KR20150046614A - 코이닝 장치 - Google Patents

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오흥재
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 코이닝 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 코이닝 장치는 인쇄회로기판상에 형성된 솔더 범프를 가압하여 평탄화시키는 상부헤드; 상기 상부헤드 상면을 가압하는 가압부; 및 상기 상부헤드 및 가압부를 연결하며, 상기 상부헤드의 이동을 제어하는 승강부; 를 포함하여 솔더 범프를 평탄하는 경우 인쇄회로기판에 휨을 줄일 수 있으며, 평탄화된 솔더링의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

코이닝 장치{Coinning Apparatus}
본 발명은 코이닝 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 솔더 범프를 평탄화하는 공정중 범프의 손상을 줄일 수 있는 코이닝 장치에 관한 것이다.
컴퓨터, 노트북, 모바일 폰 등의 경우 기억 용량의 증가에 따라 대용량의 램(Random Access Memory) 및 플래쉬 메모리(Flash Memory)와 같이 칩의 용량은 증대되지만, 패키지는 소형화되는 경향에 있다.
이러한 패키지의 크기를 줄이기 위한 방법으로, 동일한 기억 용량의 칩을 사용하면서 패키지의 크기 및 두께를 최소화할 수 있는 플립 칩 패키지(Flip Chip Package)에 관한 연구가 활방히 진행중이다.
플립 칩 패키지(Flip Chip Package)에 포함되는 인쇄회로기판은 반도체 칩 또는 마더보드 등과 같은 부품과 접속(예를 들면, 플립 칩 접속)하는 단자로서 솔더 범프를 포함한다.
솔더 범프를 형성하기 위하여, 스크린 인쇄, 디스펜싱, 잉크젯 공법 등을 이용하여 패드의 상면에 도전성 페이스트를 도포한 후, 리플로우 공정을 수행하는 방법을 이용하거나 소형 솔더볼을 부착하는 등 다양한 방법을 이용한다.
이때, 범프의 표면은 솔더 범프에 형성된 표면장력에 의해 구 형상으로 형성될 수 있고, 구 형상의 솔더 범프는 반도체 칩 및 기타 소자 실장시 접촉 불량이 발생될 수 있다.
이러한 문제점은, 솔더 범프의 높이를 균일하게 하고, 칩의 솔더 범프와 인쇄회로기판의 솔더 범프간의 미스매칭을 줄일 수 있는 코이닝 공정을 수행해 반도체 칩 실장의 신뢰성을 높일 수 있었다.
그러나, 코이닝 장치와 솔더 범프가 분리되는 단계에서 일부 솔더 범프가 점성에 의해 코이닝 장치에 묻어가거나, 응력에 의해 인쇄회로기판의 휨이 발생될 수 있는 등의 문제점이 있었다.
일본 공개특허공보 제2012-099719호
따라서, 본 발명은 종래 코이닝 장치에서 제기되는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 솔더 범프를 가압할 수 있는 상부헤드에 경사를 형성시키는 승강부를 구비하여 코이닝 후 솔더 범프와 상부헤드 분리하는 단계에서 솔더 범프가 손상되는 것을 방지할 수 있도록 한 코이닝 장치가 제공됨에 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은, 인쇄회로기판상에 형성된 솔더 범프를 가압하여 평탄화시키는 상부헤드; 상기 상부헤드 상면을 가압하는 가압부; 및 상기 상부헤드 및 가압부를 연결하며, 상기 상부헤드의 이동을 제어하는 승강부; 를 포함하는 코이닝 장치가 제공됨에 의하여 달성된다.
이때, 상기 승강부는 상기 상부헤드 위치를 제어하는 실린더와 결합될 수 있다.
또한, 상기 인쇄회로기판은 하부헤드 상면에 밀착결합될 수 있다.
또한, 상기 승강부는 상기 실린더의 높이조절을 수행하는 스테핑모터로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 상기 목적은, 인쇄회로기판상에 형성된 솔더 범프를 가압하여 평탄화시키는 상부헤드; 상기 상부헤드 상면을 가압하는 가압부; 및 상기 상부헤드 및 가압부를 연결하며, 상기 상부헤드의 이동을 제어하는 승강부; 를 포함하되, 상기 상부헤드 일측이 상기 가압부와 연결된 코이닝 장치가 제공됨에 의해서 달성된다.
이때, 상기 승강부는 제1 실린더와 제2 실린더를 통해 상기 상부헤드 위치를 제어하며, 상기 제1 실린더는 상기 승강부 상부에 형성된 제1 스토퍼로 고정되될 수 있다.
또한, 상기 제2 실린더는 이동이 가능하도록 승강부 상측에 제2 스토퍼가 이격 형성될 수 있다.
또한, 상기 인쇄회로기판은 하부헤드 상면에 밀착결합될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 코이닝 장치는 솔더 범프를 가압하는 상부헤드에 경사를 부여하는 승강부가 구비됨에 따라 코이닝 후 솔더 범프가 상부헤드와 응력으로 인해 발생되는 솔더 범프의 손상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 상부헤드가 인쇄회로기판과 동시에 분리되지 않고 점진적으로 분리되어 응력이 분산될 수 있으므로 인쇄회로기판의 휨을 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 코이닝 장치의 일실시예 단면도.
도 2는 도 1의 코이닝 장치를 이용하여 솔더 범프를 가압하는 상태를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 코이낭 장치에 의하여 코이닝이 되는 공정을 나타내는 공정흐름도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 다수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 코이닝 장치(100)의 일실시예 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명은 인쇄회로기판(121)의 솔더 범프(122)에 접속되어 범프를 누르는 상부헤드(110), 상부헤드(110)에 외력을 전달하는 가압부(140)로 구성되며, 가압부(140) 측면에 상부헤드(110)와 가압부(140)를 연결시키는 승강부(130)로 구성될 수 있다.
인쇄회로기판(121)에 실장된 솔더 범프(122)(solder bump)는 고온의 열을 가하는 리플로우 공정 및 디플럭스 공정 등을 거칠 수 있고, 솔더 범프(122) 자체에 형성된 표면장력에 의해 구형으로 이루어질 수 있다.
이때, 반도체 칩이 솔더 범프(122)에 실장될 때 구형 솔더 범프(122)의 만곡부에 접합되어 빈공간에 연결되면 반도체 칩과 솔더 범프(122)가 접촉 불량으로 전기적인 연결이 되지 않아 플립칩 패키지가 정상 동작하지 않을 수 있다.
솔더 범프(122)의 접촉률을 향상시키기 위해 솔더 범프(122)를 가압하여 평탄화시켜 솔더 범프(122)의 상부가 평평한 플랫(flat) 타입의 솔더 범프(122)를 만들고, 플랫 타입 솔더 범프(122)는 전체적으로 균일하게 형성되도록 수평하게 솔더 범프(122)를 가압하는 구성을 갖도록 할 수 있다.
상부헤드(110)는 하방 구동되어 솔더 범프(122)를 가압하여 솔더 범프(122)를 평탄화시킬 수 있고, 상방 구동되어 평탄화된 솔더 범프(122)로부터 분리될 수 있다.
판형의 상부헤드(110)는 양단부에 제1 실린더(131)와 제2 실린더(132)로 연결될 수 있고, 실린더를 상하 이동시켜 상부헤드(110) 위치를 변경시켜 상부헤드(110)에 경사를 형성시킬 수 있다. 그리고, 실린더는 승강부(130)에 연결되어 가압부(140)에 의해 형성된 외력을 실린더에 전달시킬 수 있다.
실린더는 상부헤드(110) 양측에 형성되어 동시 또는 순차로 동작될 수 있고, 상부헤드(110)가 수평으로 솔더 범프(122)를 가압하는 것보다 경사가 부여된 상태로 하방 구동시켜 솔더 범프(122)와 서서히 수평으로 접촉시킬 수 있다.
따라서, 상부헤드(110)는 솔더 범프(122)와 동시에 접촉하지 않고 상부헤드(110)가 수평을 형성면서 접촉하기때문에 솔더 범프(122)에 가해지는 압력이 분산될 수 있어 솔더 범프(122)의 불량을 줄일 수 있다.
가압부(140)는 인쇄회로기판(121)의 상부에서 하방으로 수직하강하는 방식으로 솔더 범프(122) 평탄화 공정을 진행하므로 코이닝 장치(100)를 구동시키기 위한 구동부(도면 미도시)가 연결될 수 있다.
가압부(140)가 하방 구동되어 솔더 범프(122) 일측에 경사가 형성된 상부헤드(110)가 접촉되면 솔더 범프(122) 타측에 대응되는 실린더의 높이를 조정하여 상부헤드(110)를 수평으로 맞출 수 있다.
이때, 승강부(130)에는 가압부(140)가 하강되어 상부헤드 일측이 솔더 범프와 만나면, 제1 실린더(131)를 상방으로 이동시키고 제2 실린더(132)를 하방으로 이동시킬 수 있는 제어부(도면 미도시)를 더 포함할 수 있다.
즉, 제어부는 가압부(140)가 하방으로 이동할 때, 상부헤드(110) 일측이 솔더 범프(122)와 접촉함을 감지하면 접촉부에 인접한 실린더의 동작을 멈추게 하고, 아직 접촉하지 못한 실린더(도면에서는 제1 실린더(131))가 솔더 범프(122)와 접촉할때까지 가압부(140)의 하방 구동 속도에 맞춰 상부헤드(110)의 수평을 맞추는 것을 제어할 수 있다.
이때, 제어부는 가압부(140)와 상부헤드(110)가 밀착결합한 상태에 도달하면 승강부(130)의 동작을 멈추고 가압부(140)를 하방 구동시켜 평탄화 공정을 진행할 수 있다. 이때, 인쇄회로기판(121)은 하부헤드(120) 상면에 밀착 결합되어 솔더 범프(122)의 평탄화 과정을 거쳐도 휨이 발생하지 않도록 할 수 있다.
또한, 인쇄회로기판(121)의 이동을 방지하기 위해 인쇄회로기판(121) 사방에 클램프와 같은 고정수단이 형성될 수 있다.
가압부(140)가 하방으로 구동되어 상부헤드(110) 일측이 인쇄회로기판(121)의 솔더 범프(122)에 접촉하더라도 실린더의 상하 이동을 제어하여 솔더 범프(122)에 접촉하는 면을 점진적으로 증대시킬 수 있어 솔더 범프(122)에 작용하는 압력이 크지 않아 솔더 범프(122)의 손상을 방지할 수 있다.
또는, 가압부(140)가 점점 더 하강하여 경사가 형성된 상부헤드(110)가 솔더 범프(122)에 접촉하면 가압부(140)의 하강을 멈추고, 제2 실린더(132)를 하강 구동시켜 상부헤드(110)와 솔더 범프(122)가 점점 접합될 수 있다.
상부헤드(110)가 솔더 범프(122) 상면에서 수평을 이루어 접촉된 것이 확인되면, 다시 가압부(140)를 하강 구동시켜 솔더 범프(122)의 평탄화 공정을 진행할 수 있다. 그리고, 가압부(140)는 가열 장치를 포함함으로써 솔더 범프에 적절한 수준의 열량을 가하여 솔더 범프의 평탄화 공정을 보다 용이하도록 할 수 있다.
한편, 승강부(130)는 스테핑 모터(stepping motor)로 동작할 수 있다. 스테핑모터는 회전각도를 정확하게 제어할 수 있으므로 실린더의 높이 조절을 통해 상부헤드(110)의 높이를 제어할 수 있고, 상하 실린더의 높이 차이를 형성한 후 솔더 범프(122)에 접촉시킬 수 있다.
스테핑모터는 좌우를 개별적으로 제어할 수 있으므로 좌우 실린더 높이 차이를 형성시켜 상부헤드(110)를 경사지게 할 수 있다. 그리고, 상부헤드(110)의 일측이 솔더 범프(122)와 접촉하면 가압부(140)의 하강 속도를 제2 실린더(132) 이동 속도와 맞는 스테핑모터 회전을 제어시키면 상부헤드(110)의 경사가 줄어들면서 솔더 범프(122)와 평면으로 만날 수 있다.
가압부(140) 측면에 결합된 승강부(130)는 실린더의 상하 구동을 제어하는 수단이 될 수 있고, 실린더는 실린더 하단부의 체결구(135)에 의해 상부헤드(110) 양단과 결합될 수 있는데, 체결구(135)는 경첩이나 힌지와 같이 같이 축을 가지고 회전이 가능할 수 있다.
한편, 승강부(130)는 실린더가 수직으로 관통할 수 있고, 승강부(130)에 관통결합되는 실린더는 상부헤드(110)가 일측이 가압부(140)에 접할 수 있도록, 승강부(130) 상단에 결합되어 제1 실린더(131)의 이동을 방지하는 제1 스토퍼(133)가 형성될 수 있다.
반대측에 형성되는 제2 실린더(132)는 상하 구동이 가능할 수 있도록 제2 실린더(132) 상단에 제2 스토퍼(134)가 형성될 수 있다. 도 1에서는 코이닝 장치(100)가 대기상태에 있는 것으로 중력에 의해 상부헤드(110)가 하방으로 이동되어 경사가 형성된 상태로서, 제2 스토퍼(134)가 실린더 상부에 결합되어 있어 상부헤드(110)는 소정의 경사가 형성되는 것이다.
그리고, 도 2는 솔더 범프(122)의 평탄화 공정중의 코이닝 장치(100) 단면도로서, 상부헤드(110)와 가압부(140)가 접촉하여 상부헤드(110)가 수평을 이룬 상태로서, 우측 실린더가 밀려 올라간 상태이고 이때 제2 스토퍼(134)는 제1 스토퍼(133)보다 높게 형성되어 있으므로 제2 실린더(132)만 상하 이동을 할 수 있다.
솔더 범프(122)의 평탄화 공정이 완료되어 코이닝 장치(100)를 솔더 범프(122)와 분리시키기 위해 가압부(140)를 상방 구동시키면 좌측 상부헤드(110)는 제1 실린더(131)가 제1 스토퍼(133)에 고정되어 있어 곧바로 솔더 범프(122)와 분리될 수 있으나, 우측 상부헤드(110)는 승강부(130) 상부에서 제2 스토퍼(134)까지의 거리(d)에 해당되는 실린더 길이만큼 가압부(140)가 상승할때까지 솔더 범프(122)에 접할 수 있다.
즉, 스토퍼는 실린더 높이를 가변시키기 위해 실린더 상측에 결합되는 것으로서, 상부헤드(110)의 경사를 형성시키기 위해 스토퍼는 좌우 실린더에서 높이가 다르게 형성될 수 있다.
제1 실린더(131)는 상부헤드(110)가 가압부(140)에 접촉할 수 있도록 제1 스토퍼(133)가 낮게 형성될 수 있고, 제1 실린더(131)는 승강부(130) 상부에 형성된 제1 스토퍼(133)에 고정되어 이동을 할 수 없다.
그리고, 제2 실린더(132)는 실린더가 이동할 수 있는 가변범위가 형성되어 상부헤드(110)의 경사를 형성할 수 있도록 제2 스토퍼(134)가 제1 스토포보다 상부에 형성될 수 있다. 즉, 상부헤드(110)가 경사지어 가압부(140)와의 최대거리가 가압부(140)와 상부헤드(110)가 접촉되어 수평을 형성할 때 제2 승강부(130)와 제2 스토퍼(134)와의 거리차이(d)와 동일하다.
가압부(140)가 상승할수록 상부헤드(110)는 점차 경사가 형성되어 상부헤드(110)와 솔더 범프(122)가 순차적으로 분리되기 때문에 솔더 범프(122)와 상부헤드(110)에 형성된 인장력을 분산시킬 수 있다. 따라서, 상부헤드(110)와 솔더 범프(122)간의 반발력이 줄어들어 솔더 범프(122)의 손상을 현저히 줄일 수 있다.
가압부(140)가 충분히 상방 구동되어 솔더 범프(122)와 분리되면, 상부헤드(110)는 처음 대기상태와 마찬가지로 경사가 형성된 상태로 다음 평탄화 공정을 수행할 수 있다.
경사가 형성된 상부헤드(110)를 이용하면 솔더 범프(122)와 분리되면서 일부 솔더 범프(122)가 쓸려나가는 현상이 없을 수 있으므로 상부헤드(110)의 클리닝 공정이 필요없이 바로 다른 솔더 범프(122)를 평탄화 공정에 투입될 수 있으므로 인쇄회로기판(121) 제조 공정을 단축시킬 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100. 코이닝 장치
110. 상부헤드
120. 하부헤드
121. 인쇄회로기판
122. 솔더 범프
130. 승강부
131. 제1 실린더
132. 제2 실린더
133. 제1 스토퍼
134. 제2 스토퍼
135. 체결구
140. 가압부

Claims (8)

  1. 인쇄회로기판상에 형성된 솔더 범프를 가압하여 평탄화시키는 상부헤드;
    상기 상부헤드 상면을 가압하는 가압부; 및
    상기 상부헤드 및 가압부를 연결하며, 상기 상부헤드의 이동을 제어하는 승강부;
    를 포함하는 코이닝 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 승강부는 상기 상부헤드 위치를 제어하는 실린더와 결합되는 코이닝 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 하부헤드 상면에 밀착결합된 코이닝 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 승강부는 상기 실린더의 높이조절을 수행하는 스테핑모터로 구성된 코이닝 장치.
  5. 인쇄회로기판상에 형성된 솔더 범프를 가압하여 평탄화시키는 상부헤드;
    상기 상부헤드 상면을 가압하는 가압부; 및
    상기 상부헤드 및 가압부를 연결하며, 상기 상부헤드의 이동을 제어하는 승강부;
    를 포함하되,
    상기 상부헤드 일측이 상기 가압부와 연결된 코이닝 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 승강부는 제1 실린더와 제2 실린더를 통해 상기 상부헤드 위치를 제어하며, 상기 제1 실린더는 상기 승강부 상부에 형성된 제1 스토퍼로 고정되는 코이닝 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 실린더는 이동이 가능하도록 승강부 상측에 제2 스토퍼가 이격 형성된 코이닝 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 하부헤드 상면에 밀착결합된 코이닝 장치.
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