KR20220108737A - 범프 형성 장치, 범프 형성 방법, 땜납 볼 리페어 장치, 및, 땜납 볼 리페어 방법 - Google Patents

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다쿠야 가이즈
가즈히로 후지세
다이치 미즈코시
료스케 미즈토리
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아이메카테크 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 본 발명은, 극미세 땜납 범프 형성에 있어서, 신뢰성이 높은 납땜 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[해결 수단] 본 발명의 범프 형성 장치는, 기판 상에 형성된 전극 패드 상에, 땜납 볼을 공급하는 범프 형성 장치로서, 공급된 땜납 볼에 플라즈마를 조사하여, 땜납 볼의 산화막을 제거하는 플라즈마 발생 장치와, 땜납 볼에 레이저를 조사하여, 땜납 볼을 용융하는 레이저 발생 장치를 구비하고, 플라즈마 조사 수단에 의해 땜납 볼의 산화막을 제거함과 동시에, 레이저 조사 수단에 의해 땜납 볼을 용융하여, 전극 패드에 땜납 범프를 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

범프 형성 장치, 범프 형성 방법, 땜납 볼 리페어 장치, 및, 땜납 볼 리페어 방법{BUMP FORMING APPARATUS, BUMP FORMING METHOD, SOLDER BALL REPAIR APPARATUS AND SOLDER BALL REPAIR METHOD}
본 발명은, 반도체 장치에 사용되는 패키지 기판의 전극 제조 공정에 있어서, 기판 상에 땜납 볼을 탑재하는 범프 형성 장치 및 범프 형성 방법, 그리고, 형성되는 전극을 검사하여 결함 부분을 보수(리페어)하는 땜납 볼 리페어 장치 및 땜납 볼 리페어 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치의 전기적 접속에, 땜납을 사용하는 범프 형성 기술이 사용되고 있다. 예를 들면, 고정밀도 스크린 인쇄 장치를 사용하여, 기판의 전극 상에 크림 땜납을 인쇄하여 리플로우함으로써, 150~180㎛ 피치로 직경 80~100㎛의 땜납 범프 전극을 형성하는 크림 땜납 인쇄법이 있다.
또한, 반도체 장치의 소형화·고성능화에 의한 전극 미세화에 따른, 미세한 구멍을 고정밀도로 가공한 지그에 땜납 볼을 흔들어 넣어 소정의 피치로 정렬시키고, 직접 기판 상에 탑재하고 나서 리플로우함으로써, 땜납 범프 전극을 형성하는 볼 흔들어 넣음법이 있다.
이러한 배경기술에 있어서, 일본공개특허 특개2000-049183호 공보(특허 문헌 1)에는, 마스크 상에 에어 노즐로부터 땜납 볼을 공급하고, 마스크를 요동 및 진동시키면서, 소정의 개구부에 땜납 볼을 충전하고, 추가로, 브러시나 스퀴지의 병진 운동에 의해 충전하고 나서 가열하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 모든 땜납 볼이 각 범프 형성 위치에 올바르게 탑재된다고는 한정되지 않고, 경우에 따라서는 탑재 불량이 발생하는 경우가 있다.
따라서, 일본공개특허 특개2003-309139호 공보(특허 문헌 2)에는, 땜납 볼의 리페어 장치를 설치하고, 불량 땜납 볼을 관(管) 부재로 흡인하여, 제거한 후, 관 부재에 새로운 양품(良品) 땜납 볼을 흡착시키고 나서 결함이 있었던 부분에 반송 및 재탑재하여, 레이저광 조사부에 의해, 관 부재의 내측으로부터 레이저광을 조사하여 땜납 볼을 용융시켜 임시 고정하는 기술이 개시되어 있다.
또한, 일본공개특허 특개2008-288515호 공보(특허 문헌 3) 및 일본공개특허 특개2009-177015호 공보(특허 문헌 4)에는, 땜납 볼의 인쇄된 기판의 상태를 검사하여, 불량 상태에 따라 보수를 행하는 검사·리페어부로 이루어지는 땜납 볼 인쇄 장치가 개시되어 있다.
또한, 일본공개특허 특개2010-010565호 공보(특허 문헌 5)에는, 기판의 전극 패드 상에 탑재된 땜납 볼의 상태를 검사하여, 결함이 검출된 전극 패드에 땜납 볼을 공급하는 수복용 디스펜서를 구비한 땜납 볼 검사 리페어 장치가 개시되어 있다.
또한, 땜납 볼을 가열하는 것으로서, 일본특허 제3173338호(특허 문헌 6), 일본특허 제3822834호(특허 문헌 7), 일본특허 제5098648호(특허 문헌 8)가 있으며, 플라즈마를 사용하여 산화막을 제거하는 것으로서, 일본공개특허 특개2015-103688호 공보(특허 문헌 9)가 있으며, 가열 용융을 레이저에서 행하는 것으로서, 일본공개특허 특개2003-309139호 공보(특허 문헌 10)가 있다.
일본공개특허 특개2000-049183호 공보 일본공개특허 특개2003-309139호 공보 일본공개특허 특개2008-288515호 공보 일본공개특허 특개2009-177015호 공보 일본공개특허 특개2010-010565호 공보 일본특허 제3173338호 일본특허 제3822834호 일본특허 제5098648호 일본공개특허 특개2015-103688호 공보 일본공개특허 특개2003-309139호 공보
현재, 5G(제 5 세대 이동 통신 시스템) 대응 기술의 실용화가 시작되고 있다. 또한, 범프 전극 형성에 이용되는, 땜납 볼 직경도 70~80㎛에서부터, 30~50㎛ 이하 등으로 극소 사이즈화가 진행되고 있다. 5G에 사용되는 반도체 장치의 소형화·고속화·대용량화에 의한 범프 전극의 극미세화에 따라, 상기한 특허 문헌에서 개시된 기술이나 장치에 의해 리플로우를 행한 경우여도, 땜납 젖음성이나 금속간 화합물(IMC)층 등의 문제로부터, 납땜 결함이나 균열 등, 땜납 접합 계면의 신뢰성의 저하나 땜납 범프 전극에 있어서의 결함 발생 등이 문제가 되고 있다.
특허 문헌 2에 개시되어 있는 기술에서는, 리페어 후에 잔존 플럭스의 양이 적어지고 있는 확률이 높으며, 리플로우 시에, 땜납 젖음성이 나쁜 경우, 땜납 볼이 용해되었을 때에 전극 패드부에 대한 납땜이 불완전해지는 젖음 불량이 발생할 우려가 있다.
또한, 특허 문헌 3~5에 개시되어 있는 땜납 볼 인쇄 장치에 있어서의 땜납 볼 검사 리페어 장치, 및, 특허 문헌 6~10에 개시되어 있는 기술에서는, 리플로우 후에 재검사하고, 땜납 볼을 탑재하여, 리페어를 실시한 경우, 새롭게 재공급하는 땜납 볼에 플럭스를 도포하고 있어도, 선행하여 행해진 리플로우 공정의 산화 작용에 의해 전극 패드부가 데미지(영향)를 받고 있기 때문에, 납땜 결함이 발생할 확률이 높다. 또한, 통상의 납땜에 비교하면, 납땜 신뢰성에 문제가 발생할 가능성이 있었다.
따라서, 본 발명은, 기판의 전극 패드 상에 발생한 범프 결함을 검사하여, 결함 전극부에 땜납 볼을 재공급·리페어를 행하여, 납땜하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 극미세 땜납 범프에 있어서, 리플로우 후의 범프 전극의 결함 부위로의 리페어·납땜으로서, 신뢰성이 높은 리페어 납땜 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 극미세 땜납 범프 형성에 있어서, 신뢰성이 높은 납땜 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 범프 형성 장치는, 기판 상에 형성된 전극 패드 상에, 땜납 볼을 공급하는 범프 형성 장치로서, 공급된 땜납 볼에 플라즈마를 조사하고, 땜납 볼의 산화막을 제거하는 플라즈마 발생 장치(플라즈마 조사 수단)와, 땜납 볼에 레이저를 조사하고, 땜납 볼을 용융하는 레이저 발생 장치(레이저 조사 수단)를 구비하고, 플라즈마 조사 수단으로부터 조사되는 플라즈마에 의해 땜납 볼의 산화막을 제거함과 동시에, 레이저 조사 수단으로부터 조사되는 레이저에 의해 땜납 볼을 용융하여, 전극 패드에 땜납 범프를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 범프 형성 방법은, 기판 상에 형성된 전극 패드 상에, 땜납 볼을 공급하는 범프 형성 방법으로서, 전극 패드에 땜납 볼을 공급 후, 땜납 볼에 플라즈마를 조사함과 함께, 레이저를 조사하고, 땜납 볼의 산화막을 제거함과 동시에, 땜납 볼을 용융하여, 전극 패드에 납땜하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 땜납 볼 리페어 장치는, 기판의 전극 패드 상에 형성된 땜납 범프의 상태를 검사하여, 결함이 검출된 전극 패드에 땜납 볼을 공급하는 수복용 디스펜서를 구비하고, 수복용 디스펜서에 의해 공급된 땜납 볼에 플라즈마를 조사하고, 땜납 볼의 산화막을 제거하는 플라즈마 발생 장치와, 땜납 볼에 레이저를 조사하고, 땜납 볼을 용융하는 레이저 발생 장치를 구비하고, 땜납 볼의 산화막을 제거함과 동시에, 땜납 볼을 용융하고, 전극 패드에 땜납 범프를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 땜납 볼 리페어 방법은, 기판의 전극 패드 상에 형성된 땜납 범프의 상태를 땜납 볼 검사 공정에 의해 검사하고, 땜납 볼 검사 공정에 의해 결함이 검출된 전극 패드에 수복용 디스펜서에 의해 땜납 볼을 공급하고, 수복용 디스펜서에 의해 결함이 검출된 전극 패드에 땜납 볼을 공급 후, 땜납 볼에 플라즈마를 조사함과 함께, 레이저를 조사하고, 땜납 볼의 산화막을 제거함과 동시에, 땜납 볼을 용융하여, 상기 전극 패드에 납땜하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 기판의 전극 패드 상에 발생한 범프 결함을 검사하여, 결함 전극부에 땜납 볼을 재공급·리페어를 행하여, 납땜하는 장치를 제공할 수 있다. 또한, 극미세 땜납 범프에 있어서, 리플로우 후의 범프 전극의 결함 부위로의 리페어·납땜으로서, 신뢰성이 높은 리페어 납땜 장치 및 방법을 제공할 수 있다. 또한, 극미세 땜납 범프 형성에 있어서, 신뢰성이 높은 납땜 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기한 이외의 과제, 구성 및 효과에 대해서는, 실시예의 설명에 의해 명백해진다.
도 1은 플럭스 인쇄 및 땜납 볼 탑재·인쇄 공정을 나타내는 개략도이다.
도 2는 플럭스 인쇄에서부터 땜납 볼 검사 리페어까지의 공정을 설명하는 개략도이다.
도 3은 범프 형성의 공정을 나타내는 플로우 차트이다.
도 4는 땜납 볼 공급 헤드의 전체 구조를 나타내는 측면도이다.
도 5는 땜납 볼 탑재·인쇄 동작을 설명하는 개략도이다.
도 6은 땜납 볼 탑재·인쇄 후의 기판의 상태예를 나타내는 평면도이다.
도 7은 땜납 볼 탑재·인쇄 후의 대표적인 결함예를 도시한 개략도이다.
도 8은 땜납 볼 탑재·인쇄 후의 리페어 작업에 대하여 설명하는 개략도이다.
도 9는 검사 리페어 장치의 개략 구성에 대하여 설명하는 평면도이다.
도 10은 수복용 디스펜서의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 11은 수복용 디스펜서의 선단부에 있어서의 땜납 볼의 흡착 분리 동작을 설명하는 확대도이다.
도 12는 본 발명의 실시예인 플라즈마 레이저 리페어 시스템을 나타내는 외견도이다.
도 13은 플라즈마 레이저 리페어 장치를 설명하는 설명도이다.
도 14는 플라즈마 레이저 리페어 헤드부를 설명하는 설명도이다.
도 15는 플라즈마 레이저 리페어 동작을 나타내는 플로우 차트이다.
도 16은 실시예 2의 플라즈마 레이저 헤드부를 설명하는 설명도이다.
도 17은 실시예 2의 플라즈마 레이저 헤드부의 원리를 설명하는 설명도이다.
도 18은 실시예 2의 플라즈마 레이저 헤드부의 구성을 설명하는 설명도이다.
도 19는 실시예 2에 있어서의 펄스 조사를 설명하는 설명도이다.
이하, 도면을 사용하여, 본 발명의 실시예에 의한 장치 및 방법의 바람직한 실시 형태에 대하여 설명한다.
[실시예 1]
도 1에, 플럭스 인쇄 및 땜납 볼 탑재·인쇄 공정의 개요를 나타낸다.
도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 먼저, 기판(21)의 전극 패드(22) 상에 소정량의 플럭스(23)를 스크린 인쇄법에 의해 전사한다. 본 실시예에서는, 스크린(20)에는 고정밀도인 패턴 위치 정밀도를 보장할 수 있도록, 애디티브법으로 제작한 메탈 스크린을 사용하고 있다. 스퀴지(3)로서는 각(角) 스퀴지, 검(劍) 스퀴지, 및 평(平) 스퀴지 중 어느 것을 이용해도 된다. 우선, 플럭스(23)의 점도·칙소성에 따른 스크린 갭, 인쇄압, 및 스퀴지 속도 등의 조건을 설정한다. 그리고, 설정된 조건으로 플럭스의 인쇄를 실행한다.
인쇄된 플럭스(23)의 양이 적은 경우, 땜납 볼 충전 시에 땜납 볼을 전극 패드(22) 상에 부착할 수 없을 우려가 있다. 또한 리플로우 시의 땜납 젖음 불량의 요인이 되어, 깨끗한 형상의 범프를 형성할 수 없어, 범프 높이 불량이나 땜납 접속 강도 부족의 요인이 된다.
반대로 플럭스의 양이 지나치게 많은 경우, 땜납 볼 탑재·인쇄 시에 스크린의 개구부에 여분인 플럭스가 부착되면, 땜납 볼이 스크린의 개구부에 부착되어버려, 땜납 볼이 기판 상에 전사할 수 없게 된다. 이와 같이 플럭스 인쇄는, 땜납 볼 탑재에 있어서의 품질을 유지하기 위해 매우 중요한 팩터이다.
이어서, 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 플럭스(23)가 인쇄된 기판(21)의 전극 패드(22) 상에 땜납 볼(24)을 탑재·인쇄한다. 본 실시예에서는, 직경 약 30㎛의 땜납 볼을 사용한다. 또한, 땜납 볼은 반도체 장치의 소형화·고속화·대용량화에 의한 범프 전극의 극미세화에 따라, 그 직경도 25㎛~30㎛로, 극소 사이즈화가 진행되고 있다. 땜납 볼(24)의 탑재에 있어서 사용하는 스크린(20b)에는, 고정밀도인 패턴 위치 정밀도를 보장할 수 있도록 애디티브법으로 제작한 메탈 스크린을 사용한다.
스크린(20b)의 재질에는 예를 들면 니켈과 같은 자성체 재료를 사용한다. 이에 따라, 스크린(20b)은, 스테이지(10)에 마련되어 있는 자석(10s)으로부터 자력에 의해 흡인되어, 기판(21)과 스크린(20b)과의 사이의 갭을 제로로 할 수 있다. 따라서, 땜납 볼(24)이 기판(21)과 스크린(20b)의 사이에 파고들어 잉여 볼을 발생시킨다고 하는 불량을 방지할 수 있다.
또한, 스크린(20b)의 이면에는 수지제 또는 금속제의 미소한 지주(支柱)(20a)를 마련하고 있다. 이에 따라, 플럭스(23)가 번진 경우의 퇴피부를 구성하고 있다. 따라서, 플럭스(23)를 인쇄한 기판(21)이 스크린(20b)에 밀착되었을 때에, 플럭스(23)의 번짐이 스크린의 개구부 내에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
기판(21)의 코너 4점에는 위치 결정 마크(도시하지 않음)가 마련되어 있다. 기판(21) 상의 위치 결정 마크와 스크린(20b)측의 위치 결정 마크(도시하지 않음)를 카메라(15f)(도 2 참조)에 의해 시각 인식하여, 고정밀도로 위치 맞춤한다. 이에 따라, 소정의 전극 패드(22) 상에 땜납 볼(24)을 고정밀도로 공급하는 것이 가능해진다.
스크린(20b) 상에 나타낸 슬릿 형상체(63)는, 땜납 볼을 공급하기 위한 충전 유닛(도 4 참조)을 구성하는 하나의 요소이다. 슬릿 형상체(63)를 요동시키면서 충전 유닛이 화살표(60V) 방향으로 이동함으로써, 땜납 볼(24)이 눌려 굴려져, 스크린(20b)의 개구부(20d)로 차례차례로 충전되어 간다.
도 2는, 플럭스 인쇄에서부터 땜납 볼 검사 리페어까지의 공정의 일 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 2에 나타내는 장치는, 플럭스 인쇄부(101), 땜납 볼 탑재·인쇄부(103), 및 검사·리페어부(104)를 일체로 구성한 것이다. 각 부는 벨트 컨베이어(25)로 연결되고, 그 벨트 컨베이어(25)에 의해 기판이 반송된다. 플럭스 인쇄부(101) 및 땜납 볼 탑재·인쇄부(103)에는, 작업을 위한 테이블(10f), 테이블(10b)이 마련되어 있다. 이 테이블(10f), 테이블(10b)을 상하 이동하여 기판의 주고 받음과 수취를 행한다. 테이블(10f), 테이블(10b)은 수평 방향(XYθ 방향)으로도 이동 가능하게 구성하고 있다. 또한, 카메라(15f), 카메라(15b)로 스크린(20), 스크린(20b)과 기판의 위치 맞춤 마크(도시하지 않음)를 촬상함으로써, 스크린(20), 스크린(20b)과 기판과의 위치 맞춤을 행할 수 있도록 구성하고 있다. 검사·리페어부(104)를 통과한 기판은 다음 단의 공정의 도면에 나타내지 않은 리플로우부에 보내져, 가열됨으로써, 탑재된 땜납 볼은 용융되고, 전극 패드 상에 납땜되어, 범프가 형성되게 된다.
도 3에, 본 실시예에 있어서의 범프 형성 공정의 플로우 차트를 나타낸다.
우선 기판을 플럭스 인쇄부에 반입한다(STEP 1). 그 후, 전극 패드 상에 소정량의 플럭스를 인쇄한다(STEP 2). 이어서, 플럭스 인쇄 후의 스크린 개구 상황을 검사한다(STEP 3). 검사의 결과 NG(불량)인 경우, 인쇄 장치 내에 구비한 판하(版下) 청소 장치에 의해 자동적으로 스크린 청소를 실시하고, 필요에 따라 플럭스를 공급 보충한다. 또한 NG가 된 기판은, 땜납 볼 인쇄 이후의 공정을 실시하지 않도록, NG 신호와 함께 후공정의 컨베이어 상에서 대기시켜 라인 밖으로 배출한다. 인라인의 NG 기판 스토커 등을 사용함으로써 매거진 일괄로 배출해도 된다. NG 기판은 라인 밖의 공정에서 세정 실시 후, 재차 플럭스 인쇄에 사용 가능해진다(STEP 4).
양품 기판에 대해서는 땜납 볼 탑재·인쇄를 실시한다(STEP 5). 땜납 볼 탑재·인쇄가 종료하면, 판 분리시키기 전에, 스크린의 상방으로부터 스크린 개구 내에 있어서의 땜납 볼의 충전 상황을 검사한다(STEP 6). 그 결과, 충전 부족의 개소가 있었던 경우, 재차 땜납 볼 탑재·인쇄 동작을 실행한다(STEP 7). 이에 따라, 땜납 볼의 충전율을 향상시킬 수 있다.
STEP6의 검사에서 OK가 되면, 판 분리를 실시하고(STEP 8), 검사·리페어 장치에 의해 땜납 볼의 탑재 상황을 검사한다(STEP 9). 땜납 볼 탑재 상황의 검사에 의해 NG인 경우에는, 플럭스를 공급하고 나서, 불량 개소의 전극 패드부에 땜납 볼을 재공급한다(STEP 10). 탑재 상황의 검사에 의해 OK인 경우, 다음 단의 공정에 배치한 도면에 나타내지 않은 리플로우 장치에 의해 땜납 볼을 용융하여(STEP 11), 땜납 범프가 완성된다.
도 4는, 땜납 볼 공급 헤드의 전체 구조를 나타내는 측면도이며, 땜납 볼 탑재·인쇄부에 있어서의, 땜납 볼을 기판 상에 탑재하기 위한 땜납 볼 공급 헤드(충전 유닛)의 구성을 나타내는 도면이다.
땜납 볼 공급 헤드(60)는, 케이싱(61)과 덮개(64)와 시브 형상체(62)로 형성되는 공간에 땜납 볼(24)을 수납하는 볼 케이스와, 시브 형상체(62)의 하방으로 간격을 두고 마련된 슬릿 형상체(63)를 구비하고 있다. 시브 형상체(62)는, 공급 대상의 땜납 볼(24)의 직경에 적합하도록, 망목(網目) 형상의 개구 혹은 연속된 직사각형 형상의 슬릿부 등의 개구를 가지는 매우 얇은 금속판으로 형성되어 있다. 시브 형상체(62)의 하방에는, 슬릿 형상체(63)를 배치하고, 슬릿 형상체(63)가 스크린(20b)과 면 접촉하도록 구성되어 있다.
또한, 덮개(64)의 상방에 마련된 인쇄 헤드 승강 기구(4)에 의해, 스크린(20b)에 대한 슬릿 형상체(63)의 접촉 정도·갭을 미조정할 수 있다. 슬릿 형상체(63)는 자성 재료로 이루어지는 매우 얇은 금속판으로 형성되어 있다. 자성 재료를 사용함으로써, 자석을 마련한 스테이지(10)로부터의 자력에 의해, 자성 재료로 형성된 스크린(20b)에 대하여 슬릿 형상체(63)가 흡착 가능하게 된 것이다. 슬릿 형상체(63)는, 대상의 땜납 볼(24)의 직경 및 스크린(20b)의 개구부(20d)의 치수에 적합하도록, 예를 들면 망목 형상의 개구 혹은 연속된 직사각형 형상의 슬릿부를 가진다.
또한, 땜납 볼 공급 헤드(60)는, 볼 케이스에 마련되어 있는 시브 형상체(62)를 수평 방향으로 가진(加振)하는 수평 진동 기구를 구비하고 있다. 수평 진동 기구는, 볼 케이스의 측면에 대하여 평행한 위치에 형성한 부재에 가진 수단(65)을 장착하고, 그 부재를 장착한 지지 부재(70)를 덮개(64)의 상면에 마련함으로써 구성했다. 이 구성에 의해, 볼 케이스를 그 측면측으로부터 가진 수단(65)에 의해 가진함으로써, 시브 형상체(62)를 진동시킬 수 있다. 시브 형상체(62)를 진동시킴으로써, 시브 형상체(62)에 마련되어 있는 슬릿 형상의 개구를 땜납 볼(24)의 직경보다 크게 개방할 수 있다. 이에 따라, 볼 케이스에 수납한 땜납 볼(24)이, 시브 형상체(62)의 슬릿부로부터 슬릿 형상체(63) 상에 낙하한다. 슬릿 형상체(63) 상에 낙하시키는 땜납 볼(24)의 수량, 즉 땜납 볼(24)의 공급량은 가진 수단(65)에 의한 가진 에너지를 제어함으로써 조정할 수 있다.
가진 수단(65)은, 에어 로터리식 바이브레이터를 이용하여, 압축 에어 압력을 디지털 제어에 의해 미조정함으로써 진동수를 제어할 수 있는 것이다. 혹은, 압축 에어 유량을 제어하여 진동수를 가변해도 된다. 가진 수단(65)에 의해, 시브 형상체(62) 및 볼 케이스는, 볼 케이스 내에 수용된 땜납 볼(24)에 진동을 부여하여, 땜납 볼(24) 사이에 작용하는 반데르발스 힘에 의한 흡인력을 상쇄하여 분산시킨다. 그 분산 효과에 의해, 땜납 볼(24)의 재료나 생산 환경에 있어서의 온도·습도의 영향에 의해 땜납 볼 공급량이 변화되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 생산 효율을 고려한 조정이 가능해진다.
또한, 땜납 볼 공급 헤드(60)에는, 볼 케이스를 수평 방향으로 요동시키기 위한 수평 요동 기구가 마련되어 있다. 수평 요동 기구는 다음과 같이 구성되어 있다. 지지 부재(70)의 상부에 리니어 가이드(67)를 마련하고, 리니어 가이드(67)가 이동할 수 있도록 리니어 레일을 마련한 충전 헤드 지지 부재(71)가 마련되어 있다. 이 충전 헤드 지지 부재(71)에는 구동용 모터(68)가 마련되어 있으며, 이 구동용 모터(68)의 축에 편심 캠(66)이 장착되어 있다. 편심 캠(66)이 회전하면 지지 부재(70)가 수평 방향으로 이동(요동)하는 구성으로 되어 있다. 충전 헤드 지지 부재(71)는 모터 지지 부재(2)에 지지되어 있으며, 모터 지지 부재(2)에 대하여 좌우 방향으로는 이동하지 않도록 구성되어 있다.
즉, 수평 요동 기구는, 구동용 모터(68)에 의해 편심 캠(66)을 회전시킴으로써, 임의의 스트로크량으로 슬릿 형상체(63)에 대하여 수평 방향으로 요동 동작을 부여하는 것이다. 슬릿 형상체(63)는, 자력(磁力)에 의해 스크린(20b)에 흡착된 상태로 요동 동작하므로, 슬릿 형상체(63)와 스크린(20b)의 사이에는 간극이 벌어지지 않게 확실하게 땜납 볼(24)을 굴리는 것이 가능하다. 또한, 슬릿 형상체(63)의 개구 사이즈에 따라, 땜납 볼(24)을 확실하게 슬릿 형상체(63)의 개구에 보충하면서 효율이 좋은 충전 동작이 가능하다. 스크린(20b)과 요동 동작의 사이클 속도는, 구동용 모터(68)의 속도를 제어함으로써 임의로 가변할 수 있고, 라인 밸런스를 고려한 땜납 볼(24)의 충전 택트를 설정할 수 있다. 또한, 땜납 볼(24)의 재료의 종류, 스크린(20b)의 개구, 및 환경 조건에 적합한 사이클 속도를 조정함으로써 충전율을 제어 가능하게 했다.
또한, 땜납 볼 공급 헤드(60)에는 주걱(spatula) 형상체(69)를 마련하고 있다. 땜납 볼 공급 헤드(60)에 의해 기판(21) 상에 땜납 볼(24)을 공급한 후에, 스크린(20b)을 기판(21)면으로부터 방치 시, 즉 판 분리를 실시하여 기판 상으로 땜납 볼을 전사할 때에, 스크린(20b)의 판면 상에 땜납 볼(24)의 잔류가 있으면, 스크린(20b)의 개구부(20d)를 통하여 땜납 볼(24)이 기판(21) 상에 낙하하여, 과잉 땜납 볼이 공급되어버리는 원인이 된다. 이 때문에, 본 실시예에서는 땜납 볼 공급 헤드(60)의 진행 방향으로 볼 케이스로부터 간격을 두고, 주걱 형상체(69)를 슬릿 형상체(63)와 대략 동일한 높이로 마련되어 있다. 주걱 형상체(69)의 선단은 매우 얇고 평탄 정밀도가 높은 상태로 연마되어 있으며, 스크린(20b)에 밀착된 상태로, 땜납 볼(24)을 땜납 볼 공급 헤드(60)의 외부로 비어져 나오지 않도록 하고 있다.
또한, 주걱 형상체(69)에는 자성체 재료를 이용하여, 슬릿 형상체(63)와 마찬가지로 자력으로 스크린(20b)에 밀착하므로, 땜납 볼(24)이 땜납 볼 공급 헤드(60)의 외부로 비어져 나와버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 주걱 형상체(69)를 볼 케이스의 외주부 전체 영역에 마련하도록 구성해도 된다. 주걱 형상체(69)에 의해 스크린(20b)의 판면 상의 볼 잔류는 최대한 적게 할 수 있다.
그러나, 스크린(20b)의 판면의 미소 변위에 의한 볼 잔류의 영향은 여전히 생각될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 과잉 땜납 볼에 의한 불량을 더 적게 하기 위해, 땜납 볼 공급 헤드(60)에, 에어 커튼을 형성하기 위한 송풍 기구(75)를 마련했다.
즉, 인쇄 헤드 승강 기구(4)를 지지하는 모터 지지 부재(2)에 송풍 기구(75)를 마련하여, 충전 유닛의 주위에 에어 커튼을 형성하도록 한 것이다. 이 송풍 기구(75)에는 도면에 나타내지 않은 압축 공기 공급원으로부터 압축 공기가 공급되도록 구성되어 있다. 송풍 기구(75)를 사용하면, 땜납 볼 공급 헤드(60)가 기판 단면 방향으로 이동할 때에, 밀려 나온 땜납 볼을 압축 에어에 의해 땜납 볼 공급 헤드(60)의 이동 방향측으로 눌러 굴린다. 따라서, 판면 상의 땜납 볼 잔류를 방지할 수 있다.
이어서, 땜납 볼을 기판 상에 탑재·인쇄하는 동작에 대하여 설명한다.
도 5는 땜납 볼 탑재·인쇄 동작을 설명하는 개략도이다. 땜납 볼 탑재·인쇄 동작에는, 주로 땜납 볼 공급 헤드(60)와 스위퍼(130)가 사용된다.
먼저, (1)에 나타내는 바와 같이, 땜납 볼 공급 헤드(60)는, 기판(21)의 길이 방향으로 이동하면서, 수평 진동 기구에 의해 볼 케이스를 진동시켜, 스크린(20b)의 개구부에 땜납 볼을 충전한다. 또한, (2)에 나타내는 바와 같이, 땜납 볼 공급 헤드(60)는, 수평 요동 기구에 의한 요동 동작도 병용하여, 땜납 볼을 굴려 확실하게 개구부에 충전하면서, 수평 방향(화살표 A 방향)으로 왕복 이동한다.
스크린 개구부로의 땜납 볼 충전 동작이 끝나면, 땜납 볼 공급 헤드(60)는 (3)의 화살표 B에 나타내는 바와 같이 상승한다. 그 후, (4)의 화살표 C에 나타내는 바와 같이 기판(21)의 상방을 길이 방향으로 이동하고, 원래의 위치로 되돌아가면 화살표 D에 나타내는 바와 같이 스크린(20b)에 접하는 위치까지 하강하여 정지한다.
이어서, 스위퍼(130)에 의한 스위프 동작에 대하여 설명한다.
스위퍼(130)는, 상기 충전 동작 후에 의도하지 않게 스크린 상에 남아버린 땜납 볼을 쓸어 모으기 위한 것이다. 스위퍼(130)의 바닥부에는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 복수의 스퀴지(131)가 형성되어 있다. 스퀴지(131)는, 스위퍼(130)의 동작 진행 방향과는 역 방향으로 일정 각도 기울여 장착되어 있다(세부(細部)는 도시하지 않음). 스퀴지(131)가 스크린 상을 이동하여 그 표면을 빗질함으로써, 스크린 상의 땜납 볼을 빗자루와 같이 쓸어 모을 수 있다.
땜납 볼 공급 헤드(60)에 의한 충전 동작이 종료되면, (5)에 나타내는 바와 같이, 스위퍼(130)가 스크린(20b)에 접한 상태로 화살표 E에 나타내는 수평 방향으로 이동한다. 즉, 스위퍼(130)의 바닥부에 장착된 복수의 스퀴지(131)가, 스크린(20b)의 상면을 따라 수평 방향으로 진행된다. 이 때, 스크린(20b) 상에 남아있는 땜납 볼이 쓸어 모아져, 스크린(20b)이 비어 있는 개구부로 떨어뜨려 넣어진다. 이에 따라, 후술하는 도 6, 7에 나타내는 바와 같은 볼 없음 불량을 없앨 수 있다. 또한, 스크린(20b) 상의 땜납 볼을 모두 쓸어 내어, 최종적으로 스크린(20b) 상에 잉여 땜납 볼이 남아있지 않은 상태로 한다.
스위퍼(130)는, 스크린(20b)에 있어서의 개구부가 존재하는 단부 부근까지 이동하면, 화살표 F에 나타내는 바와 같이 일단 상승한다. 그 후, (6)의 화살표 G에 나타내는 바와 같이 기판(21)의 상방을 길이 방향으로 되돌리고, 화살표 H에 나타내는 바와 같이 다시 스크린(20b)에 접하는 위치까지 하강한다. 그 후 또한 마찬가지인 스위프 동작을 반복한다. 이 스위프 동작은, 스크린(20b) 상의 땜납 볼이 완전히 일소(一掃)될 때까지 수회에 걸쳐 실행된다. 또한, 경우에 따라서는, (7)의 화살표 I에 나타내는 바와 같이, 스크린(20b) 상의 일부분에 한정된 스위프 동작을 다른 부분으로 이동하면서 연속하여 실행해도 된다.
이상의 스위프 동작에 의해, 비어 있는 모든 개구부에 땜납 볼을 충전할 수 있으므로, 볼 없음 불량을 없애는 것이 가능해진다. 또한, 최종적으로 스크린(20b) 상의 잉여 땜납 볼이 모두 남김 없이 쓸어 내지므로, 스크린(20b)을 기판(21)으로부터 분리할 때에, 스크린(20b)의 개구부에 잉여 땜납 볼이 인입되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 후술하는 도 6, 7에 나타내는 바와 같은 더블 볼 불량을 없앨 수 있다.
도 6에, 땜납 볼 탑재·인쇄 후에 있어서의, 기판 상의 땜납 볼 충전 상황의 예를 나타낸다.
기판(21)을 카메라로 촬상한 경우, 땜납 볼이 모든 전극부에 대하여 양호하게 충전되면, (a)에 나타내는 바와 같은 상태를 관찰할 수 있다. (b)는, 땜납 볼의 일부의 충전이 불완전한 상태(볼 없음 불량)를 나타낸다. (c)는, 땜납 볼끼리가 흡착된 더블 볼 상태, 및 잉여 땜납 볼이 전극부로부터 비어져 나오고 있는 상태를 나타낸다.
도 7은 땜납 볼 탑재·인쇄 후의 대표적인 결함예를 나타내고 있다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 땜납 볼 충전 불량의 예로서, 예를 들면, 땜납 볼이 충전되어 있지 않은 「볼 없음의 상태」, 근접하는 땜납 볼끼리가 겹쳐진 「더블 볼의 상태」, 및 땜납 볼이 전극부의 플럭스 도포 위치로부터 어긋난 「위치 어긋남 볼의 상태」를 들 수 있다.
이러한 상태로 기판을 후공정(리플로우 공정)으로 흘려버리면, 불합격품이 생산되게 된다. 따라서 기판 상의 충전 상황을 검사하고, 상기 충전 유닛(땜납 볼 공급 헤드)에 의해 탑재·인쇄 동작을 리트라이함으로써, 불량품을 양품으로 수정하는 것이 가능해진다. 이 검출에는, 양품 모델과 비교하는 패턴 매칭에 의해 판정이 가능하다. 땜납 볼 탑재·인쇄 후에, 충전 유닛에 장착한 라인 센서 카메라(도시하지 않음)로 에어리어 단위로 일괄 인식을 행한다. 만약 NG이면 재차 땜납 볼 탑재·인쇄를 실행한다. 합격이면, 판 분리 동작을 실행하여, 기판을 후공정으로 배출한다.
도 8은, 땜납 볼 탑재·인쇄 후의 검사·리페어부에서의 리페어 작업에 대하여 설명하는 도이다.
검사·리페어부에서는, 먼저, 땜납 볼 탑재·인쇄가 완료된 후, 기판 상의 충전 상황을 CCD(Charge Coupled Device) 카메라로 확인한다. 그리고, 불량이 검출되면, 불량 개소의 위치 좌표를 구한다. 더블 볼, 위치 어긋남 볼, 과잉 볼 등의 불량인 경우에는, (1)에 나타내는 바와 같이, 제거용 디스펜서인 흡인용의 진공 흡착 노즐(86)이, 불량 땜납 볼(24x)의 위치로 이동한다. 그리고, 불량 땜납 볼(24x)을 진공 흡착하여, 불량 볼 폐기 스테이션(도시하지 않음)으로 이동시킨다. 불량 볼 폐기 스테이션에서는, 폐기 박스(83)(도 9 참조)에 볼을 진공 차단에 의해 낙하·폐기한다.
땜납 볼(24)이 공급되고 있지 않은 전극 패드부를 검출한 경우나, 진공 흡착 노즐(86)로 불량 땜납 볼을 제거한 경우에는, (2)에 나타내는 바와 같이, 땜납 볼 수납부(84)에 수납되어 있는 정상인 땜납 볼(24)을, 수복용 디스펜서(87)를 이용하여 부압에 의해 흡착한다. 그리고 (3)에 나타내는 바와 같이, 정상인 땜납 볼(24)을 흡착한 수복용 디스펜서(87)는, 땜납 볼 수납부(84)로부터 플럭스 공급부(85)로 이동한다. (4)에 나타내는 바와 같이, 플럭스 공급부(85)에 축적되어 있는 플럭스(23)에, 땜납 볼(24)을 흡착한 수복용 디스펜서(87)를 이동하여, 땜납 볼(24)을 플럭스(23)에 침지함(또는, 땜납 볼(24)에 플럭스(23)를 부착함)으로써 땜납 볼(24)에 플럭스(23)를 첨가한다. 그 후, (5)에 나타내는 바와 같이, 땜납 볼(24)을 흡착한 수복용 디스펜서(87)를, 기판 상의 결함이 있던 개소로 이동한다. 마지막으로 (6)에 나타내는 바와 같이, 결함부에 땜납 볼(24)을 공급한다. 상기의 (1)~(6)의 공정에서 리페어 작업이 완료된다.
상기 공정에서, 제거용 디스펜서를 플럭스 공급용 디스펜서로서 겸용할 수 있도록 하여, 불량 땜납 볼을 제거한 후에, 결함 부분에 플럭스를 공급하는 방법도 실시할 수 있다. 이 경우, 신규의 땜납 볼을 공급 시에, 플럭스를 부착시키는 공정을 행하지 않아도 된다.
또한, 전술의 검사에서, 위치 어긋남 볼 등의 불량 볼을 제거한 경우에는, 상기 서술의 리페어 작업에서 정상인 땜납 볼을 올바른 위치에 보급하여 결함을 수복하는 것이 가능하다.
도 9는, 검사 리페어 장치의 개략 구성에 대하여 설명하는 도이며, 검사·리페어부를 1개의 독립된 장치로서 위에서 본 평면도이다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 반입 컨베이어(81)로부터 검사 대상의 기판(21)이 반입되면, 검사부 컨베이어(82) 상에 주고 받아지며, 화살표 J방향으로 반송된다. 검사부 컨베이어(82)의 상부에는 문형 프레임(80)이 마련되어 있다. 문형 프레임(80)의 반입 컨베이어(81)측에는, 기판 반송 방향(화살표 J방향)에 대하여 직각 방향으로 라인 센서(79)가 배치되어 있다. 이 라인 센서(79)에 의해, 기판(21) 상의 전극 패드(22)에 인쇄한 땜납 볼(24)의 상태를 검출한다. 또한, 여기서는, 땜납 볼의 상태 검출기로서 라인 센서(79)를 마련한 구성으로 하였지만, 촬상용 카메라를 마련하여, 문형 프레임(80)의 길이 방향으로 이동하고, 땜납 볼의 상태를 촬상하여 결함을 검출하는 구성으로 해도 된다.
문형 프레임(80)을 지지하는 일방의 발측에는, 정상인 땜납 볼을 수납한 땜납 볼 수납부(84)와, 플럭스 공급부(85)가 마련되어 있다. 또한 타방의 발측에는, 폐기 박스(83)가 마련되어 있다. 문형 프레임(80)에는, 불량 땜납 볼을 흡인 제거하기 위한 제거용 디스펜서인 진공 흡착 노즐(86)과, 기판 상의 결함을 보수하기 위한 수복용 디스펜서(87)가, 리니어 모터에 의해 수평 방향(화살표 K방향)으로 이동 가능하게 마련되어 있다.
검사부 컨베이어(82)는, 화살표 J방향 및 그 역방향으로 왕복 운동할 수 있도록 구성되어 있으며, 기판(21)의 결함 위치에 따라, 수복용 디스펜서(87)나 진공 흡착 노즐(86)의 위치에 결함 위치를 맞출 수 있도록 구성되어 있다. 검사·리페어가 종료된 기판(21)은 반출 컨베이어(88)에 의해 반출되어, 리플로우 장치로 보내진다. 상기의 구성에 의해, 도 8에서 설명한 동작으로 검사 리페어를 행하는 것이 가능해진다.
도 10은 수복용 디스펜서의 구성을 나타내는 측면도이며, 도 11은 수복용 디스펜서의 선단부에 있어서의 땜납 볼의 흡착 분리 동작을 설명하는 확대도이다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 수복용 디스펜서(87)에는, 땜납 볼을 보지(保持)하여 이동시키기 위한 예를 들면 플라스틱제의 흡착 노즐(90)이 형성되어 있다(다만 재질은 플라스틱제로 한정되는 것은 아니다). 흡착 노즐(90)은 선단부(98)로부터 상방을 향해 테이퍼 형상으로 마련되어 있다. 즉, 흡착 노즐(90)은 선단부(98)로부터 기단부(99)를 향해 폭이 확대되어 가는 형상으로 되어 있다. 흡착 노즐(90) 내에는 관통 구멍(92)이 형성되어 있다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 관통 구멍(92)도 또한 (흡착 노즐(90)의 형상 정도는 아니지만) 상방을 향해 테이퍼 형상으로 형성되어 있다. 즉, 관통 구멍(92)은 상부가 될수록 굵게, 하부가 될 수록 얇아지도록 형성되어 있다. 또한 상세하게는, 관통 구멍(92)의 하단에 마련된 개구 단부(92a)의 내경이, 후술의 심봉(心棒)(91)의 외경과 대략 동일해지도록, 관통 구멍(92)을 형성한다. 관통 구멍(92)의 내부 공간에는, 도면에 나타내지 않은 부압 인가 기구에 의해 부압이 마련되도록 되어 있다.
흡착 노즐(90)은 노즐 지지 프레임(94)에 볼트 등에 의해 고정되어 있다. 노즐 지지 프레임(94)은 구동부(96)에 연결되어 있다. 이 때문에, 흡착 노즐(90)은 구동부(96)와 함께 상하 방향으로 자유롭게 이동할 수 있도록 되어 있다.
흡착 노즐(90) 내의 관통 구멍(92)에는, 심봉(91)이 시일 부재(도시하지 않음)를 개재하여 삽입, 보지되어 있다. 심봉(91)은, 예를 들면 직경 약 10㎛의 원기둥 형상의 금속제의 막대이며, 강도가 크고 대전하기 어려운 재질로 이루어지는(다만 심봉(91)의 형상(직경)과 재질은 상기에 한정되지 않고, 땜납 볼(24)의 직경보다 작은 것이 바람직하다). 관통 구멍(92)의 개구 단부(92a)의 부분을 제외하고, 심봉(91)의 외경은 관통 구멍(92)의 내경보다 작고, 심봉(91)은 흡착 노즐(90)의 축방향으로 자유롭게 상하 이동할 수 있게 되어 있다. 심봉(91)의 상단부(91a)는 지지 부재(93)에 고정되어 있다. 지지 부재(93)는 모터(95)에 연결되어 있으며, 심봉(91)과 함께 상하 방향으로 자유롭게 이동할 수 있도록 되어 있다.
지지 부재(93)와 구동부(96)는 리니어 레일(97)을 개재하여 접속되어 있으므로, 지지 부재(93)와 구동부(96)는 각각 독립하여 상하 이동할 수 있도록 되어 있다. 즉, 지지 부재(93)에 장착된 심봉(91)과, 구동부(96)에 연결된 흡착 노즐(90)은 각각 독립하여 상하 이동이 가능하다.
이와 같이, 상기의 지지 부재(93), 노즐 지지 프레임(94), 모터(95), 구동부(96), 리니어 레일(97) 등으로 구동 기구를 구성하고 있다.
지지 부재(93)가 하강, 또는 흡착 노즐(90)이 상승하면, 도 10의 (b)에 나타내는 바와 같이 지지 부재(93)의 하단면과 흡착 노즐(90)의 상단면이 맞닿는다. 이 맞닿음 상태에서, 심봉(91)의 하단부(91b)가 흡착 노즐(90)의 선단부(98)로부터 하방향으로 돌출된다. 상기 기능을 실현하기 위해, 심봉(91)의 전체 길이 A는 흡착 노즐(90)의 전체 길이 B보다 길어지도록 구성되어 있다.
또한, 도 11에 확대하여 나타내는 바와 같이, 흡착 노즐(90)의 선단부(98)는 땜납 볼(24)을 보지하기 쉽도록, 테이퍼 홈의 형상으로 가공되어 있다. 흡착 노즐(90)의 선단부(98)가 테이퍼 홈의 형상으로 가공되어 있음으로써, 땜납 볼(24)을 진공 흡착하였을 때에, 땜납 볼(24)이 테이퍼 홈 내에 딱 양호하게 핏되어, 땜납 볼(24)이 선단부(98)로부터 용이하게는 어긋나기 어려워진다. 또한, 선단부(98)의 홈부의 형상을, 땜납 볼(24)의 형상과 마찬가지의 구상(球狀)으로 함으로써, 더 양호한 흡착이 가능해진다. 그러나, 선단부(98)의 형상은 상기에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 상기한 바와 같이 구성된 수복용 디스펜서에 의한 땜납 볼의 결함 리페어 동작을 설명한다.
처음에, 수복용 디스펜서(87)의 흡착 노즐(90)로, 보수하기 위한 신규 땜납 볼(24)(직경 약 30㎛)을 흡착한다. 이 때, 흡착 노즐(90) 내에는 관통 구멍(92)을 통하여 부압이 공급되므로, 땜납 볼(24)은 흡착 노즐(90)의 선단부(98)에 진공 흡착된다. 도면에 나타내지는 않지만, 심봉(91)이 삽입되어 있는 관통 구멍(92)의 상부로부터 부압이 누출되지 않는 구조가 마련되어 있다. 또한 이 때, 도 10의 (a)에 나타내는 바와 같이, 심봉(91)은 흡착 노즐(90)의 선단부(98)로부터 내측(상방)으로 인입되어 있는 상태로 되어 있다.
이 흡착 상태에서, 땜납 볼(24)을 결함 개소의 전극 패드(120) 상방으로 반송하고, 수복용 디스펜서(87)를 전극 패드(120) 방향으로 강하시켜, 도 11의 (a)에 나타내는 바와 같이, 전극 패드(120) 상의 플럭스(121) 내에 땜납 볼(24)을 재치한다.
이어서, 모터(95)를 구동하여, 심봉(91)의 하단부(91b)가 땜납 볼(24)에 맞닿을 때까지, 심봉(91)을 흡착 노즐(90)의 관통 구멍(92)을 통하여 강하시킨다. 이에 따라, 도 11의 (b)에 나타내는 바와 같이, 심봉(91)이 땜납 볼(24)을 전극 패드(120)에 대하여 꽉 누르게 된다. 상기한 바와 같이 심봉(91)의 외경과 관통 구멍(92)의 개구 단부(92a)의 내경은 대략 동일하므로, 심봉(91)의 이동 과정에 있어서, 심봉(91)이 관통 구멍(92)의 개구 단부(92a)를 막는 상태가 된다. 이 때문에, 관통 구멍(92) 내의 간극이 협소 상태가 되어, 부압력이 작용하고 있어도, 그에 의한 진공 흡착(부압)력이 작아져, 땜납 볼(24)은 흡착 노즐(90)로부터 분리 가능하게 된다.
따라서, 상기 구성에 의하면 부압을 차단하기 위한 진공 펌프 밸브를 별도 마련할 필요가 없어, 비용 삭감으로 이어진다.
이어서, 도 10의 (b)에 나타내는 바와 같이 심봉(91)으로 땜납 볼(24)을 전극 패드(120)에 꽉 누른 상태에서, 도 11의 (b)에 나타내는 바와 같이 흡착 노즐(90)을 상승시켜 땜납 볼(24)로부터 분리한다.
마지막으로, 모터(95)를 구동하여, 심봉(91)을 다시 상승시켜 땜납 볼(24)로부터 분리한다. 이 때, 심봉(91)과 땜납 볼(24)과의 접촉 면적은 매우 작으므로, 예를 들면 정전기가 발생해도 무시할 수 있을 만큼으로 작기 때문에, 심봉(91)과 땜납 볼(24)의 분리는 문제 없이 원활하게 행해진다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에 의한 땜납 볼 검사 리페어 장치(이하, 땜납 볼 리페어 장치라고 호칭되는 경우가 있음)는, 보수용 디스펜서(87) 내에 상하 이동할 수 있는 심봉(91)을 마련하여, 땜납 볼(24)을 결함이 있던 부분으로 공급할 때에, 땜납 볼(24)을 심봉(91)으로 물리적으로 전극 패드(120)측으로 꽉 누르면서, 흡착 노즐(91)을 끌어 올려 땜납 볼(24)로부터 떼어 놓도록 한 것에 의해, 땜납 볼을 전극 패드 상에 효율 좋게 확실하게 탑재할 수 있다.
또한, 땜납 볼 탑재를 위해 예를 들면 레이저광 조사 장치와 같은 고가인 장치를 사용하지 않고, 심플한 구성으로 상기 기능을 실현하였으므로, 장치의 제조 비용을 낮게 억제하는 것이 가능해진다.
이어서, 본 발명의 실시예인 플라즈마 레이저 리페어 시스템을 설명한다. 도 12는, 본 발명의 실시예인 플라즈마 레이저 리페어 시스템을 나타내는 외견도이다.
반도체 장치의 소형화·고속화·대용량화에 의한 범프 전극의 극미세화에 따라, 예를 들면, 도 2에서 나타내는 검사·리페어부(104)에 의해, 땜납 범프 전극에 있어서의 결함 등을 검사하고, 수복한 경우이며, 그 리플로우 후여도, 도 7에 나타내는 바와 같은, 땜납 볼 충전 불량, 예를 들면, 땜납 볼이 충전되어 있지 않은 「볼 없음의 상태」, 근접하는 땜납 볼끼리가 겹쳐진 「더블 볼의 상태」, 및 땜납 볼이 전극부의 플럭스 도포 위치로부터 어긋난 「위치 어긋남 볼의 상태」가 존재하는 경우가 있다.
이러한 상태는, 예를 들면, 땜납 볼 충전 불량이 1개인 경우여도, 불합격품인 점에서, 따라서 기판 상의 충전 상황을 재차(2회째) 검사하고, 충전 유닛(땜납 볼 공급 헤드)에 의해 탑재 동작을 재차 트라이함으로써, 불량품을 양품으로 수복하는 것이 가능해진다. 이 검출에는, 양품 모델과 비교하는 패턴 매칭에 의해 판정이 가능하다.
따라서, 본 실시예에 나타내는 플라즈마 레이저 리페어 시스템은, 리플로우 장치를 통과한 기판을 재차 검사하고, 기판의 전극 패드 상에 발생한 범프에 결함이 있는 결함 전극부에 땜납 볼을 재공급·재리페어를 행하여, 납땜한다. 그리고, 이와 같은 극미세 땜납 범프에 있어서, 본 실시예에 나타내는 플라즈마 레이저 리페어 시스템은, 리플로우 후의 범프 전극의 결함 부위를 리페어·납땜하는 신뢰성이 높은 리페어 납땜 장치이다.
본 실시예에 나타내는 플라즈마 레이저 리페어 시스템은, 도 2에서 나타내는 검사·리페어부(104)의 후공정, 및 도시되지 않은 리플로우 장치의 후공정으로 설치된다. 또한, 이 플라즈마 레이저 리페어 시스템은, 도 2에서 나타내는 검사·리페어부(104)의 후공정이나 리플로우 장치의 후공정에 설치되는 것에 한정되지 않고, 이 시스템 단체(單體)로 설치해도 된다. 또한, 이 플라즈마 레이저 리페어 시스템을, 오프라인 등에 의해, 시스템 단체로 설치하는 경우를, 편의상, 범프 형성 장치라고 호칭하고, 이 장치를 사용하여, 범프를 형성하는 방법을, 편의상, 범프 형성 방법이라고 호칭하는 경우가 있다. 또한, 범프 형성 장치는, 기판에 형성되는 복수의 전극 패드의 각각에 땜납 볼을 탑재하고, 땜납 볼을 리플로우함으로써, 전극 패드 상에 범프를 형성하는 것이다.
또한, 본 실시예에서는, 도 2에서 나타내는 검사·리페어부(104)의 후공정에 위치하는 리플로우부의 다음 단의 공정에 설치되는 것으로서 설명한다. 이 때, 플라즈마 레이저 리페어 시스템의 설치에 있어서는, 온라인이어도, 오프라인이어도 된다. 즉, 리플로우 후에 결함 부위가 검출된 범프 전극이 존재하는 기판을, 온라인에서 이 플라즈마 레이저 리페어 시스템에 유통시켜도 되고, 또한, 리플로우 후에 결함 부위가 검출된 범프 전극이 존재하는 기판을, 스톡하여, 오프라인에서 이 플라즈마 레이저 리페어 시스템으로 유통시켜도 된다. 또한, 본 실시예에서는, 오프라인의 경우를 설명한다.
또한, 플라즈마 레이저 리페어 시스템이 도 2에서 나타내는 검사·리페어부(104)의 후공정에 위치하는 리플로우부의 다음 단의 공정이 되는, 즉 온라인의 경우, 결함 부위가 검출되지 않은 기판은, 이 플라즈마 레이저 리페어 시스템을 단순히 통과하도록 각 부를 제어하도록 해도 된다. 이 경우, 장치의 일련의, 이른바 제조 라인 구성을 단순화할 수 있다.
플라즈마 레이저 리페어 시스템은, 기판(리플로우 후에 결함 부위가 검출된 범프 전극이 존재하는 기판)을 반입하는 반입 스테이지(BF(LD))와, 리플로우 후의 기판에 대하여 검사·리페어 작업을 실행하는 검사·리페어 유닛(IR)과, 리페어 된 땜납 볼을 전극 배드에 고착(납땜이나 용착)하는 레이저 리페어 유닛(LR)과, 수복된 기판을 반출하는 반출 스테이지(BF(ULD))를 가진다. 제어 유닛(제어부(이하CON) 또는 제어 수단)은, 이들 반입 스테이지(BF(LD)), 검사·리페어 유닛(IR), 레이저 리페어 유닛(LR) 및 반출 스테이지(BF(ULD))의 전체를 소정의 상태로 제어하는 제어 유닛이다.
또한, 도 2에 나타내는 장치, 즉 플럭스 인쇄부(101), 땜납 볼 탑재·인쇄부(103), 및 검사·리페어부(104)도 마찬가지로 도 3에서 나타내는 바와 같은 일련의 제어 플로우로 제어되지만, 이 일련의 제어 플로우와 CON은, 개별의 제어 장치를, 전용의 통신 수단 등으로 접속하여 연계를 취해도 되지만, 일체의 제어 장치로서 구성해도 된다. (일련의 시스템의 구성도의 도 12를 참조). 물론, 도 2에 나타내는 플럭스 인쇄부(101), 땜납 볼 탑재·인쇄부(103), 및 검사·리페어부(104), 다음 단의 공정에 배치되는 도면에 나티내지 않은 리플로우부, 및 도 12에 나타내는 반입 스테이지(BF(LD)), 검사·리페어 유닛(IR), 레이저 리페어 유닛(LR), 반출 스테이지(BF(ULD))를 일련의 시스템으로서 구성하는 경우에는, 이들 전체를 1개의 제어 장치로 제어하도록 해도 된다.
검사·리페어 유닛(IR)은, 예를 들면, 도 2에서 나타내는 검사·리페어부(104)와 같은 땜납 볼의 상태를 검사하는 땜납 볼 검사 장치의 기능도 가지고, 땜납 볼의 탑재 상황을 검사한 결과, 땜납 볼 탑재 상황의 검사에 의해 NG의 경우(결함이 검출된 경우)는, 땜납 볼에 플럭스를 공급하고 나서, 불량 개소의 전극 패드부에, 예를 들면, 도 10에 기재하는 바와 같은 수복용 디스펜서를 사용하여, 땜납 볼을 재공급한다.
그리고, 기본적인 일례로서는, 도 8에 나타내는 (1)~(6)의 공정에서 리페어 작업이 실시된다. 또한, 장치 구성으로서도, 기본적인 일례로서는, 도 9 및 도 10에 나타내는 장치 구성이 적용된다. 또한, 이 때, 땜납 볼을 재공급한 위치 데이터가 취득되고, 이 위치 데이터는, 검사·리페어 유닛(IR)이나, 레이저 리페어 유닛(LR)에 전용의 통신 수단 등으로 송신되는 등에 의해, 연계를 취해도 된다.
이어서, 도 13을 사용하여, 레이저 리페어 유닛(LR)인 플라즈마 레이저 리페어 장치를 설명한다.
플라즈마 레이저 리페어 장치는, 플라즈마 레이저 리페어 헤드부(200)와, 기판(215)을 설치하는 얼라인먼트 스테이지(216)와, 얼라인먼트 스테이지(216)를 수평 방향(XYθ 방향)으로 이동시키는 스테이지 이동축(218)을 가진다. 또한, 플라즈마 레이저 리페어 헤드부(200)는, 수평 방향(XYθ 방향)으로 이동 가능해도 된다. 이에 따라, 리페어된 땜납 볼(땜납 볼 위치)에, 핀 포인트(국소적)로, 플라즈마와 레이저를 조사할 수 있다. 또한, 플라즈마에 있어서는, 방출, 방사라고도 표현할 수 있지만, 본 실시예에서는, 이들을 포함하여, 조사라고 칭하는 것으로 한다.
그리고, 플라즈마 레이저 리페어 장치는, 검사·리페어 유닛(IR)으로부터 송신되는 위치 데이터에 의거하여, 얼라인먼트 스테이지(216)를 수평 방향(XYθ 방향)으로 이동시킨다. 또한, 이 위치 데이터에 의거하여, 플라즈마 레이저 리페어 헤드부(200)도 이동시켜도 된다.
또한, 실시예에 있어서는 얼라인먼트 스테이지(216)를 수평 방향(XYθ 방향)으로 이동시키는 경우에 대하여 설명하지만, 플라즈마 레이저 리페어 헤드부(200)를 X방향, Y방향으로 이동 가능하게 구성하고, 얼라인먼트 스테이지(216)를 θ방향으로 이동 가능하게 구성해도 된다. 혹은 리페어 헤드가 기판(215)을 설치하는 스테이지와 상대적으로 X방향, Y방향, θ방향으로 이동하도록 구성해도 된다.
이어서, 도 14를 사용하여, 플라즈마 레이저 리페어 헤드부(200)를 설명한다.
플라즈마 레이저 리페어 헤드부(범프 형성 장치로서 의미도 가짐)(200)는, 리페어된 땜납 볼 위치로 이동하고, 이 땜납 볼에 대하여 핀 포인트로 스팟적으로 예열을 가해, 이 땜납 볼에 대하여 플라즈마를 조사하여 땜납 볼의 산화막(예를 들면, 두께가 수 ㎚에서부터 수 ㎛ 정도)를 제거(산화 환원)하여, 산화막(산화 피막)을 제거한 후, 레이저(레이저광)를 조사하여, 국소적으로 리플로우한다.
플라즈마 레이저 리페어 헤드부(200)는, 땜납 볼에 대하여 스팟적으로 레이저를 조사하고, 땜납 볼을 가열, 용융하는 레이저 유닛(레이저 헤드나 레이저 발생 장치(레이저 조사 수단의 의미)라고 호칭하는 경우가 있음)(205)과, 땜납 볼에 대하여 스팟적으로 플라즈마를 조사하는 플라즈마 유닛(마이크로 플라즈마 헤드나 플라즈마 발생 장치(플라즈마 조사 수단의 의미)라고도 호칭하는 경우가 있음)과, 땜납 볼(땜납 볼이 배치된 기판이나 전극 패드(예를 들면, 구리 패드))에 대하여 스팟적으로 예열을 가하는 스팟 히터(210)를 가진다. 그리고, 적어도 레이저 유닛(205)과 플라즈마 유닛을 고정하는 유닛 고정판(219)을 가진다.
또한, 본 실시예에서는, 예를 들면, 적외선 등을 사용하는 스팟 히터(210)를 사용하고, 스팟적으로 예열을 가하지만, 기판(215)을 사전에 따뜻하게 하여, 소정의 온도(예를 들면, 150~180℃ 정도)까지 프리히트(preheat)하는 핫 플레이트를 사용해도 된다.
또한, 스팟 히터(210) 대신에, 디포커스 레이저를 사용하여, 땜납 볼의 주변에 대하여 예열을 가해도 된다. 디포커스 레이저는, 땜납 볼의 주변을 가열하는 것이며, 디포커스 레이저에는, 예를 들면, 적외선 레이저를 사용할 수 있다. 또한, 디포커스 레이저의 초점은, 레이저 유닛(205)으로부터 조사되는 레이저의 초점보다, 큰 것이 바람직하다.
또한, 레이저 유닛(205)으로부터 조사되는 레이저는, 펄스적(15~25KHz, 예를 들면, 마이크로 웨이브)으로 조사되는 것이 바람직하다. 땜납 볼에 레이저를 펄스적으로 조사함으로써, 땜납 볼의 산화막을 효율적으로 제거할 수 있다. 이것은, 레이저를 펄스적으로 조사하고, 열 음향 효과를 사용하여, 그 충격에 의해, 땜납 볼의 표면에 형성되는 산화막에 효율적으로 흠을 낼 수 있기 때문이다.
또한, 플라즈마 레이저 리페어 헤드부(200)는, 유닛 고정판(219)을 상하 방향(Z축 방향)으로 이동하기 위한 액추에이터(202)와, 액추에이터(202)를 구동하는 모터(201)를 가진다. 이에 따라, 적어도 레이저 유닛(205)과 플라즈마 유닛은, 상하 방향으로 이동하여, 레이저의 조사 방향과 플라즈마의 조사 방향을 탑재된 땜납 볼에 합치시킬 수 있다. 그리고, 액추에이터(202)는, 헤드 프레임(203)에 고정된다.
플라즈마 유닛은, 플라즈마를 발생시키는 고주파 전압을 인가하는 플라즈마 전극(213)과, 고주파 전압이 인가되어, 전계를 발생시키는 플라즈마 안테나(211)와, 가스가 도입되고, 플라즈마 방전관인 플라즈마 캐필러리(212)와, 발생하는 플라즈마를 사출하는 플라즈마 노즐(214)을 가진다. 이에 따라, 땜납 볼에 대하여 스팟적으로 플라즈마를 조사할 수 있다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 플라즈마 전극(213)과, 플라즈마 안테나(211)와, 플라즈마 캐필러리(212)와, 플라즈마 노즐(214)은 직선 형상으로 배치된다. 또한, 이들의 배치는 임의이며, 요는 땜납 볼에 대하여 스팟적으로 플라즈마를 조사할 수 있는 배치이면, 그 한정은 없다.
그리고, 매체 가스를 사용하여 플라즈마를 발생시켜, 플라즈마가 되는 가스로서는, 본 실시예에서는, 중량%로, 아르곤 97~97.5%, 수소 3~2.5%의 혼합 기체가 사용된다. 또한, 이들 가스의 종류, 혼합 비율은 임의이며, 장치 구성, 혹은 조사 대상이 되는 전극 패드 또는 땜납 볼에 의해, 가스의 종류 및 그 혼합 비율은 적정하게 선택하면 된다. 이 가스는, 플라즈마 전극(213)측으로부터 플라즈마 캐필러리(212)에 도입된다. 또한, 플라즈마 유닛은, 전극 패드 또는/및 땜납 볼에 대하여, 아르곤 가스를 가지는 플라즈마를 조사하는 것이 바람직하다. 또한, 매체 가스는, 중량%로, 1~4%의 수소 성분을 포함하는 아르곤 가스인 것이 바람직하다.
또한, 이 경우에는, 수소가 라디칼화되고, 활성화되어, 땜납 볼의 표면에 형성되는 산화막을 제거한다. 원리로서는, 산화막의 산소와 이 수소가 결합하여, 수증기로서, 산화막이 제거된다.
또한, 레이저 유닛(205)은, 땜납 볼의 상태를 관찰하는 관찰 카메라(206)와, 레이저광을 도입하는 레이저 도광구(207)와, 레이저광의 평행광을 얻기 위해 수차(收差) 보정하는 콜리메이트 렌즈(208)와, 평행광의 레이저광을 집광하는 집광 렌즈(209)를 가진다. 또한, 본 실시예에서는, 관찰 카메라(206)와 집광 렌즈(209)는, 직선 형상으로 배치되고, 레이저 도광구(207)와 콜리메이트 렌즈(208)와, 관찰 카메라(206)와 집광 렌즈(209)의 직선 형상의 축에 대하여, 수직으로 배치된다.
즉, 땜납 볼의 상태를 관찰 카메라(206)에 의해 직선 형상으로 관찰하고, 레이저광은 90° 굴절되어, 땜납 볼에 조사된다. 이에 따라, 땜납 볼에 대하여 스팟적으로 레이저를 조사할 수 있다. 또한, 이 장치 구성은 일례이며, 이들의 배치 구성에 한정은 없다. 또한, 장치 구성으로서, 관찰 카메라(206)는, 반드시 필수는 아니다.
그리고, 플라즈마 유닛의 직선 형상의 축과, 레이저 유닛(205)의 직선 형상의 축과, 스팟 히터(210)의 축은, 1개의 땜납 볼을 향하도록, 1점에 집중하는 것이 바람직하다. 즉, 플라즈마 유닛의 플라즈마 조사축(플라즈마 유닛의 직선 형상의 축)과 레이저 유닛(205)의 레이저 조사축(레이저 유닛(205)의 직선 형상의 축)과의 교점(초점)이, 땜납 볼의 대략 중심이 되는 위치가 되도록, 플라즈마 유닛과 레이저 유닛(205)을 배치하고, 또한, 이 교점에, 수복하는 땜납 볼이 배치되도록, 기판의 배치 위치를 제어한다. 물론, 기판 배치 위치의 제어는 상대적이며, 플라즈마 레이저 헤드를 소정의 위치가 되도록 이동하는 것을 제어해도 된다.
레이저 유닛(205)의 레이저 조사축과 플라즈마 유닛의 플라즈마 조사축이 이루는 각도는, 특별히 한정은 없지만 수복하는 땜납 볼에 대하여 레이저, 플라즈마를 조사 가능하면 되고, 장치 구성 혹은 수복하는 땜납 볼의 상태에도 따르지만, 대략 0~180도로 조정되는 것이 바람직하다. 즉, 이 각도가 0도인 경우에는, 레이저 조사축과 플라즈마 조사축은 동일한 방향이며, 예를 들면, 레이저와 플라즈마가 상방으로부터 땜납 볼에 조사되는 것을 의미하고, 이 각도가 180도인 경우에는, 레이저 조사축과 플라즈마 조사축이 대향하고, 예를 들면, 땜납 볼에 대하여, 좌우 방향으로부터 레이저와 플라즈마가 각각 조사되는 것을 의미한다.
또한, 본 실시예에서는, 플라즈마 유닛의 직선 형상의 축과, 레이저 유닛(205)의 직선 형상의 축과, 스팟 히터(210)의 축은, 각각, Z축에 대하여, 소정의 각도를 가지고 배치되며, 각각이 90°의 각도를 가지고 배치된다. 즉, 플라즈마 유닛, 레이저 유닛(205)은, 전극 패드에 공급된 땜납 볼에 대하여, 대략 중심에 플라즈마나 레이저를 조사한다.
또한, 플라즈마 유닛, 레이저 유닛(205)은, 전극 패드에 공급된 땜납 볼의 대략 상반분(上半分) 부분에, 플라즈마나 레이저를 조사하는 것이 바람직하다. 즉, 플라즈마나 레이저를, 땜납 볼에 대하여, 상방으로부터 조사하는 것이 바람직하다.
또한, 플라즈마 유닛의 직선 형상의 축과, 레이저 유닛(205)의 직선 형상의 축과, 스팟 히터(210)의 축은, 반드시 Z축에 대하여, 소정의 각도를 가지고 배치되지 않아도 되고, 예를 들면, 레이저 유닛(205)의 직선 형상의 축을 Z축과 평행(Z축과 동축)하게 하고, 이에 대하여, 플라즈마 유닛의 직선 형상의 축과 스팟 히터(210)의 축을 소정의 각도를 가지고 배치시켜도 된다. 또한, 플라즈마 유닛의 직선 형상의 축이나 스팟 히터(210)의 축도 Z축과 평행하게 해도 된다. 또한, 레이저 유닛(205)의 축과, 플라즈마 유닛의 축은, 평행해도 되고, 또한, 이들 축이 동축이어도 된다.
또한, 플라즈마 레이저 리페어 헤드부(200)는, 레이저 유닛(205)의 선단(기판측)에서부터 기판까지의 높이(GAP 높이)를 측정하는 기판 높이 변위계(204)나 기판에 있어서의 땜납 볼 충전 불량을 관측하는 얼라인먼트 카메라(217)가 설치되어도 된다. 또한, 기판 높이 변위계(204)나 얼라인먼트 카메라(217)는, 유닛 고정판(219)에 고정되어도 되고, 스팟 히터(210)도 유닛 고정판(219)에 고정되어도 된다.
이에 따라, 얼라인먼트 스테이지(216) 상에 설치되는 기판(215)이나 기판(215)에 배치된 땜납 볼에 대하여, 스팟적으로 레이저를 조사하고, 스팟적으로 플라즈마를 조사하여, 스팟적으로 예열을 가할 수 있다.
또한, 스팟 히터(210)를 사용하여, 스팟적으로 예열을 가하는 것에 의해, 기판 전체를 예열할 필요가 없어, 기판에 대한 열 데미지를 억제할 수 있다. 또한, 레이저 유닛(205)을 사용하여, 스팟적으로 레이저를 조사함으로써, 기판 전체에 대하여 리플로우할 필요가 없어, 기판이나 건전한 땜납 볼에 대한 열 데미지를 억제할 수 있다.
결국, 본 실시예는, 땜납 볼에 레이저를 조사하는 레이저 유닛(205)과 땜납 볼에 플라즈마를 조사하는 플라즈마 유닛을 구비하는 땜납 볼 리페어 장치나 범프 형성 장치이며, 플라즈마와 레이저를 특정의 땜납 볼에 함께 또는 동시에 조사하는 것이다. 여기서, 「함께」 또는 「동시에」 조사란, 레이저 조사에 대하여, 시간적으로 앞서 플라즈마를 조사하는 것을 포함하고, 서로 조사하고 있는 시간이 오버랩되어 있는 것이다.
결국, 플라즈마를 조사하여 땜납 볼의 산화막을 제거하고, 그 후, 레이저를 조사하였다면, 플라즈마에 의해 땜납 볼이 활성화되고 있기 때문에, 이 시간차에 의해, 레이저를 조사할 때까지의 동안에, 땜납 볼에 산화막이 형성되어버리지만, 이들을 함께 또는 동시에 조사함으로써, 이러한 땜납 볼에 대한 산화막의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 반드시, 땜납 볼의 산화막의 제거 처리는, 질소 가스 등의 불활성 가스를 처리실 내에 충만시켜, 불활성 가스 분위기하에서 행할 필요는 없다. 본 실시예에서는, 플라즈마 레이저 리페어 장치가 설치되는 환경은, 대기 환경이다. 또한, 본 실시예는, 플라즈마 레이저 리페어 장치를 덮고, 덮여진 내부를 질소 환경으로 하는 것을 방해하는 것은 아니다.
또한, 플라즈마 레이저 리페어 시스템은, 땜납 볼에 조사하는 플라즈마 유닛으로부터의 플라즈마와 땜납 볼에 조사하는 레이저 유닛으로부터의 레이저를 동시에 조사하도록 제어 유닛(CON)으로 제어한다. 또한, 이 CON은, 수복용 디스펜서에 의해 공급된 땜납 볼로의 레이저 조사에 앞서, 땜납 볼에 플라즈마를 조사하도록 제어한다. 또한, 이 CON은, 플라즈마 조사와 레이저 조사에 앞서, 땜납 볼을 예열 하는 스팟 히터(210)에 의해, 땜납 볼을 예열하도록 제어한다.
또한, CON은, 범프 형성에 있어서도, 플라즈마 유닛에 의한 플라즈마의 조사와 레이저 유닛에 의한 레이저의 조사를 제어하는 제어 유닛이며, 플라즈마 유닛에 의한 플라즈마의 조사와 레이저 유닛에 의한 레이저의 조사가 동시에 조사되는 시간대를 확보하(시간대가 존재하)도록 제어한다. 또한, CON은, 범프 형성에 있어서도, 레이저 유닛에 의한 레이저의 조사에 앞서, 플라즈마 유닛에 의한 플라즈마의 조사가 행해지도록 제어한다. 또한, CON은, 범프 형성에 있어서도, 플라즈마 조사와 레이저 조사에 앞서, 땜납 볼이나 땜납 볼의 주변을 예열하도록 제어한다.
도 15에, 플라즈마 레이저 리페어 동작의 플로우 차트를 나타낸다. CON은 각 부를 이 동작의 플로우 차트에 따라 적정하게 제어한다.
먼저, 기판(215)을 플라즈마 레이저 리페어 장치의 반입 스테이지에 반입한다(STEP 1). 그 후, 위치 데이터를 검사·리페어 유닛(IR)으로부터 수신한다(STEP 2). 그리고, 기판(215)을 얼라인먼트 스테이지(216) 상에 배치한다(STEP 3). 수신한 위치 데이터에 의거하여, 예를 들면, 얼라인먼트 스테이지(216)를 이동시키고, 기판(215)을 소정의 위치에 배치한다(STEP 4).
그 후, 배치가 완료되면, 모터(201)를 구동하여, 액추에이터(202)를 하방향(Z축 방향)으로 이동시키고, 레이저 유닛(205)의 선단이, 설정되어 있는 GAP 높이(간극 높이)가 되도록 이동시킨다(STEP 5). 이 GAP 높이를 기판 높이 변위계(204)에 의해 확인한다(STEP 6). 이 GAP 높이에 문제가 없는 경우(OK인 경우)는, 다음의 STEP으로 진행된다. 이 GAP 높이에 문제가 있는 경우에는, 액추에이터(202)를 하방향으로 이동시키고, 레이저 유닛(205)의 선단이 설정되어 있는 GAP 높이(간극 높이)가 되도록 이동시켜, 재차, 이 GAP 높이를 기판 높이 변위계(204)에 의해 확인한다.
GAP 높이를 기판 높이 변위계(204)에 의해 확인하고, 문제가 없는 경우에는, 스팟 히터(210)에 의해, 땜납 볼(땜납 볼이 배치된 기판(215)이나 전극 패드)에 대하여 스팟적으로 예를 들면 150~180℃ 정도까지 예열을 가한다(STEP 7). 그리고, 땜납 볼(땜납 볼이 배치된 기판(215)이나 전극 패드)의 온도가, 특히, 기판(215)의 온도가, 설정되는 온도에 도달하고 있는지 여부를, 예를 들면 도면에 나타내고 있지 않은 온도계 등에 의해 확인한다(STEP 8). 또한, 이 온도가 설정 온도에 도달하고 있는 경우에는, 다음 STEP으로 진행된다. 이 온도가 설정 온도에 도달하고 있지 않은 경우에는, 스팟 히터(210)에 의해 계속해서 예열한다. 또는, 스팟 히터(210)의 출력을 증가시켜, 온도 상승을 촉진한다. 그리고, 이 온도가 설정 온도에 도달하였는지 여부를 재차 확인한다.
또한, GAP 높이를 기판 높이 변위계(204)에 의해 확인하고, 문제가 없는 경우에는, 플라즈마 유닛에 의해, 땜납 볼에 대하여 스팟적으로 플라즈마를 조사한다(STEP 9). 그리고, 땜납 볼 및/또는 전극 패드가, 산화 환원(땜납 볼의 표면에 형성되는 산화막이 제거)되어 있는지 여부를, 예를 들면, 관찰 카메라(206)에 의해 확인한다(STEP 10).
이 경우, 땜납 볼의 표면에 형성되는 산화막이 제거되면 땜납 볼이 보라색으로 빛나 보인다. 이 점에서, 산화막이 제거되어 있는 것을 확인할 수도 있다. 또한, 산화 환원이 완료되어 있는 경우에는, 다음 STEP으로 진행된다. 산화 환원이 완료되어 있는 경우에는, 플라즈마를 계속해서 조사한다. 그리고, 산화 환원이 완료되었는지 여부를 재차 확인한다. 또한, 여기서는, 전극 패드의 산화막을 제거하고, 그 후, 땜납 볼의 산화막을 제거하는 경우도 포함한다. 또한, 관찰 카메라(206)가 설치되어 있지 않은 경우에는, 산화 환원이 완료되는 시간을 미리 설정하고, 그 설정 시간에 의거하여, 다음의 STEP으로 진행해도 된다.
기판(215)의 온도가 설정되는 온도에 도달하고 있는 점, 및, 땜납 볼이 산화 환원되어 있는 점을 확인한 후, 레이저 유닛(205)에 의해, 땜납 볼에 레이저를 조사하고, 땜납 볼의 온도를 예를 들면 250℃ 정도까지 2초 정도로 상승시켜, 땜납 볼을 용융하고, 전극 패드에 고착(납땜이나 용착)한다(STEP 11). 이에 따라, 땜납 볼 충전 불량을 없앨 수 있다.
이후, 수복되어, 땜납 볼 충전 불량이 없어진 기판(215)을 반출 스테이지로부터 반출한다(STEP 12).
이와 같이, 플라즈마 유닛이, 땜납 볼에 대하여, 플라즈마를 조사하는 플라즈마 조사 타이밍은, 레이저 유닛(205)이 땜납 볼에 대하여, 레이저를 조사하는 레이저 조사 타이밍보다 빠르고, 플라즈마는, 레이저가 조사되고 있는 동안은, 계속해서 조사되고 있는 것이 바람직하다. 즉, 플라즈마와 레이저는 함께 또는 동시에 조사되고 있는 시간대가 있는 것이 바람직하다. 또한, 스팟 히터(210)가, 땜납 볼에 대하여, 예열을 가하는 예열 타이밍은, 레이저 유닛(205)이 땜납 볼에 대하여, 레이저를 조사하는 레이저 조사 타이밍보다 빠르고, 예열은, 레이저가 조사되고 있는 동안은, 계속해서 가해지고 있는 것이 바람직하다.
결국, 함께 또는 동시에, 땜납 볼에 플라즈마를 조사하고, 땜납 볼에 레이저를 조사하여, 땜납 볼의 산화막을 제거하고, 땜납 볼을 용융하여 땜납 볼을 전극 패드에 납땜한다. 또한, 함께 또는 동시에, 땜납 볼을 예열하고, 땜납 볼에 플라즈마를 조사하고, 땜납 볼에 레이저를 조사하여, 땜납 볼의 산화막을 제거하고, 땜납 볼을 용융하여 땜납 볼을 전극 패드에 납땜해도 된다. 즉, 함께 또는 동시란, 겹치는 시간대를 가지는 것을 의미한다.
또한, 땜납 볼을 설치하기 전에, 전극 패드에 플라즈마를 조사하여, 전극 패드의 산화막을 제거하고, 그 후에, 땜납 볼을 설치하고, 땜납 볼에 플라즈마를 조사하여, 땜납 볼의 산화막을 제거와, 동시에, 땜납 볼에 레이저를 조사하여, 땜납 볼을 용융하여 땜납 볼을 전극 패드에 땜납해도 된다.
이와 같이, 본 실시예에 기재하는 땜납 볼 리페어 방법 또는 범프 형성 방법은, 기판(215)의 전극 패드 상에 형성된 땜납 범프의 상태를 땜납 볼 검사 공정에 의해 검사하고, 땜납 볼 검사 공정에 의해 결함이 검출된 전극 패드에 수복용 디스펜서에 의해 땜납 볼을 공급하는 방법이다.
그리고, 땜납 볼 리페어 방법 또는 범프 형성 방법은, 수복용 디스펜서에 의해 결함이 검출된 전극 패드에 땜납 볼을 공급 후, 땜납 볼에 플라즈마를 조사함과 함께, 레이저를 조사하여, 땜납 볼의 산화막을 제거함과 동시에, 땜납 볼을 용융하여, 땜납 볼을 전극 패드에 납땜한다. 또한, 땜납 볼 리페어 방법 또는 범프 형성 방법은, 수복용 디스펜서에 의해 결함이 검출된 전극 패드에 플라즈마를 조사하여 전극 패드의 산화막을 제거하고, 그 후, 이 전극 패드에 땜납 볼을 공급하고, 땜납 볼에 플라즈마와 레이저를 조사하여, 땜납 볼의 산화막을 제거하면서, 땜납 볼을 용융하여, 땜납 볼을 전극 패드에 고착(납땜이나 용착)한다.
또한, 범프 형성 장치 또는 범프 형성 방법은, 기판(21) 상에 형성된 전극 패드(22) 상에, 땜납 볼(24)을 공급한다고 생각할 수도 있다.
이에 따라, 기판의 전극 패드 상에 발생한 범프 결함을 검사하여, 결함 전극부에 땜납 볼을 재공급·리페어를 행하여, 납땜할 수 있다. 또한, 극미세 땜납 범프에 있어서, 리플로우 후의 범프 전극의 결함 부위로의 리페어·납땜으로서, 신뢰성이 높은 리페어 납땜을 실시할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 기재하는 땜납 볼 리페어 장치 또는 범프 형성 장치는, 기판(215)의 전극 패드(22) 상의 땜납 볼을 타깃으로 하는 것이며, 기판(215)의 전극 패드(22) 상에 형성된 땜납 범프의 상태를 검사하여, 결함이 검출된 전극 패드에 땜납 볼을 공급하는 수복용 디스펜서를 구비한다.
그리고, 땜납 볼 리페어 장치 또는 범프 형성 장치는, 수복용 디스펜서에 의해 공급된 땜납 볼에 플라즈마를 조사하여, 땜납 볼의 산화막을 제거하는 플라즈마 유닛(플라즈마 발생 장치)과, 땜납 볼에 레이저를 조사하여, 땜납 볼을 용융하는 레이저 유닛(레이저 발생 장치)(205)을 구비하고, 땜납 볼의 산화막을 제거함과 함께 또는 동시에, 땜납 볼을 용융하여, 전극 패드에 땜납 범프를 형성한다(땜납 볼을 전극 패드에 납땜한다).
또한, 땜납 볼 리페어 장치 또는 범프 형성 장치는, 결함이 검출된 전극 패드에 플라즈마를 조사하여, 산화막을 제거함과 함께, 수복용 디스펜서에 의해 공급된 땜납 볼에 플라즈마를 조사하여, 땜납 볼의 산화막을 제거하는 플라즈마 유닛(플라즈마 발생 장치)과, 땜납 볼에 레이저를 조사하여, 땜납 볼을 용융하는 레이저 유닛(레이저 발생 장치)(205)을 구비하고, 결함이 검출된 전극 패드의 산화막을 제거하여, 땜납 볼의 산화막을 제거함과 함께 또는 동시에, 땜납 볼을 용융하여, 전극 패드에 땜납 볼을 납땜한다(전극 패드에 땜납 범프를 형성한다).
또한, 레이저 유닛(205)은, 전극 패드에 공급된 땜납 볼의 상부에 레이저를 조사하는 것이 바람직하다. 또한, 레이저 유닛(205)은, 전극 패드에 공급된 땜납 볼의 표면에 대하여, 대략 수직으로 레이저를 조사하는 것이 바람직하다. 또한, 레이저 유닛(205)은, 땜납 볼 직경에 적합한 스팟 직경으로 레이저를 조사하는 것이 바람직하고, 이 스팟 직경은, 땜납 볼 직경과 대략 동일 또는 땜납 볼 직경보다 작은 것이 바람직하다.
또한, 플라즈마 유닛은, 전극 패드에 대하여 땜납 볼 직경 또는 전극 패드 직경보다 넓은 범위로 플라즈마를 조사하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 효율적으로 산화막을 제거할 수 있다.
이상의 설명에 있어서, 플라즈마 조사에 의해 땜납 볼의 산화막을 제거함과 함께 또는 동시에, 레이저 조사에 의해 땜납 볼을 용융한다란, 동기간, 동시간대에 걸쳐, 플라즈마 조사와 레이저 조사를 동시에 행하는 것은 물론, 적어도 동시에 조사하는 기간을 가지거나, 혹은 적어도 동시에 조사하는 시간대를 가지는 것을 의미한다. 따라서, 플라즈마 조사를 레이저 조사에 앞서 행해도 되며, 레이저 조사를 행하고 있는 동안에 플라즈마 조사를 정지해도 되고, 또한 이 반대여도 된다.
또한, 가령, 플라즈마 조사와 레이저 조사를 순시에, 혹은 단시간에 전환하는 것으로 해도, 플라즈마 조사에 의한 산화막의 제거가, 레이저 조사에 의한 용융에 문제가 없을 정도인 단시간의 차이면, 적어도 동시에 조사하는 기간을 가지거나, 혹은 적어도 동시에 조사하는 시간대를 가지는 것을 의미한다.
또한, 플라즈마 유닛이, 전극 패드 또는/및 땜납 볼에 대하여, 플라즈마를 조사하는 플라즈마 조사 타이밍은, 레이저 유닛(205)이 땜납 볼에 대하여, 레이저를 조사하는 레이저 조사 타이밍보다 빠르고, 플라즈마는, 레이저가 조사되고 있는 동안은, 계속해서 조사되고 있는 것이 바람직하다. 즉, 플라즈마와 레이저는 동시에 조사되고 있는 시간대가 있는 것이 바람직하다.
특히, 플라즈마가 조사된 땜납 볼은, 그 표면이 활성화되어 있기 때문에, 산화되기 쉬워, 플라즈마의 조사를 정지하면 바로 산화되어버린다. 따라서, 플라즈마를 조사하면서, 레이저를 조사하는 것이 중요하다.
이와 같이, 본 실시예에 기재하는 땜납 볼 리페어 장치에서는, 기판(215)의 전극 패드 상에 공급된 땜납 볼 및/또는 전극 패드에 대하여, 플라즈마를 조사하면서, 땜납 볼에 레이저를 조사한다.
또한, 본 실시예에 기재하는 땜납 볼 리페어 장치에서는, 스팟 히터(210)를 구비한 경우에 대하여 설명했지만, 이것은, 제품의 품종이나 재료 등의 상황에 따라서는, 반드시 필요한 것은 아니고, 생략해도 되는 경우가 있지만, 이 스팟 히터(210)를 구비하고, 이것을 실시예와 같이 제어하면, 레이저의 출력을 보다 작게 할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 땜납 볼을 전극 패드 상에 납땜 데미지가 적고, 효율적으로 확실하게 리페어, 납땜을 할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 결함이 발생한 부위에만, 레이저를 조사하여, 플라즈마를 조사하기 때문에, 납땜에 걸리는 시간이 짧으며, 일괄 리플로우 공정을 이용하지 않고, 심플한 라인 구성으로 리페어를 완결할 수 있기 때문에, 장치의 제조 비용을 낮게 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시예에 의하면, 결함이 발생한 전극 패드부만을 레이저&플라즈마에 의해 리페어하고, 납땜이 가능하기 때문에, 재납땜에 가해지는 에너지가 적어도 되며, 대량의 열을 발생시키지 않기 때문에, 에너지 절약 또한 환경에 좋은 시스템 제공이 가능해진다.
또한, 본 실시예에 의하면, 결함이 발생한 부위만을 레이저&플라즈마에 의해 리페어하고, 납땜이 가능하기 때문에, 재납땜의 범위가 좁고, 리플로우 납땜이 끝난 양품 부위에 열 이력을 더하지 않기 때문에, 신뢰성이 높게 리페어하고, 납땜이 가능해진다.
[실시예 2]
이어서, 도 16을 사용하여, 실시예 2의 플라즈마 레이저 헤드부(300)를 설명한다. 또한, 실시예 2를 설명하는데 있어서, 실시예 1과의 상이 부분에 대하여 설명한다.
플라즈마 레이저 리페어 헤드부(300)는, 땜납 볼 위치로 이동하고, 이 땜납 볼(24)에 대하여 핀 포인트로 스팟적으로 예열을 가해, 이 땜납 볼(24)에 대하여 플라즈마를 조사하여 땜납 볼(24)의 산화막을 제거하고, 산화막을 제거한 후, 레이저를 조사하여, 국소적으로 리플로우 또는 범프 형성한다.
플라즈마 레이저 리페어 헤드부(300)는, 땜납 볼(24)에 대하여 스팟적으로 레이저를 조사하고, 땜납 볼을 가열, 용융하는 레이저 유닛(레이저 발생 장치(레이저 조사 수단의 의미))(305)과, 땜납 볼(24)에 대하여 스팟적으로 플라즈마를 조사하는 플라즈마 유닛(플라즈마 발생 장치(플라즈마 조사 수단의 의미))(306)과, 땜납 볼(34)에 대하여 스팟적으로 예열을 가하는 스팟 히터(210)를 가진다. 그리고, 적어도 레이저 유닛(305)과 플라즈마 유닛(306)을 고정하는 유닛 고정판(219)을 가진다.
실시예 2에서는, 레이저 유닛(305)의 레이저 조사축과 플라즈마 유닛(306)의 플라즈마 조사축은, 땜납 볼(24)의 근방에서 동축이며, 플라즈마나 레이저를, 땜납 볼(24)에 대하여, 상방(바로 위)으로부터 조사한다. 또한, 스팟 히터(210)의 축은, 플라즈마나 레이저가 조사되는 1개의 땜납 볼(24)을 향하도록, 설정된다. 이에 따라, 레이저 유닛(305)의 레이저 조사축, 플라즈마 유닛(306)의 플라즈마 조사축, 스팟 히터(210)의 축은, 1개의 땜납 볼(24)에 집중한다.
이어서, 도 17을 사용하여, 실시예 2의 플라즈마 레이저 헤드부(300)의 원리를 설명한다.
실시예 2에서는, 레이저 유닛(305)으로부터 조사되는 레이저는, 수평 방향으로 도입되고, 하프 미러(309)에 의해, 연직 방향으로 반사되어, 땜납 볼(24)의 상방으로부터, 땜납 볼(24)에 조사된다.
또한, 실시예 2에서는, 플라즈마 유닛(306)으로부터 조사되는 플라즈마도, 땜납 볼(24)의 상방으로부터, 땜납 볼(24)에 조사된다.
플라즈마 유닛(306)은, 할로우 캐소드 방전을 사용하여, 고밀도의 플라즈마를 발생시키는 것이며, 플라즈마를 발생시키는 고주파 전압을 인가하는 플라즈마 전극(313)을 가진다. 또한, 플라즈마를 발생시키는 고주파 전압은, 플라즈마 전극(313)에 고주파 전압을 공급하는 전극 전원(314)으로부터 공급되고, 플라즈마가 되는 가스는, 가스 공급부(315)로부터 공급되어, 플라즈마 발생 영역에서 플라즈마가 발생한다. 특히, 실시예 2에서는, 가스는, 레이저의 도입 방향과 동일해지도록, 수평 방향으로부터 공급된다. 즉, 레이저의 도입 방향과 가스의 공급 방향이 동일해진다. 이에 따라, 플라즈마 레이저 헤드부(300)를 컴팩트화할 수 있다.
그리고, 이와 같이, 실시예 2에서는, 레이저가 플라즈마 발생 영역을 관통하여, 플라즈마와 레이저가, 동시에 땜납 볼(24)에 조사된다. 이에 따라, 효율적으로, 동시에, 플라즈마와 레이저를 땜납 볼(24)에 조사할 수 있다.
또한, 레이저 유닛(305)의 레이저 조사축과 플라즈마 유닛(306)의 플라즈마 조사축을 동축으로 함으로써, 레이저 유닛(305)의 레이저 조사축과 플라즈마 유닛(306)의 플라즈마 조사축의 축 맞춤을 할 필요가 없어, 효율적으로, 플라즈마와 레이저와를 땜납 볼(24)에 조사할 수 있다.
또한, 실시예 2에서도, 예를 들면, 마이크로스코프 등의 관찰 카메라(206)가 설치된다. 관찰 카메라(206)는, 하프 미러(309)를 투과하여, 상방(바로 위)으로부터, 땜납 볼(24)의 상태를 관찰한다. 다만, 장치 구성으로서, 관찰 카메라(206)는, 반드시 필수는 아니다.
또한, 관찰 카메라(206)가 설치되지 않은 경우에는, 하프 미러(309)를 설치하지 않고, 레이저 유닛(305)을 땜납 볼(24)의 상방(바로 위)에 설치하여, 레이저를, 직접, 땜납 볼(24)에 조사할 수 있다.
또한, 실시예 2에서도, 땜납 볼(34)에 대하여 스팟적으로 예열을 가하는 스팟 히터(210)를 사용하지만, 스팟 히터(210) 대신에, 디포커스 레이저를 사용하여, 땜납 볼의 주변에 대하여 예열을 가해도 된다.
특히, 관찰 카메라(206)가 설치되지 않은 경우에는, 디포커스 레이저를, 하프 미러(309)를 투과하여, 땜납 볼(24)의 상방(바로 위)으로부터, 땜납 볼(24)에 조사할 수도 있다. 즉, 디포커스 레이저의 조사축을, 레이저 유닛(305)의 레이저 조사축과 플라즈마 유닛(306)의 플라즈마 조사축과, 땜납 볼(24)의 근방에서 동축으로 한다. 이에 따라, 효율적으로 땜납 볼(24)의 주변을 예열할 수 있다.
이어서, 도 18을 사용하여, 실시예 2의 플라즈마 레이저 헤드부(300)의 구성, 특히, 플라즈마 유닛(306)의 구성을 설명한다.
땜납 볼(24)에 대하여 스팟적으로 플라즈마를 조사하는 플라즈마 유닛(306)은, 할로우 캐소드 방전을 사용하여, 고밀도의 플라즈마를 발생시키는 것이다.
도 18에 있어서, 부재(330)는, 가스 안내로를 구성하는 안내로 구성 부재이며, 대략 원통형으로 형성된다. 이 부재(330)에는, 축방향으로 가스 안내로(331)가 적절히 드릴 가공 등에 의해 직선 형상으로 뚫어 마련되어 있다.
이 가스 안내로(331)는, 상단이 넓게 개구되고, 하단은 좁아져 노즐 형상으로 되어 개방되어 있다. 가스 안내로(331)의 측방에는, 가스 공급구(332)가 뚫어 마련되어, 가스 공급부(315)로부터 가스 안내로(331)로 플라즈마가 되는 가스가 공급된다.
가스 안내로(331)가 개구된 일단(一端)에는, 이 개구부를 막도록 부재(320)를 설치한다. 부재(320)는, 가스 안내로(331)의 일단을 봉함하고, 후기하는 레이저광을 투과하는 부재이면 특별히 한정은 없지만, 일반적으로는 석영 유리가 사용된다(이하, 부재(320)는 석영 유리판이라고 칭한다.).
이 석영 유리판(320)은, 부재(330)와의 사이에 O링(321)을 사이에 두고, 그 상방에는 중앙부를 개구한 덮개체(316)를, 부재(330)에 나사 결합한다. 이에 따라, 석영 유리판(320)은, O링(321)측으로 꽉 눌러지며, 가스 안내로(331)의 일단은 밀폐되게 된다.(또한, 석영 유리판(320)이 밀폐되는 방법이면, 특별히 나사 결합 방식에 한정되는 것이 아니다.)
이 구성에 의해, 가스 공급부(315)로부터 가스 도입부(317) 및 가스 공급구(332)를 통하여 안내된 가스는, 가스 안내로(331)에 의해 안내되어, 가스 안내로(331)의 하단에 형성한 노즐로부터 하방으로 조사된다.
가스 안내로(331)의 노즐 형상이 되어 개방되어 있는 하단에도 석영 유리판(322)을 설치한다. 상기와 마찬가지인 구성에 의해, 이 하단에 배치한 석영 유리판(322)은, O링(323), 덮개체(324)에 의해, 석영 유리판(322)이 O링(323)측으로 꽉 눌려져, 가스 안내로(331)의 일단은(이하에 설명하는 제 1 구멍부를 제외) 밀폐되게 된다.
하부에 설치한 석영 유리판(322)의 상부면 및 하부면에는, 가스를 여기하여 플라즈마를 생성하는 고주파 전압을 인가하는 텅스텐으로 이루어지는 플라즈마 전극(313)을 설치한다. 그리고, 플라즈마 전극(313)에는, 전극 전원(314)으로부터 고압, 고주파 전압을 공급하기 위한 전극 전원선을 접속한다.
하부의 석영 유리판(322)에는, 가스 안내로(331)의 하단에 구성한 노즐 형상이 되어 개방되어 있는 노즐 선단과 마찬가지의 직경 0.5~0.8㎜ 정도의 제 1 구멍부를 형성한다. 또한, 하부의 석영 유리판(322)의 상부면 및 하부면에 설치한 플라즈마 전극(313)에도 제 2 구멍부가 형성된다. 제 2 구멍부의 직경은, 제 1 구멍부의 직경보다 크거나, 또는, 제 1 구멍부의 직경과 대략 동등하다.
플라즈마는, 전극 전원(314)으로부터 고압, 고주파 전압을 플라즈마 전극(313)에 공급함으로써, 플라즈마 전극(313)의 주변(제 2 구멍부의 근방)에서 생성되고, 여기가 플라즈마 발생 영역(318)이 된다. 그리고, 이 생성된 플라즈마는 덮개체(324)에 형성되는 하부의 개구부로부터, 하방에 위치하는 땜납 볼(24)을 향해 조사된다.
이 조사는, 가스 공급부(315)로부터의 가스의 공급 압력에 의해 조정할 수 있다. 가스 공급부(315)로부터의 가스의 공급 압력은, 가스압에 의해 기판에 탑재된 땜납 볼(24)이 비산하지 않거나, 혹은 소정의 전극 상으로부터 이동(위치 어긋남)하지 않는 적정한 압력으로 한다.
또한, 덮개체(324)의 하부의 개구부의 직경은, 제 1 구멍부의 직경과 대략 동등하거나, 또는, 제 1 구멍부의 직경보다 크게 하는 것이 바람직하다.
레이저 유닛(305)으로부터 조사되는 레이저는, 수평 방향으로 도입되고, 하프 미러(309)에 의해, 연직 방향으로 반사되어, 덮개체(316)의 상부의 개구부를 통하여, 부재(330)에 설치되는 상부의 석영 유리판(320)을 투과하고, 가스 안내로(331)를 통하여, 제 1 구멍부, 제 2 구멍부, 덮개체(324)의 하부의 개구부를 통과하여, 땜납 볼(24)의 상방으로부터, 땜납 볼(24)에 조사된다.
또한, 실시예 1과 마찬가지로, 가스(매체 가스)는, 중량%로, 1~4%의 수소 성분을 포함하는 아르곤 가스인 것이 바람직하다. 이 경우에도, 고주파 전원(예를 들면, 5kV, 50Hz)인 플라즈마 전극(313)에 의해, 가스가 여기되고, 가스가 라디칼화되어, 가스가 플라즈마화된다.
이에 따라, 레이저 유닛(305)의 레이저 조사축과 플라즈마 유닛(306)의 플라즈마 조사축은, 땜납 볼(24)의 근방에서 동축이 됨과 함께, 레이저가 플라즈마 발생 영역(318)을 관통하여, 플라즈마와 레이저가, 동시에 땜납 볼(24)에 조사된다. 이에 따라, 효율적으로, 동시에, 플라즈마와 레이저를 땜납 볼(24)에 조사할 수 있다.
또한, 실시예 2에서는, 할로우 캐소드 방전을 사용하여, 고밀도의 플라즈마를 발생시키는 플라즈마의 발생 방식을 사용하였지만, 플라즈마의 발생 방식은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 가스를 고주파 코일에 의해 여기하는 구성의 것이어도 된다.
또한, 실시예 2에서는, 할로우 캐소드 방전을 사용하여, 가스 안내로(331)의 가스 출구측에 플라즈마 전극을 마련하여, 플라즈마를 생성하도록 하였지만, 플라즈마 전극의 위치는, 실시예의 가스 출구측에 한정되지 않고, 가스 유통 경로의 임의의 일부에 마련하도록 해도 된다.
이상, 실시예 2와 같이 하면, 일단이 레이저광을 투과하는 광투과 부재(예를 들면, 석영 유리판(320))로 봉함된 측방에 플라즈마를 생성하는 가스를 공급하는 가스 공급구(332)를 가지고, 이 가스 공급구(332)로부터 공급된 가스를 기판에 탑재된 땜납 볼에 조사하도록 유도하는 직선 형상으로 형성한 가스 안내로(331)와, 이 가스 안내로(331)로부터 땜납 볼에 이르는 유통 경로의 일부를 포위하고, 가스에 고압·고주파 전원을 인가하여 가스를 플라즈마화하는 플라즈마 생성 수단(예를 들면, 플라즈마 전극(313))과, 생성한 레이저광을, 광투과 부재를 투과하여, 가스의 유통 경로 및 플라즈마 생성 영역의 중앙부를 통하여 땜납 볼에 조사하는 레이저 발생 수단(예를 들면 레이저 유닛(305))을 구비하고, 플라즈마로 땜납 볼의 산화막을 제거함과 함께, 레이저광으로 땜납 볼을 용융하여 범프를 형성하는 범프 형성 장치를 얻을 수 있다.
이어서, 도 19를 사용하여, 실시예 2를 응용한 레이저의 펄스 조사에 대하여 설명한다.
레이저 유닛(305)으로부터 조사되는 레이저는, 펄스적(15~25kHz)으로 조사되는 것이 바람직하다. 땜납 볼(24)에 레이저를 펄스적으로 조사함으로써, 땜납 볼의 산화막을 효율적으로 제거할 수 있다. 이것은, 레이저를 펄스적으로 조사하고, 열 음향 효과를 사용하여, 그 충격에 의해, 땜납 볼의 표면에 형성되는 산화막에 효율적으로 흠을 낼 수 있기 때문이다.
이와 같이, 실시예 2에 의하면, 레이저&플라즈마로 납땜이 가능하기 때문에, 납땜의 범위가 좁고, 극미세 땜납 범프 형성에 있어서, 신뢰성이 높은 납땜이 가능해진다.
이상과 같이, 본 실시예에 의해, 범프 형성 장치, 범프 형성 방법, 땜납 볼 리페어 장치, 땜납 볼 리페어 방법을 바람직한 실시 형태에 의거하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 의해 한정적으로 해석되는 것이 아니다. 즉, 본 발명은 그 취지, 주요한 특징으로부터 일탈하지 않는 범위에 있어서, 다양한 변경 및 다양한 형태로의 실시가 가능하다.
1…인쇄 장치, 2…인쇄 헤드, 3…스퀴지, 4…모터, 10…인쇄 테이블, 15…카메라, 20, 20b…스크린, 20d…개구부, 21…기판, 22…전극 패드, 23…플럭스, 24…땜납 볼, 60…땜납 볼 공급 헤드, 87…수복용 디스펜서, 90…흡착 노즐, 91…심봉, 91a…상단부, 91b…하단부, 92…관통 구멍, 92a…개구 단부, 93…지지 부재, 94…노즐 지지 프레임, 95…모터, 96…구동부, 97…리니어 레일, 98…선단부, 99…기단부, 120…전극 패드, 121…플럭스, 130…스위퍼, 131…스퀴지, 200…플라즈마 레이저 리페어 헤드부, 201…모터, 202…액추에이터, 203…헤드 프레임, 204…기판 높이 변위계, 205…레이저 유닛, 206…관찰 카메라, 207…레이저 도광구, 208…콜리메이트 렌즈, 209…집광 렌즈, 210…스팟 히터, 211…플라즈마 안테나, 212…플라즈마 캐필러리, 213…플라즈마 전극, 214…플라즈마 노즐, 215…기판, 216…얼라인먼트 스테이지, 217…얼라인먼트 카메라, 218…스테이지 이동축, 219…유닛 고정판, 300…플라즈마 레이저 헤드부, 305…레이저 유닛, 306…플라즈마 유닛, 309…하프 미러, 313…플라즈마 전극, 314…전극 전원, 315…가스 공급부, 316…덮개체, 317…가스 도입부, 318…플라즈마 발생 영역, 320…부재, 석영 유리판, 321…O링, 322…석영 유리판, 323…O링, 324…덮개체, 330…부재, 331…가스 안내로, 332…가스 공급구.

Claims (35)

  1. 기판 상에 형성된 전극 패드에, 땜납 볼을 공급하는 범프 형성 장치에 있어서,
    공급된 땜납 볼에 플라즈마를 조사하고, 상기 땜납 볼의 산화막을 제거하는 플라즈마 발생 장치와, 상기 땜납 볼에 레이저를 조사하고, 상기 땜납 볼을 용융하는 레이저 발생 장치를 구비하고,
    상기 플라즈마 발생 장치에 의해 상기 땜납 볼에 상기 플라즈마를 조사하여, 상기 땜납 볼의 산화막을 제거함과 함께, 상기 레이저 발생 장치에 의해 상기 땜납 볼에 상기 레이저를 조사하여, 상기 땜납 볼을 용융하고, 상기 전극 패드에 땜납 범프를 형성하는 것을 특징으로 하는 범프 형성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 장치에 의한 플라즈마의 조사와 상기 레이저 발생 장치에 의한 레이저의 조사를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 플라즈마 발생 장치에 의한 플라즈마의 조사와 상기 레이저 발생 장치에 의한 레이저의 조사가 동시에 조사되는 시간대가 존재하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 범프 형성 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 레이저 발생 장치에 의한 레이저의 조사에 앞서, 상기 플라즈마 발생 장치에 의한 플라즈마의 조사가 행해지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 범프 형성 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 장치에 의한 플라즈마 조사축과 상기 레이저 발생 장치에 의한 레이저 조사축이 동축인 것을 특징으로 하는 범프 형성 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 땜납 볼에 대한 플라즈마의 조사와 레이저의 조사에 앞서, 상기 땜납 볼 및 땜납 볼의 주변을 예열하는 것을 특징으로 하는 범프 형성 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 예열이, 상기 땜납 볼에 대하여 스팟적으로 예열하는 스팟 히터에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 범프 형성 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 예열이, 상기 땜납 볼의 주변에 대하여 예열하는 디포커스 레이저에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 범프 형성 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 발생 장치로부터 조사되는 레이저가, 펄스적으로 상기 땜납 볼에 조사되는 것을 특징으로 하는 범프 형성 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 장치가, 할로우 캐소드 방전을 사용하여, 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 범프 형성 장치.
  10. 기판 상에 형성된 전극 패드에, 땜납 볼을 공급하는 범프 형성 장치에 있어서,
    상기 전극 패드에 플라즈마를 조사하여 상기 전극 패드의 산화 피막을 제거하는 플라즈마 발생 장치와, 그 후, 상기 전극 패드에 땜납 볼을 공급하고, 공급된 땜납 볼에 상기 플라즈마를 조사하고, 상기 땜납 볼의 산화막을 제거하는 상기 플라즈마 발생 장치와, 상기 땜납 볼에 레이저를 조사하고, 상기 땜납 볼을 용융하는 레이저 발생 장치를 구비하고,
    상기 땜납 볼 산화막을 제거함과 동시에, 상기 땜납 볼을 용융하여, 상기 전극 패드에 땜납 범프를 형성하는 것을 특징으로 하는 범프 형성 장치.
  11. 기판 상에 형성된 전극 패드에, 땜납 볼을 공급하는 범프 형성 방법에 있어서,
    상기 전극 패드에 땜납 볼을 공급 후, 상기 땜납 볼에 플라즈마를 조사함과 함께, 레이저를 조사하고, 상기 땜납 볼의 산화막을 제거함과 동시에, 상기 땜납 볼을 용융하여, 상기 전극 패드에 납땜하는 것을 특징으로 하는 범프 형성 방법.
  12. 기판 상에 형성된 전극 패드에, 땜납 볼을 공급하는 범프 형성 방법에 있어서,
    상기 전극 패드에 플라즈마를 조사하여 상기 전극 패드의 산화 피막을 제거하고, 상기 전극 패드에 땜납 볼을 공급 후, 상기 땜납 볼에 플라즈마를 조사함과 함께, 레이저를 조사하고, 상기 땜납 볼의 산화막을 제거함과 동시에, 상기 땜납 볼을 용융하여, 상기 전극 패드에 납땜하는 것을 특징으로 하는 범프 형성 방법.
  13. 기판의 전극 패드 상에 형성된 땜납 범프의 상태를 검사하여, 결함이 검출된 전극 패드에 땜납 볼을 공급하는 수복용 디스펜서를 구비한 땜납 볼 리페어 장치에 있어서,
    상기 수복용 디스펜서에 의해 공급된 땜납 볼에 플라즈마를 조사하고, 상기 땜납 볼의 산화막을 제거하는 플라즈마 발생 장치와, 상기 땜납 볼에 레이저를 조사하고, 상기 땜납 볼을 용융하는 레이저 발생 장치를 구비하고,
    상기 땜납 볼 산화막을 제거함과 동시에, 상기 땜납 볼을 용융하고, 상기 전극 패드에 땜납 범프를 형성하는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    제어부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 플라즈마 발생 장치에 의한 플라즈마의 조사와 상기 레이저 발생 장치에 의한 레이저의 조사가 동시에 조사되는 시간대가 존재하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    플라즈마 조사는 레이저 조사에 앞서 행하는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  16. 제 13 항, 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 수복용 디스펜서에 의해 결함이 검출된 전극 패드에 땜납 볼을 공급하는 것에 앞서 상기 플라즈마 발생 장치에 의해 상기 전극 패드의 산화막을 제거하는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  17. 기판의 전극 패드 상에 형성된 땜납 범프의 상태를 검사하여, 결함이 검출된 전극 패드에 땜납 볼을 공급하는 수복용 디스펜서를 구비한 땜납 볼 리페어 장치에 있어서,
    상기 결함이 검출된 전극 패드에 플라즈마를 조사하고, 산화막을 제거함과 함께, 상기 수복용 디스펜서에 의해 공급된 땜납 볼에 플라즈마를 조사하고, 상기 땜납 볼의 산화막을 제거하는 플라즈마 발생 장치와, 상기 땜납 볼에 레이저를 조사하고, 상기 땜납 볼을 용융하는 레이저 발생 장치를 구비하고,
    상기 결함이 검출된 전극 패드의 산화막을 제거하고, 상기 땜납 볼의 산화막을 제거함과 동시에, 상기 땜납 볼을 용융하여, 상기 전극 패드에 상기 땜납 볼을 납땜하는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  18. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 레이저 발생 장치는, 땜납 볼의 직경과 대략 동일한 스팟 직경으로, 상기 땜납 볼에 레이저를 조사하는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  19. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 장치는, 상기 전극 패드에 공급된 땜납 볼에 대하여, 대략 중심에 플라즈마를 조사하는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  20. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 장치는, 상기 전극 패드에 공급된 땜납 볼의 대략 상반분 부분에 플라즈마를 조사하는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  21. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 레이저 발생 장치는, 상기 전극 패드에 공급된 땜납 볼에 대하여, 대략 중심에 레이저를 조사하는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  22. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 레이저 발생 장치는, 상기 전극 패드에 공급된 땜납 볼의 대략 상반분 부분에 레이저를 조사하는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  23. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 장치는, 상기 전극 패드에 대하여, 땜납 볼의 직경 또는 전극 패드의 직경보다 넓은 범위로, 플라즈마를 조사하는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  24. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 장치는, 매체 가스를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 매체 가스는, 중량%로 1~4%의 수소 성분을 포함하는 아르곤 가스인 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  26. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 레이저 발생 장치의 조사축과 상기 플라즈마 발생 장치의 조사축이 이루는 각도가, 0~180도에서 조정되는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  27. 기판의 전극 패드 상에 형성된 땜납 범프의 상태를 검사하여, 결함이 검출된 전극 패드에 땜납 볼을 공급하는 수복용 디스펜서를 구비한 땜납 볼 리페어 장치에 있어서,
    상기 수복용 디스펜서에 의해 공급된 땜납 볼에 플라즈마를 조사하고, 상기 땜납 볼의 산화막을 제거하는 플라즈마 발생 장치와, 상기 땜납 볼에 레이저를 조사하고, 상기 땜납 볼을 용융하는 레이저 발생 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  28. 기판의 전극 패드 상에 형성된 땜납 범프의 상태를 땜납 볼 검사 공정에 의해 검사하고, 상기 땜납 볼 검사 공정에 의해 결함이 검출된 전극 패드에 수복용 디스펜서에 의해 땜납 볼을 공급하는 땜납 볼 리페어 방법에 있어서,
    상기 수복용 디스펜서에 의해 상기 결함이 검출된 전극 패드에 땜납 볼을 공급 후, 상기 땜납 볼에 플라즈마를 조사함과 함께, 레이저를 조사하고, 상기 땜납 볼의 산화막을 제거함과 동시에, 상기 땜납 볼을 용융하여, 상기 전극 패드에 납땜하는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 방법.
  29. 기판의 전극 패드 상에 형성된 땜납 범프의 상태를 땜납 볼 검사 공정에 의해 검사하고, 상기 땜납 볼 검사 공정에 의해 결함이 검출된 전극 패드에 수복용 디스펜서에 의해 땜납 볼을 공급하는 땜납 볼 리페어 방법에 있어서,
    상기 수복용 디스펜서에 의해 상기 결함이 검출된 전극 패드에 플라즈마를 조사하여 상기 전극 패드의 산화 피막을 제거하고, 그 후, 상기 전극 패드에 땜납 볼을 공급하고, 상기 땜납 볼에 플라즈마와 레이저를 조사하여, 상기 땜납 볼을 상기 전극 패드에 고착하는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 방법.
  30. 제 13 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 장치에 의한 플라즈마 조사축과 상기 레이저 발생 장치에 의한 레이저 조사축이 동축인 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  31. 제 13 항에 있어서,
    상기 땜납 볼에 대한 플라즈마의 조사와 레이저의 조사에 앞서, 상기 땜납 볼 및 땜납 볼의 주변을 예열하는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 예열이, 상기 땜납 볼에 대하여 스팟적으로 예열하는 스팟 히터에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 예열이, 상기 땜납 볼의 주변에 대하여 예열하는 디포커스 레이저에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  34. 제 31 항에 있어서,
    상기 레이저 발생 장치로부터 조사되는 레이저가, 펄스적으로 상기 땜납 볼에 조사되는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
  35. 제 31 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 장치가, 할로우 캐소드 방전을 사용하여, 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 땜납 볼 리페어 장치.
KR1020220011291A 2021-01-27 2022-01-26 범프 형성 장치, 범프 형성 방법, 땜납 볼 리페어 장치, 및, 땜납 볼 리페어 방법 KR20220108737A (ko)

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