KR100722058B1

KR100722058B1 - 미소볼의 탑재장치

Info

Publication number: KR100722058B1
Application number: KR1019980032124A
Authority: KR
Inventors: 가즈오 아리카도; 신이치 나카자토
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1998-08-07
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2018-08-07
Also published as: US6099681A; JP3803465B2; KR19990023441A; SG74646A1; JPH1154897A

Abstract

전도성 볼에 소정량의 플럭스를 확실히 도포할 수 있는 전도성 볼의 탑재 이송 장치 및 탑재 이송 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전도성 볼(1)에 플럭스 저장부의 용기(16)에 저장된 플럭스(2)를 도포할 때에, 용기(16)의 평탄한 저면(16a)에 소정 막두께의 플럭스(2)를 스퀴지 유닛(17)에 의해 도포한다. 이어서 용기(16)에 대하여 전도성 볼(1)을 흡착한 흡착 헤드(20)를 하강시켜, 용기(16)의 저면(16a)에 전도성 볼(1)이 접촉한 것을 흡착 헤드(20)의 터치 센서(43)에 의해 검출한 후에 흡착 헤드(20)를 상승시키고, 그 다음 흡착 헤드(20)에 유지된 전도성 볼(1)을 워크에 탑재 이송한다. 이에 따라, 확실히 소정량의 플럭스(2)를 전사(轉寫)하여 도포된 전도성 볼(1)을 워크에 탑재 이송할 수 있다.

Description

미소 볼의 탑재 장치{APPARATUS FOR THE MOUNT OF SMALL BALLS}

본 발명은 솔더 볼(solder ball) 등의 미소 볼에 플럭스(flux) 등의 점착물을 부착하여 전자 부품 등의 워크(work: 피 가공물)에 탑재하는 미소 볼의 탑재 장치 및 탑재 방법에 관한 것이다.

전자 부품이 탑재되는 워크의 전극상에 범프(bump)를 형성하는 방법으로서, 솔더 볼 등의 미소 볼을 이용하는 방법이 알려져 있다. 이 방법은 솔더 볼을 워크의 전극상에 탑재하고, 그 후 워크를 가열함으로써 솔더 볼을 전극에 납땜하여 범프를 형성하는 것이다. 이 때, 솔더 볼과 전극의 납땜을 양호하게 실행하기 위해서 일반적으로 플럭스가 이용되고, 솔더 볼을 전극상에 탑재하기 전에, 솔더 볼 또는 전극 중 어느 한 쪽에 플럭스를 도포하는 것이 실행된다.

플럭스를 도포하는 방법으로서, 솔더 볼을 진공 흡착한 흡착 헤드를 용기에 저장된 플럭스의 표면에 하강시켜 솔더 볼을 플럭스에 착수(着水)시키고, 솔더 볼의 선단부에 플럭스를 전사(轉寫)시켜 도포하는 방법이 실시되고 있다. 이 방법은 흡착 헤드의 하강 행정(stroke)을 제어함으로써, 솔더 볼의 선단부에만 플럭스를 부착시키는 것이다.

그러나, 솔더 볼의 소직경화(小直徑化)가 진행됨에 따라서, 플럭스를 도포할 때의 흡착 헤드의 하강 행정의 제어는 고정밀도를 요구하게 되었다. 그 결과, 제어용 입력 데이터의 근소한 오차에 의해서도 솔더 볼로의 소정의 플럭스 도포량이 확보되지 않고, 도포량의 편차를 발생시킨다고 하는 문제점이 있었다.

동이나 금 등의 전도성 볼에 납땜 페이스트(solder paste)나 전도성 접착제를 부착하여 워크에 탑재하는 경우에도 동일한 문제가 발생한다.

그러므로 본 발명의 목적은 흡착 공구(tool)에 진공 흡착된 미소 볼에 소정량의 점착물을 우수한 정밀도로 도포할 수 있는 미소 볼의 탑재 장치 및 탑재 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 미소 볼의 탑재 장치는, 하면에 전도성의 미소 볼을 진공 흡착하는 복수의 흡착 구멍이 형성된 흡착 헤드와, 워크를 지지하는 워크 지지부와, 평탄한 저면을 갖는 플럭스 저장부와, 상기 저면상에 미소 볼의 반경 이하의 두께로 플럭스의 막을 형성하는 플럭스 막 형성수단과, 상기 흡착 헤드를 상기 워크 지지부와 상기 플럭스 저장부의 사이를 상대적으로 이동시키는 이동 수단과, 상기 흡착 헤드를 상기 플럭스 저장부에 대하여 상하 동작을 행하게 하는 상하 이동수단과, 상기 흡착 헤드가 상기 상하 이동수단에 의해서 하강하여, 상기 흡착 헤드에 진공 흡착된 미소 볼이 상기 저면에 접촉한 것을 검출하는 접촉 검출 수단을 구비하고, 상기 흡착 헤드는, 스토퍼를 하부에 설치한 본체와, 이 본체의 내부에 수납된 블록과, 이 블록의 하부에 결합된 흡착 공구로 이루어지고, 또 상기 블록의 양측부를 상기 스토퍼상에 가압하여 접촉하는 것에 의해, 상기 흡착 공구의 하강 한도를 규정하는 동시에 상기 흡착 공구의 하면을 수평면으로 하도록 하고, 또한 상기 본체와 상기 스토퍼의 접촉이 끊어진 것을 상기 접촉 검출 수단이 검출하는 것에 의해, 미소 볼이 상기 저면에 접촉한 것을 검출하도록 하고 있다.

본 발명의 미소 볼의 탑재 방법은, 상술한 미소 볼의 탑재 장치를 이용하여, 흡착 헤드의 하면에 진공 흡착한 복수의 미소 볼의 하부에 플럭스를 부착시킨 후, 이 미소 볼을 워크의 전극에 탑재하는 미소 볼의 탑재 방법에 있어서, 평탄한 저면을 갖는 플럭스 저장부의 저면에 미소 볼의 반경 이하의 두께의 플럭스를 도포하는 단계와, 상기 흡착 헤드를 상기 플럭스 저장부에 대하여 하강시키는 단계와, 상기 흡착 헤드에 흡착된 미소 볼이 상기 저면에 접촉한 것을 접촉 검출 수단에 의해 검출하는 단계와, 상기 접촉 검출 수단이 접촉을 검출하면 상기 흡착 헤드를 상승시키고, 그 후 워크의 전극상에 플럭스가 도포된 미소 볼을 탑재하는 단계를 포함한다.

상기 구성에 의하면, 평면상에 소정의 막 두께에 의해 형성된 점착물의 층에 미소 볼을 착수(着水)시켜 점착물을 부착시킬 때에, 평면에 미소 볼이 접촉한 것을 검출한 후에 흡착 헤드를 상승시킴으로써, 미소 볼로의 점착물의 도포의 정밀도를 높일 수 있다.

실시예

다음에, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예의 미소 볼 탑재 장치의 사시도이고, 도 2는 흡착 헤드의 단면도이며, 도 3은 플럭스 저장부의 측단면도이고, 도 4 및 도 5는 점착물의 도포 동작의 설명도이며, 도 6은 동일한 미소 볼 탑재 장치의 동작의 설명도이다.

도 1에 있어서, 참조부호(11)는 전자 부품이나 회로 기판 등의 워크로서, 가이드 레일(guiding rail)(13)에 탑재되어 있다. 가이드 레일(13)은 워크의 지지부로서, 워크(11)를 크램프(cramp)하여 위치 결정한다. 워크(11)의 상면에는 미소 볼로서의 솔더 볼(1)이 탑재되는 전극(12)이 다수개 형성되어 있다. 미소 볼의 크기는 50㎛∼800㎛인 것이 사용된다. 가이드 레일(13)의 옆쪽에는, 솔더 볼(1)의 공급부(14)와, 플럭스(2)의 저장부로서의 용기(16)가 설치되어 있다. 참조부호(17)는 용기(16)에 저장된 플럭스(2)의 액면(液面)을 평탄화하는 스퀴지 유닛(squeegee unit)이다. 용기(16)의 하측에는 스퀴지 유닛(17)의 구동 수단(18)이 설치되어 있다. 공급부(14)는 박스(box)로 제조되고, 그 내부에 솔더 볼(1)이 저장되어 있다.

가이드 레일(13)의 상방에는 흡착 헤드(20)가 설치되어 있다. 흡착 헤드(20)는 구동 수단을 내장한 구동 테이블(21)을 따라서 X 방향으로 이동한다. 또한, 구동 테이블(21)의 양 단부는 슬라이더(slider)(22)를 통해서 구동 테이블(23)에 결합되어 있고, 구동 테이블(21)은 구동 테이블(23)을 따라 Y 방향으로 이동한다. 즉, 구동 테이블(21, 23)은 흡착 헤드(20)를 X 방향이나 Y 방향으로 이동시키는 이동 수단으로 되어 있다.

다음에, 도 2를 참조하여 흡착 헤드(20)의 구조를 설명한다. 참조부호(30)는 본체로서의 승강 부재이다. 승강 부재(30)는 밑바닥이 없고, 그 내부에는 블록(block)(31)이 수납되어 있다. 블록(31)의 하부에는 상자형 흡착 공구(32)가 결합되어 있다. 블록(31)의 양 측면에 설치된 슬라이더(41)는 승강부재(30)의 내면에 설치된 수직 레일(42)에 미끄럼운동 가능하게 끼워 맞추어져 있다. 따라서, 흡착 공구(32)는 승강 부재(30)에 대하여 승강 가능하게 장착되어 있다. 흡착 공구(32)의 하면에는 한 개의 솔더 볼을 흡착하는 흡착 구멍(35)이, 워크(11)의 전극(12)에 대응하는 배열로 복수개 형성되어 있다. 흡착 공구(32)는 튜브(tube)(33)를 통해 흡입 유닛(36)에 접속되어 있고, 흡입 유닛(36)이 작동함으로써 그 하면에 다수개 형성된 흡착 구멍(35)에 솔더 볼(1)을 진공 흡착한다.

도 2에 있어서, 블록(31)의 측면 단부를 승강 부재(30)의 바닥판(30a)상에 가압함으로써, 흡착 공구(32)의 하면의 수평면에 대한 평행도를 확보하고 있다. 즉, 바닥판(30a)은 흡착 공구(32)의 하강 한도를 규정함과 동시에, 흡착 공구(32)의 하면을 수평면으로 하기 위한 스토퍼(stopper)로 되어 있다. 또한, 본 실시예에서는, 블록(31)의 양 측부를 스토퍼에 접촉시키고 있기 때문에, 흡착 공구(32)의 하면의 평행도를 우수한 재현성(再現性)으로 유지할 수 있다.

또한, 승강 부재(30)의 바닥판(30a)과 블록(31)의 접촉면에는 터치 센서(touch sensor)(43)가 설치되어 있다. 터치 센서(43)는 블록(31)의 측면 단부와 승강 부재(30)의 바닥판(30a)의 접촉이 끊어진 것을 검출한다. 이 접촉면은 통상시에는 항상 접촉하여 접촉 상태에 있고, 흡착 헤드(20)의 하강 동작중에 흡착 공구(32)의 하면에 흡착된 솔더 볼(1)이 고정물에 접촉하면, 접촉면이 비접촉 상태로 된다. 즉, 이 접촉면의 접촉·비접촉을 전기적으로 검출함으로써, 흡착 공구(32)의 하면에 흡착된 솔더 볼(1)이 고정물에 접촉한 것을 검출한다. 따라서, 터치 센서(43)는 솔더 볼(1)이 후술하는 용기(16)의 저면(16a)에 접촉한 것을 검출하는 접촉 검출 수단으로 되어있다. 또한, 접촉 검출 수단으로서는 승강 부재(30)와 흡착 공구(32)의 위치 관계의 상대적인 변화를 검출하는 비접촉식 센서를 이용하여도 무방하다.

승강 부재(30)의 상면에는 실린더(cylinder)(38)가 설치되어 있고, 그 로드(rod)(39)의 하단부에 블록(31)이 결합되어 있다. 참조부호(40)는 스프링 부재로서, 승강 부재(30)의 천정면과 블록(31)의 상면을 결합시키고 있다. 스프링 부재(40)는 그 스프링 힘으로 블록(31)을 상방으로 탄력적으로 당겨서, 흡착 공구(32)측의 자중(自重)을 경감시키고 있다. 본 실시예에서는, 스프링 부재(40)의 스프링의 힘은 블록(31) 및 흡착 공구(32)의 자중과 동등하게 하고 있다.

다음에 승강 부재(30)의 상하 이동 수단(상승 및 하강 수단)에 대하여 설명한다. 참조부호(50)는 승강 부재(30)의 측부에 설치된 세로 길이의 구동 케이스(case)이고, 그 내부에는 수직 볼 나사(51)가 수납되어 있다. 볼 나사(51)에는 너트(net)(52)가 나사 결합되어 있고, 너트(52)는 로드(53)를 통해 승강 부재(30)에 결합되어 있다. 구동 케이스(50)의 측면에는 수직 레일(54)이 설치되어 있고, 승강 부재(30)의 측면에 설치된 슬라이더(55)는 이 레일(54)에 미끄럼운동 가능하게 끼워 맞추어져 있다. 모터(56)가 구동하여 볼 나사(51)가 회전하면, 너트(52)는 볼 나사(51)를 따라 상하 이동한다. 이에 따라, 승강 부재(30)나 흡착 공구(32)는 상하 동작을 실행한다.

다음에, 도 3을 참조하여 플럭스의 저장부에 대하여 설명한다. 도 3에 있어서, 흡착 헤드(20)의 하방에는 플럭스 저장용의 용기(16)가 수평으로 설치되어 있다. 용기(16)의 저면(16a)은 평탄한 평면으로 되어 있고, 흡착 헤드(20)의 흡착 공구(32)의 하면에 대하여 평행하게 되도록 수평도가 조정된다. 이 저면(16a)은 흡착 공구(32)의 하면에 대하여 충분한 넓이를 가지고 있다. 용기(16)의 상방에는 스퀴지 유닛(17)이 설치되어 있다. 스퀴지 유닛(17)은 용기(16)의 하방에 설치된 구동 수단(18)에 의해 저면(16a)상에서 전후 이동한다.

구동 수단(18)에 대하여 설명한다. 스퀴지 유닛(17)의 브래킷(bracket)(70)은 너트(77)에 결합되어 있다. 너트(77)에는 이송 나사(78)가 나사 결합되어 있다. 이송 나사(78)는 축받이(79)에 의해 지지되어 있고, 이송 나사(78)에는 풀리(pulley)(80)가 장착되어 있다. 모터(81)의 축단에 장착된 풀리(82)와 이송 나사(78)의 풀리(80) 사이에는 벨트(83)가 걸려 있고, 모터(81)를 정방향 및 역방향으로 구동함으로써 스퀴지 유닛(17)은 수평 방향으로 전후 이동한다.

스퀴지 유닛(17)에는 두 개의 스퀴지(75, 76)가 장착되어 있고, 스퀴지(75, 76)는 각각 실린더(71, 72)에 의해서 상하 이동한다. 스퀴지 유닛(17)의 전진(도 3에 있어서 오른쪽으로 이동)시에는 스퀴지(75)가 하강하고, 또한 후진시에는 역방향으로 기울어져 있는 스퀴지(76)가 하강하여, 각각의 스퀴지의 선단이 용기(16)의 저면(16a)상에서 직진운동을 함으로써, 플럭스(2)를 저면(16a)상에서 편평하게 전개하여 균일한 막두께로 한다.

실린더(71, 72)의 로드(73, 74)가 돌출할 때의 높이 위치를 조정함으로써, 스퀴지(75, 76)의 선단과 저면(16a) 사이의 간극(clearance)이 조정되고, 따라서 저면(16a)상에 형성되는 플럭스(2)의 두께를 임의의 두께, 예컨대 솔더 볼의 반경 이하의 두께로 설정할 수 있다. 따라서, 스퀴지 유닛(17) 및 구동 수단(18)은 저면(16a)상에 플럭스(2) 등, 페이스트상 또는 액상의 점착물의 막을 형성하는 점착막 형성 수단으로 되어 있다.

도 2에 있어서, 참조부호(60)는 제어부로서, 흡입 유닛(36), 모터 구동회로(61), 압력 제어부(62) 등을 제어한다. 또한, 제어부(60)는 흡착 헤드(20)가 저면(16a)을 향하여 하강할 때에 터치 센서(43)에 접속된 터치 검출회로(66)로부터의 신호의 입력을 감시하고, 솔더 볼(1)과 저면(16a)이 접촉하여 신호가 입력되었으면 모터 구동회로(61)를 거쳐서 모터(56)를 제어한다. 참조부호(63)는 압력원이다. 모터 구동회로(61)는 제어부(60)로부터의 지시에 따라서 모터(56)를 제어한다. 압력 제어부(62)는 실린더(38)를 제어한다.

이 전도성 볼의 탑재 장치는 상기한 바와 같이 구성되어 있고, 다음에 동작을 설명한다. 도 1에 있어서, 흡착 헤드(20)는 공급부(14)의 상방으로 이동한다. 다음에 모터(56)(도 2 참조)가 구동함으로써 흡착 헤드(20)는 하강·상승하고, 흡착 공구(32)의 하면의 흡착 구멍(35)에 솔더 볼(1)을 진공 흡착하여 픽업한다.

흡착 헤드(20)는 플럭스 저장부의 용기(16)의 상방으로 이동하고, 도 4에 도시하는 바와 같이, 모터(56)가 구동하여 흡착 헤드(20)가 플럭스 저장부의 용기(16)에 대하여 하강한다. 이 때, 도 5에 도시하는 바와 같이 흡착 공구(32)의 하면에 흡착된 솔더 볼(1)이 용기(16)의 저면(16a)에 접촉하여 터치 센서(43)에 의해 접촉이 검지될 때까지 하강 동작이 계속된다. 그리고 터치 센서(43)에 의해서 솔더 볼(1)과 저면(16a)의 접촉이 검출되면 제어부(60)는 모터(56)의 구동을 정지시켜 흡착 헤드(20)의 하강을 정지시킨다. 따라서, 하강 행정의 도중에 하강 동작이 중단하는 일은 없고, 솔더 볼(1)은 저면(16a)의 플럭스(2)중에 플럭스(2)의 막두께만큼 확실히 매립되어, 그 결과 저면(16a)에 소정막 두께(t)에 의해 형성된 플럭스(2)가 확실히 솔더 볼(1)에 전사되어, 항상 소정량의 플럭스(2)가 우수한 정밀도로 솔더 볼(1)에 부착된다.

이 경우, 도 3에 도시하는 바와 같이 블록(31)의 측단 하부(31a)는 본체(30)의 스토퍼(30a)에 가압되어 있기 때문에, 흡착 공구(32)의 하면은 완전한 수평면으로 되고 있고, 따라서 흡착 구멍(35)에 진공 흡착된 모든 솔더 볼(1)을 플럭스(2)에 동일한 깊이로 매립시켜, 모든 솔더 볼(1)에 플럭스(2)를 동일한 양으로 도포할 수 있다.

또한, 터치 센서(43)에 의해서 솔더 볼(1)과 저면(16a)의 접촉을 검출하기 때문에, 흡착 헤드(20)의 하강 행정이 길어져 솔더 볼(1)을 과잉으로 변형시킬 우려는 없다. 솔더 볼의 과잉 변형은 솔더 볼(1)이 흡착 공구(32)의 흡착 구멍(35)에 침투하여 탑재 착오를 초래하는 요인이 된다.

그 후, 흡착 헤드(20)는 상승하고, 워크(11)의 상방으로 이동하여 하강·상승 동작을 행하고, 흡착 구멍(35)에 의한 솔더 볼(1)의 진공 흡입을 해제하여 도 6에 도시하는 바와 같이 솔더 볼(1)을 워크(11)의 전극(12)상에 탑재한다. 워크(11)에 솔더 볼(1)이 탑재되었으면, 워크(11)는 가이드 레일(13)을 따라 다음 공정으로 송출된다. 다음에 새로운 워크(11)가 가이드 레일(13)로 보내어지고, 상술한 동작이 반복된다.

본 실시예에서는 미소 볼로서 솔더 볼을, 점착물로서 플럭스를 예를 들어 설명하였지만, 동(銅) 볼이나 금(金) 볼 등의 전도성 볼에 납땜 페이스트나 전도성 접착제 등의 점착물을 도포하여 워크에 탑재하는 경우에도 본 발명은 적용될 수 있는 것이다. 또한, 전도성 볼에 한정하지 않고, 복수개의 미소 볼에 점착물을 부착하여 워크에 동시에 탑재하는 경우에도 본 발명은 유효하다.

본 발명에 따르면, 미소 볼을 점착물의 액면에 착수시켜 미소 볼의 하면에 점착물을 부착시킬 때, 평탄한 평면상에 소정 막두께의 점착물의 층을 형성하고 이 점착물에 대하여 미소 볼을 흡착한 흡착 헤드를 하강시켜, 평면에 미소 볼이 접촉한 것을 검출한 후에 흡착 헤드를 상승시키도록 하고 있기 때문에, 흡착 헤드의 하강 행정의 오차에 기인하는 점착물 도포량의 편차가 없으므로, 미소 볼에 확실히 소정량의 점착물을 우수한 정밀도로 도포할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 미소 볼의 탑재 장치의 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 미소 볼의 탑재 장치에 있어서의 흡착 헤드의 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 일 실시예의 미소 볼의 탑재 장치에 있어서의 플럭스 저장부의 측단면도,

도 4는 본 발명에 따른 일 실시예의 미소 볼의 탑재 장치에 있어서의 점착물의 도포전 동작의 설명도,

도 5는 본 발명에 따른 일 실시예의 미소 볼의 탑재 장치에 있어서의 점착물의 도포 동작의 설명도,

도 6은 본 발명에 따른 일 실시예의 미소 볼의 탑재 장치에 있어서의 탑재 동작의 설명도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 솔더 볼 2 : 플럭스

16 : 용기 16a : 저면

17 : 스퀴지 유닛 20 : 흡착 헤드

32 : 흡착 공구 43 : 터치 센서

Claims

하면에 전도성의 미소 볼을 진공 흡착하는 흡착 헤드와,

워크를 지지하는 워크 지지부와,

평탄한 저면을 갖는 플럭스 저장부와,

상기 저면상에 미소 볼의 반경 이하의 두께로 플럭스의 막을 형성하는 플럭스 막 형성수단과,

상기 흡착 헤드를 상기 워크 지지부와 상기 플럭스 저장부의 사이를 상대적으로 이동시키는 이동 수단과,

상기 흡착 헤드를 상기 플럭스 저장부에 대하여 상하 동작을 행하게 하는 상하 이동수단을 구비하고,

상기 흡착 헤드는,

수직 레일을 갖고, 상부에 천정을 가지며 하부에 스토퍼를 갖는 상기 상하 이동수단에 부착된 승강 부재와,

상기 수직 레일과 미끄럼 운동 가능하게 끼워맞춤하는 슬라이더를 가지고, 하면의 양측부가 상기 스토퍼와 접촉하도록 상기 승강 부재에 수납된 블록과,

상기 천정과 상기 블록의 상면을 결합하는 스프링 부재(40)와,

미소 볼을 진공 흡착하는 복수의 흡착 구멍을 구비하고, 상기 스토퍼보다도 하방으로 돌출 가능하도록 상기 블록의 하면에 부착된 흡착 공구와,

상기 스토퍼로부터 상기 블록의 하면이 이격된 것을 검출하는 접촉 검출 수단을 구비하고,

상기 블록의 하면의 양측부를 상기 스토퍼에 가압하여 접촉하는 것에 의해, 상기 흡착 공구의 하강 한도를 규정하는 동시에 상기 흡착 공구의 하면을 수평면으로 유지하고, 상기 블록의 하면과 상기 스토퍼의 접촉이 끊어진 것을 상기 접촉 검출 수단이 검출하는 것에 의해, 미소 볼이 상기 저면에 접촉한 것을 검출하고,

상기 스프링 부재의 힘에 의해, 상기 블록 및 상기 흡착 공구의 자중을 경감하는 것을 특징으로 하는

미소 볼 탑재 장치.