KR20090046368A - Apparatus and method for laser soldering and fabricating method of power semiconductor module using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 솔더링 장치 및 방법과 이를 이용한 전력용 반도체 모듈의 제조방법에 관한 것으로서, 전자 부품이 장착된 상태로 진입하는 기판상의 접할 될 부위에 솔더 크림(Solder Cream)을 도팅(Dotting)하는 솔더 디스펜서(Solder Dispenser)와, 기판을 예열시키는 예열히터(Pre-heater)와, 기판상의 솔더 크림에 레이저 빔을 조사하여 솔더링하는 복수 개의 레이저 헤드(Laser Head)와, 솔더 크림이 레이저 빔에 의해 가열될 때 발생하는 유해 가스를 배기시키는 배기부와, 솔더 크림이 정확한 위치에 도팅 되었는지와 솔더링이 제대로 되었는지 여부를 검사하는 검사부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 솔더 도팅부터 솔더링 공정까지의 전체 공정을 자동화할 수 있고, 대량 생산할 수 있으며, 솔더 크림이 도팅된 부분에만 레이저 빔을 조사하여 솔더링 함으로써, 열적 스트레스를 다른 부분에 주지 않게 되고, 복수 개의 레이저 헤드로 솔더링 영역을 각각 나누어 솔더링 함으로써, 솔더링 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.

Figure P1020070112470

솔더링, 레이저, 전력용 반도체 모듈, 솔더, 디스펜서

The present invention relates to a laser soldering device and method, and a method for manufacturing a power semiconductor module using the same, wherein a solder for doping solder cream on a portion to be contacted on a substrate that enters a state where an electronic component is mounted A dispenser, a pre-heater for preheating the substrate, a plurality of laser heads for irradiating and soldering a laser beam to the solder cream on the substrate, and the solder cream is heated by the laser beam. It is characterized in that it comprises an exhaust unit for exhausting the harmful gas generated when the, and the inspection unit for checking whether the solder cream is doped in the correct position and the soldering is correct.

According to the present invention, the entire process from the solder dotting to the soldering process can be automated, can be mass-produced, and by irradiating and soldering the laser beam only to the portion where the solder cream is doped, no thermal stress is applied to other portions, By dividing the soldering regions with a plurality of laser heads, respectively, the time required for the soldering process can be shortened.

Figure P1020070112470

Soldering, Lasers, Power Semiconductor Modules, Solders, Dispensers

Description

레이저 솔더링 장치 및 방법과 이를 이용한 전력용 반도체 모듈의 제조방법{ Apparatus and Method for laser soldering and Fabricating method of power semiconductor module using the same }Apparatus and Method for laser soldering and Fabricating method of power semiconductor module using the same}

본 발명은 레이저 솔더링 장치 및 방법과 이를 이용한 전력용 반도체 모듈의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser soldering device and method and a method for manufacturing a power semiconductor module using the same.

표면 실장 기술(Surface Mounted Technology : SMT)은 표면 실장 형 전자 부품을 인쇄회로기판(PCB) 표면에 장착하고 이를 솔더링(Soldering) 하는 기술이다.Surface Mounted Technology (SMT) is a technology that mounts and solders surface-mounted electronic components to the printed circuit board (PCB) surface.

표면 실장 기술은 전자 부품의 간격을 조밀하게 할 수 있고, 기판의 양면을 사용할 수 있으며, 인쇄회로기판의 면적을 축소할 수 있는 여러 가지 장점을 가지고 있어 오늘날 폭 넓게 이용되고 있다.Surface-mount technology is widely used today because of the many advantages that can close the gap between electronic components, use both sides of the substrate, and reduce the area of the printed circuit board.

현재 보편화 되어 있는 표면 실장 형 부품의 솔더링 기술로는 열전도나 적외선을 이용하는 리플로우 솔더링(Reflow Soldering)이 있다. Commonly used surface soldering techniques include reflow soldering using heat conduction or infrared rays.

리플로우 솔더링은 인쇄회로기판의 랜드(Land)에 미리 솔더(Solder)를 공급하여 두고 외부의 열원으로 상기 솔더를 재용융하여 표면 실장 형 부품의 리드와 인쇄회로기판상의 회로 패턴을 접합하는 것으로, 리드의 밀도가 높은 부품을 접할 할 때 리드 사이에 브리지가 일어나는 결함을 가져올 수 있고, 기판과 부품의 서로 다른 열팽창 계수 때문에 접합부에 스트레스가 쌓이게 되는 문제점이 있다.Reflow soldering is a process in which solder is supplied to a land of a printed circuit board in advance, and the solder is remelted by an external heat source to bond the lead of the surface mount component and the circuit pattern on the printed circuit board. When contacting a high-density part of the lead, there is a problem that a bridge occurs between the leads, and there is a problem that the stress is accumulated in the joint due to the different coefficients of thermal expansion of the substrate and the part.

특히, 하나의 반도체 패키지에 다수개의 전력 소자용 칩과 컨트롤 소자용 칩을 탑재하는 인텔리전트 전력용 반도체 모듈에 있어서, 다수개의 전력 소자용 칩이 실장되는 파워 보드와 컨트롤 소자용 칩이 실장되는 드라이브 보드의 경우, 열적 스트레스에 의해 각종 소자가 열화되는 문제가 발생하기도 한다.In particular, in an intelligent power semiconductor module in which a plurality of power device chips and a control device chip are mounted in one semiconductor package, a power board on which a plurality of power device chips are mounted and a drive board on which a control device chip is mounted are mounted. In this case, a problem may occur in which various devices are deteriorated by thermal stress.

그리고, 솔더링시 발생하는 납 증기와 플럭스(Flux) 가스의 혼합물이 원활히 배출되지 못하여 불필요한 부위에 접촉 불량을 발생시키기도 하고, 용융과 냉각 공정에 많은 시간이 소모되어 처리 가능한 양이 적으므로 대량 생산에 적합하지 않은 단점이 있다.In addition, the mixture of lead vapor and flux gas generated during soldering may not be discharged smoothly, resulting in poor contact at unnecessary parts, and a large amount of time is consumed in the melting and cooling process, so that the amount of processing is small. There are disadvantages that are not suitable.

즉, 리플로우 솔더링은 용융 솔더의 양호한 습윤을 보장하기 위해 솔더 페이스트에 유기 플럭스가 함유되는데, 솔더링 후에 약간의 플럭스 잔여물이 인쇄회로기판에 남겨져 부식 및 전기 단락을 일으킬 수 있다.In other words, reflow soldering contains organic flux in the solder paste to ensure good wetting of the molten solder, after which some flux residue may be left on the printed circuit board, causing corrosion and electrical shorts.

또한, 리플로우 솔더링에서는 많은 리드를 갖는 표면 실장 형 부품에서 몇 번째 리드에서 접합 불량이 일어났는지 공정 과정 중에 판독하는 것이 불가능하고, 솔더링 공정 후에 별도의 검사 공정을 취해야 하는 단점이 있다.In addition, in reflow soldering, it is impossible to read during the process of the number of leads in the surface mount component having a large number of leads, and a separate inspection process is required after the soldering process.

따라서, 본 발명의 기술적 과제는 솔더링 시 전자 부품들이 받는 열적 스트레스를 줄이고, 솔더 시 소요되는 시간을 단축하여 대량생산 할 수 있는 솔더링 방법을 제안하는데 있다.Therefore, the technical problem of the present invention is to propose a soldering method capable of mass production by reducing thermal stress received by electronic components during soldering, and shortening the time required for soldering.

본 발명의 레이저 솔더링 장치의 바람직한 실시예는, 전자 부품이 장착된 상태로 진입하는 기판상의 접할 될 부위에 솔더 크림(Solder Cream)을 도팅(Dotting)하는 솔더 디스펜서(Solder Dispenser)와, 상기 기판을 예열시키는 예열히터(Pre-heater)와, 상기 기판상의 솔더 크림에 레이저 빔을 조사하여 솔더링하는 복수 개의 레이저 헤드(Laser Head)와, 상기 솔더 크림이 레이저 빔에 의해 가열될 때 발생하는 유해 가스를 배기시키는 배기부와, 상기 솔더 크림이 정확한 위치에 도팅 되었는지와 상기 솔더링이 제대로 되었는지 여부를 검사하는 검사부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.A preferred embodiment of the laser soldering apparatus of the present invention is a solder dispenser for dotting solder cream onto a portion to be contacted on a substrate entering an electronic component mounted state, and the substrate. A pre-heater for preheating, a plurality of laser heads for soldering by soldering a laser beam to the solder cream on the substrate, and harmful gases generated when the solder cream is heated by the laser beam And an inspection unit for inspecting whether the exhaust unit for exhausting and the solder cream is doped in the correct position and whether the soldering is properly performed.

여기서, 상기 복수 개의 레이저 헤드는 상기 레이저 빔을 조사하는 영역이 각각 다르게 설정되며,상기 복수 개의 레이저 헤드가 각 설정된 영역에 레이저 빔을 조사하도록 제어하고, 상기 레이저 빔의 세기 및 조사 시간을 제어하는 레이저 헤드 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the plurality of laser heads are differently set to the area irradiated with the laser beam, the plurality of laser heads to control the laser beam irradiated to each set area, and controls the intensity and irradiation time of the laser beam It further comprises a laser head control unit.

또한, 상기 솔더링 시 상기 기판 하부에 설치되어 상기 기판에 열을 공급하 는 히터 블록(Heater Block)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the soldering is provided under the substrate further comprises a heater block (Heater Block) for supplying heat to the substrate.

본 발명의 레이저 솔더링 방법의 바람직한 실시예는, 솔더 디스펜서(Solder Dispenser)가 전자 부품이 장착된 상태로 진입하는 기판상의 접할 될 부위에 솔더 크림(Solder Cream)을 도팅(Dotting)하는 단계와, 검사부가 상기 솔더 크림이 정확한 위치에 도팅 되었는지 여부를 검사하는 단계와, 예열히터(Pre-heater)가 상기 기판을 예열시키는 단계와, 복수 개의 레이저 헤드(Laser Head)가 상기 기판상의 솔더 크림에 레이저 빔을 조사하여 솔더링하는 단계와, 상기 검사부가 상기 솔더링이 제대로 되었는지 여부를 검사하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.A preferred embodiment of the laser soldering method of the present invention comprises the steps of dotting solder cream onto a portion to be contacted on a substrate where a solder dispenser enters a state in which an electronic component is mounted, and an inspection is performed. Additionally checking whether the solder cream is doped in the correct position, a pre-heater preheating the substrate, and a plurality of laser heads are placed on the solder cream on the substrate Investigating and soldering, characterized in that it comprises a step of inspecting whether the inspection unit is the soldering is correct.

본 발명의 레이저 솔더링을 이용한 전력용 반도체 모듈의 제조방법의 바람직한 실시예는, 전력용 소자가 실장되는 파워 보드를 제작하는 단계와, 컨트롤 소자가 실장되는 드라이브 보드를 제작하는 단계와, 상기 파워 보드와 드라이브 보드를 핀 블록(Pin-Block)에서 레이저 솔더링 방식으로 솔더링하여 패키징하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing a power semiconductor module using laser soldering includes manufacturing a power board on which a power device is mounted, manufacturing a drive board on which a control device is mounted, and the power board. And packaging the drive board by soldering in a pin block (Pin-Block) by laser soldering.

여기서, 상기 패키징하는 단계는, 상기 파워 보드 및 드라이브 보드를 상기 핀 블록 상에 위치시키는 단계와, 상기 파워 보드 및 드라이브 보드 상의 접합 될 부위에 솔더 크림을 도팅(Dotting)하는 단계와, 상기 솔더 크림이 정확한 위치에 도팅 되었는지 여부를 검사하는 단계와, 상기 파워 보드 및 드라이브 보드를 예열시키는 단계와, 복수 개의 레이저 헤드(Laser Head)가 상기 파워 보드 및 드라이브 보드 상의 솔더 크림에 레이저 빔을 조사하여 솔더링하는 단계와, 상기 솔더링이 제대로 되었는지 여부를 검사하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The packaging may include placing the power board and the drive board on the pin block, dotting solder cream on a portion to be bonded on the power board and the drive board, and the solder cream. Checking whether it is doped in the correct position, preheating the power board and drive board, and a plurality of laser heads are irradiated with a laser beam on the solder cream on the power board and the drive board for soldering And checking whether the soldering is performed properly.

본 발명에 의하면, 솔더 디스펜서 및 검사부를 레이저 솔더링 장치 내에 포함하여 구성함으로써, 솔더 도팅부터 솔더링 공정까지의 전체 공정을 자동화할 수 있고, 또한 대량 생산할 수 있다.According to the present invention, by including the solder dispenser and the inspection unit in the laser soldering apparatus, it is possible to automate the entire process from solder dotting to the soldering process and mass production.

본 발명에서는 레이저를 이용하여 솔더링 공정을 수행함으로써, 기존의 리플로우 솔더링에 비해 솔더링 공정에 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 솔더 크림이 도팅된 부분에만 레이저 빔을 조사하여 솔더링 함으로써, 열적 스트레스를 다른 부분에 주지 않게 된다. 또한 복수 개의 레이저 헤드로 솔더링 영역을 각각 나누어 솔더링함으로써, 솔더링 공정에 소요되는 시간을 더욱 단축할 수 있다.In the present invention, by performing a soldering process using a laser, it is possible to reduce the time required for the soldering process compared to the conventional reflow soldering, and by applying a laser beam to the solder-doped portion only soldering, different thermal stress Will not be given to the part. In addition, by dividing the soldering regions into a plurality of laser heads, the soldering process can be further shortened.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 레이저 솔더링 장치 및 방법과 이를 이용한 전력용 반도체 모듈의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a laser soldering apparatus and method of the present invention and a method of manufacturing a power semiconductor module using the same will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5.

도 1은 본 발명의 레이저 솔더링 장치를 개략적으로 나타낸 도면으로, 도 1은 본 발명의 레이저 솔더링 장치를 구성하는 구성요소들을 도시한 것뿐이며, 각 구성 요소들의 실제 배치된 위치를 나타낸 것은 아니다.FIG. 1 is a schematic view of a laser soldering apparatus of the present invention. FIG. 1 only shows components constituting the laser soldering apparatus of the present invention, and does not show actual positions of the components.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 레이저 솔더링 장치(100)는 로더(Loader)(101) 및 언로더(Unloader)(102), 컨베이어(Conveyer)(110), 솔더 디스펜서(Solder Dispenser)(120), 검사부(130), 예열히터(Pre-heater)(140), 히터 블록(Heater Block)(150), 제1 레이저 헤드(Laser Head)(161) 및 제2 레이저 헤드(162), 레이저 헤드 제어부(165), 제1 배기부(171) 및 제2 배기부(172), 이동부(180), 제어부(190)를 포함하여 이루어진다.As shown therein, the laser soldering apparatus 100 of the present invention includes a loader 101 and an unloader 102, a conveyor 110, and a solder dispenser 120. , Inspection unit 130, preheater 140, heater block 150, first laser head 161 and second laser head 162, laser head control unit 165, a first exhaust unit 171, a second exhaust unit 172, a moving unit 180, and a controller 190.

여기서, 상기 로더(Loader)(101)는 각종 전자부품이 장착된 기판을 레이저 솔더링 장치(100)로 공급하는 장치이고, 상기 언로더(Unloader)(102)는 솔더링 공정 완료 후 상기 각종 전자부품이 장착된 기판을 외부로 반출하는 장치이다.Here, the loader 101 is a device for supplying a substrate on which various electronic components are mounted to the laser soldering apparatus 100, and the unloader 102 is configured to complete the soldering process after completion of the soldering process. It is a device to take out the mounted substrate to the outside.

상기 기판으로는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board : PCB), DBC(Direct bonded copper) 기판 및 HIC(Hybrid Integrated Circuit) 기판 등이 사용될 수 있다.The substrate may be a printed circuit board (PCB), a direct bonded copper (DBC) substrate, a hybrid integrated circuit (HIC) substrate, or the like.

상기 컨베이어(Conveyer)는 상기 로더(101) 및 언로더(102)에 각각 연결 설치되어, 상기 기판을 레이저 솔더링 장치 내부로 운반하는 한편, 솔더링 공정 완료 후 상기 기판을 외부로 반출하도록 운반하는 장치이다.The conveyor is connected to the loader 101 and the unloader 102, respectively, to transport the substrate into the laser soldering apparatus and to transport the substrate to the outside after the soldering process is completed. .

상기 솔더 디스펜서(Solder Dispenser)(120)는 기판상의 각 접합 부위에 솔더 크림(Solder Cream)을 도팅(Dotting)한다. 상기 솔더 크림으로는 주석(Sn)- 은(Ag)-구리(Cu) 합금 또는 주석(Sn)-납(Pb) 합금으로 이루어진 무연 솔더를 사용할 수 있다.The solder dispenser 120 may dot the solder cream to each bonding portion on the substrate. The solder cream may be a lead-free solder made of tin (Sn) -silver (Ag) -copper (Cu) alloy or tin (Sn) -lead (Pb) alloy.

본 발명에서는 솔더 디스펜서(120)를 레이저 솔더링 장치(100) 내에 포함하여 구성함으로써, 솔더 도팅부터 솔더링까지의 공정을 자동화할 수 있다는 장점이 있다.In the present invention, by including the solder dispenser 120 in the laser soldering apparatus 100, there is an advantage that the process from solder dotting to soldering can be automated.

상기 검사부(130)는 솔더 디스펜서(120)에 의해 솔더 크림이 기판상의 각 접합 부위에 제대로 도팅되었는지를 검사하고, 솔더링 공정시 솔더링이 제대로 되었는지의 여부를 검사한다.The inspection unit 130 checks whether the solder cream is properly doped to each bonding portion on the substrate by the solder dispenser 120, and checks whether soldering is performed correctly during the soldering process.

상기 예열히터(Pre-heater)(140)는 상기 각종 전자부품이 장착된 기판에 열을 가한다. 여기서, 상기 기판에 열을 가하는 방식으로는 열풍을 이용하는 방식이나, 적외선 복사열을 이용하는 방식 등 현재 사용되고 있는 다양한 가열 방식이 사용될 수 있다.The preheater 140 applies heat to a substrate on which the various electronic components are mounted. Here, as a method of applying heat to the substrate, various heating methods currently used, such as a method using hot air or a method using infrared radiation, may be used.

이와 같이, 기판을 예열하는 이유는 솔더링 작업시 기판의 온도가 솔더 크림의 용융 온도까지 급작스럽게 상승 될 경우 발생하는 열 쇼크를 막기 위한 것이다.As such, the reason for preheating the substrate is to prevent thermal shock that occurs when the temperature of the substrate suddenly rises to the melting temperature of the solder cream during the soldering operation.

상기 기판은 제1 레이저 헤드(161)로 운반되기 전까지 충분한 시간 동안 솔더 크림의 용융 온도보다 낮은 일정한 온도까지 예열되어야 한다.The substrate must be preheated to a constant temperature below the melting temperature of the solder cream for a sufficient time before being transported to the first laser head 161.

상기 히터 블록(Heater Block)(150)은 솔더링 작업시 상기 기판에 열을 공급 하는 일종의 열판으로서, 솔더링 공정은 상기 기판이 히터 블록(150) 위에 올려진 상태에서 수행하게 된다.The heater block 150 is a kind of hot plate that supplies heat to the substrate during a soldering operation, and the soldering process is performed while the substrate is placed on the heater block 150.

즉, 본 발명에서 레이저 솔더링 공정을 수행하는 경우, 상기 기판에서 열이 방출됨으로 인해 레이저 빔만으로는 솔더링에 적합한 온도에 도달하지 못하는 경우가 발생할 수 있으므로, 히터 블록(150)을 통해 상기 기판에 열을 계속 공급해줌으로써 적합한 온도에서 솔더링 공정이 이루어지도록 한다.That is, when the laser soldering process is performed in the present invention, since heat may be emitted from the substrate, the laser beam alone may not reach a temperature suitable for soldering, and thus heat is applied to the substrate through the heater block 150. Continue supplying to ensure the soldering process is done at the proper temperature.

특히, 기판이 방열 특성이 좋은 재질로 이루어진 경우, 히터 블록(150) 상에서 솔더링 공정이 이루어지는 것이 바람직하다.In particular, when the substrate is made of a material having good heat dissipation characteristics, it is preferable that a soldering process is performed on the heater block 150.

상기 제1 레이저 헤드(Laser Head)(161) 및 제2 레이저 헤드(Laser Head)(162)는 솔더 크림이 도팅된 위치에 레이저 빔을 주사하여 솔더링 공정을 수행한다.The first laser head 161 and the second laser head 162 perform a soldering process by scanning a laser beam at a location where solder cream is doped.

여기서, 상기 제1 레이저 헤드(161) 및 제2 레이저 헤드(162)는 각각 레이저 빔을 조사하는 영역이 다르게 설정되며, 동시에 레이저 솔더링 공정을 수행하게 된다.In this case, the first laser head 161 and the second laser head 162 are set differently to irradiate a laser beam, respectively, and at the same time performs a laser soldering process.

이때, 상기 레이저 헤드 제어부(165)가 제1 레이저 헤드(161) 및 제2 레이저 헤드(162)를 제어하여 레이저 빔이 기설정된 위치로 주사되도록 하며, 또한 레이저 빔의 세기 및 레이저 빔의 조사 시간 등을 제어한다.In this case, the laser head controller 165 controls the first laser head 161 and the second laser head 162 so that the laser beam is scanned to a predetermined position, and also the intensity of the laser beam and the irradiation time of the laser beam. And so on.

이와 같이, 본 발명에서는 레이저를 이용하여 솔더링 공정을 수행함으로써, 기존의 리플로우 솔더링에 비해 솔더링 공정에 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 솔 더 크림이 도팅된 부분에만 레이저 빔을 조사하여 솔더링 함으로써, 열적 스트레스를 다른 부분에 주지 않게 된다.As described above, in the present invention, by performing a soldering process using a laser, it is possible to reduce the time required for the soldering process compared to the conventional reflow soldering, and by irradiating and soldering the laser beam only to the portion where the solder cream is doped, It will not give heat stress to other parts.

또한 두 개의 레이저 헤드로 솔더링 영역을 각각 나누어 솔더링함으로써, 솔더링 공정에 소요되는 시간을 더욱 단축할 수 있다. In addition, the soldering area can be divided and soldered by two laser heads, thereby further reducing the time required for the soldering process.

상기 제1 배기부(171) 및 제2 배기부(172)는 상기 제1 레이저 헤드(161) 및 제2 레이저 헤드(162)에 의해 솔더 크림이 가열될 때 발생하는 유해 가스를 안전하게 배기시킨다.The first exhaust part 171 and the second exhaust part 172 safely exhaust the harmful gas generated when the solder cream is heated by the first laser head 161 and the second laser head 162.

상기 이동부(180)는 각 공정 단계에서 상기 기판을 이동시키는 역할을 하며, 상기 제어부(190)는 각 공정 순서를 제어하고, 또한 각 구성 요소들의 구동을 제어한다.The moving unit 180 serves to move the substrate in each process step, and the controller 190 controls each process sequence and also controls driving of each component.

도 2는 본 발명의 레이저 솔더링 방법의 실시예를 나타낸 순서도이다.2 is a flow chart showing an embodiment of the laser soldering method of the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 먼저 로더(101) 및 컨베이어(110)에 의해 각종 전자 부품이 장착된 기판이 레이저 솔더링 장치(100) 내부로 투입되면, 솔더 디스펜서(120)는 기판상의 각 접합 부위에 솔더 크림(Solder Cream)을 도팅(Dotting)한다(S 100).As shown in FIG. 1, when a substrate on which various electronic components are mounted by the loader 101 and the conveyor 110 is introduced into the laser soldering apparatus 100, the solder dispenser 120 solders each junction portion on the substrate. Dotting the cream (Solder Cream) (S 100).

이어서, 검사부(130)가 상기 솔더 크림이 기판상의 각 접합 부위에 제대로 도팅되었는지를 검사한다(S 110).Subsequently, the inspection unit 130 inspects whether the solder cream is properly doped to each bonding portion on the substrate (S 110).

다음으로, 예열히터(Pre-heater)(140)가 상기 솔더 크림의 용융 온도보다 낮은 일정한 온도까지 충분한 시간을 두고 기판을 예열한다(S 120). 여기서, 상기 기판을 예열하는 방식으로는 열풍을 이용하는 방식이나, 적외선 복사열을 이용하는 방식 등 현재 사용되고 있는 다양한 가열 방식이 사용될 수 있다.Next, the pre-heater 140 preheats the substrate for a sufficient time to a constant temperature lower than the melting temperature of the solder cream (S 120). Here, as a method of preheating the substrate, various heating methods currently used, such as a method using hot air or a method using infrared radiation, may be used.

연이어, 제1 레이저 헤드(161) 및 제2 레이저 헤드(162)를 이용하여 솔더링 공정을 수행하고, 제1 배기부(171) 및 제2 배기부(172)를 통해 솔더 크림이 가열될 때 발생하는 유해 가스를 안전하게 배기시킨다(S 130).Subsequently, when the soldering process is performed using the first laser head 161 and the second laser head 162, and the solder cream is heated through the first exhaust part 171 and the second exhaust part 172. To safely discharge the harmful gas (S 130).

이때, 히터 블록(150) 상에 기판을 올려두고 솔더링 공정을 수행하며, 제1 레이저 헤드(161) 및 제2 레이저 헤드(162)는 각각 기설정된 위치에 레이저 빔을 조사하여 솔더링 공정을 수행한다.At this time, the substrate is placed on the heater block 150 to perform a soldering process, and the first laser head 161 and the second laser head 162 respectively irradiate a laser beam at a predetermined position to perform a soldering process. .

이어서, 상기 검사부(130)가 솔더링이 제대로 되었는지를 검사한 후, 언로더(102) 및 컨베이어(110)를 통해 상기 기판을 레이저 솔더링 장치(100) 외부로 운반한다(S 140).Subsequently, after inspecting whether the soldering unit 130 is properly soldered, the substrate is transported to the outside of the laser soldering apparatus 100 through the unloader 102 and the conveyor 110 (S 140).

이와 같이, 본 발명에 의하면 레이저 빔을 통해 접합 부위에만 신속히 열을 가하여 열적 스트레스를 줄일 수 있고, 솔더링 공정시 소요되는 시간을 줄일 수 있으며, 솔더 도팅부터 솔더링까지 전 공정을 자동화시킴으로 대량 생산 및 생산 효율을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, heat can be rapidly applied only to the joint portion through a laser beam, thereby reducing thermal stress, reducing the time required during the soldering process, and mass production and production by automating the entire process from solder dotting to soldering. The efficiency can be improved.

본 발명의 레이저 솔더링 장치 및 방법은 표면 실장 기술 및 패키징 기술 등의 다양한 분야에서 사용할 수 있는데, 예를 들면 전력용 반도체 모듈의 제조 공정 에 있어서 파워 보드 및 드라이브 보드의 패키징시 사용할 수 있다. 이하에서는 본 발명의 레이저 솔더링 방법을 이용한 전력용 반도체 모듈의 제조 공정에 대해서 살펴보기로 한다.The laser soldering apparatus and method of the present invention can be used in various fields such as surface mount technology and packaging technology. For example, the laser soldering device and method of the present invention can be used in packaging power boards and drive boards in the manufacturing process of power semiconductor modules. Hereinafter, a manufacturing process of the power semiconductor module using the laser soldering method of the present invention will be described.

일반적으로 전력용 반도체 모듈의 제조 공정은, 전력용 소자가 실장되는 파워 보드와 컨트롤 소자가 실장되는 드라이브 보드를 따로 분리하여 제작한 후, 파워 보드와 드라이브 보드를 패키징하게 된다.In general, a process of manufacturing a power semiconductor module separates and manufactures a power board on which a power device is mounted and a drive board on which a control device is mounted, and then packages the power board and the drive board.

본 발명에서는 이처럼 따로 분리 제작된 파워 보드와 드라이브 보드를 하나의 핀 블록(Pin-Block)에서 레이저 솔더링 방식으로 솔더링하여 패키징하는 데 그 특징이 있다.In the present invention, the power board and the drive board separately manufactured as described above are characterized by soldering and packaging by laser soldering in one pin block.

도 3은 본 발명의 레이저 솔더링 방법을 이용한 전력용 반도체 모듈의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.3 is a view schematically illustrating a manufacturing process of a power semiconductor module using the laser soldering method of the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 레이저 솔더링 방법을 이용한 전력용 반도체 모듈의 제조 공정은 크게 파워 보드를 제작하는 공정, 드라이브 보드를 제작하는 공정 및 패키징 공정으로 나눌 수 있다.As shown in the drawing, the manufacturing process of the power semiconductor module using the laser soldering method of the present invention may be roughly divided into a process of manufacturing a power board, a process of manufacturing a drive board, and a packaging process.

먼저, 파워 보드를 제작하는 공정을 간략히 살펴보면 다음과 같다.First, a brief look at the process of manufacturing a power board is as follows.

1) 실리콘 웨이퍼를 개개의 칩으로 자르는 쏘잉(Sawing) 공정 1) Sawing process to cut silicon wafer into individual chips

2) 솔더 크림을 DBC 기판상에 증착하는 스크린 프린팅(Screen Printing) 공정2) Screen Printing Process to Deposit Solder Cream on DBC Substrate

3) 기판의 정해진 위치에 개개의 칩들을 가져다 놓는 다이 마운트(Die Mount) 공정3) Die mount process that brings individual chips to a specific location on the board

4) 솔더 크림에 열을 가하여 칩을 기판에 접착하는 솔더링(Soldering) 공정4) Soldering process in which the chip is bonded to the substrate by applying heat to the solder cream.

5) 솔더링 공정에서 발생한 이물질을 제거하는 세정(Cleaning) 공정5) Cleaning process to remove foreign substances generated in soldering process

6) 각 칩들을 기판과 전기적으로 연결해주는 와이어 본딩(Wire Bonding) 공정6) Wire Bonding process to electrically connect each chip to the board

7) 각 소자들의 스위치 온(On)/오프(Off) 상태를 점검하는 DC 테스트(DC Test) 공정7) DC test process to check the switch On / Off state of each device

8) 칩과 와이어를 보호하기 위해 기판상에 실리콘을 코팅하는 실리콘 코팅 공정8) Silicon coating process for coating silicon on the substrate to protect chips and wires

다음으로, 드라이브 보드를 제작하는 공정은, FR-4 기판의 어레이 된 상태에서 1) 스크린 프린팅 공정, 2) 칩 마운트 공정, 3) 리플로우 솔더링 공정을 순차적으로 수행하고, 이 후에 4) 기판을 개개 기판으로 분리하는 공정을 수행하게 된다. 상기 파워 보드와 드라이브 보드의 제작 공정은 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.Next, the process of manufacturing the drive board is performed by sequentially performing 1) a screen printing process, 2) a chip mounting process, and 3) a reflow soldering process in an array of FR-4 substrates. The process of separating into individual substrates is performed. Since the manufacturing process of the power board and the drive board is a known technique, detailed description thereof will be omitted.

이어서, 상기 파워 보드와 드라이브 보드를 하나의 핀 블록(Pin-Block)에서 본 발명의 레이저 솔더링 공정을 통해 패키징한다.Subsequently, the power board and the drive board are packaged through a laser soldering process of the present invention in one pin block.

도 4는 본 발명의 레이저 솔더링 방법을 이용하여 파워 보드와 드라이브 보드를 패키징한 상태를 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a state in which a power board and a drive board are packaged using the laser soldering method of the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 핀 블록(200) 내에 파워 보드(300)와 드라이브 보 드(400)가 실장되며, 핀 블록(200)에는 상기 파워 보드(300)와 드라이브 보드(400)를 공간적으로 분리시키기 위한 프레임 격벽(250)이 형성되어 있다.As shown therein, the power board 300 and the drive board 400 are mounted in the pin block 200, and the power board 300 and the drive board 400 are spatially separated from the pin block 200. The frame partition 250 is formed.

여기서, 상기 핀 블록(200) 내에 파워 보드(300) 및 드라이브 보드(400)가 실장될 때, 'L'자형 파워 핀(310)들 및 상기 프레임 격벽(250)에 형성되어 파워 보드(300)와 드라이브 보드(400)를 전기적으로 연결하기 위한 역 'Y'자형 브릿지 핀(255) 등의 단자(Terminal)들에 앞서 살펴본 레이저 솔더링 방법에 의한 솔더링 공정이 이루어진다.Here, when the power board 300 and the drive board 400 are mounted in the pin block 200, the power board 300 is formed on the 'L' shaped power pins 310 and the frame partition wall 250. The soldering process is performed by the laser soldering method described above on terminals such as an inverted 'Y'-shaped bridge pin 255 for electrically connecting the drive board 400.

여기서, 상기 'L'자형 파워 핀(310)은 핀 블록(200)의 프레임(205)에 수직으로 형성된 관통홀에 삽입 고정되며, 프레임(205)을 기준으로 상단면과 상기 파워 보드(300)가 실장되는 공간 측으로 각각 돌출되어 있는데, 상기 파워 보드(300)가 실장되는 공간 측으로 돌출된 부분이 파워 보드(300)의 패드와 레이저 솔더링 된다.Here, the 'L' shaped power pin 310 is inserted and fixed in the through-hole formed perpendicular to the frame 205 of the pin block 200, the upper surface and the power board 300 based on the frame 205 Each of the protrusions protrudes toward the space in which the power board 300 is mounted, and the portions protruding toward the space in which the power board 300 is mounted are laser soldered to the pad of the power board 300.

또한, 상기 역 'Y'자형 브릿지 핀(255)은 상기 프레임 격벽(250)에 수직으로 형성된 관통홀에 삽입 고정되며, 상기 프레임 격벽(250)을 기준으로 상단면과 상기 파워 보드(300) 및 드라이브 보드(400)가 실장된 공간으로 각각 돌출되어 있는데, 상기 파워 보드(300) 및 드라이브 보드(400)가 실장된 공간 측으로 돌출된 부분이 파워 보드(300) 및 드라이브 보드(400)의 패드와 각각 레이저 솔더링 된다.In addition, the inverse 'Y'-shaped bridge pin 255 is inserted into and fixed to a through hole formed perpendicularly to the frame partition wall 250, and has an upper surface and the power board 300 based on the frame partition wall 250. Each of the drive board 400 protrudes into a space where the power board 300 and the drive board 400 are mounted. Each is laser soldered.

도 5는 본 발명의 레이저 솔더링 방법에 의해 솔더링된 상태를 나타낸 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 각 단자(Terminal)(파워 핀 및 패드)들에 솔더 크림 및 레이저 빔을 이용하여 솔더링 되었다.5 is a view showing a state soldered by the laser soldering method of the present invention. As shown here, each terminal (power pins and pads) was soldered using solder cream and a laser beam.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. Although the present invention has been described in detail with reference to exemplary embodiments above, those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. I will understand.

그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.

도 1은 본 발명의 레이저 솔더링 장치를 개략적으로 나타낸 도면.1 schematically shows a laser soldering apparatus of the present invention.

도 2는 본 발명의 레이저 솔더링 방법의 실시예를 나타낸 순서도.2 is a flow chart showing an embodiment of the laser soldering method of the present invention.

도 3은 본 발명의 레이저 솔더링 방법을 이용한 전력용 반도체 모듈의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면.3 is a view schematically showing a manufacturing process of a power semiconductor module using the laser soldering method of the present invention.

도 4는 본 발명의 레이저 솔더링 방법을 이용하여 파워 보드와 드라이브 보드를 패키징한 상태를 나타낸 도면.4 is a view showing a state of packaging a power board and a drive board using the laser soldering method of the present invention.

도 5는 본 발명의 레이저 솔더링 방법에 의해 솔더링된 상태를 나타낸 도면.5 is a view showing a state soldered by the laser soldering method of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 레이저 솔더링 장치 101 : 로더100: laser soldering device 101: loader

102 : 언로더 110 : 컨베이어102: unloader 110: conveyor

130 : 검사부 140 : 예열히터130: inspection unit 140: preheating heater

150 : 히터블록 161 : 제1 레이저 헤드150: heater block 161: first laser head

162 : 제2 레이저 헤드 165 : 레이저 헤드 제어부162: second laser head 165: laser head control unit

171 : 제1 배기부 172 : 제2 배기부171: first exhaust part 172: second exhaust part

180 : 이동부 190 : 제어부180: moving unit 190: control unit

Claims (11)

전자 부품이 장착된 상태로 진입하는 기판상의 접할 될 부위에 솔더 크림(Solder Cream)을 도팅(Dotting)하는 솔더 디스펜서(Solder Dispenser);A solder dispenser for dotting solder cream on a portion to be in contact with the substrate to be mounted with the electronic component; 상기 기판을 예열시키는 예열히터(Pre-heater);A pre-heater for preheating the substrate; 상기 기판상의 솔더 크림에 레이저 빔을 조사하여 솔더링하는 복수 개의 레이저 헤드(Laser Head);A plurality of laser heads (Laser Head) for soldering by irradiating a laser beam to the solder cream on the substrate; 상기 솔더 크림이 레이저 빔에 의해 가열될 때 발생하는 유해 가스를 배기시키는 배기부; 및An exhaust unit for exhausting harmful gas generated when the solder cream is heated by a laser beam; And 상기 솔더 크림이 정확한 위치에 도팅 되었는지와 상기 솔더링이 제대로 되었는지 여부를 검사하는 검사부를 포함하여 이루어지는 레이저 솔더링 장치.And a checker to check whether the solder cream is doped in the correct position and the soldering is correct. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 인쇄회로기판(PCB), DBC(Direct bonded copper) 기판 및 HIC(Hybrid Integrated Circuit) 기판 중에서 선택된 어느 하나의 기판인 것을 특징으로 하는 레이저 솔더링 장치.The substrate is a laser soldering device, characterized in that any one selected from a printed circuit board (PCB), a direct bonded copper (DBC) substrate and a hybrid integrated circuit (HIC) substrate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수 개의 레이저 헤드는 상기 레이저 빔을 조사하는 영역이 각각 다르게 설정되며, 동시에 레이저 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 솔더링 장치.The plurality of laser heads are laser soldering device, characterized in that the area for irradiating the laser beam is set differently, at the same time irradiating a laser beam. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 복수 개의 레이저 헤드가 각 설정된 영역에 레이저 빔을 조사하도록 제어하고, 상기 레이저 빔의 세기 및 조사 시간을 제어하는 레이저 헤드 제어부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 솔더링 장치.And a laser head controller configured to control the plurality of laser heads to irradiate a laser beam to each set area, and to control the intensity and irradiation time of the laser beam. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 솔더링 시 상기 기판 하부에 설치되어 상기 기판에 열을 공급하는 히터 블록(Heater Block)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 솔더링 장치.And a heater block installed under the substrate to supply heat to the substrate during the soldering. 솔더 디스펜서(Solder Dispenser)가 전자 부품이 장착된 상태로 진입하는 기판상의 접할 될 부위에 솔더 크림(Solder Cream)을 도팅(Dotting)하는 단계;Dotting a solder cream on a portion to be in contact with a substrate on which a solder dispenser enters a state in which an electronic component is mounted; 검사부가 상기 솔더 크림이 정확한 위치에 도팅 되었는지 여부를 검사하는 단계;An inspection unit checking whether the solder cream is doped in the correct position; 예열히터(Pre-heater)가 상기 기판을 예열시키는 단계;Pre-heater preheating the substrate; 복수 개의 레이저 헤드(Laser Head)가 상기 기판상의 솔더 크림에 레이저 빔을 조사하여 솔더링하는 단계; 및Soldering a plurality of laser heads by irradiating a laser beam onto the solder cream on the substrate; And 상기 검사부가 상기 솔더링이 제대로 되었는지 여부를 검사하는 단계를 포함하여 이루어지는 레이저 솔더링 방법.And the inspection unit inspecting whether the soldering is performed correctly. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 솔더링하는 단계는,The soldering step, 상기 복수 개의 레이저 헤드가 상기 레이저 빔을 조사하는 영역이 각각 다르게 설정되어 동시에 레이저 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 솔더링 방법.The laser soldering method of claim 1, wherein the plurality of laser heads irradiate the laser beams at different areas. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 솔더링하는 단계는,The soldering step, 상기 기판 하부에 히터 블록(Heater Block)이 설치되어 상기 히터 블록에서 열을 공급받는 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 레이저 솔더링 방법.Heater block (Heater Block) is installed on the lower portion of the substrate characterized in that the laser soldering method characterized in that is performed in the state of receiving heat from the heater block. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 솔더링하는 단계 이후에,After the soldering step, 상기 솔더 크림이 레이저 빔에 의해 가열될 때 발생하는 유해 가스를 배기시키는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 솔더링 방법.And exhausting harmful gases generated when the solder cream is heated by a laser beam. 전력용 소자가 실장되는 파워 보드를 제작하는 단계;Manufacturing a power board on which a power device is mounted; 컨트롤 소자가 실장되는 드라이브 보드를 제작하는 단계; 및Manufacturing a drive board on which a control element is mounted; And 상기 파워 보드와 드라이브 보드를 핀 블록(Pin-Block)에서 레이저 솔더링 방식으로 솔더링하여 패키징하는 단계를 포함하여 이루어지는 레이저 솔더링을 이용한 전력용 반도체 모듈의 제조방법.And soldering and packaging the power board and the drive board in a pin block using a laser soldering method. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 패키징하는 단계는,The packaging step, 상기 파워 보드 및 드라이브 보드를 상기 핀 블록 상에 위치시키는 단계;Positioning the power board and the drive board on the pin block; 상기 파워 보드 및 드라이브 보드 상의 접합 될 부위에 솔더 크림을 도팅(Dotting)하는 단계;Dotting solder cream to a portion to be bonded on the power board and the drive board; 상기 솔더 크림이 정확한 위치에 도팅 되었는지 여부를 검사하는 단계;Checking whether the solder cream is doped in the correct position; 상기 파워 보드 및 드라이브 보드를 예열시키는 단계;Preheating the power board and the drive board; 복수 개의 레이저 헤드(Laser Head)가 상기 파워 보드 및 드라이브 보드 상의 솔더 크림에 레이저 빔을 조사하여 솔더링하는 단계; 및Soldering a plurality of laser heads by irradiating a laser beam onto solder cream on the power board and the drive board; And 상기 솔더링이 제대로 되었는지 여부를 검사하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 솔더링을 이용한 전력용 반도체 모듈의 제조방법.Method of manufacturing a power semiconductor module using laser soldering, characterized in that it comprises the step of checking whether the soldering is properly.
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