지할 수 있다. 기판 및 전자부품은, 땜납 범프를 형성할 지점에 도전성 패드를 가지고 있어도 된다. 구성요소의 상면에는, 땜납 범프 형성 지점에 대응한 위치에 개구를 가지는 마스크가 배치되어 있다. 마스크는, 금속제 또는 수지제의 시트 부재여도 되고, 레지스트 필름이어도 된다.
단계 2에서는, 구성요소가 예비 가열된다. 예를 들면 융점이 220℃인 납 프리 땜납을 이용하는 경우, 구성요소가 190℃가 될 때까지 예비 가열한다.
단계 3에서는, 내부에 땜납을 수용하는 인젝션 헤드가 강하하여, 당해 인젝션 헤드의 노즐이 마스크의 표면에 접촉한다. 인젝션 헤드 내의 땜납은, 이미 대기(待機) 온도(예를 들면 190℃)로까지 가열되어 있다.
단계 4에서는, 구성요소가 작업 온도까지 가열된다. 예를 들면 융점이 220℃인 납 프리 땜납을 이용하는 경우, 230℃까지 가열된다.
단계 5에서는, 인젝션 헤드 내의 땜납이 작업 온도(예를 들면 230℃)로까지 가열된다. 인젝션 헤드 내의 가열된 용융 땜납은, 소정의 압력을 받아 노즐로부터 토출 가능한 점도가 된다.
단계 6에서는, 구성요소 상의 마스크에 노즐을 접한 상태의 인젝션 헤드가, 마스크 위를 수평방향으로 슬라이드하면서, 노즐로부터 용융 땜납을 토출한다. 노즐로부터의 용융 땜납의 토출은, 예를 들면 가압된 질소 가스와 같은 불활성 가스를 인젝션 헤드 내의 용융 땜납에 적용함으로써 행하여도 된다. 노즐로부터 토출된 용융 땜납은, 마스크에 설치된 개구 내에 유동한다. 한편, 마스크 상의 잉여 용융 땜납은, 수평이동하는 인젝션 헤드에 의해 긁어내어진다. 이러한 작용에 의해, 마스크의 개구 내에 일정량의 용융 땜납이 충전된다. 이와 같이 하여, 구성요소 상에 용융 땜납이 공급된다.
단계 7에서는, 인젝션 노즐 내의 용융 땜납에 가해지고 있던 토출 압력의 공급이 정지되고, 용융 땜납의 공급도 정지된다. 그 후, 기판을 가열하고 있던 히터와 인젝션 노즐을 가열하고 있던 히터의 작동이 정지된다.
단계 8에서는, 인젝션 헤드가 강제 냉각된다. 이 강제 냉각은, 구성요소 가열용의 히터(이미 작동이 정지되어 있다), 구성요소 및 마스크를 개재하여, 냉각용 유닛을 이용하여 행하여진다. 또한, 예를 들면 질소 가스와 같은 불활성 가스를 인젝션 헤드에 분사함으로써, 강제 냉각의 지원을 하도록 해도 된다. 강제 냉각은, 인젝션 헤드 내부의 용융 땜납이, 노즐로부터 늘어져 떨어지지 않는 온도로 강하할 때까지 행하여진다. 노즐의 개구도나 형태 등에 의해, 늘어져 떨어짐 방지에 필요한 온도는 다를 것이다. 인젝션 노즐의 강제 냉각은 구성요소를 개재하여 행하여지기 때문에, 구성요소 상에 공급된 범프 형성용의 땜납도 냉각된다.
단계 9에서는, 강제 냉각된 인젝션 헤드가 상승하여, 마스크로부터 떼어진다. 이때, 인젝션 헤드 내부의 용융 땜납의 온도는 충분히 내려가 있어, 용융 땜납이 노즐로부터 늘어져 떨어지는 일은 없다. 또한, 구성요소 상의 땜납이, 바람직하지 못한 브리지를 형성하는 일은 없다.
단계 10에서는, 구성요소 상에 공급된 용융 땜납이 강제 냉각되어 고화가 촉진되고, 땜납 범프를 형성한다.
단계 11에서는, 범프가 형성된 구성요소가 작업 스테이지 상으로부터 반출된다.
상술한 땜납 범프 형성 방법은, 작업 기본 스테이지가 제 1 내지 제 4 인덱스 위치 사이에서 주기적으로 이동하는, 본 발명에 의한 땜납 범프 형성 장치에서 실시할 수 있다. 예를 들면, 이러한 땜납 범프 형성 장치의 일실시형태에 있어서는, 상기 단계 1을 제 1 인덱스 위치에서 행하고, 상기 단계 2를 제 2 인덱스 위치에서 행하며, 상기 단계 3 내지 9를 제 3 인덱스 위치에서 행하고, 상기 단계 10을 제 4 인덱스 위치에서 행하며, 상기 단계 11을 제 1 인덱스 위치에서 행하도록 할 수 있다. 이하, 본 발명에 의한 땜납 범프 형성 장치의 일실시형태에 대하여 설명한다.
도 2(a)는, 땜납 범프 형성 장치의 작업 스테이지 이송 장치(1)의 상면도, 도 2(b)는 동일하게 측면도이다. 장치(1)는, 중앙 지지판(2)에 부착된 4개의 작업 스테이지(3a 내지 3d)를 구비하고 있다. 중앙 지지판(2)은, 축(4)에 의해 회전 가능하게 또한 상하이동 가능하게 지지되어 있다. 각각의 작업 스테이지(3a 내지 3d)는, 고정된 제 1 내지 제 4 인덱스 위치(5a 내지 5d)를 차례로 차지하도록, 도 2에서 보아 반시계 방향으로 주기적으로 이동한다. 베이스(6) 상에 배치되고, 또한, 축(4)을 수용하고 있는 기둥 부재(7) 내에는, 축을 회전시키는 기구 및 축(4)을 상하이동시키는 기구가 내장되어 있다.
도 3을 참조한다. 땜납 범프 형성 방법의 단계 1은, 작업 스테이지(3a)가 인덱스 위치(5a)에 있는 상태에서 행하여진다. 땜납 범프가 형성될 기판(8)은, 상면에 마스크(도시 생략)가 배치된 상태에서, 공급 스테이지(9)로부터 작업 스테이지(3a) 상으로 옮겨진다. 기판(8)은, 전자부품이어도 된다. 또한, 기판 또는 전자부품은, 대, 프레임 등의 지지 부재에 의해 지지되어 있어도 된다. 이러한 지지 부재는, 복수의 기판 또는 전자부품을 지지할 수 있다. 기판 또는 전자부품은 단독으로, 또는, 지지 부재와 함께, 특허청구범위에서의 「구성요소」가 된다.
제 1 인덱스 위치(5a)에 있는 작업 스테이지(3a) 상에, 이미 상기 단계 10을 끝마친 기판이 실려 있는 경우에는, 제 1 인덱스 위치(5a)에서는 단계 1에 앞서 단계 11이 행하여진다. 즉, 이미 땜납 범프가 형성된 기판이 작업 스테이지(3a)로부터 공급 스테이지(9) 상으로 이송되어, 다음 공정으로 넘겨진 후, 단계 1이 행하여진다.
다음에, 다른 인덱스 위치(5b 내지 5d)에서의 작업(후술함)이 종료되어 있는 것을 조건으로, 작업 스테이지 이송 장치(1)가 1/4 회전함으로써, 작업 스테이지(3a 내지 3d)는 다음의 인덱스 위치로 이동한다. 도 4(a)는, 작업 스테이지(3a)가 제 2 인덱스 위치(5b)에 위치부여된 상태를 나타낸다. 도 4(b)는, 이때의 작업 스테이지 이송 장치(1)를 제 2 인덱스 위치(5b) 측에서 본 측면도이다. 제 2 인덱스 위치(5b)에서는 단계 2가 행하여진다. 땜납 범프 형성 장치는, 제 2 인덱스 위치(5b)에 고정 배치된 히터 유닛(제 1 히터 유닛)(10)을 구비하고 있다. 작업 스테이지(3a)가 제 2 인덱스 위치(5b)에 위치부여되면, 작업 스테이지 이송 장치(1)의 상하 동작에 의해, 작업 스테이지(3a)는, 중앙 지지판(2)에 부착된 다른 작업 스테이지(3b 내지 3d)와 함께 하강하게 되고, 작업 스테이지(3a)의 하면은 고정 히터 유닛(10)의 상면에 맞닿는다. 히터 유닛(10)은, 예를 들면 190℃의 온도로 항상 유지되고 있다. 기판(8)은, 히터 유닛(10)에 의해, 예를 들면 190℃까지 예비 가열된다. 기판(8)이 대, 프레임 등의 지지 부재에 의해 지지되어 있는 경우에는, 기판(8)으로의 접촉 및 전열이 지지 부재를 개재하여 행하여지는 일도 있다. 또한, 기판(8)으로의 접촉 및 전열이, 작업 스테이지를 구성하는 부재의 일부를 개재하여 행하여지는 일도 있다.
제 2 인덱스 위치(5b)에서 단계 2가 행하여지고 있는 동안, 제 1 인덱스(5a)에서는, 이미 땜납 범프가 형성된 기판에 대하여 단계 11이 행하여지고, 또한, 새로운 기판에 대하여 단계 1이 행하여지고 있다. 다른 인덱스 위치(제 3 인덱스 위치(5c) 및 제 4 인덱스 위치(5d))에서도 각각의 단계가 실행되고 있다(후술함).
기판(8)의 예비 가열이 끝나면, 다른 인덱스 위치(5a, 5c, 5d)에서의 작업이 종료되어 있는 것을 조건으로, 작업 스테이지 이송 장치(1)가 작업 스테이지(3a 내지 3d)를 상승시키고, 또한, 1/4 더 회전시킨다. 도 5(a)는, 작업 스테이지(3a)가 제 3 인덱스 위치(5c)에 위치부여된 상태를 나타낸다. 도 5(b)는, 이때의 작업 스테이지 이송 장치(1)를 제 2 인덱스 위치(5b) 측에서 본 측면도이다. 제 3 인덱스 위치(5c)에서는, 단계 3 내지 9가 실행된다.
땜납 범프 형성 장치는, 제 3 인덱스 위치(5c)에 설치된 인젝션 헤드(11), 고정 히터 유닛(제 2 히터 유닛)(12) 및 냉각용 유닛(제 1 냉각용 유닛)(13)을 구비하고 있다. 인젝션 헤드(11)는, 작업 스테이지 이송 장치(1)의 상방에 배치되고, 상하이동 가능하며, 또한, 수평방향으로 슬라이드 가능하다. 인젝션 헤드(11)는, 히터 유닛(14)(제 3 히터 유닛)을 내장하고, 내부에 용융 땜납(15)을 수용 가능하다. 인젝션 헤드(11) 내에서 용융 땜납(15)에 압력이 가해짐으로써, 용융 땜납(15)은 인젝션 헤드(11)의 하부의 노즐(16)로부터 토출 가능해진다.
히터 유닛(12)은, 작업 스테이지 이송 장치(1)의 하방에 고정 배치되어 있다. 냉각용 유닛(13)은, 히터 유닛(12)의 하방에 배치되고, 상하이동 가능하다.
작업 스테이지(3a)가 제 3 인덱스(5c)에 위치부여되면, 작업 스테이지 이송 장치(1)의 상하 동작에 의해, 작업 스테이지(3a)는 다른 작업 스테이지와 함께 하강하게 되고, 기판(8)의 하면이 고정 히터 유닛(12)의 상면에 맞닿는다. 이어서, 인젝션 헤드(11)가 강하하고, 기판(8) 상에 배치된 마스크에 맞닿는다(단계 3).
또한, 이미 예비 가열되어 있는 기판(8)은, 고정 히터 유닛(12)에 의해 더 가열된다(단계 4). 고정 히터 유닛(12)은, 상시 230℃의 온도를 유지하도록 해도 된다. 기판(8)은, 고정 히터 유닛(12)에 의해 그 작업 온도, 예를 들면 230℃로까지 가열된다.
한편, 인젝션 헤드(11) 내의 땜납(15)도, 내부 히터 유닛(14)에 의해 그 작업 온도, 예를 들면 230℃로까지 가열된다(단계 5). 인젝션 헤드(11) 내의 용융 땜납은, 미리 190℃ 정도의 온도로까지 가열되어 있어도 된다.
기판(8) 및 용융 땜납(15)이 함께 설정 가열 온도(예를 들면 230℃)로까지 가열되었다면, 인젝션 헤드(11)가, 기판(8) 상에 배치된 마스크 위를 수평방향으로 슬라이드를 개시하고, 동시에, 인젝션 헤드(11) 내부의 용융 땜납(15)에 불활성 가스(예를 들면 질소 가스)의 압력이 가해진다. 압력이 가해진 용융 땜납(15)은, 노즐(16)로부터 토출된다. 노즐은, 예를 들면 실리콘 고무와 같은 유연한 탄성재료에 형성된 슬릿 노즐로 할 수 있다.
인젝션 헤드(11)는, 마스크 위를 수평방향으로 슬라이드하면서, 토출된 용융 땜납을, 마스크에 설치된 개구 내에 유동시킨다. 이와 동시에, 슬라이드하는 인젝션 헤드(11)는, 마스크 상면에 토출된 잉여의 용융 땜납을 긁어내는 동작을 행한다. 이러한 동작에 의해, 마스크의 개구 내에 용융 땜납이 충전된다(단계 6). 마스크의 개구는, 「기판(8) 상의, 땜납 범프가 형성될 지점」에 대응하는 위치에 설치되어 있으므로, 마스크의 개구 내에 충전된 용융 땜납은, 「기판(8) 상에 공급된, 소정량의 땜납 범프 형성용의 용융 땜납」이 된다.
기판(8) 상으로의 용융 땜납의 공급이 완료되면, 인젝션 헤드(11) 내의 용융 땜납(15)에 대한 가압을 정지하고, 인젝션 헤드(11)의 슬라이드 이동을 정지한다. 그리고, 기판(8)을 가열하고 있던 고정 히터 유닛(12) 및 인젝션 헤드(11)의 히터 유닛(14)의 작동을 정지한다(단계 7).
이어서, 냉각용 유닛(13)을 상승시켜, 이미 작동이 정지된 고정 히터 유닛(12)의 하면에 냉각용 유닛(13)의 상면을 맞닿게 한다(단계 8). 이 단계 8의 주된 목적은, 인젝션 헤드(11), 나아가서는, 인젝션 헤드(11) 내의 용융 땜납(15)을 강제적으로 냉각하여, 인젝션 헤드(11)를 상승시켜 마스크로부터 떼어내어도 용융 땜납이 노즐(16)로부터 늘어져 떨어지지 않는 온도로까지 강하시키는 것이다. 상술한 바와 같은 슬릿 노즐을 채용한 경우, 인젝션 헤드(11) 내의 용융 땜납은, 190℃ 이하의 온도가 되면 늘어져 떨어짐의 걱정은 없다. 냉각용 유닛(13)은, 미리 소정의 대기 온도를 유지하도록 해도 된다.
단계 8에서의 인젝션 헤드(11)의 강제 냉각은, 작동이 정지된 고정 히터 유닛(12)을 개재하여 행하여진다. 히터 유닛(12)을 가로로 시프트하여, 냉각용 유닛(13)을 직접 기판(8)에 맞닿게 하는 다른 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 다른 인덱스 위치에서의 작업시간, 특히, 제 1 인덱스 위치(5a)에서의 단계 1 및 단계 11(기판의 반입 및 반출)에 필요한 작업시간이, 제 3 인덱스 위치(5c)에서의 전체 작업시간을 상회하는 점, 히터 유닛(12)을 가로로 시프트하기 위한 기구를 부가하면 비용도 부가되는 점 등을 고려하면, 작동이 정지된 고정 히터 유닛(12)을 개재한 전열에 의한 냉각 쪽이 합리적임이 판명되었다.
또한, 단계 8에서의 인젝션 헤드(11)의 냉각은, 기판(8) 및 마스크를 개재하여 행하여지기 때문에, 기판(8)에 공급된 용융 땜납도 동시에 냉각된다. 따라서, 인젝션 헤드(11) 내부의 용융 땜납(15)의 온도가, 용융 땜납(15)이 노즐(16)로부터 늘어져 떨어지지 않는 온도로까지 강하된 후, 인젝션 헤드(11)를 상승시켜 마스크로부터 떼어내는(단계 9)동작을 행하였을 때, 기판(8) 상의 땜납이 용융 상태로 바람직하지 못한 브리지를 형성할 걱정은 없다.
인젝션 헤드(11)가 상승할 때, 냉각용 유닛(13)은 하강한다. 냉각용 유닛(13)이 하강하여 고정 히터 유닛(12)으로부터 멀어진 후, 고정 히터 유닛(12)은 다시 작동하여, 대기 온도로 된다. 인젝션 헤드(11)의 히터 유닛(14)도 다시 작동하여, 인젝션 헤드(11) 내의 땜납을 대기 온도까지 상승시킨다. 인젝션 헤드(11)는, 홈 포지션까지 이동하여 대기할 수 있다.
인젝션 헤드(11)가 상승하면, 작업 스테이지 이송 장치(1)는, 다른 인덱스 위치(5a, 5b, 5d)에서의 작업이 종료되어 있는 것을 조건으로, 작업 스테이지(3a 내지 3d)를 상승시키고, 또한, 1/4 더 회전시킨다.
도 6(a)는, 작업 스테이지(3a)가 제 4 인덱스 위치(5d)에 위치부여된 상태를 나타낸다. 도 6(b)는, 이때의 작업 스테이지 이송 장치(1)를 제 3 인덱스 위치(5c) 측에서 본 측면도이다. 땜납 범프 형성 장치는, 제 4 인덱스 위치(5d)에 고정 배치된 냉각용 유닛(제 2 냉각용 유닛)(17)을 구비하고 있다. 냉각용 유닛(17)은, 제 4 인덱스 위치(5d)에 위치부여된 작업 스테이지(3a)의 하방에 위치하고 있다. 작업 스테이지(3a)가 다른 작업 스테이지와 함께 하강하게 됨으로써, 기판(8)의 하면이 고정 냉각용 유닛(17)의 상면에 맞닿는다. 제 3 인덱스 위치(5c)에서 단계 6에 의해 기판(8) 상에 공급된 용융 땜납은, 냉각용 유닛(17)에 의해 완전히 냉각 고화되고, 기판(8) 상에 땜납 범프를 형성한다(단계 10). 예를 들면, 기판(8)이 50℃가 되면, 완전히 냉각된 것으로 생각할 수 있다.
단계 10이 종료되면, 작업 스테이지 이송 장치(1)는, 다른 인덱스 위치(5a, 5b, 5c)에서의 작업이 종료되어 있는 것을 조건으로, 작업 스테이지(3a 내지 3d)를 상승시키고, 또한, 1/4 더 회전시킨다. 이와 같이 하여, 작업 스테이지(3a)는 다시 제 1 인덱스 위치(5a)에 되돌아간다. 제 1 인덱스 위치(5a)에서는, 전술한 바와 같이, 이미 땜납 범프가 형성된 기판(8)이 작업 스테이지(3a)로부터 공급 스테이지(9) 상으로 반출된다(단계 11). 기판(8)이 공급 스테이지(9)로부터 다음 공정으로 넘겨진 후, 전술한 바와 같이 단계 1이 실행된다.
분명한 바와 같이, 주기적으로 작업 스테이지(3a 내지 3d)를 1/4 회전하는 작업 스테이지 이송 장치(1)의 작동 주기는, 어느 인덱스 위치에서 행하여지는 가장 긴 작업시간에 의해 결정된다. 이미 작업이 완료되어 있는 인덱스 위치에서는, 다른 어느 인덱스 위치에서의 작업이 완료되어 있지 않았을 때, 대기 상태가 취해진다.
본 명세서 및 도면에 개시한 땜납 범프 형성 장치의 일실시형태에는, 작업 스테이지 이송 장치(1)의 외에, 인젝션 헤드(11), 히터 유닛(10, 12, 14), 냉각용 유닛(13, 17)이 포함된다.
1 : 작업 스테이지 이송 장치
2 : 중앙 지지판
3a-3d : 작업 스테이지
4 : 축
5a-5d : 인덱스 위치
6 : 베이스
7 : 기둥 부재
8 : 기판
9 : 공급 스테이지
10 : 제 1 히터 유닛
11 : 인젝션 헤드
12 : 제 2 히터 유닛
13 : 제 1 냉각용 유닛
14 : 제 3 히터 유닛
15 : 용융 땜납
16 : 노즐
17 : 제 2 냉각용 유닛

Claims (9)

  1. 땜납 범프 형성 방법에 있어서,
    상면에 땜납 범프가 형성될 구성요소이며, 범프를 형성할 위치에 대응하는 위치에 개구를 가지는 마스크가 그 상면에 배치된 구성요소를, 작업 스테이지 상으로 반입하는 단계와,
    제 1 히터 유닛에 의해 상기 구성요소를 예비 가열하는 단계와,
    인젝션 헤드이면서, 내부에 수용하는 용융 땜납을 하부의 노즐로부터 공급 가능하게 이루어진 인젝션 헤드를 강하시켜, 상기 구성요소 상에 배치된 상기 마스크의 상면에 접촉시키는 단계와,
    제 2 히터 유닛의 상면과, 상기 구성요소의 하면을 접촉시키고, 이미 예비 가열되어 있는 상기 구성요소를 그 작업 온도까지 가열하는 단계와,
    제 3 히터 유닛에 의해, 상기 인젝션 헤드 내의 땜납을 그 작업 온도까지 가열하는 단계와,
    상기 인젝션 헤드가, 상기 마스크 위를 슬라이드하면서, 작업 온도로까지 높여진 용융 땜납을 상기 노즐로부터 토출하여 상기 마스크의 상기 개구 내에 유동시킴과 함께, 상기 마스크의 상면의 잉여 용융 땜납을 긁어냄으로써, 상기 마스크의 상기 개구 내에 용융 땜납을 충전하고, 그로 인해 상기 구성요소 상에 소정량의 용융 땜납을 공급하는 단계와,
    상기 인젝션 헤드에 의한 용융 땜납의 공급이 종료된 후, 상기 제 2 히터 유닛 및 제 3 히터 유닛의 작동을 정지시키는 단계와,
    제 1 냉각용 유닛의 상면과, 이미 작동이 정지된 상기 제 2 히터 유닛의 하면을 접촉시키고, 상기 제 1 냉각용 유닛으로부터 상기 제 2 히터 유닛, 상기 구성요소 및 상기 마스크를 개재한 전열에 의해 상기 인젝션 헤드를 강제 냉각하여, 당해 인젝션 헤드 내부의 용융 땜납의 온도를, 용융 땜납이 상기 노즐로부터 늘어져 떨어지지 않는 온도로까지 강하시키는 단계와,
    상기 인젝션 헤드 내부의 용융 땜납의 온도가, 용융 땜납이 상기 노즐로부터 늘어져 떨어지지 않는 온도로까지 강하된 후, 상기 인젝션 헤드를 상승시켜 상기 마스크로부터 떼어내는 단계와,
    제 2 냉각용 유닛에 의해, 상기 구성요소 상에 공급된 용융 땜납을 강제 냉각하여 범프를 고화시키는 단계와,
    상면에 범프가 형성된 상기 구성요소를 상기 작업 스테이지 상으로부터 반출하는 단계를 구비하는, 땜납 범프 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 작업 스테이지가 제 1 내지 제 4 인덱스 위치 사이를 주기적으로 이동 가능하고,
    상기 구성요소를 상기 작업 스테이지 상으로 반입하는 단계는 제 1 인덱스 위치에서 행하여지며,
    상기 구성요소를 예비 가열하는 단계는 제 2 인덱스 위치에서 행하여지고,
    상기 인젝션 헤드를 상기 마스크의 상면에 접촉시키는 단계, 상기 구성요소를 그 작업 온도까지 가열하는 단계, 상기 인젝션 헤드 내의 땜납을 그 작업 온도까지 가열하는 단계, 상기 인젝션 헤드 내의 용융 땜납을 상기 구성요소 상에 공급하는 단계, 상기 제 2 히터 유닛 및 제 3 히터 유닛의 작동을 정지시키는 단계, 상기 인젝션 헤드를 냉각하여 당해 인젝션 헤드 내부의 용융 땜납의 온도를 강하시키는 단계 및 상기 인젝션 헤드를 상승시켜 상기 마스크로부터 떼어내는 단계는 제 3 인덱스 위치에서 행하여지며,
    상기 구성요소 상의 용융 땜납을 냉각하여 범프를 고화시키는 단계는 제 4 인덱스 위치에서 행하여지고,
    상면에 범프가 형성된 상기 구성요소를 상기 작업 스테이지 상으로부터 반출하는 단계는 제 1 인덱스 위치에서 행하여지는, 땜납 범프 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 마스크가 금속제 또는 수지제의 시트 부재인, 땜납 범프 형성 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 마스크가 레지스트 필름인, 땜납 범프 형성 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 인젝션 헤드를 냉각하여 당해 인젝션 헤드 내부의 용융 땜납의 온도를 강하시키는 단계가, 불활성 가스를 상기 인젝션 헤드에 분사하는 것을 포함하는, 땜납 범프 형성 방법.
  6. 땜납 범프 형성 장치에 있어서,
    상면에 땜납 범프가 형성될 구성요소이면서, 범프를 형성할 위치에 대응하는 위치에 개구를 가지는 마스크가 그 상면에 배치된 구성요소를 싣기 위한 작업 스테이지와,
    상기 구성요소의 하면에 직접 또는 간접적으로 접촉하여 상기 구성요소를 가열하기 위한 히터 유닛과,
    내부에 용융 땜납을 수용 가능하고, 또한, 하부에 노즐을 가지는 인젝션 헤드이며, 상기 구성요소 상의 상기 마스크의 상면에 상기 노즐을 접촉시킨 채 수평이동함으로써, 상기 노즐로부터 토출된 용융 땜납을 상기 마스크의 상기 개구 내에 충전시키고, 그로 인해 상기 구성요소 상에 소정량의 용융 땜납을 공급하는 인젝션 헤드와,
    작동 정지 후의 상기 히터 유닛의 하면에 선택적으로 접촉 가능한 제 1 냉각용 유닛이며, 작동 정지 후의 상기 히터 유닛의 하면에 접촉했을 때에, 당해 히터 유닛과, 용융 땜납이 공급된 상기 구성요소와, 상기 마스크를, 개재하여 상기 인젝션 헤드를 강제 냉각 가능한 제 1 냉각용 유닛을 구비하는, 땜납 범프 형성 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 히터 유닛이, 상기 구성요소의 하면에 직접 또는 간접적으로 접촉하여 상기 구성요소를 예비 가열하기 위한 제 1 히터 유닛과, 당해 제 1 히터 유닛을 대신하여 상기 구성요소의 하면에 직접 또는 간접적으로 접촉하여 상기 구성요소를 작업 온도로까지 더 가열하기 위한 제 2 히터 유닛을 포함하고 있고,
    상기 제 1 냉각용 유닛은, 작동 정지 후의 상기 제 2 히터 유닛의 하면에 접촉했을 때에, 당해 제 2 히터 유닛과, 용융 땜납이 공급된 상기 구성요소와, 상기 마스크를, 개재하여 상기 인젝션 헤드를 강제 냉각하도록 이루어져 있으며,
    상기 제 2 히터 유닛 및 상기 제 1 냉각용 유닛을 대신하여 상기 구성요소의 하면에 직접 또는 간접적으로 접촉하여, 용융 땜납이 공급된 상기 구성요소를 더 강제 냉각 가능한 제 2 냉각용 유닛을 더 구비하는, 땜납 범프 형성 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    작업 스테이지 이송 장치를 더 구비하고,
    상기 작업 스테이지가, 상기 작업 스테이지 이송 장치에 지지된 제 1 내지 제 4 작업 스테이지이면서, 상기 작업 스테이지 이송 장치의 회전축의 주변에 서로 90도의 각도로 이간 배치된 제 1 내지 제 4 작업 스테이지를 포함하며,
    상기 작업 스테이지 이송 장치는, 상기 제 1 내지 제 4 작업 스테이지의 각각이, 고정된 제 1 내지 제 4 인덱스 위치를 차례로 교대하여 차지하도록 상기 제 1 내지 제 4 작업 스테이지를 간헐적으로 회전시키도록 이루어져 있는, 땜납 범프 형성 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 인덱스 위치에 위치부여된 상기 작업 스테이지와의 사이에서 상기 구성요소를 반입 및 반출하기 위한 공급 스테이지를 더 구비하고,
    상기 제 1 히터 유닛이 상기 제 2 인덱스 위치에 배치되어 있고,
    상기 제 2 히터 유닛과, 상기 인젝션 헤드와, 상기 제 1 냉각용 유닛이, 상기 제 3 인덱스 위치에 배치되어 있으며,
    상기 제 2 냉각용 유닛이 상기 제 4 인덱스 위치에 배치되어 있는, 땜납 범프 형성 장치.
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