KR0169812B1 - 개별 패키지 소자 적층 및 솔더링 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적층형 패키지의 제조에서, 개별 패키지 소자를 적층하고 솔더링하는 공정을 자동화하기 위하여 복수의 패키지 소자를 3차원으로 적층하는 적층형 패키지의 적층 및 솔더링 장치로서 A)적층하고자 하는 제1패키지 소자 복수개가 위치해 있고 제1패키지 소자의 복수의 리드 부분을 가열하는 제1가열부를 갖는 제1베이스 판과, B) 적층하고자 하는 제 2패캐지 소자 복수개가 위치해 있고 제2패키지 소자의 복수의 리드 부분을 가열하는 제2가열부를 갖는 제2베이스 판과, C) 제1베이스 판에 있는 제1패키지 소자를 제2베이스 판 쪽으로 이송하는 이송 수단과, D) 제1패키지 소자가 상기 이송 수단에 의해 이송되는 동안에 제1패키지 소자의 리드 부분에 플럭스를 도포하는 플럭스 도포 수단과, E)상기 이송 수단에 의해 제2베이스 판쪽으로 이송된 제1패키지 소자를 집어서 상기 제2패키지 소자위에 올려놓는데 제1패키지 소자의 리드 각각이 제2패키지 소자의 리드 각각과 접촉하도록 올려놓는 픽업(pick up)수단으로서 솔더의 녹는점보다 높은 온도의 열을 가하면서 제1패키지 소자를 눌러 주는 픽업수단을 구비하는 적층형 패키지 적층 및 솔더링 장치를 개시한다.
Description
제1a도는 미국 특허 제5,236,117호에 개시되어 있는 종래 솔더링 장치의 개략도.
제2b도는 제1a도의 부분 상세도.
제2a도 및 제2b도는 본 발명에 따른 적층 및 솔더링 장치에 사용되는 베이스 판의 평면도 및 정면도.
제3도는 본 발명에 따른 적층 및 솔더링 장치의 요부를 나타내는 평면도.
제4a도 및 제4b도는 튜브에 들어있는 개별 패키지 소자를 베이스 판에 로딩하는 과정을 설명하기 위한 개략도.
제5a도 및 제5b도는 본 발명에 따른 적층 및 솔더링 장치를 사용하여 패키지의 리드 부분에 플럭스를 바르는 과정을 설명하기 위한 측면도 및 정면 단면도.
제6도는 본 발명에 따른 적층 및 솔더링 장치의 전체 구조를 나타내는 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
6 : 회전축 8 : 용기
10 :충격 암 11 : 플럭스
12 : 패키지 20 :베이스 판
21 : 홈 23 : 축
24 : 모터 30 : 푸셔
31 : 가열단 32 : 이송 수단
33 : 이송 레일 34 : 롤러 휠
35 : 픽업 수단 40 : 튜브
[기술분야]
본 발명은 적층형 패키지 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 적층하고자 하는 개별 패키지 소자를 정렬한 다음 이송하는 과정에서 패키지의 리드 부분에 플럭스를 입혀서 자동으로 적층과 솔더링이 가능한 적층 및 솔더링 장치에 관한 것이다.
[발명의 배경]
집적회로 소자의 용량이 증가하고 밀도가 높아짐에 따라 여러 집적회로 소자를 적층시킨 3차원 적층 기술이 주목을 받게 되었다. 3차원 적층형 소자는 패키지되지 않은 칩 여러개를 적응시킬 수도 있고, 개별적으로 조립공정이 끝난 패키지 소자 여러 개를 적층시킬수도 있다. 패키지 적층형 소자에서는 기존의 플라스틱 조립공정을 개별 패키지 제조에 그대로 적용할 수는 있지만, 이개별 패키지를 적층할 때에는 기존 조립 공정과 다른 특별한 공정이 요구된다.
패키지의 적층에서는 적층된 소자들을 전기적으로 어떻게 연결시키느냐 하는 것이 중요한데, 솔더링(soldering)방법은 이러한 수직 접속에 가장 일반적으로 사용되는 방법 중의 하나이다.
제1a도는 미국 특허 제5,236,117호에 개시되어 있는 종래 솔더링 장치의 개략도이고 제1b도는 제1a도의 부분 상세도이다. 적층하고자 하는 패키지에 플럭스(flux)를 바른 다음, 충격 암(10; impact arm)의 왼쪽 끝 부분에 고정시킨다. 일정한 온도로 패키지의 금속 부분, 예컨대 외부 리드 부분을 가열한 다음 용융 상태의 플럭스가 들어 있는 용기(8)에 담근다. 충격 암(10)은 중간 부분이 회전축(6)에 의해 고정되어 있어서 패키지가 고정되어 있는 왼쪽 부분은 아래위로 움직일수 있다. 충격 암이 위로 올라간 상태가 점선으로 표시한 충격 암(10a)이고 아래로 내려간 상태가 10b로 표시한 충격 암이다. 충격 암(10)이 아래로 내려 가면, 패키지가 용기(8)에 들어 있는 플러스에 잠기게 되고 외부 리드에 플럭스가 묻게 된다. 충격 암(10)이 아래로 내려가는 거리는 정지 수단(2;stopper)에 의해 결정된다. 진동 수단(4)은 충격 암(10)을 흔들어 주는 것인데, 이것은 패키지의 리드에 플럭스가 골고루 묻게 하면 플럭스 보이드(solder void)의 발생을 방지하기 위한 것이다.
플럭스(11)에 패키지(12)의 리드 부분(13)을 담가서 플럭스를 바르게 되면, 리드하나 하나에 플럭스를 바르는 것보다는 작업 효율이 뛰어나지만 패키지의 입출력 핀수가 많아져서 리드 피치가 작아지는 경우에는 인접 리드에 플럭스가 함께 발라지는 플럭스 브리지(solder bridge)현상이 생겨 전기적으로 쇼트(short)가 생길 수 있다. 그래서 용기(8)에서 패키지를 꺼낼 때 충격 암(10)의 반대쪽에 위치하는 누름돌(9;impace weight)로 충격을 주어 패키지가 순간적으로 용기(8)에서 빠져 나오도록 한다. 누름돌(9)의 움직임은 실린더(7)에 의해 제어되며 이 실린더는 프로그램 가능한 제어기에 의해 제어된다.
그런데 이러한 종래 솔더링 장치에서는 개별 패키지를 쌓은 다음 솔더링 장치에 로딩하는 작업은 작업자의 수작업에 의해 이루어지기 때문에 적층 소자 제조의 자동화가 이루어지지 않는다는 단점이 있다.
한편 적층형 소자에 사용되는 개별 패키지가 J자 형태로 구부러진 외부 리드를 갖는 경우에는 수직 접속 방법으로서 솔더링을 사용하기 매우 적합한 구조이고 이의 전용 설비가 마련된다면 대량생산이 가능하기 때문에 그 필요성이 대두되고 있다.
[발명의 요약]
따라서 본 발명의 목적은 적층형 집적회로 소자의 제조 공정을 자동화할 수 있는 적층 및 솔더링 장치를 제공함으로써 생산성 향상에 기여하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 특정 형태의 절곡 구조를 갖는 패키지에 대한 전용 적층 및 솔더링 장치를 제공하여 대량생산에 적합하도록 하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 복수의 패키지 소자를 3차원으로 적층하는 적층형 패키지의 솔더링 장치로서 A)적층하고자 하는 제1패키지 소자 복수개가 위치해 있고 제1패키지 소자의 복수의 리드 부분을 가열하는 제1가열부를 갖는 제1베이스 판과, B) 적층하고자 하는 제2패키지 소자 복수개가 위치해 있고 제2패키지 소자의 복수의 리드 부분을 가열하는 제2가열부를 갖는 제2베이스 판과, C)제1베이스 판에 있는 제1패키지 소자를 제2베이스 판 쪽으로 이송하는 이송수단과, D)제1패키지 소자가 상기 이송수단에 의해 이송되는 동안에 제1패키지 소자의 리드 부분에 플럭스를 도포하는 플럭스 도포 수단과, E) 상기 이송 수단에 의해 제2베이스 판 쪽으로 이송된 제1패키지 소자를 집어서 상기 제2패키지 소자위에 올려놓는 데 제1패키지 소자의 리드 각각이 제2패키지 소자의 리드 각각과 접촉하도록 올려놓는 픽업(pick up)수단으로 솔더의 녹는점보다 높은 온도의 열을 가하면서 제1패키지 소자를 눌러 주는 픽업 수단을 구비하는 적층형 패키지 솔더링 장치가 제공된다.
[실시예]
이하 도면을 참조로 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다.
제2a도 및 제2b도는 본 발명에 따른 적층 및 솔더링 장치에 사용되는 베이스 판의 평면도 및 정면도이다. 베이스 판(20)은 내부에 가열 수단을 가지고 있으며, 적층할 개별 패키지 외관과 유사한 형태를 갖는 복수의 홈(21)이 형성되어 있다. 베이스 판(20)의 밑에는 절연부(22)가 축(23)에 의해 모터(24)와 연결되어 있어서 베이스 판(20)은 회전운동을 한다. 모터(24)에 의한 회전운동의 단위는 개별 패키지 소자가 들어 있는 홈(21)이 하나씩 회전할 수 있는 각도에 해당하는데 제2a도에서는 6.92°씩 회전한다.
베이스 판의 형태를 원형으로 하지 않고, 캐리어 방식을 사용하여 선형 형태로 하여도 된다. 베이스 판에 있는 가열 수단은 패키지 소자의 리드 부분을 가열하기 위한 것으로서 솔더의 녹는점 이하의 온도로, 예컨대 180℃정도로 가열하여 솔더링이 용이하게 해준다. 패키지 소자의 리드 부분을 가열하기 위해서 베이스 판(20)의 내부에 별도의 가열 수단을 구비할 수도 있지만, 흑연(graphite)이나 Ni-Cr합금 등의 직접 발열이 되는 재질을 사용할 수도 있다. 베이스 판의 재료는 솔더링이 되지 않는 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
베이스 판에 형성되어 있는 홈(21)은 개별 패키지 소자가 고정되는 것이므로 개별 패키지의 정렬이 용이하도록 모서리에 패키지 몸체 폭과 리드 프레임의 두께를 합한 너비만큼의 돌기를 준다. 홈(21)의 깊이는 적층하고자 하는 패키지 전체 두께만큼의 크기를 가져야 한다.
제3도는 본 발명에 따른 적층 및 솔더링 장치의 요부를 나타내는 평면도이다. 적층 및 솔더링 장치에는 두 개의 베이스 판(20a,20b)이 있는데, 적층할 패키지 소자는 도면에서 왼쪽에 위치하는 제1베이스 판(20a)의 홈(21a)에서 제2베이스 판(20b)쪽으로 이동한다. 제1베이스 판(20a)이 소정 각도의 회전 단위 만큼 회전하면, 홈(21a)에 들어 있는 패키지 소자는 시계 방향으로 회전한다. 패키지 소자가 푸셔 (30;pusher)위치에 오면 푸셔(30)가 패키지 소자를 밀어서 패키지 이송수단(32)으로 옮긴다. 이송 수단(32)은 개별 패키지 몸체의 밑면과 접하며 좌에서 우로 움직이는 이송 레일(33)과 패키지의 리드 부분을 가열하는 가열단(31)으로 구성되어 있다. 이송 수단(32)의 왼쪽에는 롤러 휠(34;roller wheel)이 있는데, 이것은 패키지의 리드 부분에 플럭스를 발라 주는 것이다. 이송 레일(33)은 가열단(31)보다 높이가 더 높아서 플럭스가 발라진 리드 부분이 이송중에 바닥면에 닿지 않게 하며, 약209℃정도로 가열된 가열단의 열에 의해 리드에 있는 솔더가 굳지 않고 용융상태로 유지한다.
리드 부분에 플럭스가 묻은 개별 패키지가 오른쪽으로 이송되면 픽업(pickup)수단(35)이 이패키지를 집어 올려서 제2베이스 판(20b)으로 이동시킨다. 픽업 수단(35)은 패키지의 윗면과 직접 접하는 콜렛(37;collet)과 아암(36;arm)으로 구성되어 있다. 픽업수단(35)은 패키지를 잡는 콜렛에 일정 길이를 가진 탄성체를 삽입하여 일정한 압력이 가해지게 하거나 탄성체 사이에 홈을 뚫어 이 홈에서 나오는 진공의 흡인력을 이용하여 압력을 조절할 수 있게 된다. 픽업 수단(35)은 이송 수단(32)에 의해 이송된 패키지를 집어 올리고 이것을 제2베이스 판(20b)의 홈(21b)에 있는 패키지 위에 적층하게 되는데, 각 패키지의 리드와 리드가 제대로 접촉할 수 있도록 정렬을 맞추어야 한다. 픽업 수단(32)은 솔더의 용융점 보다 더 높은 온도를 유지하고 있으며 패키지를 적층 할 때 압력을 가하기 때문에 양 패키지의 리드 부분끼리 솔더링이 이루어진다. 가해지는 압력은 개별 패키지들의 사이가 들뜨거나 약한 결합을 막아줄수 있을 정도로의 크기를 가져야 한다.
제4a도 및 제4b도는 튜브에 들어있는 개별 패키지 소자를 베이스 판에 로딩하는 과정을 설명하기 위한 개략도이다. 제4a도에 나타낸 것은 튜브(40)안에 들어 있는 패키지(42)를 푸셔(44)가 밀어서 베이스 판(20)에 로딩하는 것이고, 제4b도에 나타낸 것은 튜브(40)를 기울여서 중력에 의해 미끄러져 내려오는 패키지(42)를 고무 휠(46;rubber wheel)을 이용하여 베이스 판(20)으로 이동시키는 것이다. 튜브 로딩 이외에 트레이 및 테이프 릴 방식을 이용해도 된다.
제5a도 및 제5b도는 본 발명에 따른 적층 및 솔더링 장치에서 패키지의 리드 부분에 플럭스를 바르는 과정을 설명하기 위한 측면도 및 정면 단면도이다. 앞에서 설명한 바와 같이, 개별 패키지 소자(54)는 제1베이스 판(20a)의 홈(21a)에서 제2베이스 판(21a)의 홈(21b)으로 이동하는데, 패키지의 리드 부분을 가열하는 가열단(31)의 위치에 플럭스가 들어 있는 용기(50)를 놓고 롤러 휠(34)을 담근 다음, 이것을 회전시켜 롤러 휠(34)의 솔(52)에 의해 이동하는 패키지의 리드 부분(56)에 플럭스가 묻게 한다. 리드(56)는 J자 형태로 구부러져 있기 때문에 적층할 때 다른 패키지 소자의 리드와 접하는 부분에 플럭스가 발리게 된다.
제6도는 본 발명에 따른 적층 및 솔더링 장치의 전체 구조를 나타내는 개략도이다. 여기에 도시되어 있는 것은 트레이 로딩 방식을 사용한 것으로서 먼저 트레이 로더(60,62;tray loader)에서 트레이 스택커(64,66;tray stacker)로 이송된 패키지를 픽업 수단이 집어서 베이스 판의 홈의 맨아래층에 로딩시킨 뒤 베이스 판이 회전하면 다시 로딩 시키는 방식으로 로딩시키며 적층할 개별 패키지도 반대편 베이스 기판에 같은 방식으로 모두 로딩시킨다. 베이스 판의 중앙부에는 또 다른 픽업 수단으로 패키지에 플럭스를 바른 뒤 솔더링한 다음 적층형 소자가 완성되면 언로딩시킨다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에서는 적층하기 전 개별 패키지에서부터 자동 정렬이 이루어지기 때문에 기존의 플라스틱 제조 공정에서 한 번의 공정으로 적층이 완성되게 하여 더욱 간편한 3차원 적층 패키지의 공정이 가능하게 된다. 또한 솔더링에 드는 시간도 줄어들고, 여러 가지 유형의 개별 패키지를 단순이 지그의 교체만으로 적층 할 수 있다는 효과가 있다.
Claims (8)
- 복수의 패키지 소자를 3차원으로 적층하는 적층형패키지의 적층 및 솔더링 장치로서 A)적층하고자 하는 제1패키지 소자 복수개가 위치해 있고 제1패키지 소자의 복수의 리드 부분을 가열하는 제1가열부를 갖는 제1베이스 판과, B)적층하고자 하는 제2패키지 소자 복수개가 위치해 있고 제2패키지 소자의 복수의 리드 부분을 가열하는 제2가열부를 갖는 제2베이스 판과, C)제 1베이스 판에 있는 제1패키지 소자를 제2베이스 판 쪽으로 이송하는 이송 수단과, D) 제1패키지 소자가 상기 이송수단에 의해 이송되는 동안에 제1패키지 소자의 리드 부분에 플럭스를 도포하는 플럭스 도포 수단과, E)상기 이송 수단에 의해 제2베이스 판 쪽으로 이송된 제1패키지 소자를 집어서 상기 제2패키지 소자위에 올려놓는데 제1패키지 소자의 리드 각각이 제2패키지 소자의 리드 각각과 접촉하도록 올려놓는 픽업(pick up)수단으로서 솔더의 녹는점보다 높은 온도의 열을 가하면서 제1패키지 소자를 눌러 주는 픽업 수단을 구비하는 적층형 패키지 적층 및 솔더링 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제1,제2베이스 판은 패키지 소자 각각이 들어 갈 수 있는 복수의 홈을 가지고 있고, 제1베이스 판의 홈은 상기 패키지 소자의 높이와 동일한 깊이를 가지면 제2베이스 판의 홈은 상기 적층하고자 하는 패키지 전체의 높이와 동일한 깊이를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 적층형 패키지 적층 및 솔더링 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제2베이스 판의 홈은 제2패키지 소자의 몸체와 접하는 부분에 진공구멍을 가지고 있어서 제2패키지 소자는 진공의 흡인력에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 적층형 패키지 적층 및 솔더링 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 베이스 기판들은 원형이며 모터에 의해 회전운동을 하는 것을 특징으로 하는 적층형 패키지 적층 및 솔더링 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 베이스 판은 솔더링이 되지 않는 재료인 것을 특징으로 하는 적층형 패키지 적층 및 솔더링 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 베이스 판은 흑연인 것을 특징으로 하는 적층형 패키지 적층 및 솔더링 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 베이스 판은 니켈-크롬(Ni-Cr)합금인 것을 특징으로 하는 적층형 패키지 적층 및 솔더링 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 이송수단은 패키지 몸체와 직접 접하는 이송 레일과 상기 패키지의 리드 부분을 가열하기 위한 가열 수단을 구비하며, 상기 가열 수단 위치에는 플럭스가 들어있는 용기가 있고 이 용기에는 롤러 휠이 담겨져서 회전함으로써 상기 이송 수단에 의해 패키지가 이동할 때 상기 패키지의 리드 부분에 플럭스가 발라지는 것을 특징으로 하는 적층형 패키지 적층 및 솔더링 장치.
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