WO2018074696A1 - 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치 및 방법 - Google Patents

3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치 및 방법 Download PDF

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최재준
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Definitions

  • the present invention relates to a laser bonding technology, and more specifically, to the three-dimensional structure (such as automotive taillights or headlight fixtures) in which the bent portion has a regular or irregular shape according to the customer's request It relates to a laser bonding apparatus and method capable of bonding.
  • the laser bonding method is a method in which a semiconductor chip is attached to a circuit pattern of a carrier substrate or a circuit tape and bonded using a laser.
  • Japanese Patent No. 3303832 discloses a laser bonding technique for collectively connecting each electrode of a semiconductor chip to a wiring board.
  • an adsorption head for adsorbing a semiconductor chip is made of glass that transmits a laser beam, and a Peltier element is coupled to the stage.
  • the semiconductor chip is rapidly heated by directly heating the entire semiconductor chip by the laser beam.
  • the wiring board is rapidly heated and rapidly cooled by a Peltier element coupled to the stage.
  • US Patent Publication No. 2016/004938 relates to a semiconductor chip packaging, and discloses a bonding technique using a laser to connect a semiconductor chip die to a circuit board. According to US Patent Publication No. 2016/004938, there is a bump reflow step of directing a laser beam towards a semiconductor die to volatize flux and electrically connect between a bump and a circuit pattern. do.
  • Korean Patent No. 10-0913579 discloses a driving circuit board such as a flexible printed circuit (FPC), a tape carrier package (TCP), a common block flexible printed circuit (CBF), and a driver integrated circuit (Driver IC).
  • FPC flexible printed circuit
  • TCP tape carrier package
  • CBF common block flexible printed circuit
  • Driver IC driver integrated circuit
  • An apparatus for bonding is disclosed.
  • the tact time of the bonding operation is shortened while bonding the driving circuit board to the substrate while transferring and taking out the substrate to be bonded to the driving circuit board to the bonding work position. And to speed up work.
  • a reflow apparatus is used to attach an electronic component element such as a semiconductor chip or a device including an integrated circuit (IC), a transistor (TR), a resistor (R), and a capacitor (C) to a printed circuit board.
  • IC integrated circuit
  • TR transistor
  • R resistor
  • C capacitor
  • reflow devices are classified into mass reflow devices and laser reflow devices.
  • a mass reflow device mounts a plurality of substrates to which a solder material such as solder balls, solder pads, or solder pastes are attached on a conveyor belt, and drives the conveyor belt.
  • the substrate passes through a heating section with an infrared heater or ceramic heater along the driven conveyor belt.
  • the infrared heater is provided on the upper side and the lower side of the conveyor belt, the infrared heater attaches the semiconductor element to the substrate by applying heat to the solder ball on the substrate.
  • the electronic component device or device is subjected to thermal stress for about 210 seconds at a high temperature between about 50 ° C and up to about 230 to 290 ° C. Therefore, the electronic component element or device may be damaged by heat, and thus there is a problem in that the characteristics or lifespan of the electronic component element or device are deteriorated.
  • the infrared heater takes about 3 to 10 minutes (min) to heat the solder ball to couple the electronic component device or device to the substrate, which is not economical.
  • the mass reflow process may cause defects by applying heat even to a device that is susceptible to heat among the devices attached to the substrate, and may cause heat deformation on the substrate because heat is applied to the entire substrate.
  • LED headlight structures In the case of LED headlight structures, their shapes vary from flat to three-dimensional shapes. Among them, in the case of irregular substrates such as staircases, bowls, etc., in which the LEDs are bonded, thermal energy is unevenly transmitted for each part when the LEDs are coupled to the irregular substrates through a mass reflow process. There is a lot of room for poor bonding, and since thermal energy is applied to the entire substrate, there is a problem in that thermal deformation is more likely to occur over the entire substrate.
  • the shape of the substrate bonding the semiconductor chip in addition to the automotive headlight is three-dimensional and irregular, it is generally difficult to avoid the disadvantages of the mass reflow process.
  • a laser reflow technique that irradiates a homogenized laser beam for each bonding portion and easily adjusts each irradiation region of the laser beam may be a very useful solution.
  • the laser reflow technology up to now has been applied only to substrates having a generally flat shape such as PCB substrates and glass substrates used in devices such as mobile phones and TVs. If the substrate is not implemented in a planar shape or the position at which the semiconductor device is attached is entirely irregular, operation with a conventional laser bonding device is impossible.
  • the present invention has been proposed in the background as described above, and the present invention is an electronic component automatically in a three-dimensional structure having a curved or irregular shape in addition to the substrate having a flat surface as a whole, such as a PCB substrate, a glass substrate Provided are a laser bonding apparatus and method for a three-dimensional structure capable of bonding a device.
  • the present invention provides a laser bonding apparatus and method for a three-dimensional structure that can prevent the misalignment of the electronic component and the three-dimensional structure and the resulting bonding failure.
  • the adhesive material is applied to a plurality of three-dimensional structure, the plurality of three-dimensional structure is attached to the electronic component element to the adhesive material A three-dimensional structure providing unit; And a laser bonding unit for bonding and irradiating a laser to the electronic component elements attached to the plurality of three-dimensional structures.
  • An electronic component element providing unit for mounting and transferring a plurality of electronic component elements;
  • a three-dimensional structure providing unit for supporting and transporting a plurality of three-dimensional structures;
  • An adhesive material applying unit to apply an adhesive material to the plurality of three-dimensional structures;
  • An electronic component element attaching portion attaching the electronic component element to a portion to which the adhesive material of the plurality of three-dimensional structures is applied;
  • a laser bonding unit for bonding and irradiating a laser to the electronic component elements attached to the plurality of three-dimensional structures.
  • the three-dimensional structure may be a skin complex having a curved or irregular shape of the curved portion according to the customer's request.
  • the three-dimensional structure may in particular be a fixture for an automobile tail light or a headlight.
  • the three-dimensional structure laser bonding method comprises the steps of: seating a plurality of three-dimensional structure as a skin deposit on the working table; Transferring a working table on which the plurality of three-dimensional structures are mounted by a working table transfer unit; Applying an adhesive material to the plurality of three-dimensional structures; Picking up and attaching the electronic component to a portion to which the adhesive material of the plurality of three-dimensional structures is applied; Irradiating and bonding a laser to an electronic component device attached to the plurality of three-dimensional structures.
  • Laser bonding apparatus for a three-dimensional structure provides the following effects.
  • the electronic component element can be laser bonded to a three-dimensional structure in which the curved portion has a regular or irregular shape according to a customer's request.
  • the misalignment of the electronic component and the three-dimensional structure, the poor coating of the adhesive material, the poor adhesion of the electronic component, and the bad bonding can be prevented.
  • 1 is an exemplary view for explaining a three-dimensional structure.
  • FIG. 2 is an exemplary view for explaining a laser bonding device for a three-dimensional structure according to the present invention.
  • FIG 3 is an exemplary view for explaining the operation of the laser bonding device for a three-dimensional structure according to the present invention.
  • FIG. 4 is an exemplary view for explaining a process of bonding an electronic component device to a three-dimensional structure through a laser bonding device for a three-dimensional structure of the present invention.
  • FIG. 5 is an exemplary view for explaining the structure of a three-dimensional structure providing unit for providing a three-dimensional structure having an irregular shape.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a laser bonding method for a three-dimensional structure according to the present invention.
  • the laser bonding apparatus for a three-dimensional structure is implemented to laser-bond electronic component elements even to a three-dimensional structure (eg, a vehicle taillight or a headlight fixture) as shown in FIG. 1.
  • the three-dimensional structure is implemented by injection molding manufactured by injection molding. In the past, it was bonded by the hard soldering of three-dimensional structures, but the applicants have used lasers for three-dimensional structures in order to reduce manufacturing time and reduce manufacturing costs, as the manufacturing paradigm is gradually changed to smart factory and customized mass production.
  • the bonding device was developed.
  • Laser bonding apparatus 200 for a three-dimensional structure for example, the adhesive material is applied to a plurality of three-dimensional structure, to provide the plurality of three-dimensional structure is attached to the electronic component element to the adhesive material It may be implemented by including a three-dimensional structure providing unit and a laser bonding unit for irradiating and bonding a laser to the electronic component elements attached to the plurality of three-dimensional structure.
  • the adhesive material is applied to the plurality of three-dimensional structure, the process of attaching the electronic component element to the adhesive material may be performed in a separate other device.
  • the three-dimensional structure providing unit of the laser bonding apparatus 200 for a three-dimensional structure according to the present invention is a laser bonding position of a plurality of three-dimensional structure is coated with an adhesive material by a separate device and the electronic component element attached to the adhesive material Provide the role of transporting
  • the laser bonding apparatus 200 for the three-dimensional structure according to the present invention is largely shown in Figure 2, the electronic component element providing unit 210 and the three-dimensional structure providing unit 250 and the adhesive material applying unit It may be implemented to include the 220, the electronic component attachment portion 230 and the laser bonding portion 240.
  • the electronic component device providing unit 210 mounts and transfers a plurality of electronic component devices.
  • the electronic component device includes at least one of a semiconductor chip, an IC, an LED device, a resistor, a capacitor, an inductor, a transformer, or a relay.
  • the electronic component device providing unit 210 may include a tray 211 on which a plurality of electronic component devices are mounted, and a tray transfer unit 212 for transferring the tray 211 in one direction.
  • the three-dimensional structure providing unit 250 supports and transports the plurality of three-dimensional structures.
  • the plurality of three-dimensional structures are three-dimensional structures (eg, for automobile taillights or headlamps) in which the curved portions have regular or irregular shapes.
  • the 3D structure providing unit 250 may include a working table 251 for supporting a plurality of 3D structures and a working table transfer unit 252 for transferring a working table on which the plurality of 3D structures are mounted.
  • the adhesive material applying unit 220 applies, for example, solder paste or non-conductive adhesive (NCP) to the plurality of three-dimensional structures.
  • the non-conductive adhesive (NCP) may be implemented, for example, by including N-methyl-3-amino propyltrimethoxysilane as a coupling agent and polyester acrylate as an adhesion improving agent.
  • the adhesive material applying unit 220 has a dispenser 223 and a dispenser 223 for applying solder paste or non-conductive adhesive (NCP) to a plurality of three-dimensional structures seated on the working table 251 perpendicular to the tray transfer direction. It may be implemented by including a first transfer unit 222 to move up and down with respect to the direction and the working table 251 and a first gantry 221 supporting the first transfer unit 222.
  • NCP non-conductive adhesive
  • the adhesive material applying unit 220 may include a first monitoring unit that detects an alignment state of the plurality of 3D structures and the dispenser and a solder paste or non-conductive adhesive (NCP) application state.
  • the first monitoring unit may include a capture board for capturing an image with a CCD camera, and a control unit for determining whether an application state is normal or poor by comparing an image input from an image processing board and an image processing board with a reference image. have.
  • the electronic component attaching unit 230 attaches the electronic component to a portion to which a solder paste or non-conductive adhesive (NCP) of a plurality of three-dimensional structures is applied.
  • the electronic component device includes at least one of a semiconductor chip, an IC, an LED device, a resistor, a capacitor, an inductor, a transformer, or a relay.
  • the electronic component attachment part 230 includes an element attach 233 and an element for picking up and attaching the electronic component element from the tray 211 to a portion where a plurality of three-dimensional structure solder paste or non-conductive adhesive (NCP) is applied.
  • NCP non-conductive adhesive
  • the electronic component attaching unit 230 may be implemented to include a second monitoring unit that detects an alignment state of the plurality of three-dimensional structures and the electronic component and the electronic component attaching state.
  • the second monitoring unit compares the image input from the capture board, the image processing board and the image processing board with the CCD camera and the image, and the reference image to determine whether the alignment state and the attachment state of the electronic component are normal or bad. It may include a control unit.
  • the laser bonding unit 240 irradiates and bonds a surface light source or a laser beam in a line shape to the electronic component elements attached to the plurality of three-dimensional structures.
  • the laser bonding unit 240 may transfer the laser beam irradiator 243 and the laser beam irradiator 243 up and down with respect to the direction perpendicular to the tray transfer direction and the working table 251.
  • the laser beam irradiator 243 is a laser oscillator for emitting a laser beam to electronic component elements attached to a plurality of three-dimensional structures, and a Gaussian-type laser light output from the laser oscillator as a plane light source having a uniform energy distribution. It may be implemented including a beam shaping unit and an optical system to convert.
  • the beam shaping part may be implemented as a light guide part forming a homogenized square beam.
  • the light guide part may be installed to have a separation distance of 0.2 mm or more and 0.5 mm or less with the optical fiber, and the length may be implemented to 1.0 m or more and 1.5 m or less.
  • the length of the light guide portion is less than 1.0 m, the light homogeneity of the laser light output after being diffusely reflected inside the light guide portion is reduced, so that the temperature distribution of the irradiation area of the skin complex P is not uniform.
  • the length of the light guide portion is 1.5m or more, the light homogeneity of the laser light is very good, but the overall length of the light homogenization module is long, which increases the manufacturing cost, and the storage and transport of the light homogenization module is inconvenient.
  • the numerical aperture NA of the optical fiber is implemented to be 0.2 or more and 0.3 or less. Accordingly, all the laser beams emitted from the optical fiber are incident into the light guide part.
  • the light guide unit is formed of a rectangular parallelepiped having a rectangular cross section using a base material having a high transmittance as a medium through which the laser light passes, and a total reflection coating film is formed on a side surface parallel to the optical axis through which the laser light passes, and an upper surface perpendicular to the optical axis.
  • An antireflective coating film is formed on the lower surface. Accordingly, it is possible to prevent the laser beam passing through the light guide portion from being lost to the outside.
  • the optical system may be implemented as, for example, a condenser lens for condensing the diffused homogenized square beam emitted through the light guide unit, and a diverging lens for dispersing the condensed homogenized square beam while maintaining a predetermined working distance.
  • a condenser lens for condensing the diffused homogenized square beam emitted through the light guide unit
  • a diverging lens for dispersing the condensed homogenized square beam while maintaining a predetermined working distance.
  • the combination of the radius of curvature of the condensing and diverging lenses can be used to control the homogenized square beam size and working distance.
  • the laser bonding unit 240 may be implemented to include a plurality of three-dimensional structure and a third monitoring unit for detecting the alignment and bonding state of the laser bonding unit.
  • the third monitoring unit may include a capture board for capturing an image of a CCD camera and a control unit for determining whether an alignment state and a bonding state are normal or bad by comparing an image input from an image processing board and an image processing board with a reference image. It may include.
  • the laser bonding unit 240 may be implemented to adjust the irradiation intensity and the irradiation area of the laser according to the shape of the three-dimensional structure as the working table 251 on which the plurality of three-dimensional structures are seated is transferred. Accordingly, even when the shape of the substrate is three-dimensional or irregular, the homogenized laser beam is irradiated for each bonding portion, and each irradiation area of the laser beam can be easily adjusted and bonded.
  • Figure 3 is an exemplary view for explaining the operation of the laser bonding device for a three-dimensional structure having a regular shape
  • Figure 4 is an electronic component to the three-dimensional structure through a laser bonding device for a three-dimensional structure having a regular shape It is an exemplary view for explaining a process of bonding the device.
  • a laser bonding apparatus for a three-dimensional structure having a regular shape includes a plurality of first and second working tables 251 and 261 supporting a plurality of three-dimensional structures 110.
  • the three-dimensional structure 110 of the first and the second working table (251, 261) may be implemented by including a first, second working table transfer unit (252, 262) for transporting.
  • the number of installations of the working table and the working table conveying unit can be expanded according to the production required by the customer.
  • the tray transfer unit 212 for transferring the tray 211 in which the plurality of electronic component elements are mounted in one direction may be installed separately from the first and second working table transfer units 252 and 262 as shown in FIG. 3. .
  • the tray 211 is loaded and transferred to the tray transfer unit 212, and is discharged to the outside when the tray 211 is used.
  • the first and second working tables 251 and 261 are transferred by the first and second working table transfer units 252 and 262 to pass through the first gantry 221.
  • the first gantry 221 has a dispenser 223 for applying solder paste or non-conductive adhesive (NCP) to the plurality of three-dimensional structures 110 and the dispenser 223 in a direction perpendicular to the tray transfer direction and a working table 251.
  • the first conveying unit 222 to be transported up and down relative to the) is installed.
  • the first gantry 221 may be provided with a vision module for detecting an alignment state of the plurality of 3D structures 110 and the dispenser 223 and a solder paste or non-conductive adhesive (NCP) coating state.
  • the second gantry 231 has an element attach 233 for picking up and attaching an electronic component element from the tray 211 to a portion to which solder paste or non-conductive adhesive (NCP) of the plurality of three-dimensional structures 110 is applied.
  • a second transfer part 232 is disposed to transfer the element attach 233 up and down with respect to the direction perpendicular to the tray transfer direction and the working table 251.
  • the second gantry 231 may be provided with a vision module for detecting the alignment state of the plurality of 3D structures 110 and the device attach 233 and the attachment state of the electronic component device.
  • the third gantry 241 includes a laser beam irradiator 243 for irradiating a laser beam to electronic component elements attached to the plurality of three-dimensional structures 110, a direction perpendicular to the tray conveying direction, and a laser beam irradiator 243.
  • the 3rd conveying part 242 and the 3rd conveying part 242 which are conveyed up and down with respect to the working table 251 are provided.
  • the third gantry 241 may be provided with a vision module that detects the alignment and bonding states of the plurality of 3D structures 110 and the laser beam irradiator 243.
  • the plurality of three-dimensional structures 110 seated on the working table 251 and transferred by the working table transfer unit are sequentially soldered or non-conductive adhesive (NCP) 30 by the dispenser 223. Is applied, the electronic component device 40 is attached to the solder paste or non-conductive adhesive (NCP) 30 by the device attach 233, the electronic component device 40 by the laser beam irradiation unit 243 Bonded
  • FIGS. 3 and 4 have described an apparatus for laser bonding an electronic component device using a three-dimensional structure providing unit which provides a three-dimensional structure having a regular shape, and a bonding process accordingly.
  • the three-dimensional structure providing unit includes a seating unit 511 on which a plurality of three-dimensional structures 120 having an irregular shape are seated, a driving shaft 512 connected to the seating unit 511, and driving The driving belt 513 connected to the shaft 512, the first motor 521 for rotating the driving belt 513, the coupling part 514 coupled to the driving shaft 512, and the coupling part 514 are vertically disposed. It includes a support 515 rotatably coupled, and a second motor 522 connected to the coupling portion 514 to rotate the coupling portion 514 up and down.
  • the three-dimensional structure laser bonding apparatus includes a first method for irradiating a solder paste or non-conductive adhesive (NCP), an electronic component, and a laser beam onto a three-dimensional structure having an irregular shape. It may be implemented to include a storage unit for storing a work profile for driving the motor 521 and the second motor 522 and a motor driver for driving the first motor 521 and the second motor 522 according to the work profile. have.
  • the laser bonding method of the laser bonding apparatus for the three-dimensional structure according to FIGS. 3 and 4 includes a loading step, an application step, a pickup and attachment step, a bonding step, and an unloading step, as shown in FIG. 6. Can be implemented.
  • the loading step includes mounting a plurality of three-dimensional structures as skin deposits on the working table (S611).
  • the applying step includes transferring the working table on which the plurality of three-dimensional structures are seated by the working table transfer unit (S612) and applying solder paste or non-conductive adhesive (NCP) to the plurality of three-dimensional structures (S613).
  • the conveying distance, the conveying speed and the conveying position of the working table are preset and stored in the storage unit of the laser bonding apparatus for the three-dimensional structure.
  • the monitoring unit including the vision module is used to check whether the working table is transferred to the precisely set transfer position and to correct the misaligned position.
  • step S613 may include detecting the solder paste or non-conductive adhesive (NCP) application state through the monitoring unit to determine whether the application state is normal or bad.
  • the picking and attaching step may be performed by transferring the working table having the solder paste or non-conductive adhesive (NCP) applied to the plurality of three-dimensional structures by the working table transfer unit (S614) and the solder paste or non-conductive adhesive (NCP) from the tray.
  • Picking up and attaching the electronic component element (S615) For example, the conveying distance, the conveying speed and the conveying position of the working table are preset and stored in the storage unit of the laser bonding apparatus for the three-dimensional structure.
  • the monitoring unit including the vision module is used to check whether the working table is transferred to the precisely set transfer position and to correct the misaligned position.
  • the step S615 may include detecting the electronic component element attachment state through the monitoring unit to determine whether the electronic component element attachment state is normal or bad.
  • the bonding step includes transferring the working table having the electronic component elements attached to the plurality of three-dimensional structures 110 by the working table transfer unit (S616) and irradiating and bonding the laser beam to the electronic component elements (S617). ).
  • the conveying distance, the conveying speed and the conveying position of the working table are preset and stored in the storage unit of the laser bonding apparatus for the three-dimensional structure.
  • the monitoring unit including the vision module is used to check whether the working table is transferred to the precisely set transfer position and to correct the misaligned position.
  • step S617 may include detecting the bonding state through the monitoring unit to determine whether the bonding state is normal or bad.
  • a solder paste or non-conductive adhesive (NCP) is sequentially applied to a plurality of three-dimensional structures, an electronic component is attached to the applied solder paste or non-conductive adhesive (NCP), and walking is completed when laser bonding is completed. Eject a plurality of three-dimensional structure from the table (S618).

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Abstract

본 발명은 PCB 기판, 유리기판과 같이 전체가 평면 형태를 갖는 기판외에도 고객사의 요구에 따라 굴곡진 부분이 규칙적인 형태 또는 불규칙한 형태를 갖는 3차원 구조물(예: 자동차 미등 또는 전조등용 기구물)에도 자동으로 전자부품소자를 본딩할 수 있고, 또한 전자부품소자와 3차원 구조물의 정렬 불량과 그로 인한 본딩 불량을 방지할 수 있는 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치 및 방법을 제공한다.

Description

3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치 및 방법
본 발명은 레이저 본딩기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고객사의 요구에 따라 굴곡진 부분이 규칙적인 형태 또는 불규칙한 형태를 갖는 3차원 구조물(예: 자동차 미등 또는 전조등용 기구물)에도 자동으로 전자부품소자를 본딩할 수 있는 레이저 본딩 장치 및 방법에 관한 것이다.
전자제품이 소형화 및 고기능화되면서 반도체 칩을 먼지나 습기 또는 전기적, 기계적인 부하 등 각종 외부환경으로부터 보호해주는 반도체패키지의 방식도 종래의 와이어본딩 방식만으로는 경박단소화에 한계가 있으므로 레이저 본딩 방식이 사용되고 있다. 레이저 본딩 방식은 반도체 칩을 캐리어 기판이나 서킷 테이프의 회로패턴에 부착하고 레이저를 이용하여 본딩하는 방식이다.
일본등록특허번호 제3303832호에는 반도체 칩의 각 전극을 배선 기판에 일괄 접속하기 위한 레이저 본딩 기술이 개시되어 있다. 일본등록특허번호 제3303832호에 따르면, 반도체 칩을 흡착하기 위한 흡착헤드가 레이저빔을 투과하는 유리로 구성되고 스테이지에는 펠티에 소자가 결합되고 있다. 반도체 칩은 레이저빔에 의해 반도체 칩의 전체가 직접 가열됨으로 급속 가열된다. 배선 기판은 스테이지에 결합된 펠티에 소자에 의해 급속 가열 및 급속 냉각된다.
미국공개특허번호 제2016/004938호에는 반도체 칩 패키징에 관한 것으로, 회로기판에 반도체 칩 다이를 접속하기 위해 레이저를 이용한 본딩 기술이 개시되어 있다. 미국공개특허번호 제2016/004938호에 따르면, 반도체 다이를 향하여 레이저 빔을 지향시켜 플럭스(flux)를 휘발시키고 범프(bump)와 회로 패턴 사이를 전기적으로 연결시키는 범프(bump) 리플로우 단계를 포함한다.
한국등록특허번호 제10-0913579호에는 FPC(Flexible Printed Circuit), TCP(Tape Carrier Package) 및 CBF(Common Block Flexible Printed Circuit), Driver IC(Driver Integrated Circuit, 구동칩)와 같은 구동용 회로기판을 본딩하는 장치가 개시되어 있다. 한국등록특허번호 제10-0913579호에 따르면, 구동용 회로기판이 본딩될 기판을 본딩 작업위치로 이송 및 취출하면서 구동용 회로기판을 기판에 본딩하면서 본딩 작업에 따른 택트 타임(tact time)의 단축 및 작업의 고속화를 실현하고자 한다.
일반적으로, 반도체 칩과 같은 전자부품소자 또는 집적회로(IC), 트랜지스터(TR), 저항소자(R), 및 캐퍼시터(C)를 포함하는 디바이스를 인쇄회로기판에 부착하기 위해 리플로우 장치가 사용된다. 현재 리플로우 장치는 크게 매스 리플로우(mass reflow) 장치와 레이저 리플로우 장치로 분류된다.
매스 리플로우(mass reflow) 장치는 솔더볼, 솔더패드, 또는 솔더페이스트와 같은 솔더물질이 부착된 다수의 기판을 컨베이어 벨트 상에 안착하고, 컨베이어 벨트를 구동한다. 기판은 구동되는 컨베이어 벨트를 따라 적외선 히터(infrared heater) 혹은 세라믹 히터가 구비된 가열 구간을 통과한다. 이때, 적외선 히터는 컨베이어 벨트의 상측과 하측에 마련되며, 적외선 히터는 기판상의 솔더볼에 열을 가하여 반도체 소자를 기판에 부착시킨다.
매스 리플로우 장치에 따르면, 전자부품소자 또는 디바이스는 약 50℃에서 최대 약 230∼290℃ 사이의 고열에서 약 210초(sec) 동안 열적 스트레스를 받는다. 따라서, 전자부품소자 또는 디바이스가 열에 의해 손상될 수 있으며, 이로 인하여 전자부품소자 또는 디바이스의 특성 또는 수명이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 적외선 히터가 솔더볼에 열을 가해 전자부품소자 또는 디바이스를 기판에 결합하는데 3∼10분(min) 정도의 시간이 소요되어 경제적이지 못하다는 문제점이 있다. 또한, 매스 리플로우 공정은 기판에 부착되는 소자 중에 열에 취약한 소자에도 열을 가하여 불량을 발생시킬 수 있고, 전체 기판에 열을 가하기 때문에 기판상에 열 변형을 발생시킨다는 문제점이 있다.
한편, 자동차용 헤드라이트는 최근 LED로 대체되고 있는데, LED헤드라이트 구조물의 경우 그 형태는 평면으로부터 3차원 형상에 이르기까지 다양하다. 그 중에서, LED가 본딩되는 기판의 형태가 계단형, 보울(bowl)형 등과 같이 불규칙적인 기판의 경우 매스 리플로우 공정을 통해 LED를 불규칙적인 기판에 결합하는 경우 각 부위별로 불균등하게 열에너지가 전달되어 본딩 불량이 발생할 여지가 많으며, 기판 전체적으로 열에너지가 가해지기 때문에 기판 전체에 걸쳐 열 변형이 발생될 가능성이 더 높아지는 문제점이 있다.
자동차용 헤드라이트 외에 반도체 칩을 본딩하는 기판의 형태가 3차원적이며 불규칙적인 경우라면 대체적으로 위와 같은 매스 리플로우 공정의 단점을 피하기가 어렵다.
따라서, 기판의 형태가 3차원적이거나 불규칙적인 환경에서는, 본딩 부위 별로 균질화된 레이저빔을 조사하며, 레이저빔의 각 조사 영역을 용이하게 조절할 수 있는 레이저 리플로우 기술이 매우 유용한 해결책이 될 수 있다.
그럼에도 불구하고, 지금까지의 레이저 리플로우 기술은 휴대폰, TV와 같은 장치에 사용되는 PCB 기판, 유리기판과 같이 전체적으로 평면 형태를 갖는 기판에만 적용되고 있었다. 기판이 평면 형태로 구현되지 않거나 반도체 소자가 부착되는 위치가 전체적으로 불규칙한 경우, 기존의 레이저 본딩 장치로는 작업이 불가능하다.
따라서, 도 1과 같은 3차원 구조물(예: 자동차 미등 또는 전조등용 기구물)에 전자부품소자를 각 부위 별로 효율적으로 본딩할 수 있는 새로운 레이저 본딩 장치와 방법이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 배경에서 제안된 것으로, 본 발명은 PCB 기판, 유리기판과 같이 전체가 평면 형태를 갖는 기판외에도 굴곡진 부분이 규칙적인 형태 또는 불규칙한 형태를 갖는 3차원 구조물에도 자동으로 전자부품소자를 본딩할 수 있는 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 전자부품소자와 3차원 구조물의 정렬 불량과 그로 인한 본딩 불량을 방지할 수 있는 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 3차원 구조물 레이저 본딩 장치는, 복수의 3차원 구조물에 접착물질이 도포되고, 상기 접착물질에 전자부품소자를 부착된 상기 복수의 3차원 구조물을 제공하는 3차원 구조물 제공부와; 상기 복수의 3차원 구조물에 부착된 전자부품소자에 레이저를 조사하여 본딩하는 레이저 본딩부를 포함한다.
복수의 전자부품소자를 탑재하고 이송하는 전자부품소자 제공부와; 복수의 3차원 구조물을 지지하고 이송하는 3차원 구조물 제공부와; 상기 복수의 3차원 구조물에 접착물질을 도포하는 접착물질 도포부와; 상기 복수의 3차원 구조물의 접착물질이 도포된 부분에 전자부품소자를 부착하는 전자부품소자 부착부와; 상기 복수의 3차원 구조물에 부착된 전자부품소자에 레이저를 조사하여 본딩하는 레이저 본딩부를 포함한다.
여기서, 3차원 구조물은 고객사의 요구에 따라 굴곡진 부분이 규칙적인 형태 또는 불규칙한 형태를 갖는 피부착물일 수 있다. 3차원 구조물은 특히 자동차 미등 또는 전조등용 기구물일 수 있다.
본 발명에 따른 3차원 구조물 레이저 본딩 방법은, 워킹테이블에 피부착물로서 복수의 3차원 구조물을 안착하는 단계와; 상기 복수의 3차원 구조물이 안착된 워킹테이블을 워킹테이블 이송부에 의해 이송하는 단계와; 상기 복수의 3차원 구조물에 접착물질을 도포하는 단계와; 상기 복수의 3차원 구조물의 접착물질이 도포된 부분에 전자부품소자를 픽업하여 부착하는 단계와; 상기 복수의 3차원 구조물에 부착된 전자부품소자에 레이저를 조사하여 본딩하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치는, 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 고객사의 요구에 따라 굴곡진 부분이 규칙적인 형태 또는 불규칙한 형태를 갖는 3차원 구조물에도 전자부품소자를 레이저 본딩할 수 있다.
둘째, 전자부품소자와 3차원 구조물의 정렬 불량과 접착물질 도포 불량과 전자부품소자 부착 불량과 본딩 불량을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구의 범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 은 3차원 구조물을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4 는 본 발명의 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치를 통해 3차원 구조물에 전자부품소자가 본딩되는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5 는 불규칙적인 형태를 갖는 3차원 구조물을 제공하는 3차원 구조물 제공부의 구조를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6 은 본 발명에 따른 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치는 도 1과 같은 3차원 구조물(예: 자동차 미등 또는 전조등용 기구물)에도 전자부품소자를 레이저 본딩할 수 있도록 구현된다. 3차원 구조물은 사출성형으로 제조된 사출물로 구현된 것이다. 과거에는 3차원 구조물의 경의 납땜으로 본딩하였지만, 본 출원인은 제조업의 패러다임이 점차 스마트 팩토리(Smart Factory)와 맞춤형 대량생산으로 변화됨에 따라 제조시간 단축과 제조비용 절감의 차원에서 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치를 개발하였다.
본 발명에 따른 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치(200)는 일례로, 복수의 3차원 구조물에 접착물질이 도포되고, 상기 접착물질에 전자부품소자를 부착된 상기 복수의 3차원 구조물을 제공하는 3차원 구조물 제공부와, 상기 복수의 3차원 구조물에 부착된 전자부품소자에 레이저를 조사하여 본딩하는 레이저 본딩부를 포함하여 구현될 수 있다. 이 같은 실시예에 따르면, 복수의 3차원 구조물에 접착물질이 도포되고, 상기 접착물질에 전자부품소자를 부착되는 공정은 별도의 다른 장치에서 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치(200)의 3차원 구조물 제공부는 별도의 다른 장치에 의해 접착물질이 도포되고 접착물질에 전자부품소자가 부착된 복수의 3차원 구조물을 레이저 본딩위치로 이송시키는 역할을 제공한다.
다른 예로, 본 발명에 따른 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치(200)는 도 2에 도시한 바와 같이, 크게 전자부품소자 제공부(210)와 3차원 구조물 제공부(250)와 접착물질 도포부(220)와 전자부품소자 부착부(230)와 레이저 본딩부(240)를 포함하여 구현될 수 있다.
전자부품소자 제공부(210)는 복수의 전자부품소자를 탑재하고 이송한다. 전자부품소자는 반도체 칩, IC, LED 소자, 저항기, 콘덴서, 인덕터, 트랜스, 또는 릴레이 중 적어도 하나를 포함한다. 전자부품소자 제공부(210)는 복수의 전자부품소자가 탑재되는 트레이(211)와 트레이(211)를 일 방향으로 이송하는 트레이 이송부(212)를 포함하여 구현될 수 있다.
3차원 구조물 제공부(250)는 복수의 3차원 구조물을 지지하고 이송한다. 복수의 3차원 구조물은 굴곡진 부분이 규칙적인 형태 또는 불규칙한 형태를 갖는 3차원 구조물(예: 자동차 미등 또는 전조등용 기구물)이다.
3차원 구조물 제공부(250)는 복수의 3차원 구조물을 지지하는 워킹테이블(251)과 복수의 3차원 구조물이 안착된 워킹테이블을 이송하는 워킹테이블 이송부(252)를 포함하여 구현될 수 있다.
접착물질 도포부(220)는 복수의 3차원 구조물에 예컨대 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP)를 도포한다. 비전도성 접착제(NCP)는 일례로, 커플링 에이전트로 N-methyl-3-amino propyltrimethoxysilane, 접착성 향상제로 폴리에스터 아크릴레이트(polyester acrylate)를 포함하여 구현될 수 있다.
접착물질 도포부(220)는 워킹테이블(251)에 안착된 복수의 3차원 구조물에 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP)를 도포하는 디스펜서(223)와 디스펜서(223)를 트레이 이송방향과 수직인 방향 및 워킹테이블(251)에 대해 상하로 이송하는 제1 이송부(222)와 제1 이송부(222)를 지지하는 제1 갠트리(221)를 포함하여 구현될 수 있다.
접착물질 도포부(220)는 복수의 3차원 구조물과 디스펜서의 정렬상태와 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP) 도포상태를 검출하는 제1 모니터링부를 포함하여 구현될 수 있다. 제1 모니터링부는 CCD 카메라와 영상을 포착하는 캡쳐 보드(capture board)와 영상처리보드와 영상처리보드로부터 입력된 영상과 기준 영상을 비교하여 도포상태가 정상인지 불량인지를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
전자부품소자 부착부(230)는 복수의 3차원 구조물의 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP)가 도포된 부분에 전자부품소자를 부착한다. 전자부품소자는 반도체 칩, IC, LED 소자, 저항기, 콘덴서, 인덕터, 트랜스, 또는 릴레이 중 적어도 하나를 포함한다.
전자부품소자 부착부(230)는 복수의 3차원 구조물의 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP)가 도포된 부분에 트레이(211)에서 전자부품소자를 픽업하여 부착하는 소자 어태치(233)와 소자 어태치(233)를 트레이 이송방향과 수직인 방향 및 워킹테이블(251)에 대해 상하로 이송하는 제2 이송부(232)와 제2 이송부(232)를 지지하는 제2 갠트리(231)를 포함하여 구현될 수 있다.
전자부품소자 부착부(230)는 복수의 3차원 구조물과 전자부품소자의 정렬상태와 전자부품소자 부착상태를 검출하는 제2 모니터링부를 포함하여 구현될 수 있다. 제2 모니터링부는 CCD 카메라와 영상을 포착하는 캡쳐 보드(capture board)와 영상처리보드와 영상처리보드로부터 입력된 영상과 기준 영상을 비교하여 정렬상태와 전자부품소자 부착상태가 정상인지 불량인지를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
레이저 본딩부(240)는 복수의 3차원 구조물에 부착된 전자부품소자에 면 광원 또는 라인 형태의 레이저빔을 조사하여 본딩한다. 일례로, 레이저 본딩부(240)는 레이저빔 조사부(243)와, 레이저빔 조사부(243)를 트레이 이송방향과 수직인 방향 및 워킹테이블(251)에 대해 상하로 이송하는 제3 이송부(242)와, 제3 이송부(242)를 지지하는 제3 갠트리(241)를 포함하여 구현될 수 있다.
레이저빔 조사부(243)는 복수의 3차원 구조물에 부착된 전자부품소자에 레이저빔을 출력하는 조사하는 레이저 발진기와, 레이저 발진기에서 출력되는 가우시안 형태의 레이저 광을 균일화된 에너지 분포를 갖는 면 광원으로 변환하는 빔 성형부와 광학계를 포함하여 구현될 수 있다.
빔 성형부는 균질화된 사각형 빔을 형성하는 광 가이드부로 구현될 수 있다. 광 가이드부는 광섬유와 0.2㎜ 이상, 0.5㎜ 이하의 이격거리를 갖도록 설치되며 길이는 1.0m 이상, 1.5m 이하로 구현될 수 있다. 광 가이드부의 길이를 1.0m 미만으로 하게 되면 광 가이드부 내부에서 난반사된 후 출력되는 레이저 광의 광 균질도가 떨어져서 피부착물(P)의 조사영역의 온도분포가 균일하지 않게 된다. 한편, 광 가이드부의 길이를 1.5m 이상으로 하게 되면 레이저 광의 광 균질도는 매우 좋으나 광 균질화 모듈의 전체 길이가 길어져서 제조비용이 상승하게 되며, 광 균질화 모듈의 보관과 이송이 불편하다.
광 가이드부와 광섬유 사이에는 레이저빔을 균일하게 하기 위한 어떠한 광학렌즈도 필요하지 않다. 광섬유의 개구수(NA)는 0.2 이상 0.3 이하로 구현된다. 이에 따라 광섬유에서 출사되는 레이저빔은 광 가이드부 내부로 모두 입사된다.
광 가이드부는 레이저 광이 통과하는 매질로 고투과율을 갖는 모재를 사용해 단면이 사각형인 직육면체로 형성되고, 레이저 광이 지나가는 광축과 수평한 측면에 전반사 코팅막이 형성되고, 상기 광축과 수직한 상부면과 하부면에 무반사 코팅막이 형성된다. 이에 따라 광 가이드부를 통과한 레이저빔이 외부로 손실되는 것을 막을 수 있다.
광학계는 일례로 광 가이드부를 거쳐 나온 발산된 균질화된 사각형 빔을 집광하는 집광렌즈와 집광된 균질화된 사각형 빔을 일정 작업거리까지 유지하면서 발산시키는 발산렌즈로 구현될 수 있다. 집광렌즈와 발산렌즈의 곡률반경 조합을 통해 균질화된 사각형 빔 사이즈와 작업거리를 조절할 수 있다.
레이저 본딩부(240)는 복수의 3차원 구조물과 레이저 본딩부의 정렬상태와 본딩상태를 검출하는 제3 모니터링부를 포함하여 구현될 수 있다. 제3 모니터링부는 CCD 카메라와 영상을 포착하는 캡쳐 보드(capture board)와 영상처리보드와 영상처리보드로부터 입력된 영상과 기준 영상을 비교하여 정렬상태와 본딩상태가 정상인지 불량인지를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
레이저 본딩부(240)는 일례로, 복수의 3차원 구조물이 안착된 워킹테이블(251)이 이송됨에 따라 3차원 구조물의 형태에 따라 레이저의 조사 강도와 조사 영역을 조절하도록 구현될 수 있다. 이에 따라 기판의 형태가 3차원적이거나 불규칙적인 경우에도, 본딩 부위 별로 균질화된 레이저빔을 조사하며, 레이저빔의 각 조사 영역을 용이하게 조절하여 본딩할 수 있다.
도 3 은 규칙적인 형태를 갖는 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치의 동작을 설명하기 위한 예시도이고, 도 4 는 규칙적인 형태를 갖는 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치를 통해 3차원 구조물에 전자부품소자가 본딩되는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
먼저, 도 3을 참조하여 설명하면, 규칙적인 형태를 갖는 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치는, 복수의 3차원 구조물(110)을 지지하는 제1, 제2 워킹테이블(251, 261)과 복수의 3차원 구조물(110)이 안착된 제1, 제2 워킹테이블(251, 261)을 이송하는 제1, 제2 워킹테이블 이송부(252, 262)를 포함하여 구현될 수 있다. 워킹테이블과 워킹테이블 이송부의 설치대수는 고객이 요구하는 생산량에 따라 증설될 수 있다.
복수의 전자부품소자가 탑재되는 트레이(211)를 일 방향으로 이송하는 트레이 이송부(212)는 도 3에 도시한 바와 같이 제1, 제2 워킹테이블 이송부(252, 262)와 별도로 설치될 수 있다. 트레이(211)는 트레이 이송부(212)에 적재되어 이송되며, 사용완료된 경우 외부로 배출된다.
제1, 제2 워킹테이블(251, 261)은 제1, 제2 워킹테이블 이송부(252, 262)에 의해 이송되어 제1 갠트리(221)를 통과한다. 제1 갠트리(221)에는 복수의 3차원 구조물(110)에 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP)를 도포하는 디스펜서(223)와 디스펜서(223)를 트레이 이송방향과 수직인 방향 및 워킹테이블(251)에 대해 상하로 이송하는 제1 이송부(222)가 설치된다. 제1 갠트리(221)에는 복수의 3차원 구조물(110)과 디스펜서(223)의 정렬상태와 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP) 도포상태를 검출하는 비젼모듈이 설치될 수 있다.
복수의 3차원 구조물(110)에 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP)가 도포되면, 제1, 제2 워킹테이블(251, 261)은 제1, 제2 워킹테이블 이송부(252, 262)에 의해 이송되어 제2 갠트리(231)를 통과한다. 제2 갠트리(231)에는 복수의 3차원 구조물(110)의 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP)가 도포된 부분에 트레이(211)에서 전자부품소자를 픽업하여 부착하는 소자 어태치(233)와 소자 어태치(233)를 트레이 이송방향과 수직인 방향 및 워킹테이블(251)에 대해 상하로 이송하는 제2 이송부(232)가 설치된다. 제2 갠트리(231)에는 복수의 3차원 구조물(110)과 소자 어태치(233)의 정렬상태와 전자부품소자 부착상태를 검출하는 비젼모듈이 설치될 수 있다.
복수의 3차원 구조물(110)에 전자부품소자가 부착되면, 제1, 제2 워킹테이블(251, 261)은 제1, 제2 워킹테이블 이송부(252, 262)에 의해 이송되어 제3 갠트리(241)를 통과한다. 제3 갠트리(241)에는 복수의 3차원 구조물(110)에 부착된 전자부품소자에 레이저빔을 조사하는 레이저빔 조사부(243)와, 레이저빔 조사부(243)를 트레이 이송방향과 수직인 방향 및 워킹테이블(251)에 대해 상하로 이송하는 제3 이송부(242)와, 제3 이송부(242)가 설치된다. 제3 갠트리(241)에는 복수의 3차원 구조물(110)과 레이저빔 조사부(243)의 정렬상태와 본딩상태를 검출하는 비젼모듈이 설치될 수 있다.
도 4를 참조하면, 워킹테이블(251)에 안착되어 워킹테이블 이송부에 의해 이송되는 복수의 3차원 구조물(110)에는 순차적으로 디스펜서(223)에 의해 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP)(30)가 도포되며, 소자 어태치(233)에 의해 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP)(30)에 전자부품소자(40)가 부착되며, 레이저빔 조사부(243)에 의해 전자부품소자(40)가 본딩된다.
지금까지는 도 3과 도 4는 규칙적인 형태를 갖는 3차원 구조물을 제공하는 3차원 구조물 제공부를 이용하여 전자부품소자를 레이저 본딩하는 장치와 그에 따른 본딩 과정을 설명하였다.
이하, 도 5를 참조하여 불규칙적인 형태를 갖는 3차원 구조물을 제공하는 3차원 구조물 제공부의 구조를 설명하기로 한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 3차원 구조물 제공부는 불규칙적인 형태를 갖는 복수의 3차원 구조물(120)이 안착되는 안착부(511), 안착부(511)에 연결되는 구동사프트(512), 구동사프트(512)와 연결되는 구동벨트(513), 구동벨트(513)를 회전시키는 제1 모터(521), 구동사프트(512)에 결합되는 결합부(514), 결합부(514)가 상하로 회전가능하게 결합되는 지지부(515), 및 결합부(514)와 연결되어 결합부(514)를 상하로 회전시키는 제2 모터(522)를 포함한다.
도 5에 도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 3차원 구조물 레이저 본딩 장치는, 불규칙적인 형태를 갖는 3차원 구조물에 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP)와 전자부품소자와 레이저빔을 조사하기 위해 제1 모터(521)와 제2 모터(522)를 구동하는 작업 프로파일을 저장하는 저장부와 작업 프로파일에 따라 제1 모터(521)와 제2 모터(522)를 구동하는 모터구동부를 포함하여 구현될 수 있다.
도 3과 도 4에 따른 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치에서 이루어지는 레이저 본딩방법은 도 6에 도시한 바와 같이, 크게 로딩 단계, 도포 단계, 픽업 및 부착 단계, 본딩 단계, 언로딩 단계를 포함하여 구현될 수 있다.
로딩 단계는 워킹테이블에 피부착물로서 복수의 3차원 구조물을 안착하는 단계를 포함한다(S611). 도포 단계는 복수의 3차원 구조물이 안착된 워킹테이블을 워킹테이블 이송부에 의해 이송하는 단계(S612)와 복수의 3차원 구조물에 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP)를 도포하는 단계를 포함한다(S613). 일례로 워킹테이블의 이송거리와 이송속도와 이송위치는 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치의 저장부에 미리 셋팅되어 저장된다. 다만, 정확하게 셋팅된 이송위치에 워킹테이블이 이송되었는지를 체크하고, 어긋난 위치를 보정하기 위해 비젼모듈을 포함한 모니터링부를 사용하게 된다. 단계 S613 이후에는 모니터링부를 통해 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP) 도포상태를 검출하여 도포상태가 정상인지 불량인지를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
픽업 및 부착 단계는 복수의 3차원 구조물에 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP)가 도포된 워킹테이블을 워킹테이블 이송부에 의해 이송하는 단계(S614)와 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP)에 트레이에서 전자부품소자를 픽업하여 부착하는 단계를 포함한다(S615). 일례로 워킹테이블의 이송거리와 이송속도와 이송위치는 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치의 저장부에 미리 셋팅되어 저장된다. 다만, 정확하게 셋팅된 이송위치에 워킹테이블이 이송되었는지를 체크하고, 어긋난 위치를 보정하기 위해 비젼모듈을 포함한 모니터링부를 사용하게 된다. 단계 S615 이후에는 모니터링부를 통해 전자부품소자 부착상태를 검출하여 전자부품소자 부착상태가 정상인지 불량인지를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본딩 단계는 복수의 3차원 구조물(110)에 전자부품소자가 부착된 워킹테이블을 워킹테이블 이송부에 의해 이송하는 단계(S616)와 전자부품소자에 레이저빔을 조사하여 본딩하는 단계를 포함한다(S617). 일례로 워킹테이블의 이송거리와 이송속도와 이송위치는 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치의 저장부에 미리 셋팅되어 저장된다. 다만, 정확하게 셋팅된 이송위치에 워킹테이블이 이송되었는지를 체크하고, 어긋난 위치를 보정하기 위해 비젼모듈을 포함한 모니터링부를 사용하게 된다. 단계 S617 이후에는 모니터링부를 통해 본딩상태를 검출하여 본딩상태가 정상인지 불량인지를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
언로딩 단계는 복수의 3차원 구조물에 순차적으로 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP)가 도포되고, 도포된 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP)에 전자부품소자가 부착되고, 레이저 본딩이 완료되면 워킹테이블에서 복수의 3차원 구조물을 배출한다(S618).
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌
것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분
산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들
도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
<부호의 설명>
30: 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP)
40: 전자부품소자
110: 3차원 구조물
200: 3차원 구조물을 위한 레이저 본딩 장치
210: 전자부품소자 제공부
211: 트레이
212: 트레이 이송부
211: 트레이
212: 트레이 이송부
220: 접착물질 도포부
221: 제1 갠트리
222: 제1 이송부
223: 디스펜서
230: 전자부품소자 부착부
231: 제2 갠트리
232: 제2 이송부
233: 소자 어태치
240: 레이저 본딩부
241: 제3 갠트리
242: 제3 이송부
243: 레이저빔 조사부
251: 제1 워킹테이블
252: 제2 워킹테이블 이송부
261: 제1 워킹테이블
262: 제2 워킹테이블 이송부
발명의 실시를 위한 형태는 전술한 바와 같이, 발명의 실시를 위한 최선의 형태로 상술되었다.
본 명세서에 따른 기술은 레이저 본딩 장치에서 이용 가능하다.

Claims (18)

  1. 복수의 3차원 구조물에 접착물질이 도포되고, 상기 접착물질에 전자부품소자를 부착된 상기 복수의 3차원 구조물을 제공하는 3차원 구조물 제공부와;
    상기 복수의 3차원 구조물에 부착된 전자부품소자에 레이저를 조사하여 본딩하는 레이저 본딩부;
    를 포함하는 3차원 구조물 레이저 본딩 장치.
  2. 복수의 전자부품소자를 탑재하고 이송하는 전자부품소자 제공부와;
    복수의 3차원 구조물을 지지하고 이송하는 3차원 구조물 제공부와;
    상기 복수의 3차원 구조물에 접착물질을 도포하는 접착물질 도포부와;
    상기 복수의 3차원 구조물의 접착물질이 도포된 부분에 상기 전자부품소자를 부착하는 전자부품소자 부착부와;
    상기 복수의 3차원 구조물에 부착된 전자부품소자에 레이저를 조사하여 본딩하는 레이저 본딩부;
    를 포함하는 3차원 구조물 레이저 본딩 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전자부품소자 제공부는,
    상기 복수의 전자부품소자가 탑재되는 트레이와;
    상기 트레이를 일 방향으로 이송하는 트레이 이송부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 레이저 본딩 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3차원 구조물 제공부는,
    복수의 3차원 구조물을 지지하는 워킹테이블과;
    상기 복수의 3차원 구조물이 안착된 워킹테이블을 이송하는 워킹테이블 이송부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 레이저 본딩 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 3차원 구조물은,
    굴곡진 부분이 규칙적인 형태를 갖는 피부착물인 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 레이저 본딩 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3차원 구조물 제공부는,
    복수의 3차원 구조물이 안착되는 안착부와; 상기 안착부에 연결되는 구동사프트와;
    상기 구동사프트와 연결되는 구동벨트와; 상기 구동벨트를 회전시키는 제1 모터와;
    상기 구동사프트에 결합되는 결합부와; 상기 결합부가 상하로 회전가능하게 결합되는 지지부와;
    상기 결합부와 연결되어 상기 결합부를 상하로 회전시키는 제2 모터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 레이저 본딩 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 3차원 구조물은,
    굴곡진 부분이 불규칙한 형태를 갖는 피부착물인 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 레이저 본딩 장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 접착물질 도포부는,
    상기 워킹테이블에 안착된 복수의 3차원 구조물에 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP)를 도포하는 디스펜서와;
    상기 디스펜서를 상기 트레이 이송방향과 수직인 방향 및 상기 워킹테이블에 대해 상하로 이송하는 제1 이송부와;
    상기 제1 이송부를 지지하는 제1 갠트리;
    를 포함하는 3차원 구조물 레이저 본딩 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 접착물질 도포부는,
    상기 복수의 3차원 구조물과 디스펜서의 정렬상태와 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP) 도포상태를 검출하는 제1 모니터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 레이저 본딩 장치.
  10. 청구항 4에 있어서,
    상기 전자부품소자 부착부는,
    상기 복수의 3차원 구조물의 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP)가 도포된 부분에 상기 트레이에서 전자부품소자를 픽업하여 부착하는 소자 어태치와;
    상기 소자 어태치를 상기 트레이 이송방향과 수직인 방향 및 상기 워킹테이블에 대해 상하로 이송하는 제2 이송부와;
    상기 제2 이송부를 지지하는 제2 갠트리;
    를 포함하는 3차원 구조물 레이저 본딩 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 전자부품소자 부착부는,
    상기 복수의 3차원 구조물과 소자 어태치의 정렬상태와 전자부품소자 부착상태를 검출하는 제2 모니터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 레이저 본딩 장치.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 레이저 본딩부는,
    상기 복수의 3차원 구조물에 부착된 전자부품소자에 레이저빔을 출력하는 조사하는 레이저 발진기와;
    상기 레이저 발진기에서 출력되는 가우시안 형태의 레이저 광을 균일화된 에너지 분포를 갖는 면 광원으로 변환하는 빔 성형부와 광학계를 포함하는 레이저빔 조사부와;
    상기 레이저빔 조사부를 상기 트레이 이송방향과 수직인 방향 및 상기 워킹테이블에 대해 상하로 이송하는 제3 이송부와;
    상기 제3 이송부를 지지하는 제3 갠트리;
    를 포함하는 3차원 구조물 레이저 본딩 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 레이저 본딩부는,
    상기 복수의 3차원 구조물과 레이저빔 조사부의 정렬상태와 본딩상태를 검출하는 제3 모니터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 레이저 본딩 장치.
  14. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 3차원 구조물은 자동차 미등 또는 전조등용 기구물인 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 레이저 본딩 장치.
  15. 복수의 3차원 구조물에 접착물질이 도포되고, 상기 접착물질에 전자부품소자를 부착된 상기 복수의 3차원 구조물을 제공하는 단계와;
    상기 복수의 3차원 구조물에 부착된 전자부품소자에 레이저를 조사하여 본딩하는 단계;
    를 포함하는 3차원 구조물 레이저 본딩 방법.
  16. 워킹테이블에 피부착물로서 복수의 3차원 구조물을 안착하는 단계와;
    상기 복수의 3차원 구조물이 안착된 워킹테이블을 워킹테이블 이송부에 의해 이송하는 단계와;
    상기 복수의 3차원 구조물에 접착물질을 도포하는 단계와;
    상기 복수의 3차원 구조물의 접착물질이 도포된 부분에 전자부품소자를 픽업하여 부착하는 단계와;
    상기 복수의 3차원 구조물에 부착된 전자부품소자에 레이저를 조사하여 본딩하는 단계;
    를 포함하는 3차원 구조물 레이저 본딩 방법.
  17. 청구항 16 에 있어서,
    상기 복수의 3차원 구조물에 접착물질을 도포하는 단계에서,
    상기 접착물질은, 솔더 페이스트 또는 비전도성 접착제(NCP)인 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 레이저 본딩 방법.
  18. 청구항 15 또는 청구항 16에 있어서,
    상기 복수의 3차원 구조물은 자동차 미등 또는 전조등용 기구물인 것을 특징으로 하는 3차원 구조물 레이저 본딩 방법.
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