KR20060109314A - 도체 볼 장착 장치 - Google Patents

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KR20060109314A
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카즈오 니즈마
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시부야 코교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 도체 볼 장착 장치는 장착 타겟 상의 소정 어레이 패턴으로 형성된 개별 전극에 접착물질을 도포한 후에 도체 볼을 장착하며, 장착 타겟을 위치시키는 스테이지와; 스테이지에 위치된 장착 타겟 상에서 소정의 어레이 패턴으로 형성된 전극에 접착물질을 도포하는 도포수단과; 상기 접착물질이 도포된 위치에 도체 볼을 장착하는 도체 볼 장착 수단과; 상기 도포수단과 상기 도체 볼 장착 수단을 통과시키기 위한 이송 통로를 구성하는 이송수단을; 구비하고, 상기 스테이지는 상기 이송수단의 이송방향에 대해 직각 방향으로 이동시키는 이동수단을 통해, 그리고 회전수단을 통해, 그리고 수직 방향으로 이동시키는 이동 수단을 통해 상기 이송 수단 상에 배치된다.
장착 타겟, 스테이지, 스퀴지(squeezee)

Description

도체 볼 장착 장치{CONDUCTIVE BALL MOUNTING APPARATUS}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 납땜 볼 장착장치 전체를 개략적으로 나타낸 개략 평면도.
도 2는 웨이퍼 공급부 및 웨이퍼 수용부가 동일한 방향으로 배열된 경우를 나타낸 개략 평면도.
도 3은 볼 장착부를 나타낸 부분측입면도.
도 4는 볼 장착부의 평면도.
도 5는 웨이퍼 이송 스테이지의 이동을 나타낸 정면도.
본 발명은 도체 볼 장착 장치에 관한 것으로서, 특히 장착 타겟에 소정의 어레이 패턴으로 형성된 개별 전극에 접착물질이 도포된 이후 도체 볼을 장착하는 도체 볼 장착 장치에서 장착 타겟을 장착하는 스테이지를 위한 구동 수단의 개량에 관한 것이다.
장착 타겟에서 소정의 어레이 패턴으로 형성된 개별전극에 접착물질을 도포한 후 도체 볼을 장착하기 위한 도체 볼 장착장치로는 일본특허출원 제2001-358451 호에 개시된 바와 같이 장착 타겟 상의 개별 전극에 어레이 플레이트를 갖는 볼 장착 헤드에 의해 흡인, 배열, 흡수된 후에 도체 볼을 장착하는 도체 볼 장착 장치가 개시되어 있다. 그러나, 웨이퍼와 같은 장착 타겟 제품으로서 한 번에 장착될 납땜 볼의 개수는 백만개 이상이다. 그러므로, 현재로는 납땜 볼의 어레이에서의 결함과 장착시의 결함을 줄이기가 어려운 실정이다.
이러한 문제를 해소하기 위해 일본출원 제2002-538970호에 개시된 장치에서는 플럭스로 인쇄된 전자 기판 또는 장착 타겟에 어레이 마스크를 설치하고, 납땜 볼을 직접 전자기판의 전극에 낙하시키고 있다. 그러나, 이 장치에서는 플럭스 인쇄장치 및 납땜 볼 장착 장치가 개별적으로 어레이 마스크를 위한 Y축이동수단, Z축이동수단 및 θ축이동수단을 필요로 한다.
본 발명은 장착 타겟 상의 소정의 어레이 패턴에 형성된 개별 전극에 접착물질이 도포된 후 도체 볼을 장착하기 위한 도체 볼 장착 장치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 본 발명에 따른 장치에서는 장착 타겟을 장착하기 위한 X축 방향(또는 이송방향)으로 이송 통로 상에서 이동가능한 스테이지가 Y축(이송방향에 대해 수직방향)이동수단, Z축(수직방향)이동수단, θ축(회전방향)이동수단과 함께 설치된다. 관련기술(related art)에서 플럭스 인쇄장치 및 도체 볼 장착 장치 각각에 대해 개별적으로 필요로 하는 Y축이동수단, Z축이동수단, θ축 이동수단이 필요하지 않아 도체 볼 장착 장치 전체의 부품개수를 줄일 수 있으므로 장치의 대형화를 억제하고 많은 도체 볼을 정밀 장착할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1구성특징에 따른 도체 볼 장착 장치는 장착 타겟 상의 소정의 어레이 패턴으로 형성된 개별 전극에 접착물질을 도포한 후 도체 볼을 장착하며, 다음의 수단을 이용한다.
첫째, 본 발명의 도체 볼 장착 장치는 장착 타겟을 위치시키는 스테이지와, 스테이지에 위치된 장착 타겟 상에서 소정의 어레이 패턴으로 형성된 전극에 접착물질을 도포하는 도포수단과, 상기 접착물질이 도포된 위치에 도체 볼을 장착하는 도체 볼 장착 수단과, 상기 도포수단과 상기 도체 볼 장착 수단을 통과시키기 위한 이송 통로를 구성하는 이송수단을 구비한다.
둘째, 상기 스테이지는 상기 이송수단의 이송방향에 대해 직각 방향으로 이동시키는 이동수단을 통해, 그리고 회전수단을 통해, 그리고 수직 방향으로 이동시키는 이동 수단을 통해 상기 이송 수단 상에 배치된다.
본 발명의 제2구성특징에 따른 도체 볼 장착장치에서 상기 도체 볼 장착 수단은 도체 볼을 수용하기 위한 전극의 소정의 어레이 패턴을 따라 형성된 쓰루 홀(through hall)을 갖는 어레이 마스크를 장착 타겟 상에 배열하고, 다수의 도체 볼을 수용하는 볼 저장부를 상기 어레이 마스크의 상부면을 따라 이동시켜 도체 볼을 개별 쓰루 홀로 하강시켜, 상기 도체 볼을 장착한다.
본 발명의 제3구성특징에 따르면, 도체 볼 장착 수단은 상기 어레이 마스크를 고정하여 유지한다.
본 발명의 제4구성특징에 따르면, 도체 볼 장착 장치는 어레이 마스크와 장착 타겟을 위치시키기 위한 위치결정수단을 더 포함한다.
본 발명의 제1구성특징에서는, 이송수단에 의한 이송방향과 직교하는 방향으로 이동하는 이동수단을 통해, 그리고 회전수단 및 수직(상항방향) 이동수단을 통해 장착 타겟을 장착하기 위한 스테이지가 이송수단 상에 배치된다. 따라서, 접착물질을 도포하기 위한 도포수단 및 볼 장착 수단은 Y축이동수단, Z축이동수단 및 θ축이동수단을 추가로 필요하지 않아 도체 볼 장착 장치가 대형화되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제2구성특징에서는 쓰루 홀(도체 패턴을 수용하는 전극의 소정의 어레이 패턴 상에 형성됨)을 갖는 어레이 마스크를 배열하는 것에 의해, 그리고 어레이 마스크의 상부면을 따라 다수의 도체 볼을 저장하는 볼 저장부를 이동시키는 것에 의해 도체 볼을 개별 쓰루 홀에 하강시켜 도체 볼을 장착한다. 따라서, 웨이퍼와 같은 대형 장착 타겟 제품을 수반하면서도 정밀하게 많은 도체 볼을 장착할 수 있다.
본 발명의 제3구성특징에 있어서는, 도체 볼 장착 수단은 어레이 마스크를 고정 및 유지한다. 본 발명의 제4구성특징에 있어서는 도체 볼 장착 장치가 어레이 마스크 및 장착 타겟을 위치결정하는 위치결정수단을 더 포함한다. 본 발명의 제3 및 제4구성 특징에 따르면, 도체 볼 장착 작용의 정밀성을 향상시킬 수 있다.
다음에, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 있어서는 도체 볼 장착을 위한 타겟으로서 반도체 웨이퍼(이하 간단히 "웨이퍼"라 함), 전자회로기판, 또는 세라믹 기판을 사용할 수 있으며, 본 실시예에서는 그 중에서 웨이퍼(14)를 예로 사용한다. 또한, 플럭스, 납땜 페이스트 또는 도체 접착제를 접착물질로 사용한다.
도 1은 납땜 볼 장착 장치를 전체적으로 나타낸 개략평면도이며, 여기서의 납땜 볼 장착 장치(1)는 반입 웨이퍼 이송부(2), 플럭스 인쇄부(3), 볼 장착부(4) 및 반출 웨이퍼 이송부(5)를 포함한다. 납땜 볼 장착 장치(1)의 전단(pre-step)에 웨이퍼 공급부(6), 일차정렬부(7) 및 반입 로봇(8)이 위치하고, 그 후단(post-step)에는 반전부(9), 웨이퍼 수용부(10) 및 반출 로봇(11)이 위치한다.
전단부용 일차정렬부(7)는 수평면으로 웨이퍼(14)를 회전시켜 웨이퍼(14)의 배향 플랫(flat) 또는 노치의 위치를 검출하며, 이 검출에 의해 웨이퍼(14)의 위치를 근사 교정하고 웨이퍼 이송부(2) 상에 웨이퍼(14)가 소정의 방향으로 장착되도록 지시한다. 한편, 후단용 반전부(9)는 웨이퍼(14)를 회전시켜 배향 플랫 또는 노치가 소정의 위치가 되도록 하여 웨이퍼(14)를 매거진(32)에 수용되도록 한다.
납땜 볼 장착 장치에는 웨이퍼 이송 스테이지(12), 웨이퍼 이송부로부터 플럭스 인쇄부(3)로 웨이퍼(14)를 이송하기 위한 이송 통로(13), 볼 장착부(4) 및 웨이퍼 이송부(5)가 설치된다. 이송통로(13)에는 이송 스테이지(12)의 X축(종축, 도시한 바와 같음) 공급장치가 설치된다.
플럭스 인쇄부(3)에는 플럭스 공급장치(16), 웨이퍼(14) 상에 플럭스 또는 접착물질을 인쇄하기 위한 인쇄 마스크(15), 웨이퍼(14)와 인쇄 마스크(15)의 정렬 마크를 관찰하여 웨이퍼(14)와 인쇄마크스(15)를 등록시키기 위한 수직방향 감시 카메라(31)가 설치된다. 인쇄 마스크(15)는 웨이퍼(14) 상에서의 전극 패턴을 따라 형성된 쓰루 홀(through hall)을 가진다. 쓰루 홀 형성 영역(36)에 있어서 인쇄 마스크(15) 하부면의 2개 부위에 2개의 정렬 마크(도시안됨)가 형성되어 있다. 인쇄 마스크(15)는 몰드 박스(17)에 넣어져 프레임과 같은 고정부에 의해 유지된다. 플럭스 공급장치(16)는 인쇄 마스크(15)의 상부면을 따라서 스퀴지(squeezee: 짜낸 것)(도시 안됨)를 이동시켜 플럭스가 인쇄 마스크(15)의 쓰루 홀에 인쇄되고, 웨이퍼(14)의 전극에 공급되도록 한다. 도면에서 참조 부호 32는 인쇄 마스크(15)에 부착된 플럭스를 청소하는 소제부를 나타낸다.
볼 장착부(4)에는 납땜 볼 공급장치(20), 웨이퍼(14) 상의 전극 패턴을 따라서 형성된 쓰루 홀(18)을 갖는 볼 어레이 마스크(19), 웨이퍼(14)와 볼 어레이 마스크(19)의 정렬 마크를 관찰하여 이들을 등록시키는 감시 카메라(34)가 설치된다.
볼 어레이 마스크(19)는 공급될 납땜 볼(21)의 직경과 실질적으로 동일한 두께를 가지며, 쓰루 홀(18)은 납땜 볼의 직경 보다는 다소 큰 직경을 갖는다. 인쇄 마스크(15)와 같이, 볼 어레이 마스크(19)는 쓰루 홀 형성 영역(36)의 하부면 상의 2개 부위에 형성된 정렬 마크(도시안됨)를 가진다. 볼 어레이 마스크(19)는 몰드 박스(37)에 부착되어 프레임과 같은 고정부에 유지된다.
납땜 볼 공급 장치(20)에는 다수의 납땜 볼(21)을 저장하기 위한 볼 홉퍼(또는 볼 저장부)(22)가 설치된다. 여기서, 볼 홉퍼(22)는 납땜 볼(21)의 치수 및 재질에 따라서 교체된다. 볼 컵(23)의 내부 및 볼 컵 내벽면의 하부에는 도 3의 화 살표로 표시한 바와 같이 납땜 볼(21)을 수용하여 회전시키는 요부(35)가 형성되어 있다.
마스크 높이 검출 센서(27)는 접촉형과 비접촉형 모두 가능하며, 구체적으로는 레이저 센서 또는 정전용량센서가 사용될 수 있다. 초기 설정 시간의 교체시기 또는 몰드 교체 시기에 몰드 박스(37)를 스톱퍼 등에 접촉시키거나, 클램프에 의해 몰드 박스(37)를 위치결정 또는 고정하여 마스크 높이 검출을 수행한다. 즉, 볼 어레이 마스크(19)를 고정한 후에 쓰루 홀 형성 영역(36) 외측에 미리 설정된 다수의 검출 포인트 상에 납땜 볼(21)이 비어 있는 볼 컵(23)을 순차적으로 이동시키고, 볼 어레이 마스크(19)의 상부면 높이를 측정한다.
한편, 쓰루 홀 형성 영역(36)에서 볼 어레이 마스크(19)의 상부면 높이는 산출에 의해 결정한다. 또한, 개별 위치의 높이는 납땜 볼(21)이 볼 컵(23)에 수용되었을 때 가해진 무게를 고려하여 산출한다. 볼 장착 시간에 볼 컵(23)은 소정의 높이에 기초하여 이동하면서 이동부(24)에 의해 제어되며, 볼 어레이 마스크(19)의 상부면과 볼 컵(23)의 하부면 간의 공차는 소정의 거리를 초과하지 않는다.
웨이퍼 이송 스테이지(12)는 웨이퍼를 위치시키는 스테이지로서 이송 통로(13) 상에 장착되어 X축 방향으로 이동할 수 있다. 웨이퍼 이송 스테이지(12)에는 웨이퍼(14)의 이송방향에 대해 수직인 방향(즉, Y축방향)에서의 이동수단으로 작용하는 Y축구동기구(28)와, 회전수단으로서 작용하는 θ축구동기구(29) 및 수직방향 이동수단으로 작용하는 Z축구동기구(30)가 설치된다.
실시예의 납땜 볼 장착장치(1)의 작용을 설명한다. 먼저, 납땜 볼(21)이 장 착되는 웨이퍼(14)를 웨이퍼 공급부(6)의 매거진(32)에 수용한다. 그리고, 한 개의 웨이퍼(14)를 웨이퍼 공급부(6)의 매거진(32)으로부터 추출하여 일차정렬부(7)에 담아 옮긴다. 일차정렬부(7)에서 웨이퍼(14)를 회전시켜 배향 플랫 또는 노치의 위치를 검출시키고, 그 결과로 웨이퍼(14)의 위치를 근사하게 교정하는 한편 소정의 위치에 배향 플랫 또는 노치를 설정한다. 이어서, 반입 로봇(8)은 웨이퍼(14)를 일차정렬부(7)로부터 웨이퍼 이송부(2)에서 대기 상태로 있는 웨이퍼 이송 스테이지(12)로 반송한다.
웨이퍼(14)가 장착된 웨이퍼 이송 스테이지(12)는 이송통로(13)를 따라서 플럭스 인쇄부(3)로 이동하여 소정의 위치에서 정지한다. 여기서, 웨이퍼(14)와 인쇄마스크(15)의 정렬마크가 개별적으로 수직방향 감시 카메라(31)에 의해 관찰되며, 이송통로(13)의 X축구동기구에 의해 X축방향으로, Y축구동기구(28)에 의해 Y축방향으로, θ축기동기구(29)에 의해 θ축방향으로 각각 위치결정된다. 위치결정된 후, 웨이퍼 이송 스테이지(12)는 Z축구동기구(30)에 의해 승강하여 플럭스와 함께 준비된 인쇄마스크(15)에 대해 소정의 위치에서 정지된다. 이 상태에서, 인쇄마스크(15)에는 Y축방향으로 일단부에 플럭스가 공급되고, 스퀴지(squeezee)가 타단부로 이동하여 인쇄마스크(15)의 쓰루 홀로부터 웨이퍼의 전극 상에 플럭스를 인쇄한다.
플러스 인쇄 이후, 웨이퍼 이송 스테이지(12)는 Z축구동기구(30)에 의해 하향이동하고, 이송 통로(13)에 의해 볼 장착부(14)로 이동하여 소정의 위치에서 정지한다. 여기서 웨이퍼(14)와 볼 어레이 마스크(19)의 정렬마크가 수직 감시 카메 라(34)에 의해 개별적으로 관찰되고, 웨이퍼 이송 스테이지(12)는 이송통로(13)의 X축구동기구에 의해 X축방향으로, Y축구동기구(28)에 의해 Y축방향으로, θ축구동기구(29)에 의해 θ축방향으로 각각 위치결정된다. 이후, 웨이퍼 이송 스테이지(12)는 Z축구동기구(30)에 의해 상향으로 이동하여 볼 어레이 마스크(19)로부터 소정의 공차를 남긴 상태로 정지한다.
도 3에 도시한 바와 같이 볼 컵(23)은 볼 어레이 마스크(19) 위에서 이동하여 납땜 볼 (21)을 볼 어레이 마스크(19)의 쓰루 홀(18)로 하강시키며, 그 결과 납땜 볼(21)이 웨이퍼(14) 상에 장착된다. 이 볼 하강 이후 볼 어레이 마스크(19)가 웨이퍼 이송 스테이지(12)에 대해 미세하게 수평으로(X축방향 및 Y축방향으로) 이동하여 쓰루 홀(18)에서 납땜 볼의 위치를 교정한다.
납땜 볼 장착 동작 이후, 웨이퍼 이송 스테이지(12)가 Z축구동기구(30)에 의해 하향 이동하여 반출 웨이퍼 이송부에서 정지한다. 웨이퍼 수용부(10)에서 반출 로봇(11)에 의해 웨이퍼(14)는 웨이퍼 이송 스테이지(12)로부터 반전부(9)로 이송되고, 웨이퍼(14)가 회전되어 배향 플랫 또는 노치가 소정의 위치에 놓인다. 그리고, 반출 로봇(11)은 웨이퍼(14)를 다시 반전부(9)로부터 웨이퍼 수용부(10)의 매거진(32)으로 이송한다. 반출 로봇(11)이 웨이퍼 이송 스테이지(12)로부터 웨이퍼(14)를 반출할 때, 웨이퍼 이송 스테이지(12)가 원래 위치 또는 웨이퍼 이송부(2)로 복귀하여 일 공정을 완료한다. 본 발명의 장치는 이러한 동작을 계속 반복한다.
도 1의 실시예에서는, 웨이퍼 공급부(6)가 납땜 볼 장착장치(1)의 앞쪽에 배 치되고, 웨이퍼 수용부(10)는 뒷쪽에 배치된다. 상기한 바와 같이 웨이퍼 이송 스테이지(12)가 원래의 위치로 복귀하므로 웨이퍼 공급부(6) 및 웨이퍼 수용부(10)는 도 2에 도시한 바와 같이 일측에 배치될 수도 있다.
이상과 같은 구조에 따라서, 반출 로봇(11)은 반입 로봇(8)으로 교체될 수 있고, 웨이퍼(14)는 반입된 웨이퍼(14)와 동일한 방향에서 유지 및 수용될 수 있어 반전부(9)를 생략할 수 있다. 또한, 웨이퍼 이송부(2)(5) 중 하나를 생략할 수 있어 부품수를 감소할 수 있다. 그 결과, 장치 전체의 소형화를 도모할 수 있으면서도 도체 볼 또는 땜납 볼의 정밀 장착이 가능하다.
그리고, 본 실시예는 웨이퍼 이송 스테이지(12)의 정지 시간에 웨이퍼(14) 및 인쇄 마스크(15) 또는 볼 어레이 마스크(19)의 정렬 마크를 동시에 사진 촬영할 수 있는 수직 감시 카메라(31)를 인쇄 마스크(15) 및 볼 어레이 마스크(19), 웨이퍼(14)를 위치 결정하기 위한 수단으로 이용하고 있다. 그러나, 본 발명은 이러한 구조에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 다양한 변경 및 변형 구조도 가능하다.
이상과 같은 구성에 따라서 본 발명은 다음과 같은 작용효과를 얻는다.
이송수단에 의한 이송방향과 직교하는 방향으로 이동하는 이동수단을 통해, 그리고 회전수단 및 수직(상항방향) 이동수단을 통해 장착 타겟을 장착하기 위한 스테이지가 이송수단 상에 배치된다. 따라서, 접착물질을 도포하기 위한 도포수단 및 볼 장착 수단은 Y축이동수단, Z축이동수단 및 θ축이동수단을 추가로 필요하지 않아 도체 볼 장착 장치가 대형화되는 것을 방지할 수 있다.
쓰루 홀을 갖는 어레이 마스크를 배열하는 것에 의해, 그리고 어레이 마스크의 상부면을 따라 다수의 도체 볼을 저장하는 볼 저장부를 이동시키는 것에 의해 도체 볼을 개별 쓰루 홀에 하강시켜 도체 볼을 장착한다. 따라서, 웨이퍼와 같은 대형 장착 타겟 제품을 수반하면서도 정밀하게 많은 도체 볼을 장착할 수 있다.
도체 볼 장착 수단이 어레이 마스크를 고정 및 유지하고, 어레이 마스크 및 장착 타겟을 위치결정하는 위치결정수단을 가지고 있어 도체 볼 장착 작용의 정밀성을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 도체 볼 장착 장치로서,
    장착 타겟을 위치시키는 스테이지와;
    스테이지에 위치된 장착 타겟 상에서 소정의 어레이 패턴으로 형성된 전극에 접착물질을 도포하는 도포수단과;
    상기 접착물질이 도포된 위치에 도체 볼을 장착하는 도체 볼 장착 수단과;
    상기 도포수단과 상기 도체 볼 장착 수단을 통과시키기 위한 이송 통로를 구성하는 이송수단을; 구비하고,
    상기 스테이지는 상기 이송수단의 이송방향에 대해 직각 방향으로 이동시키는 이동수단을 통해, 그리고 회전수단을 통해, 그리고 수직 방향으로 이동시키는 이동 수단을 통해 상기 이송 수단 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 도체 볼 장착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도체 볼 장착 수단은
    도체 볼을 수용하기 위한 전극의 소정의 어레이 패턴을 따라 형성된 쓰루 홀을 갖는 어레이 마스크를 장착 타겟 상에 배열하고, 다수의 도체 볼을 수용하는 볼 저장부를 상기 어레이 마스크의 상부면을 따라 이동시켜 도체 볼을 개별 쓰루 홀로 하강시켜, 상기 도체 볼을 장착하는 것을 특징으로 하는 도체 볼 장착 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도체 볼 장착 수단은 상기 어레이 마스크를 고정하여 유지하는 것을 특징으로 하는 도체 볼 장착 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 어레이 마스크와 장착 타겟을 위치시키기 위한 위치결정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도체 볼 장착 장치.
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