KR20130083531A

KR20130083531A - 솔더볼 안착 방법, 이를 이용한 솔더볼 어태치 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20130083531A
Application number: KR1020120004154A
Authority: KR
Inventors: 김종회; 이승우
Original assignee: 주식회사 고려반도체시스템
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2013-07-23
Also published as: KR101332609B1

Abstract

본 발명은 미리 정해진 패턴으로 솔더볼을 안착시키는 방법 및 이를 이용한 기판에 솔더볼을 어태치하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 요입 형성된 다수의 수용부를 구비한 홀더 기판을 고정대에 위치 고정시키는 홀더기판 고정단계와; 솔더볼 공급기로부터 다수의 솔더볼을 상기 홀더 기판 상에 솔더볼을 낙하시키는 솔더볼 낙하단계와; 상기 홀더 기판의 표면에 낙하된 솔더볼이 상기 홀더 기판의 원주 방향의 판면을 따라 이동하도록 진동시키는 홀더기판 진동단계와; 상기 홀더 기판의 상기 다수의 수용부에 부압을 작용시켜, 상기 홀더 기판의 표면을 따라 원주 방향 성분을 갖는 방향으로 이동하는 상기 솔더볼이 상기 다수의 수용부로 안착시키는 솔더볼 안착단계를; 포함하여 구성되어, 솔더볼의 크기가 작은 경우에도 비접촉 방식으로 미리 정해진 패턴으로 솔더볼을 위치시키고 이를 기판에 전사하는 비접촉식 솔더볼 안착 방법 및 이를 이용한 솔더볼 어태치 방법 및 그 장치를 제공한다.

Description

솔더볼 안착 방법, 이를 이용한 솔더볼 어태치 방법 및 그 장치 {SOLDERBALL POSITIONING METHOD AND APPARATUS USING SAME}

본 발명은 미리 정해진 패턴을 갖는 기판 상에 솔더볼을 안착시키는 방법, 이를 이용한 솔더볼 어태치 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 솔더볼의 크기가 300㎛ 이하의 미세한 크기의 솔더볼에 대해서도 손상없이 미리 정해진 위치에 비접촉 방식으로 기판 홀더 또는 기판에 안착시키는 방법 및 이에 사용되는 장치에 관한 것이다.

최근 전자 기기의 소형화 및 고성능화에 수반하여 반도체 칩 등의 반도체 소자도 보다 고집적화되는 추세에 있다. 따라서, 반도체 소자의 범프 패턴의 간격이 종래에 비하여 보다 촘촘하게 형성되고 있으며, 이에 따라 반도체 소자의 패턴에 부합하는 수용홈이 형성된 기판에 일정량의 용융 솔더를 주입한 후 이를 가열하는 리플로우 공정에 의하여 주입된 용융 솔더가 반구형 내지 구형의 범프로 형성하는 방법이 제안되고 있다.

다시 말하면, 도1a에 도시된 바와 같이 홀더 기판(H) 상에 반도체 칩의 패턴에 부합하는 구멍이나 홈과 같은 수용홈(G)을 식각 등에 의하여 미리 정해진 패턴으로 형성시키고, 도1b에 도시된 솔더볼 공급기(10)가 10d로 표시된 방향으로 이동하면서 배출구(11)를 통해 솔더볼(B)을 홀더 기판(H)의 표면에 낙하시키면, 배출구(11)보다 후행하는 가요성 재질의 스위퍼(sweeper, 12)가 수용홈(G)에 안착하지 않은 솔더볼(B)을 쓸어내면서 근처의 수용홈(G)으로 밀어 안착시키게 된다.

그리고, 수용홈(G)에 솔더볼(B)이 모두 안착되면, 이를 기판에 전사시킨 후, 리플로우 공정을 거쳐 타원형 범프로 형성한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 범프 형성 공정은, 홀더 기판(H)의 수용홈(G)에 솔더볼(B)을 안착시키는 과정에서 가요성 스위퍼(12)를 이용하여 솔더볼(B)을 쓸어주는 공정이 포함되므로, 다수의 솔더볼(B)이 스위퍼(12)에 의해 쓸리는 과정에서 솔더볼(B)의 표면이 손상되는 일이 발생될 수 밖에 없다. 이로 인하여, 각 수용홈(G)에 안착되는 솔더볼(B) 중 손상된 솔더볼(B)이 안착된 위치에서는 리플로우 공정을 거치면서 보다 작은 범프를 형성한다. 따라서, 보다 작은 범프가 형성된 위치에서는 범프가 반도체의 배선을 불확실하게 연결하게 되어, 반도체 소자의 불량을 야기하는 원인이 되는 심각한 문제가 야기된다.

이 뿐만 아니라, 반도체 소자의 집적화가 보다 가속화됨에 따라, 범프의 크기가 보다 소형화되고 있다. 따라서, 종래에는 350㎛ 내지 400㎛ 직경의 솔더볼(B)이 사용되었지만, 조만간 200㎛이하 직경의 솔더볼(B)의 사용이 예정되어 있다. 350㎛ 이상의 솔더볼은 정전기력에 비해 자체의 자중이 더 크므로 핸들링 하는 것이 비교적 용이했지만, 직경이 300㎛ 이하인 솔더볼은 정전기력에 의해 쉽게 들러붙어 있는 성질이 강하므로, 이들의 취급이 상당히 까다로워지는 문제점도 있다. 더욱이, 솔더볼의 직경이 작아지면 가요성 스위퍼에 의해 물리적으로 쓸어 내는 것에 의해 일부는 수용홈(G)에 안착시키고, 다른 일부는 수용홈(G)의 바깥으로 배출시키는 것이 매우 곤란해진다.

한편, 패턴 형태로 분포된 핀(pin)이 구비된 카트리지를 이용하여 핀마다 하나의 솔더볼을 픽업하여 이를 기판(H)에 안착시키는 방식도 그동안 사용되었지만, 솔더볼의 크기가 300㎛이하보다 낮아지면 자중이 작아져 핀에 인가된 부압을 제거하더라도 정전기력에 의해 낙하하지 않으므로, 패턴 형태로 솔더볼을 안착시키는 것이 곤란해지는 문제점도 있었다.

따라서, 300㎛이하의 작은 직경의 미세 솔더볼(B)을 비접촉 방식으로 기판에 안착시킬 수 있도록 하는 기술의 필요성이 날로 대두되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은, 미리 정해진 패턴으로 범프를 기판에 형성하는 공정의 일부에 해당하는 것으로, 홀더 기판에 형성된 다수의 수용부에 솔더볼을 비접촉 방식으로 빠짐없이 안착시킬 수 있는 방법 및 이에 사용되는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 가요성 부재의 스위퍼로 솔더볼과 물리적으로 접촉하는 것을 원천적으로 배제함으로써, 다수의 수용부에 온전한 상태의 솔더볼이 안착되도록 함으로써, 완성된 범프의 크기가 항상 균일하도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 솔더볼의 크기가 300㎛ 이하로 작아지더라도 원활하게 홀더 기판의 수용부에 안착할 수 있도록 함으로써, 반도체 소자의 집적화가 보다 발전되더라도 적용할 수 있는 솔더볼 안착 방법 및 이에 사용되는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바의 목적을 달성하기 위하여, 요입 형성된 다수의 수용부를 구비한 홀더 기판을 고정대에 위치 고정시키는 홀더기판 고정단계와; 솔더볼 공급기로부터 다수의 솔더볼을 상기 홀더 기판 상에 솔더볼을 낙하시키는 솔더볼 낙하단계와; 상기 홀더 기판의 표면에 낙하된 솔더볼이 상기 홀더 기판의 원주 방향의 판면을 따라 이동하도록 진동시키는 홀더기판 진동단계와; 상기 홀더 기판의 상기 다수의 수용부에 부압을 작용시켜, 상기 홀더 기판의 표면을 따라 원주 방향 성분을 갖는 방향으로 이동하는 상기 솔더볼이 상기 다수의 수용부로 안착시키는 솔더볼 안착단계를; 포함하는 비접촉식 솔더볼 안착 방법을 제공한다.

이는, 홀더 기판의 표면 일측에 다수의 솔더볼을 무작위로 낙하시키면서 홀더 기판을 원주 방향으로 진동시키고, 홀더 기판의 수용부에 부압을 작용시킴으로써, 상기 홀더 기판에 낙하한 솔더볼이 낮은 높이로 되튀면서 홀더 기판을 가로질러 원주 방향 성분을 갖는 방향(예컨대, 나선 방향)으로 이동하면서, 솔더볼의 이동 중에 홀더 기판의 수용부에 작용하는 부압에 의해 홀더 기판의 표면을 종방향으로 이동하는 솔더볼이 수용부에 안착시키기 위함이다.

이를 통해, 솔더볼에 물리적으로 접촉시키지 않으면서도 홀더 기판의 수용부에 각 솔더볼이 하나씩 안착되며, 이에 의해 최종적으로 기판에는 다수의 범프가 모두 균일한 크기로 형성된다.

또한, 상기와 같은 방법은 솔더볼을 물리적으로 스위퍼에 의해 쓸어내지 않으므로, 솔더볼의 크기에 관계없이 적용할 수 있는 잇점이 있다. 즉, 종래에는 스위퍼에 의해 쓸어낼 때에 스위퍼의 하단이 홀더 기판의 표면으로부터 정해진 높이보다 상측으로 보다 높게 이격되면 솔더볼을 모두 쓸어내지 홀더 기판 상에 잔류하게 되고, 스위퍼의 하단이 홀더 기판의 표면으로부터 정해진 높이보다 상측으로 보다 낮게 이격되면 수용홈에 안착되었던 솔더볼이 바깥으로 튀어나오는 문제점이 있었다.

그러나, 본 발명에 따른 솔더볼 안착 방법은 스위퍼를 이용하여 솔더볼을 수용부에 안착하거나 수용부 주변의 솔더볼을 바깥으로 밀어내는 방식을 배제하고, 홀더 기판의 원주 방향으로의 진동에 의해 그 표면의 솔더볼이 원주 방향 성분을 갖는 방향으로 이동하면서, 수용부에 도입된 부압에 의해 솔더볼이 하나씩 빨려들어가 안착되므로, 솔더볼의 직경이 50㎛이하로까지 작아지더라도 솔더볼을 홀더 기판의 수용부에 손상없이 각각 안착시키는 것이 가능해진다.

그리고, 상기 솔더볼 낙하단계는 상기 솔더볼 공급기를 진동시켜 상기 솔더볼이 상기 솔더볼 공급기로부터 상기 홀더 기판의 표면으로 무작위로 낙하된다. 이에 의해, 솔더볼을 조금씩 그리고 지속적으로 일정량씩 홀더 기판의 표면에 무작위로 낙하되어, 낙하된 솔더볼이 홀더 기판을 가로질러 기판 표면을 따라 조금씩 되튀면서 이동하여, 부압이 작용하는 수용부에 솔더볼이 하나씩 각각 안착된다. 이를 위해, 솔더볼 공급기는 범용적인 리니어 피더에 의해 진동될 수도 있으며, 수평 면에 대하여 일방으로 경사진 경사면에서 진동시키는 구성에 의해 진동될 수도 있다.

이 때, 홀더 기판의 폭이 큰 경우에는 상기 솔더볼 공급기를 상기 홀더 기판의 폭방향으로 이동하면서 상기 솔더볼을 상기 홀더 기판의 표면에 무작위로 낙하시키는 공급기 이동단계를 더 포함하여 구성된다. 이에 따라, 솔더볼 공급기가 홀더 기판의 폭방향을 따라 왕복 이동하면서 조금씩 지속적으로 솔더볼을 무작위로 낙하시켜, 홀더 기판의 전체 표면을 가로질러 이동하는 솔더볼에 의해 모든 수용부가 솔더볼에 의해 채워진다.

한편, 상기 홀더 기판의 둘레를 요홈 형상으로 감싸는 솔더볼 수거홈에서 상기 수용부에 안착되지 않은 솔더볼을 수거하는 외부 솔더볼 수거단계를 더 포함하여, 수용부에 안착되지 않고 바깥으로 튕겨나가는 솔더볼이 상기 솔더볼 수거홈에 수용되어 수거된다.

상기 솔더볼 안착단계에 의해 모든 수용부에 솔더볼이 안착된 것으로 추정되면, 상기 홀더 기판의 상기 수용부에 부압이 작용하는 상태에서, 상기 수용부에 작용하는 부압보다 낮은 부압을 상기 홀더 기판의 표면에 작용시켜 상기 수용부에 안착되지 않은 솔더볼을 수거하는 내부 솔더볼 수거단계를 거친다. 이에 의해, 홀더 기판의 표면에 잔류하는 솔더볼을 흡입기에 의해 비접촉 방식으로 수거한다. 다만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 홀더 기판에 부압을 작용시킨 상태에서 경사지게 하거나 뒤집는 방식으로 홀더 기판의 표면에 잔류하는 솔더볼을 제거할 수도 있다.

홀더 기판의 표면 상에 잔류하는 솔더볼을 흡입기로 수거한 이후에는, 상기 홀더 기판의 다수의 수용부에 상기 솔더볼이 하나씩 안착된 것을 검사 비젼으로 확인하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 즉, 홀더 기판의 표면의 모든 수용부에 솔더볼이 하나씩 안착되었는지 확인한다. 대체로 홀더 기판에는 수용홈의 개수보다 수배 내지 수십배 많은 양의 솔더볼이 무작위로 낙하된 후 가로질러 이동하므로, 각각의 홀더 기판의 사양별로 여러차례 반복실험에 의해 모든 수용부에 솔더볼이 채워진 것으로 확인된 양만큼 솔더볼이 낙하되어, 수용부의 일부가 솔더볼에 의해 채워지지 않는 것이 방지된다. 다만, 검사 비젼에 의해 솔더볼이 모든 수용부에 안착되지 않은 것으로 확인되면, 상기 솔더볼 낙하단계와 상기 홀더기판 진동단계와 솔더볼 안착단계를 반복하여 모든 수용부에 솔더볼이 안착되도록 한다.

여기서, 상기 내부 솔더볼 수거단계는 상기 홀더 기판의 폭에 대응하는 길이로 부압이 작용하는 슬릿이 구비된 솔더볼 흡입기를 상기 홀더 기판의 표면을 따라 이동하는 것에 의해 행해질 수 있다. 이를 통해, 1회의 이동에 의해 홀더 기판의 표면에 잔류하는 모든 솔더볼을 회수할 수 있다.

상기와 같이 솔더볼을 홀더 기판의 수용부에 하나씩 안착시키는 방법은 솔더볼이 350㎛ 이상의 현재 사용중인 비교적 큰 크기의 솔더볼에 대하여 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 직경이 300㎛이하의 미세 솔더볼에 대해서도 적용 가능하다는 것이 확인되었다. 따라서, 직경이 50㎛ ~ 300㎛인 솔더볼을 홀더 기판의 패턴화된 수용부에 비접촉 방식으로 안착시킬 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

한편, 범용적인 리니어 피더를 사용하지 않고, 수평면에 대해 일방으로 경사진 구성을 이용하여 진동시킬 경우에는, 상기 홀더 기판의 진동 방향의 경사도는 수평면에 대하여 0.5° 내지 10°로 설정되는 경사면을 고정대 하측에 원주 방향으로 3개 이상 배열시키고, 이 경사면에 홀더기판 진동체를 설치함으로써 홀더 기판에 원주 방향으로의 진동을 인가할 수 있다. 솔더볼 공급기가 10°보다 큰 경사도로 진동시킬 수도 있지만, 이 경우에는 솔더볼의 크기가 100㎛보다 작다면 홀더 기판의 표면에 낙하된 솔더볼이 너무 빨리 이동하여 수용부에 원활하게 안착되지 않는 경우가 발생될 수 있다. 솔더볼 공급기가 0.5°보다 작은 경사도로 진동하면 홀더 기판에 낙하된 솔더볼의 이동 속도가 느려져 공정의 효율이 지연되는 문제가 야기된다.

이와 유사하게, 솔더볼 공급기의 진동 방향의 경사도는 수평면에 대하여 0.5° 내지 15°로 설정된다. 솔더볼 공급기가 15°보다 큰 경사도로 진동하면 진동 1주기당 홀더 기판의 표면에 한꺼번에 너무 많은 솔더볼이 낙하하는 문제가 야기되며, 솔더볼 공급기가 0.5°보다 작은 경사도로 진동하면 홀더 기판에 낙하되는 솔더볼의 양이 너무 작아져 공정 효율이 낮아지는 문제가 야기된다.

여기서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 '홀더 기판'이라는 용어는 솔더볼이 안착될 수 있는 홈 또는 구멍 형태의 수용부가 구비되는 모든 형태의 기판으로 정의된다. 따라서, 상기 홀더 기판은 범프를 형성하기 위한 전(前) 공정으로서의 예비 기판 뿐만 아니라, 회로를 구성하는 데 사용되는 기판(board) 및 반도체 칩, 반도체 장치 등을 제조하는 데 사용되는 반도체 소자를 모두 포함할 수 있다.

또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 '부압'은 대기압보다 낮은 압력을 지칭하는 것으로서 진공 상태를 포함한다.

한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 다수의 수용부가 구비된 홀더 기판을 고정시키고, 상기 수용부에 부압을 작용시키는 공기 통로가 구비된 고정대와; 다수의 솔더볼을 탑재된 상태로 상기 고정대에 고정된 홀더 기판의 일측에 솔더볼을 낙하시키는 솔더볼 공급기와; 상기 고정대를 진동시켜 상기 홀더 기판의 표면에 낙하된 솔더볼을 일방향으로 진행시키는 홀더기판 진동체를; 포함하여 구성된 비접촉식 솔더볼 안착 장치를 제공한다.

여기서, 홀더기판 진동체는 내부에 마그네트가 설치되어 전후면에 경사지게 설치된 판스프링에 진동을 발생시키는 범용 리니어 피더로 구성될 수도 있으며, 솔더볼이 낙하한 홀더 기판의 일측변으로부터 타측변으로 수평면에 대하여 하향 경사진 방향으로 진동하도록 구성될 수도 있다.

여기서, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 상기 솔더볼 공급기를 수평면에 대해 일방으로 경사진 방향으로 진동시켜 상기 솔더볼 공급기로부터 솔더볼이 상기 홀더 기판의 표면으로 조금씩 낙하하도록 하는 공급기 진동체가 추가적으로 구비될 수 있다. 이 때, 공급기 진동체는 범용적으로 사용되는 리니어 피더로 구성될 수도 있다.

그리고, 본 발명은 상기 고정대는 상기 홀더 기판의 둘레에 솔더볼을 모으는 수집홈이 형성될 수 있다. 상기 수집홈에서 수거된 솔더볼을 상기 솔더볼 공급기로 공급하는 이동 수단이 포함된다. 여기서, 이동 수단은 압력에 의해 솔더볼을 이동시키는 배관으로 형성될 수도 있고, 솔더볼을 담아두는 통을 로봇 아암으로 집어 이동시킬 수도 있으며, 공지된 다양한 형태로 구성될 수 있다.

또한, 상기 솔더볼 공급기를 수평면에 대해 일방으로 경사진 방향으로 진동시키는 공급기 진동체를 더 포함하여, 상기 솔더볼 공급기로부터 솔더볼을 조금씩 그리고 지속적으로 상기 홀더 기판의 표면에 공급할 수도 있다.

수용부가 이루는 패턴 형태에 따라 홀더 기판의 폭이 큰 경우에는, 상기 솔더볼 공급기를 상기 홀더 기판의 폭 방향을 따라 왕복 이동시키는 왕복 이동 수단을; 더 포함하여, 상기 솔더볼 공급기가 상기 홀더 기판의 폭 방향으로 이동하면서 솔더볼을 상기 홀더 기판의 표면에 낙하시킬 수 있다. 여기서, 왕복 이동 수단은 영구자석편과 코일로 이루어지는 리니어 모터로 구성될 수도 있고, 리드 스크류에 의해 구성될 수도 있으며, 레일을 두고 모터 등의 액츄에이터에 의해 이동시키도록 구성될 수 도 있다. 즉, 공지된 다양한 형태의 이동 수단이 적용될 수 있다.

상기 홀더 기판의 상기 수용부에 작용하는 부압보다 낮은 부압이 작용하는 흡입구가 구비되어, 상기 흡입구가 상기 홀더 기판의 표면을 대향 이격되어 이동하면서 상기 홀더 기판의 상기 수용부에 안착되지 않은 솔더볼을 수거하는 솔더볼 흡입기를 더 포함할 수 있다. 이에 의해, 수용부에 솔더볼이 모두 채워진 다음에, 홀더 기판의 표면에 잔류하는 솔더볼을 솔더볼 흡입기의 흡입구를 통해 모두 흡입하여 비접촉 방식으로 수거할 수 있게 된다. 그리고, 상기 솔더볼 흡입기에서 수거된 솔더볼을 상기 솔더볼 공급기로 공급하는 이동 수단이 더 포함된다. 여기서, 이동 수단은 압력에 의해 솔더볼을 이동시키는 배관으로 형성될 수도 있고, 솔더볼을 담아두는 통을 로봇 아암으로 집어 이동시킬 수도 있으며, 공지된 다양한 형태로 구성될 수 있다.

이 때, 상기 흡입구는 상기 홀더 기판의 폭에 대응하는 길이의 슬릿 형태로 형성되어, 상기 솔더볼 흡입기가 상기 홀더 기판의 상측을 한번 이동하는 것에 의해 상기 홀더 기판의 상기 수용부에 수용되지 않은 솔더볼을 모두 수거할 수도 있다.

그리고, 상기 홀더 기판의 상기 수용부에 안착된 솔더볼 상태를 확인하는 검사 비젼을 더 포함하여, 홀더 기판의 수용부에 솔더볼이 하나씩 안착되고 수용부 이외의 영역에는 솔더볼이 잔류하지 않는지 여부를 시각적으로 확인할 수 있다.

이 때, 상기 검사 비젼과 상기 솔더볼 흡입기는 함께 이동하되, 검사 비젼이 솔더볼 흡입기에 후행함으로써, 홀더 기판의 표면에 잔류하는 솔더볼을 제거하면서 수용부에 솔더볼이 하나씩 안착된 것을 확인하는 공정이 보다 짧은 시간에 이루어질 수 있고, 제어가 보다 간편해진다.

한편, 본 발명은 상술한 바의 목적을 달성하기 위하여, 미리 정해진 패턴으로 분포된 범프 형성 방법으로서, 홀더 기판의 상기 패턴으로 분포된 다수의 수용부에 솔더볼을 안착시키는 솔더볼 안착단계와; 기판 홀더의 평탄한 저면에 부압을 작용하여 저면에 플럭스가 도포된 기판을 평탄하게 밀착 고정시키는 기판준비단계와; 상기 기판을 상기 홀더 기판에 접근시키켜 상기 기판의 플럭스와 상기 솔더볼이 맞닿도록 하는 기판접근단계와; 상기 기판을 상방으로 이동시켜 상기 홀더 기판으로부터 분리시키는 것에 의해 기판의 표면에 솔더볼을 전사시키는 솔더볼 전사단계와; 상기 기판에 대해 리플로우 공정을 거쳐 상기 솔더볼이 범프로 형성되도록 하는 리플로우 단계를; 포함하는 범프 형성 방법을 제공한다.

이는, 솔더볼을 안착시키고자 하는 기판을 기판 홀더의 평탄한 저면에 흡입압을 작용시켜 확실하게 평탄하게 한 이후에, 솔더볼이 안착된 홀더 기판을 향하여 하방으로 접근함으로써, 홀더 기판에 안착된 솔더볼이 기판의 플럭스에 균일하게 접촉하고, 플럭스의 접착력에 의해 홀더 기판의 솔더볼이 기판으로 모두 전사할 수 있도록 하기 위함이다. 그리고 나서, 솔더볼이 전사되어 안착된 기판에 대하여 리플로우 공정을 행함에 따라, 기판에 미리 정해진 패턴의 범프를 불량없이 형성할 수 있게 된다.

즉, 솔더볼의 직경이 작아지면 홀더 기판에 안착된 솔더볼이 기판의 평탄도가 확실하게 확보되지 않는 이상 기판의 플럭스에 균일하게 접촉하는 것이 불가능해지는데, 본 발명은 정밀 가공된 기판 홀더의 평탄한 저면에 기판을 흡입 고정시킴에 따라 기판 자중에 의한 처짐이 보상되고 기판이 확실하게 평탄한 상태로 유지되므로, 홀더 기판에 안착되어 있는 솔더볼이 종래에 비하여 미세한 크기로 형성되더라도 기판의 플럭스에 균일하게 접촉할 수 있게 되어, 홀더 기판으로부터 기판으로 모든 솔더볼이 신뢰성있게 전사하는 것이 가능해진다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 상기 솔더볼 전사단계는, 상기 기판 접근 단계가 행해진 이후에 상기 홀더 기판의 수용부에 정압을 작용시키는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 홀더 기판에 안착된 솔더볼이 평탄한 상태로 유지되는 기판의 플럭스에 중앙부 및 양끝 가장자리에서 모두 균일하게 접촉하지만, 홀더 기판의 수용부에 정압을 작용시킴으로써 홀더 기판의 솔더볼이 정압에 의한 외력으로 보다 원활하게 전사될 수 있다.

한편, 본 발명은 정렬 비젼을 상기 기판과 상기 홀더 기판의 사이에 위치시켜, 상기 기판과 상기 홀더 기판을 정렬시키는 정렬단계를 더 포함한다.

상기 패턴 형태로 분포된 홀더 기판의 수용부에 솔더볼을 안착시키는 단계는, 요입 형성된 다수의 수용부를 구비한 홀더 기판을 위치 고정시키고 상기 수용부에 부압을 작용시키는 홀더기판 고정단계와; 상기 솔더볼 공급기로부터 다수의 솔더볼을 상기 홀더 기판의 일측에 솔더볼을 낙하시키는 솔더볼 낙하단계와; 상기 홀더 기판의 표면에 낙하된 솔더볼이 상기 홀더 기판의 판면을 따라 일방향으로 이동하도록 진동시키는 홀더기판 진동단계를; 포함하여, 상기 홀더 기판의 표면을 따라 일방으로 이동하는 상기 솔더볼이 부압으로 작용하는 상기 다수의 수용부로 안착되는 것에 의해 이루어질 수도 있다.

그리고, 상기 솔더볼의 중심은 상기 홀더 기판의 판면보다 상측에 위치하여, 솔더볼의 크기가 작아지더라도 상측에서 접근하는 기판의 플럭스에 원활히 접촉할 수 있도록 한다. 이 때, 상기 솔더볼은 그 직경의 60% 내지 80% 만큼 상기 홀더 기판의 판면보다 상측에 위치하는 것이 바람직하다. 솔더볼의 직경의 60%에 비하여 적은 만큼 솔더볼이 홀더 기판의 판면에 대해 노출되면, 솔더볼을 홀더 기판에서 기판으로 전사하는 공정에서 홀더 기판에 과도한 양의 플럭스가 묻게 되는 문제가 야기되며, 솔더볼의 직경의 80%이상 홀더 기판의 판면에 대해 노출되면 홀더 기판의 수용부에 흡입압을 가하여 솔더볼을 파지하는 것이 어려워지기 때문이다.

그리고, 상기 기판에 도포된 플럭스는 상기 패턴의 형태로 분포될 수도 있지만, 보다 집적화된 반도체 소자에 부합하도록 플럭스를 각 솔더볼이 안착되는 위치를 2개 이상 감싸서 덮는 형태로, 예를 들어 기판의 전체 표면에 도포되거나, 기판의 표면을 크게 2개 내지 3개의 영역으로 구분하여 이들 구분된 영역에 도포될 수도 있다.

상기와 같이 구성됨으로써, 직경이 300㎛이하인 솔더볼에 대해서도 미세한 패턴 형태로 기판 상에 안착시키는 것이 가능해진다.

한편, 본 발명은, 미리 정해진 패턴으로 분포된 범프 형성 방법으로서, 홀더 기판의 상기 패턴으로 분포된 다수의 수용부에 솔더볼을 안착시키는 솔더볼 안착단계와; 플럭스가 도포된 기판을 기판 홀더에 고정시키는 기판준비단계와; 상기 기판을 상기 홀더 기판에 접근시키켜 상기 기판의 플럭스와 상기 솔더볼이 맞닿도록 하는 기판접근단계와; 상기 기판과 상기 홀더 기판이 맞닿은 상태로 상기 기판과 상기 홀더 기판을 클램핑 고정하는 기판 클램핑 단계와; 클램핑 고정된 상기 기판과 상기 홀더 기판을 180도 회전시키는 단계와; 상기 클램핑 상태를 해제하고 상측에 위치한 홀더 기판을 상기 기판으로부터 분리시키켜 상기 홀더 기판의 솔더볼을 상기 기판으로 전사하는 솔더볼 전사단계와; 상기 기판에 대해 리플로우 공정을 거쳐 상기 솔더볼이 범프로 형성되도록 하는 리플로우 단계를; 포함하는 범프 형성 방법을 제공한다.

이는, 솔더볼이 안착되어 있는 홀더 기판에 기판을 접근시킨 후에, 이들이 상호 접촉한 상태를 함께 클램핑시키고 180도 회전시킨 다음에, 홀더 기판과 기판을 분리시킴으로써, 홀더 기판에 위치하였던 솔더볼이 기판의 플럭스에 의해서만 홀더 기판으로부터 기판으로 전사되는 것이 아니라, 솔더볼의 자중과 플럭스의 접착력이 배가되어 솔더볼이 홀더 기판으로부터 기판으로 전사됨에 따라, 보다 확실하게 솔더볼을 기판으로 전사할 수 있도록 하기 위함이다.

이와 같이 솔더볼의 자중과 플럭스의 접착력을 이용하여 홀더 기판으로부터 기판으로 솔더볼을 전사함으로써, 솔더볼의 크기가 종래에 비해 작은 200㎛ 이하의 솔더볼에 대해서도 신뢰성있게 솔더볼이 전사되는 것이 확인되었다.

한편, 상기 기판은 상기 기판 홀더의 평탄면에 흡입되어 위치 고정될 수도 있다. 이와 같이 솔더볼을 안착시키고자 하는 기판을 기판 홀더의 평탄한 저면에 흡입압을 작용시켜 확실하게 평탄하게 한 이후에, 솔더볼이 안착된 홀더 기판을 향하여 하방으로 접근함으로써, 기판 자중에 의한 처짐이 보상되어 기판의 중앙부와 양끝 가장자리에 대해서도 모두 균일하게 솔더볼이 플럭스에 균일하게 접촉하는 효과를 보다 높일 수 있다.

마찬가지로, 상기 기판접근단계 이전에, 정렬 비젼을 상기 기판과 상기 홀더 기판의 사이에 위치시켜, 상기 기판과 상기 홀더 기판을 정렬시키는 정렬단계를 더 포함하는 구성될 수 있다.

그리고, 상기 솔더볼의 중심은 상기 홀더 기판의 판면보다 상측에 위치하여, 솔더볼과 플럭스의 접촉이 충분히 이루어지도록 한다. 다만, 솔더볼 직경의 80%이상 홀더 기판의 판면 보다 상측에 위치하면 솔더볼을 수용부에 파지시키는 것이 불안정해지므로 바람직하지 않다.

상기 기판에는 상기 솔더볼이 2개 이상 안착되는 위치를 둘러싸는 영역에 대해 플럭스가 도포될 수 있으며, 전면(全面)에 걸쳐 도포될 수도 있다.

그리고, 상기 솔더볼 전사단계 이후에, 상기 홀더 기판을 세정하고 건조시키는 단계를; 더 포함하여, 상기 솔더볼 전사단계를 행한 홀더 기판은 세정한 후에 세정 건조된 홀더 기판을 상기 솔더볼 안착 단계에 공급할 수도 있다.

한편, 본 발명은 상기와 같이 구성된 비접촉식 솔더볼 안착 방법에 의해 상기 홀더 기판의 상기 수용부에 솔더볼을 안착시키는 단계와; 상기 홀더 기판의 솔더볼의 배열에 부합하는 배열로 플럭스를 기판의 표면에 도팅하는 플럭스 도팅 단계와; 상기 기판과 상기 홀더 기판을 근접시켜 상기 플럭스의 점착력으로 상기 솔더볼을 상기 기판에 전사하는 솔더볼 전사 단계를; 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 어태치 방법을 제공한다.

이 때, 상기 솔더볼 전사 단계는, 상기 기판 홀더에 상기 기판을 근접시켜 상기 기판의 플럭스에 상기 솔더볼을 접촉시키는 단계와; 상기 기판 홀더와 상기 기판을 함께 180도 회전시키는 단계를; 포함하여 이루어질 수 있다.

한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 다수의 수용부가 구비된 홀더 기판을 고정시키고, 상기 수용부에 부압을 작용시키는 공기 통로가 구비된 고정대와; 다수의 솔더볼을 탑재된 상태로 상기 고정대에 고정된 홀더 기판의 표면에 솔더볼을 낙하시키는 솔더볼 공급기와; 상기 고정대의 원주 방향으로 3개 이상의 홀더기판 진동체가 원주 방향을 따라 설치되어, 상기 홀더기판 진동체의 진동으로 상기 홀더 기판의 표면에 낙하된 솔더볼을 원주 방향 성분을 포함하는 방향으로 진행시키는 홀더기판 진동체를; 포함하여 구성된 솔더볼 안착 장치를 제공한다.

이 때, 상기 솔더볼 공급기는 상기 기판 홀더의 중앙부로부터 가장자리로 이동하면서 상기 기판 홀더의 표면에 솔더볼을 공급함으로써, 홀더 기판의 수용부에 보다 짧은 시간 내에 솔더볼이 안착되도록 할 수 있다.

그리고, 상기 솔더볼 공급기를 수평면에 대해 일방으로 경사진 방향으로 진동시켜 상기 솔더볼 공급기로부터 솔더볼이 상기 홀더 기판의 표면으로 조금씩 낙하하도록 하는 공급기 진동체를; 더 포함하여 구성되어, 홀더 기판의 표면에 골고루 균일한 양만큼씩의 솔더볼이 공급되도록 할 수 있다.

상기 고정대는 상기 홀더 기판의 둘레에 솔더볼을 모으는 수집홈이 형성되어, 홀더 기판을 가로질러 바깥으로 이동한 솔더볼을 그 다음의 후속 공정에 활용할 수 있다.

상기 홀더 기판의 상기 수용부에 작용하는 부압보다 낮은 부압이 작용하는 흡입구가 구비되어, 상기 흡입구가 상기 홀더 기판의 표면과 대향한 상태로 이동하면서 상기 홀더 기판의 상기 수용부에 안착되지 않은 솔더볼을 수거하는 솔더볼 흡입기를 더 포함하여 구성되어, 홀더 기판에 잔류하는 솔더볼을 짧은 시간에 비접촉 방식으로 수거할 수 있다.

상기 흡입구는 상기 홀더 기판의 폭에 대응하는 길이의 슬릿 형태로 형성되어, 상기 솔더볼 흡입기가 상기 홀더 기판의 상측을 이동하는 것에 의해 상기 홀더 기판의 상기 수용부에 수용되지 않은 솔더볼을 모두 수거할 수 있다.

그리고, 상기 홀더 기판의 상기 수용부에 안착된 솔더볼 상태를 확인하는 검사 비젼을 더 포함하여 구성되어, 홀더 기판의 수용부에 솔더볼이 안착되지 않은 경우에는 홀더 기판을 그 자리에 둔 상태로 다시 솔더볼 안착 공정을 진행할 수 있다.

이 때, 상기 검사 비젼과 상기 솔더볼 흡입기는 함께 이동하면서, 홀더 기판의 표면에 잔류하는 솔더볼을 제거하면서 솔더볼의 안착 상태를 확인함으로써, 공정 시간을 단축할 수 있다.

상기 솔더볼은 직경이 50㎛ 내지 300㎛의 미세 솔더볼에 대해서도 정전기력의 작용을 최소화할 수 있고 비접촉 방식으로 안착시킬 수 있다. 이를 통해, 안착 공정에서 솔더볼이 손상되어 최종적으로 형성되는 범프의 크기가 불균일해지는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은, 홀더 기판의 표면 일측에 다수의 솔더볼을 무작위로 낙하시키면서 홀더 기판을 진동시켜 솔더볼이 홀더 기판의 판면에 대해 원주 방향 성분을 갖는 방향으로 이동하게 되고, 이와 동시에 홀더 기판의 수용부에 부압을 작용시킴으로써, 상기 홀더 기판에 무작위로 낙하 공급된 솔더볼이 낮은 높이로 되튀면서 홀더 기판의 판면 상에서 원주 방향 (또는 나선 방향)을 따라 이동하면서 홀더 기판의 수용부에 작용하는 부압에 의해 수용부에 안착되는 방식으로 솔더볼을 홀더 기판의 표면에 안착시킴으로써, 솔더볼의 크기가 작더라도 비접촉 방식으로 각 수용부에 솔더볼을 안착시킬 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

즉, 본 발명은 솔더볼을 홀더 기판의 수용부에 안착시키는 과정에서 물리적인 접촉을 배제함으로써, 균일한 크기의 솔더볼이 홀더 기판에 안착됨에 따라, 이후의 리플로우 공정에 의해 형성되는 범프의 크기가 일정해지는 효과를 얻을 수 있다.

이 뿐만 아니라, 스위퍼의 높이를 정교하게 설정해야 하는 종래의 방법과 달리, 물리적인 접촉이 배제된 상태로 솔더볼을 홀더 기판의 수용부에 안착시키므로, 솔더볼의 크기가 300㎛ 이하가 되더라도 적용이 가능해지는 잇점이 있다.

또한, 본 발명은, 솔더볼이 안착되어 있는 홀더 기판에 기판을 접근시킨 후에, 이들이 상호 접촉한 상태를 함께 클램핑시키고 180도 회전시킨 다음에, 홀더 기판과 기판을 분리시킴으로써, 홀더 기판에 위치하였던 솔더볼이 기판의 플럭스에 의해서만 홀더 기판으로부터 기판으로 전사되는 것이 아니라, 솔더볼의 자중과 플럭스의 접착력이 배가되어 솔더볼이 홀더 기판으로부터 기판으로 전사됨에 따라, 솔더볼의 크기가 300㎛ 이하의 미세한 크기의 솔더볼에 대해서도 솔더볼에 작용하는 정전기력에도 불구하고 기판의 표면에 패턴 형상대로 솔더볼을 안착시켜, 집적화된 패턴에 부합하는 범프를 형성할 수 있는 범프 형성 방법 및 이에 사용되는 솔더볼 전사 장치를 제공한다.

즉, 본 발명은 솔더볼의 직경이 50~200㎛정도로 작아지더라도 신뢰성있게 기판에 미리 정해진 패턴 형태대로 솔더볼을 안착시킬 수 있으므로, 고집적화 추세에 있는 반도체 소자에 솔더볼을 이용하여 범프를 형성하는 것을 가능하게 하는 잇점이 얻어진다.

도1a 내지 도1c는 종래의 솔더볼 안착 방법을 순차적으로 도시한 도면
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 솔더볼 안착 장치가 구비된 솔더볼 처리 장치를 도시한 정면도
도3a 내지 도3f는 도2의 비접촉식 솔더볼 안착 장치의 구성을 도시한 것으로, 솔더볼 안착 방법을 순차적으로 도시한 도면.
도4는 솔더볼이 안착된 홀더 기판을 이송 아암에 의해 거치대로 이동시키는 구성을 도시한 도면
도5a 내지 도5h는 도3f에 의해 솔더볼이 안착된 홀더 기판을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더볼 어태치 방법을 순차적으로 도시한 도면
도6a 내지 도6c는 도3f에 의해 솔더볼이 안착된 홀더 기판을 이용하여 본 발명의 제2실시예에 따른 솔더볼 어태치 방법을 순차적으로 도시한 도면
도7은 홀더 기판에 솔더볼이 안착된 구성의 확대도
도8은 본 발명에 적용 가능한 다른 형태의 가진기를 도시한 개략도
도9는 본 발명에 적용할 수 있는 다른 형태의 기판의 확대도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상술한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 솔더볼 안착장치가 구비된 솔더볼 처리 장치(100)는, 고정 프레임(55)상에 설치된 비접촉식 솔더볼 안착 장치(110-150)와, 비접촉식 솔더볼 안착 장치(110-150)에서 솔더볼(mB)이 각 수용부(C)에 안착된 홀더 기판(H)을 이동시키는 이송 아암(160)과, 이송 아암(160)에 의해 이송된 홀더 기판(H)을 거치시키는 거치대(170)와, 거치대(170)에 놓여진 홀더 기판(H)을 향하여 플럭스가 표면에 묻은 기판(S)을 접근시켜 홀더 기판(H)의 솔더볼(mB)을 기판(S)으로 전사시키는 기판 홀더(180)와, 홀더 기판(H)과 기판(S)의 위치를 정렬시키는 것을 확인하는 정렬 비젼(190)으로 구성된다.

상기 비접촉식 솔더볼 안착 장치(110-150)는, 홀더 기판(H)의 중앙부와 반경 방향으로의 바깥을 연결하는 종방향(110y)을 따라 이동하면서 솔더볼(mB)을 홀더 기판(H)의 표면에 무작위로 낙하 공급시키는 솔더볼 공급기(110)와, 솔더볼 공급기(110)의 하측에 위치하여 솔더볼 공급기(110)를 일방(도3b의 우측)으로 미세하게 경사진 경사면(135s)에 설치되어 가진됨으로써 솔더볼 공급기(110)에 탑재된 솔더볼(mB)이 우측(도3b기준)으로 천천히 이동시키는 공급기 진동체(120)와, 솔더볼 공급기(110)로부터 낙하된 솔더볼(mB)이 원주 방향(131x) 성분을 갖는 방향으로 이동시키도록 고정대(135)를 가진하는 홀더기판 진동체(130)와, 홀더기판 진동체(130)의 상측에 고정되어 홀더 기판(H)을 상면에 고정 거치하는 고정대(135)와, 홀더 기판(H)의 수용부(C) 이외에 잔류하는 솔더볼(mB)에 대해 부압을 가하여 회수하는 솔더볼 흡입기(140)와, 홀더 기판(H)의 각 수용부에 솔더볼(mB)이 하나씩 위치하였는지 여부를 시각적으로 확인하는 검사 비젼(150)으로 구성된다.

상기 솔더볼 공급기(110)는 도3a에 도시된 바와 같이 일측에는 솔더볼(mB)을 홀더 기판(H)의 표면으로 공급하도록 좁은 통로의 공급구(115)가 구비되며, 타측에는 1개 이상의 홀더 기판(H)의 수용부(C)에 솔더볼(mB)을 모두 채울 수 있을 정도로 수용부(C) 개수의 수배 내지 수십배의 솔더볼이 탑재된다. 그리고, 공급기 진동체(120)가 직선 방향으로 진동함에 따라, 공급구(115)로부터 솔더볼(mB)가 홀더 기판(H)의 표면으로 조금씩 낙하시켜 공급한다.

솔더볼 공급기(110)는 홀더 기판(H)의 중앙부로부터 반경 방향의 바깥을 연결하는 종방향(110y)으로 왕복 이동하면서 솔더볼(mB)을 홀더 기판(H)의 중앙부와 가장 자리를 반경 방향으로 연결하는 경로를 따라 공급한다.

솔더볼 공급기(110)는 종 방향(110y)으로 설치된 레일(12x)을 따라 이동하며, 다양한 구동 수단이 적용될 수 있다. 예를 들어, 레일(12x)에 영구자석편이 설치되고 솔더볼 공급기(110) 하측에 코일이 설치되어 리니어 모터 원리로 폭방향으로 왕복 이동하도록 구동될 수도 있고, 도면에 도시되지 않았지만 폭방향으로 리드 스크류가 배열되고 솔더볼 공급기(110)의 하측부가 이 리드 스크류에 맞물리는 암나사부가 구비되어 리드 스크류의 회전에 따라 폭방향으로 왕복 이동하도록 구동될 수도 있다.

상기 공급기 진동체(120)는 도3b에 도시된 바와 같이 가진기가 범용 리니어 피더로 적용될 수 있다. 리니어 피더를 동작시키면 그 내부에 설치된 마그네트는 작은 힘에 의해서도 큰 진동을 발생시키므로, 전자력이 경사면에 설치된 판스프링(120k)에 전달되어 종방향으로 솔더볼(mB)을 이동시키게 된다. 이에 따라, 고정대(135)의 상측에 공급된 위치한 솔더볼 공급기(110)에 담겨진 솔더볼(mB)이 진동 스트로크마다 조금씩 전방(홀더 기판이 위치한 방향)으로 이동하여, 홀더 기판(H)의 일측 상부에 위치한 솔더볼 공급기(110)의 공급구(115)로부터 솔더볼(mB)이 홀더 기판(H)의 표면에 일정한 양만큼씩 낙하하여 공급된다.

상기 홀더기판 진동체(130)은 가진기(135f)를 경사면(135s)에 설치하되, 고정대(135)의 원주 방향을 따라 120도 내지 60도 간격을 두고 3개 내지 6개만큼 설치한다. 공급기 진동체(120)와 마찬가지로, 홀더기판 진동체(130)의 가진기(135f)는 범용 리니어 피더로 적용될 수 있다. 홀더기판 진동체(130)는 원주 방향을 따라 직선 진동이 발생되는 가진기(135f)를 90도 간격을 두고 설치함에 따라, 4개의 가진기(135f)의 가진(130v)에 의해 고정대(135)에서는 원주 방향(131x)으로의 진동이 발생되고, 홀더 기판(H)의 표면으로 낙하되면서 공급된 솔더볼(mB)은 조금씩 원주 방향(131x)으로 이동하려는 힘을 받게 된다. 다만, 솔더볼(mB)은 원주 방향(131x)성분의 힘을 받지만 원심력에 의해 원주 방향으로만 이동하지 않고 나선형 궤적을 따라 이동된다.

한편, 공급기 진동체(120)와 홀더기판 진동체(130)는 범용 리니어 피더로 적용될 수도 있지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 도8에 도시된 구성(130')을 고정대(135)의 원주 방향을 따라 배열하거나 솔더볼 공급기(110)의 하측에 설치함으로써 솔더볼 공급기(110) 내의 솔더볼(mB)을 일방향으로 이동시키거나 홀더 기판(H) 상측의 솔더볼(mB)을 원주 방향으로 이동시킬 수 있다. 즉, 이 구성은 베이스(130b)에 대하여 제1연결링크(130L1) 및 제2연결링크(130L2)가 회동 가능하게 결합되고 그 상측에 진동 링크(130p)가 힌지 결합되어 4절 링크를 이룬다. 이 때, 전방에 위치하는 제1연결링크(130L1)의 길이(L1)는 후방에 위치한 제2연결링크(130L2)의 길이(L2)보다 더 짧게 형성되어, 상측 진동 링크(130p)는 수평면(44h)에 대하여 θ만큼 전방으로 하향 경사진 상태가 된다. 이 때, 제1연결링크(130L1) 또는 제2연결링크(130L2) 중 어느 하나에 가진 액츄에이터(131)가 설치되어 가진함으로써, 진동 링크(130p)가 130v방향으로 진동하면서 그 상측의 솔더볼(mB)을 전방(도4의 우측 방향)으로 이동시킬 수 있다. 이 때, 진동 링크(130p)는 0.5° 내지 3°정도 하방 경사지게 0.2mm 내지 5 mm의 스트로크로 진동하는 것이 솔더볼의 이동에 적합하다.

다시 말하면, 본 발명에 적용될 수 있는 공급기 진동체(120)와 홀더기판 진동체(130)는 상측에 위치한 솔더볼(mB)을 전체적으로 의도한 직선 방향 또는 원주 방향으로 이동시킬 수 있는 진동(120v, 130v)을 발생시키는 모든 형태의 구성을 모두 포함한다.

상기 고정대(135)는 홀더기판 진동체(130)의 상측에 위치하되, 도3b에 도시된 바와 같이 진공 펌프(139)에 의해 부압을 홀더 기판(H)의 수용부(C)에 인가할 수 있는 공기 통로(139p)가 1개 이상 마련된다. 이에 따라, 도3d에 도시된 바와 같이, 고정대(135)의 상면에 홀더 기판(H)을 거치시킨 상태로 진공 펌프(139)를 동작시키면, 공기 통로(139p)를 통해 전달되는 부압에 의해 홀더 기판(H)은 고정대(135)에 밀착되어 위치 고정되고, 동시에 홀더 기판(H)에 패턴 형태로 형성된 다수의 수용부(C)에도 부압(pz)이 작용한다.

도면 중 미설명 부호인 139a는 공기통로(139p)와 연결되는 흡입구이다.

고정대(135)는 일정한 두께로 형성되어 솔더볼(mB)을 전방으로 이동시키는 진동력이 홀더기판 진동체(130)로부터 홀더 기판(H)에 그대로 전달되도록 한다.

도3a에 도시된 바와 같이, 고정대(135)에는 홀더 기판(H)의 표면을 따라 반경 바깥 방향으로 이동하는 솔더볼(mB) 중 수용부(C)에 안착되지 못하고 바깥으로 흘러온 솔더볼(mB)을 수용하기 위하여, 솔더볼 수거홈(135g)이 홀더 기판(H)의 둘레에 형성된다. 그리고, 도3f에 도시된 바와 같이, 솔더볼 수거홈(135g)에 수거된 솔더볼(mB)은 배출구(135a)를 통해 수집통(148)에 모인다.

고정대(135)에 위치 고정되는 홀더 기판(H)은 저면에 부압 챔버(pc)가 형성되며, 수용부(C)마다 부압이 작용할 수 있도록 수용부(C)와 부압 챔버(pc)를 연통하는 공기 통로(88)가 마련된다. 한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 도면에 도시되지 않았지만 홀더 기판(H)의 저면에 부압 챔버(pc)가 형성되지 않고, 고정대(135)의 상면의 홀더 기판(H)의 자리에 요입 형성된 부압 챔버가 마련되고, 홀더 기판(H)에는 수용부(C)로부터 하방으로 연통하는 공기 통로(88)가 마련될 수도 있다.

상기 솔더볼 흡입기(140)는 홀더 기판(H)의 수용부(C)에 솔더볼(mB)이 안착된 상태에서, 수용부 이외의 홀더 기판(H)의 표면에 잔류하는 솔더볼(mB)을 흡입하여 제거하기 위한 것이다. 이를 위해, 도3e 및 도3f에 도시된 바와 같이,솔더볼 흡입기(140)는 홀더 기판(H)의 직경에 대응하는 길이로 슬릿 형상의 흡입구(146)를 구비하고, 홀더 기판(H)의 수용부(C)에 작용하는 부압(pz)보다 절대치가 작은 부압(pz', 즉 흡입력이 더 작은 부압)이 흡입구(146)에 작용하도록 진공 범프(149)와 관로(149p)를 통해 연통 설치된다.

솔더볼 흡입기(140)는 홀더 기판(H)의 표면에 대향하게 이격 배치되며, 이동 브라켓(145)에 고정 설치되어, 이동 브라켓(145)이 홀더 기판(H)의 종방향을 따라 배열된 이동 레일(55R)을 따라 이동하는 것에 의해 홀더 기판(H)의 표면에 잔류하는 솔더볼(mB)을 흡입 수거한다. 이 때, 솔더볼 흡입기(140)의 흡입구(146)에 작용하는 부압(pz')이 홀더 기판(H)의 수용부(C)에 작용하는 부압(pz)보다 더 작으므로, 수용부(C)에 안착된 솔더볼(mB)은 솔더볼 흡입기(140)의 부압에도 수용부(C)에 안착된 상태를 유지한다. 흡입 수거된 솔더볼(mB)은 저장통(148)으로 이동된다.

상기 검사 비젼(150)은 솔더볼 흡입기(140)가 설치된 이동 브라켓(145)에 고정되며, 이동 브라켓(145)이 이동 레일(55R)을 이동함에 따라 검사 비젼(150)도 홀더 기판(H)의 표면을 따라 이동한다. 이를 통해, 홀더 기판(H)의 수용부(C)에 솔더볼(mB1)이 하나씩 안착되었는지, 그리고 홀더 기판(H)의 수용부(C) 이외의 영역에 잔류하는 솔더볼(mB2)은 없는지 여부를 검사한다.

상기 이송 아암(160)은 도2 및 도10에 도시된 바와 같이 고정대(135)에서 솔더볼(mB)이 안착된 홀더 기판(H)을 거치대(170)로 이송한다. 이를 위하여, 이송 아암(160)은 상하 방향(162z)으로 이동 가능하고 이동 레일(55R)을 따라 종방향(160y)으로도 이동하게 형성되며, 홀더 기판(H)을 파지할 수 있도록 이동바(162a)의 끝단에 그립퍼(163)가 설치된다.

아암 몸체(161)의 양측에 위치한 구동부(162)의 구멍에서 이동바(162a)가 왕복 이동하도록 구동된다. 이를 위하여, 이동바(162a)는 스크류봉으로 형성되고 구동부(162)에는 이를 구동하는 구동 모터가 설치되어(구동 모터가 아우터 모터로 선택되어 설치될 수도 있음) 구동 모터의 회전에 따라 리드 스크류의 원리로 이동바(162a)를 왕복 구동할 수도 있다. 또는, 이동바(162a)는 N, S 자석편이 교대로 위치하고 구동부(162)에는 코일이 설치되어, 코일에 흐르는 전류를 제어하여 리니어 모터의 원리로 이동바(162a)를 왕복 구동할 수도 있다. 이와 같이, 그립퍼(163)는 왕복 직선 이동하는 이동바(162a)에 의해 홀더 기판(H)을 파지하거나 놓을 수 있게 된다.

상기 거치대(170)는 이송 아암(160)에 의해 수용부(C)마다 솔더볼(mB)이 안착된 홀더 기판(H)을 거치시킨다. 거치대(170)는 표면에 다수의 흡입공(170a)이 진공 펌프(179)와 연통되게 형성되어, 홀더 기판(H)이 거치대(170) 상에 위치하면, 흡입공(170a)에 부압(pz)이 작용하여 홀더 기판(H)의 위치를 고정시킨다.

상기 기판 홀더(180)는 도5a에 도시된 바와 같이 홀더 몸체(181)와, 홀더 몸체(181)의 양측에 설치되어 이동바(182a)를 왕복 이동시키는 구동부(182)와, 이동바(182a)의 일단부에 고정되어 구동부(182)의 구동에 의해 왕복 이동하여 거치대(170)에 놓여진 홀더 기판(H)을 기판 홀더(180)에 고정시키는 클램퍼(183)로 구성된다.

여기서 홀더 몸체(181)는 상하 방향으로 이동할 수 있을 뿐만 아니라, 회전축(181R)을 중심으로 180도 회전 가능하게 설치된다. 그리고, 홀더 몸체(181)의 일면은 정밀 가공된 평탄면으로 형성되고 다수의 흡입공(189a)이 구비된다. 이 흡입공(189a)은 진공 펌프(189)가 배관(189p)을 통해 연결되어, 진공 펌프(189)에 의해 부압이 작용하면, 솔더볼(mB)이 전사될 기판(S)을 다수의 흡입공(189a)에 작용하는 흡입압으로 견고하게 파지한다.

홀더 몸체(181)의 양측에 위치한 구동부(182)의 관통공에서 이동바(182a)가 왕복 이동하도록 구동된다. 이를 위하여, 이동바(182a)는 스크류봉으로 형성되고 구동부(182)에는 이를 구동하는 구동 모터가 설치되어(구동 모터가 아우터 모터로 선택되어 설치될 수도 있음) 구동 모터의 회전에 따라 리드 스크류의 원리로 이동바(182a)를 왕복 구동할 수도 있다. 또는, 이동바(182a)는 N, S 자석편이 교대로 위치하고 구동부(182)에는 코일이 설치되어, 코일에 흐르는 전류를 제어하여 리니어 모터의 원리로 이동바(182a)를 왕복 구동할 수도 있다. 이와 같이, 클램퍼(183)는 왕복 직선 이동하는 이동바(182a)에 왕복 운동에 의해 홀더 기판(H)을 기판(S)과 맞닿은 상태로 클램프 고정시키거나 클램핑 상태를 해제할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 클램퍼(183)의 하단에는 경사면이 구비된 걸림턱(183a)이 형성되고, 홀더 기판(H)의 바깥면 바닥부에도 클램퍼(183)의 경사면과 동일한 기울기를 갖는 경사면(Hg)이 구비되어, 클램퍼(183)가 홀더 기판(H)의 바깥면과 맞닿아 클램핑시키게 되면, 이들 경사면이 상호 슬라이딩 이동하면서 예정된 위치로 상호 고정된다.

상기 정렬 비젼(190)은 이동 레일(55R)을 따라 종방향으로 이동 가능한 슬라이더(191)에 고정된다. 홀더 기판(H)에 안착된 솔더볼(mB)이 기판(S)으로 정확하게 전사되기 위해서는 홀더 기판(H)의 패턴과 기판(S)의 패턴이 정확하게 정렬되어야 하므로, 솔더볼(mB)의 전사 공정 이전에 정렬 비젼(190)이 홀더 기판(H)과 기판(S)의 사이로 위치하여 2군데 이상에서 상,하측을 촬영하여 이들 패턴이 일치하는 지 여부를 확인한다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 솔더볼 안착 장치(110-150)를 이용하여 솔더볼을 안착하는 공정을 상술한다.

단계 1: 수용부(C)가 빈 홀더 기판(H)을 고정대(135) 상에 거치시키고, 고정대(135)와 연통하는 진공 펌프(139)를 작용시켜 홀더 기판(H)을 고정대(135)상에 위치 고정하고, 동시에 다수의 수용부(C)에 부압(pz)을 작용시킨다.

그리고, 솔더볼 공급기(110)에 충분한 양의 솔더볼(mB)을 탑재한다. 이 때, 솔더볼(mB)의 양은 홀더 기판(H)의 수용부(C)에 안착되지 않는 양을 고려하여 충분히 많은 양, 예를 들어 수용부(C) 개수의 수배 내지 수십배 만큼 채워진다.

단계 2: 그리고 나서, 도3a 및 도3b에 도시된 바와 같이, 솔더볼 공급기(110)의 공급구(115) 끝단을 홀더 기판(H)의 중앙부에 위치시킨 상태에서 홀더 기판(H)의 표면으로 솔더볼(mB)을 일정한 양만큼씩 무작위로 낙하하여 공급한다. 이는, 홀더 기판(H)의 하측에 위치한 홀더기판 진동체(130)의 진동에 의해 이루어진다.

이와 동시에, 솔더볼 공급기(110)의 공급구(115) 끝단은 홀더 기판(H)의 중앙부로부터 반경 바깥 방향을 향하여 이동하면서 솔더볼(mB)을 홀더 기판(H)의 표면에 공급한다. 이에 따라, 홀더 기판(H)에 공급되는 솔더볼(mB)은 중앙부로부터 반경 바깥 방향으로 일정양 만큼씩 공급된다. 솔더볼 공급기(110)가 종방향(110y)으로 1회만 이동할 수도 있지만 여러차례에 걸쳐 왕복 이동하면서 솔더볼(mB)을 홀더 기판(H)의 표면에 공급할 수도 있다.

단계 3: 도3d에 도시된 바와 같이, 고정대(135)의 둘레에 90도 간격으로 설치된 가진기(135f)가 130v로 표시된 방향으로 직선 진동함에 따라, 홀더 기판(H)은 대략 원주 방향(131x)으로 가진되는 힘이 발생된다. 이에 따라, 홀더 기판(H)의 표면에 낙하한 솔더볼(mB)은 홀더 기판(H)의 원주 방향으로의 가진력을 전달받아, 솔더볼 공급기(110)로부터 낙하된 솔더볼(mB)의 낙하 방향에도 불구하고 낙하된 솔더볼(mB)은 원주 방향 성분을 갖는 방향(나선 방향)으로 이동하게 된다.

이 때, 솔더볼(mB)이 처음 낙하되는 위치는 반드시 홀더 기판(H)의 중앙부일 필요는 없으며, 홀더 기판(H)의 중앙부를 통과하여 반경 방향의 경로를 이동하면 된다.

이와 같이, 홀더 기판(H)에 낙하한 다수의 솔더볼(mB)은 원주 방향 성분을 갖는 방향의 경로(77p)로 되튀면서 홀더 기판(H)을 판면을 따라 이동한다. 여기서, 솔더볼(mB)의 되튀는 높이 및 이동 속도는 홀더기판 진동체(130)의 진동 스트로크 및 진동 주파수를 조절하는 것에 의해 조절 가능하다.

홀더 기판(H)의 다수의 수용부(C)에는 부압(pz)이 작용하므로, 홀더 기판(H)의 판면을 따라 이동하는 솔더볼(mB)의 일부(mB1)는 수용부(C)에 안착된다. 그리고, 홀더 기판(H)의 수용부(C)에 안착되지 않은 솔더볼의 일부(mB3)는 홀더 기판(H)의 바깥을 감싸는 수거홈(135g)에 수거되고, 수용부(C)에 안착되지 않은 솔더볼의 다른 일부(mB2)는 홀더 기판(H)의 표면에 잔류한 상태가 된다.

단계 4: 반복 시험에 의해 모든 수용부(C)가 솔더볼(mB)에 의해 채워진 것으로 검증된 조건의 솔더볼(mB)을 솔더볼 공급기(110)로부터 홀더 기판(H)에 공급한 후, 솔더볼 공급기(110)를 진동 구동하는 공급기 진동체(120)의 작동은 중지된다. 그리고, 홀더 기판(H)의 표면에서 솔더볼(mB)이 가로질러 이동하는 것이 종료되면, 홀더기판 진동체(130)의 작동도 중지된다. 이에 따라, 솔더볼 공급기(110)로부터 솔더볼(mB)이 홀더 기판(H)의 표면으로 낙하하는 것이 중단된다.

이 때에는, 도3e에 도시된 바와 같이 홀더 기판(H)의 수용부(C)에는 모두 솔더볼(mB1)에 의해 채워지지만, 수용부(C) 주변에는 솔더볼(mB2)이 잔류한 상태가 된다.

단계 5: 그 다음, 도3e 및 도3f에 도시된 바와 같이 진공 펌프(139)를 작동시켜 솔더볼 흡입기(140)의 흡입구(146)에 부압(pz')이 작용하도록 한 상태에서, 이동 브라켓(145)을 이동 레일(55R)을 따라 종방향(145y)으로 이동한다. 흡입구(146)는 홀더 기판(H)의 폭에 대응하는 길이의 슬릿 형태로 형성되므로, 솔더볼 흡입기(140)가 종방향(145y)으로 1회 이동하면, 흡입구(146)의 부압(pz')에 의해 홀더 기판(H)의 표면에 잔류하는 모든 솔더볼(mB2)은 수거된다. 이 때, 홉입구(146)의 부압(pz')은 수용부(C)의 부압(pz)보다 낮으므로, 수용부(C)에 안착된 솔더볼(mB1)은 흡입구(146)로 빨려 수거되지 않는다.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 솔더볼 흡입기(140)를 사용하는 대신에, 바람을 불어주어 홀더 기판(H)의 표면에 잔류하는 솔더볼(mB2)을 홀더 기판(H)으로부터 제거할 수도 있다.

단계 6: 이동 브라켓(145)에는 솔더볼 흡입기(140)와 검사 비젼(150)이 탑재되어 있으므로, 이동 브라켓(145)의 이동에 따라 검사 비젼(150)이 솔더볼 흡입기(140)에 후행하면서, 도3f에 도시된 바와 같이 홀더 기판(H)의 표면에 잔류하는 솔더볼(mB2)이 수거된 상태에서, 홀더 기판(H)의 수용부(C)에만 솔더볼(mB1)이 하나씩 위치하였는지 여부를 검사한다.

대체로 모든 수용부(C)에 솔더볼(mB1)이 안착되지만, 1개 이상의 수용부(C)에 솔더볼(mB)이 안착되지 않은 경우에는 단계 2 내지 단계 5를 반복하여 수행할 수도 있다.

한편, 도3f에 도시된 바와 같이 홀더 기판(H)의 바깥으로 튀어 나간 솔더볼(mB3)과 홀더 기판(H)의 표면에 잔류하였던 솔더볼(mB2)은 각각 수거홈(135g)과 솔더볼 흡입기(130)에 의해 수거되어, 저장통(148)에 모인다. 수거홈(135g)에 모인 솔더볼(mB3)은 통로(135a)를 통해 저장통(148)에 모이도록 안내되며, 솔더볼 흡입기(140)에 의해 수거된 솔더볼(mB2)은 진공 펌프(149)와 연통되는 배관(149p)과 저장통(148)으로 안내하는 통로(148p)의 굴곡을 적절히 배분하여, 공지된 다양한 방식에 의해 솔더볼(mB2)을 저장통(148)에 모이도록 한다. 저장통(148)에 모인 솔더볼(mB)은 이후에 행해지는 솔더볼 안착 공정에 사용된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 비접촉식 솔더볼 안착 방법 및 장치(110-150)는 현재 사용중인 350㎛ 이상의 직경의 솔더볼(mB)을 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 비접촉 방식으로 수용부(C)에 솔더볼(mB)을 안착시키므로 50㎛ 내지 250㎛의 미세 솔더볼도 적용할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명은 솔더볼(mB)이 홀더 기판(H)을 가로지르는 일방향으로 이동하면서 수용부(C)에 안착시키도록 구성되므로, 비접촉 방식이면서도 짧은 시간 내에 모든 수용부(C)에 빠짐없이 안착시킬 수 있는 잇점이 얻어진다.

한편, 상기와 같이 홀더 기판(H)의 수용부(C)에 솔더볼(mB)이 모두 안착되면, 도4에 도시된 바와 같이 이동 레일(55R)을 따라 160y로 표시된 방향으로 이동할 수 있으면서 상하 방향(162z)으로도 이동 가능한 이송 아암(160)에 의해 홀더 기판(H)은 거치대(170)에 위치 고정된다.

그리고 나서, 기판(S)이 파지된 기판 홀더(180)는 홀더 기판(H)의 상측에 위치하도록 이동하고, 이동 몸체(191)에 고정된 정렬 비젼(190)이 이동 레일(55R)을 따라 이동(191y)하여 기판(S)과 홀더 기판(H)의 사이에 위치한 후, 이들(S, H)의 정렬 상태를 확인한다. 기판(S)과 홀더 기판(H)이 서로 정렬된 이후에, 정렬 비젼(190)은 기판(S)과 홀더 기판(H) 사이의 바깥으로 이동하고, 기판 홀더(180)가 하방으로 이동하여 플럭스가 도포된 기판(S)으로 홀더 기판(H)의 수용부(C)에 안착되었던 솔더볼(mB)을 전사시킨다. 그리고, 이 기판(S)은 리플로우 공정을 거쳐 균일한 크기의 범프가 배열된 기판을 제작할 수 있게 된다.

이하, 상기와 같이 구성된 솔더볼 처리 장치(100)를 이용한 본 발명의 제1실시예에 따른 솔더볼 어태치 방법을 상술한다. 이 방법은 전술한 단계 1 내지 단계 6을 통해 홀더 기판(H)의 수용부(C)에 솔더볼(mB)을 하나씩 안착시키는 공정을 포함하며, 이하에서는 그 이후의 공정을 상술한다.

단계 7: 도4에 도시된 바와 같이 홀더 기판(H)은 고정대(135)로부터 거치대(170)로 이송 아암(160)에 의해 이송되고, 거치대(170)에 부압(pz)을 작용시켜 홀더 기판(H)을 거치대(170) 상에 위치 고정시킨다.

이와 동시에, 도5a에 도시된 바와 같이 홀더 기판(H)의 솔더볼을 안착시킬 기판(S)을 준비한다. 기판(S)의 저면에는 패턴 형태에 따라 플럭스(F)가 도포될 수도 있고, 도9에 도시된 바와 같이 2개 이상의 솔더볼이 위치하는 영역에 대해 플럭스(F')가 서로 연결된 형태로 도포될 수도 있다.

그리고, 도5a에 도시된 바와 같이 기판(S)을 기판 홀더(180)의 평탄면(180s)에 위치 고정시킨다. 이를 위하여, 기판 홀더(180)의 몸체(181)를 회전축(181R)을 중심으로 180도 회전시킨후, 기판(S)을 평탄면(180s)에 올려 놓은 후, 진공 펌프(189)를 작동시켜 기판(S)이 흡입구(189a)의 흡입압에 의해 위치 고정되도록 한다. 그리고 다시 회전축(181R)을 180도 회전시켜 기판(S)의 플럭스(F)가 바닥을 향하도록 한다. 이 때, 기판(S)은 다수의 흡입구(189a)에 의해 흡착되어 위치 고정되므로, 기판(S)의 자중에 의해 중앙부가 하방으로 더 처지게 되는 현상이 억제된다.

단계 8: 그리고 나서, 도5b에 도시된 바와 같이 정렬 비젼(190)이 홀더 기판(H)과 기판(S)의 사이에 위치하여, 홀더 기판(H)의 패턴과 기판(S)의 패턴이 일치하는지 여부를 검사한다. 그리고, 이들 두 기판(H, S)의 위치가 정렬되지 않으면, 기판 홀더(180)를 위치 이동하여 상호 정렬시킨다.

단계 9: 그리고 나서, 도5c에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(180)를 하방으로 이동시켜 기판(S)을 홀더 기판(H)에 접근시킨다. 이 때, 기판 홀더(180)의 솔더볼(mB)은 기판(S)의 플럭스(F)에 접촉할 수도 있고, 약간의 틈새만큼 이격될 수도 있다. 기판 홀더(180)와 기판(S)은 z'만큼 이격된 상태가 된다.

단계 10: 그리고 나서, 도5d에 도시된 바와 같이, 구동부(182)로 이동바(182a)를 내측(183d')으로 이동시켜, 클램퍼(183)의 걸림턱(183a)이 홀더 기판(H)의 바깥 경사면(Hg)에 접촉한다. 클램퍼(183)의 내측으로의 이동은 클램퍼(183)의 내측 수직벽이 홀더 기판(H)의 바깥 수직벽과 맞닿을 때까지 진행된다. 이에 따라, 홀더 기판(H)의 경사면(Hg)과 클램퍼 걸림턱(183a)의 경사면이 상호 맞닿으면서 슬라이딩하여, 홀더 기판(H)과 기판 홀더(180)는 솔더볼(mB)과 플럭스(F)가 서로 적당히 맞닿게 된다. 즉, 기판 홀더(180)와 기판(S)은 미리 예정된 z만큼 이격된 상태로 위치하면서, 클램퍼(183)의 고정에 의해 이들(S, H)의 상대 위치가 고정된다. 그리고, 거치대(170)에 작용하는 부압은 제거된다.

이 때, 홀더 기판(H)의 솔더볼(S)과 기판(S)의 플럭스(F)와 보다 확실히 접촉된 상태가 되도록, 도7에 도시된 바와 같이 홀더 기판(H)의 수용부(C)는 얕게 형성되는 것이 좋다. 즉, 솔더볼(mB)의 중심(Bc)은 홀더 기판(H)의 판면(Hs)보다 상측에 위치한다. 보다 구체적으로는, 솔더볼(mB)은 그 직경(d)의 60% 내지 80%에 해당하는 길이(w1)는 홀더 기판(H)의 판면(Hs)보다 상측에 위치하고, 직경(d)의 20% 내지 40%에 해당하는 길이(w2)는 홀더 기판(H)의 판면(Hs)보다 낮은 수용부(C)에 위치한다. 솔더볼의 직경의 60%에 비하여 적은 만큼 솔더볼이 홀더 기판의 판면에 대해 노출되면, 솔더볼을 홀더 기판에서 기판으로 전사하는 공정에서 홀더 기판에 과도한 양의 플럭스가 묻게 되는 문제가 야기되며, 솔더볼의 직경의 80%이상 홀더 기판의 판면에 대해 노출되면 홀더 기판의 수용부에 흡입압을 가하여 솔더볼을 파지하는 것이 어려워지기 때문이다. 다만, 홀더 기판(H)의 수용부(C)가 깊게 형성되어 솔더볼(mB)의 직경의 80%이상이 수용부(C) 내에 위치하더라도, 본 발명이 적용될 수 있다.

단계 11: 그리고 나서, 도5e에 도시된 바와 같이, 클램핑 고정된 기판(S)과 홀더 기판(H)을 상방(180z')으로 이동시켜 거치대(170)로부터 홀더 기판(H)을 이격시킨 다음에, 도5f에 도시된 바와 같이, 회전축(181R)을 중심으로 기판 홀더(180)를 180도 회전시킨다. 이에 따라, 홀더 기판(H)이 뒤집힌 상태로 기판(H)의 상측에 위치하게 되고, 홀더 기판(H)의 수용부(C)에 하나씩 안착되어 있던 솔더볼(mB)은 자체의 자중에 의해 그리고 플럭스(F)의 접착력에 의해 기판(S)에 의해 지지되게 된다. 솔더볼(mB)의 직경(d)이 50㎛ 이상 300㎛ 이하로 매우 작더라도, 기판 홀더(H)와 솔더볼(mB)의 정전기력이 작용하더라도, 솔더볼(mB)이 플럭스(F)에 접촉한 상태로 180도 회전시켜 솔더볼(mB)의 자중 방향과 플럭스(F)의 접착력 방향을 같은 방향으로 유도함으로써 의해 홀더 기판(H)의 솔더볼(mB)은 확실히 기판(S)으로 전사된다.

단계 12: 그리고 나서, 도5g에 도시된 바와 같이 기판 홀더(H)을 기판(S)으로부터 분리시키기 위한 흡착기(66)를 홀더 기판(H)의 저면에 부착시킨후 흡착력(66p)을 작용시킨다. 그 다음, 도5h에 도시된 바와 같이, 클램퍼(183)를 외측(183d)으로 이동시켜 클램핑 상태를 해제시킨 후, 흡착기(66)를 상방(Hz)으로 이동시켜 상측에 위치한 홀더 기판(H)을 기판(S)으로부터 분리시킨다.

이에 따라, 기판(S)의 표면에는 홀더 기판(H)의 수용부(C)에 위치했던 모든 솔더볼(mB)이 전사되어, 솔더볼 어태치 공정이 완료된다.

그 이후에, 상기 기판(S)은 이송 로봇에 의해 리플로우 챔버로 이동하여 리플로우 공정을 거쳐, 구형 솔더볼(mB)이 타원형 또는 반구형 범프로 형성시킨다. 한편, 직경(d)이 작은 솔더볼(mB)을 플럭스(F)에 밀착시켜 기판(S)에 전사하게 되면, 기판(S)의 플럭스(F)는 홀더 기판(H)의 표면(Hs)에 필연적으로 묻게 된다. 따라서, 도면에 도시되지 않았지만 솔더볼(mB)의 전사에 사용된 홀더 기판(H)은 세정후 단계 1의 솔더볼 안착 공정에 투입된다. 이와 같이 홀더 기판(H)의 세정 공정이 필요하므로, 단계 1에 투입되는 새로운 홀더 기판(H)은 다수의 홀더 기판(H)을 준비해 놓은 후, 이 중 하나씩 고정대(135)에 투여된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 범프 형성 방법은 솔더볼의 자중과 플럭스의 접착력이 배가되어 솔더볼이 홀더 기판으로부터 기판으로 전사됨에 따라, 솔더볼의 크기가 300㎛ 이하의 미세한 크기의 솔더볼에 대해서도 솔더볼에 작용하는 정전기력에도 불구하고 기판의 표면에 패턴 형상대로 정확하게 솔더볼을 전사할 수 있으며, 솔더볼의 직경이 50~200㎛정도로 작아지더라도 신뢰성있게 기판에 미리 정해진 패턴 형태대로 솔더볼을 안착시킬 수 있으므로, 고집적화 추세에 있는 반도체 소자의 제조에 적용될 수 있다.

한편, 상기와 같이 구성된 솔더볼 처리 장치(100)를 이용한 본 발명의 제2실시예에 따른 솔더볼 어태치 방법을 상술한다. 이 방법은 전술한 단계 1 내지 단계 6을 통해 홀더 기판(H)의 수용부(C)에 솔더볼(mB)을 하나씩 안착시키는 공정을 포함하며, 이하에서는 그 이후의 공정을 상술한다.

단계 7: 그리고 나서, 도4에 도시된 바와 같이 홀더 기판(H)은 고정대(135)로부터 거치대(170)로 이송 아암(160)에 의해 이송되고, 도6a에 도시된 바와 같이 거치대(170)의 둘레에 부압(pz)을 작용시켜 홀더 기판(H)을 거치대(170) 상에 위치 고정시킨다.

이와 동시에, 홀더 기판(H)의 솔더볼을 안착시킬 기판(S)을 준비한다. 기판(S)의 저면에는 패턴 형태에 따라 플럭스(F)가 도포될 수도 있고, 도9에 도시된 바와 같이 2개 이상의 솔더볼이 위치하는 영역에 대해 플럭스(F')가 서로 연결된 형태로 도포될 수도 있다.

그리고, 도6a에 도시된 바와 같이 기판(S)을 기판 홀더(180')의 평탄면(180s)에 위치 고정시킨다. 이를 위하여, 기판 홀더(180')의 몸체(181)를 회전축(181R)을 중심으로 180도 회전시킨후, 기판(S)을 평탄면(181s)에 올려 놓은 후, 진공 펌프(189)를 작동시켜 기판(S)이 흡입구(189a)의 흡입압에 의해 위치 고정되도록 한다. 그리고 다시 회전축(181R)을 180도 회전시켜 기판(S)의 플럭스(F)가 바닥을 향하도록 한다. 이 때, 기판(S)은 다수의 흡입구(189a)에 의해 흡착되어 위치 고정되므로, 기판(S)의 자중에 의해 중앙부가 하방으로 더 처지게 되는 현상이 억제된다.

단계 8: 그리고 나서, 도5b에 도시된 바와 같이 정렬 비젼(190)이 홀더 기판(H)과 기판(S)의 사이에 위치하여, 홀더 기판(H)의 패턴과 기판(S)의 패턴이 일치하는지 여부를 검사하여, 두 기판(H, S)의 위치를 상호 정렬시킨다.

단계 9: 그리고 나서, 도6b에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(180')를 하방(180d)으로 이동시켜 기판(S)을 홀더 기판(H)에 접근시킨다. 이 때, 기판 홀더(180')의 솔더볼(mB)은 기판(S)의 플럭스(F)에 접촉하는 위치까지 하방 이동시킨다.

기판 홀더(180')에 파지된 기판(S)은 정밀 가공된 평탄면(181s)에 분포된 흡입공(189a)의 부압에 의해 전체적으로 균일하게 편평한 상태가 유지되므로, 기판 홀더(180')가 하방으로 이동하여 홀더 기판(H)의 솔더볼(mB)과 접촉하면, 전체적으로 균일한 만큼 플럭스(F)와 솔더볼(mB)이 접촉한다. 이 때, 거치대(170')에 설치된 정압 펌프(179')를 통해 정압(pz")이 작용하여 솔더볼(mB)이 플럭스(F)를 향해 들려지도록 한다. 이에 의해, 솔더볼(mB)과 홀더 기판(H)의 사이에 정전기력이 작용하더라도, 모든 솔더볼(mB)은 정압(pz")에 의해 기판(H)의 플럭스(F)로 전사된다.

단계 10: 도6c에 도시된 바와 같이 단계 4에서 정압이 작용함과 동시에 기판 홀더(180')는 상방(180d')으로 이동시킨다. 이에 의해, 기판 홀더(180')에 파지된 기판(S)에는 패턴 형태에 따라 솔더볼(mB)이 전사된 형태가 된다.

그 이후에, 상기 기판(S)은 이송 로봇에 의해 리플로우 챔버로 이동하여 리플로우 공정을 거쳐, 구형 솔더볼(mB)이 타원형 또는 반구형 범프로 형성시킨다. 한편, 직경(d)이 300㎛ 이하인 솔더볼(mB)을 플럭스(F)에 밀착시켜 기판(S)에 전사하는 경우에는, 기판(S)의 플럭스(F)는 홀더 기판(H)의 표면(Hs)에 필연적으로 묻게 된다. 따라서, 도면에 도시되지 않았지만 솔더볼(mB)의 전사에 사용된 홀더 기판(H)은 세정후 단계 1의 솔더볼 안착 공정에 투입된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

77: 솔더볼 경로 88: 공기 통로
100: 솔더볼 처리 장치 110: 솔더볼 공급기
120: 공급기 진동체 130: 홀더기판 진동체
135: 고정대 135g: 솔더볼 수거홈
140: 솔더볼 흡입기 145: 이동 브라켓
146: 흡입구 150: 검사 비젼
160: 이송 아암 170: 거치대
180: 기판 홀더 190: 정렬 비젼
C: 수용부 H: 홀더 기판
mB1, mB2, mB3; mB : 솔더볼 S: 기판

Claims

요입 형성된 다수의 수용부를 구비한 홀더 기판을 고정대에 위치 고정시키는 홀더기판 고정단계와;
솔더볼 공급기로부터 다수의 솔더볼을 상기 홀더 기판 상에 솔더볼을 낙하시키는 솔더볼 낙하단계와;
상기 홀더 기판의 표면에 낙하된 솔더볼이 상기 홀더 기판의 원주 방향의 판면을 따라 이동하도록 진동시키는 홀더기판 진동단계와;
상기 홀더 기판의 상기 다수의 수용부에 부압을 작용시켜, 상기 홀더 기판의 표면을 따라 원주 방향 성분을 갖는 방향으로 이동하는 상기 솔더볼이 상기 다수의 수용부로 안착시키는 솔더볼 안착단계를;
포함하는 비접촉식 솔더볼 안착 방법.
제 1항에 있어서,
상기 솔더볼 공급기를 상기 홀더 기판의 중앙부로부터 가장자리로 이동하면서 상기 솔더볼을 상기 홀더 기판의 표면에 낙하시키는 공급기 이동단계를;
더 포함하는 비접촉식 솔더볼 안착 방법.
제 1항에 있어서,
상기 솔더볼 낙하단계는 상기 솔더볼 공급기를 진동시키는 것에 의해 상기 솔더볼이 상기 솔더볼 공급기로부터 상기 홀더 기판의 표면으로 낙하되도록 하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 솔더볼 안착 방법.
제 1항에 있어서,
상기 홀더 기판의 둘레를 감싸는 솔더볼 수거홈에서 상기 수용부에 안착되지 않은 솔더볼을 수거하는 솔더볼 수거단계를;
더 포함하는 비접촉식 솔더볼 안착 방법.
제 1항에 있어서, 상기 솔더볼 안착단계 이후에,
상기 홀더 기판의 상기 수용부에 부압이 작용하는 상태에서, 상기 수용부에 작용하는 부압보다 낮은 부압을 상기 홀더 기판의 표면에 작용시켜 상기 수용부에 안착되지 않은 솔더볼을 수거하는 솔더볼 수거단계를;
더 포함하는 비접촉식 솔더볼 안착 방법.
제 5항에 있어서, 상기 내부 솔더볼 수거단계는,
상기 홀더 기판의 폭에 대응하는 길이의 슬릿 형상으로 형성되고 상기 수용부에 인가되는 부압(pz)보다 낮은 부압(pz')이 작용한 상태로 유지되면서, 상기 흡입구가 상기 홀더 기판의 표면을 대향한 상태로 이동하는 것에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 비접촉식 솔더볼 안착 방법.
제 5항에 있어서,
상기 홀더 기판의 다수의 수용부에 상기 솔더볼이 하나씩 안착된 것을 검사 비젼으로 확인하는 단계를;
더 포함하는 비접촉식 솔더볼 안착 방법.
제 1항에 있어서,
상기 솔더볼 공급기는 리니어 피더에 의해 진동되면서 솔더볼을 홀더 기판의 표면으로 낙하시키는 것을 특징으로 하는 비접촉식 솔더볼 안착 방법.
제 1항에 있어서,
상기 홀더 기판은 리니어 피더에 의해 진동되면서 솔더볼을 홀더 기판의 표면 상에서 일방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 비접촉식 솔더볼 안착 방법.
제 1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 비접촉식 솔더볼 안착 방법에 의해 상기 홀더 기판의 상기 수용부에 솔더볼을 안착시키는 단계와;
상기 홀더 기판의 솔더볼의 배열에 부합하는 배열로 플럭스를 기판의 표면에 도팅하는 플럭스 도팅 단계와;
상기 기판과 상기 홀더 기판을 근접시켜 상기 플럭스의 점착력으로 상기 솔더볼을 상기 기판에 전사하는 솔더볼 전사 단계를;
포함하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 어태치 방법.
제 10항에 있어서, 상기 솔더볼 전사 단계는,
상기 기판 홀더에 상기 기판을 근접시켜 상기 기판의 플럭스에 상기 솔더볼을 접촉시키는 단계와;
상기 기판 홀더와 상기 기판을 함께 180도 회전시키는 단계를;
포함하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 어태치 방법.
제 10항에 있어서,
상기 솔더볼은 직경이 50㎛ 내지 300㎛인 것을 특징으로 하는 솔더볼 어태치 방법.
제 10항에 있어서,
상기 홀더 기판은 원형인 것을 특징으로 하는 솔더볼 어태치 방법.
다수의 수용부가 구비된 홀더 기판을 고정시키고, 상기 수용부에 부압을 작용시키는 공기 통로가 구비된 고정대와;
다수의 솔더볼을 탑재된 상태로 상기 고정대에 고정된 홀더 기판의 표면에 솔더볼을 낙하시키는 솔더볼 공급기와;
상기 고정대의 원주 방향으로 3개 이상의 홀더기판 진동체가 원주 방향을 따라 설치되어, 상기 홀더기판 진동체의 진동으로 상기 홀더 기판의 표면에 낙하된 솔더볼을 원주 방향 성분을 포함하는 방향으로 진행시키는 홀더기판 진동체를;
포함하여 구성된 솔더볼 안착 장치.
제 14항에 있어서,
상기 솔더볼 공급기는 상기 기판 홀더의 중앙부로부터 가장자리로 이동하면서 상기 기판 홀더의 표면에 솔더볼을 공급하는 것을 특징으로 하는 솔더볼 안착 장치.
제 14항에 있어서,
상기 솔더볼 공급기를 수평면에 대해 일방으로 경사진 방향으로 진동시켜 상기 솔더볼 공급기로부터 솔더볼이 상기 홀더 기판의 표면으로 조금씩 낙하하도록 하는 공급기 진동체를;
더 포함하는 비접촉식 솔더볼 안착 장치.
제 14항에 있어서,
상기 고정대는 상기 홀더 기판의 둘레에 솔더볼을 모으는 수집홈이 형성된 것을 특징으로 하는 비접촉식 솔더볼 안착 장치.
제 14항에 있어서,
상기 홀더 기판의 상기 수용부에 작용하는 부압보다 낮은 부압이 작용하는 흡입구가 구비되어, 상기 흡입구가 상기 홀더 기판의 표면과 대향한 상태로 이동하면서 상기 홀더 기판의 상기 수용부에 안착되지 않은 솔더볼을 수거하는 솔더볼 흡입기를;
더 포함하는 비접촉식 솔더볼 안착 장치.
제 14항에 있어서,
상기 흡입구는 상기 홀더 기판의 폭에 대응하는 길이의 슬릿 형태로 형성되어, 상기 솔더볼 흡입기가 상기 홀더 기판의 상측을 이동하는 것에 의해 상기 홀더 기판의 상기 수용부에 수용되지 않은 솔더볼을 모두 수거하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 솔더볼 안착 장치.
제 19항에 있어서,
상기 홀더 기판의 상기 수용부에 안착된 솔더볼 상태를 확인하는 검사 비젼을;
더 포함하는 비접촉식 솔더볼 안착 장치.
제 20항에 있어서,
상기 검사 비젼과 상기 솔더볼 흡입기는 함께 이동하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 솔더볼 안착장치.
제 14항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 솔더볼은 직경이 50㎛ 내지 300㎛인 것을 특징으로 하는 비접촉식 솔더볼 안착 장치.
제 14항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홀더기판 진동체는 리니어 피더인 것을 특징으로 하는 비접촉식 솔더볼 안착 장치.
제 14항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공급기 진동체는 리니어 피더인 것을 특징으로 하는 비접촉식 솔더볼 안착 장치.