KR20040092064A - 볼그리드어레이 패키지용 솔더볼 안착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 BGA 패키지용 솔더볼 안착장치는, 좌우양단이 아래위로 왕복이동되도록 중심부를 회전축으로 하여 회동되는 지지프레임(30)과, 다수개의 토출홀(32a)이 구비된 구조로서 상기 지지프레임(30)에 안착된 BGA 패키지 패널(P)의 상방에 위치되는 토출프레임(32)과, 상기 토출프레임(32)의 상면에 밀착되어 소정간격만큼 왕복이동되며 상기 토출홀(32a)과 대응되는 관통홀(34a)이 형성된 크로싱맵(34)과, 하면이 개방된 구조로서 다수개의 솔더볼(B)을 내장한 상태로 상기 크로싱맵(34)의 상면에 밀착되어 이동하는 이동식 공급함(36)과, 상기 토출프레임(32)의 토출홀(32a)과 크로싱맵(34)의 관통홀(34a)이 일치된 상태에서 각 홀(32a)(34a)로 투입되는 다수개의 이젝트핀(381)이 구비된 구조로서 크로싱맵(34) 상방에서 액츄에이터(40)에 의해 상하 왕복이동하는 이젝트핀블럭(38)을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 이동식 공급함(36)은 크로싱맵(34)의 관통홀(34a) 형성부위 전체를 덮는 넓이로 이루어지며, 공급함(36)의 측벽 하면에는 크로싱맵(34)의 상면에서 관통홀(34a)에 유입되지 않은 솔더볼(B)을 파손되지 않게 밀어올리는 쐐기형 가이드부(361)가 형성된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 BGA 패키지용 솔더볼 안착장치에 의하면 솔더볼이 자중 및 이젝트핀블럭에 의해 안착되기 때문에 솔더볼의 안착상태가 고르게 이루어지고, 결과적으로 BGA 패키지의 성능 안정성에 도움이 된다는 이점이 있다.

또한, 구성에 있어 솔더볼이 통과하는 관통홀 및 토출홀을 솔더볼의 직경보다 크게 할 수 있고, 이젝트핀블럭의 이젝트핀 역시 각 홀의 직경을 초과하지 않는 범위 내에서 솔더볼의 직경보다 큰 굵기로 만들수 있기 때문에, 가공상의 어려움이 적어 제작이 용이하다는 이점이 있다.

Description

볼그리드어레이 패키지용 솔더볼 안착장치{solder ball mounting equipment for Ball Grid Array package}

본 발명은 볼그리드어레이 패키지의 제작에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 안정적인 솔더볼의 공급 및 안착이 가능토록 하는 솔더볼 안착장치에 관한 것이다.

집적회로 패키지 중에 볼그리드어레이 패키지(Ball Grid Array package, 이하 BGA 패키지로 칭함)는 그 배면에 수천내지 수만개의 솔더볼을 안착하고, 이를 신호인출 단자로서 사용한다.

따라서, BGA 패키지의 제조과정에서는 솔더볼의 안착공정이 많은 비중을 차지하게 되는데,

이와 같은 BGA 패키지 제조과정에서 사용되는 솔더볼 안착방식에는 이른바 픽업(Pick Up) 방식과 맵크로싱(Map Crossing) 방식이 있는데, 각 방식에 대해 설명하면 다음과 같다.

픽업방식은 도 1a에 나타난 것과 같이 다수개의 솔더볼(B)을 구분하여 진공흡입할 수 있도록 다수개의 진공흡입구(10a)가 구비된 진공박스(10)와, 상기 진공흡입구(10a)에 대응되는 다수개의 이젝트핀(121)이 구비된 이젝트핀블럭(eject pin block)(12)을 이용한 것이다.

이러한, 픽업방식에 의하면, 진공박스(10) 내부의 기압을 낮추어 진공흡입구(10a)를 통해 솔더볼(B)이 진공박스(10)에 포집되도록 한 다음, 진공박스(10)를 BGA 패키지 패널(P) 상방으로 근접이송한 후 진공상태를 해제함으로써 우선적으로 솔더볼(B)이 자중에 의해 떨어져 BGA 패키지 패널(P)상의 안착위치에 안착되도록 한다.

계속해서, 도 1b에 나타난 것과 같이 이젝트핀블럭(12)을 구동하여 각각의 이젝트핀(121)이 진공흡입구(10a)를 통해 위에서 아래로 관통되도록 하는데, 이 같은 이젝트핀블럭(12)의 작동에 의하면 미세한 크기로 이루어진 솔더볼(B)의 특성상 진공상태가 해제된 후에도 진공박스(10)에 계속 점착된 솔더볼(B)을 이젝트함으로써, 진공박스(10)에 포집된 솔더볼(B)이 전부 BGA 패키지 패널(P)에 안착되도록 한다.

한편, 상술한 픽업방식을 사용할 경우에는, 집적회로의 소형화 및 집적화 추세에 따라 축소된 솔더볼(B)의 크기 및 솔더볼(B)간의 안착간격에 맞추어 진공박스(10) 및 이젝트핀블럭(12) 또한 미세한 솔더볼(B)에 적합한 것이 적용되어야 한다.

즉, 진공흡입구(10a)의 경우, 인입부는 솔더볼(B)의 지지를 위해 솔더볼(B)의 직경보다 큰 깔대기형으로 이루어지지만 나머지 부분은 솔더볼(B)이 안으로 빨려들지 않도록 솔더볼(B) 보다 직경이 작게 구성되어야 하며, 이젝트핀(121) 역시 진공흡입구(10a)를 관통할 수 있는 굵기로 이루어져야 한다.

따라서, 이러한 종래기술에 의하면 약 0.2mm 정도인 솔더볼(B)의 직경을 감안할 때 진공박스(10) 및 이젝트핀(121)을 제작함에 있어서 극세밀화에 따른 많은 문제점이 유발된다.

맵크로싱 방식은 이같은 픽업방식의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 도 2a에 나타난 것과 같이 저면에 다수개의 솔더볼 공급홀(20a)이 형성된 솔더볼 공급함(20)과, 상기 솔더볼 공급함(20)의 저면에 밀착 배치되어 일정간격내에서 왕복이동하는 중간맵(22)과, 상기 중간맵(22)의 하방에 배치된 하부맵(24)을 이용하게 된다.

상기 중간맵(22) 및 하부맵(24)에는 솔더볼 공급함(20)의 공급홀(20a)과 대응 연계되는 솔더볼 통과홀(22a) 및 토출홀(24a)이 형성되어 있으며, 중간맵(22)의 통과홀(22a) 형성부위는 솔더볼(B)의 직경과 동일한 두께로 이루어져 있다.

이와 같은 맵크로싱 방식에 의하면 우선, 솔더볼 공급함(20)의 공급홀(20a)과 중간맵(22)의 통과홀(22a)이 정렬되고 하부맵(24)의 토출홀(24a)만이 어긋나게 됨으로써 솔더볼 공급함(20)에 내장된 솔더볼(B)이 공급홀(20a)을 통해 중간맵(22)의 통과홀(22a)에 내에 유입되는 이른바 볼 배열상태가 이루어진다.

이어서, 도 2b에 나타난 것과 같이 중간맵(22)이 측방향으로 소정간격만큼 이동하여 공급함(20)의 공급홀(20a)과 중간맵(22)의 통과홀(22a)이 어긋나게 됨으로써 1개층의 솔더볼(B)이 분리되고, 계속해서, 중간맵(22)의 통과홀(22a)과 하부맵(24)의 토출홀(24a)이 정렬됨으로써 중간맵(22)에 내재된 1개층의 솔더볼(B)들이 하부맵(24)의 토출홀(24a)을 통해 BGA 패키지 패널(P) 측으로 토출된다.

이 같은 중간맵(22)의 왕복이동작동에 의해 하부맵(24)을 통한 솔더볼(B)의 토출작용이 지속된다.

즉, 맵크로싱 방식에 의하면 솔더볼(B)이 자중에 의해서만 안착되기 때문에 픽업방식에서의 이젝트핀블럭(12)(도 1a 참조)과 같은 세밀한 구성을 요하는 부품이 필요치 않으며, 각 맵(22)(24)의 홀(22a)(24a)역시 솔더볼(B)의 직경이상으로 구성되므로 제작이 용이하다는 특징이 있다.

그러나, 이러한 맵크로싱 방식에 의하면 다수개의 솔더볼(B)이 정체된 상태로 공급함(20)에 적재되고 솔더볼(B)이 자중에 의해서만 움직이기 때문에 공급함(20)의 일부 공급홀(20a)에 솔더볼(B)이 유입되지 않는 이른바 공급불량현상이 발생하며, 다수개의 솔더볼(B)이 공급함(20) 내에서 서로 접촉하기 때문에 솔더볼(B) 간의 마찰로 인한 정전기가 발생하여 솔더볼(B)이 서로 점착되고, 이로 인해 아래로 내려오지 않는 토출불량현상 또한 발생함으로써 결과적으로 BGA 패키지의 불량률이 높아진다는 문제점이 유발된다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 제작에 따른 가공상의 어려움이 적고, 솔더볼의 안착작용이 안정적으로 이루어지도록 하는 BGA 패키지용 솔더볼 안착장치 제공을 목적으로 한다.

도 1a, 1b는 종래 픽업방식의 솔더볼 안착장치의 구조 및 작동상태를 나타낸 도면이다.

도 2a, 2b는 종래 맵크로싱방식의 솔더볼 안착장치의 구조 및 작동상태를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 솔더볼 안착장치의 구조를 나타낸 정면도이다.

도 4a, 4b는 본 실시예에 따른 솔더볼 안착장치의 공급단계 작동을 나타낸 상태도이다.

도 5a, 5b는 본 실시예에 따른 솔더볼 안착장치의 배열단계 작동을 나타낸 상태도이다.

도 6a, 6b는 본 실시예에 따른 솔더볼 안착장치의 안착단계 작동을 나타낸 상태도이다.

도 7은 본 실시예에 따른 솔더볼 안착장치에 의해 솔더볼이 이송되는 과정을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

30: 지지프레임 32: 토출프레임

32a: 토출홀 34: 크로싱맵

34a: 관통홀 36: 이동식 공급함

361: 쐐기형 가이드부 38: 이젝트핀블럭

381: 이젝트핀 40: 액츄에이터

상기 목적을 달성하기 위하여 제공되는 BGA 패키지용 솔더볼 안착장치는 좌우양단이 아래위로 왕복이동되도록 중심부를 회전축으로 하여 회동되는 지지프레임과, 다수개의 토출홀이 구비된 구조로서 상기 지지프레임에 안착된 BGA 패키지 패널의 상방에 위치되는 토출프레임과, 상기 토출프레임의 상면에 밀착되어 소정간격만큼 왕복이동되며 상기 토출홀과 대응되는 관통홀이 형성된 크로싱맵과, 하면이 개방된 구조로서 다수개의 솔더볼을 내장한 상태로 상기 크로싱맵의 상면에 밀착되어 이동하는 이동식 공급함과, 상기 토출프레임의 토출홀과 크로싱맵의 관통홀이 일치된 상태에서 각 홀로 투입되는 다수개의 이젝트핀이 구비된 구조로서 크로싱맵 상방에서 액츄에이터에 의해 상하 왕복이동하는 이젝트핀블럭을 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도 3부터 도 7를 참조로 하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 BGA 패키지용 솔더볼 안착장치는 도 3에 나타난 것과 같이, 지지프레임(30)에 안착된 BGA 패키지 패널(P)의 상방에 위치되며 다수개의 토출홀(32a)(도 4a 참조)이 구비된 토출프레임(32)과, 상기 토출프레임(32)의 상면에 밀착되어 소정간격만큼 왕복이동되며 관통홀(34a)(도 4a 참조)이 구비된 크로싱맵(crossing map)(34), 상기 크로싱맵(34)의 상면에 이동가능하게 밀착배치되는 이동식 공급함(36)및, 상기 토출프레임(32)의 토출홀(32a)과 크로싱맵(34)의 관통홀(34a)이 일치된 상태에서 각 홀(32a)(34a)로 투입되는 다수개의 이젝트핀(381)(도 4a 참조)이 구비된 구조로서 크로싱맵(34) 상방에서 액츄에이터(40)에 의해 상하 왕복이동하는 이젝트핀블럭(38)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 크로싱맵(34)의 관통홀(34a) 및 토출프레임(32)의 토출홀(32a)은 솔더볼(B)의 직경보다 충분히 큰 직경을 갖는 크기로 이루어질 수 있으며, 이젝트핀블럭(38)의 이젝트핀(381) 역시 상기 관통홀(34a) 및 토출홀(32a)에 삽입 가능한 한도 내에서 충분한 굵기로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 토출프레임(32)과 크로싱맵(34), 이동식 공급함(36)을 지지하는 지지프레임(30)은 중간부위를 회전중심으로하여 구동모터(42) 등에 의해 왕복회동되는 구조로 이루어진다.

또한, 이동식 공급함(36)은 크로싱맵(34) 전부를 덮는 넓이로 이루어지며, 이동식 공급함(36) 측벽의 하면에는 크로싱맵(34)의 상면에서 관통홀(34a)에 유입되지 않은 솔더볼(B)을 파손되지 않게 밀어올리는 쐐기형 가이드부(361)가 형성된다.

더불어, 본 실시예에 따른 솔더볼 안착장치는 이동식 공급함(36)과 연계되며, 상기 공급함(36)으로 지속적으로 솔더볼(B)을 공급하는 공급장치(미도시)를 더욱 포함하여 구성될 수 도 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 BGA 패키지용 솔더볼 안착장치의 작동은 솔더볼 공급단계, 배열단계, 안착단계로 순차진행되는데, 이에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 솔더볼 공급단계에서는 도 4a, 4b에 나타난 것과 같이 이동식 공급함(36)이 크로싱맵(34)의 관통홀(34a) 부위에 위치된 상태에서 일정시간동안 지지프레임(30)이 좌우로 회동됨으로써 크로싱맵(34) 및 이동식 공급함(36)내의 솔더볼(B)들이 유동하게 되어 비어있는 크로싱맵(34)의 관통홀(34a)로 유입된다.

여기서, 크로싱맵(34)의 관통홀(34a)과 토출프레임(32)의 토출홀(32a)은 엇갈린 상태로서 크로싱맵(34)으로 유입된 솔더볼(B)은 관통홀(34a)내에 머무르게 된다.

지지프레임(30)의 회동작동이 종료되면 배열단계가 진행되는데, 배열단계에서는 도 5a에 나타난 것과 같이 토출프레임(32)과 크로싱맵(34)이 기울어진 상태에서 이동식 공급함(36)이 기울어진 아랫방향으로 움직이면서 크로싱맵(34)의 상면을 훑고 지나가게 된다. 이에 따라 크로싱맵(34)의 관통홀(34a)로 공급되고 남은 솔더볼(B)들을 크로싱맵(34)상에서 치우게 된다.

남은 솔더볼(B)이 크로싱맵(34)에서 치워진 다음에는 도 5b에 나타난 것과 같이 토출프레임(32)과 크로싱맵(34)이 수평상태로 되돌아오게 된다.

한편, 이동식 공급함(36)의 이동 시 크로싱맵(34)의 관통홀(34a)에 걸쳐진 솔더볼(B)은 공급함(36) 측벽의 내면에 형성된 쐐기형 가이드부(361)에 의해 부드럽게 들어올려지면서 옮겨지기 때문에 솔더볼(B)이 공급함(36)과 크로싱맵(34) 사이에 끼어 파손되는 현상이 방지된다.(도 7 참조)

이같은 쐐기형 가이드부(361)는 이동식 공급함(36)의 외면에도 구비됨으로써 공급함(36)의 외부로 이탈되어진 솔더볼(B)이 크로싱맵(34)과 공급함(36) 사이에 끼어 파손되는 현상도 방지하게 된다.

안착단계에서는 도 6a에서와 같이 크로싱맵(34)이 움직여 관통홀(34a)과 토출프레임(32)의 토출홀(32a)이 정렬됨으로써 크로싱맵(34)의 관통홀(34a)에 머무르던 솔더볼(B)이 토출프레임(32)의 토출홀(32a)을 통해 자중에 의해서 아래로 투입되어 BGA 패키지 패널(P)의 안착위치에 안착된다.

계속해서, 도 6b에 나타난 바와 같이 크로싱맵(34)의 상방에 배치된 이젝트핀블럭(38)이 하강하여 각각의 이젝트핀(381)이, 연통된 크로싱맵(34)의 관통홀(34a) 및 토출프레임(32)의 토출홀(32a)에 삽입됨으로써 관통홀(34a) 또는 토출홀(32a)내에서 정체되었을 수도 있는 일부 솔더볼(B)이 이젝트핀(381)에 의해 밀려서 아래로 토출 안착된다.

즉, 상술한 바와 같은 본 실시예에 의하면 솔더볼(B)의 공급이 자중 및 이젝트핀블럭(38)의 강제압박작용에 의해 이중으로 이루어지기 때문에 솔더볼(B)이 제위치에 고르게 안착된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 BGA 패키지용 솔더볼 안착장치는 그 기능에 있어 솔더볼이 자중 및 이젝트핀블럭에 의해 안착되도록 하기 때문에 솔더볼의 안착상태가 고르게 이루어짐으로써 결과적으로 BGA 패키지의 성능 안정성에도움이 된다는 이점이 있다.

또한, 구성에 있어 솔더볼이 통과하는 관통홀 및 토출홀을 솔더볼의 직경보다 크게 할 수 있고, 이젝트핀블럭의 이젝트핀 역시 각 홀의 직경을 초과하지 않는 범위 내에서 솔더볼의 직경보다 큰 굵기로 만들수 있기 때문에, 가공상의 어려움이 적어 제작이 용이하다는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 좌우양단이 아래위로 왕복이동되도록 중심부를 회전축으로 하여 회동되는 지지프레임과,

   다수개의 토출홀이 구비된 구조로서 상기 지지프레임에 안착된 BGA 패키지 패널의 상방에 위치되는 토출프레임과,

   상기 토출프레임의 상면에 밀착되어 소정간격만큼 왕복이동되며 상기 토출홀과 대응되는 관통홀이 형성된 크로싱맵과,

   하면이 개방된 구조로서 다수개의 솔더볼을 내장한 상태로 상기 크로싱맵의 상면에 밀착되어 이동하는 이동식 공급함과,

   상기 토출프레임의 토출홀과 크로싱맵의 관통홀이 일치된 상태에서 각 홀로 투입되는 다수개의 이젝트핀이 구비된 구조로서 크로싱맵 상방에서 액츄에이터에 의해 상하 왕복이동하는 이젝트핀블럭을 포함하는 BGA 패키지용 솔더볼 안착장치.