KR20200032485A - 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치 - Google Patents

매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치에 관한 것이다.
본딩 대상인 전자소자가 형성된 기판을 입력하는 입력 컨베이어 모듈, 상기 입력 컨베이어 모듈로부터 입력받아 내부에 배치된 기판에 대하여 매스 리플로우를 수행하는 챔버 모듈, 상기 챔버 모듈의 내부에 배치되어 상기 매스 리플로우가 수행되는 기판에 대하여, 플로잉(flowing) 방식으로 선택적 레이저 리플로우를 수행하는 레이저 광학 모듈 및 상기 매스 리플로우와 상기 선택적 레이저 리플로우를 통해 본딩이 수행된 기판을 출력하는 출력 컨베이어 모듈을 포함하고, 상기 레이저 광학 모듈의 레이저 조사 면적은 상기 기판의 전체 면적보다 작고, 상기 레이저 광학 모듈과 상기 기판이 배치된 챔버 모듈의 상대적인 움직임을 이용한 플로잉 방식에 따라 상기 기판의 전체 면적에 대한 선택적 레이저 리플로우를 수행한다.
본 발명에 따르면, 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우의 장점을 결합함으로써, 전자소자의 본딩 품질을 향상시키는 동시에, 본딩과 관련하여 소요되는 시간을 단축시키고, 비용을 줄일 수 있다.

Description

매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치{HYBRID REFLOW APPARATUS COMBINING MASS REFLOW AND LASER SELECTIVE REFLOW}
본 발명은 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 매스 리플로우(mass reflow)와 선택적 레이저 리플로우(laser selective reflow)의 장점을 결합함으로써, 전자소자의 본딩 품질을 향상시키는 동시에, 본딩과 관련하여 소요되는 시간을 단축시키고, 비용을 줄일 수 있는 하이브리드 리플로우 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체칩과 같은 전자소자를 인쇄회로기판(PCB)에 부착하기 위한 기술의 하나로 표면실장기술(SMT; Surface Mount Technology)의 표준공정인 써멀 리플로우 오븐(Thermal Reflow Oven) 기술과 같은 매스 리플로우(Mass Reflow, MR) 기술이 알려져 있다.
매스 리플로우 기술은 전자소자가 배치된 기판을 고온 환경인 리플로우 오븐으로 이동시키면서 연속적, 다른 표현으로, 플로잉(flowing) 방식으로 솔더링을 수행하는 기술로서, 대량 처리에 특히 적합하다는 장점이 있다.
한편, 이러한 매스 리플로우 기술에 따르면, 본딩 대상인 전자소자가 배치된 기판이 수백초의 시간 동안 100 ~ 300℃의 공기온도 환경속에 노출되므로 열팽창계수(Coefficient of Thermal Expansion, CTE) 차이로 인해 솔더링 본딩 접착불량이 칩 외곽부 휨(Chip-Boundary Warpage), PCB 외곽부 휨(PCB-Boundary Warpage), 열충격형 랜덤 본딩 불량(Random-Bonding Failure by Thermal Shock)등의 다양한 형태로 발생할 수 있다.
또한, 매스 리플로우 기술은 프로세스 시간이 길며(수백초), 공정 전후로 장시간 고온상태를 유지해야 하므로 전기소비량이 크며, 실제 공정 전에 고온동작을 위한 워밍업 시간이 30분 ~ 2시간으로 길게 필요하며, 매스 리플로우 오븐의 3차원적인 공간 전체를 고온으로 유지해야 하므로 전기소비량이 수십kW 이상으로 매우 크며, 소량 다품종 생산에 적합하지 않다는 등의 단점들이 있다.
다른 본딩 기술의 하나인 선택적 레이저 리플로우(Laser Selective Reflow, LSR) 기술은 비접촉식이라는 장점을 가지고 있고, 레이저광이 직접 반도체칩에 흡수되는 방법이 1차적인 열흡수 메카니즘이므로 열팽창계수의 차이에 의한 열충격이 없다는 장점이 있으며, 적당한 파장을 선택하면 반도체칩의 상부뿐만 아니라 하부까지 골고루 레이저광이 직접적인 흡수가열을 수행할 수 있다는 장점이 있으며, 매우 국부적인 가열을 꼭 필요한 시간만 수행하므로 저전력 소비/총입열량 최소화/열충격 최소화/프로세스 시간 최소화 등의 장점들을 가지고 있다.
한편, 선택적 레이저 리플로우 기술에 따르면, 처리 대상이 되는 기판이 대면적인 경우, 그에 상응하여 레이저를 조사하는 레이저 광학계의 출력 용량도 높아져야하는데, 레이저 광학계의 가격은 출력 용량에 비례하여 급격히 상승하기 때문에, 본딩과 관련한 전체적인 제조비용이 크게 상승하는 문제점이 있다.
또한, 본딩 대상이 되는 영역이 대면적인 경우, 이 본딩 대상 영역의 면적에 상응하는 대면적을 갖는 레이저 빔을 1회 조사하는 방식에 따르면, 레이저 빔의 균일도에 편차가 발생할 수 있으며, 이러한 편차는 결과적으로 본딩 공정 불량으로 이어질 수 있다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0141865호(공개일자: 2017년 12월 27일, 명칭: 리플로우 장치)
본 발명은 매스 리플로우(mass reflow)와 선택적 레이저 리플로우(laser selective reflow)의 장점을 결합함으로써, 전자소자의 본딩 품질을 향상시키는 동시에, 본딩과 관련하여 소요되는 시간을 단축시키고, 비용을 줄일 수 있는 하이브리드 리플로우 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 본딩 프로세스 시간을 단축하여 전자소자가 본딩 프로세스로 인해 유발되는 오염 구간에 노출되는 시간 자체를 단축할 수 있는 하이브리드 리플로우 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 대면적인 기판에 대하여, 플로잉(flowing) 방식의 매스 리플로우와 소면적/저출력의 레이저 광학 모듈을 이용한 선택적 레이저 리플로우를 병행하여 진행함으로써, 전체적인 본딩 균일도를 높이고 시간 및 비용 측면에서의 효율을 높일 수 있는 하이브리드 리플로우 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치는, 본딩 대상인 전자소자가 형성된 기판을 입력하는 입력 컨베이어 모듈, 상기 입력 컨베이어 모듈로부터 입력받아 내부에 배치된 기판에 대하여 매스 리플로우(mass reflow)를 수행하는 챔버 모듈, 상기 챔버 모듈의 내부에 배치되어 상기 매스 리플로우가 수행되는 기판에 대하여, 플로잉(flowing) 방식으로 선택적 레이저 리플로우(laser selective reflow)를 수행하는 레이저 광학 모듈 및 상기 매스 리플로우와 상기 선택적 레이저 리플로우를 통해 본딩이 수행된 기판을 출력하는 출력 컨베이어 모듈을 포함하고, 상기 레이저 광학 모듈의 레이저 조사 면적은 상기 기판의 전체 면적보다 작고, 상기 레이저 광학 모듈과 상기 기판이 배치된 챔버 모듈의 상대적인 움직임을 이용한 플로잉 방식에 따라 상기 기판의 전체 면적에 대한 선택적 레이저 리플로우를 수행한다.
본 발명에 따른 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치에 있어서, 상기 챔버 모듈이 고정된 상태에서 상기 레이저 광학 모듈이 이동하거나, 상기 상기 레이저 광학 모듈이 고정된 상태에서 상기 챔버 모듈이 이동하여, 상기 기판의 전체 면적에 대한 선택적 레이저 리플로우가 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치에 있어서, 상기 챔버 모듈은, 하부 유닛, 상기 하부 유닛에 결합되어 상기 기판에 형성된 전자소자가 리플로우되는 공간을 제공하는 상부 유닛, 상기 상부 유닛을 상하 방향으로 구동하는 구동부 및 상기 상부 유닛에 결합되어 있으며 상기 레이저 광학 모듈이 조사하는 레이저 빔을 투과시켜 상기 기판에 형성된 전자소자로 전달하는 윈도우 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치에 있어서, 상기 챔버 모듈은, 상기 하부 유닛에 결합되어 있으며, 상기 입력 컨베이어 모듈로부터 입력받은 기판을 흡입하여 고정하는 흡입 척 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치에 있어서, 상기 챔버 모듈은, 상기 기판을 흡입하여 고정하는 흡입 척 유닛을 가열하여 상기 흡입 척 유닛에 의해 고정되어 있는 기판에 상기 매스 리플로우를 위한 열을 공급하는 히팅 플레이트 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치에 있어서, 상기 레이저 광학 모듈과 상기 기판이 배치된 챔버 모듈의 상대 속도는 상기 히팅 플레이트의 가열 온도에 반비례하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치에 있어서, 상기 기판에 형성된 전자소자가 상기 매스 리플로우와 상기 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 방식으로 리플로우되는 챔버 모듈의 내부는 질소 분위기를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치에 있어서, 상기 윈도우 유닛은 석영 재질을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치에 있어서, 상기 입력 컨베이어 모듈에 의해 상기 기판이 입력되는 경우, 상기 구동부가 상기 상부 유닛을 하강시켜 상기 상부 유닛과 상기 하부 유닛을 밀폐 결합시키고, 상기 상부 유닛과 상기 하부 유닛이 밀폐 결합되는 경우, 상기 흡입 척 유닛이 상기 기판을 흡입하여 고정한 상태에서 상기 매스 리플로우와 상기 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 방식으로 상기 기판에 형성된 전자소자를 리플로우하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치에 있어서, 상기 매스 리플로우와 상기 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우가 완료된 경우, 상기 구동부가 상기 상부 유닛을 상승시켜 상기 상부 유닛과 상기 하부 유닛을 분리시키고, 상기 흡입 척 유닛에 의한 상기 기판의 흡입 고정이 해제된 상태에서, 상기 기판을 외부로 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 매스 리플로우(mass reflow)와 선택적 레이저 리플로우(laser selective reflow)의 장점을 결합함으로써, 전자소자의 본딩 품질을 향상시키는 동시에, 본딩과 관련하여 소요되는 시간을 단축시키고, 비용을 줄일 수 있는 하이브리드 리플로우 장치를 제공되는 효과가 있다.
또한, 본딩 프로세스 시간을 단축하여 전자소자가 본딩 프로세스로 인해 유발되는 오염 구간에 노출되는 시간 자체를 단축할 수 있는 하이브리드 리플로우 장치가 제공되는 효과가 있다.
또한, 대면적인 기판에 대하여, 플로잉(flowing) 방식의 매스 리플로우와 소면적/저출력의 레이저 광학 모듈을 이용한 선택적 레이저 리플로우를 병행하여 진행함으로써, 전체적인 본딩 균일도를 높이고 시간 및 비용 측면에서의 효율을 높일 수 있는 하이브리드 리플로우 장치가 제공되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 챔버 모듈의 예시적인 구성을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 챔버 모듈의 예시적인 부분 절개 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 챔버 모듈을 구성하는 상부 유닛의 결합/분리 방식을 예시적으로 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 레이저 플로잉(laser flowing)의 하나의 예시적인 방식을 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 레이저 플로잉의 다른 예시적인 방식을 나타낸 도면이고,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 기판의 전체 면적보다 작은 조사 면적을 갖는 레이저 광학 모듈이 플로잉 방식으로 기판의 전체 면적에 레이저를 조사하는 방식을 예시적으로 나타낸 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 챔버 모듈(20)의 예시적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 챔버 모듈(20)의 예시적인 부분 절개 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치는 입력 컨베이어 모듈(10), 챔버 모듈(20), 레이저 광학 모듈(30) 및 출력 컨베이어 모듈(40)을 포함한다.
본 발명의 구성요소들을 상세히 설명하기에 앞서 도 7을 참조하여 본 발명의 주요 기술적 특징을 먼저 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 기판(1)의 전체 면적보다 작은 조사 면적을 갖는 레이저 광학 모듈(30)이 플로잉(flowing) 방식으로 기판(1)의 전체 면적에 레이저를 조사하는 방식을 예시적으로 나타낸 도면이다.
먼저 도 7을 추가로 참조하면, 대면적의 기판(1)에 대하여 레이저 리플로우를 수행하기 위해서는 고출력의 레이저가 필요하고 전체 면적에 대하여 균일한 리플로우를 수행하기 어렵다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예는 레이저 광학 모듈(30)이 기판(1)의 전체 면적보다 작은 레이저 조사 면적을 갖도록 구성되고, 기판(1)이 배치된 챔버 모듈(20)과 레이저 광학 모듈(30)의 상대적인 움직임을 이용한 플로잉(flowing) 방식에 따라 기판의 전체 면적에 대한 선택적 레이저 리플로우(laser selective reflow)를 수행하도록 구성된다.
이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 7의 (a)에 예시된 바와 같이, 대면적 기판(1)의 경우, 그 전체 영역에 대하여 레이저를 조사하는 경우 고용량의 레이저 광학 모듈(30)이 요구되어 제조비용이 크게 상승하고, 레이저 광학 모듈(30)의 전력 소모가 크고, 대면적 기판(1)에 대한 리플로우 균일도가 보장되지 않는다.
이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로, 도 7의 (b) 및 도 7의 (c)에 예시된 바와 같이, 레이저 광학 모듈(30)이 기판(1)의 전체 면적보다 작은 레이저 조사 면적을 갖도록 구성하고, 기판(1)이 배치된 챔버 모듈(20)과 레이저 광학 모듈(30)의 상대적인 움직임을 이용한 플로잉(flowing) 방식에 따라 기판의 전체 면적에 대한 선택적 레이저 리플로우(laser selective reflow)를 수행하도록 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시 예의 세부 구성요소들을 설명하며, 본 발명의 기술적 특징과 관련성이 떨어지는 구성요소에 대한 설명은 생략하도록 한다. 설명이 생략되는 구성요소들 중의 하나로 제어 모듈이 있으며, 이 제어 모듈은 자동적인 프로세스에 따라 제품을 생산하는 생산 설비에 일반적으로 구비되는 구성요소로서, 본 발명의 일 실시 예에서는 입력 컨베이어 모듈(10), 챔버 모듈(20), 레이저 광학 모듈(30) 및 출력 컨베이어 모듈(40)을 포함하는 구성요소들의 전체적인 동작을 제어하는 기능을 수행한다.
입력 컨베이어 모듈(10)은 본딩 대상인 전자소자가 형성된 기판(1)을 챔버 모듈(20)의 내부로 입력하는 기능을 수행한다.
챔버 모듈(20)은 입력 컨베이어 모듈(10)로부터 입력받아 내부에 배치된 기판(1)에 대하여 매스 리플로우(mass reflow)를 수행하는 기능을 수행한다.
예를 들어, 챔버 모듈(20)은, 하부 유닛(210), 상부 유닛(220), 구동부(230), 윈도우 유닛(240), 흡입 척 유닛(250) 및 히팅 플레이트 유닛(260)을 포함하여 구성될 수 있다.
하부 유닛(210)과 상부 유닛(220)은 상호 간의 직접적인 결합 또는 타 구성요소들을 매개로 하는 간접적인 결합에 의해 기판(1)에 형성된 전자소자가 리플로우되는 공간을 제공한다.
구동부(230)는 상부 유닛(220)을 상하 방향으로 구동하는 기능을 수행한다. 예를 들어, 구동부(230)는 실린더일 수 있으며, 리플로우의 대상이 되는 기판(1)이 정위치로 공급되는 경우 상부 유닛(220)을 하강시켜 리플로우가 수행되는 공간을 밀폐시키고, 리플로우가 완료되는 경우에는 상부 유닛(220)을 상승시켜 기판(1)이 외부로 배출되도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
윈도우 유닛(240)은 상부 유닛(220)에 상면부에 레이저 광학 모듈(30)을 향하도록 결합되어 있으며, 레이저 광학 모듈(30)이 조사하는 레이저 빔을 투과시켜 기판(1)에 형성된 전자소자로 전달하는 기능을 수행한다.
예를 들어, 윈도우 유닛(240)은 레이저 투과성이 우수한 석영 재질을 갖도록 구성될 수 있으나, 윈도우 유닛(240)의 재질이 이에 한정되지는 않는다.
흡입 척 유닛(250)은 하부 유닛(210)에 결합되어 있으며, 입력 컨베이어 모듈(10)로부터 입력받은 기판(1)을 흡입하여 고정하는 기능을 수행한다.
예를 들어, 흡입 척 유닛(250)은 공기압을 이용하여 기판(1)을 흡입하여 고정할 수 있으며, 이를 위한 수단으로 흡입 척 유닛(250)은 기판(1)의 면적보다 큰 면적을 갖는 플레이트에 복수의 공기 유로를 형성하는 방식으로 구성될 수 있다.
히팅 플레이트 유닛(260)은 기판(1)을 흡입하여 고정하는 흡입 척 유닛(250)을 가열하여 흡입 척 유닛(250)에 의해 고정되어 있는 기판(1)에 매스 리플로우를 위한 열을 공급하는 기능을 수행한다.
예를 들어, 기판(1)으로의 열전달 효율을 높이기 위하여 히팅 플레이트 유닛(260)과 흡입 척 유닛(250)은 금속 등과 같이 열전도율이 우수한 재질을 갖도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 기판(1)에 형성된 전자소자가 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 방식으로 리플로우되는 챔버 모듈(20)의 내부는 질소 분위기를 유지하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 질소 분위기에서 리플로우를 수행하면, 리플로우 과정에서 가해지는 고온의 열에 의해 기판(1) 및 기판(1)에 형성된 전자소자의 표면이 산화되는 현상을 방지하여 솔더링 품질을 향상시킬 수 있다.
레이저 광학 모듈(30)은 챔버 모듈(20)의 내부에 배치되어 매스 리플로우가 수행되는 기판(1)에 대하여, 플로잉(flowing) 방식으로 선택적 레이저 리플로우(laser selective reflow)를 수행하는 기능을 수행한다.
레이저 광학 모듈(30)의 레이저 조사 면적은 기판(1)의 전체 면적보다 작고, 레이저 광학 모듈(30)과 기판(1)이 배치된 챔버 모듈(20)의 상대적인 움직임을 이용한 플로잉 방식에 따라, 기판(1)의 전체 면적에 대한 선택적 레이저 리플로우가 수행되도록 구성된다.
앞서 설명한 바 있지만, 대면적의 기판(1)에 대하여 레이저 리플로우를 수행하기 위해서는 고출력의 레이저가 필요하고 전체 면적에 대하여 균일한 리플로우를 수행하기 어렵다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예는 레이저 광학 모듈(30)이 기판(1)의 전체 면적보다 작은 레이저 조사 면적을 갖도록 구성되고, 기판(1)이 배치된 챔버 모듈(20)과 레이저 광학 모듈(30)의 상대적인 움직임을 이용한 플로잉(flowing) 방식에 따라 기판의 전체 면적에 대한 선택적 레이저 리플로우(laser selective reflow)를 수행하도록 구성된다.
이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 7의 (a)에 예시된 바와 같이, 대면적 기판(1)의 경우, 그 전체 영역에 대하여 레이저를 조사하는 경우 고용량의 레이저 광학 모듈(30)이 요구되어 제조비용이 크게 상승하고, 레이저 광학 모듈(30)의 전력 소모가 크고, 대면적 기판(1)에 대한 리플로우 균일도가 보장되지 않는다.
이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로, 도 7의 (b) 및 도 7의 (c)에 예시된 바와 같이, 레이저 광학 모듈(30)이 기판(1)의 전체 면적보다 작은 레이저 조사 면적을 갖도록 구성하고, 기판(1)이 배치된 챔버 모듈(20)과 레이저 광학 모듈(30)의 상대적인 움직임을 이용한 플로잉(flowing) 방식에 따라 기판(1)의 전체 면적에 대한 선택적 레이저 리플로우(laser selective reflow)를 수행하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 레이저 광학 모듈(30)과 기판(1)이 배치된 챔버 모듈(20)의 상대 속도는 히팅 플레이트의 가열 온도에 반비례하도록 구성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 이유 및 그에 따른 효과를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일 실시 예는 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치로서, 히팅 플레이트는 매스 리플로우를 위한 수단이고 레이저 광학 모듈(30)은 플로잉 방식의 선택적 레이저 리플로우를 위한 수단이다. 이러한 2가지 기술적 수단의 결합을 통해 본딩 대상체, 즉, 전자소자의 솔더링 영역에 공급되는 에너지는 전체 면적 범위에 걸쳐 일정하게 유지되어야 한다. 한편, 레이저 광학 모듈(30)과 챔버 모듈(20)의 상대 속도는 플로잉 방식의 선택적 레이저 리플로우가 수행되는 시간을 결정하는 요소로서, 레이저 광학 모듈(30)과 챔버 모듈(20)의 상대 속도는 본딩 대상체에 공급되는 에너지에 반비례하고, 히팅 플레이트의 가열 온도는 본딩 대상체에 공급되는 에너지에 비례한다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예는, 레이저 광학 모듈(30)과 챔버 모듈(20)의 상대 속도와 히팅 플레이트의 가열 온도를 반비례하도록 구성함으로써, 본딩 균일도를 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 히팅 플레이트의 가열 온도가 높은 경우에는 상대 속도를 빠르게, 즉, 레이저 리플로우가 수행되는 시간이 짧아지도록 하고, 반대로, 히팅 플레이트의 가열 온도가 낮은 경우에는 상대 속도를 느리게, 즉, 레이저 리플로우가 수행되는 시간이 길어지도록 함으로써, 솔더링에 공급되는 에너지를 일정하게 유지하여 기판(1)의 전체 면적에 대한 본딩 균일도를 향상시킬 수 있는 것이다.
출력 컨베이어 모듈(40)은 챔버 모듈(20)의 내부에서 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 통해 본딩이 수행된 기판(1)을 외부로 출력하는 기능을 수행한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 챔버 모듈(20)을 구성하는 상부 유닛(220)의 결합/분리 방식을 예시적으로 설명하기 위한 도면으로서, 도 4를 추가로 참조하면, 챔버 모듈(20)에는 상부 유닛(220)을 쉽고 빠르게 분리할 수 있는 4개의 상부유닛 분리핸들(271, 272, 273, 274)이 추가로 구비될 수 있다.
이하에서는, 도 5 및 도 6을 추가로 참조하여, 기판(1)이 배치된 챔버 모듈(20)과 레이저 광학 모듈(30)의 상대적인 움직임을 이용한 레이저 플로잉(laser flowing)을 수행하기 위한 예시적인 방식을 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 레이저 플로잉(laser flowing)의 하나의 예시적인 방식을 나타낸 도면이다.
도 5를 추가로 참조하면, 기판이 배치되어 있는 챔버 모듈이 고정된 상태에서 레이저 광학 모듈이 이동하여, 기판의 전체 면적에 대한 선택적 레이저 리플로우가 수행될 수 있다.
구체적으로, 먼저, 도 5의 (a)를 참조하면, 기판(1)이 입력 컨베이어 모듈(10)에 적재된 상태에서, 구동부(230)가 상부 유닛(220)을 상승시키고, 입력 컨베이어 모듈(10)에 의해 기판(1)이 챔버 모듈(2)에 입력되는 과정이 수행된다.
다음으로, 도 5의 (b)를 참조하면, 흡입 척 유닛(250)에 의해 기판(1)이 고정되고, 챔버 모듈(20)의 내부가 질소 분위기로 유지되는 상태에서, 히팅 플레이트 유닛(260)을 가열하여 매스 리플로우를 진행하는 동시에, 플로잉 방식으로 레이저를 조사하여 기판(1)의 전체 영역에 대하여 플로잉 방식의 선택적 레이저 리플로우를 진행하는 과정이 수행된다.
이 과정을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기판(1)이 흡입 척 유닛(250)에 안착된 상태에서, 구동부(230)가 상부 유닛(220)을 하강시켜 상부 유닛(220)과 하부 유닛(210)을 밀폐 결합시키는 과정이 수행된다. 이 과정이 수행되면, 본딩 대상이 되는 전자소자가 형성된 기판(1)이 상부 유닛(220)과 하부 유닛(210)의 결합에 의해 챔버 모듈(20) 내의 밀폐된 공간에 위치하게 된다. 이와 같이, 상부 유닛(220)과 하부 유닛(210)이 밀폐 결합되는 경우, 흡입 척 유닛(250)이 기판(1)을 흡입하여 고정하고, 질소 유입구(280)를 통해 질소를 공급하여 챔버 모듈(20)의 내부가 질소 분위기를 유지하도록 하는 과정이 수행되고, 레이저 광학 모듈(30)이 윈도우 유닛(240)을 통과하여 기판(1)의 전자소자에 도달하는 레이저를 조사하는 과정이 수행된다. 동시에, 챔버 모듈(2)이 고정된 상태에서 레이저 광학 모듈(30)이 기판(1)의 장변을 따라 이동한다. 즉, 레이저 광학 모듈(30)은 본딩 대상이 되는 영역을 따라 플로잉한다.
다음으로, 도 5의 (c)를 참조하면, 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우가 완료된 경우, 구동부(230)가 상부 유닛(220)을 상승시켜 상부 유닛(220)과 하부 유닛(210)을 분리시키고, 흡입 척 유닛(250)에 의한 기판(1)의 흡입 고정이 해제된 상태에서, 기판(1)이 챔버 모듈(20)의 외부로 출력되어 출력 컨베이어 모듈(40)에 적재되는 과정이 수행된다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 레이저 플로잉의 다른 예시적인 방식을 나타낸 도면이다.
도 6을 추가로 참조하면, 도 5에 예시된 구성과 반대로, 레이저 광학 모듈(30)이 고정된 상태에서 기판(1)이 배치되어 있는 챔버 모듈(20)이 이동하여, 기판(1)의 전체 면적에 대한 선택적 레이저 리플로우가 수행될 수 있다.
앞서 상세히 설명한 도 5에 개시된 예에 따르면, 기판(1)이 배치되어 있는 챔버 모듈(20)이 고정된 상태에서 레이저 광학 모듈(30)이 이동, 즉, 플로잉하는 방식인 반면, 도 6에 개시된 예는, 반대로, 레이저 광학 모듈(30)이 고정된 상태에서 기판(1)이 배치되어 있는 챔버 모듈(20)이 이동, 즉, 플로잉하는 방식이다. 이 점을 제외한 동작은 서로 동일하기 때문에, 중복되는 설명은 생략한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 매스 리플로우(mass reflow)와 선택적 레이저 리플로우(laser selective reflow)의 장점을 결합함으로써, 전자소자의 본딩 품질을 향상시키는 동시에, 본딩과 관련하여 소요되는 시간을 단축시키고, 비용을 줄일 수 있는 하이브리드 리플로우 장치를 제공되는 효과가 있다.
또한, 본딩 프로세스 시간을 단축하여 전자소자가 본딩 프로세스로 인해 유발되는 오염 구간에 노출되는 시간 자체를 단축할 수 있는 하이브리드 리플로우 장치가 제공되는 효과가 있다.
또한, 대면적인 기판에 대하여, 플로잉(flowing) 방식의 매스 리플로우와 소면적/저출력의 레이저 광학 모듈을 이용한 선택적 레이저 리플로우를 병행하여 진행함으로써, 전체적인 본딩 균일도를 높이고 시간 및 비용 측면에서의 효율을 높일 수 있는 하이브리드 리플로우 장치가 제공되는 효과가 있다.
1: 기판
10: 입력 컨베이어 모듈
20: 챔버 모듈
30: 레이저 광학 모듈
40: 출력 컨베이어 모듈
210: 하부 유닛
220: 상부 유닛
230: 구동부
240: 윈도우 유닛
250: 흡입 척 유닛
260: 히팅 플레이트 유닛
271, 272, 273, 274: 상부유닛 분리핸들
280: 질소 유입구
290: 산소 센서

Claims (10)

  1. 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치로서,
    본딩 대상인 전자소자가 형성된 기판을 입력하는 입력 컨베이어 모듈;
    상기 입력 컨베이어 모듈로부터 입력받아 내부에 배치된 기판에 대하여 매스 리플로우(mass reflow)를 수행하는 챔버 모듈;
    상기 챔버 모듈의 내부에 배치되어 상기 매스 리플로우가 수행되는 기판에 대하여, 플로잉(flowing) 방식으로 선택적 레이저 리플로우(laser selective reflow)를 수행하는 레이저 광학 모듈; 및
    상기 매스 리플로우와 상기 선택적 레이저 리플로우를 통해 본딩이 수행된 기판을 출력하는 출력 컨베이어 모듈을 포함하고
    상기 레이저 광학 모듈의 레이저 조사 면적은 상기 기판의 전체 면적보다 작고,
    상기 레이저 광학 모듈과 상기 기판이 배치된 챔버 모듈의 상대적인 움직임을 이용한 플로잉 방식에 따라 상기 기판의 전체 면적에 대한 선택적 레이저 리플로우를 수행하는, 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 모듈이 고정된 상태에서 상기 레이저 광학 모듈이 이동하거나, 상기 상기 레이저 광학 모듈이 고정된 상태에서 상기 챔버 모듈이 이동하여, 상기 기판의 전체 면적에 대한 선택적 레이저 리플로우가 수행되는 것을 특징으로 하는, 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 모듈은,
    하부 유닛;
    상기 하부 유닛에 결합되어 상기 기판에 형성된 전자소자가 리플로우되는 공간을 제공하는 상부 유닛;
    상기 상부 유닛을 상하 방향으로 구동하는 구동부; 및
    상기 상부 유닛에 결합되어 있으며 상기 레이저 광학 모듈이 조사하는 레이저 빔을 투과시켜 상기 기판에 형성된 전자소자로 전달하는 윈도우 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는, 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 챔버 모듈은,
    상기 하부 유닛에 결합되어 있으며, 상기 입력 컨베이어 모듈로부터 입력받은 기판을 흡입하여 고정하는 흡입 척 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 챔버 모듈은,
    상기 기판을 흡입하여 고정하는 흡입 척 유닛을 가열하여 상기 흡입 척 유닛에 의해 고정되어 있는 기판에 상기 매스 리플로우를 위한 열을 공급하는 히팅 플레이트 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 레이저 광학 모듈과 상기 기판이 배치된 챔버 모듈의 상대 속도는 상기 히팅 플레이트의 가열 온도에 반비례하는 것을 특징으로 하는, 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 형성된 전자소자가 상기 매스 리플로우와 상기 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 방식으로 리플로우되는 챔버 모듈의 내부는 질소 분위기를 유지하는 것을 특징으로 하는, 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 윈도우 유닛은 석영 재질을 갖는 것을 특징으로 하는, 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 입력 컨베이어 모듈에 의해 상기 기판이 입력되는 경우, 상기 구동부가 상기 상부 유닛을 하강시켜 상기 상부 유닛과 상기 하부 유닛을 밀폐 결합시키고,
    상기 상부 유닛과 상기 하부 유닛이 밀폐 결합되는 경우, 상기 흡입 척 유닛이 상기 기판을 흡입하여 고정한 상태에서 상기 매스 리플로우와 상기 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 방식으로 상기 기판에 형성된 전자소자를 리플로우하는 것을 특징으로 하는, 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 매스 리플로우와 상기 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우가 완료된 경우, 상기 구동부가 상기 상부 유닛을 상승시켜 상기 상부 유닛과 상기 하부 유닛을 분리시키고,
    상기 흡입 척 유닛에 의한 상기 기판의 흡입 고정이 해제된 상태에서, 상기 기판을 외부로 출력하는 것을 특징으로 하는, 매스 리플로우와 선택적 레이저 리플로우를 결합한 하이브리드 리플로우 장치.
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KR20170141865A (ko) 2016-06-16 2017-12-27 스템코 주식회사 리플로우 장치

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