KR20220054152A - 회로 기판에 연결된 전자 부품을 제거하는 방법 및 장치 - Google Patents

회로 기판에 연결된 전자 부품을 제거하는 방법 및 장치 Download PDF

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마티아스 페트케
안드레 콜바소브
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파크 테크-파카징 테크놀로지이스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 증가된 속도와 단순한 설계-툴로 회로 기판으로부터 전자 부품을 제거하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 평면 회로 기판 상에 다수의 미니 또는 μLED가 매트릭스로 배열된 디스플레이 기술 분야에서는 결함있는 LED를 교체하거나 제거해야 할 필요가 많다. 이는 일반적으로 결함있는 LED를 가열한 다음 이를 그립핑 툴로 기계적으로 제거하여 수행된다. 가열은 고온 질소 또는 접촉 가열로 이루어진다. 제거 방법은 레이저 빔으로 결함있는 전자 부품 및 회로 기판과의 접촉 영역을 선택적으로 가열하는 단계를 포함한다. 가열 단계와 동시에 진공 흡입이 제거될 전자 부품에 적용된다. 레이저 가열 및 진공 흡입으로 인해 제거될 전자 부품이 회로 기판에서 분리되면 전자 부품이 빨려 나간다. 이는 결함있는 전자 부품을 제거하기 위한 진공 흡입 노즐과 진공 흡입 노즐을 통해 가열 레이저 빔을 결함있는 부품 상으로 안내하는 레이저 빔 방출기를 적용함으로써 달성된다. 레이저 빔을 사용한 가열과 진공 노즐을 사용한 제거는 모두 x-y 평면으로 위치결정되면 되고, 즉 z 평면으로의 이동은 필요없다. 이에 따라 처리 속도가 증가한다.

Description

회로 기판에 연결된 전자 부품을 제거하는 방법 및 장치{Method and apparatus for removing electronic components connected to a circuit board}
본 발명은 청구항 1 내지 9에 따른 회로 기판으로부터 전자 부품을 제거하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
평면 회로 기판 상에 다수의 미니 또는 μLED가 매트릭스로 배열되는 디스플레이 기술 분야에서는 결함있는 LED를 교체 또는 제거해야 하는 경우가 자주 있다. 이는 일반적으로 결함있는 LED를 가열한 다음 그립핑 툴을 써서 기계적으로 제거하여 수행된다. 가열은 고온 질소를 써서 또는 접촉 가열로 이루어진다.
한국 등록특허 제10-1890934 B1호로부터 레이저 빔을 사용하여 결함있는 LED를 가열하고 진공 피펫과 같은 그립핑 툴로 이를 제거하는 결함있는 μLED를 제거하는 방법이 알려져 있다. 이러한 시스템의 단점은 가열 레이저가 x-y 평면으로 위치해야 하는 반면 그립핑 툴은 x-y-z 공간에 위치해야 한다는 것이다. 이로 인해 처리 속도가 감소한다.
따라서, 본 발명의 목적은 처리 속도를 증가시키고 간단한 툴-설계를 사용하면서 기판에서 전자 부품을 제거하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1에 따른 방법 및 청구항 9에 따른 장치로 해결된다.
제거 방법은 레이저 빔에 의해 결함있는 전자 부품 및 회로 기판과의 접촉 영역을 선택적으로 가열하는 단계를 포함한다. 가열 단계와 동시에 제거될 전자 부품에 진공 흡입이 적용된다. 레이저 가열 및 진공 흡입으로 인해 제거될 전자 부품이 회로 기판에서 분리되면 그 전자 부품은 빨려 나간다. 이는 결함있는 전자 부품을 제거하기 위한 진공 흡입 노즐과 진공 흡입 노즐을 통해 가열 레이저 빔을 결함있는 부품 상으로 안내하는 레이저 빔 방출기를 적용함으로써 달성된다.
레이저 빔을 사용한 가열과 진공 노즐을 사용한 제거는 모두 단지 x-y 평면으로의 위치결정만 필요할 뿐이고, 즉 z 평면에서의 이동은 필요하지 않다. 이에 따라 처리 속도가 증가한다.
바람직하게는 레이저 빔은 진공 흡입 노즐을 통해 지향된다. 따라서 진공 흡입 노즐을 위치시킴으로써 그와 동시에 레이저 빔이 올바른 지점에 위치하게 된다.
대안으로서, 레이저 빔은 진공 노즐의 외부에 장착되어 그 측면으로부터 진공 노즐의 흡입구 아래의 결함있는 부품의 위치로 레이저 빔을 향하게 한다. 역시 단지 하나의 장치만 x-y 평면에 배치되면 된다.
종래의 수리 공정과 달리 툴 개구는 부품의 외부 윤곽보다 더 커서 분리된 부품이 진공 채널 내로 통과할 수 있게 한다. 물리적 접촉에 의해 << 100μm의 범위의 부품들을 취급하기 위한 툴의 설계 및 제조에 대한 제약들과 무관하며, 이는 개시된 제거 프로세스를 최소 피치의 처리와 관련하여 더 발전된 것으로 만든다.
바람직하게는 가열 단계 동안 레이저 빔에 대한 온도를 제어하기 위해 가열 단계 동안 결함있는 전자 부품의 온도 및 그 위치에서의 온도가 측정된다. 이에 의해 결함있는 부품의 위치에서 과도한 열과 온도가 생략되고 결함있는 부품의 위치에서 회로 기판의 버닝 손상(damaging burning)이 생략된다.
바람직한 실시예에 따르면, 측정된 온도에 변화가 있을 때 가열이 중단된다. 온도의 이러한 큰 변화는 결함 부품이 진공 흡입에 의해 보드에서 분리되었음을 나타낸다. 레이저 빔 가열을 중지함으로써 보드에 대한 손상이 생략된다.
온도는 바람직하게는 가열된 지점에 접촉하지 않고 적절한 광학기가 있는 IR 센서로 측정된다. IR 센서는 레이저 상호작용 영역 외부에 위치하거나 빔 스플리터를 사용하여 광학 레이저 경로의 일부가 될 수 있다.
대안적으로, 온도 센서에는 광 가이드 섬유(light guide fiber)가 제공되고 그 자유단은 가열 지점 근처에 위치한다. 이로써 다시 가열 지점에서의 온도를 측정할 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 솔더의 산화를 방지하고 그리고/또는 회로 기판으로부터 결함있는 부품의 분리 프로세스에 긍정적인 영향을 미치기 위해 프로세스 가스가 수동적으로 또는 능동적으로 가열 지점에 적용된다.
추가적인 하위 청구항은 추가적인 바람직한 실시예에 관한 것이다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 결함있는 μLED를 포함하는 μLED 매트릭스 및 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제거 툴을 도시한 스케치이다.
도 2는 레이저 빔이 진공 흡입 노즐을 통해 지향되는 본 발명의 제 1 실시예의 상세를 도시한 단면도이다.
도 3은 레이저 빔이 측면에서 흡입 노즐 개구 아래의 지점으로 지향되는 본 발명의 제 2 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 가열 지점을 향하는 광학기를 갖는 IR 온도 센서를 구비한 제 3 실시예를 나타내는 스케치이다.
도 5는 자유 단부가 가열 지점 근처에 위치하는 광 가이드 섬유가 제공된 IR 온도 센서를 갖는 제 4 실시예를 나타내는 스케치이다.
도 6은 빔 분할 유닛에 의해 레이저 경로에 결합된 IR 온도 센서를 갖는 제 4 실시예를 나타내는 스케치이다.
도 7은 본 발명의 제 3, 제 4 및 제 5 실시예에서 다양한 구성 요소의 상호연결을 예시하는 스케치를 도시한다.
도 1 및 2는 본 발명의 제 1 실시예를 도시한다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예의 상세 단면도이다. 전자 부품 제거 툴(2)은 제거될 결함있는 μLED(4x) 위에 위치된다. 결함있는 μLED(4x) 및 복수의 다른 μLED(4)는 도 1에 도시된 바와 같이 매트릭스 배열로 회로 기판(6) 상의 접촉 영역(5) 상에 위치되어 예를 들어 솔더로 회로 기판(6)에 실장된다.
제거 툴(2)은 제거될 μLED(4) 위에 위치할 흡입구(10)를 갖는 진공 흡입 노즐(8)을 포함한다. 또한 제거 툴(2)은 진공 흡입 노즐(8)의 중심을 통해 그리고 흡입구(10)를 통해 제거될 μLED(4x)로 가열 레이저 빔(12)을 지향시키는 레이저 빔 방출기(11)를 포함한다. 레이저 빔(12)으로부터의 열은 회로 기판(6)으로부터 μLED(4x)가 분리시키고 분리된 μLED(4x)는 진공 흡입 노즐(8) 내로 흡입되어 회로 기판(6)에서 제거된다. 제거 툴(2)의 위치, 진공 흡입 및 레이저 빔 방출기(11)의 제어는 제어 및 구동 수단(14)에 의해 달성된다. 레이저 빔(12)은 직경이 작고 초점을 맞출 수 있기 때문에 결함있는 μLED(4x)와 그 접촉 영역(5)만 가열할 수 있다. 이에 의해 이웃하는 μLED(4)에 대한 버닝 손상이 생략된다. 제거 공정 동안 제거 툴(2)은 x-y 평면으로만 위치결정되고, z 방향으로의 이동은 필요없다. 그로 인해 제거 속도가 증가한다.
도 3은 도 2와 같은 단면도이고 본 발명의 제 2 실시예를 도시한다. 도 3에 따른 제 2 실시예에서, 레이저 빔(12)은 진공 흡입 노즐(8) 외부에서 흡입구(10) 아래의 영역으로 안내된다. 이것은 레이저 빔 방출기(11)가 제거 툴(2)의 외부에 견고하게 장착되어 레이저 빔(12)이 흡입구(10) 아래의 영역을 향하게 함으로써 달성된다. 이에 의해 진공 흡입 노즐(8)의 위치결정은 그와 동시에 제거될 결함있는 μLED(4x) 상으로 레이저 빔(12)을 위치시킨다. 다른 모든 특징은 제 1 실시예의 특징과 동일하다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예를 도시한 스케치이다. 제 1 실시예의 특징에 추가하여, 결함있는 μLED(4x) 및 그 부근의 온도를 비접촉 측정하기 위한 IR 광학기(18)를 포함하는 IR 온도 센서(16)가 제공된다. 가열 단계 동안 결함있는 μLED(4x)의 온도를 측정함으로써 제거 공정 동안의 온도가 레이저 빔 방출기(11)에 의해 방출되는 열 에너지를 제어하여 제어 및 구동 수단(14)을 통해 제어될 수 있다.
도 5에 따른 제 4 실시예에서는, IR 광학기(18) 대신 모노필라멘트 광 섬유 가이드(20)가 IR 온도 센서(16)에 연결되고 광 섬유 가이드(20)의 자유 단부는 가열되는 μLED(4x)에 가깝게 위치된다.
IR 온도 센서(16)에 의해 측정된 온도는 결함있는 μLED(4x)가 액체 솔더와 함께 회로 기판(6)에서 분리될 때 크게 변하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 급격한 온도 변화는 가열 공정을 중지하기 위한 표시로서, 즉 밀리 초 내에서 레이저 빔(12)의 방출을 중지시켜 회로 기판(6) 또는 결함없는 μLED(4)의 연소를 방지하는 데 사용된다.
온도는 바람직하게는 가열 지점, 즉 제거될 μLED(4x)에 접촉하지 않고 적절한 광학기(18)를 갖는 IR 센서(16)에 의해 측정된다. IR 센서(16)는 제거 툴(2)의 외부에 배치되고, IR 방사선은 도 3, 4 및 5에 도시된 바와 같이 제거 툴(2)의 외부에서 IR 센서로 안내되거나 또는 도 6에 도시된 바와 같이 빔 분할 유닛(25)을 사용하여 진공 흡입 노즐(8)의 내부로부터 레이저 빔(12) 밖으로 안내된다.
도 6은 진공 흡입 노즐(8) 외부에서 광학기(18)를 사용하여 IR 방사선을 흡입구(10) 아래의 제거될 μLED(4x)로 향하게 하는 것 대신에 빔 분할 유닛(25)에 의해 레이저 경로에 결합된 IR 온도 센서를 갖는 제 4 실시예를 나타내는 스케치이다. 빔 스플리터 유닛(25)은 레이저 빔으로부터의 IR 방사선을 필터링하고 이를 적절한 광학기(18)를 써서 IR 온도 센서(16)로 반사시킨다.
도 7은 본 발명의 제 3, 제 4 및 제 5 실시예에서 다양한 구성 요소의 상호연결을 예시하는 스케치를 도시한다. 추가로, 도 7에는 제거될 가열된 μLED(4x)를 향해 프로세스 가스(24)를 향하게 하는 프로세스 가스 노즐(22)이 도시되어 있다. 프로세스 가스는 가열 단계 동안 액화된 솔더의 산화를 방지하는 데 도움이 되며 가열 단계 동안 가열 역학을 지원할 수 있다. 프로세스 가스의 적용은 마찬가지로 제어 및 구동 수단(14)에 의해 제어된다. 사용되는 프로세스 가스는 질소, 아르곤, 헬륨 또는 포미드(formid)-가스일 수 있다.
μLED(4, 4x)는 일반적으로 회로 기판(6)에 납땜된다. 마찬가지로 접착제를 사용하여 μLED(4, 4x) 또는 다른 전자 부품을 회로 기판(6)에 실장할 수 있다.
다양한 실시예가 결합될 수 있다. 상이한 온도 측정 장치들이 레이저 빔(12)을 제거될 μLED(4x)로 안내하는 상이한 방식들과 결합될 수있다. 마찬가지로, 프로세스 가스의 적용은 전술한 조합과 결합될 수 있다.
2 제거 툴
4 μLED
4x 제거될 결함있는 μLED
5 접촉 영역
6 회로 기판
8 진공 흡입 노즐
10 흡입구
11 레이저 빔 방출기
12 레이저 빔
14 제어 및 구동 수단
16 IR 온도 센서
18 광학기
20 모노필라멘트 광섬유 가이드
22 프로세스 가스 노즐
24 프로세스 가스
25 빔 스플리터

Claims (15)

  1. 접촉 영역(5)에서 회로 기판(6)에 연결된 전자 부품(4x)을 제거하는 방법으로서,
    a) 제거될 전자 부품(4x) 및 그의 회로 기판(6)과의 접촉 영역(5)을 레이저 빔(12)으로 선택적으로 가열하는 단계, 및
    b) 회로 기판(6)에서 전자 부품(4x)을 제거하는 단계를 포함하고,
    단계 b)는 진공 흡입에 의해 전자 부품(4x)을 제거하기 위해 전자 부품(4x) 근처에 진공 배기 노즐(8)을 위치시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 진공 배기 노즐(8)을 통해 레이저 빔(12)이 제거될 전자 부품(4x)으로 향해지는, 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 가열하는 단계 a) 동안 온도를 제어하기 위해 단계 a) 동안 온도를 측정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 측정된 온도가 변할 때, 단계 a)에서의 가열이 중지되는, 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 제거될 전자 부품(4x) 및 그 접촉 영역(5)은 프로세스 가스를 받는, 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 접촉 영역(5)에는 접촉 패드가 제공되고, 상기 접촉 패드는 레이저 빔(12)에 의해 가열되는, 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 제거될 전자 부품(4x)은 회로 기판(8)에 납땜되어 있는, 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 제거될 전자 부품은 LED, 특히 μLED(4x)인, 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치로서,
    레이저 빔 방출기(11),
    회로 기판(6)에서 전자 부품(4x)을 제거하기 위한 수단(2), 및
    레이저 빔(12)을 레이저 빔 방출기(11)에서 제거될 전자 부품(4x)으로 향하게 하여 이를 가열하고 그리고 제거 수단(2)을 제어하여 가열된 전자 부품(4x)을 회로 기판(6)에서 제거하기 위한 제어 및 구동 수단(14)을 포함하고,
    제거 수단(2)은 흡입구(10)를 포함하는 진공 배기 노즐(8)인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 레이저 빔 방출기(11)로부터의 레이저 빔(12)은 진공 흡입 노즐(8) 및 흡입구(10)를 통해 제거될 전자 부품(4x)으로 향하는, 장치 .
  11. 제 9 항에 있어서, 레이저 빔 방출기(11)는 진공 배기 노즐(8)의 외부에 견고하게 장착된, 장치.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 제거될 전자 부품의 온도 및 접촉 영역(5)에서의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(16)를 더 포함하고, 온도 센서(16)는 제어 및 구동 수단(14)과 연결되어 있는, 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 온도 센서는 IR 온도 센서(16)인, 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, IR 온도 센서(16)는 제거될 전자 부품(4x)의 부근에서 끝나는 광 가이드 섬유(20)를 포함하는, 장치.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 및 구동 수단(14)은 진공 배기 노즐(8) 및 레이저 빔(12)을 일 평면에 위치시키도록 구성된, 장치.
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