KR20190098575A - 리플로우 솔더링 장치 및 리플로우 솔더링 방법 - Google Patents

리플로우 솔더링 장치 및 리플로우 솔더링 방법 Download PDF

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Abstract

리플로우 솔더링 장치 및 방법이 개시된다. 개시된 리플로우 솔더링 장치는 솔더가 마련된 기판에 레이저 빔을 조사하여 상기 솔더를 용융시키는 리플로우 솔더링 공정을 수행하는 것으로, 상기 레이저 빔을 상기 기판에 방출하는 레이저 광원; 상기 기판이 적재되며 상기 레이저 빔의 조사되는 상기 기판의 가공 영역 중 일부를 진공을 이용하여 냉각시키는 진공 플레이트; 및 상기 가공 영역의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛;을 포함한다.

Description

리플로우 솔더링 장치 및 리플로우 솔더링 방법{Reflow soldering apparatus and reflow soldering method}
본 발명은 리플로우 솔더링 장치 및 리플로우 솔더링 방법에 관한 것으로, 상세하게는 기판의 넓은 가공 면적에 걸쳐 온도 분포가 균일한 상태에서 레이저 솔더링 공정을 수행할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 공정에서는 솔더(solder)를 이용하여 인쇄회로 기판(PCB; Printed Circuit Board) 등과 같은 기판에 반도체 칩과 같은 부품을 접합시키는 공정이 이루어진다. 이러한 공정에는 기판의 소정 위치에 납, 주석 등으로 이루어진 솔더 볼(solder ball)을 인쇄한 다음, 이 솔더 볼을 고온으로 가열하여 용융시킴으로써 부품을 기판에 접합시키는 솔더링 공정이 포함될 수 있다. 이러한 솔더링 공정은 일반적으로 리플로우 솔더링 공정(reflow soldering process)으로 불리는 것으로, 산업계 전반에 널리 적용되고 있다.
기존에는 강제 대류 방식을 이용한 리플로우 솔더링 공정이 사용되었으나, 이는 솔더링 장치가 커서 많은 공간을 차지하며, 공정 시간이 길어지는 문제점이 있다. 또한, 기판의 굽힘(warpage) 현상이 발생될 수 있으며, 소비되는 전력이 커지는 문제점이 있다.
이러한 기존의 리플로우 솔더링 공정의 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 최근에는 레이저 빔을 이용한 리플로우 솔더링 공정이 개발되고 있다. 레이저 리플로우 솔더링 공정에서는 기판의 좁은 영역에 레이저 빔을 조사하여 작은 크기의 솔더 볼을 용융시킬 수 있고, 강제 대류 방식의 리플로우 솔더링 공정 보다 적은 출력을 이용하여 공정을 수행할 수 있다. 그리고, 레이저 빔의 높은 에너지를 이용하여 짧은 시간에 솔더 볼을 용융시킬 수 있다. 다만, 이러한 레이저 리플로우 솔더링 공정에서는 레이저 빔이 가지고 있는 빔 모드(beam mode)의 한계로 인해 넓은 가공 면적에 공정을 수행할 수 없다는 단점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 기판의 넓은 가공 면적에 걸쳐 온도 분포가 균일한 상태에서 레이저 솔더링 공정을 수행할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 있어서,
솔더(solder)가 마련된 기판에 레이저 빔을 조사하여 상기 솔더를 용융시키는 리플로우 솔더링 공정을 수행하는 장치에 있어서,
상기 레이저 빔을 상기 기판에 방출하는 레이저 광원;
상기 기판이 적재되는 것으로, 상기 레이저 빔의 조사되는 상기 기판의 가공 영역 중 일부를 진공을 이용하여 냉각시키는 진공 플레이트(vacuum plate); 및
상기 가공 영역의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛;을 포함하는 리플로우 솔더링 장치가 제공된다.
상기 레이저 빔은 중앙 부분에서 가장 자리 부분으로 갈수록 세기가 약해지는 가우시안 모드(Gaussian mode)를 가지며, 상기 진공 플레이트는 상기 가공 영역의 중앙 부분을 냉각시킬 수 있다.
상기 진공 플레이트에는 상기 가공 영역의 중앙 부분에 대응하여 관통홀이 형성될 수 있다. 상기 리플로우 솔더링 장치는 상기 관통홀과 연결되는 진공 펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 온도 측정 유닛은 상기 가공 영역의 온도를 실시간으로 측정할 수 있다. 상기 온도 측정 유닛은 예를 들면, 열 화상 카메라를 포함할 수 있다.
상기 리플로우 솔더링 장치는 상기 레이저 광원을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 온도 측정 유닛으로부터 측정되는 온도에 따라 상기 레이저 광원을 제어함으로써 상기 가공 영역의 시간에 따른 온도 프로파일(temperature profile)을 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 있어서,
솔더가 마련된 기판에 레이저 빔을 조사하여 상기 솔더를 용융시키는 리플로우 솔더링 공정을 수행하는 장치에 있어서,
상기 레이저 빔을 상기 기판에 방출하는 레이저 광원;
상기 기판이 적재되는 것으로, 상기 레이저 빔의 조사되는 상기 기판의 가공 영역 중 일부를 가열시키는 핫 플레이트(hot plate); 및
상기 가공 영역의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛;을 포함하는 리플로우 솔더링 장치가 제공된다.
상기 레이저 빔은 중앙 부분에서 가장 자리 부분으로 갈수록 세기가 약해지는 가우시안 모드를 가지며, 상기 핫 플레이트는 상기 가공 영역의 가장 자리 부분을 가열시킬 수 있다.
상기 핫 플레이트에는 상기 가공 영역의 중앙 부분에 대응하여 홈(groove)이 형성될 수 있다.
상기 온도 측정 유닛은 상기 가공 영역의 온도를 실시간으로 측정할 수 있다.
상기 리플로우 솔더링 장치는 상기 레이저 광원을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 온도 측정 유닛으로부터 측정되는 온도에 따라 상기 레이저 광원을 제어함으로써 상기 가공 영역의 시간에 따른 온도 프로파일을 조절할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서,
솔더가 마련된 기판에 레이저 빔을 조사하여 상기 솔더를 용융시키는 리플로우 솔더링 공정을 수행하는 방법에 있어서,
레이저 광원으로부터 상기 레이저 빔을 상기 기판에 방출하는 단계;
상기 레이저 빔의 조사되는 상기 기판의 가공 영역의 온도를 균일하게 하는 단계;
상기 가공 영역의 온도를 실시간으로 측정하는 단계; 및
상기 가공 영역의 측정된 온도를 이용하여 상기 레이저 광원을 제어하면서 솔더링 공정을 수행하는 단계;를 포함하는 리플로우 솔더링 방법이 제공된다.
상기 레이저 빔은 중앙 부분에서 가장 자리 부분으로 갈수록 세기가 약해지는 가우시안 모드를 가질 수 있다.
상기 레이저 빔의 조사되는 가공 영역의 온도를 균일하게 하는 단계는, 상기 가공 영역의 중앙 부분을 진공을 이용하여 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 레이저 빔의 조사되는 가공 영역의 온도를 균일하게 하는 단계는, 상기 가공 영역의 가장 자리 부분을 가열시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 의하면, 레이저 리플로우 솔더링 장치가 기판의 가공 영역 중 중앙 부분을 냉각시킬 수 있는 진공 플레이트를 포함함으로써 레이저 빔이 조사되는 기판의 가공 영역 전체에 걸쳐 균일한 온도 분포를 형성할 수 있다. 또한, 레이저 리플로우 솔더링 장치가 기판의 가공 영역 중 가장자리 부분을 가열시킬 수 있는 핫 플레이트를 포함함으로써 레이저 빔이 조사되는 기판의 가공 영역 전체에 걸쳐 균일한 온도 분포를 형성할 수 있다. 이에 따라, 넓은 가공 면적에 리플로우 솔더링 공정을 수행할 수 있으며, 솔더링 품질도 향상시킬 수 있다. 또한, 레이저 빔의 모드를 변경시킬 수 있는 고가의 광학 장치를 이용하지 않고도 기판의 가공 영역을 균일하게 가열시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 레이저 리플로우 솔더링 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 리플로우 솔더링 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 레이저 리플로우 솔더링 장치를 이용한 레이저 리플로우 솔더링 방법을 설명하기 위한 플로우 차트(flow chart)이다.
도 4는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 리플로우 솔더링 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다. 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 일반적인 레이저 리플로우 솔더링 장치(10)를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 레이저 리플로우 솔더링 장치(10)는 솔더(solder, S)가 마련된 기판(W)에 레이저 빔(L)을 조사하여 리플로우 솔더링 공정을 수행한다. 레이저 리플로우 솔더링 장치(10)는 레이저 광원(11), 온도 측정 유닛(12) 및 제어부(13)를 포함할 수 있다.
레이저 광원(11)은 솔더링 공정을 수행하기 위한 레이저 빔(L)을 출사시킬 수 있다. 레이저 광원(11)으로부터 출사된 레이저 빔(L)은 솔더(S)가 마련된 기판(W)의 가공 영역에 조사된다. 여기서, 레이저 광원(11)으로부터 출사되는 레이저 빔(L)은 중앙 부분에서 가장 자리 부분으로 갈수록 세기(intensity)가 약해지는 가우시안 모드(Gaussian Mode)를 가질 수 있다.
온도 측정 유닛(12)은 솔더링 공정 중에 솔더(S)가 마련된 기판(W)의 온도를 실시간으로 측정할 수 있다. 이러한 온도 측정 유닛(12)에 의해 측정된 온도는 제어부(13)에 입력된다. 제어부(13)는 온도 측정 유닛(12)으로부터 입력된 온도를 이용하여 레이저 광원(11)으로부터 출사되는 레이저 빔(L)의 출력을 제어할 수 있다.
도 1에 도시된 레이저 리플로우 솔더링 장치(10)에서는 전술한 바와 같이, 레이저 광원(11)으로부터 출사되는 레이저 빔(L)이 가우시안 모드를 가지고 있으므로, 이 레이저 빔(L)의 조사되는 기판(W)의 가공 영역에는 균일한 온도 분포가 형성될 수 없다. 즉, 레이저 빔(L)의 조사되는 기판(W)의 가공 영역 중 중앙 부분에서 온도가 상대적으로 높고, 가장 자리 부분에서 상대적으로 온도가 가장 낮아 지게 된다. 이와 같이, 레이저 빔(L)이 조사되는 기판(W)의 가공 영역에 균일한 온도 분포가 형성될 수 없으므로 솔더링 품질이 떨어질 수 있으며, 리플로우 솔더링 공정이 넓은 가공 면적에 동시에 수행될 수 없다는 문제가 있다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 리플로우 솔더링 장치(100)를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 레이저 리플로우 솔더링 장치(100)는 솔더(S)가 마련된 기판(W)에 레이저 빔(L)을 조사하여 리플로우 솔더링 공정을 수행한다. 이러한 레이저 리플로우 솔더링 장치는 레이저 광원(110), 온도 측정 유닛(120), 제어부(130) 및 진공 플레이트(vacuum plate, 140)를 포함할 수 있다.
기판(W)으로는 예를 들면, 인쇄 회로 기판(PCB; Printed Circuit Board)이 사용될 수 있다. 하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 기판(W) 상의 소정 위치에는 솔더(S)가 볼 형태로 마련될 수 있다. 이러한 솔더(S)는 그 위에 마련되는 반도체 소자들과의 접합을 위한 것으로, 예를 들면, 납, 주석 등을 포함할 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 기판(W) 상에 플럭스가 도포될 수 있으며, 이러한 플럭스는 그 위에 마련되는 솔더(S)가 레이저 빔(L)의 조사에 의해 가열되어 용융된 경우에 산화되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
레이저 광원(110)은 솔더링 공정을 수행하기 위한 레이저 빔(L)을 발생시켜기판(W) 쪽으로 출사시킬 수 있다. 여기서, 레이저 광원(110)은 예를 들어 915nm 파장의 레이저 빔을 발생시킬 수 있는 파이버 레이저 광원이 될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 레이저 광원(110)은 레이저 빔(L)을 생성시키는 파워 스테이션(power station)과, 이 파워 스테이션에 의해 생성된 레이저 빔(L)을 기판(W) 쪽으로 방출하는 레이저 헤드(laser head)를 포함할 수 있다.
레이저 광원(110)으로부터 방출되는 레이저 빔(L)은 중앙 부분에서 가장 자리 부분으로 갈수록 세기가 약해지는 가우시안 모드를 가질 수 있다. 레이저 광원(110)으로부터 방출되는 가우시안 모드의 레이저 빔(L)은 기판(W)의 가공 영역에 조사될 수 있다.
온도 측정 유닛(120)은 레이저 빔(L)이 조사된 기판(W)의 가공 영역에 대한 온도를 측정할 수 있다. 구체적으로, 온도 측정 유닛(120)은 솔더링 공정 중에 레이저 빔(L)이 기판(W)의 가공 영역에 조사되는 동안 기판(W)의 가공 영역에 대한 온도를 실시간으로 측정할 수 있다. 이러한 온도 측정 유닛(120)은 예를 들면 열 화상 카메라를 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되지는 않는다.
제어부(130)는 솔더링 공정 중에 온도 측정 유닛(120)으로부터 측정된 온도를 이용하여 레이저 광원(110)을 제어하는 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 온도 측정 유닛(120)이 레이저 빔(L)이 조사되는 기판(W)의 가공 영역에 대한 온도를 실시간으로 측정한 다음, 이 측정된 온도를 제어부(130)로 전송한다. 그리고, 제어부(130)는 기판(W)의 가공 영역에 대해 측정된 온도에 따라 레이저 광원(110)의 출력을 제어하게 된다. 이와 같이, 제어부(130)가 솔더링 공정 중에 시간에 따라 레이저 광원(110)의 출력을 제어함으로써 시간에 따른 온도 프로파일(temperature profile)을 조절할 수 있다.
솔더(S)가 마련된 기판(W)은 진공 플레이트(140)에 적재될 수 있다. 여기서, 진공 플레이트(140)는 레이저 빔(L)이 조사되는 기판(W)의 가공 영역 중 일부를 진공을 이용하여 냉각시키는 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 진공 플레이트(140)는 기판(W)의 가공 영역 중 중앙 부분을 진공을 이용하여 냉각시킬 수 있다. 이를 위해, 진공 플레이트(140)에는 기판(W)의 가공 영역의 중앙 부분에 대응하는 위치에 에어(air)를 배출시킬 수 있는 관통홀(145)이 형성될 수 있으며 이 관통홀(145)은 진공 펌프(150)에 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이, 레이저 광원(110)으로부터 방출되는 레이저 빔(L)은 중앙 부분에서 가장자리 부분으로 가면서 세기가 약해지는 가우시안 모드를 가지고 있으므로, 이러한 레이저 빔(L)이 기판(W)의 가공 영역에 조사되면 기판(W)의 가공 영역 중 중앙 부분이 상대적으로 높은 온도로 가열될 수 있으며, 기판(W)의 가공 영역 중 가장 자리 부분은 상대적으로 낮은 온도로 가열될 수 있다. 본 실시예에서는 기판(W)의 가공 영역의 중앙 부분을 진공 플레이트(140)를 이용하여 냉각시킴으로써 기판(W)의 가공 영역 전체에 걸쳐 균일한 온도 분포를 형성할 수 있게 된다.
도 3은 도 2에 도시된 레이저 리플로우 솔더링 장치(100)를 이용한 레이저 리플로우 솔더링 방법을 설명하기 위한 플로우 차트(flow chart)이다.
도 3을 참조하면, 먼저 레이저 광원(110)의 파워 스테이션에서 레이저 빔을 생성한다(210). 이러한 파워 스테이션으로부터 생성된 레이저 빔(L)은 레이저 광원(110)의 레이저 헤드를 통해 출사된다. 여기서 레이저 빔(L)은 중앙 부분에서 가장 자리 부분으로 갈수록 세기가 약해지는 가우시안 모드를 가질 수 있다. 이어서, 레이저 빔(L)이 원하는 위치에 조사될 수 있도록 비전 카메라(vision camera)를 통해 레이저 광원(110)으로부터 출사되는 레이저 빔(L)을 확인한다(220).
다음으로, 레이저 광원(110)으로부터 방출된 레이저 빔(L)을 솔더(S)가 마련된 기판(W)의 가공 영역에 조사한다(230). 이에 따라, 기판(W)의 가공 영역에 마련된 솔더(S)는 레이저 빔(L)의 조사에 의해 가열될 수 있다. 여기서, 가우시안 모드의 레이저 빔(L)이 기(W)의 가공 영역에 조사되므로 기판(W)의 가공 영역 중 중앙 부분은 상대적으로 높은 온도로 가열될 수 있으며, 가장 자리 부분은 상대적으로 낮은 온도로 가열될 수 있다.
이어서, 진공 플레이트(140)를 통해 레이저 빔(L)이 조사되는 기판(W)의 가공 영역 중 중앙 부분에 진공을 생성한다(240). 이에 따라, 기판(W)의 가공 영역 중 중앙 부분은 진공에 의해 냉각됨으로써 기판(W)의 가공 영역 전체에 걸쳐 균일한 온도 분포가 형성될 수 있다.
다음으로, 온도 측정 유닛(120)을 이용하여 온도 프로파일을 조절하면서 레이저 리플로우 솔더링 공정을 수행한다(250). 구체적으로, 먼저, 온도 측정 유닛(120)이 기판(W)의 가공 영역에 대한 온도를 실시간으로 측정하고, 이 온도를 제어부(130)에 전송한다. 그리고, 제어부(130)는 온도 측정 유닛(120)으로부터 입력된 온도를 이용하여 레이저 광원(110)으로부터 출사되는 레이저 빔(L)의 출력을 제어할 수 있다. 이에 따라, 제어부(130)는 기판(W)의 가공 영역에 대해 시간에 따른 온도 프로파일을 조절할 수 있으며, 이러한 온도 프로파일에 따라 레이저 리플로우 솔더링 공정을 수행하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 레이저 리플로우 솔더링 장치(100)가 기판(W)의 가공 영역 중 중앙 부분을 냉각시킬 수 있는 진공 플레이트(140)를 포함함으로써 레이저 빔(L)이 조사되는 기판(W)의 가공 영역 전체에 걸쳐 균일한 온도 분포를 형성할 수 있다. 즉, 가우시안 모드의 레이저 빔(L)이 기판(W)의 가공 영역에 조사되는 경우에는 기판(W)의 가공 영역 중 중앙 부분이 상대적으로 높은 온도로 가열될 수 있고 가장자리 부분은 상대적으로 낮은 온도를 가열될 수 있다. 그러나, 진공 플레이트(140)가 기판(W)의 가공 영역 중 중앙 부분을 냉각시킴으로써 기판(W)의 가공 영역 전체에 걸쳐 균일한 온도 분포를 형성할 수 있다. 이에 따라, 넓은 가공 면적에 리플로우 솔더링 공정을 수행할 수 있으며, 솔더링 품질도 향상시킬 수 있다. 또한, 레이저 빔(L)의 모드를 변경시킬 수 있는 고가의 광학 장치를 이용하지 않고도 기판(W)의 가공 영역을 균일하게 가열시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 레이저 리플로우 솔더링 장치(300)를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 레이저 리플로우 솔더링 장치(300)는 솔더(S)가 마련된 기판(W)에 레이저 빔(L)을 조사하여 리플로우 솔더링 공정을 수행한다. 이러한 레이저 리플로우 솔더링 장치(300)는 레이저 광원(310), 온도 측정 유닛(320), 제어부(330) 및 핫 플레이트(hot plate, 340)를 포함할 수 있다.
기판(W)으로는 예를 들면, 인쇄 회로 기판(PCB)이 사용될 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이 기판(W) 상의 소정 위치에는 솔더(S)가 볼 형태로 마련될 수 있다.
레이저 광원(310)은 솔더링 공정을 수행하기 위한 레이저 빔(L)을 발생시켜기판(W) 쪽으로 출사시킬 수 있다. 여기서, 레이저 광원(310)은 915nm 파장의 레이저 빔을 발생시킬 수 있는 파이버 레이저 광원이 될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 레이저 광원(310)은 레이저 빔(L)을 생성시키는 파워 스테이션과, 이 파워 스테이션에 의해 생성된 레이저 빔(L)을 기판(W) 쪽으로 방출하는 레이저 헤드를 포함할 수 있다.
레이저 광원(310)으로부터 방출되는 레이저 빔(L)은 중앙 부분에서 가장 자리 부분으로 갈수록 세기가 약해지는 가우시안 모드를 가질 수 있다. 레이저 광원으(310)로부터 방출되는 가우시안 모드의 레이저 빔(L)은 기판(W)의 가공 영역에 조사될 수 있다.
온도 측정 유닛(320)은 기판(W)의 가공 영역에 대한 온도를 측정할 수 있다. 구체적으로, 온도 측정 유닛(320)은 솔더링 공정 중에 레이저 빔(L)이 기판(W)의 가공 영역에 조사되는 동안 기판(W)의 가공 영역에 대한 온도를 실시간으로 측정할 수 있다. 이러한 온도 측정 유닛(320)은 예를 들면 열 화상 카메라를 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다.
제어부(330)는 솔더링 공정 중에 온도 측정 유닛(320)으로부터 측정된 온도를 이용하여 레이저 광원(310)을 제어하는 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 온도 측정 유닛(320)이 레이저 빔(L)이 조사되는 기판(W)의 가공 영역에 대한 온도를 실시간으로 측정한 다음, 이 측정된 온도를 제어부(330)로 전송한다. 그리고, 제어부(330)는 기판(W)의 가공 영역에 대해 측정된 온도에 따라 레이저 광원(310)의 출력을 제어하게 된다. 이와 같이, 제어부(330)가 솔더링 공정 중에 시간에 따라 레이저 광원(310)의 출력을 제어함으로써 시간에 따른 온도 프로파일을 조절할 수 있다.
솔더(S)가 마련된 기판(W)은 핫 플레이트(340)에 적재될 수 있다. 여기서, 핫 플레이트(340)는 레이저 빔(L)이 조사되는 기판(W)의 가공 영역 중 일부를 가열시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 핫 플레이트(340)에는 열을 제공하는 가열 장치(350)가 연결될 수 있다.
핫 플레이트(340)는 기판(W)의 가공 영역 중 가장자리 부분을 가열시키도록 마련될 수 있다. 여기서, 핫 플레이트(340)는 기판(W)의 가공 영역의 가장자리 부분과 접촉하도록 마련되어 있으며, 기판(W)의 가공 영역의 중앙 부분과는 접촉하지 않도록 마련되어 있다. 이를 위해, 핫 플레이트(340)의 상면에는 기판(W)의 가공 영역의 중앙 부분에 대응하여 홈(groove, 345)이 형성될 수 있다. 도 4에는 홈(345)이 핫 플레이트(340)의 상면으로부터 소정 깊이로 형성된 경우가 예시적으로 도시되어 있으며, 이외에도 홈(345)은 핫 플레이트(340)를 관통하도록 형성되는 것도 가능하다.
전술한 바와 같이, 레이저 광원(310)으로부터 방출되는 레이저 빔(L)은 중앙 부분에서 가장자리 부분으로 가면서 세기가 약해지는 큰 가우시안 모드를 가지고 있으므로, 이러한 레이저 빔(L)이 기판(W)의 가공 영역에 조사되면 기판(W)의 가공 영역 중 중앙 부분이 상대적으로 높은 온도로 가열될 수 있으며, 가장 자리 부분은 상대적으로 낮은 온도로 가열될 수 있다. 본 실시예에서는 기판(W)의 가공 영역의 가장자리 부분을 핫 플레이트(340)를 이용하여 가열시킴으로써 기판(W)의 가공 영역 전체에 걸쳐 균일한 온도 분포를 형성할 수 있게 된다.
이하에서는 도 4에 도시된 레이저 리플로우 솔더링 장치(300)를 이용한 레이저 리플로우 솔더링 방법을 설명한다.
먼저, 레이저 광원(310)의 파워 스테이션에서 레이저 빔(L)을 생성한다(210). 이러한 파워 스테이션으로부터 생성된 레이저 빔(L)은 레이저 광원(310)의 레이저 헤드를 통해 출사된다. 여기서 레이저 빔(L)은 중앙 부분에서 가장 자리 부분으로 갈수록 세기가 약해지는 가우시안 모드를 가질 수 있다. 이어서, 레이저 빔(L)이 원하는 위치에 조사될 수 있도록 비전 카메라를 통해 레이저 광원으로부터 출사되는 레이저 빔(L)을 확인한다.
다음으로, 레이저 광원(310)으로부터 방출된 레이저 빔(L)을 솔더(S)가 마련된 기판(W)의 가공 영역에 조사한다. 기판(W)의 가공 영역에 마련된 솔더(S)는 레이저 빔(L)의 조사에 의해 가열될 수 있다. 여기서, 가우시안 모드의 레이저 빔(L)이 기판(W)의 가공 영역에 조사되므로 기판(W)의 가공 영역 중 중앙 부분은 상대적으로 높은 온도로 가열될 수 있으며, 가장 자리 부분은 상대적으로 낮은 온도로 가열될 수 있다.
이어서, 핫 플레이트(340)를 통해 레이저 빔(L)이 조사되는 기판(W)의 가공 영역 중 가장자리 부분을 가열한다. 이에 따라, 기판(W)의 가공 영역 중 가장자리 부분의 온도가 올라감으로써 기판(W)의 가공 영역 전체에 걸쳐 균일한 온도 분포가 형성될 수 있다.
다음으로, 온도 측정 유닛(320)을 이용하여 온도 프로파일을 조절하면서 레이저 리플로우 솔더링 공정을 수행한다. 구체적으로, 먼저, 온도 측정 유닛(320)이 기판(W)의 가공 영역에 대한 온도를 실시간으로 측정하고, 이 온도를 제어부(330)에 전송한다. 그리고, 제어부(330)는 온도 측정 유닛(320)으로부터 입력된 온도를 이용하여 레이저 광원(310)으로부터 출사되는 레이저 빔(L)의 출력을 제어할 수 있다. 이에 따라, 제어부(330)는 기판(W)의 가공 영역에 대해 시간에 따른 온도 프로파일을 조절할 수 있으며, 이러한 온도 프로파일에 따라 레이저 리플로우 솔더링 공정을 수행하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 레이저 리플로우 솔더링 장치(300)가 기판(W)의 가공 영역 중 가장자리 부분을 가열시킬 수 있는 핫 플레이트(340)를 포함함으로써 레이저 빔(L)이 조사되는 기판(W)의 가공 영역 전체에 걸쳐 균일한 온도 분포를 형성할 수 있다. 즉, 가우시안 모드의 레이저 빔(L)이 기판(W)의 가공 영역에 조사되는 경우에는 기판(W)의 가공 영역 중 중앙 부분이 상대적으로 높은 온도로 가열될 수 있고 가장자리 부분은 상대적으로 낮은 온도를 가열될 수 있다. 그러나, 핫 플레이트(340)가 기판(W)의 가공 영역 중 가장자리 부분을 가열시킴으로써 기판(W)의 가공 영역 전체에 걸쳐 균일한 온도 분포를 형성할 수 있다. 이에 따라, 넓은 가공 면적에 리플로우 솔더링 공정을 수행할 수 있으며, 솔더링 품질도 향상시킬 수 있다. 또한, 레이저 빔(L)의 모드를 변경시킬 수 있는 고가의 광학 장치를 이용하지 않고도 기판(W)의 가공 영역을 균일하게 가열시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
10, 100, 300.. 레이저 리플로우 솔더링 장치
11, 110, 310.. 레이저 헤드
12, 120, 320.. 온도 측정 유닛
13, 130, 230.. 제어부
140.. 진공 플레이트
145.. 관통홀
150.. 진공 펌프
340.. 핫 플레이트(hot plate)
345.. 홈(groove)
350.. 가열 장치
W.. 기판
S.. 솔더
L.. 레이저 빔

Claims (18)

  1. 솔더(solder)가 마련된 기판에 레이저 빔을 조사하여 상기 솔더를 용융시키는 리플로우 솔더링 공정을 수행하는 장치에 있어서,
    상기 레이저 빔을 상기 기판에 방출하는 레이저 광원;
    상기 기판이 적재되는 것으로, 상기 레이저 빔의 조사되는 상기 기판의 가공 영역 중 일부를 진공을 이용하여 냉각시키는 진공 플레이트(vacuum plate); 및
    상기 가공 영역의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛;을 포함하는 리플로우 솔더링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 중앙 부분에서 가장 자리 부분으로 갈수록 세기가 약해지는 가우시안 모드(Gaussian mode)를 가지며, 상기 진공 플레이트는 상기 가공 영역의 중앙 부분을 냉각시키는 리플로우 솔더링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 진공 플레이트에는 상기 가공 영역의 중앙 부분에 대응하여 관통홀이 형성되어 있는 리플로우 솔더링 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 관통홀과 연결되는 진공 펌프를 더 포함하는 리플로우 솔더링 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 측정 유닛은 상기 가공 영역의 온도를 실시간으로 측정하는 리플로우 솔더링 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 온도 측정 유닛은 열 화상 카메라를 포함하는 리플로우 솔더링 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 광원을 제어하는 제어부를 더 포함하는 리플로우 솔더링 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온도 측정 유닛으로부터 측정되는 온도에 따라 상기 레이저 광원을 제어함으로써 상기 가공 영역의 시간에 따른 온도 프로파일(temperature profile)을 조절하는 리플로우 솔더링 장치.
  9. 솔더가 마련된 기판에 레이저 빔을 조사하여 상기 솔더를 용융시키는 리플로우 솔더링 공정을 수행하는 장치에 있어서,
    상기 레이저 빔을 상기 기판에 방출하는 레이저 광원;
    상기 기판이 적재되는 것으로, 상기 레이저 빔의 조사되는 상기 기판의 가공 영역 중 일부를 가열시키는 핫 플레이트(hot plate); 및
    상기 가공 영역의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛;을 포함하는 리플로우 솔더링 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 중앙 부분에서 가장 자리 부분으로 갈수록 세기가 약해지는 가우시안 모드를 가지며, 상기 핫 플레이트는 상기 가공 영역의 가장 자리 부분을 가열시키는 리플로우 솔더링 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 핫 플레이트에는 상기 가공 영역의 중앙 부분에 대응하여 홈(groove)이 형성되어 있는 리플로우 솔더링 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 온도 측정 유닛은 상기 가공 영역의 온도를 실시간으로 측정하는 리플로우 솔더링 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 레이저 광원을 제어하는 제어부를 더 포함하는 리플로우 솔더링 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온도 측정 유닛으로부터 측정되는 온도에 따라 상기 레이저 광원을 제어함으로써 상기 가공 영역의 시간에 따른 온도 프로파일을 조절하는 리플로우 솔더링 장치.
  15. 솔더가 마련된 기판에 레이저 빔을 조사하여 상기 솔더를 용융시키는 리플로우 솔더링 공정을 수행하는 방법에 있어서,
    레이저 광원으로부터 상기 레이저 빔을 상기 기판에 방출하는 단계;
    상기 레이저 빔의 조사되는 상기 기판의 가공 영역의 온도를 균일하게 하는 단계;
    상기 가공 영역의 온도를 실시간으로 측정하는 단계; 및
    상기 가공 영역의 측정된 온도를 이용하여 상기 레이저 광원을 제어하면서 솔더링 공정을 수행하는 단계;를 포함하는 리플로우 솔더링 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 중앙 부분에서 가장 자리 부분으로 갈수록 세기가 약해지는 가우시안 모드를 가지는 리플로우 솔더링 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 조사되는 가공 영역의 온도를 균일하게 하는 단계는, 상기 가공 영역의 중앙 부분을 진공을 이용하여 냉각시키는 단계를 포함하는 리플로우 솔더링 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 조사되는 가공 영역의 온도를 균일하게 하는 단계는, 상기 가공 영역의 가장 자리 부분을 가열시키는 단계를 포함하는 리플로우 솔더링 방법.
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