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KR20040054283A - 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 장치 및 방법 - Google Patents

비지에이 패키지용 솔더볼 장착 장치 및 방법 Download PDF

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KR20040054283A
KR20040054283A KR1020020081304A KR20020081304A KR20040054283A KR 20040054283 A KR20040054283 A KR 20040054283A KR 1020020081304 A KR1020020081304 A KR 1020020081304A KR 20020081304 A KR20020081304 A KR 20020081304A KR 20040054283 A KR20040054283 A KR 20040054283A
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housing
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solder
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Abstract

본 발명에 의한 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 장치 및 방법은 흡입되는 공기에 의해 솔더볼이 흡착될 수 있도록 하단에 복수의 노즐이 형성된 하우징과, 상기 하우징에 연결되어 상기 노즐에 흡착된 솔더볼의 하단이 직선 변형되도록 상기 하우징을 하측으로 가압시키는 호이스트와, 상기 하우징 일측에 설치되어 상기 하우징이 솔더볼을 가압하는 압력을 감지하는 센싱수단과, 상기 센싱수단에서 감지된 압력값에 따라 상기 호이스트의 가압력을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되어, 상기 솔더볼을 기판에 장착하는 과정에서 이동이 방지되므로 회로의 단락 또는 결선이 방지되어 불량발생 및 생산비를 저감시킬 수 있음은 물론이고 수리작업 및 불량품의 폐기비용 등의 부대비용이 저감되고, 상기 기판의 이송속도를 증가시킬 수 있으므로 수율이 증가되며, 리플로링 공정시 구형으로 복원되지 않은 솔더볼은 접합상태가 불량함을 육안으로도 쉽게 알 수 있어 용이하고 신속한 검사가 가능해지는 이점이 있다.

Description

비지에이 패키지용 솔더볼 장착 장치 및 방법 {A solder ball mounting device and the same method for a BGA package}
본 발명은 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구형으로 형성된 솔더볼이 자유로운 이동되지 못하도록 변형되게 가압함으로서 장착된 솔더볼의 이동이 차단되어 회로의 단락 또는 결선이 방지되는 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 장치 및 방법에 관한 것이다.
근래 전자산업의 추세가 초소형, 고집적화 되어감에 따라 인쇄회로기판에 실장되는 반도체 패키지는 상기 인쇄회로기판과 접속하는 부품의 리드가 부품본체의 측면에 형성된 큐에프피(QFP;Quad Flat Package)와, 부품본체의 하면에 볼 형상으로 형성된 비지에이(BGA;Ball Grid Array) 또는 씨에스피(CSP;Chip Scale Package) 등의 형태로 제작된다.
도 1은 일반적인 비지에이가 도시된 측면도이다.
일반적인 비지에이는 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(11) 상측에 회로칩(16)이 탑재되어 상기 기판(11)과 와이어(12)로 연결되고, 충격으로부터 보호되도록 에폭시 수지(18)로 몰딩되어 있다.
상기 회로칩(16)은 상기 기판(11)의 내부에 형성된 회로를 통해 하측의 접속패드(13)와 연결된다.
그리고, 상기 접속패드(13)에는 솔더볼(20)이 형성되어 전자부품의 인쇄회로기판에 실장되어 전기적으로 연결되도록 구성된다.
도 2는 종래 기술에 의한 비지에이 패키지용 솔더볼 장착장치의 요부가 도시된 구성도이고, 도 3a 내지 도 3d는 종래 기술에 의한 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 방법이 도시된 순서도이다.
종래의 비지에이 패키지용 솔더볼 장착장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 에어 컴프레셔와 연결되고 솔더볼(20)이 흡착될 수 있도록 공기가 흡입되는 노즐(34)이 하방으로 형성된 하우징(30)과, 상기 하우징(30)에 연결되어 상기 하우징(30)을 이동시키는 호이스트(40)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 비지에이 패키지용 솔더볼 장착장치는 상기 에어 컴프레셔의 작동에 따라 공기가 흡입되며 상기 노즐(34)에 솔더볼(20)이 흡착되어 상기 기판(11)의 접속패드(13)의 상측에 위치된 후 가열에 의해 용착된다.
상기한 비지에이 패키지용 솔더볼(20)의 장착과정을 보다 상세하게는 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(30)이 솔더볼(20)이 저장된 솔더볼 수납함(22)으로 이동되어 하강되고, 상기 에어 컴프레셔가 공기를 흡입함에 따라 상기 솔더볼(20)이 상기 노즐(34)에 흡착된다.
상기 솔더볼(20)이 흡착된 하우징(30)은 도 3b와 같이, 상승후 플럭스(25)가 도포된 플럭스 공급부(27)로 이송된다. 그리고, 상기 하우징(30)이 하강되어 상기 솔더볼(20)의 하면에 플럭스(25)가 묻도록 한다.
상기와 같이 솔더볼(20)에 플럭스(25)가 묻게되면 도 3c와 같이, 상기 하우징(30)이 상승하여 기판(11)의 접속패드(13) 상측으로 이동되고, 상기 솔더볼(20)과 접속패드(13)의 정렬상태를 확인하며 상기 하우징(30)을 하강시켜 상기 솔더볼(20)을 위치시킨다. 그리고, 도 3d와 같이, 상기 하우징(30)이 상승되고 상기 에어 컴프레셔가 공기를 토출하여 상기 솔더볼(20)이 상기 노즐(34)에서 분리되도록 한다.
상기와 같이 접속패드(13) 상측에 솔더볼(20)이 안착되면 상기 호이스트(40)를 통해 기판(11)을 리플로링 공정으로 이송되어 열풍에 의해 가열되어 상기 솔더볼(20)이 상기 접속패드(13)에 용착되도록 한다.
그러나, 종래 기술에 의한 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 장치 및 방법은 상기 솔더볼(20)이 구형으로 형성되는바, 상기 솔더볼(20)의 리플로링 공정중 상기 솔더볼(20)에 묻은 플럭스(25)량이 적거나 점도변화 또는 외부 진동에 의해 상기 솔더볼(20)이 이동이 발생되어 인접된 솔더볼(20)과 연결되어 접속이 단락 또는 결선되는 문제점이 있다.
이에 따라 불량이 발생된 비지에이 패키지는 수리공정을 거치게되나 상기 비지에이 패키지는 접합 면적이 상대적으로 적어 접속패드(13)의 강도가 상대적으로 취약하여 수리가 어렵고, 상기와 같은 불량으로 인해 생산비용이 증가되고, 불량품의 폐기로 인한 부대비용이 증가되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상기 솔더볼의 장착공정에서 상기 솔더볼의 이동이 방지되도록 상기 솔더볼의 형상을 변형시킴으로 회로의 단락 또는 결선이 방지되어 불량발생 및 생산비가 저감되는 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 도 1은 일반적인 비지에이가 도시된 측면도,
도 2는 종래 기술에 의한 비지에이 패키지용 솔더볼 장착장치의 요부가 도시된 구성도,
도 3a 내지 도 3d는 종래 기술에 의한 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 방법이 도시된 순서도,
도 4는 본 발명에 의한 비지에이 패키지용 솔더볼 장착장치의 요부가 도시된 구성도,
도 5는 도 4의 A-A선이 도시된 단면도,
도 6a 내지 도 6g는 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 방법이 단계별로 도시된 공정도,
도 7은 본 발명에 의한 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 방법이 도시된 순서도,
도 8은 본 발명에 의한 플럭스 도포단계가 도시된 순서도,
도 9는 본 발명에 의한 가압단계가 도시된 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
51 : 기판 53 : 접속패드
58 : 수지 60 : 솔더볼
62 : 솔더볼 수납함 65 : 플럭스
67 : 플럭스 공급부 70 : 하우징
72 : 센싱수단 74 : 노즐
75 : 니들부 76 : 니들핀
77 : 니들 플레이트 78 : 구동수단
80 : 호이스트
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 의한 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 장치는 흡입되는 공기에 의해 솔더볼이 흡착될 수 있도록 하단에 복수의 노즐이 형성된 하우징과, 상기 하우징에 연결되어 상기 노즐에 흡착된 솔더볼의 하단이 직선 변형되도록 상기 하우징을 하측으로 가압시키는 호이스트와, 상기 하우징 일측에 설치되어 상기 하우징이 솔더볼을 가압하는 압력을 감지하는 센싱수단과, 상기 센싱수단에서 감지된 압력값에 따라 상기 호이스트의 가압력을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명에 의한 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 방법은 기판의 접속패드에 플럭스를 도포하는 플럭스 도포단계와, 상기 플럭스 도포단계 후 하우징의 노즐을 통해 공기를 흡입하며 솔더볼을 흡착시키는 흡착단계와, 상기 흡착단계에서 흡착된 솔더볼의 하단이 직선으로 변형되도록 가압시키는 가압단계와, 상기 가압단계에서 변형된 솔더볼을 플럭스가 도포된 접속패드의 상측에 안착시키는 안착단계와, 상기 안착단계에서 안착된 솔더볼의 흡착을 해제하고 상기 솔더볼을 분리시키는 분리단계를 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 비지에이 패키지용 솔더볼 장착장치의 요부가 도시된 구성도이고, 도 5는 도 4의 A-A선이 도시된 단면도이다.
본 발명에 의한 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 장치는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 일측에 공기를 흡입/토출시키는 에어 컴프레셔와 연결되어 흡입되는 공기에 의해 솔더볼이 흡착될 수 있도록 하단에 복수의 노즐(74)이 형성된 하우징(70)과, 상기 하우징(70)에 연결되어 상기 하우징(70)을 작업구간으로 이동시키고 상기 노즐(74)에 흡착된 솔더볼의 하단이 직선 변형되도록 상기 하우징(70)을 하측으로 가압시키는 호이스트(80)와, 상기 하우징(70)의 일측에 설치되어 상기 솔더볼(60)이 하우징(70)에 의해 가압되는 압력을 감지하는 센싱수단(72)과, 상기 센싱수단(72)에서 감지된 압력값에 따라 상기 호이스트(80)의 가압력을 제어하는 제어부(미도시)를 포함하여 구성된다.
상기 센싱수단(72)은 상기 호이스트(80)의 하강시 상기 하우징(70)이 상기 솔더볼(60)을 가압시킬 때 상기 하우징(70)에 발생되는 응력변화가 전기적인 신호로 변환되도록 복수개의 스트레인 게이지가 부착된 로드셀로 구성되고, 상기 로드셀은 정확한 응력값의 측정을 위해 복수개 설치된다.
본 발명에 있어서, 상기 로드셀은 상기 하우징(70)의 상단과 상기 호이스트(80)의 일측에 고정되게 설치되나, 상기 하우징(70)의 측면 일측에 직접 장착되는 것도 가능하다.
한편, 상기 하우징(70)의 내부에는 상기 노즐(74)을 통해 출입되는 니들부(75)와, 상기 니들부(75)를 상, 하 이동시키도록 연결된 구동수단(78)을 더 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 비지에이 패키지는 기판(51)의 상측에 회로칩(56)이 탑재되어 에폭시 수지(58)로 몰딩되고, 상기 기판의 접속패드(53)에 플럭스(65)가 도포된 후 솔더볼(60)이 장착되어 리플로링 과정을 거쳐 용착되어 이루어진 것으로서, 상기 니들부(75)는 상기 접속패드(53)에 플럭스(65)가 정량 도포될 수 있도록 상기 플럭스(65) 도포시 상기 노즐(74)의 흡입구(74a)에서 소정크기로 돌출되어 하단에 플럭스(65)가 묻은 후 상기 기판의 접속패드에 다시 묻혀짐으로 플럭스(65)를 도포시킬수 있도록 니들 플레이트(77)의 하측에 복수개 설치된 니들핀(76)으로 구성된다.
또한, 상기 니들부(75)는 상기 하우징(70)의 가압에 의해 변형된 솔더볼(60)이 상기 노즐(74)의 입구부(74a)에 끼워져 쉽게 분리되지 않는 바, 상기 솔더볼(60)이 상기 노즐(74)에서 분리되도록 상기 니들핀(76)이 상기 노즐(74)부에서 돌출되며 상기 솔더볼(60)이 분리되도록 밀어낼 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위해 상기 니들부(75)의 상측에는 구동수단(78)이 설치되는데, 상기 구동수단(78)은 상기 하우징(70) 내부에 설치되어 상기 니들부(75)를 상, 하 이동시키는 것으로서, 상기 에어 컴프세셔와 연통되어 압송되는 공기에 의해 상, 하 이동되는 실린더로 이루어진다.
이때, 상기 니들핀(76)은 상기 노즐(74)에 통기되는 공기흐름이 방해하지 않고 상기 솔더볼(60)을 밀 수 있도록 적절한 크기와 강도를 갖도록 이루어진다.
도 6a 내지 도 6g는 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 방법이 단계별로 도시된 공정도이고, 도 7은 본 발명에 의한 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 방법이 도시된 순서도이며, 도 8은 본 발명에 의한 플럭스 도포단계가 도시된 순서도, 도 9는 본 발명에 의한 가압단계가 도시된 순서도이다.
상기 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 방법은 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 기판(51)의 접속패드(53)에 플럭스(65)를 도포시키는 플럭스 도포단계(S11)와, 상기 플럭스 도포단계(S11) 후 하우징(70)의 노즐(74)을 통해 공기를 흡입하며 솔더볼(60)을 흡착시키는 흡착단계(S12)와, 상기 흡착단계(S12)에서 흡착된 솔더볼(60)의 하단이 직선으로 변형되도록 가압시키는 가압단계(S13)와, 상기 가압단계(S13)에서 변형된 솔더볼(60)을 플럭스(65)가 도포된 접속패드의 상측에 안착시키는 안착단계(S14)와, 상기 안착단계(S14)에서 안착된 솔더볼(60)의 흡착을 해제하고 상기 솔더볼(60)을 분리시키는 분리단계(S15)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 플럭스(65)는 상기 접속패드(53)의 상측에 도포되어 상기 솔더볼(60)의 용착도를 향상시키며, 용착된 부위가 대기에 닿아 산화되는 것을 방지하는 것으로서, 이를 위한 플럭스 도포단계(S11)는 상기 하우징(70)을 플럭스(65)가 균일한 두께로 레벨링된 플럭스 공급부(67)의 상측으로 이송시키는 제 1이송과정(S21)과, 상기 제 1이송과정(S21)에서 상기 플럭스 공급부(67)의 상측으로 이동된 하우징(70)을 하강시키며 상기 하우징(70)의 노즐(74)에서 니들부(75)를 돌출시켜 상기 니들부(75)의 단부에 상기 플럭스(65)를 묻히는 부착과정(S22, S23)과, 상기 부착과정(S22, S23)에서 플럭스(65)가 부착된 니들부(75)를 기판(51)의 접속패드 상측에 배치되도록 상기 하우징(70)을 상승 및 이동시킨 후, 상기 하우징(70)을 하강시켜 상기 접속패드에 플럭스(65)를 묻히는 전사과정(S24, S25, S26)과, 상기 전사과정(S24, S25, S26)을 통해 플럭스(65)가 전사되면 상기 하우징(70)을 초기위치로 이동시키는 복귀과정(S27)으로 구성된다.
상기 플럭스 도포단계(S11)에서 플럭스(65)가 도포되면 상기 하우징(70)을 솔더볼(60)이 수납된 솔더볼 수납함(62)으로 이동시키고, 상기 에어 컴프레셔를 작동시켜 공기를 흡입하여 상기 하우징(70)을 하강시켜 상기 노즐(74)의 단부에 솔더볼(60)을 흡착시키는 흡착단계(S12)를 수행한다.
상기 흡착단계(S12)에서 솔더볼(60)이 흡착되면 상기 솔더볼(60)의 장착시자유로운 이동이 방지되도록 상기 솔더볼(60)의 하단을 직선으로 변형되도록 가압시키는 가압단계(S13)를 수행한다.
상기 가압단계(S13)는 상기 흡착단계(S12)에서 흡착된 솔더볼(60)이 변형될 수 있도록 표면이 단단한 정반(69)의 상측으로 이송시키는 제 2이송과정(S31)과, 상기 제 2이송과정(S31)에서 이송된 솔더볼(60)이 가압되도록 상기 하우징(70)을 하강시키는 하강과정(S32)과, 상기 하강과정(S32)에서 하강되는 하우징(70)의 압력을 감지하는 센싱과정과, 상기 센싱과정에서 감지된 압력값을 판단하여 상기 하우징(70)의 하강압력을 제어하는 제어과정(S33)과, 상기 제어과정(S33)에서 제어된 압력에 의해 솔더볼(60)이 변형되면 상기 하우징(S70)을 상승시키고, 초기위치로 이동시키는 제 2복귀과정(S35)으로 구성된다.
즉, 상기 가압단계(S13)는 상기 솔더볼(60)의 하단이 직선변형되도록 상기 솔더볼(60)을 가압하는데, 이때 상기 솔더볼(60)의 변형량을 조절하기 위한 센싱 및 제어과정이 필요하다. 상기 센싱과정에서는 상기 솔더볼(60)의 가압시 상기 하우징(70)에 발생되는 미세한 응력변화의 감지가 감지되어 전기적인 신호로 변환되고, 상기 제어과정(S33)은 전기적인 신호로 변환된 압력값을 판단하여, 압력값이 설정된 수치보다 높을 경우 상기 솔더볼(60)의 하단이 직선변형되었다고 판단하여 상기 하우징(70)의 하강을 멈춘다.
그리고, 상기 가압단계(S13)에서 상기 솔더볼이 변형되면 상기 하우징(70)을 상승시켜 기판(51)의 접속패드(53) 상측으로 이동시키고, 상기 기판(51)의 접속패드(53) 상측으로 이동되고, 상기 솔더볼(60)과 접속패드(53)의 정렬상태를 확인하며 상기 하우징(70)을 하강시켜 상기 솔더볼(60)을 안착시키는 안착단계(S14)를 거친다.
상기와 같이 변형된 솔더볼(60)은 상기 하우징(70)과 분리되는 분리단계(S15)를 거치는데, 상기 분리단계(S15)에서는 상기 에어 컴프레셔의 작동을 멈추거나 상기 노즐(74)로 공기를 압송시킴으로서 상기 솔더볼(60)을 분리시킨다.
이때, 상기 솔더볼(60)은 가압단계(S13)를 거치면서 상기 노즐(74)의 단부에 부착되는 경우가 발생되는바, 상기 공기배출단계에서 분리되지 솔더볼(60)이 분리되도록 상기 노즐(74)을 통해 니들부(75)를 하강시켜 솔더볼(60)을 밀어내는 니들부 하강과정이 포함된다.
상기 니들부 하강과정에 의해 솔더볼(60)의 분리가 완료되면 복귀과정을 통해 상기 하우징(70)을 초기위치로 복귀시킨다.
상기와 같은 단계를 반복수행하여 상기 솔더볼(60)을 기판(51)에 장착시키고, 상기 솔더볼(60)이 장착된 기판(51)은 리플로링 공정으로 이송되어 열풍에 의해 가열되고, 열풍에 의해 가열된 솔더볼(60)은 표면장력에 의해 형상이 다시 구형으로 복귀된다.
이상과 같이 본 발명에 의한 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 장치 및 방법을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며 그 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 재질을 포함한 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 장치 및 방법은 노즐에 흡착된 솔더볼을 단단한 표면에 가압시킴으로서 상기 솔더볼의 하단이 직선변형되어, 상기 솔더볼을 기판에 장착하는 과정에서 이동이 방지되므로 회로의 단락 또는 결선이 방지되어 불량발생 및 생산비를 저감시킬 수 있음은 물론이고 수리작업 및 불량품의 폐기비용 등의 부대비용이 저감시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 기판의 이송속도를 증가시킬 수 있으므로 수율이 증가되는 이점이 있다.
또한, 상기 리플로링 공정시 구형으로 복원되지 않은 솔더볼은 접합상태가 불량함을 육안으로도 쉽게 알 수 있어 용이하고 신속한 검사가 가능해지는 이점이 있다.

Claims (2)

  1. 흡입되는 공기에 의해 솔더볼이 흡착될 수 있도록 하단에 복수의 노즐이 형성된 하우징과,
    상기 하우징에 연결되어 상기 노즐에 흡착된 솔더볼의 하단이 직선 변형되도록 상기 하우징을 하측으로 가압시키는 호이스트와,
    상기 하우징 일측에 설치되어 상기 하우징이 솔더볼을 가압하는 압력을 감지하는 센싱수단과,
    상기 센싱수단에서 감지된 압력값에 따라 상기 호이스트의 가압력을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 장치.
  2. 기판의 접속패드에 플럭스를 도포시키는 플럭스 도포단계와,
    상기 플럭스 도포단계 후 하우징의 노즐을 통해 공기를 흡입하며 솔더볼을 흡착시키는 흡착단계와,
    상기 흡착단계에서 흡착된 솔더볼의 하단이 직선으로 변형되도록 가압시키는 가압단계와,
    상기 가압단계에서 변형된 솔더볼을 플럭스가 도포된 접속패드의 상측에 안착시키는 안착단계와,
    상기 안착단계에서 안착된 솔더볼의 흡착을 해제하고 상기 솔더볼을 분리시키는 분리단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 비지에이 패키지용 솔더볼 장착 방법.
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