WO2017034172A1 - 레이저 솔더링 장치 - Google Patents

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WO2017034172A1
WO2017034172A1 PCT/KR2016/008536 KR2016008536W WO2017034172A1 WO 2017034172 A1 WO2017034172 A1 WO 2017034172A1 KR 2016008536 W KR2016008536 W KR 2016008536W WO 2017034172 A1 WO2017034172 A1 WO 2017034172A1
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laser
soldering
laser beam
light source
mode
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PCT/KR2016/008536
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전주현
박거동
김고은
정태오
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(주)이오테크닉스
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    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering

Definitions

  • the present invention relates to laser soldering, and more particularly, to a laser soldering apparatus capable of performing a soldering process in a large area.
  • soldering process for bonding a semiconductor chip to a printed circuit board (PCB) using a solder is performed.
  • the soldering process may include a step of printing a solder made of an alloy of lead and tin at a predetermined position on the printed circuit board, and then attaching the solder to the printed circuit board by heating the solder to a high temperature.
  • This soldering process is generally referred to as a reflow soldering process and is widely applied throughout the industry.
  • the conventional reflow soldering device has a problem that the size is large, the soldering process takes a lot of time.
  • a soldering apparatus using a laser has been developed, but a conventional laser soldering apparatus takes a lot of time in the soldering process by using a line type laser beam or a point type laser beam.
  • damage, voids, and the like occur in the solder.
  • a laser soldering apparatus capable of performing a soldering process in a large area is provided.
  • a laser soldering apparatus for performing a soldering process by irradiating a laser beam to a soldering processing region on a substrate
  • An optical system including a collimator configured to process the multimode laser beam emitted from the laser light source and irradiate the soldering processing region to make the multimode laser beam incident into a parallel beam having a predetermined size and output the collimator;
  • a laser soldering device comprising.
  • the laser light source may comprise a multimode laser.
  • the laser light source may include, for example, a laser diode or a fiber laser.
  • the laser light source may include a first coupler and a second single mode laser, and a coupler connecting the first and second single mode lasers.
  • the first and second single mode lasers may include fiber lasers having different core diameters.
  • the optical system may further include a diffuser for uniformly diffusing the multi-mode laser beam emitted from the collimator.
  • the optical system may further include a focusing lens configured to focus the multi-mode laser beam emitted from the diffuser and irradiate the soldering processing region.
  • the optical system may further include an imaging lens for adjusting the size of the multi-mode laser beam emitted from the diffuser.
  • the laser soldering apparatus may include a temperature measuring unit measuring the temperature of the soldering processing region.
  • the laser soldering apparatus may include a temperature profile system for controlling the temperature of the soldering region by adjusting the output of the laser light source.
  • the laser soldering apparatus may include a mask provided on the substrate to expose the soldering region.
  • a laser soldering apparatus for performing a soldering process by irradiating a laser beam to a soldering processing region on a substrate
  • a laser light source for oscillating a single mode or multi mode laser beam
  • the laser beam emitted from the laser light source is processed and irradiated to the soldering processing region, and the collimator and the collimator exiting the collimator to make the single-mode or multi-mode laser beam incident into a parallel beam having a predetermined size and output the collimator.
  • a laser soldering apparatus including a; optical system including a beam shaper for converting the laser beam into a flat form.
  • the optical system may further include an imaging lens for adjusting the size of the single mode or multi mode laser beam emitted from the beam shaper.
  • a laser soldering apparatus for performing a soldering process by irradiating a laser beam to a soldering processing region on a substrate
  • An optical system including an optical rod for processing the laser beam emitted from the laser light source and irradiating the soldering processing region to make the multi-mode laser beam incident into a uniform beam of a specific shape and output the uniformed beam;
  • a laser soldering apparatus comprising a.
  • the optical system may further include an imaging lens for adjusting the size of the multi-mode laser beam emitted from the optical rod.
  • the laser beam of a uniform and flat shape can be irradiated to the soldering area of a large area, the soldering process can be performed in a large area.
  • the use of a laser can greatly shorten the soldering process time.
  • the size of the device can be greatly reduced, and maintenance costs are also reduced.
  • FIGS. 1A to 1C are diagrams showing a laser soldering process.
  • FIG. 2 schematically illustrates a laser soldering apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 3A and 3B show a plane of the substrate shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 illustrates an example of a laser light source and an optical system that may be applied to the laser soldering apparatus shown in FIG. 2.
  • 5A to 5C show a Gaussian type laser beam and a flat type laser beam.
  • FIG. 6 illustrates another example of a laser light source and an optical system that may be applied to the laser soldering apparatus shown in FIG. 2.
  • FIG. 7 illustrates another example of a laser light source and an optical system that may be applied to the laser soldering apparatus shown in FIG. 2.
  • FIG. 8 illustrates another example of a laser light source and an optical system that may be applied to the laser soldering apparatus shown in FIG. 2.
  • FIG. 9 illustrates another example of a laser light source and an optical system that may be applied to the laser soldering apparatus shown in FIG. 2.
  • FIG. 10 illustrates another example of a laser light source and an optical system that may be applied to the laser soldering apparatus shown in FIG. 2.
  • FIG. 11 illustrates another example of a laser light source and an optical system that may be applied to the laser soldering apparatus shown in FIG. 2.
  • FIG. 12 illustrates another example of a laser light source and an optical system that may be applied to the laser soldering apparatus shown in FIG. 2.
  • FIGS. 1A to 1C are diagrams showing a laser soldering process.
  • a solder 11 is printed at a predetermined position of a substrate 50 such as a printed circuit board (PCB).
  • the solder 11 may be printed on the substrate 50 in the form of a ball or powder.
  • the solder 11 is heated and melted by irradiating a laser beam L onto the solder 11 printed on the substrate 50.
  • the solder 11 is melted while being heated along a predetermined temperature profile over time.
  • FIG. 1C the solder 10 heated and melted by the irradiation of the laser beam L is cooled and attached to the substrate 50.
  • FIG. 2 schematically illustrates a laser soldering apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the laser soldering apparatus 100 performs a soldering process by irradiating a laser beam L to a soldering processing region (SA of FIGS. 3A and 3B) on the substrate 150.
  • a soldering processing region SA of FIGS. 3A and 3B
  • PCB printed circuit board
  • the laser soldering apparatus 100 processes the laser light source 110 for oscillating the laser beam L and the laser beam L emitted from the laser light source 110 to process the soldering processing area SA on the substrate 150. It includes an optical system 120 to irradiate.
  • the laser soldering apparatus 100 may further include a temperature measuring unit 130 and a temperature profile system 140.
  • the temperature measuring unit 130 may measure the temperature of the soldering processing area SA in real time during the soldering process.
  • a thermal imaging camera may be used as the temperature measuring unit 130, but is not limited thereto.
  • the temperature profile system 140 controls the temperature of the soldering processing area SA by adjusting the output of the laser beam L emitted from the laser light source 110 using the temperature data measured by the temperature measuring unit 130. can do.
  • the temperature profile system 140 the temperature profile according to the time required for the soldering process therein is set in advance. Therefore, the temperature profile system 140 controls the temperature of the soldering processing area SA according to the set temperature profile by adjusting the output of the laser beam L using the temperature data measured by the temperature measuring unit 130. Can be.
  • the laser beam L oscillated from the laser light source 110 is changed into a uniform flat beam having a large area while passing through a predetermined optical system 120. It can be irradiated to the soldering machining area (SA), thereby performing a large soldering process.
  • SA soldering machining area
  • the laser light source and optical system which make a laser beam of a uniform flat form are mentioned later.
  • FIG. 3A illustrates a plane of the substrate 150 shown in FIG. 2.
  • solders S are printed at predetermined positions on an upper surface of the substrate 150.
  • the substrate 150 may further include a mask M that exposes only the soldering processing area SA.
  • the soldering processing area SA may have, for example, a large area of about 70 mm ⁇ 70 mm or more. However, it is not limited thereto.
  • the laser soldering apparatus 100 exposes the laser beam L having a large and uniform shape by the mask M to the large area by the laser light source 110 and the optical system 120. It can irradiate all over the large area soldering process area
  • region SA which was completed at once.
  • 3B illustrates a state in which the mask M is removed from the substrate 150.
  • the soldering processing area SA formed on the entire substrate 150 as shown in FIG. 3B. It is possible to irradiate the laser beam (L), thereby, the soldering process can be performed in a larger area.
  • the laser soldering apparatus 100 since the laser beam L having a uniform and flat shape can be irradiated to the soldering area SA of a large area, the soldering process can be performed in a large area. In addition, the use of a laser can greatly shorten the soldering process time. In addition, the laser soldering apparatus 100 according to the present embodiment has a merit that the size of the laser soldering apparatus 100 can be greatly reduced compared to the conventional soldering apparatus using a furnace, and the maintenance cost is also reduced.
  • a laser beam L having a uniform and flat shape irradiated to a large area soldering processing area SA may be implemented.
  • Various examples of the laser light source and the optical system will be described.
  • FIG. 4 illustrates an example of a laser light source and an optical system that may be applied to the laser soldering apparatus shown in FIG. 2.
  • the laser light source 111 may oscillate a multi-mode laser beam L.
  • FIG. 1 As the laser light source 11, for example, a multi-mode laser can be used.
  • the laser light source 11 may include a laser diode or a fiber laser, but is not necessarily limited thereto.
  • the multi-mode laser beam L emitted from the laser light source 111 may have a flat shape with uniform intensity according to the position.
  • 5A to 5C show a Gaussian type laser beam and a flat type laser beam.
  • 5a to 5c show the intensity of the laser beam according to its position.
  • FIG. 5A shows a laser beam in Gaussian form.
  • a Gaussian-type laser beam has the greatest intensity at the center and decreases as it goes toward the edge. Therefore, the Gaussian type laser beam has a disadvantage in that it is difficult to irradiate a laser beam of uniform intensity to the irradiation area.
  • 5B and 5C show laser beams that are flat compared to the Gaussian type laser beams. A circular laser beam is shown in FIG. 5B and a square laser beam is shown in FIG. 5C. 5B and 5C, it can be seen that the flat laser beams have a constant intensity according to the position of the laser beams of FIG. 5A. Therefore, the flat laser beam can be irradiated with a laser beam of relatively uniform intensity over the irradiation area.
  • the laser light source 111 oscillates the multi-mode laser beam L
  • the multi-mode laser beam L is a relatively flat laser shown in FIG. 5B or 5C through a predetermined optical system. It can be a beam.
  • the multi-mode laser beam L emitted from the laser light source 111 is emitted while being emitted, and the multi-mode laser beam L thus emitted is made of parallel beams having a constant size by a collimator 121.
  • SA soldering area
  • FIG. 6 illustrates another example of a laser light source and an optical system that may be applied to the laser soldering apparatus shown in FIG. 2.
  • the laser light source 112 may oscillate the multi-mode laser beam L.
  • the laser light source 112 includes first and second single mode lasers 112a and 112b and couplers 112c connecting the first and second single mode lasers 112a and 112b. can do.
  • the first and second single mode lasers 112a and 112b may be fiber lasers having different core diameters.
  • the first single mode laser 112a may be a fiber laser having a 20 ⁇ m core diameter
  • the second single mode laser 112b may be a fiber laser having a 600 ⁇ m core diameter.
  • the multi-mode laser beam L may be oscillated.
  • the multimode laser beam L may have a relatively flat shape as described above.
  • the multi-mode laser beam L emitted from the laser light source 112 is emitted while being emitted and the multi-mode laser beam L thus emitted is made into a parallel beam having a constant size by the collimator 122.
  • the large area soldering area SA can be irradiated. Accordingly, the multi-mode laser beam L having a relatively uniform intensity throughout the soldering processing area SA may be irradiated with a large area.
  • FIG. 7 illustrates another example of a laser light source and an optical system that may be applied to the laser soldering apparatus shown in FIG. 2.
  • the laser light source 113 may oscillate the multi-mode laser beam L.
  • the laser light source 113 may comprise a multi-mode laser.
  • the laser light source may also include a first and a second single mode laser and a coupler connecting the first and second single mode lasers.
  • the first and second single mode lasers may be fiber lasers having different core diameters.
  • the multi-mode laser beam L emitted from the laser light source 113 may have a relatively flat shape as described above.
  • the multi-mode laser beam L oscillated from the laser light source 113 is incident on the optical system 123.
  • the optical system 123 may include a collimator 123a, a diffuser 123b, and a focusing lens 123c.
  • the multi-mode laser beam L oscillated from the laser light source 113 is made into a parallel beam having a constant size through the collimator 123a.
  • the multi-mode laser beam L emitted from the collimator 123a is diffused while passing through the diffuser 123b.
  • the diffuser 123b serves to convert the incident multi-mode laser beam L into a more uniform and flat laser beam.
  • the multi-mode laser beam L diffused by the diffuser 123b may be focused through the focusing lens 123c and then irradiated onto the large area soldering processing area SA. Accordingly, a multi-mode laser beam having a uniform intensity throughout the soldering processing area SA may be irradiated with a large area.
  • FIG. 8 illustrates another example of a laser light source and an optical system that may be applied to the laser soldering apparatus shown in FIG. 2.
  • the laser light source 114 may oscillate the multi-mode laser beam L.
  • the laser light source 114 may comprise a multi-mode laser.
  • the laser light source 114 may also include a first and a second single mode laser and a coupler connecting the first and second single mode lasers.
  • the multi-mode laser beam L emitted from the laser light source 114 may have a flat shape.
  • the multi-mode laser beam L oscillated from the laser light source 114 is incident on the optical system 124.
  • the optical system 124 may include a collimator 124a, a diffuser 124b, and an imaging lens 124c.
  • the multi-mode laser beam L oscillated from the laser light source 114 is made into a parallel beam having a constant size through the collimator 124a.
  • the multi-mode laser beam L emitted from the collimator 124a may be converted into a more uniform and flat laser beam while passing through the diffuser 124b.
  • the multimode laser beam L emitted from the diffuser 124b may be irradiated to the large area soldering processing area SA via the imaging lens 124c.
  • the imaging lens 124c converts the incident multi-mode laser beam L into a size corresponding to the soldering processing area SA and serves to irradiate the soldering processing area SA. Accordingly, the multi-mode laser beam L having a uniform intensity throughout the soldering processing area SA may be irradiated with a large area.
  • FIG. 9 illustrates another example of a laser light source and an optical system that may be applied to the laser soldering apparatus shown in FIG. 2.
  • the laser light source 115 may oscillate the multi-mode laser beam L.
  • the multi-mode laser beam L oscillated from the laser light source 115 is incident on the optical system 125.
  • the optical system 125 is a collimator 125a, a diffuser 125b, a focusing lens 125c and an imaging lens. 125d.
  • the multi-mode laser beam L oscillated from the laser light source 115 is made into a parallel beam having a constant size through the collimator 125a, and the parallel multi-mode laser beam L ) Is diffused through the diffuser 125b to form a more uniform shape, and the multimode laser beam L emitted from the diffuser 125b is focused by the focusing lens 125c and then the imaging lens ( 125d may be irradiated to the large area soldering processing area SA.
  • the imaging lens 125d may be a zoom imaging lens, which may serve to adjust the beam spot size. have.
  • FIG. 10 illustrates another example of a laser light source and an optical system that may be applied to the laser soldering apparatus shown in FIG. 2.
  • the laser light source 116 may oscillate the multi-mode laser beam L.
  • the laser light source 116 may comprise a multi-mode laser.
  • the laser light source 116 may also include first and second single mode lasers and couplers connecting the first and second single mode lasers.
  • the multimode laser beam L emitted from the laser light source 116 may have a relatively flat shape.
  • the multi-mode laser beam L oscillated from the laser light source 116 is incident on the optical system 126.
  • the optical system 126 may include an optical rod 126a and an imaging lens 126b.
  • the optical rod 126a may serve to make the incident beam into a uniform beam having a specific shape by using total internal reflection.
  • the optical rod 126a may have a cross-sectional shape such as, for example, a square or a circle, but is not limited thereto. Accordingly, the multi-mode laser beam L oscillated from the laser light source 116 can be converted into a uniform type of specific beam while passing through the optical rod 126a. For example, when the optical rod 126a has a rectangular cross-sectional shape, the circular laser beam oscillated from the laser light source 116 may be converted into a uniform rectangular laser beam by way of the optical rod 126a.
  • the uniform multimode laser beam L emitted from the optical rod 126a may be irradiated to the large area soldering processing area SA via the imaging lens 126b.
  • the imaging lens 126b may serve to convert the incident multimode laser beam L into a size corresponding to the soldering processing area SA. Accordingly, the multi-mode laser beam L having a uniform intensity throughout the soldering processing area SA may be irradiated with a large area.
  • FIG. 11 illustrates another example of a laser light source and an optical system that may be applied to the laser soldering apparatus shown in FIG. 2.
  • the laser light source 117 may oscillate a multimode or single mode laser beam L.
  • the laser light source 117 may comprise a multimode laser or a single mode laser.
  • the laser beam L oscillated from the laser light source 117 is incident on the optical system 127.
  • the optical system 127 may include a collimator 127a, a beam shaper 127b, and an imaging lens 127c.
  • the beam shaper 127b is used, the processing quality by the single mode laser may be better, but the present invention is not limited to the single mode laser processing.
  • the laser beam L oscillated from the laser light source 117 may be made into a parallel beam having a constant size through the collimator 127a. Then, the laser beam L emitted from the collimator 127a passes through the beam shaper 127b.
  • the beam shaper 127b has a uniform shape of the laser beam incident as the diffractive optical device. For example, it can be converted into a flat shape, and serve to make the edge portion of the beam sharper. Therefore, the laser beam L emitted from the collimator 127a may be converted into a more uniform shape by the beam shaper 127b.
  • the flat uniform laser beam L emitted from the beam shaper 127b may be irradiated to the large area soldering area SA via the imaging lens 127c.
  • the imaging lens 127c may serve to convert the incident single-mode or multi-mode laser beam L into a size corresponding to the soldering processing area SA and irradiate it. Accordingly, the multi-mode laser beam L having a uniform intensity throughout the soldering processing area SA may be irradiated with a large area.
  • FIG. 12 illustrates another example of a laser light source and an optical system that may be applied to the laser soldering apparatus shown in FIG. 2.
  • the laser light source 118 may oscillate a multimode or single mode laser beam L.
  • FIG. The laser beam L oscillated from the laser light source 118 is incident on the optical system 128.
  • the optical system 128 may include a collimator 128a, a beam shaper 128b, a focusing lens 128c, and an imaging lens 128d.
  • the laser beam L oscillated from the laser light source 118 may be made into a parallel beam having a constant size through the collimator 128a.
  • the laser beam L emitted from the collimator 128a may be converted into a more uniform and flat form while passing through the beam shaper 128b.
  • the flat uniform laser beam L emitted from the beam shaper 128b is focused through the focusing lens 128c and then to the large area soldering area SA via the imaging lens 128d.
  • the imaging lens 128d may convert and irradiate the incident single-mode or multi-mode laser beam L into a size corresponding to the soldering processing area SA. Accordingly, the laser beam L having a uniform intensity over the entire soldering processing area SA may be irradiated with a large area.
  • a laser beam having a uniform and flat shape may be irradiated to the soldering processing area in a large area, and thus, the soldering process may be performed in a large area, and a laser may be used. By doing so, the process time can be greatly shortened.
  • the laser soldering device can reduce the size of the laser soldering device compared to the conventional soldering device using a furnace, and has a low maintenance cost.

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Abstract

기판 상의 솔더링 가공 영역에 레이저 빔을 조사하여 솔더링 공정을 수행하는 레이저 솔더링 장치가 개시된다. 개시된 레이저 솔더링 장치는, 다중모드 레이저 빔을 발진시키는 레이저 광원; 및 상기 레이저 광원으로부터 방출된 상기 다중모드 레이저 빔을 처리하여 상기 솔더링 가공 영역에 조사하는 것으로, 입사되는 상기 다중모드 레이저 빔을 일정한 크기의 평행빔으로 만들어 출사시키는 콜리메이터(collimator)를 포함하는 광학계;를 포함한다.

Description

레이저 솔더링 장치
본 발명은 레이저 솔더링에 관한 것으로, 상세하게는 대면적으로 솔더링 공정을 수행할 수 있는 레이저 솔더링 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 공정에서는 솔더(solder)를 이용하여 인쇄회로 기판(PCB; Printed Circuit Board) 에 반도체 칩을 접합시키는 솔더링 공정이 이루어진다. 여기서, 솔더링 공정에는 인쇄회로 기판의 소정 위치에 납과 주석의 합금으로 이루어진 솔더를 인쇄한 다음, 이 솔더를 고온으로 가열함으로써 인쇄회로 기판에 부착시키는 공정이 포함될 수 있다. 이러한 솔더링 공정은 일반적으로 리플로우 솔더링 공정(reflow soldering process)으로 불리는 것으로, 산업계 전반에 널리 적용되고 있다.
그러나, 기존의 리플로우 솔더링 장치는 그 크기가 크고, 솔더링 공정 시간이많이 소요되는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위한 방안으로, 레이저를 이용한 솔더링 장치가 개발되고 있으나, 기존의 레이저 솔더링 장치는 라인 형태의 레이저 빔이나 또는 포인트 형태의 레이저 빔을 이용함으로써 솔더링 공정에 많은 시간이 소요되며, 또한 솔더링 공정 후 솔더 내에 손상(damage), 보이드(void) 등이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 대면적으로 솔더링 공정을 수행할 수 있는 레이저 솔더링 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 있어서,
기판 상의 솔더링 가공 영역에 레이저 빔을 조사하여 솔더링 공정을 수행하는 레이저 솔더링 장치에 있어서,
다중모드 레이저 빔을 발진시키는 레이저 광원; 및
상기 레이저 광원으로부터 방출된 상기 다중모드 레이저 빔을 처리하여 상기 솔더링 가공 영역에 조사하는 것으로, 입사되는 상기 다중모드 레이저 빔을 일정한 크기의 평행빔으로 만들어 출사시키는 콜리메이터(collimator)를 포함하는 광학계;를 포함하는 레이저 솔더링 장치가 제공된다.
상기 레이저 광원은 다중모드 레이저를 포함할 수 있다. 상기 레이저 광원은 예를 들면, 레이저 다이오드 또는 파이버 레이저(fiber laser)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 레이저 광원은 제1 및 제2 단일모드 레이저와, 상기 제1 및 제2 단일모드 레이저를 연결하는 커플러(coupler)를 포함할 수도 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 단일모드 레이저는 서로 다른 코어(core) 직경을 가지는 파이버 레이저들을 포함할 수 있다.
상기 광학계는 상기 콜리메이터로부터 출사되는 상기 다중 모드 레이저 빔을 균일하게 확산시키는 디퓨저(diffuser)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 광학계는 상기 디퓨저로부터 출사되는 상기 다중 모드 레이저 빔을 집속하여 상기 솔더링 가공 영역으로 조사하는 집속 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 광학계는 상기 디퓨저로부터 출사되는 상기 다중 모드 레이저 빔의 크기를 조절하는 이미징 렌즈(imaging lens)를 더 포함할 수 있다.
상기 레이저 솔더링 장치는 상기 솔더링 가공 영역의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 레이저 솔더링 장치는 상기 레이저 광원의 출력을 조절하여 상기 솔더링 가공 영역의 온도를 제어하는 온도 프로파일 시스템을 포함할 수 있다. 또한, 상기 레이저 솔더링 장치 상기 기판 상에 마련되어 상기 솔더링 가공 영역을 노출시키는 마스크(mask)를 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서,
기판 상의 솔더링 가공 영역에 레이저 빔을 조사하여 솔더링 공정을 수행하는 레이저 솔더링 장치에 있어서,
단일 모드 또는 다중 모드 레이저 빔을 발진시키는 레이저 광원; 및
상기 레이저 광원으로부터 방출된 상기 레이저 빔을 처리하여 상기 솔더링 가공 영역에 조사하는 것으로, 입사되는 상기 단일모드 또는 다중모드 레이저 빔을 일정한 크기의 평행빔으로 만들어 출사시키는 콜리메이터(collimator) 및 상기 콜리메이터로부터 출사되는 상기 레이저 빔을 플랫한 형태로 변환시키는 빔 형상기(beam shaper)를 포함하는 광학계;를 포함하는 레이저 솔더링 장치가 제공된다.
상기 광학계는 상기 빔 형상기로부터 출사되는 상기 단일 모드 또는 다중 모드 레이저 빔의 크기를 조절하는 이미징 렌즈를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 있어서,
기판 상의 솔더링 가공 영역에 레이저 빔을 조사하여 솔더링 공정을 수행하는 레이저 솔더링 장치에 있어서,
다중 모드 레이저 빔을 발진시키는 레이저 광원; 및
상기 레이저 광원으로부터 방출된 상기 레이저 빔을 처리하여 상기 솔더링 가공 영역에 조사하는 것으로, 입사되는 상기 다중모드 레이저 빔을 특정 형태의 균일한 빔으로 만들어 출사시키는 광학 로드(optical rod)를 포함하는 광학계;를 포함하는 레이저 솔더링 장치가 제공된다.
상기 광학계는 상기 광학 로드로부터 출사되는 상기 다중 모드 레이저 빔의 크기를 조절하는 이미징 렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 균일하고 플랫한 형태의 레이저 빔을 대면적의솔더링 가공 영역에 조사할 수 있으므로, 솔더링 공정을 대면적으로 수행할 수 있다. 또한, 레이저를 이용함으로써 솔더링 공정 시간도 크게 단축시킬 수 있다. 그리고, 퍼니스를 이용한 기존의 솔더링 장치에 비해 장치의 크기를 크게 줄일 수 있으며, 유지 비용 또한 적게 소요되는 장점이 있다.
도 1a 내지 도 1c는 레이저 솔더링 공정을 보여주는 도면들이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 솔더링 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 기판의 평면을 도시한 것이다.
도 4는 도 2에 도시된 레이저 솔더링 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원 및 광학계의 일 예시를 도시한 것이다.
도 5a 내지 도 5c는 가우시안 형태의 레이저 빔 및 플랫한 형태의 레이저 빔을 도시한 것이다.
도 6은 도 2에 도시된 레이저 솔더링 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원 및 광학계의 다른 예시를 도시한 것이다.
도 7은 도 2에 도시된 레이저 솔더링 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원 및 광학계의 또 다른 예시를 도시한 것이다.
도 8은 도 2에 도시된 레이저 솔더링 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원 및 광학계의 또 다른 예시를 도시한 것이다.
도 9는 도 2에 도시된 레이저 솔더링 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원 및 광학계의 또 다른 예시를 도시한 것이다.
도 10은 도 2에 도시된 레이저 솔더링 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원 및 광학계의 또 다른 예시를 도시한 것이다.
도 11은 도 2에 도시된 레이저 솔더링 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원 및 광학계의 또 다른 예시를 도시한 것이다.
도 12는 도 2에 도시된 레이저 솔더링 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원 및 광학계의 또 다른 예시를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
도 1a 내지 도 1c는 레이저 솔더링 공정을 보여주는 도면들이다.
도 1a를 참조하면, 인쇄회로 기판(PCB) 등과 같은 기판(50)의 소정 위치에 솔더(solder, 11)를 인쇄한다. 여기서, 솔더(11)는 볼(ball) 형태나 분말 형태로 기판(50) 상에 인쇄될 수 있다. 이어서, 도 1b를 참조하면, 기판(50) 상에 인쇄된 솔더(11)에 레이저 빔(L)을 조사함으로써 솔더(11)를 가열하여 용융시킨다. 이 과정에서 솔더(11)는 시간에 따른 소정의 온도 프로파일(temperatue profile)을 따라 가열되면서 용용된다. 다음으로, 도 1c를 참조하면, 레이저 빔(L)의 조사에 의해 가열 용융된 솔더(10)는 냉각되면서 기판(50)에 부착된다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 솔더링 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 레이저 솔더링 장치(100)는 기판(150) 상의 솔더링 가공 영역(도 3a 및 도 3b의 SA)에 레이저 빔(L)을 조사하여 솔더링 공정을 수행한다. 여기서, 기판(150)은 예를 들면, 인쇄회로 기판(PCB) 등이 사용될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 레이저 솔더링 장치(100)는 레이저 빔(L)을 발진시키는 레이저 광원(110)과, 이 레이저 광원(110)으로부터 방출된 레이저 빔(L)을 처리하여 기판(150) 상의 솔더링 가공 영역(SA)에 조사하는 광학계(120)를 포함한다.
그리고, 레이저 솔더링 장치(100)는 온도 측정 유닛(130) 및 온도 프로파일 시스템(140)을 더 포함할 수 있다. 온도 측정 유닛(130)은 솔더링 공정 중에 솔더링 가공 영역(SA)의 온도를 실시간으로 측정할 수 있다. 이러한 온도 측정 유닛(130)으로는 예를 들면 열화상 카메라가 사용될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
온도 프로파일 시스템(140)은 온도 측정 유닛(130)에 의해 측정된 온도 데이터를 이용하여 레이저 광원(110)으로부터 출사되는 레이저 빔(L)의 출력을 조절함으로써 솔더링 가공 영역(SA)의 온도를 제어할 수 있다. 한편, 온도 프로파일 시스템(140)에는 그 내부에 솔더링 공정에 필요한 시간에 따른 온도 프로파일이 미리 설정되어 있다. 따라서, 온도 프로파일 시스템(140)은 온도 측정 유닛(130)에 의해 측정된 온도 데이터를 이용하여 레이저 빔(L)의 출력을 조절함으로써 솔더링 가공 영역(SA)의 온도를 설정된 온도 프로파일에 따라 제어할 수 있다.
상기와 같은 구조의 레이저 솔더링 장치(100)에서는 레이저 광원(110)으로부터 발진된 레이저 빔(L)이 소정의 광학계(120)를 경유하면서 대면적을 가지는 균일하고 플랫(flat)한 형태의 빔로 변화되어 솔더링 가공 영역(SA)에 조사될 수 있으며, 이에 따라 솔더링 공정을 대면적으로 수행할 수 있다. 한편, 균일하고 플랫한 형태의 레이저 빔을 만드는 레이저 광원 및 광학계에 대해서는 후술한다.
도 3a는 도 2에 도시된 기판(150)의 평면을 도시한 것이다.
도 3a를 참조하면, 기판(150)의 상면에 솔더들(S)이 소정 위치에 인쇄되어 있다. 이러한 기판(150)에는 솔더링 가공 영역(SA) 만을 노출시키는 마스크(mask, M)가 더 마련될 수 있다. 여기서, 솔더링 가공 영역(SA)은 예를 들면 대략 70mm x 70mm 이상의 대면적을 가질 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 솔더링 장치(100)는 레이저 광원(110) 및 광학계(120)에 의해 대면적의 균일하고 플랫한 형태의 레이저 빔(L)을 마스크(M)에 의해 노출된 대면적의 솔더링 가공 영역(SA) 전체에 한꺼번에 조사할 수 있다.
한편, 도 3b에는 기판(150)에서 마스크(M)가 제거된 모습이 도시되어 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 솔더링 장치(100)에서 레이저 광원(110)을 어레이 형태로 복수개로 마련하게 되면 도 3b에 도시된 바와 같이 기판(150) 전체에 형성된 솔더링 가공 영역(SA)에 레이저 빔(L)을 조사할 수 있게 되고, 이에 따라, 솔더링 공정을 보다 대면적으로 수행할 수 있다.
상기와 같은 레이저 솔더링 장치(100)에 의하면, 균일하고 플랫한 형태의 레이저 빔(L)을 대면적의 솔더링 가공 영역(SA)에 조사할 수 있으므로, 솔더링 공정을 대면적으로 수행할 수 있다. 또한, 레이저를 이용함으로써 솔더링 공정 시간도 크게 단축시킬 수 있다. 그리고, 본 실시예에 따른 레이저 솔더링 장치(100)는 퍼니스(furnace)를 이용한 기존의 솔더링 장치에 비해 그 크기도 크게 줄일 수 있으며, 유지 비용 또한 적게 소요되는 장점이 있다.
이하에서는 도 2에 도시된 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 솔더링 장치(100)에서 대면적의 솔더링 가공 영역(SA)에 조사되는 균일하고 플랫한 형태의 레이저 빔(L)을 구현할 수 있는 레이저 광원 및 광학계에 대한 다양한 예시들을 설명하기로 한다.
도 4는 도 2에 도시된 레이저 솔더링 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원 및 광학계의 일 예시를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 레이저 광원(111)은 다중 모드(multi mode) 레이저 빔(L)을 발진시킬 수 있다. 레이저 광원(11)으로는 예를 들면 다중 모드 레이저가 사용될 수 있다. 이러한 레이저 광원(11)은 레이저 다이오드 또는 파이버 레이저 등을 포함할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 후술하는 바와 같이 레이저 광원(111)으로부터 출사되는 다중모드 레이저 빔(L)은 위치에 따라 그 세기가 균일한 플랫한 형태를 가질 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 가우시안 형태의 레이저 빔 및 플랫한 형태의 레이저 빔을 도시한 것이다. 도 5a 내지 도 5c에는 위치에 따른 레이저 빔의 세기가 도시되어 있다.
도 5a에는 가우시안(Gaussian) 형태의 레이저 빔이 도시되어 있다. 도 5a를 참조하면, 가우시안 형태의 레이저 빔은 가운데 부분에서 그 세기가 가장 크고 가장 자리 쪽으로 갈수로 그 세기가 작아지는 것을 알 수 있다. 따라서, 가우시안 형태의 레이저 빔은 조사 영역에 균일한 세기의 레이저 빔이 조사되게 어려운 단점이 있다. 한편, 도 5b 및 도 5c에는 가우시안 형태의 레이저 빔에 비해 플랫한 형태의 레이저 빔들이 도시되어 있다. 도 5b에는 원형 레이저 빔이 도시되어 있으며, 도 5c에는 사각형 레이저 빔이 도시되어 있다. 도 5b 및 도 5c를 참조하면, 플랫한 형태의 레이저 빔들은 도 5a에 도시된 가운시안 형태의 빔에 비해 그 세기가 위치에 따라 일정한 것을 알 수 있다. 따라서, 플랫한 형태의 레이저 빔은 조사 영역에 걸쳐 비교적 균일한 세기의 레이저 빔이 조사될 수 있다.
본 실시예에서는 레이저 광원(111)은 다중 모드 레이저 빔(L)을 발진하게 되며, 이러한 다중 모드 레이저 빔(L)은 소정의 광학계를 거쳐 도 5b 또는 도 5c에 도시된 비교적 플랫한 형태의 레이저 빔이 될 수 있다. 그리고, 레이저 광원(111)으로부터 발진된 다중 모드 레이저 빔(L)은 출사되면서 발산하게 되고 이렇게 발산된 다중 모드 레이저 빔(L)은 콜리메이터(collimator,121)에 의해 일정한 크기를 가지는 평행빔으로 만들어진 다음, 대면적의 솔더링 가공 영역(도 3a 및 도 3b의 SA)에 조사될 수 있다. 따라서, 솔더링 가공 영역(SA)에 비교적 균일한 세기를 가지는 다중 모드 레이저 빔(L)이 조사될 수 있으므로, 솔더링 공정을 대면적으로 수행할 수 있다.
도 6은 도 2에 도시된 레이저 솔더링 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원 및 광학계의 다른 예시를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 레이저 광원(112)은 다중 모드 레이저 빔(L)을 발진시킬 수 있다. 본 실시예에서는 레이저 광원(112)이 제1 및 제2 단일모드 레이저(112a,112b)와, 이 제1 및 제2 단일모드 레이저(112a,112b)를 연결하는 커플러(coupler,112c)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 단일모드 레이저(112a,112b)는 서로 다른 코어(core) 직경을 가지는 파이버 레이저들이 될 수 있다. 예를 들면, 제1 단일모드 레이저(112a)는 20㎛ 코어 직경을 가지는 파이버 레이저가 될 수 있고, 제2 단일모드 레이저(112b)는 600㎛ 코어 직경을 가지는 파이버 레이저가 될 수 있다. 이와 같이, 제1 및 제2 단일모드 레이저(112a,112b)를 커플러(112c)로 서로 연결하게 되면 다중 모드 레이저 빔(L)을 발진시킬 수 있다. 이러한 다중모드 레이저 빔(L)은 전술한 바와 같이 비교적 플랫한 형태를 가질 수 있다.
이와 같이, 레이저 광원(112)으로부터 발진된 다중 모드 레이저 빔(L)은 출사되면서 발산하게 되고 이렇게 발산된 다중모드 레이저 빔(L)은 콜리메이터(122)에 의해 일정한 크기를 가지는 평행빔으로 만들어진 다음, 대면적의 솔더링 가공 영역(SA)에 조사될 수 있다. 이에 따라, 솔더링 가공 영역(SA) 전체에 걸쳐 비교적 균일한 세기를 가지는 다중 모드 레이저 빔(L)이 대면적으로 조사될 수 있다.
도 7은 도 2에 도시된 레이저 솔더링 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원 및 광학계의 또 다른 예시를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 레이저 광원(113)은 다중 모드 레이저 빔(L)을 발진시킬 수 있다. 레이저 광원(113)은 다중 모드 레이저를 포함할 수 있다. 또한, 레이저 광원은 제1 및 제2 단일모드 레이저와, 이 제1 및 제2 단일모드 레이저를 연결하는 커플러를 포함할 수도 있다. 이 경우, 제1 및 제2 단일모드 레이저는 서로 다른 코어 직경을 가지는 파이버 레이저들이 될 수 있다. 이 레이저 광원(113)으로부터 출사되는 다중모드 레이저 빔(L)은 전술한 바와 같이 비교적 플랫한 형태를 가질 수 있다.
레이저 광원(113)으로부터 발진된 다중 모드 레이저 빔(L)은 광학계(123)에 입사된다. 여기서, 광학계(123)는 콜리메이터(123a), 디퓨저(diffuser,123b) 및 집속 렌즈(focusing lens,123c)를 포함할 수 있다. 레이저 광원(113)으로부터 발진된 다중 모드 레이저 빔(L)은 콜리메이터(123a)를 통해 일정한 크기를 가지는 평행빔으로 만들어지게 된다. 그리고, 콜리메이터(123a)로부터 출사된 다중 모드 레이저 빔(L)은 디퓨져(diffuser,123b)를 통과하면서 확산된다. 여기서, 디퓨저(123b)는 입사되는 다중 모드 레이저 빔(L)을 확산시킴으로써 보다 균일하고 플랫한 형태의 레이저 빔으로 변환시키는 역할을 한다. 이렇게 디퓨저(123b)에 의해 확산된 다중모드 레이저 빔(L)은 집속 렌즈(123c)를 통해 집속된 다음, 대면적의 솔더링 가공 영역(SA)에 조사될 수 있다. 이에 따라, 솔더링 가공 영역(SA) 전체에 걸쳐 균일한 세기를 가지는 다중 모드 레이저 빔이 대면적으로 조사될 수 있다.
도 8은 도 2에 도시된 레이저 솔더링 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원 및 광학계의 또 다른 예시를 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 레이저 광원(114)은 다중 모드 레이저 빔(L)을 발진시킬 수 있다. 레이저 광원(114)은 다중 모드 레이저를 포함할 수 있다. 또한, 레이저 광원(114)은 제1 및 제2 단일모드 레이저와, 이 제1 및 제2 단일모드 레이저를 연결하는 커플러를 포함할 수도 있다. 이 레이저 광원(114)으로부터 출사되는 다중모드 레이저 빔(L)은 플랫한 형태를 가질 수 있다.
레이저 광원(114)으로부터 발진된 다중 모드 레이저 빔(L)은 광학계(124)에 입사된다. 여기서, 광학계(124)는 콜리메이터(124a), 디퓨저(124b) 및 이미징 렌즈(imaging lens,124c)를 포함할 수 있다. 레이저 광원(114)으로부터 발진된 다중 모드 레이저 빔(L)은 콜리메이터(124a)를 통해 일정한 크기를 가지는 평행빔으로 만들어지게 된다. 그리고, 콜리메이터(124a)로부터 출사된 다중 모드 레이저 빔(L)은 디퓨져(124b)를 통과하면서 보다 균일하고 플랫한 형태의 레이저 빔으로 변환될 수 있다.
이어서, 디퓨저(124b)로부터 출사되는 다중모드 레이저 빔(L)은 이미징 렌즈(124c)를 경유하여 대면적의 솔더링 가공 영역(SA)에 조사될 수 있다. 여기서, 이미징 렌즈(124c)는 입사되는 다중모드 레이저 빔(L)을 솔더링 가공 영역(SA)에 대응하는 크기로 변환시켜 솔더링 가공 영역(SA)에 조사하는 역할을 하게 된다. 이에 따라, 솔더링 가공 영역(SA) 전체에 걸쳐 균일한 세기를 가지는 다중 모드 레이저 빔(L)이 대면적으로 조사될 수 있다.
도 9는 도 2에 도시된 레이저 솔더링 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원 및 광학계의 또 다른 예시를 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 레이저 광원(115)은 다중 모드 레이저 빔(L)을 발진시킬 수 있다. 그리고, 레이저 광원(115)으로부터 발진된 다중 모드 레이저 빔(L)은 광학계(125에 입사된다. 여기서, 광학계(125)는 콜리메이터(125a), 디퓨저(125b), 집속렌즈(125c) 및 이미징 렌즈(125d)를 포함할 수 있다. 레이저 광원(115)으로부터 발진된 다중 모드 레이저 빔(L)은 콜리메이터(125a)를 통해 일정한 크기를 가지는 평행빔으로 만들어지고, 이러한 평행한 다중 모드 레이저 빔(L)은 디퓨져(125b)를 통과하면서 확산되어 보다 균일한 형태로 만들어 진다. 그리고, 디퓨저(125b)로부터 출사되는 다중모드 레이저 빔(L)은 집속 렌즈(125c)에 의해 집속된 다음, 이미징 렌즈(125d)를 통해 대면적의 솔더링 가공 영역(SA)에 조사될 수 있다. 일 예로 이미징 렌즈(125d)는 줌 이미징 렌즈가 될 수 있으며, 이러한 줌 이미징 렌즈는 빔 스폿 사이즈를 조정하는 역할을 할 수 있다.
도 10은 도 2에 도시된 레이저 솔더링 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원 및 광학계의 또 다른 예시를 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 레이저 광원(116)은 다중 모드 레이저 빔(L)을 발진시킬 수 있다. 레이저 광원(116)은 다중 모드 레이저를 포함할 수 있다. 또한, 레이저 광원(116)은 제1 및 제2 단일모드 레이저와, 이 제1 및 제2 단일모드 레이저를 연결하는 커플러를 포함할 수도 있다. 이 레이저 광원(116)으로부터 출사되는 다중모드 레이저 빔(L)은 비교적 플랫한 형태를 가질 수 있다.
이러한 레이저 광원(116)으로부터 발진된 다중 모드 레이저 빔(L)은 광학계(126)에 입사된다. 여기서, 광학계(126)는 광학 로드(optical rod,126a) 및 이미징 렌즈(126b)를 포함할 수 있다. 광학 로드(126a)는 입사되는 빔을 내부 전반사를 이용하여 특정 형태를 가지는 균일한 빔으로 만드는 역할을 할 수 있다. 여기서, 광학 로드(126a)는 예를 들면 사각형 또는 원형 등과 같은 단면 형상을 가질 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 이에 따라, 레이저 광원(116)으로부터 발진된 다중 모드 레이저 빔(L)은 광학 로드(126a)를 경유하면서 특정 형태의 균일한 빔으로 변환될 수 있다. 예를 들면, 광학 로드(126a)가 사각형 단면 형상을 가지는 경우에 레이저 광원(116)으로부터 발진된 원형의 레이저 빔은 광학 로드(126a)를 경유함으로써 균일한 사각형 레이저 빔으로 변환될 수 있다.
광학 로드(126a)로부터 출사되는 균일한 다중모드 레이저 빔(L)은 이미징 렌즈(126b)를 경유하여 대면적의 솔더링 가공 영역(SA)에 조사될 수 있다. 이미징 렌즈(126b)는 전술한 바와 같이 입사되는 다중모드 레이저 빔(L)을 솔더링 가공 영역(SA)에 대응하는 크기로 변환시켜 조사하는 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 솔더링 가공 영역(SA) 전체에 걸쳐 균일한 세기를 가지는 다중 모드 레이저 빔(L)이 대면적으로 조사될 수 있다.
도 11은 도 2에 도시된 레이저 솔더링 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원 및 광학계의 또 다른 예시를 도시한 것이다.
도 11을 참조하면, 레이저 광원(117)은 다중모드 또는 단일모드 레이저 빔(L)을 발진시킬 수 있다. 따라서, 레이저 광원(117)은 다중 모드 레이저 또는 단일 모드 레이저를 포함할 수 있다. 이러한 레이저 광원(117)으로부터 발진된 레이저 빔(L)은 광학계(127)에 입사된다. 여기서, 광학계(127)는 콜리메이터(127a), 빔 형상기(beam shaper,127b) 및 이미징 렌즈(127c)를 포함할 수 있다. 빔 형상기(127b)를 사용하는 경우에는 단일 모드 레이저에 의한 가공 품질이 더 우수할 수 있지만, 본 발명에서는 단일 모드 레이저 가공에 국한되지는 않는다.
레이저 광원(117)으로부터 발진된 레이저 빔(L)은 콜리메이터(127a)를 통해 일정한 크기를 가지는 평행빔으로 만들어질 수 있다. 그리고, 콜레메이터(127a)로부터 출사되는 레이저 빔(L)은 빔 형상기(127b)를 경유한다. 여기서, 빔 형상기(127b)는 회절 광학 장치로서 입사되는 레이저 빔의 형태를 균일한 형태. 예를 들면, 플랫한 형태로 변환시키고, 빔의 가장자리(edge) 부분을 보다 샤프(sharp)하게 하는 역할을 할 수 있다. 따라서, 이러한 빔 형상기(127b)에 의해 콜리메이터(127a)로부터 출사되는 레이저 빔(L)이 보다 균일한 형태로 변환될 수 있다.
빔 형상기(127b)로부터 출사되는 플랫한 형태의 균일한 레이저 빔(L)은 이미징 렌즈(127c)를 경유하여 대면적의 솔더링 가공 영역(SA)에 조사될 수 있다. 이미징 렌즈(127c)는 전술한 바와 같이 입사되는 단일모드 또는 다중모드 레이저 빔(L)을 솔더링 가공 영역(SA)에 대응하는 크기로 변환시켜 조사하는 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 솔더링 가공 영역(SA) 전체에 걸쳐 균일한 세기를 가지는 다중 모드 레이저 빔(L)이 대면적으로 조사될 수 있다.
도 12는 도 2에 도시된 레이저 솔더링 장치에 적용될 수 있는 레이저 광원 및 광학계의 또 다른 예시를 도시한 것이다.
도 12를 참조하면, 레이저 광원(118)은 다중모드 또는 단일모드 레이저 빔(L)을 발진시킬 수 있다. 이러한 레이저 광원(118)으로부터 발진된 레이저 빔(L)은 광학계(128)에 입사된다. 여기서, 광학계(128)는 콜리메이터(128a), 빔 형상기(128b), 집속 렌즈(128c) 및 이미징 렌즈(128d)를 포함할 수 있다.
레이저 광원(118)으로부터 발진된 레이저 빔(L)은 콜리메이터(128a)를 통해 일정한 크기를 가지는 평행빔으로 만들어질 수 있다. 그리고, 콜레메이터(128a)로부터 출사되는 레이저 빔(L)은 빔 형상기(128b)를 경유하면서 보다 균일하고 플랫한 형태로 변환될 수 있다.
빔 형상기(128b)로부터 출사되는 플랫한 형태의 균일한 레이저 빔(L)은 집속 렌즈(128c)를 통해 집속된 다음, 이미징 렌즈(128d)를 경유하여 대면적의 솔더링 가공 영역(SA)에 조사될 수 있다. 이미징 렌즈(128d)는 전술한 바와 같이 입사되는 단일모드 또는 다중모드 레이저 빔(L)을 솔더링 가공 영역(SA)에 대응하는 크기로 변환시켜 조사하는 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 솔더링 가공 영역(SA) 전체에 걸쳐 균일한 세기를 가지는 레이저 빔(L)이 대면적으로 조사될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 예시적인 실시예들에 의하면 균일하고 플랫한 형태의 레이저 빔을 솔더링 가공 영역에 대면적으로 조사할 수 있으며, 이에 따라 솔더링 공정을 대면적으로 수행할 수 있고, 레이저를 이용함으로써 공정 시간도 크게 단축시킬 수 있다. 그리고, 레이저 솔더링 장치는 퍼니스(furnace)를 이용한 기존의 솔더링 장치에 비해 그 크기를 줄일 수 있으며, 유지 비용 또한 적게 소요되는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims (19)

  1. 기판 상의 솔더링 가공 영역에 레이저 빔을 조사하여 솔더링 공정을 수행하는 레이저 솔더링 장치에 있어서,
    다중모드 레이저 빔을 발진시키는 레이저 광원; 및
    상기 레이저 광원으로부터 방출된 상기 다중모드 레이저 빔을 처리하여 상기 솔더링 가공 영역에 조사하는 것으로, 입사되는 상기 다중모드 레이저 빔을 일정한 크기의 평행빔으로 만들어 출사시키는 콜리메이터(collimator)를 포함하는 광학계;를 포함하는 레이저 솔더링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 광원은 다중모드 레이저를 포함하는 레이저 솔더링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 레이저 광원은 레이저 다이오드 또는 파이버 레이저(fiber laser)를 포함하는 레이저 솔더링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 광원은 제1 및 제2 단일모드 레이저와, 상기 제1 및 제2 단일모드 레이저를 연결하는 커플러(coupler)를 포함하는 레이저 솔더링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 단일모드 레이저는 서로 다른 코어(core) 직경을 가지는 파이버 레이저들을 포함하는 레이저 솔더링 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 콜리메이터로부터 출사되는 상기 다중 모드 레이저 빔을 균일하게 확산시키는 디퓨저(diffuser)를 더 포함하는 레이저 솔더링 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 디퓨저로부터 출사되는 상기 다중 모드 레이저 빔을 집속하여 상기 솔더링 가공 영역으로 조사하는 집속 렌즈를 더 포함하는 레이저 솔더링 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 디퓨저로부터 출사되는 상기 다중 모드 레이저 빔의 크기를 조절하는 이미징 렌즈(imaging lens)를 더 포함하는 레이저 솔더링 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔더링 가공 영역의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛을 포함하는 레이저 솔더링 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 레이저 광원의 출력을 조절하여 상기 솔더링 가공 영역의 온도를 제어하는 온도 프로파일 시스템을 포함하는 레이저 솔더링 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상에 마련되어 상기 솔더링 가공 영역을 노출시키는 마스크(mask)를 포함하는 레이저 솔더링 장치.
  12. 기판 상의 솔더링 가공 영역에 레이저 빔을 조사하여 솔더링 공정을 수행하는 레이저 솔더링 장치에 있어서,
    단일 모드 또는 다중 모드 레이저 빔을 발진시키는 레이저 광원; 및
    상기 레이저 광원으로부터 방출된 상기 레이저 빔을 처리하여 상기 솔더링 가공 영역에 조사하는 것으로, 입사되는 상기 단일모드 또는 다중모드 레이저 빔을 일정한 크기의 평행빔으로 만들어 출사시키는 콜리메이터(collimator) 및 상기 콜리메이터로부터 출사되는 상기 레이저 빔을 플랫한 형태로 변환시키는 빔 형상기(beam shaper)를 포함하는 광학계;를 포함하는 레이저 솔더링 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 빔 형상기로부터 출사되는 상기 단일 모드 또는 다중 모드 레이저 빔의 크기를 조절하는 이미징 렌즈를 더 포함하는 레이저 솔더링 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 솔더링 가공 영역의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛을 포함하는 레이저 솔더링 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 레이저 광원의 출력을 조절하여 상기 솔더링 가공 영역의 온도를 제어하는 온도 프로파일 시스템을 포함하는 레이저 솔더링 장치.
  16. 기판 상의 솔더링 가공 영역에 레이저 빔을 조사하여 솔더링 공정을 수행하는 레이저 솔더링 장치에 있어서,
    다중 모드 레이저 빔을 발진시키는 레이저 광원; 및
    상기 레이저 광원으로부터 방출된 상기 레이저 빔을 처리하여 상기 솔더링 가공 영역에 조사하는 것으로, 입사되는 상기 다중모드 레이저 빔을 특정 형태의 균일한 빔으로 만들어 출사시키는 광학 로드(optical rod)를 포함하는 광학계;를 포함하는 레이저 솔더링 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 광학계는 상기 광학 로드로부터 출사되는 상기 다중 모드 레이저 빔의 크기를 조절하는 이미징 렌즈를 더 포함하는 레이저 솔더링 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 솔더링 가공 영역의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛을 포함하는 레이저 솔더링 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 레이저 광원의 출력을 조절하여 상기 솔더링 가공 영역의 온도를 제어하는 온도 프로파일 시스템을 포함하는 레이저 솔더링 장치.
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