KR20220009256A - 멀티 레이저 발생기가 적용된 레이저 솔더링 장치 및 이를 포함하는 솔더링 방법 - Google Patents

멀티 레이저 발생기가 적용된 레이저 솔더링 장치 및 이를 포함하는 솔더링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 제어부, 복수의 대상체를 이송하는 이송부, 상기 이송부 상에 위치된 상기 대상체를 상기 제어부의 제어에 의해 동작되고, 솔더링을 수행하여 접합면을 형성하는 솔더부 및 상기 솔더부 일측에 배치되는 적어도 하나의 와이어 피더를 포함하고, 상기 솔더부는, 솔더볼에 열을 가하는 레이저를 발생시키는 복수의 레이저 발생부, 상기 레이저의 출력 면적를 조절하는 빔 변환장치 및 상기 빔 변환장치를 경유한 레이저를 상기 대상체 간에 토출되는 상기 솔더볼에 조사하고, 상기 솔더볼을 토출시키는 헤드부를 포함하는 멀티 레이저 솔더링 장치가 제공된다.

Description

멀티 레이저 발생기가 적용된 레이저 솔더링 장치 및 이를 포함하는 솔더링 방법{SOLDERING DEVICE APPLYING MULTI-LASER SODERING AND THE METHOD THEREOF}
본 발명은 멀티 레이저 발생기가 적용된 레이저 솔더링 장치 및 이를 포함하는 솔더링 방법에 관한 것이다.
최근에, 전자 기기의 소형화 및 박형화가 급속하게 진행되고 있다. 또한, 이러한 전자 기기에 실장되는 반도체 장치 등과 같은 전자 부품에도 소형화 및 박형화가 요구되고 있다. 그리고, 전자 부품은 고밀도화가 진행되어 접속 단자수가 증가하고 있다.
이러한 요구를 충족하기 위한 전자 부품 실장 방법으로서, 최근 플립 칩(Flip Chip) 탑재 등에 의해, 인쇄 회로 등과 같은 실장 기판 상에 외부 접속단자로서 솔더 볼을 표면 탑재하는 방법이 이용되고 있다. 이러한 탑재 방법은 전자 부품의 기판에 설치된 전극 상에 솔더 볼을 탑재한 후 솔더 볼을 실장 기판의 전극에 직접 접합시키는 방법이다.
따라서, 솔더 볼을 활용한 표면 탑재 방법이 적용되는 경우 전자 부품의 기판 상에 솔더 볼이 탑재되어야 한다. 기판 상에 솔더 볼을 탑재하기 위해서, 솔더 볼이 탑재되는 기판의 전극 상에 플럭스(flux)를 인가하고 솔더 볼을 플럭스 상에 위치시킨 후에, 솔더 볼을 가열 용융하여 전극에 접합시키는 방법이 일반적으로 이용된다.
그런데, 이러한 솔더 볼 탑재 방법에 있어서 솔더 볼이 효율적으로 탑재되지 못하여 전자 부품의 실장 과정에 결함이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 전자 부품과 기판 간의 연결에 문제가 생겨 전체 장비의 오류에 영향을 미칠 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제 2013-0064392 호 (2013.06. 18)
본 발명이 해결하려는 과제는, 멀티 레이저 발생부에 의하여 접합 대상체에 선택적으로 조사할 수 있도록 함으로써, 상기 대상체에 대한 접합 젖음성을 향상시켜 접합 효율성을 크게 향상시킬 수 있는 멀티 레이저 발생기 적용된 레이저 솔더링 장치 및 이를 포함하는 솔더링 방법을 제공하는 것이다.
또, 본 발명의 목적은, 멀티 레이저 발생부에 의하여 접합 대상체에 대한 레이저 강도 및 이에 따른 가열 온도를 보정하도록 함으로써, 용접 대상체의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 멀티 레이저 발생기가 적용된 레이저 솔더링 장치 및 이를 포함하는 솔더링 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 멀티 레이저 발생기가 적용된 레이저 솔더링 장치는,
제어부;
복수의 대상체를 이송하는 이송부;
상기 이송부 상에 위치된 상기 대상체를 상기 제어부의 제어에 의해 동작되고, 솔더링을 수행하여 접합면을 형성하는 솔더부; 및
상기 솔더부 일측에 배치되는 적어도 하나의 와이어 피더;를 포함하고,
상기 솔더부는,
솔더볼에 열을 가하는 레이저를 발생시키는 복수의 레이저 발생부; 및
상기 레이저의 출력 면적을 조절하는 빔 변환장치;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 발생부는,
상기 대상체의 적어도 하나를 예열(pre-heat)하기 위하여 레이저를 조사하는 제1 레이저 발생부; 및
상기 솔더볼을 용융 시키기 위하여 레이저를 조사하는 제2 레이저 발생부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제1 레이저 발생부에 의한 예열은 상기 레이저의 디포커싱에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저 솔더링 장치는 열 분포센서, 빔 포지션, 레이저 파워 및 빔 프로파일 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 솔더부의 적어도 일측에는 복수개의 용접 와이어 피더(feeder)가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 복수의 상기 와이어 피더는 서로 상이한 직경을 갖는 와이어를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 복수의 상기 와이어 피더는 회전 가능하게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저의 전달은 상기 헤드부로 광섬유를 통해 전달되는 섬유 레이저(Fiber laser)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저의 전달은 상기 헤드부로 광섬유를 통해 전달되는 다이오드 레이저(Diode laser)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 광섬유의 코어는 원형 또는 다각형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수의 대상체는 기 접합되어 상기 이송부에 의해 이송될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 레이저는 플랫 탑(Flat-Top) 형태의 출력으로 조사될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 헤드부는 복수 개 구비되고, 상기 레이저는 각각의 상기 헤드부로 빔 스플리터(Beam splitter)에 의해 분할되어 전달될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 이송부의 이송대상은 기재를 더 포함하고, 상기 기재는 상기 기재 상에 상기 대상체가 적층될 수 있도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 솔더부의 일측에는 상기 대상체의 온도를 측정하는 센서부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 빔 변환장치를 경유한 레이저를 상기 대상체 간에 토출되는 상기 솔더볼에 조사하고, 상기 솔더볼을 토출시키는 헤드부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 전술한 멀티 레이저 발생기가 적용된 레이저 솔더링 장치를 이용한 솔더링 방법을 제공하는 바,
이송부 상에 대상체를 배치하는 단계;
솔더부의 제1 레이저 발생부로부터 기 설정된 온도까지 예열공정을 수행하는 단계;
상기 대상체 상에 서로 직경이 상이한 와이어를 제공하는 복수의 와이어 피더 중 적어도 하나가 제공되는 단계;
상기 기 설정된 온도에 도달하면 솔더부의 제2 레이저 발생부로부터 레이저가 조사되어 상기 와이어를 용융 시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 용융과정에서 상기 제2 레이저 발생부의 파워를 보정하는 파워보정 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 파워보정 단계는 상기 제2 레이저의 파워를 증가 또는 감소시키거나 상기 제1 레이저 발생부를 통하여 레이저를 조사하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 파워보정 단계는 기 설정된 온도에 도달할 때까지 적어도 1회 이상으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 와이어 피더는 단속적으로 수행되되, 동시 또는 선택적으로 동작될 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 멀티 레이저 발생기 적용된 레이저 솔더링 장치 및 이를 포함하는 솔더링 방법에 따르면, 멀티 레이저 발생부에 의하여 접합 대상체에 선택적으로 조사할 수 있도록 함으로써, 상기 대상체에 대한 접합 젖음성을 향상시켜 접합 효율성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또, 본 발명에 따른 멀티 레이저 발생기 적용된 레이저 솔더링 장치 및 이를 포함하는 솔더링 방법에 따르면, 멀티 레이저 발생부에 의하여 접합 대상체에 대한 레이저 강도 및 이에 따른 가열 온도를 보정하도록 함으로써, 용접 대상체의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 멀티 레이저 솔더링 장치를 나타내는 구성도이고,
도 2내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레이저 발생기의 동작에 따른 변화를 나타내는 그래프들이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 통해 예열 및 가열하는 상태를 나타낸 도면이고,
도 5(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 대상체 및 제2 대상체의 배치를 나타낸 도면, 도 5(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 대상체 및 제2 대상체가 기재 상에서 접합되는 것을 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 출력분포를 비교하기 위한 도면이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유 레이저를 전달하는 섬유의 구성을 나타낸 도면이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레이저 솔더링 장치의 동작과정을 나타내는 흐름도이고,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레이저 솔더링 장치에 의한 솔더링 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 도는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 멀티 레이저 솔더링 장치 및 방법을 통해서 레이저 가공대상에 마킹, 드릴링, 용접 및 솔더링 등을 수행할 수 있다. 이하에서는 솔더링을 수행하는 예시로 발명의 레이저 솔더링 장치 및 방법을 설명하기로 한다. 즉, 레이저 가공 장치를 솔더링 장치로 채용하여 솔더링을 위한 공정만을 수행할 수 있다. 이하에서는, 이러한 경우에 레이저 가공 장치를 솔더링 장치로 설명할 수 있다.
또, 이하에서 재작업(rework)은 미납 또는 납량부족으로 인하여 재솔더링 하거나, 납땜품질이 불량하여 기납땜부를 제거하고 다시 납땜하는 과정(작업) 등을 모두 포함하는 의미일 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 레이저 솔더링 장치는, 용접, 납땜, 본딩 등 다양한 공정에 포함될 수 있을 뿐만 아니라, 각 공정이 수행되는 재질도 폴리머, 금속, 디일렉트릭(dielectric), 반도체 등 다양한 재료상에 적용될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 멀티 레이저 솔더링 장치를 나타내는 구성도이고, 도 2 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레이저 발생기의 동작에 따른 변화를 나타내는 그래프들이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 통해 예열 및 가열하는 상태를 나타낸 도면이다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 멀티 레이저 솔더링 장치(100)는 제어부(C), 솔더부(200) 및 한 쌍의 와이어 피더(140, 150)를 포함할 수 있다. 여기서, 솔더부(200)는 솔더볼(S)에 열을 가하는 레이저를 발생시키는 한 쌍의 레이저 발생부(110, 120), 상기 레이저의 출력 면적을 조절하는 빔 변환장치(130), 빔 변환장치(130)를 경유한 레이저를 대상체(400) 간에 토출되는 솔더볼(S)에 조사하고, 솔더볼(S)을 토출시키는 헤드부(230) 및 센서부(190)를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 와이어 피더(140, 150)는 서로 상이한 직경(θ)을 갖는 와이어(W1, W2)를 제공하는 제1 와이어 피더(140) 및 제2 와이어 피더(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
레이저 발생부(110, 120)는 대상체(400) 부위에 열을 가하도록 레이저를 발생시켜 예열시키는 제1 레이저 발생부(120) 및 솔더볼(S)에 직접 열을 가하여 용융 시키도록 레이저를 발생시키는 제2 레이저 발생부(110)를 포함할 수 있다. 제1 레이저 발생부(120) 및/또는 제2 레이저 발생부(110)로부터 발생한 레이저는 빔 변환장치(130)를 통하여 빔의 단면적이 조절될 수 있다. 이때, 조절된 빔의 단면적은 대상체(400) 측으로 조사될 레이저의 단면적이 될 수 있다. 빔 변환장치(130)를 경유한 레이저는 헤드부(230)로 전달될 수 있고 이러한 헤드부(230)로부터 용융된 솔더볼(S)이 토출되는 1차 솔더링이 수행되고, 용융된 솔더볼(S)이 대상체(400)에 분포되는 2차 솔더링이 수행될 수 있다.
여기서, 본 발명에 따르면, 제2 레이저 발생부(110)로부터 레이저가 조사되기 전에, 제1 레이저 발생부(120)로부터 대상체(400) 부위 및 대상체(400)가 안착되어 있는 기재(도 5: 450) 부위를 예열하는 공정이 더 포함될 수 있다. 바람직하게는 상기 예열공정은 제2 레이저 발생부(110)의 동작 전에 수행될 수 있다. 이는 예를 들어, 제어부(C)를 통하여 제어될 수 있다.
또, 솔더부(200)의 일측에는 제1 와이어 피더(140) 및 제2 와이어 피더(150)가 각각 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 와이어 피더(140) 및 제2 와이어 피더(150)는 각각 서로 상이한 직경(θ)을 갖는 와이어(W1, W2)를 제공할 수 있다. 이러한 제1 와이어 피더(140) 및 제2 와이어 피더(150)는 선택적으로 수행될 수 있으며, 예를 들어, 대상체(400)의 가공이 필요한 부분이 솔더볼(S)에 의하여 접합되기 어려운 위치에 해당하는 경우에, 해당 부위의 조건에 따라서 서로 상이한 직경을 갖는 상기 와이어 중 보다 적절한 와이어가 제공될 수 있도록, 제1 와이어 피더(140) 및 제2 와이어 피더(150)는 선택적으로 제공될 수 있다. 이 때 제1 와이어 피더(140) 및 제2 와이어 피더(150)는 회전 가능하게 장착될 수 있고, 대상체(400)의 위치에 따라 적절한 각도로 회전시킨 상태로 상기 와이어(wire)를 해당 부위로 제공할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 멀티 레이저 솔더링 장치(100)는 제1 레이저 발생부(120)에 의한 예열 공정과 제2 레이저 발생부(110)에 의한 용융 공정이 순차적으로 수행될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 멀티 레이저 솔더링 장치(100)는 먼저 제1 레이저 발생부(120)를 통하여 대상체(400) 부위로 레이저를 발생시켜 조사부위를 예열시키는 과정을 통하여 이후에 제2 레이저 발생부(110)의 레이저 조사시의 가열 온도와의 편차를 감소시킬 수 있다. 이를 통하여 제2 레이저 발생부(110)를 통하여 조사되는 레이저를 통한 접합과정이 보다 효율적으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 레이저 발생부(110)를 통하여 약 10A 크기의 레이저가 소정의 시간동안 조사되면서 대상체(400) 부위를 가열하여 특정 온도지점(A)에 도달시킬 수 있고 이어서 제2 레이저 발생부(110)를 통하여 약 15A 크기의 레이저가 소정의 시간동안 대상체(400)를 조사하여 특정 온도지점(C)에 도달되도록 함으로써, 대상체(400)의 용융 및 접합 공정이 용이하게 이루어질 수 있다.
나아가, 전술한 제1 레이저 발생부(110)에 의한 예열공정 후에 제2 레이저 발생부(120)를 통한 레이저가 조사될 경우에, 도 3에 도시된 바와 같이, 실제로 설정된 크기보다 상대적으로 작은 크기로 레이저가 조사되어 특정 온도지점(B)으로 낮아질 수 있다. 이에 본 발명에서는 이러한 오차(B-C 구간)를 보정하기 위하여 추가적으로 제1 레이저 발생부(110)를 통하여 해당 부위를 가열함으로써 보정하거나 제2 레이저 발생부(120)의 파워를 상승시켜 보정하는 방법으로 보정과정이 진행될 수 있다. 또, 제2 레이저 발생부(120)와 빔 스플리터(160) 사이에 빔 변환장치(130)가 형성될 수도 있음은 물론이다.
또한, 센싱부(190)는 상기 레이저 조사에 따른 대상체(400)의 온도분포를 감지하는 열 온도분포센서, 레이저 조사강도를 센싱하는 레이저 파워 센서, 레이저 조사 위치를 센싱하는 빔 포지션 센서와 레이저 프로파일 등을 포함할 수 있다. 센싱부(190)는 이러한 센싱 결과 등을 제어부(C)로 송수신할 수 있다. 여기서, 상기 레이저 프로파일은 대상체(400)의 접합에 있어서, 재질의 특성, 재질의 특성, 접합 방법 및 접합 품질(접합 면적, 접합 깊이, 접합 강도, 접합부의 Crack, Void, 열영향 정도 등) 등을 기록할 수 있다.
이하 전술한 멀티 레이저 솔더링 장치(100)를 이용한 솔더링 과정을 보다 구체적으로 도 8을 참조하여 설명하면, 먼저 본 발명의 멀티 레이저 솔더링 장치(100)의 이송부(300)는 대상체(400)를 이송하여 목표지점에 배치시킬 수 있다(S100). 이송부(300)에는 대상체(400)의 하부에 별도의 기재(450)가 추가로 개재될 수 있다.
이어서, 제1 레이저 발생부(120)로부터 접합이 이루어지는 대상체(400) 부위를 레이저를 조사하여 가열시킬 수 있다(S200) 이 경우에 대상체(400)를 포함하여 예열 부위는 기재(450)가 포함될 수 있다. 이러한 제1 레이저 발생부(120)로부터 조사되는 레이저에 의하여 예열공정이 수행됨으로써, 온도 편차 감소에 따른 솔더링 과정의 젖음성 및 품질 향상을 기대할 수 있다.
이러한 제1 레이저 발생부(120)에 의하여 기 설정된 온도까지 가열시키는 예열공정이 완료되면, 해당 솔더링 부위의 조건에 따라서 제1 와이어 피더(140) 또는 제2 와이어 피더(150)가 선택적으로 제공될 수 있다(S300). 물론 해당 솔더링 부위의 조건에 따라서 제1 와이어 피더(140) 또는 제2 와이어 피더(150)가 제공되지 않을 수 있음은 물론이다.
이 때, 제1 와이어 피더(140) 또는 제2 와이어 피더(150)는 각각 서로 상이한 직경(θ)의 상기 와이어(W1, W2)가 용융물로써, 솔더링이 수행되는 해당 부위의 환경에 따라서 선택적으로 제공될 수 있다. 또, 경우에 따라서, 제1 와이어 피더(140) 및 제2 와이어 피더(150)는 솔더부(200)에 회전 가능하게 장착되어 있으므로, 이러한 솔더링 부위의 형성 모양에 따라서 보다 효과적으로 대응하여 제공될 수 있다.
그 다음, 제1 레이저 발생부(120)에 의한 예열공정으로 대상체(400)의 해당 부위가 예열되고 제1 와이어 피더(140) 또는 제2 와이어 피더(150)가 선택적으로 제공되면 제2 레이저 발생부(120)로부터 소정의 크기를 갖는 레이저가 대상체(400) 부위로 조사되면서 솔더볼(S) 분사 및/또는 상기 와이어의 용융에 의한 접합 과정이 수행될 수 있다(S400).
마지막으로, 제2 레이저 발생부(120)에 의한 레이저 조사로 대상체(400) 접합이 수행될 때, 상기 레이저의 강도가 감소되거나 변경되는 경우에 이를 보정하기 위한 제2 레이저 발생부(120)의 레이저 강도가 제어부(100)를 통하여 조절될 수 있다(S500). 이 때, 전술한 바와 같이, 직접 제2 레이저 발생부(120)의 레이저 강도를 보정하거나 제1 레이저 발생부(120)를 통한 레이저를 추가적으로 조사하여 열원을 제공하여 보정하도록 함으로써, 솔더링 효율을 효과적으로 유지하도록 할 수 있다.
한편, 제어부(C)는 솔더부(200)의 이동 및 레이저 조사를 제어하여 대상체(400)에 솔더링 공정을 수행할 경우, 제어부(C)는 빔 변환장치(200)로부터 헤드부(230)로 전달되는 레이저의 경로 상에 빔 스플리터(160)를 배치하여 레이저가 모니터링부(미도시)를 통해 모니터링 되도록 구성될 수 있다. 상기 모니터링부에서 수집된 레이저 정보를 통해 대상체(400)로 조사될 레이저의 출력 등을 제2 레이저 발생부(110)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 1차 솔더링 시에 요구되는 레이저의 출력과 2차 솔더링 시에 요구되는 레이저의 출력이 다를 수 있는데, 이를 제어하기 위한 정보를 제2 레이저 발생부(110)로 전달할 수 있다. 물론, 조사되는 레이저의 정보를 제어할 수도 있고, 헤드부(230)를 포함한 솔더부(200)를 제어할 수 있으므로 대상체(400)에 수행되는 1차 솔더링과 2차 솔더링에 요구되는 적절한 레이저가 조사되도록 제어할 수 있다.
이송부(300)는 대상체(400)를 이송하되, 접합될 복수의 대상체(400)를 단차 지도록 적층 또는 평면상에서 이격 배치한 상태로 이송시킬 수 있다. 이러한 대상체(400)에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명한다.
또, 경우에 따라서 헤드부(230)는 복수 개일 수 있다. 헤드부(230)가 하나인 경우에는 레이저 빔이 하나의 헤드부(230)에 직접 연결이 될 수 있으나, 헤드부(230)가 복수 개인 경우에는 빔 스플리터(160)에 의해 레이저가 분할되어 각각의 헤드부(230)로 제공될 수 있다. 예를 들어 헤드부(230)가 세 개 마련되고 각각의 헤드부(230)에 레이저를 제공해야 할 경우 마지막으로 레이저가 전달되는 헤드부(230)에 레이저가 도달하기 전에 레이저의 경로 상에는 두 개의 빔 스플리터(160)가 위치될 수 있다. 또한, 헤드부(230)가 복수 개인 경우에는 제어부(100)에 의해 상술한 1차 솔더링 및 2차 솔더링을 수행할 헤드부(230)가 결정될 수 있다. 이는 선택적으로 결정될 수 있으며, 1차 솔더링 및 2차 솔더링 중 하나를 수 행하지 않고 대기상태를 유지할 수도 있다. 예를 들어, 헤드부(230)는 세 개가 포함될 수 있으나, 하나의 헤드부(231)에 의해 1차 솔더링과 2차 솔더링이 수행될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 대상체(410) 및 제2 대상체 (420)의 배치를 나타낸 도면으로서, 도 5(a)는 제1 대상체(410) 및 제2 대상체(420)가 기 결정된 이격거리를 두고 배치되어 솔더범프(2)가 상기 이격거리에 위치되어 서로 접합되는 것을 나타낸 도면이고, 도 5(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 대상체(410) 및 제2 대상체(420)가 별도의 기재(450) 상에서 접합되는 것을 나타낸 도면이다.
도 5(a)를 참조하면, 대상체(400; 410, 420)는 단차가 있거나 기 결정된 이격거리(D)를 두고 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 대상체(410)에는 솔더범프(2)가 위치될 수 있는 오목한 접합면(411)이 형성될 수 있고, 제1 대상체(410)와 단차가 형성되도록 배치되는 제2대상체(420) 간에 접합면(411)이 형성될 수 있다.
제1 대상체(410)에는 솔더범프(2)가 위치될 수 있는 오목한 접합면(411)이 형성될 수 있고, 상기 이격거리(D)를 두고 서로 마주하는 제2 대상체(420)에 접합면(411)이 형성될 수 있다. 본 예시의 경우, 두 개의 접합면(411)이 형성되고, 단차 또는 이격거리(D)를 두고 배치된 대상체(400)는 접합면(411)에 솔더범프(2)가 위치되면서 접합될 수 있다.
앞서 설명한 2차 솔더링 과정에서는 솔더범프(2)가 위치된 상태에서 레이저 조사가 되어 솔더범프(2)를 더 용해하여 액상의 솔더가 단차 또는 이격거리(D)에 의해 형성된 공간으로 분포될 수 있도록 한다. 상기 분포는 솔더의 경화 후에 제1 대상체(410) 및 제2 대상체(420) 간에 접합면적을 증가시킴으로써 접합력이 증진 또는 개선되는 것을 기대할 수 있다.
이러한 접합력의 증가는 용해된 솔더범프(2)가 상기 퍼짐성이 좋아짐으로써 효과가 증대될 수 있다. 상기 퍼짐성의 개선은 대상체(400)와 솔더범프(2) 간의 온도차이 때문에 저하될 수 있다. 대상체(400)의 온도가 상온이고, 레이저에 의해 부분적으로 용해되어 위치한 고온의 솔더범프(2)는 온도차이가 발생할 수 있다. 상기 온도차이에 의해 제1 대상체(410)의 접합면(411) 상에서 퍼짐성이 감소하면 솔더범프(2)와 대상체(400) 간의 접촉면적이 감소될 수 있다.
따라서, 상기 퍼짐성을 개선하기 위해 온도차이를 줄이는 예열공정을 수행할 수 있다. 이러한 예열공정은, 전술한 바와 같이 제1 레이저 발생부(120)의 추가적 레이저 조사에 의한 방식 이외에, 헤드부(230)의 높낮이를 조절함으로써, 레이저 초점으로부터 이격되어 레이저 초점과 대상체 간의 이격거리를 형성하여 수행될 수도 있다. 이하의 도 4를 참조하면, 레이저를 통해 예열 및 가열할 수 있는 상태를 나타낸 도면으로서, 헤드부(230)는 대상체(400)로부터 초점거리(F; Focusing)와 비초점거리(DF; Defocusing)를 선택적으로 조절할 수 있다.
상기 초점거리(F)에 대상체(400)가 위치될 경우에는 레이저의 출력이 집중되므로, 금속의 대상체(400)는 용융되거나 열로 인한 훼손이 될 수 있다. 따라서, 초점거리(F)에 집중해서 레이저를 조사하는 경우는 솔더범프(2)를 용융 시키기 위해 솔더범프(2)에 조사하는 경우가 될 수 있다.
또한, 상기 비초점거리(DF)에 대상체(400)가 위치될 경우에는 레이저의 출력이 분산되고 레이저 조사 면적은 증가하므로 넓은 면적에 대하여 가열할 때 비초점거리(DF)에 대상체(400)가 위치될 수 있다. 따라서, 비초점거리(DF)에 집중해서 레이저를 조사하는 경우는 솔더범프(2)와 대상체(400) 간에 온도차를 최소화하여 퍼짐성을 증대시켜서 접착면적을 증가시키는 경우가 될 수 있다.
한편, 도 5(b)를 참조하면, 제1 대상체(410) 및 제2 대상체(420)는 추가로 제공되는 기재(450) 상에서 기 결정된 이격거리(D)를 두고 배치되어 솔더에 의해 접합될 수 있다. 구체적으로, 대상체(400; 410, 420)는 이송부(300) 상에 적재되어 이송될 시에, 서로 기 결정된 거리만큼 이격되어 배치되되, 기재(450) 상에 배치될 수 있다. 즉, 이송부(300) 상에 상방으로 기재(450) 및 대상체(400; 410, 420)가 순차적으로 적층 배치될 수 있다. 물론, 이는 수직방향으로 적층되는 예시에 한하여 설명을 한 것으로 수평방향으로 적층되는 경우에는 헤드부(230)로부터 보다 인접한 부재가 대상체(400)가 될 수 있다. 도 5(b)의 실시예는 대상체(400; 410, 420)가 기재 상에서 수평방향으로 이격되는 반면에 도 5(a)의 실시예의 경우 수직방향으로 대상체(400; 410, 420)가 이격될 수 있다. 따라서, 이격된 공간에 솔더범프(2)가 위치되어 접합면(411)의 경우 도 5(b)에서는 제1 대상체(410), 제2 대상체(420) 및 기재(450)에 걸쳐서 형성될 수 있다.
솔더볼(S)이 토출되어 솔더범프(2) 상태로 기 결정된 위치에 위치될 수 있도록, 대상체(410, 420)에는 접합면(411)이 오목하게 형성될 수 있는데, 이는 제1 대상체(410) 및 제2 대상체(420) 중 하나 이상의 부재에 선택적으로 위치될 수 있다. 본 예시의 경우 오목하게 형성된 접합면(411)이 각각의 대상체(410, 420)에 형성된 경우가 될 수 있다.
이러한 접합면(411)의 형성은 퍼짐성을 개선시켜서 접합력 증가로 이어질 수 있다. 퍼짐성의 개선은 대상체(400)와 솔더범프(2) 간의 온도차이 때문에 저하될 수 있다. 구체적으로, 대상체(400)의 온도가 상온이고, 레이저에 의해 부분적으로 용해되어 위치한 고온의 솔더범프(2)는 온도차이가 발생할 수 있다. 상기 온도차이에 의해 제1대상체(410)의 접합면(411) 상에서 퍼짐성이 감소하면 솔더범프(2)와 대상체(400) 간의 접촉면적이 감소될 수 있다.
따라서, 상기 퍼짐성을 개선하기 위해 온도차이를 줄이는 전술한 예열공정이 수행될 수 있다. 예열공정은 헤드부(230)의 높낮이 또는 레이저 출력 등의 정보를 변경함으로써, 레이저 초점으로부터 이격되어 레이저 초점과 대상체 간의 이격거리를 형성하여 수행될 수 있다. 도 4를 참조하면, 레이저를 통해 예열 및 가열할 수 있는 상태를 나타낸 도면으로서, 헤드부(230)는 대상체(400)로부터 초점거리(F; Focusing)와 비초점거리(DF; Defocusing)를 선택적으로 조절할 수 있다.
상기 초점거리(F)에 대상체(400)가 위치될 경우에는 레이저의 출력이 집중되므로, 금속의 대상체(400)는 용융되거나 열로 인한 훼손이 될 수 있다. 따라서, 초점거리(F)에 집중해서 레이저를 조사하는 경우는 솔더범프(2)를 용융 시키기 위해 솔더범프(2)에 조사하는 경우가 될 수 있다.
또한, 상기 비초점거리(DF)에 대상체(400)가 위치될 경우에는 레이저의 출력이 분산되고 레이저 조사 면적은 증가하므로 넓은 면적에 대하여 가열할 때 비초점거리(DF)에 대상체(400)가 위치될 수 있다. 따라서, 비초점거리(DF)에 집중해서 레이저를 조사하는 경우는 솔더범프(2)와 대상체(400) 간에 온도차를 최소화하여 퍼짐성을 증대시켜서 접착면적을 증가시키는 경우가 될 수 있다.
구체적으로, 예열공정과 솔더범프(2)의 분포를 나타내는 도 5에 도시된 실시예를 참조하면, 도 4를 참조하여 상술한 비초점거리(DF)에 위치한 대상체(400; 410, 420)는 예열될 수 있다. 예열되는 부위의 면적 내에 솔더범프(2)가 위치될 수 있다. 더욱 정확하게는, 솔더범프(2) 즉, 접합될 지점을 포함한 접합될 지점의 주변부가 예열부(미도시)가 될 수 있다. 예열되는 부위 내에서 솔더범프(2) 및 대상체(410, 420) 간의 단차 또는 이격거리(D)의 일부가 포함될 수 있고, 상기 단차 또는 이격거리(D) 측으로는 예열공정 후에 2차솔더링 과정에서 솔더범프(2)의 용융에 의해 솔더범프(2)가 유입될 수 있다. 상기 유입의 결과로서, 솔더는 유입부(미도시)가 형성된 채로 경화될 수 있고, 이러한 유입부에 의해 대상체(410, 420)는 서로 접합면적이 증가되어 접합력이 보다 증가될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 출력분포를 비교하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 레이저의 가우시안(Gaussian)형 출력분포를 나타낸 도 6(a) 및 도 6(b)와 플랫탑(Flat-Top)형 출력분포를 나타낸 도 6(c) 및 도 6(d)이다. 본 발명의 일 실시예의 솔더부(200)에서 발생시킬 수 있는 레이저 출력형태 중 가우시안 형태의 레이저로서, 가우시안 형태의 레이저는, 레이저의 영향부의 중앙부분을 중심으로 가장자리로 갈수록 서서히 영향력이 약해지고 중앙부에 영향력이 집중될 수 있다. 반면에, 레이저의 플랫탑(Flat-Top)형 출력분포는 가장자리에 인접한 위치일수록 중앙부로부터 가우시안 출력분포와 비교하여, 상대적으로 균일한 영향력을 미치는 것으로 확인할 수 있다.
이러한 영향력은 높이방향으로 적층된 대상물(10)을 한 번의 레이저 조사에 의해 균일하게 가공하기 위해 조절되는 것이 중요하며, 균일한 가공은 균일한 영향력에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 가우시안형의 출력분포로 영향력이 발생하는 레이저를 조사하는 경우, 솔더링 과정 및 예열공정에서 레이저 에너지 분포영역 내에서 균일하게 레이저의 출력을 전달할 수 없다. 예를 들어, 기 결정된 온도로 대상체(400)를 예열하기 위해 비초점거리로 조절하여 레이저를 대상체(400)를 향해 조사할 경우에 예열되는 부위의 중앙부분에 위치된 솔더범프(2)에 출력이 집중되고 예열하기 위한 솔더범프(2)의 주변부에는 비교적 낮은 출력의 레이저가 가해질 수 있다.
이러한 출력분포에 의해 대상체(400)를 충분히 예열시킬 수 있는 레이저의 출력을 대상체(400)로 전달하는 과정에서 솔더범프(2)에 출력이 집중되므로, 솔더링 중에 용융되어야 할 솔더범프(2)가 예열공정 중에 용융될 수 있다. 즉, 충분히 예열되지 않은 상태의 대상체(410, 420) 표면에 솔더범프(2)가 용융되어 접촉되므로 퍼짐성이 저하될 뿐 아니라, 접합성도 저하될 수 있다.
반면에, 플랫탑(Flat-Top)형 출력분포로 조사되는 레이저에 의해서는, 레이저의 에너지가 중앙부로부터 일정거리만큼 균일하다가 급격하게 감소됨으로, 레이저의 에너지가 균일한 면적의 출력범위를 통해 예열되는 부위를 예열할 수 있다. 이러한 예열공정은, 솔더범프(2)가 용융되지 않은 온도 즉, 솔더범프(2)의 녹는점 미만의 온도까지 레이저 출력을 조절하여 예열을 위해 조사할 수 있다. 균일한 레이저 출력에 의해 대상체(400)의 예열되는 부위는 솔더범프(2)의 녹는점에 근접할 수준까지 예열한 후에 솔더링이 수행되도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 전달하는 광섬유(Optical fiber)(610)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 멀티 레이저 솔더링 장치(100)의 헤드부(230)로 광섬유를 통해 전달되는 광섬유 레이저(FL) 또는 다이오드 레이저일 수 있고, 이러한 광섬유(Optical fiber)(610)는 상기 레이저 빔이 전달되는 코어(611) 및 피복(612, 613, 614, 615, 616)으로 구성될 수 있다. 구체적으로 코어(611)는 전반사 등을 통해 레이저를 전달할 수 있는 구성이고, 피복(612, 613, 614, 615, 616)은 상기 코어(611)를 외부로 노출시키지 않고 충격으로부터 보호하는 등의 기능을 하는 구성으로서, 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 피복(612, 613, 614, 615, 616)은 충격흡수용 폴리염화비닐, 내구력 증진용 아라미드 얀, 폴리이미드, 실리콘 등의 소재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 피복(612, 613, 614, 615, 616) 내에 위치한 코어(611)의 형태는 다양하게 형성될 수 있다. 다양한 형태의 코어는 사각형, 다각형, 원형등의 다양한 형태일 수 있다. 이러한 코어의 크기 및 모양에 따라서, 레이저의 크기 및 품질이 달라질 수 있다.
상술한 멀티 레이저 솔더링 장치 및 솔더링 방법에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 장치 내지 방법은 다음과 같은 구성을 포함할 수 있다. 한편 이하에서 설명하는 검사는 검사부에 의해 수행되는 제 1검사(pre-inspection) 및 제2 검사(post-inspection)를 포함할 수 있다. 제1 검사(pre-inspection)의 경우 솔더링이 수행되기 전에 대상체의 안착상태 즉, 회전 및 배치 상태를 포함하는 정렬상태와 솔더링할 위치를 감지하는 것이고, 제2 검사(post-inspection)의 경우 솔더링이 수행된 후에 솔더부의 단락(open), 쇼트(short), 크랙 및 기공(void), 과잉납, 브릿지와의 오염, 소납, 냉납, 젖음불량, 과열, 부식, 침식, 부품 위치 틀어짐, 부품사이 뜸, 미납 등 불량 종류 중에 하나 이상을 감지하는 검사일 수 있다. 이하의 설명과 같이 제2 검사 결과 품질기준을 만족시키지 못한 대상체는 품질기준을 만족시키는 대상체와 분류될 수 있고, 품질기준을 만족시키지 못하는 대상체에 대해서는 재작업(resoldering, rework)이 수행될 수도 있다.
첫째, 레이저 공급 장치에서 공급되는 레이저는 솔더 재질에 따라 레이저 흡수율이 높은 파장을 갖는 레이저일 수 있다. 또한 화이버 레이저 또는 다이오드 레이저(Fiber Laser 또는 Diode Laser) 등 고체 레이저일 수 있다. 레이저 발생 장치로부터 발생된 레이저 빔은 광섬유를 통하여 레이저 솔더링 헤드까지 별도의 광학 미러 없이 전달될 수 있다. 이로써, 레이저의 안정적인 공급 및 레이저 조사에 의한 솔더링 시 정밀한 조작이 가능할 수 있다.
둘째, 레이저 가공 장치는 레이저 솔더링 노즐을 포함하는 픽앤플레이스 솔더링 헤드(Pick and Place Soldering Head) 또는 제트 솔더링 헤드(Jet Soldering Head)를 포함할 수 있다. 레이저 솔더링 헤드는 레이저빔 집속 광학헤드, 솔더볼(S) 공급장치, 및 상기 노즐을 포함할 수 있다. 여기서 레이저 솔더링 헤드는 헤드부를 의미하면, 싱글 헤드(single head)로 구성될 수 있을 뿐만 아니라 2개의 헤드를 포함하는 듀얼헤드(dual head)로 구성될 수 있다. 또, 3개 이상의 헤드를 포함하는 헤드체로 구성될 수 있음은 물론이다. 이와 같이 레이저 솔더링 헤드를 2개 이상 포함하는 경우, 장치의 생산성을 높일 수 있다.
셋째, 비전 인스펙션 모듈(Vision Inspection Module/unit) 또는 비전 인스펙션 단계를 포함할 수 있다. 이와 같은 비전 인스펙션 모듈 또는 단계를 포함함으로써, 솔더링할 카메라 모듈의 위치 검사, 정렬 상태 검사, 솔더링할 위치 검사 등(PreInspection)을 할 수 있으며, 필요에 따라 솔더링 후의 솔더링 품질을 검사(PostInspection)할 수 있다. 따라서, 1) 저배율 및 고배율 렌즈로 구성된 비전 검사 모듈을 장착하거나 2) 모터라이즈드 가변 줌 렌즈(Motorized Variable Zoom Lens, 1X ~ x18: 최고배율은 Zoom Lens 설계에 따라 더 높일 수 있음)를 장착하여 저배율에서 고배율, 넓은 영역에서 좁은 영역을 자동 검사할 수 있다. 프리-인스펙션(Pre-Inpsection)과 포스트-인스펙션(PostInpsection)을 1개의 비전 인스펙션 모듈로 할 수도 있지만, 생산성을 높이기 위해 별도의 비전 인스펙션 모듈로 구성할 수 있다(예를 들어, 프리-인스펙션(PreInpsection) 기능용 1개, 포스트-인스펙션(Post-Inpsection) 기능용 1개로 구성).
프리-인스펙션(Pre-Inpsection)과 포스트-인스펙션(PostInpsection)을 1개의 비전 인스펙션 모듈로 마련되는 경우, 프리-인스펙션(PreInpsection)을 거친 대상체가 솔더링을 위한 위치로 이동되어 솔더링된 후, 이전 위치로 돌아와서 포스트-인스펙션(Post-Inpsection)될 수 있다. 비전검사 모듈이 2개, 즉, 프리-인스펙션(Pre-Inpsection) 기능용 1개 및 포스트-인스펙션(PostInpsection) 기능용 1개로 마련되는 경우, 프리-인스펙션(Pre-Inpsection) 모듈, 레이저 솔더링 모듈, 및 포스트-인스펙션(Post-Inpsection) 모듈이 위치하는 순서대로 대상체가 차례로 이동되며 인스펙션 및 솔더링될 수 있다.
더욱이, 솔더링 품질을 실시간으로 모니터링하여 파라미터를 제어하거나 솔더링된 영역의 단락(open), 쇼트(short), 크랙 및 기공(void), 과잉납, 브릿지와의 오염, 소납, 냉납, 젖음불량, 과열, 부식, 침식, 부품위치틀어짐, 부품사이 뜸, 미납 등 포스트-인스펙션(PostInspection)을 위해 적외선(Infra-red) 검사 장치 또는 3차원 검사 장치를 더 포함할 수 있다.
넷째, 상기 포스트-인스펙션(Post-inspection) 후 요구되는 솔더링 품질기준에 적합하지 않은 대상체를 분류할 수 있는 분류(Sorting) 장치를 더 포함할 수 있다.
다섯째, 포스트-인스펙션(Post-inspection) 후 요구되는 솔더링 품질 기준에 적합하지 않은 대상체를 수리할 수 있는 수리장치를 더 포함할 수 있다. 이러한 수리장치는 레이저를 재조사하여 솔더부를 재용융시켜 솔더 젖음성을 향상시키거나 기납땜된 솔더를 제거하고 재작업(Resoldering, rework)할 수 있다. 기납땜된 솔더 제거시에 핀(Pin)과 같은 기계적인 툴을 사용하여 자동 제거하거나 레이저를 이용하여 재용해(remelting)시켜 흡입하여 자동제거할 수 있다.
여섯째, 솔더링(Soldering) 후의 품질 관리를 위해 먼지 및 이물질을 제거하기 위한 집진장치를 포함한 클리닝 디바이스(Cleaning Device)를 더 포함할 수 있다. 클리닝 디바이스(Cleaning Device)로는 건조공기 블로잉(Dry Air Blowing) 장치, 이산화탄소 스노우 클리닝(CO2 Snow Cleaning) 장치, 레이저 클리닝(laser cleaning) 장치 및 불활성 가스 블로잉 장치 중 하나 이상의 장치를 더 포함할 수 있다.
일곱째, 솔더링 해야 하는 기재 종류에 따라 미리 예납하는 솔더링 예납부를 더 포함할 수 있다. 또한 레이저 솔더링 헤드(Soldering Head)를 추가적으로 포함하여 솔더링 품질 향상 및 생산성 향상 극대화할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 멀티 레이저 솔더링 장치는 지그(jig)를 더 포함할 수 있다. 상기 지그는 회전형 이동 방식으로 이동되는 지그(rotating fixture jig)일 수 있다. 상기 회전형 이동 방식을 채용한 지그를 복수 개 포함하는 지그부(fixture jig channel)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 회전형 이동 방식으로 이동되는 지그가 3개 이상 결합되어 마련되는 지그부(three fixture jig channel)가 마련될 수 있다. 이러한 지그부(fixture jig channel)에는 솔더링 작업이 수행될 대상체가 다수 포함 또는 안착될 수 있다. 여기서 대상체의 두 지점 이상에 각각 솔더링 및 접합(bonding) 중 하나 이상의 작업을 수행할 때, 하나의 대상체에 존재하는 상기 두 지점 중 한 지점에 솔더링 또는 접합(bonding) 작업을 수행하면, 대상체에 존재하는 두 지점 중 나머지 지점에 레이저 가공이 될 수 있도록 지그는 이동될 수 있다.
여기서 상기 지그의 상기 이동은 회전이 될 수고 있고, 직선운동에 의한 이동이 될 수도 있으며, 상기 회전 및 직선운동의 조합에 의한 이동이 될 수 있다. 상기 이동이 완료되면, 상기 나머지 지점에 솔더링 또는 접합(bonding)이 수행될 수 있다.
구체적인 예로서, 제1 헤드(laser bonding head 1)가 제1 지그부(fixture jig channel 1) 상에서 접합(bonding)을 수행하고, 헤드 2(laser bonding head 2)는 제3 지그부(fixture jig channel 3) 상에서 접합(bonding)을 수행할 수 있다. 각각의 위치에서 헤드(laser bonding head 1 및 laser bonding head 2)가 접합(bonding)을 완료하면, 제1 헤드는 제2 지그부 상에서 접합(bonding) 작업을 수행할 수 있다. 그리고, 상기 제1 지그부가 레이저 조사위치에서 벗어난 언로딩 위치에 위치되면, 접합 작업이 완료된 대상체는 취출될 수 있다. 대상체가 취출된 제1 지그부 상에는 새로운 대상체가 위치되어 접합 작업을 대기할 수 있다.
제3지그부에 위치된 대상체에 대하여 접합작업이 완료되면 상기 대상체는 취출되고 상기 대상체가 취출된 제3지그부 상에는 새로운 대상체가 위치되어 접합작업을 대기할 수 있다.
제1 헤드는 제2 지그부 상에 위치된 대상체에 접합 작업이 완료되면 제1 헤드는 제1 지그부 상에 위치된 대상체에 접합 작업을 수행할 수 있다. 그리고 제2 지그부가 상기 언로딩 위치에 위치되면 접합 작업이 완료된 대상체가 취출되고, 제2 지그부 상에는 새로운 대상체가 위치되어 접합 작업을 대기할 수 있다.
제2 헤드는 제3지그부 상의 대상체를 접합 작업 완료하면 제2 헤드는 제2 지그부를 접합 작업 수행할 수 있다. 상기의 접합 작업을 반복적으로 수행하며, 레이저 가공을 할 수 있다.
작업이 완료된 지그부(Fixture jig channel)의 각각의 대상체는 한 개 또는 두 개의　비전 검사(인스펙션) 모듈/유닛(vision inspection module/unit)으로 접합 품질 검사(post-inspection)를 수행할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 멀티 레이저 솔더링 장치 110: 제2 레이저 발생부
120: 제1 레이저 발생부 130: 빔 변환장치
140: 제1 와이어 피더 150: 제2 와이어 피더
160: 빔 스플리터 190: 센서부
200: 솔더부 230: 헤드부
300: 이송부 400: 대상체
410: 제1 대상체 420: 제2 대상체
411: 접합면 450: 기재
500: 모니터링부 600: 분할모듈
610: 광섬유 611: 코어
612, 613, 614, 615: 피복
C: 제어부
D: 이격거리
F: 초점거리
DF: 비초점거리
S: 솔더볼
W1: 제1 와이어
W2: 제2 와이어

Claims (21)

  1. 제어부;
    복수의 대상체를 이송하는 이송부;
    상기 이송부 상에 위치된 상기 대창체를 상기 제어부의 제어에 의해 동작되고, 솔더링을 수행하여 접합면을 형성하는 솔더부; 및
    상기 솔더부 일측에 배치되는 적어도 하나의 와이어 피더;를 포함하고,
    상기 솔더부는,
    솔더볼에 열을 가하는 레이저를 발생시키는 복수의 레이저 발생부; 및
    상기 레이저의 출력 면적를 조절하는 빔 변환장치;를 포함하는 멀티 레이저 솔더링이 적용된 레이저 솔더링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 발생부는,
    상기 대상체의 적어도 하나를 예열(pre-heat)하기 위하여 레이저를 조사하는 제1 레이저 발생부; 및
    상기 솔더볼을 용융 시키기 위하여 레이저를 조사하는 제2 레이저 발생부;를 포함하는 멀티 레이저 솔더링이 적용된 레이저 솔더링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 레이저 발생부에 의한 예열은 상기 레이저의 디포커싱에 의해 이루어지는 멀티 레이저 솔더링이 적용된 레이저 솔더링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 솔더링 장치는 열 분포센서, 빔 포지션, 레이저 파워 및 빔 프로파일 중 적어도 하나를 더 포함하는 멀티 레이저 솔더링이 적용된 레이저 솔더링 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔더부의 적어도 일측에는 복수개의 용접 와이어 피더(feeder)가 형성되는 멀티 레이저 솔더링이 적용된 레이저 솔더링 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    복수의 상기 와이어 피더는 서로 상이한 직경을 갖는 와이어를 포함하는 멀티 레이저 솔더링이 적용된 레이저 솔더링 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    복수의 상기 와이어 피더는 회전 가능하게 형성되는 멀티 레이저 솔더링이 적용된 레이저 솔더링 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저의 전달은 상기 헤드부로 광섬유를 통해 전달되는 섬유 레이저(Fiber laser)인 멀티 레이저 솔더링이 적용된 레이저 솔더링 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광섬유의 코어는 원형 또는 다각형으로 형성된 멀티 레이저 솔더링이 적용된 레이저 솔더링 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저의 전달은 상기 헤드부로 광섬유를 통해 전달되는 다이오드 레이저(Diode laser)인 멀티 레이저 솔더링이 적용된 레이저 솔더링 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 대상체는 기 접합되어 상기 이송부에 의해 이송되는 멀티 레이저 솔더링이 적용된 레이저 솔더링 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저는 플랫 탑(Flat-Top) 형태의 출력으로 조사되는 멀티 레이저 솔더링이 적용된 레이저 솔더링 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤드부는 복수 개 구비되고, 상기 레이저는 각각의 상기 헤드부로 빔 스플리터(Beam splitter)에 의해 분할되어 전달되는 멀티 레이저 솔더링이 적용된 레이저 솔더링 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 이송부의 이송대상은 기재를 더 포함하고, 상기 기재는 상기 기재 상에 상기 대상체가 적층될 수 있도록 배치되는 멀티 레이저 솔더링이 적용된 레이저 솔더링 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔더부의 일측에는 상기 대상체의 온도를 측정하는 센서부가 형성되는 멀티 레이저 솔더링이 적용된 레이저 솔더링 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 변환장치를 경유한 레이저를 상기 대상체 간에 토출되는 상기 솔더볼에 조사하고, 상기 솔더볼을 토출시키는 헤드부;를 포함하는 멀티 레이저 솔더링이 적용된 레이저 솔더링 장치.
  17. 이송부 상에 대상체를 배치하는 단계;
    솔더부의 제1 레이저 발생부로부터 기 설정된 온도까지 예열공정을 수행하는 단계;
    상기 대상체 상에 서로 직경이 상이한 와이어를 제공하는 복수의 와이어 피더 중 적어도 하나가 제공되는 단계;
    상기 기 설정된 온도에 도달하면 솔더부의 제2 레이저 발생부로부터 레이저가 조사되어 상기 와이어를 용융 시키는 단계;를 포함하는 멀티 레이저 솔더링 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 용융과정에서 상기 제2 레이저 발생부의 파워를 보정하는 파워보정 단계;를 더 포함하는 멀티 레이저 솔더링 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 파워보정 단계는 상기 제2 레이저의 파워를 증가 또는 감소시키거나 상기 제1 레이저 발생부를 통하여 레이저를 조사하여 수행하는 멀티 레이저 솔더링 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 파워보정 단계는 기 설정된 온도에 도달할 때까지 적어도 1회 이상으로 수행되는 멀티 레이저 솔더링 방법.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 와이어 피더는 단속적으로 수행되되, 동시 또는 선택적으로 동작되는 멀티 레이저 솔더링 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006281284A (ja) * 2005-04-01 2006-10-19 Sango Co Ltd 溶接装置
KR20130064392A (ko) 2011-12-08 2013-06-18 주식회사 넥스아이솔루션 카메라 모듈 솔더링 장치
KR20150037984A (ko) * 2012-07-06 2015-04-08 링컨 글로벌, 인크. 고온 와이어 프로세스 중에 소모품을 가열하기 위한 방법 및 시스템
KR101711884B1 (ko) * 2015-08-31 2017-03-13 (주)다원넥스뷰 플럭스에 의한 오염을 방지하는 레이저 솔더링 장치
KR101858440B1 (ko) * 2017-08-25 2018-06-28 최병찬 레이저 솔더링 장치 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006281284A (ja) * 2005-04-01 2006-10-19 Sango Co Ltd 溶接装置
KR20130064392A (ko) 2011-12-08 2013-06-18 주식회사 넥스아이솔루션 카메라 모듈 솔더링 장치
KR20150037984A (ko) * 2012-07-06 2015-04-08 링컨 글로벌, 인크. 고온 와이어 프로세스 중에 소모품을 가열하기 위한 방법 및 시스템
KR101711884B1 (ko) * 2015-08-31 2017-03-13 (주)다원넥스뷰 플럭스에 의한 오염을 방지하는 레이저 솔더링 장치
KR101858440B1 (ko) * 2017-08-25 2018-06-28 최병찬 레이저 솔더링 장치 및 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024014856A1 (ko) * 2022-07-13 2024-01-18 성균관대학교산학협력단 솔더 범프의 형성 방법

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