KR20190108007A - 발광소자용 리플로우 장치 및 방법 - Google Patents

발광소자용 리플로우 장치 및 방법 Download PDF

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KR20190108007A
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오승현
윤영민
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주식회사 루멘스
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Abstract

본 출원은 발광소자용 리플로우 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자용 리플로우 장치는 상부면에 형성된 솔더 볼(solder ball) 상에 발광소자가 안착된 회로기판을 이송하는 이송부; 상기 이송부에 의하여 이송되는 회로기판을 예열온도로 가열하는 예열부; 및 레이저 빔을 상기 회로기판의 하부면에 조사하여, 상기 발광소자를 상기 회로기판 상에 솔더링하는 솔더링부를 포함할 수 있다.

Description

발광소자용 리플로우 장치 및 방법 {Reflow sordering apparatus for light emitting device and method for the same}
본 출원은 발광소자용 리플로우 장치 및 방법에 관한 것으로서, 레이저 빔을 이용하여 솔더링을 수행할 수 있는 발광소자용 리플로우 장치 및 방법에 관한 것이다.
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 솔더링된다.
하지만 이러한 리플로우 장치에서 솔더볼을 경화시키는 경우 고열에서 열적 스트레스를 받을 수 있으며, 반도체 소자가 열에 의해 손상될 수 있다. 즉, 반도체 소자의 특성 또는 수명이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 고열에 의해 반도체 패키지 전체의 온도가 급상승함에 따라 솔더볼이 배치된 기판이 휘거나 반도체 칩에 크랙(crack)이 발생하는 등의 문제점이 발생할 수 있다.
본 출원은, 레이저 빔을 이용하여 솔더링을 수행할 수 있는 발광소자용 리플로우 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 출원은, 리플로우 공정시 발광소자 및 회로기판 등에 가해지는 열적 스트레스를 감소시킬 수 있는 발광소자용 리플로우 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 출원은, 리플로우 공정의 소요시간을 단축시킬 수 있는 발광소자용 리플로우 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 출원은, 복수의 회로기판에 대하여 동시에 솔더링을 수행할 수 있는 발광소자용 리플로우 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자용 리플로우 장치는, 상부면에 형성된 솔더 볼(solder ball) 상에 발광소자가 안착된 회로기판을 이송하는 이송부; 상기 이송부에 의하여 이송되는 회로기판을 예열온도로 가열하는 예열부; 및 레이저 빔을 상기 회로기판의 하부면에 조사하여, 상기 발광소자를 상기 회로기판 상에 솔더링하는 솔더링부를 포함할 수 있다.
여기서 상기 이송부는, 상기 회로기판을 이송 레일에 따라 이송하여, 상기 회로기판을 상기 예열부와 상기 솔더링부로 순차적으로 인입시킬 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자용 리플로우 장치는, 상기 이송되는 상기 회로기판을 상기 솔더링부 내의 솔더영역에 고정시키는 스토퍼를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 예열부는, 상기 예열온도로 설정된 히팅 챔버(heating chamber); 및 상기 히팅 챔버 내에 열풍을 공급하여 상기 히팅 챔버를 상기 예열온도로 유지하는 열풍히터를 포함할 수 있다.
여기서 상기 예열부는, 상기 예열온도를 150~180도로 유지할 수 있다.
여기서 상기 솔더링부는, 상기 히팅 챔버 내부에 위치하며, 적어도 상기 회로기판의 폭방향 길이에 대응하는 너비를 가지는 면 광원의 레이저 빔을 상기 회로기판에 조사할 수 있다.
여기서 상기 솔더링부는, 열풍을 공급하여, 상기 레이저 빔에 의하여 용융된 솔더볼을 상기 솔더볼의 용융온도 이상으로 가열하는 핫건을 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 이송부는, 이송 레일에 따라 이송되는 지그를 더 포함하고, 상기 지그는 내부에 복수의 회로기판들이 서로 겹치지 않도록 적재되고, 상기 복수의 회로기판들의 하부면이 노출되는 적어도 하나의 개구를 포함할 수 있다.
여기서 상기 솔더링부는, 적어도 상기 지그의 폭방향 길이에 대응하는 너비를 가지는 면 광원의 레이저 빔을 상기 개구에 조사하여, 상기 복수의 회로기판을 솔더링할 수 있다.
여기서 상기 솔더링부는, 적어도 상기 회로기판의 폭방향 길이에 대응하는 너비를 가지는 면 광원의 레이저 빔을 복수개 구비하고, 상기 복수의 회로기판과 상기 복수의 레이저 빔을 일대일로 매칭하여, 상기 복수의 회로기판에 조사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자용 리플로우 방법은, 상부면에 형성된 솔더 볼(solder ball) 상에 발광소자가 안착된 회로기판을 히팅 챔버 내부로 이송하는 로드 단계; 상기 히팅 챔버 내에서 이송되는 상기 회로기판을 예열온도로 가열하는 예열 단계; 및 레이저 빔을 상기 회로기판의 하부면에 조사하여, 상기 발광소자를 상기 회로기판 상에 솔더링하는 솔더링 단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 솔더링 단계는, 상기 이송되는 상기 회로기판이 스토퍼에 의하여 솔더영역 내에 고정되면, 상기 레이저 빔을 조사할 수 있다.
여기서 상기 예열 단계는, 열풍히터로 상기 히팅 챔버 내에 열풍을 공급하여, 상기 히팅 챔버 내부를 상기 예열온도로 유지할 수 있다.
여기서 상기 솔더링 단계는, 적어도 상기 회로기판의 폭방향 길이에 대응하는 너비를 가지는 면 광원의 레이저 빔을 상기 회로기판에 조사할 수 있다.
여기서 상기 로드 단계는, 내부에 복수의 회로기판이 서로 겹치지 않게 적재되는 지그를 이송 레일에 따라 이송하며, 상기 지그는 상기 복수의 회로기판들의 하부면이 노출되는 적어도 하나의 개구를 포함할 수 있다.
여기서 상기 솔더링 단계는, 적어도 상기 지그의 폭방향 길이에 대응하는 너비를 가지는 면 광원의 레이저 빔을 상기 개구에 조사하여, 상기 복수의 회로기판을 솔더링할 수 있다.
여기서 상기 솔더링 단계는, 적어도 상기 회로기판의 폭방향 길이에 대응하는 너비를 가지는 면 광원의 레이저 빔을 복수개 구비하고, 상기 복수의 회로기판과 상기 복수의 레이저 빔을 일대일로 매칭하여, 상기 복수의 회로기판에 조사할 수 있다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자용 리플로우 장치 및 방법에 의하면, 레이저 빔을 이용하여 솔더링에 소요되는 시간을 줄일 수 있으므로, 발광소자 및 회로기판에 가해지는 열적 스트레스를 최소화할 수 있다. 따라서, 발광소자의 특성 또는 수명이 저하되는 문제점이나, 회로기판이 휘거나 크랙이 발생하는 등의 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자용 리플로우 장치 및 방법에 의하면, 지그를 이용하여 복수의 회로기판에 대한 리플로우를 동시에 진행할 수 있으며, 복수의 회로기판에 대하여 동시에 레이저 빔을 조사하여 한번에 솔더링을 수행하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자용 리플로우 장치 및 방법에서는 레이저 빔을 이용하여 솔더링을 수행하므로, 종래의 순차적인 온도 프로파일을 구현하여 리플로우를 진행하는 경우 발생할 수 있는 솔더의 재용융(remelting)을 최소화할 수 있다. 또한, 급격한 온도 상승 등에 의하여 발생하는 회로기판의 표면 변색 등의 문제도 해결할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자용 리플로우장치를 나타내는 개략도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 회로기판을 나타내는 개략도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 이송부를 나타내는 예시도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저빔의 조사를 나타내는 개략도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 지그를 나타내는 개략도이다.
도6 및 도7은 본 발명의 일 실시예에 의한 지그에 대한 레이저빔의 조사를 나타내는 개략도이다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자용 리플로우 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제 1, 제 2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 '~부(유닛)', '모듈' 등으로 표현되는 구성요소는 2개 이상의 구성요소가 하나의 구성요소로 합쳐지거나 또는 하나의 구성요소가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화될 수도 있다. 또한, 이하에서 설명할 구성요소 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성요소가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성요소 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성요소에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
이하의 설명에서는 '발광 소자 패키지'를 중심으로 하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명하지만, 이하의 '발광 소자 패키지'는 디스플레이를 위한 백라이트로 활용될 수 있으며, 디스플레이 자체로도 활용될 수 있다. LED 소자들이 배치된 '발광 소자 패키지'를 이용하여 백라이트, 디스플레이 등으로 활용하는 것은 당업계에 자명한 사항인바, 이하에서 '발광 소자 패키지'를 중심으로 설명하더라도, 이러한 내용들이 백라이트 및 디스플레이에도 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자용 리플로우장치를 나타내는 개략도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자용 리플로우장치(100)는 이송부(110), 예열부(120), 솔더링부(130) 및 스토퍼(140)를 포함할 수 있다.
이하 도1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자용 리플로우장치를 설명한다.
이송부(110)는 회로기판(11)을 이송할 수 있다. 이송부(110)는 회로기판(11)을 이송 레일을 따라 이송시킬 수 있으며, 회로기판(11)은 이송 레일에 의하여 예열부(120)와 솔더링부(130)로 순차적으로 인입될 수 있다.
여기서, 이송 레일은 도1에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 풀리(pulley)와 한 쌍의 풀리에 감긴 컨베이어 밸트(conveyor belt) 등을 포함할 수 있으며, 컨베이어 밸트 상에 안착된 회로기판(11)을 컨베이어밸트와 함께 이송시킬 수 있다. 여기서, 이송 레일은 무한궤도를 형성할 수 있다.
또한, 실시예에 따라서는, 도3에 도시한 바와 같이 이송 레일을 예열부(120)의 개구부 양측면에 구비한 후, 이송 레일 사이에 회로기판(11)을 삽입하여 수평 이송시킬 수 있다. 즉, 회로기판(11)의 양 측면을 이용하여 이송하므로 회로기판(11)의 상부면 및 하부면은 개방된 상태로 이송할 수 있다.
한편, 이송부(110)에 의하여 이송되는 회로기판(11)은 상부면에 솔더 볼(solder ball, 12)이 형성되어 있을 수 있으며, 솔더볼(12) 상에는 발광소자(13)가 안착되어 있을 수 있다. 즉, 리플로우(reflow) 공정을 통하여 회로기판(11) 상에 발광소자(13)를 솔더링(soldering)하기 위하여, 회로기판(11) 의 상부면에 미리 솔더볼(12)을 도포하고, 솔더볼(12) 상에 발광소자(13)를 안착시켜 둘 수 있다.
여기서, 발광소자(13)는 하부에 돌출된 전극패드를 포함하는 플립칩(flip chip) 형태로 구현될 수 있으며, 발광소자(13)의 전극패드는 솔더볼(12)에 의하여 회로기판(11)과 전기적으로 연결될 수 있다. 발광소자(13)는 반도체로 구현되는 것으로, 예를들어, 질화물 반도체로 이루어지는 청색, 녹색, 적색, 황색 발광의 LED(Light emitting Diode)나, 자외선 발광의 LED 등이 발광소자(13)에 해당할 수 있다.
회로기판(11)은 외부 전원과의 연결을 위한 배선층을 포함할 수 있으며, 발광소자(13)에 외부 전원을 공급하여 발광소자(30)가 빛을 출력하도록 할 수 있다. 실시예에 따라서는 에폭시계 수지 시트를 다층 형성시킨 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)이나, 연성 재질의 플랙서블 인쇄회로기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board) 등이 회로기판(11)에 해당할 수 있으며, 실시예에 따라서는, 레진, 글래스 에폭시 등의 합성 수지 기판, 열전도율을 고려한 세라믹 기판(ceramic) 등도 회로기판(11)에 해당할 수 있다.
또한, 도2에 도시한 바와 같이, 회로기판(11) 상에 복수의 발광소자(13)를 구비하는 실시예도 가능하다. 즉, 도2(a)와 같이 회로기판(11)을 바(bar) 또는 스트립(strip)의 형태로 형성하거나, 도2(b)와 같이 회로기판(11)을 매트릭스(matrix) 형태로 형성할 수 있다.
예열부(120)는 이송부(110)에 의하여 이송되는 회로기판(11)을 예열온도로 가열할 수 있다. 도1에 도시한 바와 같이, 예열부(120)는 히팅 챔버(heating chamber, 121)와 열풍히터(122)를 포함할 수 있다.
여기서 히팅 챔버(121)는 내부를 예열온도로 유지하도록 밀폐된 공간일 수 있으며, 열풍히터(122)는 히팅 챔버(121)가 예열온도를 유지할 수 있도록 열풍을 공급할 수 있다. 이때, 히팅 챔버(121) 내에 유지되는 예열온도는 150~180도 일 수 있다. 즉, 예열부(120)는 내부로 인입되는 회로기판(11)을 예열온도로 가열할 수 있으며, 예열부(120)의 예열온도에 의하여 솔더볼(12)에 포함된 플럭스(flux) 등을 기화시켜 제거할 수 있다.
만약, 예열부(120)에서 예열하지 않은 상태로 솔더링부(120)에서 레이저 빔을 조사하는 경우에는, 급격한 온도 변화로 인하여 회로기판(11), 솔더볼(12) 및 발광소자(13) 사이의 균열이나 왜곡이 발생할 수 있으며, 회로기판(11)의 표면이 변색되는 등의 경우가 발생할 수 있다. 또한, 솔더볼(12)의 경우 갑작스러운 열적 충격에 의하여 부서지는 등의 문제도 발생할 수 있다. 따라서, 예열부(120)를 통하여 회로기판(11), 솔더볼(12) 및 발광소자(13)를 서서히 가열하여 소정의 열처리 온도, 즉 예열온도까지 올린 이후에 솔더링을 수행하도록 할 수 있다.
여기서, 예열부(120)에서 가열하는 예열온도는 솔더볼(12)이 용융되는 용융온도보다는 낮을 수 있으며, 예열부를 통하여 솔더볼(12)을 충분히 예열시킬 수 있다. 따라서, 이후 솔더링부(130)에서 솔더볼(12)을 짧은 시간 동안 가열하는 경우에도, 솔더볼(12)이 용이하게 용융될 수 있다.
솔더링부(130)는 레이저 빔을 회로기판(11)의 하부면에 조사하여, 발광소자(13)를 회로기판 상에 솔더링할 수 있다. 도1에 도시한 바와 같이, 솔더링부(130)는 히팅 챔버(121) 내부에 위치할 수 있으며, 솔더링부(130)에는 레이저 빔을 출력하는 레이저 헤드(131)와 레이저 빔을 생성하여 레이저 헤드(131)로 공급하는 제어부(132)가 포함될 수 있다.
구체적으로, 도4에 도시한 바와 같이, 레이저 헤드(131)에서 방출하는 레이저 빔은 회로기판(11)의 하부면에 조사될 수 있다. 이때 도4(a)에 도시한 바와 같이, 레이저 빔은 적어도 회로기판(11)의 폭방향(B) 길이에 대응하는 너비를 가지며, 길이방향(A)으로는 발광소자(13)의 크기에 대응하는 길이를 가지는 면 광원의 레이저 빔일 수 있다. 이 경우, 레이저 빔은 회로기판(11)을 폭방향(B)으로 가열할 수 있으며, 폭방향(B)으로 복수의 발광소자(13)가 위치하는 경우에는 동시에 솔더링이 수행될 수 있다.
또한, 실시예에 따라서는, 도4(b)에 도시한 바와 같이, 레이저 빔을 회로기판(11)에 위치하는 각각의 발광소자(13)에 대응하는 면적에 조사할 수 있다. 이 경우, 레이저 빔이 조사되는 회로기판(11)의 영역을 최소화할 수 있으므로, 레이저 빔에 의한 회로기판(11)의 손상을 줄일 수 있다. 한편, 실시예에 따라서는, 회로기판(11)의 폭방향으로 복수의 발광소자(13)가 위치하는 경우가 있을 수 있다. 이 경우, 레이저 헤드(131)가 폭방향에 위치하는 각각의 발광소자(13)에 순차적으로 레이저 빔을 조사하도록 하여 솔더링하거나, 솔더링부(130)에 복수의 레이저 헤드(131)를 구비하고, 각각의 레이저 헤드(131)가 폭방향으로 위치하는 복수의 발광소자(13)에 개별적으로 레이저 빔을 조사하도록 하여 솔더링할 수 있다.
즉, 솔더링부(130)에서는 회로기판(11) 상의 일정한 면적에 레이저 빔을 조사할 수 있으며, 레이저 빔에 의하여 가열된 회로기판(11)의 하부면은 열을 전도하여, 회로기판(11)의 상부면에 형성된 솔더볼(12)을 용융시킬 수 있다. 여기서, 예열된 솔더볼(12)은 레이저 빔에 의하여 1~2초만에 용융되어 발광소자(13)와 회로기판(11) 사이를 솔더링할 수 있다.
종래에는, 히팅 챔버 등의 구조 내에 회로기판(11) 등을 인입시킨 후 일정한 온도 프로파일에 따라 순차적으로 가열하여, 솔더볼(12)을 용융시키는 방식으로 솔더링을 수행하였다. 이 경우, 회로기판(11) 등은 약 12m 길이의 장비를 통과하면서 솔더링될 수 있으며, 하나의 회로기판(11)을 솔더링하는데 전체 공정시간은 약 6분 정도 소요될 수 있다. 즉, 종래에는 회로기판이 상대적으로 오랜 시간동안 높은 온도에 노출될 수 있으며, 솔더링을 하지 않는 주변의 발광소자(13)들에 대하여도 열적으로 충격이 가해지는 등의 문제가 있었다.
반면에, 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자용 리플로우 장치(100)는, 솔더링부(130)에서 레이저 빔을 이용하여 솔더링을 수행하므로, 장비의 길이나 공정시간을 획기적으로 단축시키는 것이 가능하다. 즉, 예열부(120)에서 발광소자(13)와 회로기판(11)에 열적인 충격이 가해지지 않을 정도의 예열온도로 가열한 후, 솔더링부(130)에 레이저 빔을 조사하여 급속 솔더링을 진행할 수 있다. 이때, 예열된 솔더볼(12)은 레이저 빔에 의하여 용융온도까지 순간적으로 가열될 수 있으며, 용융된 솔더볼(12)에 의하여 발광소자(13)와 회로기판(11)을 솔더링할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자용 리플로우 장치(100)는, 예열 이후 추가로 가열하기 위한 별도의 공간이 불필요하며, 솔더볼(12)의 용융시키기 위하여 가열하는 시간을 최소화하는 것이 가능하다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 의한 솔더링부(130)에서는, 장시간 동안 회로기판이 높은 온도에 노출되지 않고, 레이저 빔이 조사되는 발광소자만을 가열하므로, 솔더링시 다른 부품이나 소자들에 대한 열적 충격을 최소화할 수 있다. 실시예에 따라서는, 발광소자용 리플로우 장치(100)를 약 2m의 길이로 구현할 수 있으며, 하나의 회로기판(11)에 대한 공정시간은 약 2분 정도 소요되도록 할 수 있다.
다만, 실시예에 따라서는, 회로기판(11)과 발광소자(13) 사이의 부품 접착성을 향상시키기 위하여, 용융된 솔더볼(12)을 용융온도보다 높은 온도로 일정한 시간동안 가열할 필요가 있을 수 있다. 이를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 솔더링부(130)는 핫건(hot gun, 133)을 더 포함할 수 있다. 핫건(133)은 열풍을 공급하여 회로기판(11)을 가열하는 것으로, 핫건(133)은 레이저 빔에 의하여 용융된 솔더볼(12)을 추가적으로 가열할 수 있다. 즉, 레이저 빔을 이용하여 솔더볼(12)을 짧은 시간 내에 용융시킨 후, 핫건(133)이 공급하는 열풍을 이용하여 일정시간(약 40초) 가열함으로써, 회로기판(11)과 발광소자(13) 사이의 부품 접착성을 향상시킬 수 있다. 여기서, 부품 접착성을 향상하기 위해서는 솔더볼(12)의 용융온도보다 높은 온도로 가열하여야 하므로, 핫건(133)은 약 220도 내지 270도 사이의 열풍을 공급하는 것일 수 있다.
또한, 실시예에 따라서는, 회로기판(11)과 발광소자(13) 사이의 부품 접착성을 향상시키기 위하여, 레이저 빔의 조사시간을 조절할 수 있다. 예를들어, 솔더링부(130)는 용융 온도보다 높은 약 220도 내지 270도 사이에서 약 40초 동안 유지하도록 레이저 빔을 제어할 수 있다. 이때, 솔더링부(130)는 레이저 빔이 조사되는 2차원의 면적을 증가시키거나, 레이저 빔의 출력을 줄이는 등의 방식으로 레이저 빔의 강도를 감소시킬 수 있으며, 그에 따라 레이저 빔의 조사시간을 증가시킬 수 있다.
스토퍼(140)는 이송되는 회로기판(11)을 솔더링부(130) 내에 고정시킬 수 있다. 회로기판(11)은 히팅챔버(121) 내에서 이송되면서 예열될 수 있으며, 예열된 이후에는 솔더링부(130)에서 솔더링될 수 있다. 여기서, 솔더링부(130)가 레이저 빔을 조사하여 솔더링을 수행하기 위해서는, 회로기판(11)의 위치를 고정할 필요가 있다. 이를 위하여 스토퍼(140)는 회로기판(11)을 솔더링부(130) 내의 솔더영역에 고정시킬 수 있으며, 이때 솔더영역은 하부에 레이저 헤드(131)가 위치하는 영역일 수 있다.
추가적으로, 실시예에 따라서는, 회로기판(11)의 이송에 지그(zig)를 이용할 수 있다. 즉, 이송부(110)가 직접 회로기판(11)을 이송하지 않고, 지그 내에 회로기판들을 적재한 후, 지그를 이송 레일을 따라 이송시킬 수 있다.
도5(a)에 도시한 바와 같이, 지그(111)의 내부에는 복수의 회로기판(11)들이 서로 겹치지 않도록 적재될 수 있으며, 도5(b)와 같이 적재된 회로기판(11)들의 하부면이 노출될 수 있도록, 지그의 하부면에는 적어도 하나의 개구(H)가 포함될 수 있다.
따라서, 도6에 도시한 바와 같이, 솔더링부(130)는 지그의 폭방향(B) 길이에 대응하는 너비를 가지는 면 광원의 레이저 빔을 개구(H)에 조사할 수 있으며, 이를 통하여 복수의 회로기판(11)을 동시에 솔더링하는 것이 가능하다.
또한, 실시예에 따라서는 도7(a)에 도시한 바와 같이, 솔더링부(130)에 회로기판(11)의 폭방향 길이(B)에 대응하는 너비를 가지는 면 광원의 레이저 빔을 복수개 구비할 수 있다. 이 때, 복수의 레이저 빔들은 복수의 회로기판(11)과 1:1로 매칭될 수 있으며, 각각의 레이저 빔들이 회로기판(11)을 가열하여 회로기판(11)들을 동시에 솔더링하도록 할 수 있다. 이외에도, 도7(b)에 도시한 바와 같이, 솔더링부(130)에 회로기판(11)에 위치하는 각각의 발광소자(13)의 크기에 대응하는 면 광원의 레이저 빔을 복수개 구비할 수 있으며, 각각의 레이저 빔으로 회로기판(11)을 가열하는 방식으로 회로기판(11)들을 솔더링할 수 있다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자용 리플로우 방법을 나타내는 순서도이다.
도8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자용 리플로우 방법은, 로드(load) 단계(S10), 예열단계(S20) 및 솔더링 단계(S30를 포함할 수 있다.
이하, 도8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자용 리플로우 방법을 설명한다.
로드단계(S10)에서는 회로기판을 히팅 챔버 내부로 이송할 수 있다. 회로기판은 이송 레일을 따라 이송될 수 있으며, 이송 레일에 의하여 회로기판은 순차적으로 예열되고 솔더링될 수 있다. 여기서, 회로기판은 상부면에 솔더볼이 형성될 수 있으며, 솔더볼 상에는 발광소자가 안착되어 있을 수 있다. 회로기판은 바 또는 스트립 형상을 가지거나, 매트릭스 형상을 가질 수 있다.
예열단계(S20)에서는, 히팅 챔버 내에서 이송되는 회로기판을 예열온도로 가열할 수 있다. 히팅 챔버는 내부에 구비된 열풍히터에 의하여 150~180도의 예열온도를 유지할 수 있으며, 예열온도에 의하여 솔더볼에 포함된 플럭스 등이 기화될 수 있다.
솔더링 단계(S30)에서는, 레이저 빔을 회로기판의 하부면에 조사하여, 발광소자를 회로기판 상에 솔더링할 수 있다. 이송된 회로기판은 스토퍼에 의하여 솔더영역에 고정될 수 있으며, 스토퍼에 의하여 고정되면 회로기판에 레이저 빔을 조사할 수 있다. 여기서 솔더영역의 하부에는 레이저 헤드가 위치할 수 있으며, 스토퍼에 의하여 안정적으로 회로기판의 하부면에 레이저 빔을 조사하는 것이 가능하다.
솔더링 단계(S30)에서 조사되는 레이저 빔은 회로기판의 폭방향 길이에 대응하는 너비를 가지는 면 광원의 레이저 빔일 수 있다. 즉, 회로기판 상의 일정한 면적에 레이저 빔이 조사될 수 있으며, 레이저 빔에 의하여 가열된 회로기판의 하부면은 열을 전도하여 회로기판의 상부면에 형성된 솔더볼을 용융시킬 수 있다. 여기서, 예열된 솔더볼은 레이저 빔에 의하여 1~2초만에 용융되어, 발광소자와 회로기판 사이를 솔더링할 수 있다. 다만, 회로기판과 발광소자 사이의 부품 접착성을 향상시키기 위하여, 핫건 등을 이용하여 추가로 가열하거나, 레이저 빔의 조사시간을 증가시킬 수 있다.
추가적으로, 실시예에 따라서는 회로기판의 이송에 지그(zig)를 이용하는 것도 가능하다. 이 경우, 로드 단계(S10)에서는 내부에 복수의 회로기판이 서로 겹치지 않게 적재되는 지그를 이송 레일에 따라 이송할 수 있다. 이때, 지그는 복수의 회로기판들의 하부면이 노출되는 적어도 하나의 개구를 포함할 수 있다. 이후, 복수의 회로기판들은 지그에 포함된 상태로 히팅챔버 내에 인입되어 예열될 수 있다(S20). 솔더링 단계(S30)에서는 지그의 폭방향 길이에 대응하는 너비를 가지는 면 광원의 레이저 빔을 지그의 개구에 조사하여, 복수의 회로기판을 동시에 솔더링할 수 있다. 또한, 실시예에 따라서는, 회로기판의 폭방향 길이에 대응하는 너비를 가지는 면 광원의 레이저 빔을 복수개 구비하고, 복수의 회로기판과 복수의 레이저 빔을 일대일로 매칭시킨 후, 각각의 회로기판에 조사하여 솔더링할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
11: 회로기판 12: 솔더볼
13: 발광소자 100: 발광소자용 리플로우 장치
110: 이송부 111: 지그
120: 예열부 121: 히팅챔버
122: 열풍히터 130: 솔더링부
131: 레이저 헤드 132: 레이저 발진부
133: 핫건 140: 스토퍼부
S10: 로드단계 S20: 예열단계
S30: 솔더링단계

Claims (17)

  1. 상부면에 형성된 솔더 볼(solder ball) 상에 발광소자가 안착된 회로기판을 이송하는 이송부;
    상기 이송부에 의하여 이송되는 회로기판을 예열온도로 가열하는 예열부; 및
    레이저 빔을 상기 회로기판의 하부면에 조사하여, 상기 발광소자를 상기 회로기판 상에 솔더링하는 솔더링부를 포함하는 발광소자용 리플로우 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이송부는
    상기 회로기판을 이송 레일에 따라 이송하여, 상기 회로기판을 상기 예열부와 상기 솔더링부로 순차적으로 인입시키는 것을 특징으로 하는 발광소자용 리플로우 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이송되는 상기 회로기판을 상기 솔더링부 내의 솔더영역에 고정시키는 스토퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 리플로우 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 예열부는
    상기 예열온도로 설정된 히팅 챔버(heating chamber); 및
    상기 히팅 챔버 내에 열풍을 공급하여 상기 히팅 챔버를 상기 예열온도로 유지하는 열풍히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 리플로우 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 예열부는
    상기 예열온도를 150~180도로 유지하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 리플로우 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 솔더링부는
    상기 히팅 챔버 내부에 위치하며, 적어도 상기 회로기판의 폭방향 길이에 대응하는 너비를 가지는 면 광원의 레이저 빔을 상기 회로기판에 조사하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 리플로우 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 솔더링부는
    열풍을 공급하여, 상기 레이저 빔에 의하여 용융된 솔더볼을 상기 솔더볼의 용융온도 이상으로 가열하는 핫건을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 리플로우 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 이송부는
    이송 레일에 따라 이송되는 지그를 더 포함하고,
    상기 지그는,
    내부에 복수의 회로기판들이 서로 겹치지 않도록 적재되고, 상기 복수의 회로기판들의 하부면이 노출되는 적어도 하나의 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 리플로우 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 솔더링부는
    적어도 상기 지그의 폭방향 길이에 대응하는 너비를 가지는 면 광원의 레이저 빔을 상기 개구에 조사하여, 상기 복수의 회로기판을 솔더링하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 리플로우 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 솔더링부는
    적어도 상기 회로기판의 폭방향 길이에 대응하는 너비를 가지는 면 광원의 레이저 빔을 복수개 구비하고, 상기 복수의 회로기판과 상기 복수의 레이저 빔을 일대일로 매칭하여, 상기 복수의 회로기판에 조사하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 리플로우 장치.
  11. 상부면에 형성된 솔더 볼(solder ball) 상에 발광소자가 안착된 회로기판을 히팅 챔버 내부로 이송하는 로드 단계;
    상기 히팅 챔버 내에서 이송되는 상기 회로기판을 예열온도로 가열하는 예열 단계; 및
    레이저 빔을 상기 회로기판의 하부면에 조사하여, 상기 발광소자를 상기 회로기판 상에 솔더링하는 솔더링 단계를 포함하는 발광소자용 리플로우 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 솔더링 단계는
    상기 이송되는 상기 회로기판이 스토퍼에 의하여 솔더영역 내에 고정되면, 상기 레이저 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 리플로우 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 예열 단계는
    열풍히터로 상기 히팅 챔버 내에 열풍을 공급하여, 상기 히팅 챔버 내부를 상기 예열온도로 유지하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 리플로우 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 솔더링 단계는
    적어도 상기 회로기판의 폭방향 길이에 대응하는 너비를 가지는 면 광원의 레이저 빔을 상기 회로기판에 조사하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 리플로우 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 로드 단계는
    내부에 복수의 회로기판이 서로 겹치지 않게 적재되는 지그를 이송 레일에 따라 이송하며,
    상기 지그는
    상기 복수의 회로기판들의 하부면이 노출되는 적어도 하나의 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 리플로우 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 솔더링 단계는
    적어도 상기 지그의 폭방향 길이에 대응하는 너비를 가지는 면 광원의 레이저 빔을 상기 개구에 조사하여, 상기 복수의 회로기판을 솔더링하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 리플로우 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 솔더링 단계는
    적어도 상기 회로기판의 폭방향 길이에 대응하는 너비를 가지는 면 광원의 레이저 빔을 복수개 구비하고, 상기 복수의 회로기판과 상기 복수의 레이저 빔을 일대일로 매칭하여, 상기 복수의 회로기판에 조사하는 것을 특징으로 하는 발광소자용 리플로우 방법.
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