KR20030007755A - 채움 장치 - Google Patents

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KR20030007755A
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제쎄 엘. 페디고
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허니웰 인터내셔날 인코포레이티드
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Abstract

땜납 페이스트를 전자 패키지에 이송하는 이송 시스템이 비아 채움 페이스트의 가압 공급 및 상기 비아 채움 페이스트의 가압 공급에 부착되는 압력 헤드를 포함한다. 상기 압력 헤드는 주요 바디와 마모부를 포함한다. 상기 압력 헤드의 한 측면을 따라 배치되는 가스킷은 마모부에 부착된다. 또한 상기 압력 헤드는 유동 분산 레귤레이터를 포함하는데, 이 레귤레이터는 주요 바디 내에 배치되는 피드 튜브를 포함하고, 상기 피드 튜브는 다수 개의 유동 레귤레이팅 개구를 구비한다. 피드 튜브 내의 유동 레귤레이팅 개구는 각각의 유동 레귤레이팅 개구에서 거의 일정한 압력을 유지하도록 치수화된다. 유동 균등화 그리드가 주요 바디와 마모부 사이에 배치된다. 유동 균등화 그리드는 다수개의 개구를 포함한다. 가스킷은 마모 요소에 부착된다. 압력 요소는 램 프레스를 포함하는 것이 바람직하다.

Description

채움 장치{FILLING DEVICE}
본 출원은 미국 임시 출원 제 60/208454호 및 미국 임시 출원 번호 제 60/208456호의 이익을 주장하며, 각각의 임시 출원은 이하 참고로서 통합된다.
발명의 기술 분야
본 발명은 전기 전도적, 열 전도적 또는 비전도적 페이스트(paste)를 전자 회로 보드, 세라믹 기판 및 라미네이트 패키지에 그리고 그 상에 배치시키는 것과 같은 것에 의하여, 채움 재료(filling materials)를 전자 기판의 비아(vias)에 재료를 배치하는 영역에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 전기 전도적, 열 전도적 또는 비전도적 페이스트를 매우 큰 종횡비 및 작은 지름을 구비하는 전자 기판 바이어스에 배치시키는 것을 다룬다. 이하, 채워지는 비아/캐버티를 포함하는 소자(devices)에 대하여 "기판(substrate)"이란 용어를 사용할 것이다.
발명의 배경
라미네이트 패키지, 와이어링된 회로 보드, 세라믹 기판, 및 하이브리드 회로와 같은 다양한 전자 패키지에 있어, 비아는 공통된 구조이다. 비아는 기판 또는 전자 패키지의 다양한 레이어(layers)상의 회로를 서로 연결시키는데 사용되는 전도성 재료로 채울 수 있는 수직 개구이다. 어떤 소자의 비아는 반도체 기판에 연결될 수도 있다. 비아는 통상적으로 전자 패키지의 빈 원통형 개구로서 시작되는데, 이는 드릴링에 의하여 형성된다. 그런 후 비아는 구리(copper) 또는주석(tin)과 같은 전기적 전도체로 도금된다. 도금(plating)은 전체 패널 또는 소자에 대하여 행해질 수 있거나 또는 패턴, 도트, 또는 버튼 피처로 행해질 수도 있다. 도금 프로세스는 내부 표면 상에 도금된, 전기적으로 전도적인 레이어를 구비하는 개구인 비아를 초래한다. 또한 도금은 소자 표면의 전부 또는 일부를 도금하는 것을 초래할 수도 있다. 비아를 도금하는 것은 소자 내 개개의 레이어에서의 제 1 전기적 접촉을 제공한다. 다음 단계는 전기 전도적이거나, 열 전도적이거나 또는 비전도적인 페이스트로 비아를 채우는 것이다. 도금 후에 비아를 채우는 이유는 제 2 또는 안전장치적 전기적 접속(secondary 또는 fail safe electrical connection)을 제공하거나, 또는 구조 완결성(structure integrity)을 제공하거나, 화학적 프로세스 포착(chemical process entrapment)이 다운-라인 작동하는 것을 방지하거나, 또는 열적 전도성을 제공하여 최종 장치(resulting device)의 내부 회로 레이어로부터 열을 제거하는 단계를 포함한다. 또 다른 이유는 비아를 채우는 것이 플레이트 또는 최종 전기적 소자가 작동 온도와 비-작동 온도 사이에서 열적으로 순환되는 경우 전기적 접속의 단선을 제어하기도 한다는 것이다.
패키지/보드 단부의 끝부근에서 사전-금 도금 동안뿐만 아니라 마이크로-비아, 베리드 비아(buried vias), 블라인드 비아(blind vias) 사이 라미네이트 제조의 예비 단계에서 비아 채움이 일어날 수 있다.
시퀀셜 빌드-업(sequential build-up)은 "코어 재료"의 구성으로 시작되는데, 이는 상부 및 하부 표면 상에 구리 포일(copper foil)을 구비하는 단일 또는 다중-층 구리/레진(copper/resin) 구성을 의미한다. 포일은 1/2 oz., 3/8 oz. 및이와 유사한 온스 무게에 의하여 기록된 변화된 두께의 것일 수 있다. 코어는 설계 사양을 만족시키도록 보통 기계적으로 드릴링되어, 디-벌(de-burred)되고, 그런 후 세척되고 구리로 도금된다. 이러한 도금된 비아는 구리와 같은 도금된 전도성 재료로 "캡(capped)"되어 덮이는 재료로 채워지는 것을 요구한다.
패널 도금(panel plate, 비-구조화된 표면), 버튼 도금(button plate), 패턴 도금(pattern plate) 및 풀 빌드(full build)와 같은 코어 패널을 도금하려는 기본적인 접근이 있다; 처음 세 개는 통상적으로 전해 프로세스에 의하여 구별되고 그리고 나머지는 비전기적 프로세스에 의해 구별된다. 플레이팅 피쳐(plating feature)가 비아 채움 프로세스에 어떻게 관련되는 가의 실시예로서 처음 세 개의 접근을 간략하게 부연할 것이다. 패널 도금은 비아 채움 프로세스의 가장 간단한 방법을 제공한다. 패널의 드릴링된 표면을 포함하여 패널의 전체 표면이 도금된다. 패턴화된 토포그래피(topography)가 없기 때문에, 비아 채움 재료는 패턴화된 스텐실 또는 스크린없이 직접 스퀴지 접촉(squeegee contact)에 의하여 표면에 직접 인가될 수 있거나 또는 다른 수단에 의하여 표면에 직접 인가될 수 있다. 이는 스텐실을 패턴화된 비아에 매우 정교하게 정합시켜야 하는 필요성을 제거한다. 버튼 도금과 패턴 도금 모두에 대하여는, 레지스트 이미지(resist image)가 붙여지고 도금되고 벗겨내어지며, 그런 후 정합된 스텐실에 의하여 비아 채움이 인가되는데, 때때로 레지스트(resist)에 의하여 도움을 받는다. 레지스트에 대한 이유는: 패턴화된 비아가 52+ 마이크론 너비(통상적으로)로부터 변화될 수 있는 올려진 랜드(환형 링)를 구비하고, 16 내지 52 마이크론의 두께를 구비한다는 점이다. 특히 18"×24" 패널을 가로질러 x, y, 세타(theta)에 정합하여야 하는 경우, 이는 스텐실에 대하여 가스킷 문제를 일으킨다. 이러한 각각의 방법에 대하여는 긍정적인 면과 부정적인 면이 있다. 여기서는 가장 기초적인 것 두 가지를 관찰할 것이다. 패널 도금은 간단한 비아 채움 실시와 플레너라이제이션에 의한 레벨링을 제공하지만, 보다 높은 회로 밀도를 위하여 요구되는 정교한 피쳐를 제공하는 능력에 있어 제한된다. 패턴 도금은 보다 우수한 라인-공간 선명도(line-space definition)를 제공하지만, 스텐실된 비아 채움 프로세스로 강한 정합 문제점(intense registration issues)을 생성하고, 또한 초기의 것을 잔류시켜야 하는 표면상에 과채움(overfilling) 또는 레진 누출(resin bleed-out)을 악화시킨다. 패널 도금하는 것이 일본에서의 경향인데, 패널 크기를 줄임으로써 정합 문제를 완화시키는 것이다. 또한 이는 패널당 파퓰레이션 및 적합성(profitability)을 감소시킨다. 미국의 경우, 대부분의 부품 제조업자는 모든 세 가지 플레이트-업 프로세스가 시도된다.
목적은 코어 패널의 표면에 대한 만족스러운 비율로 드릴링된 비아 벽을 균일하게 도금하는 것이다. 매우 빈번하게 도금 두께의 균일성이 벗어날 수 있는데, 이는 변화된 도금 벽 두께인 "니(knee)(도금된 비아 벽의 상부 및 하부에 과도하게 도금됨)"를 초래한다. 비아 내부에 도금 용액(plating solution)에 의하여 형성된 혹(noudles)이 있을 수도 있다. 이러한 문제점들은 재료 유동이 임의의 비아에 비-균일하게 제한되는 경우, 비아 채움 균일성(via fill uniformity)의, 특히 시퀴지 프린트 채움 프로세스의 문제점을 일으킬 수 있다. 드릴링된/도금된 비아의 크기와 깊이는 코어 패널 자체 내의 레이어 개수에 의존할 것이다. 패널이 두꺼워질수록 그리고 비아 지름이 작아질수록, 연속적인 도금과 비아 채움 작업은 더욱 어려워진다. 게인 표면 균일성을 돕는데 사용될 수 있는 평탄화 단계(planarization steps)가 있지만, 통상적으로는 보다 우수한 도금 배쓰 제어에 의해 이 단계를 피하는 것이 가장 바람직하다.
비아 채움 프로세싱에 관하여, 현재 사용되는 실시 방법은 재료의 준비에 의하여 또는 실시 방법 자체에 의하여 발생될 수도 있는 잠재적인 결함을 일으킬 수도 있다. 이러한 실시 방법 및 잠재적 경합을 논의한다.
스퀴지 블레이드 실시는 비아 홀을 통하여 비아 채움 재료를 강제하도록 금속, 중합제, 또는 복합제 블레이드를 사용하는 것으로 구성되고, 프로세스하의 기판 비아에 대하여 주어진 각도로 스퀴지가 전방으로 이동되도록 함으로써 야기되는 구름-효과 펌핑 작동(roll-effect pumping action)을 사용하는 것으로 구성된다. 이러한 구름 효과는 재료내의 공기 포획에 대한 소스에 제공되는데, 이는 공기가 비아로 유입되도록 강제한다. 4:1보다 큰 종횡비에 대하여, 다중 통과를 실행하는 것이 종종 필요하다. 이러한 프로세스는 보이드와 같은 비아로 전달되는 재료에 추가적인 공기 포켓을 제공한다. 벗겨진 기판(bare substrate)에 대하여 스퀴지 프로세스를 사용하는 것, 비아로의 재료 전달에서의 초과 가변성(excess variability)에 영향을 받는 프로세스를 벗어나는 것, 그리고 공기 방울 포획(air bubble entrapment)을 변화시키는 것은 스퀴지 전방 체적의 정밀한 제어를 요구한다. 추가적으로, 비아 채움 재료의 큰 영역 노출은 페이스트에 오염을 일으킬 수도 있다. 이러한 프로세스는 초과 재료 낭비, 스퀴지 전방의 체적을 보충하도록 더 많은 페이스트를 추가하는 필요성, (추가적인 공기 포획)을 나타내고, 그리고 이 프로세스는 스퀴지의 트레일링 모서리에 의하여 야기되는 디벗(divot) 또는 재료 드래그-아웃(drag-out)을 초래할 수 있고, 불량한 레벨링을 일으킬 수 있다. 레벨링(스탠딩에 의함)은 비-균일을 일으킨다.
플래너라이징하는데 약간 적은 재료가 있기 때문에, 이미지화된 레지스트에 대한 스퀴지는 약간 감소된 낭비를 초래한다. 하지만, 이러한 프로세스는 약간 적은 디벗 포텐셜(divot potential)을 가지고 상기한 바와 같은 동일한 문제를 구비한다. 더욱이, 레지스트의 동시-양생(co-cure)의 가능성이 있는데, 이는 스트립 문제를 일으킬 수 있다.
스텐실에 대한 스퀴지는 재료 낭비에 있어, 약간 개선된 제어를 제공하고 그리고 두 가지 방식의 프린팅을 허용하지만, HDI에 대하여 통상적인 세타 사양을 만족시키도록 정교한 광학/정합을 요구하기도 한다. 스텐실은 공기 포획에 대한 포텐셜을 증가시킨다. 환형 링을 통한 가스켓팅은 비아에 대한 유체 압력의 손실이 불완전한 채움을 일으킬 수도 있기 때문에 이슈화된다. 단일 통과 채움(single pass fill)이 요구되고, 또는 스텐실 개구 체적에 균등한 공기 포켓이 비아로 강제된다.
에멀젼화된/이미지화된 스크린에 대한 스퀴지는 가스켓팅을 개선하지만, 패턴 스트레치를 도입한다. 크게 사용된 스크린 메쉬는 공기 포획을 증가시킨다. 채움 재료와의 스크린 에멀젼의 친화성은 이슈화될 수도 있다. 정합반복성(registration repeatability)은 더욱 어렵게 되고 그리고 단일 패스는 부가적인 공기 포켓을 피하도록 요구된다.
상기 논의된 바와 같이, 페이스트로 비아를 채우는 것과 연계되는 근래의 유동 제조 프로세스는 수 개의 문제점을 구비한다. 과거에는 공기 포켓 또는 보이드를 형성하지 않고 신뢰할 만하게 비아에 페이스트를 배치하는 것은 어려웠다. 공기 포켓이 없도록, 비아는 완전하게 페이스트로 채워져야 한다. 페이스트에 보이드 또는 공기 포켓이 있는 경우, 이러한 공기 포켓이 통상적으로 완전한 제품에 잔류한다. 보이드를 구비하는 비아는 수 개의 역 효과를 구비한다. 페이스트가 열 전도성을 제공하도록 배치되는 경우, 보이드의 공기는 단열재이다. 페이스트가 전기적 전도성을 제공하도록 배치되는 경우, 개구가 보이드에 형성되는 경우, 형성될 수 있는 보조적인 또는 안전 장치적 전기 연결은 없을 것이다. 더욱이, 비아가 채워져서 구조적인 완전성을 제공하는 경우, 비아내 보이드는 보다 적은 구조적인 완전성을 제공한다. 효과들 중에는 페이스트 또는 도금 재료처럼 전도적이지는 않으나 공기가 절연체처럼 작용한다는 점도 있다. 결과적으로, 보이드를 구비하는 비아는 전도성 재료로 완전하게 채워진 비아만큼 전기 전도적이지는 않다. 보이드는 또한 단락 접촉(open contact)을 초래할 수 있다. 게다가, 보이드는 비아내에 있고 보여질 수 없으며, 프로세스 유체 오염(process fluid contaminants)을 유지할 수 있는 마이크로 핀-홀을 생성할 수도 있다. 더욱이, 공기는 열 전도적 채움 재료와 함께 절연체로서 작용하고, 그리고 보이드는 채워진 비아의 열 전도성을 감소시킨다. 어떤 경우에서는, 공기 포켓 또는 보이드를 포함하는 비아가 제조 사양을만족시키지 못하는 전자 패키지를 초래할 수도 있다. 전자 패키지는 불합격될 수도 있다. 재작업이 가능할 수도 있지만, 시간이 소요될 것이다. 다른 경우에는, 이들 전자 패키지는 폐기되어야 하는데, 이는 제조 프로세스와 연계된 수율 백분율을 감소시킨다.
상기 설명된 문제점들은 지름이 보다 작고, 종횡비가 보다 큰 비아가 요구되는 경우에 증대된다. 전자 패키지의 소형화는 계속하여 더욱 조밀한 제품을 형성하기 때문에 지름이 보다 작고, 종횡비가 보다 큰 비아는 보다 대중적이 되고 있다. 채워지는 비아는 지름이 2-25/1000 인치 범위에 있을 수도 있고, 그리고 통상적으로 지름 비가 1:1에서 10:1까지의 깊이 대 지름 비를 가진다. 산업계는 6:1보다 큰 종횡비를 구비하는 비아를 채우도록 노력한다.
그러므로, 채워지는 비아는 개선되는 HDI(고밀도 상호 접속, High Density Interconnect) 및 SBU(연속 빌드업, Sequential Build-Up) 기법에 다양한 장점을 제공하기 때문에 신뢰할 만하게 비아를 채우는 방법 및 장치를 성립시키는 드라이브가 있다.
더욱이, 유기 라미네이트 패키지(organic laminate package) 및 보드 생산의 기하 급수적인 성장은 제조업자로 하여금 유니트당 크기와 비용은 줄이면서 상호 접속 밀도를 항상 증가시키도록 압박하고 있다. 이러한 적절한 예로는 단기간 사용하고 버리는 휴대폰의 급격한 양적 성장을 들 수 있다. 보다 작은 크기, 보다 적은 비용, 그리고 성능은 전세계의 경쟁 시장에서 중요한 것들이다. 동시에, 표면 실장 기술(SMT, surface mount technology)은 PCB 산업 표준이 되었기 때문에,비아 홀을 채우기 위한 요구는 계속하여 증가되고 있다. 라미네이션(lamination)동안 종종 레진 유동(resin fluid)에 의하여 내부 층(inner layers)이 채워지고, 플라스틱 랜드 그리드 배열(PLGA's, Plastic Land Grid Arrays)로서와 같이, 재-유동된 땜납 재료는 도금된 관통-홀(plated thru-holes)에 대한 구조적인 보장재로서 사용되는데, 월 크랙킹 또는 다른 결함에 의하여 야기된 개방을 잠재적으로 브릿지하기 위하여 높은 전도성의 부가된 특성을 구비한다.
고밀도 상호접속(HDI) 보드 및 HDI 또는 연속 빌드업(SBU) 패키지의 설계자는 다양한 비아 채움 재료를 사용하여 설계의 신뢰도와 성능을 강화하는 능력에 의존한다. 대부분에 있어서, 비전도성 비아 채움 재료에 대하여 요구된다. 비아 채움 실시는 기본적으로 두 개의 기능; 캐리-오버 오염(carry-over contamination)이 후속-채움 프로세싱하는 것을 방지하도록, 그리고 일정한 구조적 지지를 제공하도록 의도된다. 비록 표준 산업계의 실시는 아니지만, 이러한 실시는 비아 채움 재료의 개선, 특히 전도성의 개선이 패키지와 보드 프로세싱을 상당히 단순하게 하는 영역을 나타낸다. 그러므로, 개선된 신뢰도를 위하여 열적 그리고 전기적 전도성의 재료를 사용하는 장점에 큰 이점이 있다. 피쳐 크기 감소와 결부되어, 관통-홀, 블라인드 비아, 및 전도성/비-전도성 재료를 구비하는 패드의 비아와 같은 피쳐의 채움은 성장을 향한 특별한 역할을 수행한다.
결론적으로, 페이스트내에 아무런 공기 포켓이 형성되지 않도록 페이스트를 전자 패키지의 비아 개구에 배치하기 위한 방법 및 장치에 대한 필요성이 있다. 또한 신뢰할 만한 전기적 접촉을 구비하는 그리고 선호할만한 열적 특성을 구비하는 플러그된 비아를 형성하는데 사용될 수 있는 방법 및 장치에 대한 필요성이 있다. 전자 패키지내 플러그된 비아를 형성하기 위한 수율을 개선할 수 있는 프로세스에 대한 필요성도 있다. 비교적 빠른 속도, 단일 패스 작업과 같은 제조동안 큰 작업 처리량을 구비하고 제어 가능한 제조 프로세스에 대한 추가적인 필요성이 여전히 있다. 또한 제조 프로세스에 현재 사용되는 스텐실 프린팅 기계와 함께 사용되도록 개조될 수 있는 프로세스에 대한 필요성도 있다. 또한 비아 채움 페이스트에 오염이 도입되는 가능성을 감소시키는 장치에 대한 필요도 있다. 더욱이, 큰 종횡비와 작은 지름을 구비하는 비아에 페이스트를 배치하는데 사용될 수 있는 장치에 대한 필요성이 있다. 비아를 채우기 위한 제어를 추가하는 장치에 대한 추가적인 필요가 있다.
발명의 요약
전기 및/또는 열적 전도성 페이스트, 및/또는 전기적/열적 절연 페이스트, 및/또는 땜납 페이스트와 같은 채움 재료를, 전자 패키지 또는 다른 플래너 표면에 이송하기 위한 장치 및 방법이 기술되는데, 여기서 이 이송 시스템은 채움 재료의 가압된 공급과 채움 재료의 가압된 공급에 첨부되는 압력 헤드를 포함한다. 압력 헤드는 주요 바디 및 마모부를 포함한다. 압력 헤드의 어느 표면을 따라 배치되는 가스킷은 마모부에 부착된다. 또한 압력 헤드는 유동 분산 레귤레이터를 포함하는데, 이 유동 분산 레귤레이터는 구멍 뚫린 피드 튜브를 포함하고, 이 피드 튜브는 주요 바디 내에 배치되는데, 구멍 뚫린 피드 튜브는 다수 개의 유동 레귤레이팅 개구를 구비한다. 이 구멍 뚫린 피드 튜브내의 유동 레귤레이팅 개구는 각각의 유동레귤레이팅 개구에 거의 일정한 압력을 유지하도록 크기화된다. 유동 균등화 그리드(flow equalization grid)는 주요 바디와 마모부 사이에 배치된다. 유동 균등화 그리드는 다수의 개구를 포함한다. 가스킷은 마모부에 부착된다. 압력 소스는 하나 또는 그 이상의 유압식, 공압식 또는 기계식 구동 압력화 실린더(driven pressurizing cylinders)를 포함할 수도 있고, 그리고 후방-채움 페이스트 베셀(back-filling plate vessels)을 위한 램 프레스(ram press)를 포함할 수도 있다. 후방-채움은 페이스트 로딩 프로세스 동안 포획을 방지하는 것이 바람직하다. 또한, 페이스트 유동은 진공 압력 해제 밸브로 제어된다. 몇몇 실시예에서는, 제어된 출력 초음파 드라이버가 압력 헤드에 부착된다. 출력 제어 메카니즘은 초음파 드라이버로 사용된다.
유리하게도, 페이스트 이송 시스템은, 보드당 요구되는 프로세싱 시간의 양을 감소시키고, 보다 다양한 채움 재료의 사용을 제공하고, 그리고 채움 재료의 낭비와 오염을 최소화함과 동시에 비아 채움 페이스트에 형성된 감소된 수의 공기 포켓이 있도록 하는 전자 패키지의 비아 개구에 비아 채움 페이스트를 배치하기 위한 방법을 채택하는 장치이다. 추가적으로, 고기 포켓이 형성되는 경우 공기 포켓은 유리하게도 다른 방법을 사용하여 형성된 공기 포켓 또는 보이드보다 작은 체적을 구비한다. 장치 및 관련 방법은 신뢰 가능한 전기적 접촉이 있고 바람직한 열적 특성을 구비하는 플러그된 비아를 초래하는 것이 바람직하다. 프로세스는 전자 패키지 도는 PCB 보드에 대한 개선된 수율을 구비하는 것이 바람직한데, 이는 플로그된 비아를 사용한다. 제조 프로세스는 제어 가능하고 그리고 제조 동안 큰 작업처리량을 구비하는 것이 바람직한데, 이는 보드당 요구되는 프로세스 시간의 양을 감소시킴으로써 얻어진다. 많은 경우에 있어서 이러한 감소는 보드당 30초보다 작은 프로세스 시간을 초래할 수 있다. 프로세스는 스텐실 프링팅 기계, 및/또는 제조 프로세스에 근래 사용되는 스크린 프린팅 기계로 사용을 위하여 채택될 수 있는 것이 바람직하다. 장치는 비아의 변화된 유동 저항을 극복하는데 사용되는 유동 압력을 사용하는 것이 바람직하다. 더욱이, 장치는 접촉 압력을 사용하여 프로세스하 장치의 충분한 가스킷팅이 내부 유동 압력을 유지하는 것을 허용하는 것이 바람직하다. 더욱이, 장치는 페이스트의 표면 공기 포획을 제한하도록 가스킷 및 내부 유동 압력의 조합을 제공하는 것이 바람직하다. 더욱이, 장치는 비아 채움 페이스트에 오염이 도입되는 기회를 감소시키는 것이 바람직하다. 더욱이, 장치 및 프로세스는 비아 채움을 위한 추가적인 제어로 큰 종횡비와 작은 지름을 구비하는 비아에 비아 채움 페이스트를 배치하는데도 사용될 수 있다. 더욱이, 장치는 스크린-프린팅 레지스트 재료 및/또는 다른 전도성/비-전도성 재료에 대하여 사용될 수 있는 것이 바람직하다. 더욱이, 비교적 적은 채움 재료 압력이 달성 가능한다는 것이 바람직하다. 보다 작은 압력의 이러한 성공적인 사용은 유동 그리드, 분산 레귤레이터의 사용으로부터 초래될 수도 있고 그리고 채움 헤드내의 다중 연속적인 압력 챔버의 사용을 초래할 수도 있다고 고려된다.
도 1은 페이스트를 전자 패키지로 이송하기 위한 페이스트 이송 시스템의 제 1 실시예의 대략적인 사시도를 도시하고,
도 2는 도 1의 페이스트 이송 시스템의 측면도를 도시하고,
도 2a는 도 1의 측면도로서, 기판과 접촉하며 기판을 따라 파킹 영역으로부터 멀어지게 이동하는 압력 헤드(pressure head)를 도시하고,
도 2b는 도 1의 페이스트 이송 시스템의 측면도로서, 기판과 접촉하는 압력 헤드를 도시하고, 기판을 따라 파킹 영역으로 이동하는 페이스트 이송 시스템의 측면도를 도시하고,
도 2c는 도 1의 페이스트 이송 시스템의 측면도로서, 파킹 영역 내에서 이동하고 기판으로부터 들어올려진 압력 헤드를 도시하고,
도 2d는 도 1의 압력 헤드 조정 메카니즘의 대략적인 측면도를 도시하고,
도 2e는 도 1의 압력 헤드 마운팅 메카니즘의 후방 상세도를 도시하고,
도 2f는 도 1의 압력 헤드 마운팅 메카니즘의 측면 상세도를 도시하고,
도 3는 페이스트 이송 시스템의 조립된 압력 헤드의 정면도를 도시하고,
도 3a는 도 1의 페이스트 이송 시스템의 대안적인 조립된 압력 헤드의 정면도를 도시하고,
도 4는 도 3의 압력 헤드의 전개된 정면도를 도시하고,
도 4a는 도 3a의 압력 헤드의 전개된 정면도를 도시하고,
도 5는 도 3의 압력 헤드의 전개된 측단면도를 도시하고,
도 5a는 도 3a의 압력 헤드의 전개된 측단면도를 도시하고,
도 6는 압력 헤드의 마모 요소(wear element)의 배면도를 도시하고,
도 7은 압력 헤드의 대안적인 마모 요소의 배면도를 도시하고,
도 8은 압력 헤드의 압력 균일화 요소(pressure equalizing element)의 평면도를 도시하고,
도 9는 유동 분산 레귤레이터(flow dispersion regulator)의 측면도를 도시하고,
도 10a는 도 1의 이송 페이스트를 위한 페이스트 이송 시스템의 압력 챔버 중의 하나를 도시하고,
도 10b는 도 1의 이송 페이스트를 위한 페이스트 이송 시스템의 압력 챔버 중의 하나의 대안적인 실시예를 도시하고,
도 10c는 도 1의 이송 페이스트를 위한 페이스트 이송 시스템의 압력 챔버 중의 하나의 대안적인 제 2 실시예를 도시하고,
도 11은 제어되는 출력 초음파 드라이버(output ultrasonic driver)를 구비하는 압력 헤드를 도시하고,
도 12a는 페이스트 이송 시스템의 제 2 실시예의 정면도를 도시하고,
도 12b는 도 12a의 페이스트 이송 시스템의 측면도를 도시하고,
도 12c는 도 12a의 페이스트 이송 시스템의 평면도를 도시하고,
도 13는 롤링 기판 지지 메카니즘을 통합하는 페이스트 이송 시스템을 도시하고,
도 14는 패턴 패널을 위한 스텐슬이 포개 넣어진 플레이트(stencil nested plate)를 구비하는 페이스트 이송 시스템의 사용을 도시하고,
도 15는 페이스트 분산 시스템(paste dispensing system)의 제 3 실시예를도시한다.
바람직한 실시예의 다음의 상세한 설명에 있어서, 부분을 형성하고 본 발명이 실행될 수도 있는 특정 실시예를 설명함으로써 도시되는 첨부 도면이 참조된다. 다른 실시예들을 이용할 수 있고 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위에서 구조적인 변화가 이루어질 수도 있다는 것은 이해될 것이다.
개요
도 1은 적어도 하나의 비아(via, 132)를 포함하는 기판(130)에 페이스트를 이송하기 위한 페이스트 이송 시스템(paste delivery system, 100) 제 1 실시예의 대략적인 사시도를 도시한다. 제 1 실시예의 페이스트 이송 시스템(100)은 압력 헤드(200)을 이송하기 위한 메카니즘(150)에 부착된 압력 헤드(200)을 포함한다. 또한 시스템은 헤드 파킹 메카니즘(head parking mechanism, 190), 및 기판 지지 구조(substrate support structure, 180)를 포함한다.
압력 헤드(200)는 기판(130)과 접촉하게 배치되고 이동 메카니즘(movement mechanism, 150)에 의하여 기판(130)을 가로질러 이동하며, 동시에 채움 재료(fill material)는 압력 헤드(200)를 거쳐 기판(130) 내 비아로 넣어진다. 기판 지지 구조(180)는 채움 스테이션 동안 기판(130)을 지지하고, 그리고 헤드 파킹 메카니즘(190)은 기판(130)을 가로지르는 압력 헤드(200)의 패스 사이의 채움 재료의 손실을 방지하는 것을 돕는다. 피드 튜브(120 및 120')를 경유하여 압력 챔버(141 및 142)를 포함하는 압력 채움 재료의 소스에 압력 헤드(200)가 연결되는결과로, 채움 재료는 압력 헤드를 거쳐 나아가게 된다. 채움 재료를 제공하는 소스에서의 압력은 이하 채움 재료 압력으로 언급될 수도 있다.
압력 헤드
도 3은 도 1의 페이스트 이송 시스템(100)의 조립된 압력 헤드의 정면도이다. 압력 헤드(200)는 주요 바디부(210) 및 마모 요소 유지부(wear element holding portion, 220)를 포함한다. 마모 요소(230)는 마모 요소 유지부(220) 사이에 부착된다. 유동 그리드(flow grid, 500)는 주요 바디(210)와 마모 요소 홀더(220)에서 포획되고(참조 도 4), 그리고 유동 분산 레귤레이터(flow dispersion regulator, 310)는 주요 바디(210)를 관통한다. 주요 바디(210), 마모 요소 홀더(220), 및 가능하게는 마모 요소(230)는 연장 협소 압력 챔버(elongated narrow pressure chamber, 300)를 형성한다. 도 4 및 도 5는 도 3의 압력 헤드의 전개된 정단면도를 도시하고, 그리고 도 3a, 도 4a, 및 도 5a는 압력 헤드(200)의 대안적인 실시예의 유사한 도면을 제공한다.
주요 바디(210) 및 마모 요소 홀딩부(220)는 적합한 재료로 제조될 수도 있지만, 압력 헤드(200)를 관통하게 될 채움 재료/비아 채움 페이스트에 대하여 불활성인 채로 유지되는 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 이러한 재료의 예로는 기계-양극 산화 처리된 알루미늄(machine-anodized aluminum), 스테인레스 스틸, 내용해성 중합체(solvent-resistant polymer), 그리고 테프론 주입된 델린(Teflon-impregnated Delrin)을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 약간 바람직한 실시예에서, 주요 바디(210) 및/또는 마모 요소 홀딩부가 재료 및/또는피스(piece)의 합성물을 포함할 수도 있다.
압력 헤드-주요 바디
도 4 및 도 5에서, 주요 바디(210)는 유동 분산 레귤레이터(310)(도 9에서 개별적으로 도시됨)를 포함하는데, 이 유동 분산 레귤레이터는 관통되어 압력 챔버(300)와 유체 소통된다. 유동 분산 레귤레이터(310)는 구멍 뚫린 피드 튜브(punctuated feed tube)를 포함하는데, 이 피드 튜브는 압력 챔버(300)보다 더 긴 길이를 구비하는 그리고 그 길이를 따라 개구/오리피스(311)를 구비하는 스테인레스 스틸 튜빙(stainless steel tubing)인 것이 바람직하다.
스테인레스 스틸 튜빙은 제 1 나사산 단부(first threaded end, 312)와 제 2 나사산 단부(second threaded end, 314)를 구비하는데, 이들은 압력 헤드의 주요 바디(210) 이상으로 연장된다. 단부(312) 부근에는 오-링(O-ring, 313)이 있는데, 이 오-링은 압력 챔버(300)에 대하여 단부(312)를 실링하는데 사용된다. 유사한 오-링 또는 시일(315)이 단부(314)를 실링한다. 너트(316 및 317)는 유동 분산 레귤레이터(300)의 나사산 단부에 부착된다. 너트(316, 317)를 조이는 것은 압력 챔버(300)를 실링하고 그리고 유동 분산 레귤레이터(310)의 위치를 고정시킨다. 단부(312, 314)의 나사산은 공급 라인(120, 120')을 분산 레귤레이터의 단부에 부착시키기 위한 메카니즘을 제공한다. 압력 소스로부터의 채움 재료는 공급 라인(120, 120')을 관통하고, 단부(312, 314)를 거쳐 분산 레귤레이터(310)로 유입되고, 그리고 오리피스(311)로 배출되어 챔버(300)로 유입된다.
비아 채움 페이스트가 압력 챔버(300)를 관통하는 동안 개개의 개구에서의압력을 균일화하도록 분산 레귤레이터 및/또는 오리피스(311) 내의 유동 경로는 다양한 치수를 구비한다. 바람직한 실시예에서, 단부(312 및 314) 부근의 오리피스(311)는 주요 바디 중심 부근의 오리피스보다 크다. 본질적으로, 페이스트가 유동 분산 레귤레이터(310)를 관류하는 경우 일정한 양의 압력 헤드웨이(pressure headway)가 손실된다는 것이 인식되기 때문에, 오리피스가 압력 챔버(300)내 구멍 뚫린 피드 튜브의 중심에 점점 더 가까워질수록 오리피스는 점점 작게 형성된다. 균등한 압력을 유지하기 위하여, 유동 분산 레귤레이터(310) 중심 부근에서 오리피스 크기가 감소되어, 유동 분산 레귤레이터(310) 중심 부근에서의 압력은 단위 영역당 힘 또는 유동 분산 레귤레이터에서 단부(312, 314) 중의 어느 한 단부 부근의 보다 작은 개구에서 발견되는 압력과 거의 동일하다. 오리피스는 유동 분산 레귤레이터(310)의 길이를 따라, 그리고 유동 분산 레귤레이터의 원주 주변으로 완전하게 배치될 수 있다. 더욱이, 유동 분산 레귤레이터(310)에서의 오리피스는 너트(316, 317)를 느슨하게 함으로써 그리고 유동 분산 레귤레이터(310)를 회전시킴으로써 재설정될 수 있다. 오리피스(311)는 압력 헤드(200)의 마모 요소 부분(220)과 마주할 수 있지만, 이들은 마모 요소 부분(220)으로부터 멀어지게 그리고 챔버(300) 벽을 향하여 마주하는 것이 바람직하다.
또한 주요 바디(210)는 견부(shoulder, 320)를 포함하는데, 이 견부는 하부-목형성부(necked-down portion, 322)를 형성한다. 랜드(323)를 포함하는 압력 헤드의 마모 요소 홀딩부(220)에 유사한 크기로 치수화된 개구 내에 하부-목형성부(322)가 장착된다. 가스킷(gasket, 324)은 주요 바디(210)와 마모요소 홀딩부(220) 사이의 연결을 실링한다. 마모 요소 홀더(220)에 대하여 논의되는 바와 같이, 나사산없는 개구(352)는 마모 요소 홀더(220)를 주요 바디(210)에 연결하는 역할을 수행한다. 도 4a 및 도 5a의 대안적인 실시예에서, 마모 요소 홀더(220)는 주요 바디(200) 내에 삽입된다. 그러나 다른 대안적인 실시예에서는 도면의 주요 바디(210)의 하부 부분과 유사한 하부 목형성부를 구비하는 마모 요소 홀더(220)를 사용할 수도 있는데, 이 하부 목형성부는 도 5a의 주요 바디(210)에서의 유사한 크기로 치수화된 개구 내에 장착된다.
도 4를 다시 살펴보면, 주요 바디(210) 내의 개구(212)는 압력 헤드(200)를 이동 메카니즘(15)의 가이드 헤드 지지부(152)에 장착하기 위한 것이다. 주요 바디(210)가 알루미늄과 같은 비교적 연한 재료로 제조되는 경우, 개구(210)에는 연한 재료내의 나사진 개구를 제공하는데 그리고 패스너에 의해 알루미늄이 벗겨지는 것을 방지하는데 사용되는 헬리코일(helicoils)이 제공될 수도 있다.
압력 헤드- 마모 요소 어셈블리
마모 요소(230)는 가스킷 또는 오-링인 것이 바람직한데, 이는 마모 요소 홀더(220)의 개방 단부(open end)에 부착된다. 통상적으로 개방 단부는 도 6 및 도 7에 도시된 도면 부호(340)로 언급된다. 도 5를 참조하면, 마모 요소(230)는 전자 패키지(130)의 표면과 접촉하는 원형 팁(rounded tip, 232) 뿐만 아니라 마모 요소 홀딩부(230)내의 그루브(330)내에 포획되는 단부(234)를 포함하는 것이 바람직하다. 마모 요소(230)는 연장된 또는 편장된(oblong) 개구를 형성하고, 이 개구는 전자 패키지(130)의 표면에 적절한 실링을 형성하도록 아래로 가압될 수 있는데,이는 채움 재료의 적절한 증착을 위하여 억제된 페이스트 압력을 허용한다.
도 6은 압력 헤드(200)의 마모 요소 홀딩부(230)의 배면도를 도시한다. 도 7은 마모 요소 홀딩부(230)의 대안적인 실시예를 도시한다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 마모부재(230)는 하나 또는 그 이상의 연장되고 협소한 개구(340)를 포함하는데, 이 개구를 통하여 비아 채움 페이스트 또는 유사한 재료가 통과하여, 압력 헤드(200)에서 배출된다. 개개의 전자 패키지 또는 패널 상에 비아의 상이한 패턴을 조절하기 위하여 개구(340)의 크기가 변화될 수 있다. 상이한 마모 요소 홀더(220)와 및/또는 상이한 크기의 페이스트 분산 개구(340)를 구비하는 마모 요소(230)는 단일 주요 바디(210)에 부착될 수 있다. 그러므로, 마모 요소 홀딩부는 상이한 플레이트(plates) 또는 전자 소자(electronic devices)에 대하여 페이스트 분산 시스템을 개조하도록 변경될 수 있다. 마모 요소(230) 및 마모 요소 홀더(220)의 크기 및 형상은 실시 사이클 동안 기판(130)의 모서리 만곡(edge distortion)을 방지하는 것을 돕도록 해야 한다.
마모 요소(230)는 적절한 마모 특성을 가지는 재료로 제조되어야 하지만, 압력 헤드에 의하여 전자 패키지의 표면에 적절하게 작은 힘이 가해지는 경우 실링이 이루어져야 하는 재료로 제조되어야 한다는 것을 고려해야 한다. 마모 요소는 테프론(Teflon)으로 기계 가공되거나 또는 40 내지 120+ 경도계 경도의 중합체, 또는 실리콘 고무로 주조되는 것이 바람직하다. 마모부재(230)는 표면이 재형성될 수 있고 그리고 다양한 길이와 형태로 형성되어 전자 패키지 또는 패널(130)내 비아의 다양한 형상에 비아 채움 페이스트를 주입하기 위하여 상이한 크기의 프린트 영역을 조절시킬 수 있다.
바람직한 실시예에서, 마모 요소 홀딩부는 나사진 개구(350)를 포함하는데, 이는 압력 헤드의 주요 바디(210)내 나사산이 형성되지 않은 개구(352)에 대응한다. 패스너(도시 안됨)는 나사산 지지 않은 개구(352)의 보어를 통하여 통과하고 나사진 개구(352)로 유입되어 마모 요소 홀딩부(230)를 주요 바디(210)에 부착한다. 마모 요소 홀딩부(230)내에는 수 개의 유사한 개구(350)가 있고 주요 바디(210)내에는 나사산 지지 않은 유사한 개구(352)가 있다는 것에 주의해야 하는데, 이들 각각은 패스너를 수용하여 압력 헤드(200)를 조립한다. 나사진 개구(350)는 마모 요소(230)를 유지하기 위한 그루브 위에서 종료된다. 마모 요소 홀더내 수 개의 개구(350)는 마모 요소 또는 오-링을 유지하기 위한 그루브까지 연장된 소형 드릴 홀을 구비하여, 마모부(230)를 안착시키기 위해 진공을 그루브에 배치하는 것을 가능하게 한다. 오-링(230)은 주요 바디(210)의 나사진 개구(352) 내에 진공을 배치시킴으로써 장착될 수 있다. 이는 그루브(330) 내에 진공을 형성하여 마모 요소(230) 중의 어느 한 단부가 이 그루브에 장착되고, 이는 마모 요소의 장착을 돕는다.
압력 헤드- 유동 그리드(flow grid)
도 8은 압력-균등 요소 또는 유동 그리드(pressure-equalizing element 또는 flow grid, 500)의 평면도이다. 유동 그리드(500)는 주요 바디(210)와 마모 요소 홀딩부(230) 사이에 배치되어, 비아 채움 페이스트 또는 유사한 재료의 유체 유동을 배분하는 것을 돕는다. 유동 플레이트(500)는 다수의 개구(510)를 포함한다.본 실시예에 도시된 바와 같이, 유동 개구(510)는 균일하게 이격되고 그리고 거의 동일한 지름을 갖는다. 유동 플레이트(500)는 개구(510)를 구비할 수 있고, 이 개구는 지름이 다소 크거나 작으며, 그리고 변화되는 페이스트 유동학을 조절하기 위하여 패턴이 상이하다는 것을 이해할 수 있다. 유동 그리드는 대안적인 유동 그리드와 교체 가능하여, 비아 채움 페이스트의 상이한 점성을 적절한 그리드를 사용하여 조정할 수 있다.
유동 그리드(500)는 스테인레스 스틸로 제조되는 것이 바람직하고, 압력 헤드의 주요 바디와 마모 요소 홀더(220) 사이에 장착된다. 더욱 상세하게는, 주요 바디(210)와 마모 요소(220) 사이에서 주요 바디(210)의 하부-목형성부(322)가 유동 그리드(500)의 모서리를 포획하는 것이 바람직하다.
가압된 채움 재료 소스
도 1을 참조하면, 가압된 채움 재료의 소스는 도 1에서 횡 지지 부재(transverse support member, 158)에 부착된 것으로 도시되는 압력 챔버(141 및 142)와 같은 다수 개의 압력 챔버를 포함하는 것이 바람직하다. 도 10a-도10c는 챔버(141 및 142)로서 사용을 위하여 고안된 대안적인 압력 챔버를 도시한다.
도 10a를 참조하면, 페이스트 이송 시스템(10)의 압력 챔버(141 또는 142)는 백플레이티드 램 프레스 챔버(backplated ram press chamber)를 포함하고, 이는 피스톤(410), '오'링 시일(411) 및 페이스트 배출 튜브(paste feed out tube, 412)로 구성된 캐니스터(400), 그리고 공기 배출 밸브(air bleed out, 413)를 포함한다. 채움 재료(100)는 캐니스터(400)내에 배치되고, 그리고 피스톤(410)으로 덮여진다.피스톤(410)에 압력이 가해지고, 페이스트는 배출 튜브(412)로부터 밀려나오고, 배출 밸브(4123)를 간헐적으로 개방하여 가두어진 공기를 배출시킨다. 공기가 제거되는 경우, 배출 밸브(413)는 폐쇄되어 페이스트 유동이 가압 헤드(200)로 가는 것을 허용한다.
도 10b를 참조하면, 페이스트 이송 시스템(100) 압력 챔버(141 또는 142)의 대안적인 실시예는 진공 해제 능력(vacuum release capability)을 구비하는 공기 가압 코킹 건 실린더 챔버(air pressurized calking gun cylinder chamber)를 포함한다. 압력 챔버(141)는 외부 케이싱(180)과 내부 케이싱(181)을 포함한다. 압력 챔버(141)는 피드 튜브(120)에 부착되는 유출구 단부(outlet end, 183)를 포함한다. 압력 챔버(141)는 돔-형상 캡(182)으로 덮여지는데, 이 돔-형상 캡은 압력 챔버의 단부에서 나사 고정된다. 돔-형상 캡은 공기 기구(air fitting, 184)를 포함한다. 플런져(plunger, 186)는 내부 챔버(181) 내에 있다. 플런져는 내부 챔버(181) 내부에 실링된다. 페이스트는 플런져(18)와 유출구 단부(183) 사이에 배치된다. 플런져(186) 캡은 압력 챔버(141) 내부 챔버 내부에 페이스트를 함유한다.
압력을 위한 제어는 실질적으로 두 가지 방식이다. 프린트 스트로크동안 또는 페이스트가 프린트 헤드 또는 압력 헤드(200)에 제공되는 경우, 플런져(186)에는 압력이 가해진다. 프린트 스트로크 또는 압력이 완전한 경우, 그리고 프린트 헤드(200)가 스테이징 또는 대기 영역(staging 또는 parked area, 192)(도 2a-2c 참조)까지 이동되고, 그리고 가압된 채움 재료(110)의 유동은 플런져(186)에 약간의 진공을 배치시킴으로써 역전되어, 내부 케이싱 내의 재료뿐만 아니라 압력 헤드(200) 및 피드 라인(120) 내부의 페이스트는 약간 수축된다. 이는 페이스트의 낭비를 방지한다.
도 10c를 참조하면, 도 10a 및 도 10b의 실시예의 요소는 스텝핑 모터(420)를 사용하여 오-링 시일(411) 및 배출 밸브(421)를 구비하는 피스톤(410)을 이동시키는 실시예와 결합될 수도 있다. 도시된 바와 같이, 피드 튜브(120)는 챔버(400)의 "하부"에 결합된다. 스텝핑 모터(420)는 피스톤(410)을 이동시켜 채움 재료(110)를 챔버(400)로부터 피드 튜브(120)를 통하여 밀어낸다.
채움 재료(110)는 기판의 비아를 채우도록 가압되는데 사용될 수 있는 재료를 포함할 수도 있지만, 전기적 전도성 또는 비전도성 및/또는 열적 전도성 또는 비전도성 페이스트를 사용하는 것이 특히 유익할 수도 있고, 특히 기판이 전자적 패키지 부재를 포함하는 경우에 유용할 수 있다는 것이 고려된다.
이동 메카니즘
압력 헤드(200)를 이동시키는 메카니즘(150)은 횡 지지 부재(158), 제 1 레일(156) 및 제 2 레일(157), 커플링 부재(155), 가이드되는 헤드 지지부(152), 그리고 베어링 블록(151a) 및 레일(151b)을 포함하는 헤드 지지 가이드 메카니즘(151)을 포함한다. 또한 메카니즘은 가이드되는 헤드 지지부(152)의 한 쪽 측면에 부착되는 제 1 공압 이동부(152)와 그리고 가이드되는 헤드 지지부(12)의 다른 측면에 부착되는 제 2 공압 이동부(154)를 포함한다. 공압 이동부(153, 154)는 지지 부재(158)에 대한 압력 헤드(200)의 이동을 제어하는데 사용되고, 그리고 압력 헤드(200)와 플레이트(130) 사이의 힘 또는 압력의 양을 제어하는데도 사용된다. 베어링 블록(151a) 및 레일(151b)은 가이드하고 가이드되는 헤드 지지부(152)에 횡측 지지를 제공한다. 지지 부재(158)는 커플링 부재(155)를 통하여 제 1 레일(156) 및 제 2 레일(157)에 활주 가능하게 연결된다.
대안적인 실시예에서, 압력 헤드(200)는 지지 부재(158)를 교체하는 프린터 상의 횡 바(transverse bar)를 통하여 공통 스크린-프린팅 기계(common screen-printing machine)에 부착될 수 있다.
헤드(200)는 일정한 플래네러티(planarity)를 기판 또는 처리될 표면에 제공하는 방식으로 이동 메카니즘(150)에 장착되어야 한다. 베어링 블록(151a) 및 레일(151b)은 가이드되는 헤드 지지부(152)에 횡 지지부를 제공함으로써 이것이 이동부(153, 154)에 의하여 위 아래로 이동하는 경우 가이드되는 헤드 지지부(152)의 "요동(wobbling)"을 방지하는 것을 돕는다. 가이드되는 헤드 지지부(152)에 대한 압력 헤드(200)의 방향은 스터드/패스너(161) 및 레벨링 스크류(162)를 통하여 달성된다(도 2c-2e 참조). 스터드(161)는 압력 헤드(200)에 나사 고정되거나 또는 다른 방식으로 고정되고, 가이드되는 헤드 지지부(152)의 슬롯(163)을 통하여 헤드로부터 외측을 향하여 연장된다. 레벨링 스크류(152)는 가이드되는 헤드 지지부(152)에 나사 고정되고 압력 헤드(200)에 접하는 것이 바람직하다. 이러한 스터드 및 레벨링 스크루를 사용하는 것은 스터드(161)를 슬롯(163) 내에서 위 아래로 활주시킴으로써 헤드가 수직으로 배치되는 것을 가능하게 하고, 가이드되는 헤드 지지부(152)에 대한 압력 헤드(200)의 방향은 레벨링 스크류(162)의 일정량의조합을 통하여 조정될 수 있고 그리고 스터드/패스너(161)를 통하여 스크류(162)에 대하여 압력 헤드(200)를 조이는 것을 가능하게 한다.
헤드 파킹 메카니즘 및 기판 지지 구조
헤드 파킹 메카니즘(190)은 경사진 모서리(beveled edge, 193)를 구비하고 독립적으로 렛지 지지 부재(ledge support member, 192A 및 192A)를 활주시키는 렛지(ledge, 192)를 포함한다. 렛지(192)는 스프링 스틸과 같은 비교적 강성인, 유연한 재료를 포함할 수도 있다.
작동
기판(130)은 지지 구조(180)(이는 제 1 부재(181)를 포함할 수도 있는데, 제 1 부재는 기판이 배치되는 제 2 부재(182)에 연결된다)상에 배치되고, 본질적으로 기판(130)의 상부 표면을 연장시키고 렛지(192)를 기판(130)의 높이까지 올리도록 렛지 지지 부재(192A)가 기판(130)에 대하여 위로 활주되고, 그리고 렛지(192) 모서리(193)를 지지 부재(192B)의 위로 기판(130) 상에 이동시키도록 렛지 지지 부재(192B)가 기판(130)을 향하여 활주된다. 즉 배치되는 경우, 렛지(192)는 채워지지 않은 기판(130)의 모서리 부근의 공구 홀을 보호하고, 그리고 메카니즘을 제공하는데, 이 메카니즘에 의하여 압력 헤드(200)는 채움 재료(120)의 최소한의 손실로 기판(130) 상에서 위로 이동될 수도 있다.
일단 기판이 배치되는 경우, 압력 헤드가 배치되어 마모 요소(230)는 기판(130)과 실링 접촉하고 그리고 하나 또는 그 이상의 비아(132)를 둘러싼다. 기판(130)과 접촉하는 마모 요소를 배치시키는 것은 마모 요소(230)와 기판(130)사이에 특정 힘을 유지시키는 공압 이동기(153, 154)를 통하여 그리고 레일(156, 157)을 따라 지지 부재(158)를 이동시킴으로써 이루어진다.
이때 채움 재료의 소스에 압력이 인가되어 채움 재료가 피드 튜브(120 및 120')를 거치고 압력 헤드(200)를 거쳐 개구(340)를 벗어나 비아(132)로 유입되도록 한다. 더욱 상세하게는, 압력 메카니즘(141)은 피드 라인(120) 내 압력을 생성하는데, 이 피드 라인은 압력 헤드(200)에 부착된다. 가압된 페이스트는 피드 라인(120, 120')을 거쳐 유동하여 압력 헤드(200)의 가압 챔버(300) 내 유동 분산 레귤레이터(310)로 유입된다. 압력은 가압 챔버(300)의 유동 분산 레귤레이터(310)내 도면 부호(311)와 같은 오리피스 또는 개구에 의하여 균일화된다. 가압 챔버(300)에 진입한 후에, 페이스트는 유동-균등화 그리드(500)를 거쳐 유동하여 마모 요소 홀딩부(220)내 개구(340)로 유입된다. 페이스트는 헤드(200)에 대해 실링된 기판(130)의 표면에 대하여 유동하여 개구(340)로부터 비아(132)로 유입된다.
비아(132)가 채워지는 경우, 압력 헤드는 추가적인 비아가 있는 전자 패키지 상의 다른 위치로 이동된다. 이러한 이동은 압력 헤드(200)와 패널(130) 사이의 맞물림으로써 이루어지고 가압된 채움 재료(11)의 유동은 유지되며, 그리고 지지 부재(158)는 레일(156 및 157)을 따라 이동되어 압력 헤드(200)가 패널(130)을 가로질러 이동하도록 한다. 헤드(200)가 기판(130)과 맞물림을 유지하는 경우, 가압된 채움 재료(110)의 다소 연속적인 양이 압력 소스로부터 피드 라인(120, 120')을 거쳐 기판(130) 내 비아(132)로의 분사를 위하여 압력 헤드로 유입된다.
압력 헤드(200)의 이동은 파킹 메카니즘(190)의 파킹 렛지(parking ledge,192)를 향한다. 렛지(192)는 약간 경사진 모서리(193)를 포함하여, 헤드(200)는 패널을 가로질러 렛지(192) 상에서 채움 재료의 최소 손실로 파킹 위치로 이동될 수 있다. 헤드(200)가 파킹 위치를 통과하는 경우, 가압 채움 재료의 유동이 역전되어(예를 들어, 진공 해제가 적용됨), 헤드가 렛지(192) 위로 후속적으로 올려진다면/올려지는 경우 압력 헤드로부터 유동할 수도 있는 페이스트를 수축시킨다.
압력 헤드(200)가 렛지(192) 상에 배치되는 동안, 비아를 채운 패널(130)지지 구조(180)로부터 제거되고 그리고 다른 패널이 지지 구조(180) 상에 배치된다. 이어 비아를 채우기 위한 프로세스가 재개된다.
채움 재료(110)의 유동 압력과 진공 해제가 상호적으로 또는 정지-활성 스위치 세트에 대하여 기판 프린트 길이를 특정하도록 함으로써 제어될 수 있다. 다른 실시예(도 12a 참조)에서, 기계 비젼 시스템(machine vision system)은 정지-활성 스위치를 위하여 대체될 수 있다. 기계 비젼 시스템은 선택된 비아 패턴 영역이 채워지는 경우 신호를 생성한다.
초음파 드라이버를 구비하는 압력 헤드의 사용
도 11은 제어 출력 초음파 드라이버 시스템(800)을 구비하는 압력 헤드(200) 실시예를 대략적으로 도시한다. 수 개의 초음파 드라이버(810, 812, 814, 816)가 압력 헤드(200)의 주요 바디(210)에 부착된다. 출력 제어 시스템(820)은 초음파 드라이버에 통신적으로 연결된다. 출력 제어 시스템(820)은 초음파 드라이버(810)에 신호를 제공하는데, 이 초음파 드라이버는 압력 헤드(200)에 제공되는 초음파 진동의 주파수와 크기를 조정한다. 출력 제어(820)는 마이크로프로세서 및 피드백루프를 포함할 수도 있다.
초음파 드라이버(810, 812, 814 및 816)는 비아 채움 페이스트(110)를 양생(cure)하지 않는 주파수로 진동한다. 비아 채움 페이스트(110)에 초음파 진동을 인가함으로써 매우 큰 종횡비의 비아(132)가 채워질 수도 있다. 예를 들어, 초음파 드라이버(810, 812, 814 및 816)없다면 12:1의 종횡비를 구비하는 비아(132)를 프로세스하는 것이 매우 어려운 채움 재료조차도 채워질 수 있고, 그리고 17:1+까지 높여진 종횡비를 가진 비아(132)는 초음파 드라이버를 사용하여 채워질 수 있다. 초음파 드라이버(810, 812, 814 및 816)가 제공되는 압력 헤드(200)를 사용하여 보다 큰 종횡비 비아의 경우조차도 채워질 수 있다는 것이 고려된다. 매우 큰 종횡비 비아 채움도 페이스트 유동학, 고체 로딩 및 페이스트내 분자 크기 분산에 의존한다고 믿어진다.
하부 채움 실시예의 구조 및 작동
대안적인 실시예에서, 채움 재료(110)가 위를 향하여 기판(130)의 비아(132)로 배출되도록 압력 헤드(200)가 배치될 수도 있다. 이러한 "하부 채움" 실시예(예를 들어, 중력을 극복하는데 비아 채움 페이스트(110)를 요구하는 프로세스)는 도 12a, 도 12b, 및 도 12c에 도시되어 있다. 이러한 특별한 실시예에서, "정적" 압력 헤드(200)는 두 개의 부분(105, 105')을 구비하는 분리된 컨베이어 하부에 배치된다. 패널 또는 전자 패키지(130)는 인젝션 헤드(200) 위로 엎어지고 맞은편 측면으로 배출되는데, 연속적인 방식으로 비아를 채우기 위하여 패널 또는 전자 패키지는 제거되고 새로운 패널이 로딩된다. 플레이트 또는 전자 패키지(130)가 이러한 시스템을 사용하여 연속적으로 공급되고 채워질 수 있기 때문에 제 2 실시예는 큰 처리량을 가질 것이다. 압력 헤드(200)는 제 1 실시예의 경우만큼은 제거되지 않는다. 제 2 실시예에서, 압력 헤드(200)는 위 아래로 이동하고 패널(200)과의 맞물림되거나 맞물림되지 않도록 이동한다. 패널(130)은 비아가 채워지는 경우 압력 헤드 위로 이동한다.
압력 헤드는 공압 두-측면 압력 실린더(pneumatic, two-sided pressure, 920)에 의하여 올려지는데, 이 실린더는 채워질 패널 표면 또는 전자 패키지(130) 표면을 만나도록 거의 1 내지 3 인치의 조절 가능한 위-아래 이동 경로를 구비한다. 두-측면 압력 실린더(920)가 헤드(200)에 부착된 바와 같이 두-측면 압력 실린더(920)는 헤드(200)인 가이드되는 헤드 지지 바(952)에 부착된다. 제 1 소제 블레이드( scavenger blade, 960)는 패널의 한 쪽 측면에 배치되고 그리고 제 2 소제 블레이드(1020)는 패널(130)의 다른 측면에 배치된다.
유리하게도, 하부 채움 프로세스는 채움 홀 품질의 제조 과정상의 관찰을 가능하게 하고 상부 측면 채움을 하는 동안 발생하는 과채움(overfill)에 대하여 사용되는 휴지 시트(stop-off sheets) 또는 교착 상태(stand-offs)에 대한 필요성을 제거한다. 즉, 소제 블레이드(960)는 하부 채움 프로세스를 사용하는 경우 필요하지 않을 수도 있다. 프로세스 동안의 비아 채움 품질 관찰은 육안으로 이루어질 수 있고 또는 도 12a에 도시된 바와 같은 비젼 시스템(950)을 사용하여 관찰될 수도 있다. 전자 패키지 또는 패널(130)의 비아(132)에 형성된 공기 포켓 또는 보이드(voids)에 대한 가능성이 줄어든다는 추가적인 장점이 있다.
하류 플래너라이징 프로세스를 최소화하기 위하여 소제 블레이드(1020)는 압력 헤드(200) 상에 장착된다. 채워진 비아를 구리로 캡핑(copper capping)하는 것과 같은 후속적인 도금 프로세스(plating process)에 대한 레벨 표면을 제공하기 위하여, 기판의 전체 표면을 플레너라이징하는 것은 여전히 평균적으로 요구된다. 위 아래로 또는 Z 방향 이동(접촉력), 채움 압력(내부 헤드 유체 압력), 및 기판에 대한 사이클 속력은 패턴 크기, 지름 및 채워질 비아의 종횡비에 직접 관련된다는 것을 주의하여야 한다.
도 13에서, 패널의 반대편으로 압력 헤드(200)의 반대편에는 임의로 이격된 접촉 휠 배열(1000)을 구비하는 한 세트의 롤러 또는 휠이 채움 패턴 사이에 제공된다. 휠 배열(1000)은 채워질 전자 패키지 또는 패널(130)의 채움 영역(1010)에 거의 근접한다. 휠 배열(1000)은 압력 헤드(200)를 사용하여 지지되지 않는 채움을 일으킬 수 있는 휘거나 뒤틀린 패널을 방지하거나 줄인다.
스텐실-함유 플레이트(stencil-nested plate) 실시예의 구조 및 작동
도 14는 패턴화된 기판(130)에 대한 스텐실(1100)로 사용되는 함유된 플레이트(nested plate, 1110)를 도시한다. 함유된 플레이트(1110)는 스텐실(1100)과 짝을 이루고 원뿔형 기구 핀(1111)을 구비하여 패널 또는 전자 패키지(130)가 스텐실에 정합(registered)되는 것을 허용한다. 도 12a, 도 12b 및 도 12c의 실시예에 기술된 바와 유사한 방식으로 기판은 좌우로 이동하거나 또는 고정된 분사 헤드를 통과한다. 이러한 특별한 작업은 패턴-플레이트화된 코어 및/또는 마무리 빌화된 비아 채움(finished billed via filling)을 허용한다.
시린지 압력 소스 실시예의 구조 및 작동 실시예
도 15는 페이스트-분산 시스템(1300)의 또 다른 실시예를 도시한다. 이러한 특별한 시스템에서, 비아 채움 페이스트 또는 비아 채움 페이스트는 시린지형 장치(syringe-type device, 1310) 내에 있다. 공기압은 비아 채움 페이스트(110)를 이동시키거나 가압하는데 사용된다. 이러한 시스템은 프로토타입 플레이트를 제조하는 것과 같은 소형 주문 작업(small custom hobs)에 사용될 수 있다. 더욱이, 플레이트 상의 비아(132)에 약간의 결함을 포함하는 플레이트를 재작업하는데 이러한 시스템이 사용될 수 있다.
고려할 만한 몇 가지 장점
유리하게도, 본 발명의 페이스트 이송 시스템은 전자 패키지의 개구를 통하여 비아 채움 페이스트를 전자 패키지 내 비아 개구에 배치시키기 위한 방법을 채택하여, 보드당 요구되는 프로세싱 시간을 감소시키고, 보다 다양한 채움 재료의 사용을 제공하고, 그리고 채움 재료의 낭비와 오염을 최소화하는 동시에 비아 채움 페이스트내에 감소된 개수의 공기 포켓이 형성되는 장치인 것이 바람직하다. 더욱이, 공기 포켓이 형성되는 경우, 여기서의 공기 포켓은 다른 방법을 사용하여 형성된 공기 포켓 또는 보이드보다 작은 체적을 갖는다. 결과적으로, 본 장치 및 이에 관련된 방법은 신뢰할 만한 전기적 접촉인 플러그된 비아(plugged vias)를 초래하고, 그리고 바람직한 열적 특성을 구비하며, 그리고 프로세스가 플러그된 비아를 사용하는 전자적 패키지에 대하여 수율을 향상시킨다.
제조 프로세스는 조정 가능하고 그리고 제조동안 비교적 높은 작업 처리량을구비한다. 이러한 높은 작업 처리량은 보드당 요구되는 프로세스 시간을 감소시킴으로써 획득된다. 수많은 인스턴스스캔(instancescan)에서의 이러한 감소는 보드당 30초보다 작은 프로세스 시간을 초래한다.
본 장치는 오염물(contaminates)이 비아 채움 페이스트에 도입되는 기회를 줄일 수 있다. 오염이 도입되는 기회가 감소되는 것은 비아 재료 소스로부터 채워지는 비아까지의 비아 재료에 대한 실링된 유동 경로를 제공하는 것을 초래하는 것으로 고려된다.
더욱이, 본 장치와 방법은 비아를 채우기 위하여 추가되는 제어로 큰 종횡비와 작은 지름을 구비하는 비아에 비아 채움 페이스트를 배치하는데 사용될 수도 있다. 채움 가능한 비아(132)는 지름이 2/1000 인치 내지 25/1000 인치의 범위인 지름을 구비할 수 있다. 지름은 12/1000인치보다 작은 지름인 것이 바람직하다. 더욱이 8/1000인치의 지름보다 작은 지름인 것이 바람직하고, 그리고 지름이 6/1000 인치보다 작은 지름인 것이 바람직하다. 게다가, 비아 지름에 의하여 분할되는 비아 깊이의 비율과 같은 채워질 수 있는 이러한 비아와 관련된 종횡비는 1:1 내지 17:1+까지 인데, 이는 재료 유동학, 페이스트 고체 로딩, 및 사용되는 페이스트내의 입자 크기 배분에 의존한다. 종횡비가 10:1보다 큰 것이 더욱 바람직하고, 종횡비가 12:1보다 큰 것이 가장 바람직하다.
유리하게도, 채움 시스템은 채움 비아에 대하여 보다 낮은 채움 재료 압력을 사용한다. 이러한 낮은 압력을 성공적으로 사용하는 것은 유동 그리드, 분산 레귤레이터의 사용 및 채움 헤드 내 다중 연속적 압력 챔버 사용을 초래할 수도 있다는것이 고려된다. 채움 재료 유입구(유동 분산 레귤레이터(310)의 단부(312 및 314)와 같은 것)보다 상당히 큰 채움 재료 유출구(개구 단부(340)와 같음)를 사용하는 것은 비아를 적절하게 채우는데 요구되는 채움 재료 압력을 낮추는데 상당히 기여할 수도 있다. 유동 그리드, 분산 레귤레이터 그리고 채움 재료의 점도와 결부된 다중 연속 압력 챔버에 의하여 적어도 부분적으로 제공되는 헤드를 거쳐 채움 재료 유동 방향의 다중 변화와 보다 큰 유출구는 헤드를 거친 재료의 후방으로의 유동을 방해하도록 작동하여, 채움 재료 압력 감소에 기여한다.
기판(130)은 어떠한 유형일 수도 있다는 것에 주의하여야 한다. 예를 들어, 비아를 포함하는 플레이트 또는 전자 패키지가 이러한 플레이트 또는 패키지가 라미네이트 또는 세라믹을 포함하는 경우에조차도 사용될 수 있다. 게다가, 와이어링되는 회로 보드의 비아는 여기서 논의되는 하나 또는 그 이상의 실시예를 사용하여 채워질 수도 있다.
상기 기술은 설명을 위한 것으로 이에 한정되는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 상기 설명을 검토하는 경우 당업자에게 수많은 다른 실시예가 명백해질 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 첨부된 청구 범위를 참조하여 이러한 청구 범위가 부여하는 균등한 범위를 따라 결정되어야 한다.

Claims (20)

  1. 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템으로서, 상기 채움 시스템이:
    가압된 채움 재료 소스; 그리고
    채움 재료 유입구에 의하여 가압된 채움 재료의 소스에 연결된 압력 헤드로서, 상기 채움 재료 유입구보다 상당히 큰 연장된 채움 재료 유출구를 더 포함하는 압력 헤드를 포함하는 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압력 헤드가 압력 챔버 및 다수 개의 채움 재료 유입구를 포함하고;
    채움 재료가 상기 압력 챔버와 상기 가압된 채움 재료 소스 사이에서, 그리고 상기 압력 챔버와 전자 기판 사이에서 유동하고;
    상기 채움 재료 유입구는 오리피스이고, 상기 채움 재료가 상기 가압된 채움 재료 소스와 상기 압력 챔버 사이에서 유동하는 경우 상기 채움 재료가 상기 오리피스를 통하여 유동하고,
    상기 채움 재료 유출구는 오리피스이고, 상기 채움 재료가 상기 압력 챔버와 채워질 상기 전자 기판 사이에서 유동하는 경우 상기 채움 재료가 상기 오리피스를 통하여 유동하고, 상기 채움 재료 유출구는 상기 결합된 다수 개의 채움 재료 유입구의 모든 채움 재료 유입구보다 상당히 큰 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 채움 재료 유출구의 길이를 따라 상기 다수 개의 유입구로부터 상기 압력 챔버로 유입되는 채움 재료를 분산하기 위한 분산 메카니즘을 더 포함하는 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 압력 헤드는 다수 개의 연장된 유출구를 포함하고, 그리고 상기 분산 메카니즘이 상기 다수 개의 유출구의 각각의 유출구의 길이를 따라 채움 재료를 분산시키는 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 다수 개의 채움 재료 유입구가 상기 압력 챔버의 벽을 향하여 지향되는 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 다수 개의 채움 재료 유입구는 상기 채움 재료 유출구로부터 멀어지도록 지향되는 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 채움 재료 유출구는 상기 결합된 다수 개의 채움 재료 유입구의 모든 채움 재료 유입구보다 적어도 X배만큼 더 크고, X는 3, 5, 10, 및 20 중의 어느 하나인 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템.
  8. 제 3항에 있어서, 상기 압력 헤드는 주요 바디 그리고 상기 주요 바디에 탈착 가능하게 연결되는 마모 요소 어셈블리를 포함하고, 상기 마모 요소 어셈블리는:
    상기 채움 재료 유출구; 그리고
    채우는 동안 적어도 일부분이 상기 전자 기판과 접촉하는 접촉 표면으로서, Y 제곱 인치보다 작거나 같은 영역을 구비하고, Y는 6.1, 6.65, 8.1, 및 9.25 중의 어느 하나인 접촉 표면을 포함하는 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 마모 요소 어셈블리는 가스킷과 가스킷 지지 부재를 포함하고, 상기 가스 지지 부재는 상기 마모 요소 어셈블리를 상기 주요 바디에 연결시키고, 그리고 상기 가스킷은 상기 마모 요소의 접촉 표면을 포함하는 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템.
  10. 제 3항에 있어서, 상기 분산 메카니즘이 상기 주요 바디 내에 배치되는 피드 튜브를 포함하고, 상기 피드 튜브는 상기 다수 개의 채움 재료 유입구를 포함하는 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 다수 개의 채움 재료 유입구의 모든 유입구가 공통 배향을 공유하고 그리고 상기 채움 재료 유출구로부터 멀어지는 방향으로 지향되는 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템.
  12. 제 3항에 있어서, 상기 압력 챔버를 적어도 두 개의 부분으로 분리하고 그리고 상기 다수 개의 채움 재료 유입구와 상기 채움 재료 유출구 사이에 배치되는 유동 균등화 그리드를 더 포함하는 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 유동 균등화 그리드가 상기 채움 재료 유출구 부근에 배치되는 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 유동 균등화 그리드는 상기 그리드를 관통하는 다수 개의 홀을 포함하고, 상기 다수 개의 홀은 상기 채움 재료 유출구 영역의 70%보다 적은 영역을 포함하는 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템.
  15. 제 3항에 있어서, 상기 압력 헤드는 초음파 드라이버를 더 포함하는 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 초음파 드라이버를 위한 출력 제어 메카니즘을 더 포함하는 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템.
  17. 제 3항에 있어서, 상기 압력 챔버로부터 상기 채움 재료 유출구를 관류하는 채움 재료가 중력에 대하여 적어도 부분적으로 위로 유동하도록 상기 압력 헤드가 배향되는 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템.
  18. 제 3항에 있어서, 상기 채워지는 전자 기판의 모든 비아를 채우는데 요구되는 총 시간이 T보다 작고, T는 20, 30, 40, 및 50 중의 하나인 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템.
  19. 제 3항에 있어서, 상기 가압 채움 재료 소스는 제곱 인치당 L보다 작은 압력의 채움 재료를 제공하고, L은 80, 50, 25, 20, 15, 및 10 중의 어느 하나인 전자 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템.
  20. 거의 평면인 유전체 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템으로서, 상기 채움 시스템이:
    가압 전도성 채움 재료 소스; 그리고
    압력 헤드를 포함하고, 상기 압력 헤드는:
    압력 챔버 및 상기 압력 챔버내 채움 재료 피드 튜브를 포함하고, 상기 피드 튜브가 다수 개의 채움 재료 유입구를 포함하는 주요 바디;
    다수 개의 연장된 채움 재료 유출구, 유동 균등화 그리드, 기판 접촉부를 포함하는 가스킷, 그리고 상기 가스킷을 상기 주요 바디에 연결하는 가스킷 지지 부재를 포함하는 탈착 가능한 마모 요소 어셈블리를 포함하고;
    채움 재료는 상기 압력 챔버와 상기 가압 채움 재료 소스 사이에서, 그리고 상기 압력 챔버와 채워지는 전자 기판 사이에서 유동하고;
    상기 다수개의 채움 재료 유입구의 모든 채움 재료 유입구는 오리피스이고, 상기 채움 재료가 상기 가압 채움 재료 소스와 상기 압력 챔버 사이에서 유동하는 경우 상기 채움 재료가 상기 오리피스를 통하여 유동하고, 그리고 상기 채움 재료 유입구는 상기 압력 챔버 벽을 향하여 지향되고 그리고 상기 채움 재료 유출구로부터 멀어지게 지향되고;
    상기 다수 개의 채움 재료 유출구의 모든 채움 재료 유출구는 오리피스이고, 상기 채움 재료가 상기 압력 챔버와 상기 채워질 기판 사이에서 유동하는 경우 상기 채움 재료가 상기 오리피스를 통하여 유동하고;
    상기 다수 개의 채움 재료 유입구의 모든 채움 재료 유입구의 결합된 영역이 상기 다수 개의 채움 재료 유출구의 모든 채움 재료 유출구의 결합된 영역의 반보다 작고;
    채우는 동안 상기 가스킷의 기판 접촉부는 상기 전자 기판과 접촉하고 그리고 상기 기판 접촉부는 9 제곱 인치보다 작거나 같은 영역을 구비하고;
    상기 유동 균등화 그리드는 상기 압력 챔버를 적어도 두 부분으로 분리하고 그리고 상기 다수 개의 채움 재료 유출구 부근에 상기 다수 개의 채움 재료 유입구와 상기 다수 개의 채움 재료 유출구 사이에 배치되고, 상기 유동 균등화 그리드는 상기 그리드를 관류하는 다수 개의 홀을 포함하고, 그리고 상기 다수 개의 홀은 상기 채움 재료 유출구 영역의 75%보다 작은 영역을 포함하고;
    상기 채워지는 전자 기판의 모든 비아를 채우는데 요구되는 총 시간은 30초보다 작고; 그리고
    상기 가압 채움 재료 소스는 제곱 인치당 8 파운드와 16파운드 사이의 압력의 채움 재료를 제공하는 거의 평면인 유전체 기판의 비아를 채우기 위한 채움 시스템
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