KR102397740B1 - 이종접합 피커 - Google Patents

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KR102397740B1
KR102397740B1 KR1020210062271A KR20210062271A KR102397740B1 KR 102397740 B1 KR102397740 B1 KR 102397740B1 KR 1020210062271 A KR1020210062271 A KR 1020210062271A KR 20210062271 A KR20210062271 A KR 20210062271A KR 102397740 B1 KR102397740 B1 KR 102397740B1
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이철우
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(주)씨이케이
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Abstract

본 발명은 이미지 센서 등을 흡착하여 픽업하기 위한 피커에 관한 것으로, 흡착 대상물이 흡착되는 일면에 흡착공이 노출되고 세라믹 재질인 제1부재; 및 제1부재에서 흡착 대상물이 흡착되는 반대측에 결합되며, 흡착공이 이어지고 진공장비와 연결된 흡기관이 결합되는 결합부를 구비한 금속 재질의 제2부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 가공성이 낮은 세라믹 재료에 대한 가공을 최소화함으로써, 가공 과정에서의 불량과 파손을 줄여 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 경도가 높은 세라믹 재질이 흡착 대상물에 접촉하기 때문에 사용과정에서 마모를 줄임으로써, 금속 재질의 피커에 비하여 피커의 사용 수명이 크게 증가하는 효과가 있다.

Description

이종접합 피커{HETEROJUNCTION PICKER}
본 발명은 작은 부품을 픽업하는 피커에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 이미지 센서 등을 흡착하여 픽업하기 위한 피커에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 패키지 등의 소형 부품들은 제조 이후에 검사를 수행하거나 조립을 수행하기 위하여 이동하게 되며, 검사를 위한 캐리어나 카세트에 부품들을 설치하거나 조립을 위한 특정한 위치에 부품을 위치시키기 위한 이송과정이 수행된다.
이때, 부품의 외부를 집어서 이동시키지 않고, 진공 흡착에 의해서 부품을 들어 올려서 이송하는 피커(picker)가 사용되고 있다. 피커는 진공을 발생시키는 진공 장치와 연결된 흡착공이 일단이 형성되고, 픽업 대상 부품이 흡착공에 흡착된 상태로 이동하게 된다.
진공 흡착을 통해서 부품을 이송하는 피커는 단부에 고무 등과 같이 탄성이 높은 재질을 적용하여 흡착 성능을 높이는 것이 일반적이지만, 소형 카메라에 사용되는 이미지 센서의 경우는 본딩 공정으로 이동하는 과정에서 온도 등의 이유로 인하여 고무나 합성수지를 적용하지 못한다. 따라서 이미지 센서를 위한 피커로는 열전도율이 높은 금속 재질을 적용하였으나, 상대적으로 낮은 경도로 인하여 10~14일마다 피커를 교체해야하는 단점이 있다.
이에 상대적으로 경도가 높아서 수명이 긴 세라믹 재질을 피커로 적용하려는 시도가 있으나, 가공의 어려움으로 인하여 제조단가가 높은 단점이 있다.
도 5는 종래의 기술에 따른 세라믹 피커를 도시한 도면이고, 도 6은 종래의 기술에 따른 세라믹 피커를 사용하는 모습을 도시한 도면이며, 도 7은 종래의 기술에 따른 세라믹 피커를 제조하는 과정을 도시한 도면이다.
종래의 세라믹 피커(1000)는 세라믹 재질인 몸체(1100)의 흡착공(1200)이 노출된 일면에서 흡착부(1300)와 흡착가이드(1400)가 형성되고, 타면으로는 흡기관(20)이 결합되는 결합부(1500)가 형성된다.
흡착공(1200)은 흡착부(1300)가 형성된 일면에 노출되어 결합부(1500)까지 관으로 이어지고, 추후에 결합부(1500)에 결합되는 흡기관(20)을 통해서 이어진 진공 장치에서 발생된 음압을 전달받아서 이미지 센서를 흡착한다.
흡착부(1300)는 흡착공(1200)이 노출된 주변에 형성되며, 흡착공(1200) 주변의 기밀성을 유지하여 흡착공(1200)에 전달된 음압에 의해서 이미지 센서(10)가 흡착될 수 있도록 한다. 도면에서는 흡착부(1300)가 평평한 평면인 경우를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태가 적용될 수 있다. 또한, 흡착부(1300)의 크기와 모양은 흡착 대상인 이미지 센서의 크기와 모양에 따라서 다양하게 변경될 수 있다.
흡착가이드(1400)는 흡착부(1300)와 같은 면에 흡착부(1300)에 이격되어 형성되며, 흡착 대상인 이미지 센서가 정확한 위치에 흡착되도록 흡착 위치를 가이드한다. 흡착가이드(1400)의 위치와 개수는 이미지 센서의 크기와 모양에 따라서 다양하게 변경될 수 있으며, 생략될 수도 있다.
결합부(1500)는 진공장치에 연결된 흡기관(20)이 결합되는 부분이며, 세라믹 피커(1000)는 흡착부(1300)가 아래를 향하도록 위치한 상태에서 위쪽에 위치하는 결합부(1500)에 흡기관(20)이 결합되어 바닥에 높인 이미지 센서(10)를 흡착하여 픽업한다.
이러한 세라믹 피커(1000)를 제조하는 방법은, 먼저 세라믹 몸체(1100) 전체를 관통하는 홀을 통해서 흡착공(1200)을 형성한다. 다음으로 흡착공(1200)이 노출된 일면의 표면 가공을 통해서 흡착부(1300)와 흡착가이드(1400)를 형성하고, 폴리싱을 통해서 평면 연마 가공을 수행한다. 그리고 반대면을 절삭 가공하여 결합부(1500)를 형성한 뒤에, 세정 등을 거쳐서 제조를 완료한다.
이러한 구조에서는 세라믹 피커(1000)의 재질로 인하여, 결합부(1500) 형성 과정에서 불량이 발생하는 경우가 많다. 또한 결합부(1500) 형성을 위한 가공 공정에서 흡착부(1300)와 흡착가이드(1400)에 상처가 발생하는 문제도 발생하고 있다. 결합부(1500)를 먼저 가공하는 경우에는 형태가 복잡해져서 흡착부(1300)와 흡착가이드(1400) 형성을 위한 표면 가공 과정에서 몸체(1100)를 안정적으로 유지하기 어려운 문제가 발생한다. 또한, 세라믹 재질의 특성상 절삭에 의해서만 결합부(1500)를 형성할 수 있기 때문에, 절삭되는 세라믹으로 인한 낭비도 심한 단점이 있다.
대한민국 등록특허 10-1728069
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 다른 재질의 부품을 결합하여 형성된 이종접합 피커를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이종접합 피커는, 흡착 대상물이 흡착되는 일면에 흡착공이 노출되고 세라믹 재질인 제1부재; 및 제1부재에서 흡착 대상물이 흡착되는 반대측에 결합되며, 흡착공이 이어지고 진공장비와 연결된 흡기관이 결합되는 결합부를 구비한 금속 재질의 제2부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1부재는 AlN, Al2O3, SiC 중에서 선택된 하나일 수 있다.
상기 제1부재는 경도가 5 Gpa 이상인 것이 바람직하고, 열전도율이 160 W/mK 이상인 것이 더욱 바람직하다.
상기 제2부재는 열전도율이 200 W/mK 이상인 것이 바람직하다.
상기 제2부재는 구리, 구리합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금 중에 하나일 수 있다.
상기 제1부재와 제2부재는 접착제를 이용하여 접합될 수 있으며, 상기 접착제는 직경 1인치의 시편에 대한 제1부재와 제2부재 사이의 인장 접착강도가 20kgf/㎠ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 접착제는 150℃에서 5분 유지 후에 실온에서의 5분을 유지하는 과정을 50회 반복한 열충격 시험 이후의 인장 접착강도가 20kgf/㎠ 이상인 것이 바람직하다. 상기 접착제는 에폭시계 접착제와 경화제를 혼합한 접착제일 수 있다.
상기 제1부재에는 제2부재의 결합 위치를 안내하는 제1결합가이드가 형성되고, 제2부재에는 상기 제1결합가이드에 대응되는 제2결합가이드가 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 가공성이 낮은 세라믹 재료에 대한 가공을 최소화함으로써, 가공 과정에서의 불량과 파손을 줄여 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 경도가 높은 세라믹 재질이 흡착 대상물에 접촉하기 때문에 사용과정에서 마모를 줄임으로써, 금속 재질의 피커에 비하여 피커의 사용 수명이 크게 증가하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이종접합 피커를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이종접합 피커를 사용하는 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이종접합 피커를 제조하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에서 사용된 접착제의 인장 접착 강도를 측정하는 모습을 촬영한 사진이다.
도 5는 종래의 기술에 따른 세라믹 피커를 도시한 도면이다.
도 6은 종래의 기술에 따른 세라믹 피커를 사용하는 모습을 도시한 도면이다.
도 7은 종래의 기술에 따른 세라믹 피커를 제조하는 과정을 도시한 도면이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별이 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미 한다.
또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이종접합 피커를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이종접합 피커를 사용하는 모습을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이종접합 피커를 제조하는 과정을 도시한 도면이다.
본 발명의 이종접합 피커는 세라믹 재질의 제1부재(100)와 금속 재질의 제2부재(200)로 구성되며, 제1부재(100)와 제2부재(200)를 접합하여 제조된다.
제1부재(100)는 세라믹 재질인 몸체(110)의 흡착공(120)이 노출된 일면에서 흡착부(130)와 흡착가이드(140)가 형성되는 점에서, 기존의 세라믹 피커와 동일하지만 결합부는 형성되지 않는 점에서 차이가 있다.
흡착공(120)은 흡착부(130)가 형성된 일면에 노출되어, 몸체(110)를 관통하여 이어지고, 제2부재(200)에 형성된 결합부(220) 내부의 관으로 이어진다. 흡착공(120)은 외부의 진공 장치에서 발생된 음압을 전달받아서 이미지 센서를 흡착한다.
흡착부(130)는 흡착공(120)이 노출된 주변에 형성되며, 흡착공(120) 주변의 기밀성을 유지하여 흡착공(120)에 전달된 음압에 의해서 이미지 센서(10)가 흡착될 수 있도록 한다. 도면에서는 흡착부(130)가 평평한 평면인 경우를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태가 적용될 수 있다. 또한, 흡착부(130)의 크기와 모양은 흡착 대상인 이미지 센서의 크기와 모양에 따라서 다양하게 변경될 수 있다.
흡착가이드(140)는 흡착부(130)와 같은 면에 흡착부(130)에 이격되어 형성되며, 흡착 대상인 이미지 센서가 정확한 위치에 흡착되도록 흡착 위치를 가이드한다. 흡착가이드(140)의 위치와 개수는 이미지 센서의 크기와 모양에 따라서 다양하게 변경될 수 있으며, 생략될 수도 있다.
제1부재(100)로는 AlN, Al2O3, SiC 등이 적합하며, 사용과정에서 발생되는 마모를 최소화하여 사용 수명을 높이기 위하여 경도가 5 Gpa 이상인 재질을 적용하는 것이 좋다. 비커스 경도가 10.4 Gpa인 AlN을 사용하면 약 6개월의 사용수명을 가지게 되며, 이는 종래에 사용된 구리 피커의 수명이 14일 이내였던 것에 비하여 크게 증가한 결과이다. 따라서 경도가 5 Gpa 이상인 세라믹 재질을 제1부재로 사용하면 종래의 구리 피커에 비하여 향상된 사용수명을 얻을 수 있다. 그리고 열전도도가 160 W/mK 이상인 재질을 적용하는 경우에 열배출이 용이하여 더욱 바람직하며, 이러한 물성은 종래에 사용된 구리 피커에 비하여 낮은 수치이지만 이종접합된 제2부재(200)를 통해서 열이 전달되기 때문에 충분한 열배출이 가능하다.
이상에서 설명한 제1부재(100)는 흡기관(20) 연결을 위한 결합부를 형성하지 않으며, 그에 따라서 세라믹 재질에 결합부를 형성하는 과정에서 발생하는 파손과 불량 및 재료 소비가 생기지 않는다. 본 발명에서는 흡기관(20) 연결을 위한 결합부가 금속 재질인 제2부재(200)에 형성된다.
제2부재(200)는 제1부재(100)와의 접합을 위한 접합부(210)와 흡기관(20)이 결합되는 결합부(220)가 형성된다.
접합부(210)는 제1부재(100)와의 접합을 위한 평면을 구비하는 것이 바람직하지만 그에 한정되는 것은 아니다.
결합부(220)는 진공장치에 연결된 흡기관(20)이 결합되는 부분이며, 이종접합 피커는 제1부재(100)의 흡착부(130)가 아래를 향하도록 위치한 상태에서 위쪽에 위치하는 제2부재(200)의 결합부(220)에 흡기관(20)이 결합되어 바닥에 놓인 이미지 센서(10)를 흡착하여 픽업한다.
제1부재(100)에 비하여 상대적으로 제작이 어려운 형태를 가지는 제2부재(200)이지만, 본 발명은 제2부재(200)를 가공성이 뛰어난 금속재료로 제작하기 때문에, 세라믹 재질에 결합부를 형성하는 경우에 비하여 공정이 용이하고 불량 및 파손의 위험이 적으며 재료의 낭비도 발생하지 않는다.
제2부재(200)로는 구리 등이 적합하며, 제1부재(100)에서 열을 전달받아서 배출할 수 있도록 열전도도가 200 W/mK 이상인 재질을 적용하는 것이 바람직하다. 제2부재(200)는 부착 대상물에 접촉하지 않기 때문에, 사용 과정에서 발생하는 마모의 문제가 거의 없으며 그에 따라서 제2부재(200)의 재질은 사용수명에 영향을 거의 미치지 않는다.
제1부재(100)와 제2부재(200)를 접합하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 기계적적인 결합과 접착제를 이용한 접합이 모두 가능하다.
다만, 제1부재(100)와 제2부재(200) 사이에 접착제를 사용하는 경우, 세라믹 재질과 금속재질과 같이 재질이 다른 물체를 서로 접착할 수 있는 접착제를 사용하여야 한다. 이때, 접착면에 수직한 방향으로 가해진 인장시험에서 20kgf/㎠ 이상의 인장 접착강도로 이종재질인 제1부재(100)와 제2부재(200)를 접착할 수 있는 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명에서 사용된 접착제의 인장 접착 강도를 측정하는 모습을 촬영한 사진이다.
직경 1인치 시편을 사용하고, 양쪽에 제1부재에 사용되는 금속 재질의 시편을 위치시키고 그 사이에 제2부재에 사용되는 세라믹 재질의 시편을 위치시킨 상태에서 접착제를 사용하여 제1부재와 제2부재 사이를 접착하였다. ASTM C0633 규격을 기반으로 인장 시험 실시하여, 인장 접착 강도가 20kgf/㎠ 이상인 접착제를 본 발명의 이종접합 피커에서 제1부재와 제2부재를 접착하는 접착제로 사용하였다.
나아가 본 발명의 피커는 실사용 과정에서 부착 대상물의 온도에 의해서 제1부재(100)의 온도가 상온에서 고온으로 올랐다가 다시 내려오는 것을 반복하기 때문에 온도 변화에도 접착강도를 유지하는 접착제를 사용하여야 한다.
온도 변화에도 접착강도를 유지하는 것을 확인하기 위하여, 열충격 시험을 수행하였다. 먼저 도 4에서와 같은 시편을 제작하여 준비하고, 150℃의 오븐에서 5분을 유지한 뒤에 오븐 밖의 실온(약 25℃)에서 5분을 유지하는 과정을 반복한 뒤에 인장 접착 강도를 측정하는 열충격 시험을 수행하였다. 150℃에서 5분 유지 후에 실온에서의 5분을 유지하는 과정을 50회 반복한 뒤에 ASTM C0633 규격을 기반으로 인장 시험 실시하여, 인장 접착 강도 20kgf/㎠ 이상을 유지하는 접착제를 사용하였다. 에폭시계 접착제에 경화제를 혼합한 접착제를 사용하였으며, 열충격 시험을 통과한 접착제를 사용한 결과, 제1부재의 마모로 인하여 교체할 때까지 제1부재와 제2부재의 접착상태를 유지할 수 있었다. 이러한 조건을 만족하지 못하는 접착제를 사용하는 경우에도 이종접합 피커를 제조하여 사용할 수는 있지만, 제1부재의 마모에 따른 교체주기 이전에 제1부재와 제2부재 사이의 접착강도 저하로 인하여 피커를 교체해야하는 단점이 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 이종접합 피커를 제조하는 과정을 설명한다.
본 발명의 이종접합 피커를 제조하는 방법은, 먼저 세라믹 몸체(110) 전체를 관통하는 홀을 통해서 흡착공(120)을 형성한다. 다음으로 흡착공(120)이 노출된 일면에 제1결합가이드(112)를 형성한다. 제1결합가이드(112)는 제2부재(200)와의 접합위치를 가이드하기 위한 구성이며 그 형태와 위치 등은 제한되지 않으며, 도시된 것과 같이 특정한 형태의 요홈을 형성할 수 있다. 그리고 흡착공(120)이 노출된 타면의 표면 가공을 통해서 흡착부(130)와 흡착가이드(140)를 형성하고, 폴리싱을 통해서 평면 연마 가공을 수행한다. 이러한 과정을 통해서 제1부재(100)의 제작이 완료된다.
다음으로 제1결합가이드(112)에 대응되는 제2결합가이드(212)가 형성된 접합부(210)의 외부에 흡기관(20)이 결합되고 내부는 흡착공(120)에 연장되는 결합부(220)를 포함하는 금속재질의 제2부재(200)를 제작 준비한 뒤에, 제1부재(100)와 제2부재(200)를 접합한다. 제2결합가이드(212)를 형성하고 결합부(220)를 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 가공성이 뛰어난 금속재질을 가공하는 모든 방법이 제한 없이 적용될 수 있다.
이상의 제조방법에 따르면, 가공성이 낮은 세라믹 재질로 구성된 제1부재(100)에는 표면 가공 수준으로 가공이 최소화되고, 가공이 어려운 결합부는 가공성이 뛰어난 금속 재질로 구성된 제2부재(200)에 형성함으로써 제조과정에서 파손이나 불량 발생이 크게 감소하고 세라믹 재질의 식각에 따른 재료 낭비도 발생하지 않는 뛰어난 효과가 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 이미지 센서
20: 흡기관
100: 제1부재
110, 1100: 몸체
112: 제1결합가이드
120, 1200: 흡착공
130, 1300: 흡착부
140, 1400: 흡착가이드
200: 제2부재
210: 접합부
212: 제2결합가이드
220, 1500: 결합부
1000: 세라믹 피커

Claims (10)

  1. 흡착 대상물이 흡착되는 일면에 흡착공이 노출되고 세라믹 재질인 제1부재; 및
    제1부재에서 흡착 대상물이 흡착되는 반대측에 결합되며, 흡착공이 이어지고 진공장비와 연결된 흡기관이 결합되는 결합부를 구비한 금속 재질의 제2부재를 포함하며,
    상기 제1부재는 경도가 5 Gpa 이상이고 열전도율이 160 W/mK 이상이며, 상기 제2부재는 열전도율이 200 W/mK 이상이고,
    상기 제1부재와 제2부재는 접착제를 이용하여 접합되고, 상기 접착제는 직경 1인치의 시편에 대한 제1부재와 제2부재 사이의 인장 접착강도가 20kgf/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 이종접합 피커.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1부재는 AlN, Al2O3, SiC 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 이종접합 피커.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2부재는 구리, 구리합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금 중에 하나인 것을 특징으로 하는 이종접합 피커.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 접착제는 150℃에서 5분 유지 후에 실온에서의 5분을 유지하는 과정을 50회 반복한 열충격 시험 이후의 인장 접착강도가 20kgf/㎠ 이상인 것을 특징으로 하는 이종접합 피커.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 접착제는 에폭시계 접착제와 경화제를 혼합한 접착제인 것을 특징으로 하는 이종접합 피커.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1부재에는 제2부재의 결합 위치를 안내하는 제1결합가이드가 형성되고, 제2부재에는 상기 제1결합가이드에 대응되는 제2결합가이드가 형성된 것을 특징으로 하는 이종접합 피커.
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