KR20160006460A - 볼 마운터 헤드 - Google Patents

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김병훈
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Abstract

본 발명의 볼 마운터 헤드는 에어 분사 노즐을 통해 솔더 볼에 에어를 불어주는 에어 블로우부; 및 상기 에어 블로우부와 이격 배치되어 석션 노즐을 통해 에어를 진공으로 흡인하는 진공 석션부;를 포함한다.

Description

볼 마운터 헤드{BALL MOUNTER HEAD}
본 발명은 기판에 솔더 볼을 마운팅하는 볼 마운터 장치에 이용되는 볼 마운터 헤드에 관한 것이다.
반도체 패키지의 제조 방법 중, BGA(ball grid array) 타입 반도체 패키지는 반도체 기판 위의 복수의 솔더 볼(solder ball) 형성 영역 상에 솔더 볼을 부착하는 볼 마운팅(ball mounting) 공정을 통해 외부 회로를 형성하게 된다. 이러한 볼 마운팅 공정은 볼 마운터 장치에서 자동으로 수행된다.
종래의 볼 마운터 장치는 각 반도체 칩 상의 볼패드에 플럭스(flux)를 도포하고, 볼공급장치를 통해 각 볼패드 상에 부착될 솔더 볼을 공급한 다음, 와이어 슬릿(wire silt)이 부착된 볼 마운터 헤드로 솔더 볼을 여러 번 스퀴징(squeezing)하여 솔더 볼을 각 볼패드에 부착시키는 작업을 연속적으로 수행한다.
최근에는 볼 마운팅 공정의 효율성 제고를 위하여, 와이어 슬릿형 볼 마운터 헤드를 대체할 수 있는 새로운 볼 마운터 헤드에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다.
일본국 공개특허공보 제2004-186286호
본 발명의 목적은 볼의 변형을 억제하고, 장치의 수명을 연장시킬 수 있는 볼 마운터 장치의 볼 마운터 헤드를 제공함에 있다.
본 발명의 상기 목적은 일측에서는 에어 분사 노즐을 통해 솔더 볼에 에어를 불어주고, 타측에서는 석션 노즐을 통해 에어를 진공으로 흡인하는 볼 마운터 헤드를 통해 마찰 없이 솔더 볼을 이동시켜 마운팅함으로써 달성될 수 있다.
이를 위하여, 본 발명의 볼 마운터 헤드는 일측에 구비된 에어 블로우부 및 상기 에어 블로우부의 타측에 구비된 진공 석션부를 포함한다.
상기 에어 블로우부는 내부에 솔더 볼에 에어(air)를 불어주기 위한 에어 분사 노즐을 구비하고, 이 에어 분사 노즐에 구비된 에어분사관로는 상기 진공 석션부에 구비된 석션 노즐을 향하여 굴곡진 선단부를 갖는다.
상기 에어 분사 노즐을 통해 솔더 볼에 에어를 불어줄 때, 굴곡진 선단부를 갖는 에어분사관로에 의해 에어가 바닥면을 향하지 않고 상향되므로 솔더 볼을 띄우는데 유리하다.
또한, 상기 진공 석션부는 내부에 에어를 진공으로 흡인하기 위한 석션 노즐을 구비하고, 상기 석션 노즐은 노즐 몸체의 내부에 에어의 유출 통로 사용되는 석션관로를 포함한다.
상기 석션 노즐의 노즐 몸체는 상기 에어 분사 노즐에 인접한 일측이 타측보다 짧은 길이로 형성되어, 상기 에어 블로우부를 통해 불어준 에어에 의해 이동된 솔더 볼들을 상기 진공 석션부의 외부로 이탈되지 않게 하면서 가속화시킨다.
또한, 상기 진공 석션부는 상기 석션 노즐의 석션관로 내에 메쉬(mesh) 형상 등의 볼 필터를 추가로 창작하여, 볼 마운팅 후 잔류된 솔더 볼들이 석션 펌프 내부로 흡입되는 것을 방지하여 볼 마운터 장치의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명에 따른 볼 마운터 헤드는 볼에 에어를 불어주어 볼과의 마찰없이 볼을 이동시켜 마운팅을 실시함으로써, 볼을 환형으로 유지하여 볼에 의한 패키지 불량률을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 볼 마운터 헤드는 솔더 볼의 크기와 상관없이 적용이 가능하고, 인쇄 마스크나 볼과의 마찰이 없어 반영구적이므로, 볼 마운터 장치의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 에어 블로우부 및 진공 석션부를 구비한 볼 마운터 헤드를 이용하여 SBM(Solder Ball Mount) 공정의 불량율을 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 볼 마운터 헤드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 볼 마운터 헤드를 이용한 볼 마운팅 방법 중 석션 전을 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1의 볼 마운터 헤드를 이용한 볼 마운팅 방법 중 석션 중을 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 1의 볼 마운터 헤드를 이용한 볼 마운팅 방법 중 석션 후를 나타낸 단면도이다.
본 발명에 따른 볼 마운터 헤드(ball mounter head)의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전히 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명에 이용되는 볼 마운터 장치는 기판 공급부, 플럭스(Flux) 전사부, 볼 마운터부 및 워크 구동부를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 볼 마운터부는 볼 마운터 헤드, 볼 공급부 및 워크 지지 테이블을 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명은 볼 마운터부의 볼 마운터 헤드에 특징을 갖는 바, 이하에서는 볼 마운터 헤드를 도시하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 이용되는 볼 마운터 장치의 볼 마운터 헤드를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 볼 마운터 헤드(100)는 에어 블로우(air blow)부(110) 및 진공 석션(vacuum section)부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 에어 블로우부(110)는 환형의 솔더 볼(solder ball)에 에어(air)를 불어주기 위한 에어 분사 노즐(air spraying nozzle, 112)을 구비한다. 즉, 상기 에어 분사 노즐(112)은 솔더 볼의 위치에 따라 균등한 압력으로 에어를 불로우시켜 주는 역할을 한다.
이때, 상기 에어 분사 노즐(112)은 노즐 몸체(114)의 내부에 에어의 유입 및 유출 통로로 사용되는 에어분사관로(116)를 갖는다.
상기 진공 석션부(120)는 상기 에어 블로우부(110)와 이격 배치되며, 에어를 진공으로 흡인하기 위한 석션 노즐(suction nozzle, 122)을 구비한다. 이때, 상기 석션 노즐(122)은 노즐 몸체(124)의 내부에 에어의 유출 통로로 사용되는 석션관로(126)를 갖는다.
본 실시예의 에어 분사 노즐(112)의 에어분사관로(116)는 상기 석션 노즐(122)을 향하여 굴곡진 선단부를 갖는 것이 바람직하다. 이는 상기 에어 분사 노즐(112)을 통해 솔더 볼에 에어를 불어줄 때, 에어가 바닥면을 향하지 않고 에어 분사 노즐(112) 내 에어분사관로(116)의 굴곡진 선단부에 의해 상향됨에 따라 솔더 볼을 띄우는데 유리하기 때문이다.
상기에서 에어분사관로(116)가 굴곡진 선단부를 갖는 경우, 상기 에어 분사 노즐(112)의 하단면은 플레이트(plate) 형상이 될 수 있다.
종래의 와이어 슬릿(wire silt)이 장착된 마운터 헤드를 이용하여 솔더 볼을 마운팅할 때, 솔더 볼을 물리적인 방법으로 이동시키기 때문에 솔더 볼에 스크래치(scratch)가 형성되어 솔더 볼이 구르지 않거나, 일그러지는 현상이 자주 발생하였다.
그러나, 본 실시예의 에어 블로우부(110)를 통해 솔더 볼에 에어를 불어주어 솔더 볼을 공중으로 어느 정도 띄워 구르듯이 이동시킬 경우, 솔더 볼에 가해지는 마찰없이 솔더 볼을 이동시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 솔더 볼의 변형을 억제하여 솔더 볼을 환형으로 유지할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예의 볼 마운터 헤드(100)는 에어를 이용하여 마운팅함으로써,솔더 볼의 크기와 상관없이 적용이 가능하고, 인쇄 마스크나 솔더 볼과의 마찰이 없어 반영구적이므로 볼 마운터 장치의 수명을 연장시킬 수도 있다.
상기 에어 블로우부(110)는 상기 에어 분사 노즐(112)과 연결되어, 에어 주입장치(미도시)로부터 에어분사관로(116)를 통해 에어를 주입하기 위한, 에어 주입관(118)을 구비할 수 있다.
상기 에어 블로우부(110)와 상기 진공 석션부(120)는 일정 간격 이격된 상태로 각 상단이 헤드 본체(130)에 고정되어 지지될 수 있다. 이 경우, 상기 에어 주입관(118)은 상기 에어 분사 노즐(112)의 에어분사관로(116)와 연결되도록 상기 헤드 본체(130)의 내부를 관통하여 구비될 수 있다.
도 1에서는 상기 에어 주입관(118)이 굴곡부를 갖는 형상으로 도시되었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 에어 분사 노즐(112)의 에어분사관로(116)와 연결되는 한, 상기 에어 주입관(118)의 위치 및 형상은 특별히 한정되지 않고 다양하게 변경 가능하다.
상기 에어 블로우부(110)는 상기 에어 주입관(118) 내부에 에어 플로우 미터(air flow meter; 미도시)를 추가로 구비하여, 에어 공급 장치(미도시)로부터 상기 에어 분사 노즐(112)로 공급되는 에어의 유량을 조절하여, 솔더 볼에 가해지는 마찰을 최소화하면서 솔더 볼의 이동거리를 조절하는 것이 바람직하다.
일례로, 상기 에어 분사 노즐(112)로 공급되는 에어의 유량은 0.1L/min 내지 5L/min의 범위로 흘려주어 볼 마운팅시에 솔더 볼에 가해지는 마찰력을 최소화하는 것이 바람직하다. 에어의 유량이 0.1L/min 미만이면, 솔더 볼을 띄우기가 어려울 수 있고, 반면에 5L/min를 초과하면, 원하는 위치에 솔더 볼을 마운팅하기가 어려울 수 있다.
또한, 상기 에어 블로우부(110)는 상기 에어 주입관(118)과 연결되는 레귤레이터(미도시)를 추가로 구비하여 상기 에어 분사 노즐(112)로 공급되는 에어의 압력을, 예를 들면, 1kg/㎠ 정도로 조절할 수 있다. 이때에도, 솔더 볼에 가해지는 마찰이나 솔더 볼의 이동거리를 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 에어 블로우부(110)는 상기 에어 주입관(118)과 연결되는 솔레노이드 밸브나 니들 밸브와 같은 에어 밸브(미도시)를 추가로 구비할 수 있다. 상기 에어 밸브는 제어 신호에 의해 상기 에어 플로우 미터로부터 공급되는 에어를 공급하거나 차단할 수 있다.
특히, 상기 에어 블로우부(110)는 기판에 형성된 볼패드에 솔더 볼을 마운팅하는 순간에는 에어를 차단하여 솔더 볼의 접착을 돕는 것이 바람직하다.
본 실시예의 상기 진공 석션부(120)는 상기 에어 블로우부(110)를 통해 띄워져 이동된 솔더볼을 수거하거나 또는 솔더볼의 이동을 돕기 위한 것으로, 상기 에어 블로우부(110)에 비해 상기 볼 마운터 헤드(100)의 마운팅 진행 방향측에 인접하여 배치될 수 있다.
이때, 상기 석션 노즐(122)의 노즐 몸체(124)는 상기 에어 분사 노즐(112)에 인접한 일측이 타측보다 짧은 길이로 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 에어 블로우부(110)로부터 일정 압력으로 불어준 에어를 통해 이동된 솔더볼들을 상기 진공 석션부(120) 외부로 이탈되지 않게 하면서 가속화시켜 상기 진공 석션부(120) 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 진공 석션부(120)는 상기 석션 노즐(122)에 연결되어 에어를 진공으로 배기하기 위한 에어 배기관(128)을 구비할 수 있다. 상기 에어 배기관(128)의 위치 및 형상은 상기 석션 노즐(122)의 석션관로(126)와 연결되는한 특별히 한정되지는 않는다.
또한, 상기 진공 석션부(120)는 상기 에어 배기관(128)과 연결되어 에어의 흡인을 제어하기 위한 석션 펌프(미도시)를 구비할 수 있다.
상기 진공 석션부(120)를 통해 일부 수거된 솔더 볼들은 볼 마운터부에 구비된 볼 공급부(미도시)의 볼 트레이(미도시)로 이송되어 재공급됨을 반복하는 것이 일반적이다.
그러나, 상기 진공 석션부(120)를 통해 수거된 솔더 볼들 중의 일부는 상기 진공 석션부(120)의 석션 펌프 내부로 흡입되어 볼 마운터 장치에 에러(error)를 발생시키거나 볼 마운터 장치의 수명을 단축시키는 원인이 되기도 한다.
따라서, 상기 진공 석션부(120)는 상기 석션 노즐(122)의 석션관로(126) 내에 볼 필터(129)를 추가로 장착하여 마운팅 후 잔류된 솔더 볼들이 상기 석션 펌프 내부로 흡입되는 것을 방지할 수 있다. 이 경우, 상기한 볼 마운터 장치의 에러 발생이 방지되고, 볼 마운터 장치의 수명이 향상될 수 있다.
상기 볼 필터(129)는 그물망과 같은 메쉬(mesh) 형상인 것이 바람직하나, 특별히 이에 한정되지는 않는다.
도면으로 도시하지는 않았으나, 본 실시예의 볼 마운터 헤드(100)는 볼 공급부와 워크 지지 테이블 사이를 왕복하는 Y축 구동 부재(미도시) 및 상하방향으로 승강하는 Z축 구동 부재(미도시)를 구비할 수 있다. 상기 Y축 구동 부재는 워크 위치를 결정하는 수단으로도 이용될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 한 개의 볼 마운터 헤드를 구비한 볼 마운터 장치를 설명하였으나, 복수개의 볼 마운터 헤드를 볼 마운터 장치에 장착하여 작업의 생산성을 도모할 수 있음은 물론이다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 볼 마운터 헤드를 이용한 볼 마운팅 방법을 나타낸 공정 단면도로서, 도 2는 석션 전, 도 3은 석션 중, 도 4는 석션 후를 나타낸다.
우선, 도 2를 참조하면, 각각의 패드(220)에 플럭스(flux, 230)가 인쇄된 기판(210)과 이격 배치된 마스크(240)를 마련하고, 볼 마운팅 출발점 부근의 마스크(240) 상에 전술한 도 1의 볼 마운터 헤드(100)를 구비한 볼 마운팅 장치(미도시)를 배치시킨다. 도 2에서 진행방향은 A 화살표 방향(?)으로 도시하였다.
그런 다음, 볼 마운팅 장치의 볼 공급부를 통해 볼 마운팅 출발점 부근의 마스크(240) 상에 복수의 솔더 볼(250)을 공급한다.
상기 플럭스(230)는 패드(220)가 형성된 기판(210) 상에, 패드(220)와 대응된 개구를 갖는 마스크(미도시)를 위치시킨 후, 스퀴지(squeeze)를 이용하여 패드(220)에 인쇄되어 형성될 수 있다.
상기 플럭스(230) 인쇄용 마스크 및 볼 마운팅용 마스크(240)는, 일례로, 금속 마스크일 수 있다. 상기 볼 마운팅용 마스크(240)는 플럭스(230)와 대응된 개구(O)를 갖는다.
본 발명에 사용된 플럭스의 종류나, 플럭스 도포 방법 및 솔더 볼 공급 방법 등은 당해 기술의 통상적인 범위에서 선택될 수 있으며, 특별한 제한은 없는 바, 이에 대해서는 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, 진행방향인 A 화살표 방향(?)으로 볼 마운터 헤드(100)를 구동시키면서, 에어 분사 노즐(112)을 통해 복수의 솔더 볼(250)에 에어를 불어줌과 동시에 석션 노즐(122)을 통해 진공 석션을 실시한다.
그 결과, 에어가 에어분사관로(116)의 굴곡진 선단부를 따라 B 화살표 방향(---->)으로 불로잉되기 때문에, 복수의 솔더 볼(250)들은 에어 분사 노즐(112)로부터 B 화살표 방향(---->)으로 기판(210) 상에 띄워져 구르듯이 이동된다.
솔더 볼(250)이 마스크(240)의 개부(O)에 마운팅될 때에는 에어를 차단함으로써, 솔더 볼(250)이 개구(O)에 대응된 플럭스(230)에 접착되게 된다.
한편, 플럭스(230)에 접착되지 않고 기판(210) 상에 잔류된 솔더 볼(250)들은 석션 노즐(122) 내 석션관로(126)의 C 화살표 방향(---->)을 따라 이동하여 에어 배기관(128)을 통해 볼 공급부의 볼 트레이로 다시 회수될 수 있다.
도 3에서와 같이, 석션관로(126) 내에 볼 필터(129)가 장착될 경우에는, 잔류된 솔더 볼(250)들은 볼 필터(129)에 의해 다시 기판(210)으로 이동되어 마운팅에 참여하여 플럭스(230)에 접착될 수도 있다.
이러한 도 3의 에어 블로잉 및 진공 석션 과정을 반복하여, 도 4에 도시된 것처럼, 볼 마운팅 종료점 부근의 패드(220)와 대응되는 플럭스(230)에 환형의 솔더 볼(250)을 접착시켜 볼 마운팅 공정을 완료한다.
상술한 바와 같이, 본 실시예의 에어 블로우부(110) 및 진공 석션부(120)를 구비한 볼 마운터 헤드(100)를 이용한 SBM(Solder Ball Mount) 공정은 환형의 솔더 볼(250)을 마운팅할 수 있기 때문에, 공정 불량율과 동시에 패키지 제품의 불량률을 낮출 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100; 볼 마운트 헤드 110; 에어 블로우부
122; 에어 분사 노즐 126; 에어분사관로
120; 진공 석션부 122; 석션 노즐
126; 석션관로 210; 기판
220; 패드 230; 플럭스
240; 마스크 250; 솔더 볼

Claims (10)

  1. 에어 분사 노즐을 통해 솔더 볼에 에어를 불어주는 에어 블로우부; 및
    상기 에어 블로우부와 이격 배치되어 석션 노즐을 통해 에어를 진공으로 흡인하는 진공 석션부;를 포함하는 볼 마운터 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진공 석션부는, 상기 석션 노즐의 석션관로에 장착된 볼 필터를 더 포함하는 볼 마운터 헤드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에어 분사 노즐의 에어분사관로는, 상기 석션 노즐을 향하여 굴곡진 선단부를 가지는 볼 마운터 헤드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 진공 석션부는 상기 볼 마운터 헤드의 마운팅 진행 방향측으로 상기 에어 블로우부에 비해 인접 배치되는 볼 마운터 헤드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 석션 노즐의 몸체 길이는, 상기 에어 분사 노즐에 인접한 일측이 타측보다 짧은 볼 마운터 헤드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에어 블로우부는 상기 에어 분사 노즐에 연결되는 에어 주입관을 더 포함하는 볼 마운터 헤드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 진공 석션부는 상기 석션 노즐에 연결되는 진공 배기관을 더 포함하는 볼 마운터 헤드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 볼 마운터 헤드는 상기 에어 블로우부와 상기 진공 석션부의 상단을 고정하는 헤드 본체를 더 포함하는 볼 마운터 헤드.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 에어 블로우부는 상기 에어 주입관의 내부에 에어 플로우 미터를 더 포함하는 볼 마운터 헤드.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 에어 블로우부는 상기 에어 주입관과 연결되는 레귤레이터를 더 포함하는 볼 마운터 헤드.
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