KR20010053533A - 솔더 볼 배치 장치 - Google Patents

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KR20010053533A
KR20010053533A KR1020017000604A KR20017000604A KR20010053533A KR 20010053533 A KR20010053533 A KR 20010053533A KR 1020017000604 A KR1020017000604 A KR 1020017000604A KR 20017000604 A KR20017000604 A KR 20017000604A KR 20010053533 A KR20010053533 A KR 20010053533A
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plate
solder ball
solder
solder balls
carrier plate
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파울키리차드에프.
파울키리차드에프.주니어
오렌부쉬코드더블유.
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스피드라인 테크놀로지즈 인코포레이티드
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Abstract

솔더 볼 어레이를 기판 상에 배치하기 위한 장치는 관통 홀 어레이를 가진 캐리어 판을 포함한다. 각각의 홀은 솔더 볼을 유지할 수 있다. 핀 어레이를 가진 볼 배치 헤드가 캐리어 판에 의해 유지된 솔더 볼의 원하는 패턴과 정렬된다. 핀 어레이는 솔더 볼의 패턴을 밀어서 캐리어 판의 홀을 통과하여 기판 상에 위치시킨다. 또한, 본 발명은 상부면을 가지고 홀 어레이가 내부에 형성된 판으로 솔더 볼을 분배하기 위한 솔더 볼 디스펜서를 제공하는 데에 있다. 이 솔더 볼 디스펜서는 상부면이 수평면에 대해 소정 각도로 경사지는 방식으로 판을 지지하는 판 지지부와, 솔더 볼 리테이너를 포함한다. 이 볼 리테이너는 솔더 볼이 판을 가로질러 이동하는 속도를 제어하기 위해 판의 상부면을 가로질러 이동할 수 있다.

Description

솔더 볼 배치 장치{SOLDER BALL PLACEMENT APPARATUS}
일 기법에 있어서, 솔더 볼 어레이는 진공 헤드에 의해 포획된다. 각각의 솔더 볼은 진공 헤드의 개별 진공 노즐에 의해 유지된다. 이 후에, 진공 헤드는 솔더 볼을 반도체 기판 상에 배치시키고 나서 이 기판 상에 솔더 볼을 해제시킨다.
다른 기법에 있어서, 반도체 기판 위에 마스크가 배치된다. 이 마스크에는 이를 관통해서 기판 상에 원하는 패턴의 전기 접속부에 대응하는 오프닝 어레이가 형성된다. 그 후에, 소정량의 솔더 볼이 에어 나이프(air knife) 또는 스퀴저(squeezer)에 의해 마스크 전체 영역에 분산된다. 이 솔더 볼의 일부분은 떨어져서 마스크의 오프닝에 의해 포획되며, 이에 의해 솔더 볼이 기판 상에 원하는 패턴으로 배치된다.
또 다른 기법에 있어서, 전사 기판은 이 기판 상에 원하는 패턴의 전기 접속부에 대응하는 만입부 어레이와 함께 형성된다. 이 후에, 이 만입부 어레이는 솔더 볼로 채워진다. 반도체 기판이 뒤집어져 전사 기판 상에 놓여 있는 솔더 볼 어레이와 접촉하게 된다. 그 후에, 이 솔더 볼은 리플로잉되어 반도체 기판에 금속 야금학적으로 본딩된다.
일부 적용예에 있어서, 약 0.012 ∼ 0.030 인치의 직경을 가진 2000 개의 솔더 볼이 약 4 평방 인치의 면적의 반도체 기판 상에 배치된다. 그 결과, 작은 사이즈의 다수의 솔더 볼은 전류 장치를 이용하여 반도체 기판 상에 솔더 볼의 완전한 어레이를 일관성 있게 배치하는 것을 종종 어렵게 만든다.
이 출원은 미국 출원 제08/795,543의 일부 계속 출원으로서 여기에 참조로서 합체되어 있다.
반도체 소자의 제조에 있어서, 반도체 소자의 기판 상에 작은 솔더 볼을 볼 그리드 어레이(ball grid array) 상태로 배치하고 나서, 이 솔더 볼을 오븐(oven) 에서 리플로잉시켜 기판 상에 일련의 전기 접속부를 제공하는 것이 일반적이다. 현재, 솔더 볼을 배치해서 반도체 및 다른 전기 소자 상으로 볼 그리드 어레이를 형성하기 위한 몇가지 상이한 기법이 존재한다.
본 발명의 전술한 목적과 다른 목적, 특징 및 장점은 도면의 바람직한 실시예에 대한 다음의 보다 구체적인 설명으로부터 명백해질 것이며, 이 도면에서 동일한 참조 번호는 다른 도면 전체에서도 동일한 부분을 언급한다. 이 도면은 반드시 축척으로 도시될 필요가 없는 대신에, 본 발명의 원리를 예시하는 데에 강조를 두고 있다.
도 1은 본 발명의 솔더 볼 배치 장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 장치에 이용되는 캐리어 판의 평면도이다.
도 3은 캐리어 판의 단부를 나타낸 단부도이다.
도 4는 캐리어 판을 관통하는 한 개의 홀을 보여주는 캐리어 판의 일부를 나타낸 측단면도이다.
도 5는 완전한 어레이의 솔더 볼을 유지하고 있는 캐리어 판의 평면도이다.
도 6은 패턴 헤드에 의한 불필요한 솔더 볼의 제거 후에 원하는 패턴의 솔더 볼의 부분적인 어레이를 유지하고 있는 캐리어 판의 평면도이다.
도 7은 캐리어 판 위에 배치된 볼 피더의 부분 단면도이다.
도 8은 솔더 볼을 캐리어 판 상으로 공급하는 볼 피더의 부분 단면도이다.
도 9는 제1 감지 시스템의 개략적인 측면도이다.
도 10은 캐리어 판 위에 배치된 패턴 헤드의 부분 측단면도이다.
도 11은 패턴 헤드/볼 배치 헤드의 핀의 측면도이다.
도 12는 캐리어 판이 그 측면 에지 상에 패턴 헤드 그립퍼에 의해 유지되는 패턴 헤드 조립체의 단부를 나타낸 단부도이다.
도 13은 패턴 헤드 그립퍼에 의해 측면 에지 상에서 파지된 캐리어 판의 평면도이다.
도 14, 15 및 16은 솔더 볼을 밀어서 캐리어 판을 통과시키는 한 개의 패턴 헤드의 핀을 나타내는 도면이다.
도 17은 제2 감지 시스템의 개략적인 측면도이다.
도 18은 캐리어 판 위에 배치된 볼 배치 헤드의 부분 측단면도이다.
도 19는 반도체 기판이 진공 척에 의한 볼의 배치를 위해 배치되어 있는 상태로 캐리어 판이 볼 배치 헤드 그립퍼에 의해 측면 에지 상에 유지되는 볼 배치 헤드 조립체의 단부를 나타낸 단부도이다.
도 20, 21, 22 및 23은 캐리어 판에서 반도체 기판 상으로 솔더 볼을 미는 한 개의 볼 배치 헤드의 핀을 나타내는 도면이다.
도 24는 다른 바람직한 캐리어 판의 일부분을 나타낸 측단면도이다.
도 25는 도 24의 캐리어 판의 일부분의 저면도이다.
도 26은 또 다른 바람직한 캐리어 판의 일부분의 저면도이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따라 캐리어 판의 홀에서 반도체 기판으로 솔더 볼을 밀기 위해 사용되는 배치 장치를 나타내는 도면이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 피더 디스펜서를 제1 작동 위치에서 나타낸 부분 측단면도이다.
도 29는 도 28의 볼 피더 디스펜서를 제2 작동 위치에서 나타낸 부분 측단면도이다.
도 30은 도 28의 볼 피더 디스펜서를 제3 작동 위치에서 나타낸 부분 측단면도이다.
도 31은 도 28의 볼 피더 디스펜서에 사용되는 솔더 볼 리테이닝 장치의 사시도이다.
도 32는 도 31의 솔더 볼 리테이닝 장치를 제1 작동 위치에서 나타낸 평면도이다.
도 33은 도 31의 솔더 볼 리테이닝 장치를 제2 작동 위치에서 나타낸 평면도이다.
도 34는 도 31의 솔더 볼 리테이닝 장치를 제3 작동 위치에서 나타낸 평면도이다.
도 35는 도 31의 솔더 볼 리테이닝 장치의 부분 측단면도이다.
도 36은 도 35의 세부 영역을 확대한 확대도이다.
도 37은 도 35의 B-B 선을 따라 바라본 도면이다.
도 38은 본 발명의 일 실시예에 사용되는 분산 판의 평면도이다.
도 39는 도 38의 39-39 선을 따라 취한 단면도이다.
도 40은 도 28의 볼 피더 디스펜서를 제4 작동 위치에서 나타낸 부분 측단면도이다.
도 41은 도 28의 볼 피더 디스펜서에 결합된 볼 재순환 장치 및 캐리어 판 경사 기구의 부분 측단면도이다.
본 발명은 솔더 볼의 배치에 있어서 과거의 기법에 비해 더욱 신뢰성 있는, 반도체 기판 상에 솔더 볼 어레이를 배치하기 위한 장치를 제공한다. 본 발명의 장치는 일련의 관통 홀을 가진 캐리어 판을 포함한다. 각각의 홀은 솔더 볼을 유지할 수 있다. 볼 배치 헤드 상의 제1 패턴의 돌출부 가운데 적어도 일부분은 캐리어 판에 의해 유지되는 제1 패턴의 솔더 볼과 정렬된다. 이 돌출부는 제1 패턴의 솔더 볼을 캐리어 판의 홀을 통해서 기판 상으로 민다.
바람직한 실시예에 있어서, 솔더 볼 피더(feed)는 캐리어 판을 솔더 볼로 채운다. 이 피더는 캐리어 판으로부터 과잉의 솔더 볼을 쓸어내기 위한 유연한 와이핑 요소(compliant wiping element)를 포함한다. 패턴 헤드 상의 제2 패턴의 돌출부는 캐리어 판으로부터 제2 패턴의 솔더 볼을 밀기 위해 캐리어 판에 의해 유지되는 솔더 볼의 일부와 정렬되고, 그 결과 단지 제1 패턴의 솔더 볼만이 캐리어 판에 의해 유지된다. 볼 배치 및 패턴 헤드 상의 돌출부 각각은 캐리어 판의 대응 홀과 자가 정렬하는 핀이다.
제1 감지 시스템은 캐리어 판의 필요한 모든 홀이 솔더 볼 피더에 의해 채워진 후에 솔더 볼을 유지하고 있는 지의 여부를 감지한다. 이 제1 감지 시스템은 시각 장치와, 캐리어 판의 후방에 배치되어 캐리어 판을 후방 조사하기 위한 광원을 포함한다. 제2 감지 시스템은 패턴 헤드가 캐리어 판으로부터 제2 패턴의 솔더 볼을 밀고 난 후에 단지 제1 패턴만의 솔더 볼을 유지하고 있는 지의 여부를 감지한다. 이 제2 감지 시스템은 시각 장치와, 캐리어 판이 단지 제1 패턴만의 솔더 볼을 유지하고 있는 지의 여부를 탐지하기 위해 캐리어 판의 후방에 배치되어 캐리어 판을 후방 조사하기 위한 광원, 그리고 캐리어 판의 최상면 상에 어떤 탈선 솔더 볼을 탐지하기 위해 캐리어 판의 전방에 배치되어 캐리어 판을 전방 조사하기 위한 광원을 포함한다.
바람직한 일 실시예에 있어서, 캐리어 판은 제1 판 부분과 제2 판 부분 사이에 끼워진 필름을 포함한다. 캐리어 판의 일련의 홀은 제1 판 부분, 필름 및 제2 판 부분을 관통한다. 이 제1 및 제2 판 부분의 홀은 솔더 볼이 통과할 수 있도록 치수 조정되는 반면에, 필름의 홀은 볼 배치 헤드에 의해 밀리는 경우 솔더 볼은 필름을 통과할 수는 있지만 중력에 의해서 솔더 볼이 필름을 통과하는 것을 방지하기 위해 치수 조정된다.
바람직한 다른 실시에에 있어서, 캐리어 판의 홀은 치수 조정되어 볼의 통과를 방지하지만, 캐리어 판 아래에 배치된 볼 배치 헤드의 핀이 후방에서 솔더 볼을 밀어서 캐리어 판의 최상면의 오프닝을 통과할 수 있게 한다. 이 실시예에서, 솔더 볼을 유지할 수 있는 반도체 기판은 캐리어 판 위에 역전 상태로 배치되어, 솔더 볼이 홀에서부터 반도체 기판의 최상면을 향하여 밀릴 수 있다.
제1 감지 시스템, 패턴 헤드, 제2 감지 시스템 및 볼 배치 헤드는 제1 감지 스테이션, 패턴 헤드 스테이션, 제2 감지 스테이션 및 볼 배치 헤드 스테이션 각각에 배치되어 환형 경로를 이룬다. 캐리어 판을 지지하기 위한 지지 핑거를 구비한 회전 가능한 캐러젤(carousel)은 캐리어 판을 각각의 스테이션으로 이송시킨다. 이 캐러젤은 각각의 스테이션에서 동시 작동되어 높은 처리량(through put)이 얻어진다.
본 발명의 다른 실시예는 홀 어레이가 내부에 형성되고 상부면을 가진 판으로 솔더 볼을 분배하기 위한 솔더 볼 디스펜서를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이 솔더 볼 디스펜서는 판을 지지하기 위해 이 판의 상부면이 수평면에 대해 소정 각도로 경사지는 방식으로 구성 배열되는 판 지지부와, 이 판 지지부 위에 배치되어 솔더 볼을 판으로 공급하는 볼 공급 장치와, 상기 판 지지부 위에 배치된 솔더 볼 리테이너(retainer)를 포함한다. 이 솔더 볼 리테이너는 판의 상부면을 가로질러 이동할 수 있어서 솔더 볼이 판을 가로질러 이동하는 속도를 제어하게 된다.
솔더 볼 디스펜서는 판으로부터 탈선 솔더 볼을 쓸어낼 볼 스위퍼(ball sweeper)를 포함한다. 이 솔더 볼 디스펜서는 솔더 볼이 판을 가로질러 이동할 때 솔더 볼을 수용하는 무바닥 엔클로저(enclosure)일 수 있다. 이 솔더 볼 리테이너는 경사진 선행 벽과, 볼 스위퍼가 배치되어 있는 후방부를 구비할 수 있다. 이 솔더 볼 디스펜서는 솔더 볼을 판 위에 분산시키는 분산 장치를 더 포함할 수 있으며, 이 분산 장치는 볼을 분산시키는 경사면을 포함할 수 있다. 판 지지부는 수평면에 대한 각도가 18°∼ 25°의 범위에 속하는 방식으로 구성 및 배열될 수 있다. 이 솔더 볼 디스펜서는 미사용된 솔더 볼을 잡아서 이를 볼 피더로 다시 투입시키는 재순환 트레이를 포함할 수 있다. 이 솔더 볼 피더는 카세트형 분리 저장기를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에서, 솔더 볼 배치 장치(10)는 테이블 최상면(12) 상에 배치되어 있는 인덱싱 캐러젤(indexing carousel; 14)을 포함한다. 이 캐러젤(14)은 회전점(11a)을 중심으로 회전하는 중심 허브(11)로부터 외향으로 연장하는 10개의 아암(14a)을 포함한다. 이 아암(14a)은 핀(17)을 갖춘 10개의 캐리어 판(18)을 지지하기 위한 10쌍의 스프링 부하 지지 핑거(16a, 16b)를 지지한다. 각각의 캐리어 판(18)은 이를 관통해서 형성된 홀(82) 어레이(80)를 포함하며, 이 홀은 반도체 기판 파트(72) 상으로 배치를 위한 솔더 볼(102)을 지지한다(도 5). 상기 캐러젤(14)은 화살표(8) 방향(시계 방향)으로 점진적으로 회전함으로써 원형으로 배열된 10개의 상이한 작업 스테이션 사이에 10개의 캐리어 판(18)을 이송시킨다.
장치(10)는 캐리어 판(18)이 로딩되거나 언로딩되는 로드/언로드 스테이션(20)을 포함한다. 5개의 볼 피더 스테이션(22, 24, 26, 28, 30)은 캐리어 판(18)의 홀(82) 어레이(80)를 솔더 볼(102)로 점진적으로 채우기 위해 로드/언로드 스테이션 다음에 배치된다. 이 볼 피더 스테이션(30) 다음에는 캐리어 판(18)의 어레이(80)에 필요한 모든 홀(82)이 솔더 볼(102)로 채워졌는 지의 여부를 결정하기 위한 제1 감지 시스템(32)이 배치된다. 이 제1 감지 시스템(32) 다음에는 홀(82)의 어레이(80)로부터 불필요한 솔더 볼(102)의 패턴(83)을 제거함으로써 솔더 볼(102)의 원하는 패턴(81)(도 6)을 만들기 위한 패턴 헤드 스테이션(34)이 배치된다. 이 패턴 헤드 스테이션 다음에는, 솔더 볼(102)의 원하는 패턴(81)을 얻어졌는 지의 여부를 결정하기 위한 제2 감지 스테이션(36)이 배치된다. 이 제2 감지 스테이션(34) 다음에는 솔더 볼(102)의 패턴(81)을 파트(72) 상으로 배치시키기 위한 볼 배치 스테이션(38)이 배치된다. 이 볼 배치 스테이션(38)에 인접하여 JEDEC 범용 트레이(70)에 유지되어 있는 파트(72) 어레이를 볼 배치 스테이션(38)으로 이동시키기 위한 X-Y 테이블(66)이 배치된다.
작동시, 장치(10)는 먼저 적어도 1개에서 10개까지의 캐리어 판(18)에 의해 로딩되어야만 한다(도 2). 이는 지지 핑거(16a/16b) 사이에, 그리고 핀(17)의 최상면에 위치하는 로드/언로드 스테이션(20)에 캐리어 판(18)을 배치함으로써 달성된다. 캐러젤(14)은 하나의 증분 단위로 인덱싱되어, 그 절차는 9회 이상 반복되는 것이 바람직하다.
이하에서는 캐리어 판(18)이 캐러젤(14)에 의해 인덱싱됨에 따라 하나의 캐리어 판(18)으로부터 솔더 볼(102)를 채우고 분배하기 위한 동작 순서가 설명된다. 캐리어 판(18)은 로드/언로드 스테이션(16a/16b)에 의해 지지되고, 캐러젤(14)에 의해 볼 피더 스테이션(22)으로 인덱싱된다. 볼 피더(40)는 솔더 볼(102)로 홀(82) 어레이(80)를 채우기 위한 캐리어 판(18) 상으로 소정량의 솔더 볼(102)을 낙하시킨다. 볼 피더 스테이션(22)은 홀(82)의 대부분을 어레이(80) 상태로 채운다. 그 후에, 캐리어 판(18)은 볼 피더 스테이션(24)으로 인덱싱된다. 캐리어 판(18)이 인덱싱되었을 때, 와이핑 요소(44)가 홀(82) 속으로 떨어지지 않은 캐리어 판(18)의 최상면의 솔더 볼(102)을 캐리어 판(18)으로부터 쓸어낸다. 볼 피더 스테이션(24, 26, 28, 30)은 볼 피더 스테이션(22)에 의해 수행되는 볼 공급 절차를 반복해서 필요하다면 채워지지 않고 남아 있는 홀(82)을 점진적으로 어레이(80) 상태로 채운다. 캐러젤(14)은 캐리어 판(18)을 각각의 스테이션으로 인덱싱한다.
바람직하게는 솔더 볼(102)로 완전하게 채워지는 캐리어 판(18)이 볼 피더 스테이션(30)에서 제1 감지 스테이션(32)으로 인덱싱된다(도 5). 이 캐리어 판(18)은 광원(46)에 의해 캐리어 판(18) 하방에서 조사된다. 캐리어 판(18) 상의 어레이(80)가 거울(48)을 통해 카메라(50)에 의해 검시된다. 홀(82) 어레이(80)가 솔더 볼(102)에 의해 필요한 만큼 완전하게 채워지지 않는 경우, 캐리어 판(18)은 앞쪽으로 인덱싱되어 남아 있는 작업을 그대로 통과하여 볼 피터 스테이션(22)으로 복귀한다. 어레이(80)가 솔더 볼(102)에 의해 필요한 만큼 완전하게 채워진 경우, 캐리어 판(18)은 패턴 헤드 스테이션(34)으로 인덱싱된다. 이 어레이(80)는 솔더 볼(102)로 채워지지 않지만, 또한 (후술하는) 원하는 패턴(81)의 일부도 되지 않는 홀(82)을 가질 수 있다.
패턴 헤드 스테이션(34)은 패턴 헤드(104) 및 패턴 헤드 그립퍼(74a/74b)를 구비한 패턴 헤드 조립체(52)를 포함한다. 이 패턴 헤드 스테이션(34)에서, 패턴 헤드 그립퍼(74a/74b)는 캐리어 판(18)을 파지한다. 그 후에, 이 패턴 헤드 그립퍼(74a/74b)는 캐리어 판(18)을 상승시켜 패턴 헤드(104)에 대해 상향으로 캐리어 판(18)을 가져가는 지지 핑거(16a/16b)의 핀(17)을 벗어난다. 패턴 헤드(104)는 도 6에 도시된 바와 같이 원하는 패턴(81)을 남기는 일련의 핀(108)(도 10 및 11)을 이용하여 캐리어 판(18)의 어레이(80)로부터 불필요한 솔더 볼(102)의 예정된 패턴을 민다. 캐리어 판(18)은 지지 핑거(16a/16b)의 핀(17) 상으로 다시 하강된다.
그 후에, 패턴 헤드 그립퍼(74a/74b)는 캐리어 판(18)을 해제하고, 캐러젤(14)은 캐리어 판(18)을 제2 감지 스테이션(36)으로 인덱싱한다. 이 캐리어 판(18)은 광원(46)에 의해 하부에서, 그리고 광원(54)에 의해 상부에서 조사된다. 제1 감지 스테이션(32)에서와 같이, 캐리어 판(18) 상의 어레이(80)는 거울(48)을 통해 카메라(50)에 의해 검시된다. 광원(46)은 어레이(80)에서 솔더 볼(102)이 원하는 패턴으로 되어 있는 지의 여부를 카메라(50)가 확인할 수 있게 해준다. 광원(54)은 가령 에어 제트 또는 와이퍼(wiper)에 의해 어떤 탈선 솔더 볼(102)이 나중에 제거될 수 있는 캐리어 판(18)의 최상면에 존재하는 지의 여부를 카메라(54)가 확인할 수 있게 해준다. 어레이(80)에서의 솔더 볼(102)의 패턴(81)이 정확하다면, 캐리어 판(18)은 볼 배치 스테이션(38)으로 인덱싱된다. 이 볼 배치 스테이션으로 캐리어 판(18)이 적절하게 인덱싱되었다는 것을 광 센서(78a, 78b)가 보장한다.
이 볼 배치 스테이션(38)은 볼 배치 해드(126) 및 볼 배치 그립퍼(127a/127b)를 구비한 볼 배치 헤드 조립체(56)를 포함한다. 볼 배치 스테이션(38)에서는, 캐피어 판(18)이 볼 배치 그립퍼(127a/127b)에 의해 파지된다. 그립퍼(68)를 이용하여 파트(72)의 트레이(70)를 파지하는 X-Y 테이블(66)은 캐리어 판의 어레이(80) 하부에 파트(72)를 정렬시킨다. 파트(72) 아래에 배치된 진공 척(76)이 상향으로 이동하여 그 위에 있는 파트(72)를 진공 노즐(76a)과 함께 고정시킨다. 이 진공 척(76)은 파트(72)를 트레이(70) 상의 파트의 안착 위치 위로 약간 상승시킨다. 핑거 액츄에이터(62)는 지지 핑거(16a/16b)를 개방시킨다. 볼 배치 그립퍼(127a/127b)는 파트(72) 바로 위의 위치로 {파트(72)에서 위로 약 0.020 인치} 캐리어 판을 하향으로 이동시킨다. 이 후에, 볼 배치 헤드(126)는 캐리어 판에 대해 하향으로 이동해서, 핀(108) 어레이(도 18)를 이용하여 캐리어 판(18)으로부터 파트(72) 상으로 원하는 패턴(81)의 솔더 볼(102)을 민다(도 6). 이 솔더 볼(102)은 핀 이동 공정 또는 스크린닝 공정 가운데 어느 하나에 의해 파트(72) 상으로 놓여진 플럭스(72a) 덩어리 상으로 배치된다(도 20). 또한, 볼 배치 그립퍼(127a/127b)는 캐리어 판(18)을 상향으로 이동시키고, 지지 핑거(16a/16b)는 캐리어 판(18)을 지지하기 위해 핑거 액츄에이터(62)에 의해 폐쇄된다. 진공 척(76)은 상향으로 이동하여 파트(72)를 트레이(70)로 복귀시킨다. 볼 배치 그립퍼(127a/127b)가 캐리어 판(18)을 해제하고 나면, 이 캐리어 판(18)은 로드/언로드 스테이션(20)으로 인덱싱되며, 그래서 사이클은 반복된다.
각각의 스테이션(22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38)에 의해 수행되는 공정은 캐러젤(14)이 증분 단위로 회전함에 따라 동시에 일어난다. X-Y 테이블(66)은 볼 배치 헤드(126) 아래의 트레이(70)에 있는 각각의 파트(72)를 이동시켜, 이들 파트 모두 상에 솔더 볼(102)의 원하는 패턴(81)이 배치된다. 일단 이것이 달성되면, 파트(72)의 새로운 트레이(70)가 X-Y 테이블(66) 속으로 로딩된다.
캐리어 판(18) 가운데 하나가 제1 감지 스테이션(32) 또는 제2 감지 스테이션(36) 가운데 어느 하나에서 한번 이상 거부되면, 장치(10)는 프로그래밍되어 기계 조작자에게 통지한다. 그러한 경우에, 캐리어 판(18)은 결함을 가진 것으로 판단되어 로드/언로드 스테이션(20)에서 새로운 캐리어 판(18)으로 교체될 수 있다.
이제, 장치의 구성 요소에 대한 보다 세부적인 설명이 따른다. 캐러젤(14) 상의 각각의 아암(14a)은 가위형 배치 관계로 캐러젤 아암(14a)에 선회식으로 장착되는 2개의 지지 핑거(16a/16b)를 지지한다. 이러한 가위형 배치 관계는 스프링 조립체(13)에 의해 스프링 부하를 받는다. 캐러젤 아암(14a) 상의 핑거(16a)는 캠(15)에 의해 인접한 캐러젤 아암(14a) 상에 장착된 대향 핑거(16b)에 연결되며, 그 결과 이들 대향 핑거(16a/16b)는 핑거 액츄에이터(62)에 의해 개방 및 폐쇄될 수 있다. 각각의 대향 핑거(16a/16b)는 캐리어 판(18)을 적절한 위치에서 지지하기 위해 캐리어 판(18)의 리세스(88)에 맞물리도록 상호 마주보는 2개의 수평 핀(17)을 포함한다(도 2 및 도 3). 캐러젤(14)은 기어 감속기에 결합된 서보 모터에 의해 인덱싱된다. 캐러젤(14) 하부에는 볼 배리어(ball barrier; 9)가 배치되어, 스테이션(32, 34, 36, 38, 20)으로부터 볼 피더 스테이션(22, 23, 26, 28)을 분리시킨다. 이는 이탈한 솔더 볼(102)에 의해 스테이션(32, 34, 36, 38, 20)이 오염되는 것을 방지하도록 도와준다.
도 2, 3, 및 4를 참조하면, 캐리어 판(18)은 인쇄 회로 기판 재료로 구성된 2개의 판(92, 100) 사이에 KaptonTM과 같은 탄성 플라스틱으로 된 필픔(98)을 라미네이팅함으로써 성형된다. 바람직하게는, 최상부판(92)은 약 0.020 인치의 두께를 가지고, 필름(98)은 0.0005 인치의 두께를 가지고, 하부판(100)은 0.125 인치의 두께를 가진다. 최상부판(92), 필름(98) 및 하부판(100)은 약 0.0005 인치의 두께를 가지는 2개의 접착층(96)과 함께 라미네이팅된다. 이들 판(92, 100)의 외면은 금으로 도금되며, 그 결과 캐리어 판(18)이 접지되어 정전기를 방지할 뿐만 아니라 파트(72)에 대한 손상을 방지할 수 있다. 또한, 금 도금은 표면을 용이하게 세정할 수 있다. 캐리어 판(18)은 약 5 인치의 길이와 2.5 인치의 폭을 가지는 것이 바람직하다.
어레이(80)의 각각의 홀(82)은 최상부판(92) 내에 제1 부분(82a)을 포함하며, 이 부분은 약 0.030 인치의 직경을 가진 솔더 볼을 유지시키기 위하여 약 0.036 인치의 직경을 가진다. 또한, 각각의 홀(82)은 넓은 입구(82b)와 좁은 출구(82c)를 가진 하부판(100)의 깔대기 부분을 포함하며, 이 부분은 솔더 볼의 정밀한 배치를 위해 약 0.032 인치의 직경을 가진다. 이 홀(82)은 서로에 대해 약 0.050 인치의 거리로 이격하는 것이 바람직하다. 필름(98)은 서로에 대해 직각으로 교차하는 2개의 슬릿을 이용하여 필름(98)을 슬릿팅(slitting)함으로써 형성된 오프닝(98a)을 구비한다. 이 필름(98)은 솔더 볼(102)이 자중에 의해 오프닝(98a)을 통과하지 못할 정도로 단단하지만, 패턴 헤드(104) 및 볼 배치 헤드(126)의 핀(108)(도 11)에 의해 솔더 볼(102)이 밀려 통과할 수 있을 정도로 유연하다.
캐리어 판(18)은 약 0.125 인치의 직경을 가진, 대향하는 양단부에 있는 2개의 정렬 홀(90)을 포함한다. 이 정렬 홀(90)은 정렬 핀(90a)과 결합하여(도 10 및 18), 캐리어 판(18)을 패턴 헤드(104) 및 볼 배치 헤드(126)와 정렬시킨다. 4개의 홀(86)이 캐리어 판(18)의 모서리에 위치하고 있으며, 약 0.191 인치의 직경을 가진다. 홀(86)은 패턴 헤드(104) 및 볼 배치 헤드(126)로부터 연장하는 나사 머리를 돌출시키기 위한 공차를 가진다. 캐리어 판(18)의 단부 상의 리세스(88)는 지지 핑거(16a, 16b)의 핀(17)을 수용한다. 캐리어 판(18)의 측면을 따라 위치하고 있는 리세스(84)는 패턴 헤드 그립퍼(74a/74b) 및 볼 배치 그립퍼(127a/127b)의 돌출부(71)를 수용한다(도 13). 필름(98)은 KaptonTM으로 만들어지는 것이 바람직하기는 해도, MylarTM과 같은 다른 적절한 단단한 플라스틱 필름도 이용될 수 있다. 이 외에도, 금속 호일(foil) 또는 필름이 이용될 수 있다. 게다가, 최상부판(92)은 인쇄 회로 기판 재로 대신에 금속으로 만들어질 수 있다. 그러한 경우에, 금속 최상부판(92)을 관통하는 홀(82)은 에칭될 수 있다. 또한, 어레이(80)의 사이즈는 파트(72)에 대한 배치를 위해 필요한 솔더 볼의 최대수에 의존하여 변동될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 어레이는 441개의 홀을 가지는 반면에, 다른 통상의 어레이는 1089개의 홀을 가진다. 실제로, 어레이(80)는 캐리어 판(18)의 대부분의 영역을 점유할 수 있다. 또한, 복수의 어레이(80)는 복수의 파트(72)용으로 캐리어 판(18)에 형성될 수 있다. 마지막으로, 캐리어 판(18)의 치수는 적용 분야에 따라 바로 변동될 수 있으며, 예컨대 복수의 파트용으로 이용되는 경우에 확대될 수 있다.
도 1, 7 및 8을 참조하면, 각각의 볼 피더(40)는 이것(40)에 솔더 볼(102)을 공급하기 위한 공급 튜브(42)를 포함한다. 이 솔더 볼(102)은 중력에 의해 하향으로 이동하여 피더 부재(41)의 내측 챔버(49)로 들어간다. 이 내측 챔버(49)를 둘러싸는 벽(45a)에는 솔더 볼(102)이 외측 챔버(47)로 달아날 수 있는 오프닝(45b)이 마련되어 있다. 이 외측 챔버(47)를 둘러싸는 벽(43a)에는 오프닝(45b)으로부터 90°로 배치된 오프닝(43b)이 마련되어 있다. 피더 부재(41)가 회전되어 오프닝(43b)을 이동시켜 캐리어 판(18)과 마주보는 경우, 외측 챔버(47) 내에 수용된 소정량의 솔더 볼(102)이 홀(82) 어레이(80) 위의 캐리어 판(18) 상으로 쏟아진다. 그러는 동안, 오프닝(45b)은 솔더 볼(102)을 내측 챔버(49) 안으로 수집할 수 있도록 측면으로 회전한다. 각각의 볼 피더(40)는 이것(40)을 둘러싸는 엔클로저(58)를 포함하며, 이 엔클로저는 홀(82) 어레이(80) 전체에 대부분의 솔더 볼(102)을 유지시키기 위해 캐리어 판(18)에 충분히 가까이 배치되어 있다. 그때, 이 볼 피더(40)에 인접하여 45°각도로 배치된 와이핑 요소(44)는 캐리어 판(18)이 캐로젤(14)에 의해 인덱싱될 때 캐리어 판(18)으로부터 과잉의 솔더 볼(102)을 쓸어내린다. 바람직하게는, 이 와이핑 요소(44)는 부드럽고 유연하면서도 투명한 플라스틱으로 성형되지만, 선택적으로는 알루미늄, 황동, 강 등과 같은 금속 또는 고무로 만들어질 수 있다. 이 와이핑 요소(44)와 캐리어 판(18) 사이에 적절한 공간이 휠(44a)에 의해 생긴다. 다른 실시예에서는, 에어 제트(air jet)가 과잉의 솔더 볼(102)을 제거하는 데에 이용될 수 있고, 또는 캐리어 판(18)이 경사질 수 있다. 비록 볼 피더 스테이션은 캐리어 판(18)을 솔더 볼(102)로 점진적으로 채우는 것이 바람직하지만, 이 캐리어 판(18)이 볼 피더 스테이션(30)에 도달하기 전에 필요한 솔더 볼(102)로 이미 채워진 경우에는, 장치(10)는 캐리어 판이 각각의 볼 피더 스테이션을 벗어날 때 그 캐리어 판을 검사하도록 프로그램될 수 있으며, 그 결과 캐리어 판(18)이 솔더 볼(102)로 적절하게 채워졌다면 이 캐리어 판(18)은 남아 있는 볼 피더 스테이션을 그대로 통과할 수 있다.
도 9를 참조하면, 제1 감지 스테이션(32)은 캐리어 판(18)을 후방 조사하기 위해 캐리어 판(18) 아래에 배치되어 있는 평면 광원(46)을 포함한다. 이 광원(46)은 테이블 최상면(12)에 배치된 평탄한 블럭(47) 상에 장착된다. 카메라(50)는 CCD 카메라가 바람직하며, 캐리어 판(18) 위에 수평 방향으로 장착된다. 이 캐리어 판(18) 위에서 캐리어 판(18)에 대해 45°로 브라켓트(49)에 거울(48)이 장착되어 있으며, 이 거울은 카메라(50)가 캐리어 판(18) 상의 홀(82) 어레이(80)을 검시할 수 있게 한다. 광원(46)은 카메라(50)가 어레이(80)를 검시할 수 있을 정도로 충분히 긴 펄스의 빛을 제공한다. 이 카메라(50)는 수평 방향으로 배치되는 것이 바람직하지만, 선택적으로 카메라(50)는 캐리어 판(18) 위에서 수직 방향으로 배치될 수 있다. 그러한 경우에, 거울(48)은 생략된다.
도 10, 11, 12 및 13을 참조하면, 패턴 헤드 조립체(52)는 이것(52)의 하단부(124)에 장착된 패턴 헤드(104)를 포함한다. 이 패턴 헤드(104)는 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이 캐리어 판(18)으로부터 솔더 볼(102)의 불필요한 패턴(83)을 밀기 위한 수직 방향으로 배치된 핀(108)의 패턴을 가진다. 이 패턴 헤드(104)의 핀(108)의 패턴은 패턴(83)에 대응하도록 정렬된다. 핀(108)은 단부(108a) 및 둥근 팁(107)이 하향으로 향하도록 배향된다. 이 핀(108)은 금 도금된 인쇄 회로 기판 재료로 만들어진 판(110, 112, 114)에 의해 제위치에 유지된다. 이들 판(110, 112, 114)은 단부 부품(116) 사이에 장착되고, 캐리어 판(18) 상의 홀(82) 어레이(80)에 대응하는 관통 홀(82) 어레이(80)를 포함한다. 판(110, 112)은 2개의 스페이서(113)에 의해 판(114)으로부터 이격되어 있다. 핀(108) 상의 쇼울더(shoulder; 105)는 스페이서(113) 사이의 공동(空洞) 내에 있는 판(112) 위에 배치되고, 핀(108)이 상하 운동할 수 있는 운동량을 제한한다. 핀(108)의 단부(108b)는 경질 고무, 틈새 메움 스톡(shim stock; 120) 및 포움(foam; 122)으로 형성된 샌드위치부에 안착된다. 이 샌드위치부는 각각의 핀(108)을 충분히 이동시켜 캐리어 판(18)의 대응 홀(82)과 핀(108)이 자가 정렬될 수 있게 한다. 이 핀(108)의 팁(107) 위에는 핀(108)을 보호할 뿐할 아니라 이 핀을 적절한 정렬 상태로 유지시키기 위해 스프링 부하 스트립퍼 판(106)이 배치된다. 또한, 이 스트립퍼 판(106)은 홀(82) 어레이(80)를 포함하며, 이 홀 어레이는 캐리어 판(18)의 그것에 대응한다. 스트립퍼 판(106)은 화살표(103) 방향으로 판(110)에 대해 상향으로 이동하며, 이때 캐리어 판(18)은 패턴 헤드 그립퍼(74a/74b)에 의해 스트립퍼 판(106)에 대해 상향으로 밀린다. 이 스트립퍼 판(106)은 핀(108)이 캐리어 판(18) 내에서 방해 작용하는 것을 방지하기 위해 핀(108)에 대해 수직 방향으로 캐리어 판(18)을 유지시킨다. 판(106, 110, 112, 114)은 금 도금되며, 그 결과 이들 판은 전기적으로 접지되어 정전기를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 파트(72)에 대한 손상을 방지할 수 있다. 이들 판(106, 110, 112, 114)은 이들의 홀(82) 어레이(80)가 서로에 대해 정렬되도록 2개의 정렬 핀(90a)을 따라 장착된다.
그립퍼(74a/74b)는 각각의 피봇점(75a, 75b)을 중심으로 선회하여, 이 그립퍼(74a/74b)는 화살표(77)에 의해 도시된 바와 같이 캐리어 판(18)을 파지하고 해제할 수 있다. 이 그립퍼(74a/74b)는 캐리어 판(18)을 그립퍼(74a/74b) 내에 정렬시키기 위해 리세스(84)에 맞물리는 돌출부(71)를 구비한다(도 13). 바닥부(73a, 73b)는 캐리어 판(18)을 바닥으로부터 지지한다. 이 그립퍼(74a/74b)는 패턴 헤드(104)에 대해 상하로 미끄러지고, 기어 감속기를 통해 결합된 브러시리스 서보 모터에 의해 순차적으로 구동되는 크랭크 슬라이더 기구에 의해 구동된다.
캐리어 판(18)에서의 홀(82) 어레이(80)로부터 불필요한 솔더 볼(102)의 패턴을 제거하기 위해, 이 캐리어 판(18)은 그립퍼(74a/74b)에 의해 화살표(101) 방향인 상향으로 이송된다. 캐리어 판(18)은 핀(108)이 스트립퍼 판(106)으로부터 돌출되도록 스트립퍼 판(106)에 맞물려서 화살표(103) 방향인 상향으로 스트립퍼 판을 민다. 핀(108)의 패턴은 불필요한 솔더 볼(102)의 대응 패턴(83)을 밀어서 캐리어 판(18)을 통과한다. 이것은 도 6에 도시된 바와 같이 어레이(80) 내에 원하는 솔더 볼(102)의 패턴(81)만을 남기게 된다.
도 14, 15 및 16은 밀려서 캐리어 판(18)을 통과하는 한 개의 솔더 볼(102)을 도시하고 있다. 도 14를 참조하면, 솔더 볼(102)은 필름(98)에 의해 홀(82)의 제1 부분(82a)에 지지되고 있다. 핀(108)의 팁(107)이 솔더 볼(102)과 접촉하기 시작한다. 도 15에서는, 핀(108)은 솔더 볼(102)을 밀어서 홀(82)의 제2 부분(82b) 속으로 들어가게 한다. 솔더 볼(102)을 밀어서 오프닝(98a)을 통과시키는 핀(108)의 힘은 필름(98)을 하향으로 휘어지게 한다. 도 16에서는, 솔더 볼(102)이 핀(108)에 의해 밀려서 홀(82)의 제3 부분(82c)을 통과하여 캐리어 판(18)의 외측에 위치한다.
패턴 헤드(104)의 판(110, 112, 114) 내에 홀(82)의 완전한 어레이(80)를 포함하는 것에 의해, 패턴 헤드(104)에서 핀(108)의 구성은 상이한 파트(72)를 유지시키기 위해 변경될 수 있다. 이의 장점은 상당히 다양한 파트(72)가 이를 통제할 상당한 목록의 특별한 기구를 필요로 하지 않고 처리될 수 있다는 점에 있다. 만약 파트(72)의 신속한 변화가 요구되는 경우, 제2 패턴 헤드(104)는 통제될 수 있어서, 상이한 파트를 처리하는 것은 단지 패턴 헤드 조립체(52) 상의 패턴 헤드(104)를 볼트 해제하여 교체하는 것을 요구할 뿐이다.
도 17을 참조하면, 제2 감지 스테이션(36)은 캐리어 판(18)을 후방 조사하기 위한, 캐리어 판(18) 아래에 배치된 평면 광원(46)을 포함한다. 이 광원(46)은 블럭(47) 상에 장착된다. 이 캐리어 판(18) 위에는 카메라(50)가 수평 방향으로 장착된다. 이 캐리어 판(18) 위에는 거울(48)이 브라켓트(49)에 대해 45°로 장착된다. 발광 요소(54a)를 구비한 제2 광원(54)은 캐리어 판(18)을 전방 조사하기 위해 캐리어 판(18)의 측면에 대해 이격되어 있는 블럭(47a)에 장착된다.
광원(46)을 이용하여 캐리어 판(18)을 후방 조사하는 것은 캐리어 판(18)의 홀(82) 어레이(80)에 있는 솔더 볼(102)이 원하는 패턴(81)으로 되어 있는 지의 여부를 카메라(50)가 탐지할 수 있게 해준다(도 6). 광원(54)을 이용하여 캐리어 판(18)을 전방 조사하는 것은 어떤 탈선 솔더 볼(102)이 캐리어 판(18)의 최상면에 놓여 있어서 이 탈선 솔더 볼(102)을 에어 제트 또는 와이퍼로 제거할 수 있는 지의 여부를 카메라(50)가 확인할 수 있게 해준다. 광원(54, 46)은 캐리어 판(18)을 카메라(50)가 충분히 탐지할 수 있는 길이를 가진 펄스의 빛을 제공한다.
도 18 및 19를 참조하면, 볼 배치 헤드(126)는 볼 배치 헤드 조립체(56)의 하부(128)에 장착된다. 볼 배치 헤드(126)는 캐리어 판(18)의 홀(82) 어레이(80)에 대응하는 핀(108) 어레이를 포함한다. 핀의 단부(108b) 및 팁(109)은 하향으로 배치된다. 팁(109)(도 11)은 솔더 볼(102)의 보다 정확한 배치를 위해 컵 모양을 취한다. 핀(018)은 패턴 헤드(104)의 판(110, 112, 114)와 유사한 판(132, 234, 138)에 의해 제위치에 유지된다. 경질 고무(118), 틈새 메움 스톡(120) 및 포움(122)으로 이루어진 샌드위치부는 핀(108) 위에 배치되어, 이 핀을 자가 정렬시키고 수직 방향으로 유연하게 해준다. 2개의 스페이서(136)가 판(138)을 판(132, 134)으로부터 분리시킨다. 이들 판(132, 134, 138)은 단부 부품(140) 사이에 장착된다. 정렬 핀(90a)은 캐리어 판(18)이 볼 배치 헤드(126)와 적절하게 정렬될 수 있게 해준다. 스프링 부하 스트립퍼 판(130)은 핀(108)의 팁(109)를 보호하고 정렬시킨다. 이 스트립퍼 판(130)은 스트립퍼 판(106)(도 10)과 유사하다. 볼 배치 헤드 조립체(56)는 캐리어 판(18)을 파지해서 기판(72) 위에 캐리어 판(18)을 하강시키기 위한 그립퍼(127a/127b)를 포함한다. 이 그립퍼(127a/127b)는 각각의 피봇점(75a, 75b)을 중심으로 선회한다. 볼 배치 헤드(126)와 그립퍼(127a/127b)는 볼 배치 헤드 조립체(56)에 대해 상하로 미끄러지고, 각각 패턴 헤드 조립체(52) 상의 크랭크 슬라이더 기구와 유사한 크랭크 슬라이더 기구에 의해 구동된다. 이 외에도, 볼 배치 헤드 조립체(56) 아래에 배치된 진공 척(76)은 크랭크 슬라이더 기구에 의해서도 역시 구동된다.
작동에 있어서, 그립퍼(127a/127b)가 캐리어 기판(18)을 파트(72) 위로 하강시키고, 볼 배치 헤드(126)는 캐리어 판(18)에 대해 하향으로 이동한다. 스트립퍼 판(130)이 캐리어 판(18)에 맞물림에 따라, 스트립퍼 판(130)은 상향으로 밀려서 핀(108)을 노출시킨다. 핀(108)의 팁(109)은 솔더 볼(102)의 패턴(81)에 접촉해서 솔더 볼을 캐리어 판(18)을 통해서 파트(72) 상으로 하향으로 민다. 핀(108)이 수직 방향으로 유연하기 때문에, 핀(108)은 파트(72)의 불균일하거나 약간 경사진 표면을 보상할 수 있다. 일단 솔더 볼(102)이 제위치에 있게 되면, 캐리어 판(18) 및 볼 배치 헤드(126)는 상향으로 이동하게 된다.
도 20, 21, 22 및 23은 캐리어 판(18)을 통과하여 파트(72) 상으로 밀리는 한 개의 솔더 볼(102)를 보여준다. 도 20을 참조하면, 이 캐리어 판(18)은 파트(72) 위에 배치된다. 플럭스(72a) 덩어리가 홀(82) 아래에 위치하고 있다. 솔더 볼(102)은 필름(98)에 의해 홀(82)의 제1 부분(82a)에서 지지된다. 핀(108)의 팁(109)은 솔더 볼(102)에 접촉하기 시작한다. 도 21에서는, 핀(108)은 솔더 볼(102)을 밀어서 필름(98)의 오프닝(98a)을 통과하여 홀(82)의 제2 부분(82b) 속으로 들어가게 한다. 도 22에서는, 솔더 볼(102)은 밀려서 홀(82)의 제3 부분(82c)을 통과하여 파트(72) 상의 플럭스(72a) 덩어리 상에 위치하게 된다. 이 플럭스(72a)는 솔더 볼(102)을 파트(72)에 고착시킨다. 도 23에서는, 핀(108)과 캐리어 판(18)이 상향으로 이동되어 파트(72)와 이격된다. 이 상황에서, 플럭스가 필요하지 않으며, 불활성 재료 덩어리가 솔더 볼(102)을 파트(72)에 고착시키는 데에 이용될 수 있다.
비록 캐리어 판(18) 및 볼 배치 헤드(126) 모두가 솔더 볼(102)의 원하는 패턴(81)을 만들기 위해 패턴 헤드(104)를 이용할 필요가 있는 핀(108) 및 홀(82)의 일반적인 어레이(80)를 각각 포함할지라도, 캐리어 판(18) 및 볼 배치 헤드(126)는 파트(72) 상에 배치될 솔더 볼(102)의 정확하면서도 원하는 패턴에 대응하는 핀(108) 및 홀(82) 어레이를 가질 수 있다. 그러한 경우에, 감지 스테이션(32) 및 패턴 헤드 스테이션(34)은 없어질 수 있다. 그러나, 다른 부품을 수용하기 위해, 각각의 다른 부품에 대하여 정확한 구성을 가지는 캐리어 판 및 볼 배치 헤드가 통제될 수 있어야만 한다.
도 24 및 25를 참조하면, 캐리어 판(142)은 다른 바람직한 캐리어 판이다. 이 캐리어 판(142)은 하나의 재료로 제조되었다는 점에서 캐리어 판(18)과 다르다. 이 캐리어 판(142)을 관통하여 홀(144) 어레이가 형성된다. 각각의 홀(144)은 솔더 볼(102)을 포획하기 위한 제1 부분(144a)을 가진다. 이 제1 부분(144a) 보다 더 작은 직경을 가진 제2 부분(144b)은 핀에 의해 솔더 볼이 제2 부분(144b) 속으로 밀려 들어가는 경우 솔더 볼(102)을 탄성적으로 유지할 수 있다. 이것은 캐리어 판(142)이 솔더 볼(102)을 분실하지 않고 이송될 수도 있고 심지어 뒤집어서 유지할 수도 있기 때문에 볼 배치 장치 이외의 다른 장치에서 캐리어 판(142)이 솔더 볼(102)에 의해 예비 부하를 받을 수 있게 해준다. 장치(10)의 작동을 2개의 다른 장치로 분할하는 것은 솔더 볼(102)이 파트(72) 상으로 배치될 수 있는 속도를 증가시킨다. 캐리어 판(142)의 바닥에 있는 동심의 슬롯(146)은 제2 부분(144b) 및 제3 부분(144c)을 둘러싸는 얇은 벽(148)을 형성한다. 이 제3 부분(144c)은 제2 부분(144b) 보다 더 작은 직경을 가지고, 솔더 볼(102)이 핀(108)에 의해 밀리는 경우 그 솔더 볼이 관통할 수 있도록 탄성적으로 확장된다. 캐리어 판(142)은 플라스틱으로 성형되는 것이 바람직하지만, 선택적으로는 금속 또는 층상체(lamination)로 성형될 수 있다.
도 26을 참조하면, 캐리어 판(150)은 다른 바람직한 캐리어 판이며, 이 캐리어 판(150)은 그의 바닥에 홀(144)의 제2 부분(144b) 및 제3 부분(144c)의 주위에 얇은 벽부(154)를 형성하는 횡단 슬롯(152)이 마련되어 있다는 점에서 캐리어 판(142)와 다르다. 이 슬롯(152)은 캐리어 판(150) 속으로 성형되는 것이 바람직하지만, 선택적으로는 톱질에 의해 절취될 수 있다. 다른 바람직한 실시예에서, 홀(144)의 제2 부분(144b)은 솔더 볼이 캐리어 판(150) 속에 정전기에 의해 유지될 수 있다면 제거될 수 있다.
도 27을 참조하면, 캐리어 판(160)은 본 발명의 다른 실시예에 사용하기 위한 다른 바람직한 캐리어 판이다. 이 캐리어 판(160)의 하나의 홀을 보여주는 횡단면도가 도 27에 도시되어 있다. 캐리어 판(160의 홀은 솔더 볼(102)를 수용하고 있는 것으로 도시되어 있다. 이 홀은 상부(162)와 하부(164)를 가진다. 홀의 상부의 직경은 솔더 볼(102)의 직경 보다 더 큰 반면에, 홀의 하부의 직경은 솔더 볼이 홀의 하부로 들어가는 것을 방지하기 위해 솔더 볼의 직경 보다 더 작다. 캐리어 판(160)은 솔더 볼을 유지할 수 있는 반도체 기판이 캐리어 판 위에 뒤집어져 배치되어 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더 볼 배치 장치와 함께 이용하도록 되어 있으며, 그 결과 솔더 볼은 홀에서 반도체 기판의 최상면을 향하여 밀릴 수 있다. 도 27은 홀에서 반도체 기판 상으로 솔더 볼을 미는 데에 이용되는 배치 장치의 핀(126)을 보여준다.
본 발명의 다른 태양에 있어서, 솔더 볼로 캐리어 판을 채우기 위한 개선된 방법 및 장치가 제공된다. 캐리어 판(18)을 솔더 볼로 채우기 위해 사용되는 솔더 볼 디스펜서(200)의 일 실시예는 도 28에 도시되어 있다. 이 솔더 볼 디스펜서(200)는 도 1에 도시된 2개의 볼 피더 스테이션(22, 24, 26, 28, 30)을 대신하여 솔더 볼 배치 장치(10)에서 이용될 수 있다. 이 솔더 볼 디스펜서(200)에 의해 제공되는 충전 정확도로 인하여, 하나의 솔더 볼 디스펜서가 솔더 볼 배치 장치에서 일반적으로 이용될 수 있다. 그러나, 일부의 적용예의 경우, 볼 배치 장치에 하나 이상의 솔더 볼 디스펜서(200)를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
이제, 솔더 볼 디스펜서(200)가 도 28 내지 도 37을 참조로 하여 추가로 설명될 것이다. 도 28은 분배 전의 작동 상태에서 솔더 볼 디스펜서의 측단면도를 보여준다. 이 솔더 볼 디스펜서(200)는 솔더 볼 리테이닝 장치(202), 이 솔더 볼 리테이닝 장치를 캐리어 판(18)을 가로질러 구동시키기 위한 구동 기구(204), 솔더 볼 리테이닝 장치를 솔더 볼로 채우는 데에 이용되는 볼 피더 장치(206)를 포함하는 3개의 주된 구성 요소를 포함한다.
이 솔더 볼 디스펜서(200)은 다음과 같이 작동한다. 예정량의 솔더 볼이 볼 피더 장치(206)로부터 분배되어 볼 리테이닝 장치(202)로 들어간다. 그때, 캐리어 판이 소정 각도로 경사지고(도 29 참조), 솔더 볼 리테이닝 장치가 구동 기구의 제어 하에서 캐리어 판을 가로질러 도 30에 도시된 분배 후의 위치로 이동된다. 솔더 볼 리테이닝 장치의 캐리어 판을 가로지르는 이동은 솔더 볼이 제어된 속도로 캐리어 판의 상부면 전체 영역에 떨어질 수 있게 해주며, 캐리어 판(18)에 있는 각각의 홀을 솔더 볼로 채운다. 이전의 실시예에서와 같이, 캐리어 판이 솔더 볼 디스펜서 아래의 위치로 로딩될 때에, 그리고 캐리어 판이 솔더 볼 디스펜서로부터 언로딩될 때에, 와이퍼가 캐리어 판의 최상부면으로부터 어떤 탈선 솔더 볼을 쓸어내리는 데에 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는, 검사 시스템이 캐리어 판 상으로 솔더 볼을 분배하기 전후에 캐리어 판을 검사하는 데에 이용될 수 있다.
솔더 볼 리테이닝 장치(202)의 사시도가 도 31에 도시되어 있고, 솔더 볼 리테이닝 장치(202) 및 캐리어 판(18)의 평면도가 도 32 내지 도 34에 도시되어 있으며, 이때 솔더 볼 리테이닝 장치가 분배 전의 위치, 분배 위치 및 분배 후의 위치에 있다. 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, 본 발명의 일부의 실시예에서는 솔더 볼 리테이닝 장치는 캐리어 판으로부터 탈선 솔더 볼을 쓸어내기 위하여 솔더 볼 리테이닝 장치의 후방부에 결합된 스위퍼(sweeper; 208)를 포함한다.
이제, 이 솔더 볼 리테이닝 장치(202)가 도 28 내지 도 37을 참조로 하여 추가로 설명될 것이다. 이 솔더 볼 리테이닝 장치는 무바닥 버킷(bucket; 210), 전면 브라켓트(218), 2개의 측면 브라켓트(216a, 216b) 및 2개의 장착판(220a, 220b)을 포함한다. 이 장착판은 구동 기구의 벨에 리테이닝 장치를 결합시키는 데에 이용된다. 상기 무바닥 버킷은 솔더 볼을 수용하는 데에 이용되고, 한 쌍의 측벽(212a, 212b), 전면판(214) 및 스위퍼 조립체(209)의 일부인 스위퍼(208)에 의해 형성된다. 도 35에 도시된 바와 같이, 이 전면판의 바닥 에지 상에는 로드(222)가 배치된다. 이 로드는 솔더 볼 리테이닝 장치가 캐리어 판의 최상부면을 가로질러 통과하는 솔더 볼(226)의 속도를 제어하기 위해 이동할 때 캐리어 판의 최상부면과 접촉하도록 되어 있다. 일 실시예에서, 이 로드(222)는 스테인레스강으로 제조된 0.250 인치의 직경을 가진다. 상기 측벽(212a, 212b)은 이들 측벽의 바닥과 캐리어 판 사이에 갭(226)이 존재하는 방식으로 캐리어 판 위에 배치되도록 되어 있다. 일 실시예에서, 이 갭은 대약 0.005 인치이다. 도 35에 도시된 바와 같이, 전면판(214)은 모서리판의 최상부면에 대해 각도(α)로 배치된다. 본 발명의 일 실시예에서, 그 각도(α)는 대략 120°이다.
스위퍼 조립체(209)는 도 35 내지 도 37에 상세하게 도시되어 있다. 이 스위퍼 조립체는 2개의 스위퍼 피봇 아암(232a, 232b)을 연결하는 전방 크로스 부재 지지부(228) 및 후방 크로스 부재 지지부를 포함한다. 이 후방 크로스 부재 지지부에는 스위퍼(208)가 장착된다. 스위퍼 피봇 아암(232a, 232b)은 각각 스위퍼 조립체가 전방 크로스 부재 지지부(228)을 관통하는 회전 축을 중심으로 선회할 수 있게 하는 측벽(212a, 212b) 상의 피봇점(234a, 234b)에 결합된다. 스위퍼 조립체의 회전 운동은 스위퍼 판이 캐리어 판과 접촉할 수 있게 해주며, 이때 솔더 볼 리테이닝 장치는 상부면을 가로질러 이동하게 된다. 이 스위퍼 판은 2개의 버튼 헤드 스크류(236a, 236b)를 이용하여 후방 크로스 부재 지지부에 결합된다. 도 36 및 도 37에 도시되어 있는 일 실시예에서, 이 스위퍼 판은 2개의 틈새 메움쇠(238, 240)를 이용하여 수행된다. 이 틈새 메움쇠(shim; 208)는 U자 모양을 취하고, 틈새 메움쇠(240) 보다 더 두꺼우며, 직사각형의 모양을 가진다. 이 틈새 메움쇠(240)는 탈선 솔더 볼을 제거하기 위해 캐리어 판의 최상부면에 접촉하도록 되어 있다. 상기 틈새 메움쇠(238)는 캐리어 판의 최상부면에 접촉하지는 않고, 차라리 틈새 메움쇠(240)를 지지해서 틈새 메움쇠(240)에 강성을 제공하는 데에 사용된다. 일 실시예에서, 틈새 메움쇠(238)는 폴리비닐클로라이드(PVC)로 제조되며, 틈새 메움쇠(240)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 제조되고, 틈새 메움쇠(238)는 0.020 인치의 두께를 가지고, 틈새 메움쇠(240)는 0.004 인치의 두께를 가진다.
구동 기구는 2개 세트의 풀리에 의해 지지되는 한 쌍의 벨트를 포함한다. 하나의 벨트(242)와 하나의 세트의 풀리(244a, 244b, 244c)는 도 28 내지 도 30에 도시되어 있다. 다른 하나의 벨트 및 세트의 풀리는 실질적으로 이들 도면에 도시된 그것들과 실질적으로 동일하다. 풀리(244a)는 모터(도시 생략)의 구동축에 결합하기 위해 스프라켓(246)을 구비한다. 일 실시예에서, 서보 모터는 모터 제어 시스템에 결합되어 있으며, 솔더 볼 리테이닝 장치를 부드럽고 연속적으로 운동시키기 위해 구동 기구와 함께 이용된다. 이 솔더 볼 리테이닝 장치는 2개의 장착판(220a, 220b)에 의해 한 쌍의 벨트에 결합된다.
본 발명의 일 실시예에서, 솔더 볼 피더 장치(206)는 도 7 및 도 8과 관련하여 전술한 볼 피더(40)와 유사하고, 실질적으로 동일한 방식으로 작동한다. 그러나, 이 볼 피더(40)와는 달리, 솔더 볼 피더 장치(206)는 솔더 볼을 캐리어 판(14) 상으로 직접 분배하지는 않고, 차라리 솔더 볼을 솔더 볼 리테이닝 장치 속으로 분배한다. 일 실시예에서, 분산 장치(248)가 솔더 볼 피더 장치의 하부 하우징 상에 배치되어 솔더 볼을 솔더 볼 리테이닝 장치 전체 영역에 골고루 분산시킨다. 분산 장치(248)의 평면도가 도 38에 도시되어 있고, 이 분산 장치의 측단면도가 도 39에 도시되어 있다. 이 분산 장치는 채널(250)을 구비하며, 이 채널을 통해 솔더 볼이 피더 장치에서 리테이닝 장치까지 통과한다. 또한, 이 분산 장치는 2개의 경사면(252a, 252b) 및 삼각형 섹션(254)을 가진다. 이 경사면은 솔더 볼을 채널 섹션으로 안내하는 반면에, 삭각형 섹션은 솔더 볼을 채널 전체 영역에 분산시킨다. 솔더 볼 피더 장치는 다른 실시예에서 예정량의 솔더 볼을 리테이닝 장치 속으로 저장할 수 있는 다른 장치를 이용하여 수행될 수 있다.
또한, 볼 피더 장치의 하부 하우징 상에는 하부판(260) 및 한 쌍의 앵글 아암(262a, 262b)이 배치된다. 이 앵글 아암(262a)은 도 41에 도시되어 있고, 앵글 아암(262b)은 도 29에 도시되어 있다. 이들 앵글 아암은 하부판(260)에 결합된다. 이 하부판(260)은 솔더 볼 리테이닝 장치가 분배 전의 위치에 있는 경우 버킷(210)용 바닥면을 제공한다. 이 하부판(260)은 볼 공급 작동 사이클 시간을 줄이기 위해 캐리어 판이 완전하게 경사진 위치에 있기 전에 버킷을 채울 수 있게 한다. 앵글 아암은 캐리어 판이 볼 피더 장치의 적절한 위치에 배치되는 것을 보장하기 위해 캐리어 판의 경사 정지부로서의 역할을 한다. 리테이닝 장치가 분배 전의 위치에 있는 경우, 앵글 아암은 솔더 볼 리테이닝 장치의 각각의 측면 상에 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 구동 기구(204)는 풀리(244a)의 중심을 통과하는 회전축을 중심으로 선회하여 솔더 볼 리테이닝 장치(202)를 도 40에 도시된 바와 같은 상승 위치로 상승시키도록 되어 있다. 이 리테이닝 장치는 캐리어 판이 분배 사이클 시간을 줄이기 위해 솔더 볼 디스펜서로부터 이동되기 전에 또는 이동될 때에 분배 전의 위치로 다시 이동될 수 있다. 이 리테이닝 장치가 상승되지 않은 경우, 이 장치는 캐리어 판에 접촉할 수 있고, 솔더 볼 디스펜서로부터 캐리어 판의 운동을 방해한다. 상세하게 후술되는 일 실시예에서, 캐리어 판은 이 위의 점(256)을 통과하는 회전축을 중심으로 선회된다(도 40 참조). 이 실시예의 경우, 캐리어 판이 수평 방향 위치로 하강될 때, 캐리어 판의 전방 에지가 상승된다. 리테이닝 장치가 상승되지 않는 경우, 이 장치가 분배 전의 위치로 복귀할 때 캐리어 판의 전방 에지(258)와 충돌한다.
볼 발명의 실시예와 함께 이용되는 캐리어 판 경사 기구(264) 및 볼 재순환 장치(266)는 도 41에 볼 피더 장치(200)와 함께 도시되어 있다. 이 볼 재순환 장치는 볼 피더 장치에 의한 재이용을 위해 솔더 볼 리테이닝 장치로부터 미사용된 볼을 포획하는 데에 이용된다. 이 볼 재순환 장치는 트레이(268)와 트레이 지지부(269)를 포함한다. 이 트레이(268)는 하강된 충전 위치와 상승된 해제 위치 사이에서 트레이 지지부를 따라 이동할 수 있다. 예시할 목적으로, 트레이는 도 41에 2개의 위치에서 도시되어 있다. 트레이는 바닥면(272)을 가진 수용부(270)을 포함하고, 또한 상승된 해제 위치에서 트레이로부터 솔더 볼을 해제하기 위해 하강되는 립(lip; 274)을 포함한다. 가장 낮은 위치에서, 드레이는 리테이닝 장치 아래에 배치되며, 이때 리테이닝 장치는 분배 후의 위치에 있게 된다.
볼 공급 작동시 리테이닝 장치가 운동하는 동안, 일단 이 솔더 볼 리테이닝 장치가 캐리어 판을 지나 이동하면, 리테이닝 장치의 버킷 속에 잔류하는 어떤 솔더 볼도 트레이의 수용부 속으로 떨어질 것이다. 일단 리테이닝 장치가 분배 후의 위치에서 분배 전의 위치를 향하여 다시 이동하면, 트레이는 상승된 해제 위치로 상승되어 볼 피더 장치 속으로 미사용된 솔더 볼을 도로 해제할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 볼 피더 장치는 트레이로부터 솔더 볼을 용이하게 수용하기 위해 깔대기를 갖춘 볼 컨테이너를 구비한다.
트레이는 모터를 이용하여 자동으로 또는 수동으로 가장 낮은 위치에서 상승된 위치로 이동될 수 있다. 이 트레이는 각각의 캐리어 판의 충전 후에 비워질 수 있고, 또는 바람직하게는 수용부(270)가 트레이가 몇개의 캐리어 판이 충전된 후에 비워지는 방식으로 충분한 용량을 가지도록 설계되어 있다.
캐리어 판 경사 기구(264)는 모터(도시 생략)의 제어 하에 피봇점(276)을 중심으로 회전하는 경사 아암(274)을 포함한다. 도 41에서, 이 경사 아암은 캐리어 판을 경사지게 할 경사 아암의 운동을 예시하기 위해 3개의 회전 위치에서 도시되어 있다. 경사 아암의 일 단부에는 캐리어 판을 경사기제 하는 데에 이용되는 접촉판 및 2개의 접촉핀이 결합되어 있다. 하나의 접촉핀(278)과 접촉판(280)이 도 41에 도시되어 있다. 다른 하나의 접촉핀은 도시된 그것과 실질적으로 동일하다. 본 발명의 일 실시예에서, 캐리어 판은 단지 2개의 전방 리세스(88)에서만 볼 피더 장치에 고정되어(도 2 참조), 캐리어 판이 캐리어 판 경사 기구에 의해 접촉되는 경우 이 캐리어 판이 피봇점(256)을 중심으로 회전할 수 있게 해준다.
캐리어 판 경사 기구는 다음과 같이 작동한다. 일단 캐리어 판이 볼 피더 장치에 배치되면, 경사 아암은 도 41에 도시된 가장 바닥의 위치에서 가장 높은 위치로 회전되어 캐리어 판을 상승시킨다. 접촉판(280)은 접촉핀이 도 41의 중간 회전 위치에서 도시된 바와 같이 캐리어 판과 접촉하기 전에 캐리어 판의 후방에 접촉한다. 이에 계속해서, 접촉핀은 캐리어 판의 홀(90) 속으로 삽입되어(도 2 참조), 캐리어 판을 볼 피더 장치의 적절한 위치에 유지시킨다. 캐리어 판은 볼 피더 장치의 하부 하우징 상에 배치된 앵글 아암(262a, 262b)에 접촉할 때까지 경사진다.
본 발명의 일 실시예에서, 솔더 볼 피더 장치는 가동 카세트를 이용하여 수행된다. 이 실시예에서, 분배되는 솔더 볼의 사이즈를 변경할 필요가 있는 경우, 볼 피더 카세트는 원하는 사이즈의 솔더 볼을 수용한 새로운 카세트로 교체된다. 교체 가능한 카세트의 이용은 사이한 사이증의 솔더 볼을 혼합시킬 가능성을 감소시키고, 사용되는 솔더 볼의 사이즈가 신속하게 변경될 수 있게 해주며, 이는 솔더 볼 피더 장치가 청소되지 않아도 되기 때문이다.
솔더 볼 피더 장치의 작동과 관련한 몇몇 변수의 최적화는 그 장치의 성능을 크게 향상 시킬 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이들 변수는 캐리어 판을 가로지르는 볼 리테이닝 장치의 속도, 캐리어 판에서 홀의 사이즈 및 모양, 그리고 캐리어 판의 경사 각도를 포함한다. 일반적으로, 일 실시예의 경우, 캐리어 판의 경사 각도에 대한 최적 범위는 18°∼ 25°이고, 볼 리테이닝 장치의 속도에 대한 최적 범위는 초당 1 ∼ 5 인치라는 것이 밝혀졌다. 또한, 캐리어 판 상으로 분배되는 솔더 볼의 양은 캐리어 판에서 채워질 홀의 수의 적어도 3 ∼ 5 배 정도이어야 한다는 것도 밝혀졌다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 0.030 인치의 직경을 가지는 솔더 볼, 0.036 인치의 홀 사이즈를 가지는 캐리어 판, 대략 초당 1 인치의 리테이닝 장치의 속도, 그리고 대략 21°의 경사 각도의 경우에, 캐리어 판의 홀은 솔더 볼 리테이닝 장치의 한번의 통과로 채워질 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이 실시예에서는 성능이 스위퍼의 유무에 상관없이 대략 동일하다는 것도 밝혀졌다.
다른 실시예서, 0.030 인치의 직경을 가지는 솔더 볼, 그리고 21°의 경사 각도의 경우, 홀의 직경을 0.038 인치로 상승시킴으로써, 속도는 초당 4.3 인치로 상승될 수 있다. 이 실시예의 경우, 탈선 솔더 볼이 큰 홀에서 부분적으로 잡히는 것을 방지하기 위해 스위퍼를 사용하는 것이 바람직하다. 더 큰 홀을 대신하여, 최상면이 모따기된 0.036 인치의 홀이 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 모따기는 홀의 최상면을 0.038 인치로 확장시고, 45°의 모따기 각도가 이용된다. 더 큰 홀 및 모따기된 최상면을 구비한 캐리어 판을 이용하는 실시예의 경우, 탈선 솔더 볼이 홀 속에 부분적으로 잡히는 것을 방지하기 위해 스위퍼를 이용하는 것이 바람직하다.
다른 실시예에서 이용되는 것은 솔더 볼이 0.012 인치의 직경을 가지고, 홀 사이즈가 0.016 인치이고, 리테이닝 장치의 속도가 대략 초당 1 인치이고, 경사 각도가 21°∼ 24°이다. 이 실시예에서는, 스위퍼를 사용하는 것이 바람직하다. 이 실시예를 이용하여, 본 발명자는 101×101 어레이로 배열된 캐리어 판에서 10,201개의 홀을 성공적으로 채웠다.
전술한 본 발명의 실시예에서, 솔더 볼 디스펜서는 반도체 소자 상에 배치하기 위한 솔더 볼을 수용하는 데에 이용되는 캐리어 판과 함께 사용되는 것으로 설명되었다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 솔더 볼 디스펜서는 반도체 소자 상에 솔더 볼을 직접 배치하는 데에 이용될 수 있으며, 반도체 소자 상에 솔더 볼을 정렬시키기 위해 형판(型板; stencil), 마스크 또는 일부 유사한 장치를 구비한다. 이 외에도, 플렉시블 기판이 본 발명의 실시예에서의 캐리어 판을 대신하여 이용될 수 있다.
전술한 솔더 볼 디스펜서를 제공하는 본 발명의 실시예는 솔더 볼 배치 장치(10)의 실시예에 용도가 한정되지는 않는다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 솔더 볼 디스펜서는 다른 솔더 볼 배치 장치에도 역시 사용될 수 있다.
균등물
본 발명은 이의 바람직한 실시예를 참조로 하여 구체적으로 도시되고 설명되었지만, 당업자라면 첨부된 청구범위에 의해 한정된 바와 같이 본 발명의 사상 및 범주를 벗어남이 없이 형태 및 세부사항의 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
예를 들면, 장치(10)에 대한 다른 바람직한 실시예는 5개 미만의 볼 피터 스테이션을 가질 수 있다. 그러한 경우에, 생략된 볼 피더 스테이션은 솔더 볼의 다른 패턴이 어떤 기계적인 변경을 하지 않고서도 다른 반도체 기판 파트 상에 배치될 수 있도록 추가의 패턴 헤드 스테이션과 대체될 수 있다. 또한, 지지 핑거(16a/16b)도 볼 배치 헤드(126)가 하향으로 이동해서 통과할 수 있을 정도로 충분히 큰 오프닝에 의해 서로에 대해 이격되어 고정될 수 있다. 이러한 배치 관계에서는, 단지 5개의 캐리어 판(18)이 이용된다. 또한, 장치(10)에서 스테이션은 원형으로 배열되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 이 스테이션은 직선형으로 배열될 수 있다. 그런한 경우에, 선형 액츄에이터가 캐리어 판(18)을 이동시킨다. 이 외에도, 장치(10)는 개별의 파트(72) 상으로 솔더 볼(102)을 배치하는 것으로 설명되었지만, 이 역시 장치(10)는 스트립 또는 패널 상으로 솔더 볼(102)을 배치하는 데에 이용될 수 있다. 파트(72)를 수용 지지하기 위한 다른 다른 컨테이너도 AuerTM과 같이 이용될 수 있고, 전술한 바와 다른 치수를 가진 솔더 볼도 파트(72) 상으로 배치될 수 있다. 그러한 경우에, 장치(10)의 구성 요소에 대한 치수는 당연히 변경되어야만 한다.

Claims (37)

  1. 홀 어레이가 내부에 형성되어 있고 상부면을 가진 판으로 솔더 볼을 분배하기 위한 솔더 볼 디스펜서로서,
    상기 판을 지지하기 위해 상기 상부면이 수평면으로부터 소정 각도로 경사지도록 구성 배열된 판 지지부와,
    상기 판 지지부 위에 배치되어 상기 판으로 솔더 볼을 공급하는 볼 피더 장치와,
    상기 판 지지부 위에 배치되며, 상기 솔더 볼이 상기 판을 가로질러 이동하는 속도를 제어하기 위해 상기 판의 상부면을 가로질러 이동할 수 있는 솔더 볼 리테이너를 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 디스펜서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 판으로부터 탈선 솔더 볼을 쓸어낼 볼 스위퍼(sweeper)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 디스펜서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 솔더 볼 리테이너는 상기 솔더 볼이 상기 판을 가로질러 이동할 때 상기 솔더 볼을 수용하는 무바닥 엔클로저인 것을 특징으로 하는 솔더 볼 디스펜서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 솔더 볼 리테이너는 경사진 선행 벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 디스펜서.
  5. 제4항에 있어서, 상기 솔더 볼 리테이너는 상기 볼 스위퍼가 배치되는 후방부를 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 디스펜서.
  6. 제1항에 있어서, 상기 볼 피더와 캐리어 판 사이에 배치되어 상기 솔더 볼을 상기 판 위에 분산시키는 분산 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 디스펜서.
  7. 제6항에 있어서, 상기 분산 장치는 상기 솔더 볼을 분산시키는 각도를 가진 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 디스펜서.
  8. 제1항에 있어서, 상기 판 지지부는 수평면으로부터 각도가 18°∼ 25°의 범위에 있도록 구성 배열되는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 디스펜서.
  9. 제8항에 있어서, 상기 판 지지부는 수평면으로부터 각도가 대략 21°±1°가 되도록 구성 배열되는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 디스펜서.
  10. 제3항에 있어서, 임시 리테이너 바닥을 더 구비하며, 상기 솔더 볼 리테이너는 상기 임시 리테이너 바닥 위에 배치되어 상기 솔더 볼 리테이너가 상기 판 지지부 위의 위치로 상기 판을 이동시키기 전에 상기 솔더 볼로 채워질 수 있는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 디스펜서.
  11. 제1항에 있어서, 미사용된 솔더 볼을 잡아서 상기 미사용된 솔더 볼을 볼 피더 속으로 해제시키는 재순환 트레이를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 디스펜서.
  12. 제1항에 있어서, 상기 솔더 볼 피더는 분리식 카세트형 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 디스펜서.
  13. 제2항에 있어서, 상기 판과 조합되며, 상기 판에서의 홀은 분배되는 솔더 볼의 직경 보다 20% 이상 더 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 디스펜서.
  14. 제2항에 있어서, 상기 판과 조합되며, 상기 판에서의 홀은 모따기된 최상부를 가지는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 디스펜서.
  15. 홀 어레이가 내부에 형성되어 있고 상부면을 가진 판으로 솔더 볼을 분배하기 위한 솔더 볼 디스펜서로서,
    상기 솔더 볼을 상기 판으로 공급하는 볼 피더와,
    상기 판 위에 배치되며, 상기 솔더 볼을 상기 홀 어레이 위에 수용하도록 구성 배열되며, 상기 판의 상부면을 가로질 이동할 수 있는 솔더 볼 리테이너와,
    상기 캐리어 판으로부터 탈선 솔더 볼을 쓸어내는 볼 스위퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 디스펜서.
  16. 솔더 볼을 수용하기 위해 홀 어레이가 내부에 형성되어 있고 상부면을 구비한 판과,
    상기 판을 지지하기 위해 상기 상부면이 수평면으로부터 소정 각도로 경사지도록 구성 배열된 판 지지부와,
    상기 판 지지부 위에 배치되어 상기 판으로 솔더 볼을 공급하는 볼 피더 장치와,
    상기 판 지지부 위에 배치되며, 상기 솔더 볼이 상기 판을 가로질러 이동하는 속도를 제어하기 위해 상기 판의 상부면을 가로질러 이동할 수 있는 솔더 볼 리테이너를 구비하며, 상기 판 내의 홀은 모따기된 상부를 가지는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 분배 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 분배 시스템 내에 배치되어 상기 판 상으로 분배된 미사용된 솔더 볼을 수집하는 재순환 트레이와,
    상기 트레이에 결합되어 상기 트레이를 상향으로 상승시키고 상기 미사용된 솔더 볼을 상기 솔더 볼 분배 시스템 속으로 해제시키는 구동 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 분배 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 구동 기구는 트레이를 원호형으로 이동시키도록 구성 배열되는 특징으로 하는 솔더 볼 분배 시스템.
  19. 판의 상부면에 형성된 홀 어레이에 솔더 볼을 로딩시키는 방법으로서,
    수평면에 대해 소정 각도록 상기 판의 상부면을 경사지게 하는 경사 단계와,
    상기 솔더 볼이 중력 하에서 상기 판을 가로질러 이동하도록 상기 판 상으로 상기 솔더 볼을 분배하는 분배 단계와,
    상기 솔더 볼이 상기 판을 가로질러 이동하는 속도를 제어하는 속도 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 로딩 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 솔더 볼을 분배하기 전에 제1 감지 시스템을 이용하여 상기 판을 검사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 로딩 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 솔더 볼을 분배하기 전에 상기 판으로부터 어떤 탈선 물체를 제거하기 위해 상기 판을 사전에 쓸어내는 단계를 더 포함하는 특징으로 하는 솔더 볼 로딩 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 솔더 볼이 상기 판 상에 분배된 후에 상기 판으로부터 어떤 탈선 솔더 볼을 쓸어내는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 로딩 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 판으로부터 어떤 탈선 물체를 사후에 쓸어내는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 로딩 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 사후에 쓸어내는 단계 다음에 상기 캐리어 판을 검사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 로딩 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 분배 단계는 상기 솔더 볼을 상기 판 전체 영역에 분배하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 로딩 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 홀에 수용되지 못한 분배된 솔더 볼을 포획하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 로딩 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 경사 단계는 수평면으로부터 18°∼ 25°의 범위의 각도로 상기 상부면을 경사지게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 로딩 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 각도는 대략 21°인 것을 특징으로 하는 솔더 볼 로딩 방법.
  29. 제19항에 있어서, 상기 분배 단게는 상기 솔더 볼을 상기 판 전체 영역에 분배하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 로딩 방법.
  30. 제19항에 있어서, 상기 홀에 수용되지 못한 분배된 솔더 볼을 포획하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 로딩 방법.
  31. 제19항에 있어서, 상기 포획된 솔더 볼을 재사용을 위해 컨테이너 속에 해제시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 로딩 방법.
  32. 제19항에 있어서, 상기 경사 단계는 수평면으로부터 18°∼ 25°의 범위의 각도로 상기 상부면을 경사지게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 로딩 방법.
  33. 제31항에 있어서, 상기 각도는 대략 21°인 것을 특징으로 하는 솔더 볼 로딩 방법.
  34. 제19항에 있어서, 상기 속도 제어 단계는 솔더 볼 리테이너를 사용하여 속도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 로딩 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 솔더 볼 리테이너는 무바닥 컨테이너인 것을 특징으로 하는 솔더 볼 로딩 방법.
  36. 제19항에 있어서, 상기 분배 단계는 솔더 볼을 상기 판 전체 영역에 분배하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 로딩 방법.
  37. 홀 어레이가 내부에 형성되어 있고 상부면을 가진 기판으로 솔더 볼을 분배하기 위한 솔더 볼 디스펜서로서,
    상기 기판을 지지하기 위해 상기 상부면이 수평면으로부터 소정 각도로 경사지도록 구성 배열된 기판 지지부와,
    상기 기판 지지부 위에 배치되어 상기 기판으로 솔더 볼을 공급하는 볼 피더 장치와,
    상기 기판 지지부 위에 배치되며, 상기 솔더 볼이 상기 기판을 가로질러 이동하는 속도를 제어하기 위해 상기 기판의 상부면을 가로질러 이동할 수 있는 솔더 볼 리테이너를 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더 볼 디스펜서.
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