KR20120037543A - 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치 및 리플로우 방법 - Google Patents

레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치 및 리플로우 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120037543A
KR20120037543A KR1020100099057A KR20100099057A KR20120037543A KR 20120037543 A KR20120037543 A KR 20120037543A KR 1020100099057 A KR1020100099057 A KR 1020100099057A KR 20100099057 A KR20100099057 A KR 20100099057A KR 20120037543 A KR20120037543 A KR 20120037543A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
printed circuit
circuit board
laser
laser beam
unit
Prior art date
Application number
KR1020100099057A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101180481B1 (ko
Inventor
박홍진
서종현
Original Assignee
주식회사 엘티에스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘티에스 filed Critical 주식회사 엘티에스
Priority to KR1020100099057A priority Critical patent/KR101180481B1/ko
Publication of KR20120037543A publication Critical patent/KR20120037543A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101180481B1 publication Critical patent/KR101180481B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 방법은 적재되어 있는 인쇄 회로 기판을 리플로우 장치 내로 이송시키는 로드 단계; 상기 이송 단계에 의해 이송되고, 상부에 솔더볼이 형성된 인쇄 회로 기판을 IR 램프로 예열시키는 예열 단계; 레이저 빔을 폭방향 디멘젼을 갖는 에리어 빔으로 성형하여 상기 예열 단계에 의해 예열된 인쇄 회로 기판에 조사하여 솔더볼을 용융시켜 솔더링하는 솔더링 단계; 및 상기 솔더링된 인쇄 회로 기판을 이송하는 언로드부로 이송시키는 언로드 단계; 를 포함하며, 상기 로드단계, IR 램프 예열 단계, 레이저를 이용한 솔더링 단계 및 언로드 단계가 인라인을 따라 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 기존의 로에서 진행하던 분위기에 의한 순차적인 온도 프로파일을 구현하고, 급격한 온도 상승으로 PCB 표면의 변색을 방지할 뿐만 아니라 솔더 볼이 튕겨 나가는 현상을 방지할 수 있다.

Description

레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치 및 리플로우 방법{IN-LINE REFLOW APPARATUS USING A LASER MODULE}
본 발명은 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치 및 리플로우 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명은 기존의 로에서 진행하던 분위기에 의한 순차적인 온도 프로파일을 구현하고, 급격한 온도 상승으로 PCB 표면의 변색을 방지할 뿐만 아니라 솔더 볼이 튕겨 나가는 현상을 방지할 수 있는 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치 및 리플로우 방법에 관한 것이다.
반도체 소자가 고집적화 됨에 따라서 반도체 집적 회로가 형성된 반도체 칩을 외부의 회로와 연결하기 위한 연결 패드의 수가 증가하고, 이에 따라 인쇄 회로 기판(PCB)에 탑재되는 반도체 패키지의 리드(lead)선 수도 크게 증가하게 되었다.
리드선의 수가 증가함에 따라서 리드 프레임(lead frame)을 적용한 종래의 패키징(packaging) 기술은 500핀(pin) 이상의 고집적 반도체 칩에 적용할 수 없다.
따라서, 반도체 패키지의 하부 면의 넓은 면적을 이용하여 반도체 패키지의 출력 단자(output terminal)들을 배치할 수 있는 새로운 개념은 BGA 패키지 기술이 개발되었다.
이러한 BGA(ball grid array) 패키지 기술에서 반도체 칩은 인쇄 회로 기판에 탑재되며, 인쇄 회로 기판의 출력 단자(output terminal)에 대응하여 솔더볼(solder ball)이 배치되고, 반도체 패키지의 집적 회로는 인쇄 회로 기판의 출력 단자 및 이와 연결된 솔더볼을 통하여 전기 전자 장치의 외부 회로와 전기적으로 연결된다.
이때, 솔더볼은 반도체 집적 회로가 실장되어 있는 인쇄 회로 기판의 반대 면에 형성되며, 솔더볼을 인쇄 회로 기판의 출력 단자와 전기적으로 연결하기 위해 솔더링 공정이 요구된다.
여기서 반도체 칩 등을 인쇄 회로 기판 표면에 장착한 후 적정한 온도에서 솔더링하고 이를 경화시켜 주는 장치를 리플로우 장치라 한다.
리플로우 장치에서는 솔더볼이 놓여진 인쇄 회로 기판을 가열로에 넣고 일정한 시간 동안 일정한 온도에서 솔더볼을 가열하며, 이를 통하여 솔더볼은 인쇄 회로 기판의 출력 단자에 솔더링(soldering)된다.
하지만 이러한 리플로우 장치에서 솔더볼을 경화시키기 위한 오도 프로파일을 도 1을 참조하여 살펴보면, 약 50도에서 약 240도 사이의 고열에서 약 210초 동안 열적 스트레스를 받는다.
따라서, 반도체 소자가 열에 의해 손상될 수 있으며, 이로 인하여 반도체 소자의 특성 또는 수명이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 고열에 의해 반도체 패키지 전체의 온도가 급상승함에 따라 솔더볼이 배치된 BGA 기판이 휘거나 반도체 칩에 크랙(crack)이 발생하는 등의 문제점이 발생한다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여 본 출원인은 발명의 명칭이 "라인 빔을 이용한 반도체 패키지의 솔더링 시스템 및 방법"을 2009년 7월 10일 특허출원 제 10-2009-0063241호로 출원한 바 있으나, 기존의 로에서 진행하던 분위기에 의한 순차적인 온도 파일을 구현하지 못하는 문제점이 있었으며, 급격한 온도상승으로 인쇄 회로 기판 표면이 변색되는 문제점이 있었으며, 또한 휘발성이 높은 플럭스의 온도가 급격히 상승하여 솔더볼이 튕겨 나가 불량률이 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 레이저 빔을 성형하여 기존 로에서 진행하던 분위기에 의한 순차적인 온도 프로파일을 구현할 수 있으며, 이러한 레이저 빔 성형을 이용하여 폭방향 차원을 늘려 레이저 강도를 줄여 인쇄 회로 기판 표면이 변색되는 문제점을 해결하며 IR 램프를 추가하여 초기에 플럭스에 가해지는 온도 상승을 완충하여 불량률을 줄일 수 있는 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치 및 리플로우 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치는 인쇄 회로 기판이 적재된 로드(Load)부; 상기 로드부로부터 이송되고, 상부에 솔더볼(Solder Ball)이 형성된 인쇄 회로 기판을 IR 램프를 이용하여 예열시키는 예열부; 폭방향 디멘젼이 늘어난 에리어 빔을 조사하여 상기 예열부에 의해 예열된 인쇄 회로 기판을 솔더링(Soldering)하는 솔더부; 및 솔더링된 상기 인쇄 회로 기판이 이송되어 적재되는 언로드(Unload)부; 를 포함하며, 상기 로드부, 예열부, 솔더부 및 언로드부는 인라인(In-Line)으로 배치되는 되는 것을 특징으로 한다.
상기 예열부는 IR 램프, IR 램프를 150도 내지 180도 사이에서 90초 동안 완만하게 온도상승하도록 구동시키는 IR 램프 구동부, 및 상기 IR 램프 구동부를 포함할 수 있다.
상기 솔더부는 레이저 빔을 출력하는 레이저 빔 발진부와, 상기 레이저 빔 발진부와 연결되어 상기 레이저 빔을 분할 전송하는 광섬유 다발과, 상기 광섬유 다발의 출력단부에 연결되어 상기 레이저 빔이 일정 범위의 에너지 세기를 갖도록 평균화하는 광학계와, 상기 광섬유 다발의 출력단부로부터 나오는 레이저 빔이 폭방향 디멘젼을 갖는 에리어 빔이 되도록 성형하여 인쇄회로기판에 조사하는 헤드부와, 상기 광섬유 다발의 입력단부와 출력단부를 선택하고, 상기 헤드부가 소정 시간동안 상기 인쇄회로기판상에 유지시킨 후 동작시키는 구동부; 및
상기 레이저 발진부, 상기 광학계, 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 헤드부는 상기 레이저 다발이 폭방향 디멘젼을 갖게 배치되는 박스형태일 수 있다.
상기 제어부는 상기 헤드부로부터 조사되는 에리어 빔으로 성형된 레이저 빔의 에너지 세기를 보상할 수 있도록 상기 헤드부가 상기 인쇄회로기판 상부에 유지되는 시간을 늘리게 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 방법은 적재되어 있는 인쇄 회로 기판을 리플로우 장치 내로 이송시키는 로드 단계; 상기 이송 단계에 의해 이송되고, 상부에 솔더볼이 형성된 인쇄 회로 기판을 IR 램프로 예열시키는 예열 단계; 레이저 빔을 폭방향 디멘젼을 갖는 에리어 빔으로 성형하여 상기 예열 단계에 의해 예열된 인쇄 회로 기판에 조사하여 솔더볼을 용융시켜 솔더링하는 솔더링 단계; 및 상기 솔더링된 인쇄 회로 기판을 이송하는 언로드부로 이송시키는 언로드 단계; 를 포함하며,
상기 로드단계, IR 램프 예열 단계, 레이저를 이용한 솔더링 단계 및 언로드 단계가 인라인을 따라 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 한다.
상기 예열 단계는 150도 내지 180도 사이에서 90초 동안 완만하게 이루어지며, 상기 솔더링 단계는 광섬유 다발을 통하여 레이저 빔을 출력하는 출력 단계; 상기 레이저 빔이 일정한 범위의 에너지 세기를 가지도록 평균화하는 평균화 단계;상기 평균화된 상기 레이저 빔을 폭방향 디멘젼을 갖는 에리어 빔으로 성형하는 빔 성형단계; 및 상기 성형된 레이저 빔을 상기 인쇄 회로 기판에 소정 시간 동안 일정하게 조사하는 조사 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 빔 성형단계는 상기 광섬유 다발을 폭방향 디멘젼을 갖도록 배열하여 이루어질 수 있다. 상기 빔 성형단계는 광섬유 다발의 출력부의 온오프에 의해서 이루어질 수 있다.
상기 조사단계는 170 내지 240도 사이의 온도를 40초 동안 유지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기존 로에서 진행하던 분위기에 의한 순차적인 온도 프로파일을 레이저 모듈을 이용하여 구현할 수 있으며, 이러한 온도 프로파일을 순차적이고 연속적으로 제공함으로써 제조 공정과 제조 시간을 단축시켜 작업성 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 레이저 모듈에 의하여 레이저 빔을 성형하여 폭방향 디멘젼을 늘려 레이저 강도를 감소시켜 인쇄 회로 기판의 변색을 줄일 수 있으며, 대신에 레이저 조사시간을 늘려 급격한 온도상승을 완충시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, IR 램프를 이용하여 초기에 플럭스에 가해지는 온도상승을 완충하여 휘발성이 높은 플럭스에 급격한 온도상승이 유발되어 솔더 볼이 튕겨나가 불량률을 높이는 문제점을 해소할 수 있다.
도 1은 기존 로의 분위기에 의한 온도 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치의 빔 성형을 위한 헤드유닛의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치에서 폭방향 디멘젼이 확대된 레이저 라인 빔의 균일도를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치의 개략도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치의 빔 성형을 위한 헤드유닛의 부분 확대도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치에서 폭방향 디멘젼이 확대된 레이저 라인 빔의 균일도를 나타내는 그래프이다.
도 2 내지 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치(100)는 로드(Load)부(110), 정렬 검사부(120), 플럭스 도팅(Flux Dotting)부(130), 솔더볼 마운터(Solder Mounter)부(140), 예열부(150), 솔더부(160), 매가진 언로드(Unload)부(170)를 포함하고, 로드부(110), 예열부(150), 솔더부(160) 및 언로드부(170)는 인라인(In-Line)으로 배치되며, 예열 및 솔더링은 순차적으로 진행된다.
로드부(110)에는 인쇄 회로 기판(P)이 복수 개 적재되어 있다.
정렬 검사부(120)는 로드부(110)로부터 컨베이어 벨트(C)로 이송된 인쇄 회로 기판(P)이 정확한 위치로 전달되어 정렬되었는지 또는 인쇄 회로 기판(P)에 결함이 발생하였는지를 검사한다.
플럭스 도팅부(130)는 인쇄 회로 기판(P)의 상부에 정렬하고 접촉시켜 솔더볼(S)에 대응하는 위치에 플럭스를 형성하여 플러스 도팅 공정을 실시한다. 플럭스는 이후에 형성되는 솔더볼(S)의 위치를 용이하게 고정할 수 있는 동시에 솔더볼(S)이 산화되는 것을 방지한다.
솔더볼 마운터(140)는 인쇄 회로 기판(P)의 상부에 배치되고, 인쇄 회로 기판(P)의 상부 플럭스가 형성되어 있는 위치에 솔더볼(S)을 형성한다.
예열부(150)는 로드부(110)로부터 이송되고, 상부에 솔더볼(S)이 형성된 인쇄 회로 기판(P)을 약 120 도 내지 170도 사이로 예열시킨다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 기존 로에서 진행하던 분위기에 의한 순차적인 온도 프로파일을 구현하고, 휘발성이 높은 플럭스에 레이저 빔이 조사되어 순간적으로 온도가 상승하여 솔더볼이 튕겨나가는 현상을 방지하기 위하여 상기 예열부(150)는 IR 램프를 사용한다.
즉, 상기 예열부(150)는 IR 램프(154), IR 램프 구동부(155) 및 IR 램프 제어부(156)를 포함한다.
이와 같이 IR 램프를 예열부(150)로 사용함으로써 도 1에 도시된 바와 같이 완만한 온도 프로파일을 구현하여 레이저 빔의 조사에 의하여 솔더볼이 튀는 현상을 방지할 수 있었다.
또한, 인쇄 회로 기판(P)을 솔더링하기까지 충분한 시간 동안 솔더볼(S)의 용융 온도보다 낮은 일정 온도로 예열시켜 솔더볼(S)의 퍼짐성을 높일 수 있다.
한편, 기존 라인빔을 이용한 리플로우 장치에 있어서는 레이저 라인 빔을 이용할 경우에 순간적으로 솔더볼(S)의 용융온도보다 높은 온도를 제공하여 용융시킬 수 있으나, 도 1에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판과 반도체 칩등의 부품의 접착성이 좋도록 솔더볼(S)의 용융 온도 보다 높은 약 220도 내지 270도 사이에서 약 40초 동안 유지할 수 없었던 문제점이 있었다.
이에 본 발명의 일 실시예에 있어서는, 솔더부(160)는 상기 예열부(150)에 이어서 배치되는데, 레이저 모듈을 이용하여 레이저 빔을 폭방향 디멘젼이 증가된 에리어 빔(area beam)으로 성형 조사하여 상기 예열부(150)에 의해 예열된 인쇄 회로 기판(P)을 솔더링한다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 솔더부(160)는 솔더볼(S)의 용융 온도보다 높은 온도, 즉 약 220 도 내지 270도에서 약 40초 동안 유지할 수 있도록 라인빔의 빔의 폭방향 디멘젼을 늘려서 레이저 빔의 강도를 줄여 주었으며, 감소된 레이저 빔의 강도 대신에 레이저 조사시간을 증가시킬 수 있었다.
이를 위하여 인쇄 회로 기판(P)을 솔더링하기 위해 솔더부(160)는 레이저 빔 발진부(161), 광섬유 다발(162), 광학계(163), 헤드부닛(164), 구동부(165) 및 제어부(166)를 포함한다.
상기 레이저 빔 발진부161)는 레이저 빔을 발진시키며, 솔더부(160)의 크기를 최소화 하기 위해서 솔더부(150)의 상부에 배치되고, 하부로 인쇄 회로 기판(P)이 공급되는 것이 바람직하다
광섬유 다발(162)은 레이저 빔 발진부(161)로부터 생성된 레이저 빔이 분할되어 입력되는 일단부를 갖는 것으로, 상기 광섬유 다발(162)을 도 3에 도시된 바와 같이 길이방향을 따라 여러개 배열시키고, 폭방향을 따라 또한 여러개 배열시킴으로써 에리어 빔을 형성할 수 있으며, 레이저 빔의 강도를 감소시켜 급속한 온도상승을 방지할 수 있다.
광학계(163)는 광섬유 다발(162)(또는 High Power line beam 발생장치)의 다른 단부에 배치되어 레이저 빔을 폭방향 디멘젼을 갖는 균질화된 에리어 빔으로 성형하여 한다.
헤드부(164)는 상기 광학계(163)으로부터 균질화된 레이저 빔을 입력 받아 필요한 에너지를 가지는 에리어 빔을 반도체 패키지의 인쇄 회로 기판(P)의 제 2 면에 형성된 솔더볼(S)에 조사되게 한다.
구동부(165)는 상기 광학계(163) 내의 복수개의 광섬유의 입출력 단부(또는 High Power line beam 발생장치)를 선택하고, 헤드부(164)를 X, Y, 또는 Z 축을 따라 이동시킨다.
제어부(166)는 이들(161, 162, 163, 164, 165)을 제어한다.
상기 제어부(166)는 상기 광섬유 다발(162) 또는 광학계(163)에서 에너지 강도가 줄어든 레이저 빔을 보상하기 위하여 조사시간을 늘릴 수 있도록 상기 헤드부(164)를 이동시키는 구동부(165)를 제어할 뿐만 아니라 상기 구동부(165)의 구동에 응답하여 상기 광학계(163) 내의 복수 개의 광섬유의 입출력 단부를 선택하여 구동할 수 있다.
상기 구동부(165)는 상기 헤드부(164)를 X축 방향, Y축 방향 또는 Z축 방향으로 슬라이드 이동시키는 슬라이딩부(165a)을 더 구비하여 복수 개의 반도체 패키지가 탑재되어 있는 인쇄 회로 기판(P)을 스캐닝하면서 라인 빔을 안정적으로 조사할 수 있다.
이와 같이 레이저 빔을 솔더볼(S)이 형성되어 있는 영역에만 라인 형태로 조사하여 솔더볼(S)을 솔더링할 수 있어, 반도체 소자가 솔더링 공정에서 손상되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 레이저 빔을 폭방향 디멘젼이 증가되도록 빔 성형하여 조사함으로써 급격한 온도상승에 의하여 인쇄회로 기판 표면이 변색되거나 솔더볼이 튕겨 나가는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 기존 로의 분위기에 의한 순차적인 온도 프로파일을 달성할 수 있기 때문에 솔더링 성능이 안정적이고, 인쇄 회로 기판(P)을 솔더링 할 때 발생되는 유해가스가 감소되며, 열적 손상도가 감소하여 차세대 대형 Glass sealing 사양에도 적합하다.
또한, 인쇄 회로 기판(P)을 IR 램프로 예열시킨 후 레이저 모듈을 이용하여 솔더링하는 작업이 연속적으로 진행됨에 따라 제조 공정과 제조시간을 단축시켜 작업성 및 생산성을 향상시킬 수고, 제조 원가의 절감으로 인해 기업 경쟁력이 강화될 수 있다.
또한, 하나의 레이저 장치로 레이저 빔의 온도를 수시로 달리해서 인쇄 회로 기판(P)을 예열시키고 솔더링할 필요없이, IR 램프로 된 예열부(150)로 예열 후 솔더부(160)만을 제어하여 각각 인쇄 회로 기판(P)을 솔더링함으로써 부하가 거의 발생되지 않는다.
또, 솔더링 시스템(100)의 크기가 소형이라 기존의 Furnace(노) 보다 설치 면적 및 설치 비용이 감소하고, 이에 따라, 솔더링 시스템(100)의 운반 및 설치가 용이하여 경제적으로도 효율적이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광섬유 다발(162)(또는 High Power line beam 발생장치)을 이용하여 레이저 빔을 이동시키기 때문에 장거리에 있더라도 별도의 광학시스템을 이용하여 초점을 잡거나 하지 않을 수 있어서 작업이 편리하다.
레이저 빔은 복수 개의 광섬유(162a, 162b, 163c…)(또는 High Power line beam 발생장치) 통해서 진행하며 적어도 2 이상을 제어부(166)을 통해서 선택하여 레이저 빔을 성형하기 때문에 레이저 빔을 균질화된 에리어 빔으로 조사할 수 있다.
광학계(163)은 박스형으로 이루어져, 박스의 제 1, 2 오리피스 유닛(153a, 163a)을 광섬유가 긴밀하게 모두 채우고 있고, 이들 광섬유가 온(on) 상태가 되어 에리어 빔을 조사할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 광섬유 다발(162)(또는 High Power line beam 발생장치)의 입력부에 입사되는 레이저 빔의 에너지 세기가 광학계(163)의 출력부에서 평균화되며, 본 발명에서는 평균화된 에너지 세기를 갖는 레이저 빔을 반도체 패키징 기술의 리플로우 공정에 이용할 수 있다.
<방법에 대한 설명>
본 발명의 실시예에 따른 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 방법에 대하여 도 5에 도시된 흐름도를 설명하되, 편의상 순서를 붙여 설명하기로 한다.
1. 로드단계< S510 >
로더부(110)에 적재되어 있는 인쇄 회로 기판(P)을 리플로우 장치(100)내로 이송하고, 인쇄 회로 기판(P)이 정확한 위치로 전달되어 정렬되었는지 또는 인쇄 회로 기판(P)에 결함이 발생하였는지를 정렬 검사부(120)를 이용하여 검사한다.
2. 플럭스 도팅 ( Flux Dotting ) 단계
플럭스 도팅(Flux Dotting)부(130)를 인쇄 회로 기판(P)의 상부에 정렬하고 접촉시켜 솔더볼(S)에 대응하는 위치에 플럭스를 형성하여 플러스 도팅 공정을 실시한다. 플럭스는 이후에 형성되는 솔더볼의 위치를 용이하게 고정할 수 있는 동시에 솔더볼(S)이 산화되는 것을 방지한다.
3. 솔더볼 공급 단계
솔더볼(S)을 공급하기 위해 인쇄 회로 기판(P)을 운반하고, 솔더볼 마운터부(140)를 인쇄 회로 기판(P)의 상부에 정렬하고, 인쇄 회로 기판(P)의 상부 플럭스가 형성되어 있는 위치에 솔더볼(S)을 형성한다.
4. 예열 단계< S520 >
상부에 솔더볼이 형성된 인쇄 회로 기판(P)을 IR 램프로 된 예열부(150)를 이용하여 솔더볼이 충분히 퍼질 수 있도록 도 1에 도시된 온도 프로파일에 따라 약 150 내지 180도 사이에서 약 90초 동안 완만한 온도변화속에서 예열시킨다.
5. 솔더링 단계< S530 >
레이저 모듈을 이용하여 레이저 빔을 폭방향 디멘젼이 증가된 에리어 빔(area beam)으로 성형 조사하여 상기 예열부(150)에 의해 예열된 인쇄 회로 기판(P)을 솔더링한다.
즉, 솔더부(160)를 이용하여 라인빔의 빔의 폭방향 디멘젼을 늘려서 레이저 빔의 강도를 줄인 상태에서, 감소된 레이저 빔의 강도 대신에 레이저 조사시간을 증가시켜 S520단계에 의해 예열된 인쇄 회로 기판(P)을 솔더링한다.
5-1. 출력 단계< S531 >
상기 레이저 제어부(166)의 제어하에 상기 레이저 발진부(161)에서 레이저 빔을 생성하여 광섬유 다발(162)을 통하여 레이저 빔을 출력한다.
5-2. 평균화 단계< S532 >
광학계(163)에서 레이저 빔이 일정한 범위의 에너지 세기를 가지도록 평균화한다.
5-3. 레이저 빔 성형 단계< S533 > 및 조사시간 증가단계<534>
상기 광섬유 다발(162) 및 광학계(163)를 따라 출력되는 레이저 빔을 헤드부(164)에서 상기 제어부(166)의 제어에 따라 온오프 제어하여 레이저 빔의 폭방향 디멘젼이 향상되도록 성형하고, 조사시간을 에너지 강도 감소를 보상할 수 있도록 늘려준다.
6. 언로드단계< S540 >
솔더링된 인쇄 회로 기판(P)이 이송되어 언로드부(170)에 적재된다. 이때, 단계 S510 내지 S560은 인라인 및 순차적으로 진행된다.
7. 냉각 단계< S550 >
단계 S540이 완료된 인쇄 회로 기판(P)을 질소나 Air로 냉각시킨다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 로더부
150 : 예열부
154 : IR 램프
161 : 레이저 발진부
162 : 광섬유 다발
163 : 광학계
164 : 헤드부
165 : 구동부
166 : 제어부

Claims (11)

  1. 인쇄 회로 기판이 적재된 로드(Load)부;
    상기 로드부로부터 이송되고, 상부에 솔더볼(Solder Ball)이 형성된 인쇄 회로 기판을 IR 램프를 이용하여 예열시키는 예열부;
    폭방향 디멘젼이 늘어난 에리어 빔을 조사하여 상기 예열부에 의해 예열된 인쇄 회로 기판을 솔더링(Soldering)하는 솔더부; 및
    솔더링된 상기 인쇄 회로 기판이 이송되어 적재되는 언로드(Unload)부; 를 포함하며,
    상기 로드부, 예열부, 솔더부 및 언로드부는 인라인(In-Line)으로 배치되는 되는 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 예열부는 IR 램프, IR 램프를 150도 내지 180도 사이에서 완만하게 온도상승하도록 구동시키는 IR 램프 구동부, 및 상기 IR 램프 구동부를 포함하는 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔더부는 레이저 빔을 출력하는 레이저 빔 발진부와, 상기 레이저 빔 발진부와 연결되어 상기 레이저 빔을 분할 전송하는 광섬유 다발과, 상기 광섬유 다발의 출력단부에 연결되어 상기 레이저 빔이 일정 범위의 에너지 세기를 갖도록 평균화하는 광학계와, 상기 광섬유 다발의 출력단부로부터 나오는 레이저 빔이 폭방향 디멘젼을 갖는 에리어 빔이 되도록 성형하여 인쇄회로기판에 조사하는 헤드부와, 상기 광섬유 다발의 입력단부와 출력단부를 선택하고, 상기 헤드부가 소정 시간동안 상기 인쇄회로기판상에 유지시킨 후 동작시키는 구동부; 및
    상기 레이저 발진부, 상기 광학계, 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 헤드부는 상기 레이저 다발이 폭방향 디멘젼을 갖게 배치되는 박스형태인 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 헤드부로부터 조사되는 에리어 빔으로 성형된 레이저 빔의 에너지 세기를 보상할 수 있도록 상기 헤드부가 상기 인쇄회로기판 상부에 유지되는 시간을 늘리게 제어하는 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치.
  6. 적재되어 있는 인쇄 회로 기판을 리플로우 장치 내로 이송시키는 로드 단계;
    상기 이송 단계에 의해 이송되고, 상부에 솔더볼이 형성된 인쇄 회로 기판을 IR 램프로 예열시키는 예열 단계;
    레이저 빔을 폭방향 디멘젼을 갖는 에리어 빔으로 성형하여 상기 예열 단계에 의해 예열된 인쇄 회로 기판에 조사하여 솔더볼을 용융시켜 솔더링하는 솔더링 단계; 및
    상기 솔더링된 인쇄 회로 기판을 이송하는 언로드부로 이송시키는 언로드 단계; 를 포함하며,
    상기 로드단계, IR 램프 예열 단계, 레이저를 이용한 솔더링 단계 및 언로드 단계가 인라인을 따라 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 하는 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 예열 단계는 150도 내지 180도 사이에서 90초 동안 완만하게 이루어지는 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 솔더링 단계는
    광섬유 다발을 통하여 레이저 빔을 출력하는 출력 단계;
    상기 레이저 빔이 일정한 범위의 에너지 세기를 가지도록 평균화하는 평균화 단계;
    상기 평균화된 상기 레이저 빔을 폭방향 디멘젼을 갖는 에리어 빔으로 성형하는 빔 성형단계; 및
    상기 성형된 레이저 빔을 상기 인쇄 회로 기판에 소정 시간 동안 일정하게 조사하는 조사 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 빔 성형단계는 상기 광섬유 다발을 폭방향 디멘젼을 갖도록 배열하여 이루어지는 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 빔 성형단계는 광섬유 다발의 출력부의 온오프에 의해서 이루어지는 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 조사단계는 170 내지 240도 사이의 온도를 40초 동안 유지하는 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 방법.
KR1020100099057A 2010-10-12 2010-10-12 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치 및 리플로우 방법 KR101180481B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100099057A KR101180481B1 (ko) 2010-10-12 2010-10-12 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치 및 리플로우 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100099057A KR101180481B1 (ko) 2010-10-12 2010-10-12 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치 및 리플로우 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120037543A true KR20120037543A (ko) 2012-04-20
KR101180481B1 KR101180481B1 (ko) 2012-09-06

Family

ID=46138608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100099057A KR101180481B1 (ko) 2010-10-12 2010-10-12 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치 및 리플로우 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101180481B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101858440B1 (ko) * 2017-08-25 2018-06-28 최병찬 레이저 솔더링 장치 및 방법
WO2018124411A1 (ko) * 2016-12-28 2018-07-05 크루셜머신즈 주식회사 레이저 리플로우 방법
KR102297954B1 (ko) * 2020-04-03 2021-09-03 주식회사 아큐레이저 칩 솔더링 장치
US11515287B2 (en) 2016-06-10 2022-11-29 Laserssel Co., Ltd. Device and method for reel-to-reel laser reflow

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107511551B (zh) * 2017-08-31 2020-02-18 歌尔股份有限公司 锡球激光焊接方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11515287B2 (en) 2016-06-10 2022-11-29 Laserssel Co., Ltd. Device and method for reel-to-reel laser reflow
WO2018124411A1 (ko) * 2016-12-28 2018-07-05 크루셜머신즈 주식회사 레이저 리플로우 방법
KR101858440B1 (ko) * 2017-08-25 2018-06-28 최병찬 레이저 솔더링 장치 및 방법
KR102297954B1 (ko) * 2020-04-03 2021-09-03 주식회사 아큐레이저 칩 솔더링 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR101180481B1 (ko) 2012-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101180481B1 (ko) 레이저 모듈을 이용한 인라인 리플로우 장치 및 리플로우 방법
KR100524841B1 (ko) 리플로우방법 및 리플로우장치
WO2014185543A1 (ja) 電子部品実装装置
WO2013065861A1 (ja) 電子部品の製造装置、電子部品の製造方法、およびｌｅｄ照明の製造方法
KR100919931B1 (ko) 레이저 솔더링 장치 및 방법과 이를 이용한 전력용 반도체모듈의 제조방법
WO2013141392A1 (ja) 電子部品の製造方法
KR101154013B1 (ko) 라인 빔을 이용한 반도체 패키지의 솔더링 시스템 및 방법
CN115106652A (zh) 一种基于激光的集成电路高速焊接方法及其装置
JP4830635B2 (ja) はんだ付け方法、及びはんだ付け装置
TWI765143B (zh) 電子部件的回流及返工裝置
JP2008277406A (ja) レーザリフロー装置
KR102088902B1 (ko) 리플로우 솔더링 장치 및 리플로우 솔더링 방법
KR102212841B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법 및 반도체 장치의 제조 장치
JPH11121921A (ja) 電子部品のはんだ付け方法および装置
JP2008283109A (ja) 支持体、該支持体を用いた電気部品搭載プリント配線基板、該電気部品搭載プリント配線基板の製造方法
JP5328288B2 (ja) 半導体装置のはんだ付け方法及び実装構造
KR102297954B1 (ko) 칩 솔더링 장치
KR20190108007A (ko) 발광소자용 리플로우 장치 및 방법
JP2003297881A (ja) ボールグリッドアレイの光処理方法
KR102380011B1 (ko) 멀티레이저 리플로우 장치 및 방법, 멀티레이저를 이용한 표면 실장 시스템
JP2006222170A (ja) はんだ付け方法
JP4421970B2 (ja) 光モジュールの製造方法
JP2024048115A (ja) レ－ザーハンダ付け装置
Illyefalvi-Vitez et al. Laser soldering for lead-free assembly
CN113851384A (zh) 一种焊球焊接方法及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee