KR200375302Y1 - 반도체 패키지용 다중 정렬장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 반도체 패키지용 다중 정렬장치에 관한 것으로서, 전자부품 조립공정 특히 반도체 조립공정에서 스크린프린터, 볼마운터, 다이본더, SMT 등 조립공정장비에 장착 및 적용시 기존 패키지(Package) 단위의 조립공정을 캐리어(Carrier) 단위로 변경 수행할 수 있도록 함으로서 고품질 제품의 생산성을 향상시킬 수 있도록 하기위한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 고안의 정렬장치는, 각 반도체 패키지(1)의 정렬마크를 화상으로 인식하기 위한 카메라(11)와, 상기 카메라(11)에 인식된 정렬상태가 디스플레이 되는 모니터부(12), 그리고 상기 인식된 화상에 대한 좌표값을 계산하는 비전 컴퓨터(13)로 이루어진 비전 시스템(10); 상기 캐리어 보우트(2)에 올려져 이송된 각각의 반도체 패키지(1)를 진공 흡착한 상태에서 위치정렬을 기구적으로 실시하기 위해 다수가 베이스(29)상에 장착되어져 있는 흡착정렬모듈(20); 상기 반도체 패키지(1)를 흡착하고 있는 각 흡착정렬모듈(20)의 진공블럭(21)을 X,Y,θ 축을 기준으로 유동시키기 위한 제어를 실시하는 정렬드라이버(30); 상기 정렬드라이버(30)의 정렬 보정량을 제어하기 위한 신호를 전달하는 정렬콘트롤러(40); 상기 비전 시스템(10)에서 계산되어진 패키지(2)의 실제 좌표값에 대한 기구적인 위치 보정량을 산출하여 정렬콘트롤러(40)에 전달하는 중앙제어부(50);가 각각 패키지 수량별로 구성되어진 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 패키지용 다중 정렬장치{MULTI ARRAY DEVICE FOR SEMICONDUCTOR PACKAGE}

본 고안은 전자부품의 조립공정 특히 반도체 패키지(semiconductor package)조립공정에 있어서 보우트(boat)에 놓여진 상태로 공급되어진 패키지를 캐리어 단위로 정렬시켜 조립공정을 수행할 수 있도록 하기위한 패키지용 다중 정렬장치에 관한 것이다.

최근 산업발달에 따른 전자 기기의 대중화 및 제품의 소형화를 추구함에 따라 그에 사용되는 반도체 패키지의 수요 또한 증가하고 있는데, 그러한 수요의 증가는 반도체 패키지의 생산에 있어서 대량 생산 방식을 도입하게 하는 계기가 되었다. 이러한 반도체 패키지의 대량 생산은 각 공정의 자동화에 의해 가능해졌으며, 점점 그 자동화 기술은 발전을 거듭하고 있다. 그러한 생산의 자동화는 불량의 발생 억제와 더불어 원활한 공정의 진행을 위해 각 공정 마다 정렬 과정을 필요로 하는데, 특히 반도체 칩(semiconductor chip)이 부착되고 개별화되어 반도체 패키지의 형태로서 과정이 진행되는 공정들에 있어서는 그 정렬 과정이 매우 중요하게 작용한다.

그러한 반도체 패키지의 정렬 과정은 반도체 패키지 정렬 장치에 의해 수행되며, 종래에는 보우트(boat)에 적재된 상태에서 반도체 패키지 정렬 과정이 수행되는 3가지 방법의 기구적인 정렬법이 주로 사용되었다.

즉, 종래 사용되던 하나의 방법으로 "지그정렬법"이 있는데, 이는 다수의 패키지들이 캐리어 보우트에 올려진 상태에서 작업위치로 이송되면, 컨베이어 하단부분에 정렬지그(jig)를 장착하여 상승과 동시에 자동적으로 지그내부의 공차안으로 안착되게 하는 방법으로 최대 오차범위는 보우트 커팅오차+지그 내부 오차를 갖게된다.

또한, 상기 방법을 보완한 두번째 방법은 상승된 지그에 놓여져 있는 캐리어 보우트를 실린더기구 등을 이용하여 정렬을 한번 더하는 방법으로, 이는 정렬시간이 추가되는 단점대신 지그 내부오차를 줄이는 효과를 갖게된다. 그러나 이 방법 역시 보우트 커팅오차는 줄일 수 없게 되는 문제를 갖게된다.

그리고, 세번째 방법으로는 캐리어 보우트를 클립핑(clipping)형으로 사용하는 것으로서 패키지를 캐리어 보우트에 투입할때 클립을 오픈하고, 보우트 안착후 클립으로 위치고정하는 방법이다. 그러나 이러한 방법은 캐리어 보우트의 제작비용이 상당히 고가이고, 원칙적으로 캐리어 보우트의 균일제작이 불가능하다는 단점과 더불어 캐리어 보우트 커팅오차는 줄일 수 없는 문제를 갖고 있다.

한편, 최근에는 상기와 같은 기구적인 정렬방법의 한계를 극복하고자 화상인식(Vision) 시스템과 상부 X-Y로봇을 이용한 방안이 사용되고 있는데, 이는 케리어 보우트가 작업위치에 도착하면 상부의 카메라가 각각의 패키지별 X,Y,θ 축의 편차량을 화상인식기술을 이용하여 계산하고, 이 데이타를 바탕으로 상부의 X-Y로봇이 작업을 수행하게 하는 방법이다.

그러나, 이러한 방법은 상부 로봇이 대형화 되어있어 개별적인 패키지별 작업은 가능하나, 케리어 보우트에 올려져 있는 전체 패키지에 대한 작업을 동시에수행할 수 없기 때문에 작업시간이 많이 소요되고 전체적인 공정 균형이 맞지 않게 되는 문제점이 있었다.

본 고안은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 반도체 패키지 등 전자부품 조립공정에서 패키지의 정렬오차를 최소화 하는 가운데 캐리어 보우트에 올려져 있는 전체 패키지에 대한 작업이 동시에 이루어질 수 있도록 함으로서 반도체 제품의 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있도록 하는데 목적이 있다.

도 1은 본 고안 정렬장치를 이루는 전체적인 시스템 구성도.

도 2는 본 고안 흡착정렬모듈의 기구적인 분해 상태도.

도 3은 본 고안 흡착정렬모듈의 결합상태 외관도.

도 4는 본 고안에서의 패키지 정렬상태를 나타낸 상태도.

도 5는 본 고안 모듈의 동작에 따른 패키지 정렬 상태 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 반도체 패키지 2 : 보우트(boat)

10: 비전시스템 11: 카메라

12 : 모니터부 13 : 비전컴퓨터

20 : 흡착정렬모듈 21 : 진공블럭

22 : θ축 스테이터 23 : θ축 인덕터

24 : Y축 스테이터 25 : Y축 인덕터

26 : X축 스테이터 27 : Y축 인덕터

30 : 정렬드라이버 40 : 정렬콘트롤러

50 : 중앙제어부

상기 목적은, 캐리어 보우트상에 올려진 다수의 반도체 패키지가 컨베어 구동에 의하여 작업위치로 진입되면 스토퍼에 의하여 캐리어 보우트를 멈추고 각 반도체 패키지의 공정 수행을 위한 정렬을 실시하는 패키지 정렬장치에 있어서: 상기 정렬장치는, 각 반도체 패키지의 정렬마크를 화상으로 인식하기 위한 카메라와, 상기 카메라에 인식된 정렬상태가 디스플레이 되는 모니터부, 그리고 상기 인식된 화상에 대한 좌표값을 계산하는 비전 컴퓨터로 이루어진 비전 시스템; 상기 캐리어 보우트에 올려져 이송된 각각의 패키지를 진공 흡착한 상태에서 위치정렬을 기구적으로 실시하는 다수의 흡착정렬부; 상기 반도체 패키지를 흡착하고 있는 각 흡착정렬부의 진공블럭을 X,Y,θ 축으로 유동시키기 위한 제어를 실시하는 정렬드라이버; 상기 정렬드라이버의 정렬 보정량을 제어하기 위한 신호를 전달하는 정렬콘트롤러; 상기 비전 시스템에서 계산되어진 패키지의 실제 좌표값에 대한 기구적인 위치 보정량을 산출하여 정렬콘트롤러에 전달하는 중앙제어부;가 각각 패키지 수량별로 구성되어진 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 다중 정렬장치를 통해 이룰 수 있게된다.

이하, 본 고안의 구체적인 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.

도 1은 본 고안에 따른 정렬장치의 시스템 구성을 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 고안 흡착정렬모듈을 이루는 장치의 분해도이며, 도 3은 상기 흡착정렬모듈의 장치 결합도이고, 도 4는 본 고안 정렬모듈의 설치 상태도이며, 도 5는 반도체 패키지의 정렬을 위한 동작상태도를 나타낸 것이다.

먼저, 본 고안 정렬장치 시스템의 전체적인 구성을 도 1을 참조하여 살펴보면, 캐리어 보우트(2)상에 올려진 상태에서 작업위치로 이송된 다수의 반도체 패키지(1) 각각의 현재 놓여져 있는 상태를 확인하기 위한 비젼시스템(10)과, 상기 캐리어 보우트(2)에 올려져 이송된 각각의 반도체 패키지(1)를 진공 흡착한 상태에서 위치정렬을 기구적으로 실시하기 위해 다수가 베이스(29)상에 장착되어져 있는 흡착정렬모듈(20), 상기 반도체 패키지(1)를 흡착하고 있는 각 흡착정렬모듈(20)의 진공블럭(21)을 X,Y,θ 축을 기준으로 유동시키기 위한 제어를 실시하는 정렬드라이버(30), 상기 정렬드라이버(30)의 정렬 보정량을 제어하기 위한 신호를 전달하는 정렬콘트롤러(40), 상기 비전 시스템(10)에서 계산되어진 패키지(2)의 실제 좌표값에 대한 기구적인 위치 보정량을 산출하여 정렬콘트롤러(40)에 전달하는 중앙제어부(50)로 이루어진다.

상기 비젼시스템(10)의 보다 구체적인 구성에 있어서는, 반도체 패키지(1)의 정렬마크를 화상으로 인식하기 위한 복수의 카메라(11)와, 상기 카메라(11)에 인식된 정렬상태가 디스플레이 되는 모니터부(12), 그리고 상기 인식된 화상에 대한 좌표값을 계산하는 비전 컴퓨터(13) 등을 포함하는 구성으로 이루어져 있다.

그리고, 상기 흡착정렬모듈(20)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와같이 상부에서 부터 반도체 패키지(1)의 위치고정을 위한 진공블럭(21)과, 상기 반도체 패키지(1)를 θ축을 기준으로 정렬유동을 실시하는 θ축 스테이터(22) 및 θ축 인덕터(23), 그리고 Y측 정렬유동을 실시하는 Y축 스테이터(24) 및 Y축 인덕터(25) 및 X축 정렬유동을 실시하는 X축 스테이터(26) 및 X축 인덕터(27)가 순차적으로 적층된 구조를 이루고 있다.

그중에서 상기 진공블럭(21)은 반도체 패키지(1)가 올려져 고정되어지는 흡착플레이트(21a)와, 진공 흡인력 발생을 위해 진공호스(미도시)와 연통되어져 있는 진공홀(21b)이 형성되어져 있으며, 상기 각각의 정렬유동을 위한 스테이터(22,24,26) 및 코일이 장착되어져 있는 인덕터(23,25,27)는 상호간에 정렬 유동이 가능하도록 에어에 의해 소정 간극으로 이격된 상태를 이룸과 함께, 상호간에는 일정 자력에 의해 결합된 상태가 유지되어지는 구조를 이루고 있다.

이와같은 구성을 이루고 있는 본 고안 정렬장치의 동작에 따른 작용효과를 살펴보기로 한다.

먼저, 캐리어 보우트(2;Substrate)에 반도체 패키지(1)를 올려놓고, 상기 패키지가 올려져 있는 캐리어 보우트(2)를 보우트 매거진(boat magazine)에 삽입한다.

그리고, 상기 캐리어 보우트(2)를 담은 매거진을 장비의 로더(Loader)에 적재시킨 후 상기 로더를 캐리어 보우트의 작업위치로 이송시키면, 이송된 로더의 각 캐리어 보우트(2)는 이송시스템(컨베어)에 의해 장치내로 이송되어지는 과정에서 스토퍼에 의해 정지됨으로서 도 4에서와 같이 본 고안 흡착정렬모듈(20)의 상부에 위치되어진 상태를 이루게 된다.

이와같이 다수개가 캐리어 보우트(2)에 올려진 상태로 작업위치에 도달된 각각의 반도체 패키지(1)는 이와 동일한 수량에 맞게 장착되어져 있는 해당 흡착정렬모듈(20)이 베이스(29) 하부에 설치되어져 있는 서보모터(또는 공압실린더) 구동에 의해 도 5에서와 같이 Z축으로 상승되어짐으로서 다수의 반도체 패키지(1)가 동시에 캐리어 보우트(2)로 부터 소정 높이로 이격된 상태를 이루게 된다.

그리고, 이와같은 상승동작과 동시에 진공블럭(21)에 진공이 형성되어 흡착플레이트(21a)상에 올려져 있는 패키지(1)가 진공압에 의해 홀딩(holding)되어진다.

상기 동작을 통해 패키지(1)의 상승이 완료되면, 장치의 상부에 설치되어져 있는 비전시스템(10)의 카메라(11)가 각각의 패키지(1)를 오른쪽으로 부터 차례로 패키지면에 표시되어져 있는 정렬마크를 감지하여 화상인식하며 인식된 좌표값은 비젼컴퓨터(13)에서 좌표값으로 데이타화 되어 중앙제어부(50)로 보내지면, 중앙제어부(50)에서는 기준 좌표대비 X,Y,θ축 방향 편차량을 각각의 패키지(1)별로 메모리에 기억시킨다.

그리고, 상기 메모리되어진 편차량 데이타는 정렬콘트롤러(40)로 보내어져서 이에 합당한 펄스신호 명령이 정렬드라이버(30)로 전달되고, 정렬드라이버(30)에서는 그에 맞는 전류를 각각의 인덕터(23,25,27)에 장착된 코일로 보내어 해당 흡착정렬모듈(20)의 정렬제어가 이루어지게 된다.

즉, 정렬드라이버(30)로 부터 전류신호를 전달받은 흡착정렬모듈(20) 에서는 각각의 인덕터(23,25,27)에 교번하는 전류가 공급되어 자기장이 형성됨으로서 +/- 극성을 교차시켜 각각의 인덕터와 스테이터 간에 전자력이 작용하게 된다. 이에따라 스테이터(22,24,26)는 최소단위(0.1㎛)씩 X,Y,θ축 방향 편차량만큼 이동하게 되며, 이때 스테이터(22,24,26)와 인덕터(23,25,27) 사이에는 항상 공기가 주입되어지게 됨으로 상호간에 원활한 유동이 가능한 상태가 유지되어지게 되는 것이다.

이와같은 과정을 통해 각 패키지(1)의 정렬위치이 완료되면, 패키지 상면에 대한 정해진 작업공정(스크린프린터, 볼마운터, 다이본더 등)을 동시에 수행토록 하는데, 상기 작업이 완료될때 까지 진공흡착에 의한 정렬상태를 유지시킨다.

그리고, 각 패키지(1)에 대한 정해진 작업수행이 완료되면 상기와 역순으로 흡착정렬모듈(20)의 진공을 해제함과 함께 Z축으로 하강시켜 각 패키지(1)를 캐리어 보우트(2)상에 다시 안착시키고, 캐리어 보우트(2)의 이동을 방지하고 있던 스토퍼를 해제시킨다.

상기 스토퍼에 의한 작용이 해제된 캐리어 보우트(2)는 다음 작업을 위하여 계속하여 이송시스템에 의해 언로더(Unloader)로 이송되어진 후 비어져 있는 메거진(Magazine)에 삽입되어지고, 이러한 반복 작업을 통해 메거진이 가득 찬 경우 장비에서 메거진 교체신호를 보냄으로서 작업자는 메거진을 취출하여 자동작업이 완료되는 것이다.

따라서, 패키지 단위의 작업공정을 캐리어 보우트 단위로 수행할 수 있게되는 본 고안의 정렬장치를 모든 전자부품의 생산라인에 적용할 경우 제품의 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있게됨을 알 수 있다.

즉, 종래 기술에서의 경우 이송시스템에 의해 다수의 패키지가 안착되어져 있는 캐리어 보우트를 한 Pitch 씩 이송시키면서 하나의 패키지 단위의 작업진행이 이루어졌으나, 본 고안의 기술에 따르면 동시에 다수의 패키지에 대한 작업이 가능하게 됨으로 작업시간의 절감은 물론 작업에 필요한 장치의 시설면적을 크게 감축시킬 수 있게된다.

이상에서 살펴본 바와같은 본 고안의 정렬장치는, 전자부품 조립공정 특히 반도체 조립공정에서 스크린프린터, 볼마운터, 다이본더, SMT 등 조립공정장비에 장착 및 적용시 기존 패키지(Package) 단위의 조립공정을 캐리어(Carrier) 단위로 변경 수행할 수 있게 됨으로서 고품질 제품의 생산성을 향상시킬 수 있게된다.

특히, 정렬오차가 비젼 오차범위 이내로 유지되어질 수 있게되어 현재 각광을 받고 있는 패키지 형태인 FCBGA(Flip Chip Ball Grid Array) 제조라인에서의 작업효율 및 불량발생율을 최소화할 수 있게됨을 알 수 있다.

Claims (3)

1. 캐리어 보우트(2)상에 올려진 다수의 반도체 패키지(1)가 컨베어 구동에 의하여 작업위치로 진입되면 스토퍼에 의하여 캐리어 보우트(2)를 멈추고 각 반도체 패키지의 공정 수행을 위한 정렬을 실시하는 패키지 정렬장치에 있어서:

   상기 정렬장치는, 각 반도체 패키지(1)의 정렬마크를 화상으로 인식하기 위한 카메라(11)와, 상기 카메라(11)에 인식된 정렬상태가 디스플레이 되는 모니터부(12), 그리고 상기 인식된 화상에 대한 좌표값을 계산하는 비전 컴퓨터(13)로 이루어진 비전 시스템(10);

   상기 캐리어 보우트(2)에 올려져 이송된 각각의 반도체 패키지(1)를 진공 흡착한 상태에서 위치정렬을 기구적으로 실시하기 위해 다수가 베이스(29)상에 장착되어져 있는 흡착정렬모듈(20);

   상기 반도체 패키지(1)를 흡착하고 있는 각 흡착정렬모듈(20)의 진공블럭(21)을 X,Y,θ 축을 기준으로 유동시키기 위한 제어를 실시하는 정렬드라이버(30);

   상기 정렬드라이버(30)의 정렬 보정량을 제어하기 위한 신호를 전달하는 정렬콘트롤러(40);

   상기 비전 시스템(10)에서 계산되어진 패키지(2)의 실제 좌표값에 대한 기구적인 위치 보정량을 산출하여 정렬콘트롤러(40)에 전달하는 중앙제어부(50);가 각각 패키지 수량별로 구성되어진 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 다중 정렬장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 흡착정렬모듈(20)은, 상부에서 반도체 패키지(1)를 진공으로 흡착 고정하기 위한 흡착플레이트(21a)가 구성되어져 있는 진공블럭(21)과;

   상기 진공블럭(21)의 하부에 결합되어지며 반도체 패키지(1)의 θ축 정렬을 실시하는 θ축 스테이터(22) 및 θ축 인덕터(23);

   상기 반도체 패키지(1)의 Y축 정렬을 실시하는 Y축 스테이터(24) 및 Y축 인덕터(25);

   상기 반도체 패키지(1)의 X축 정렬을 실시하는 X축 스테이터(26) 및 X축 인덕터(27);가 순차적으로 적층되어 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 다중 정렬장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 각각의 스테이터(22,24,26) 및 인덕터(23,25,27)는 상호간에 정렬 유동이 가능하도록 에어에 의해 소정 간극으로 이격된 상태를 이룸과 함께, 상호간에는 일정 자력에 의해 결합된 상태가 유지되어짐을 특징으로 하는 반도체 패키지용 다중 정렬장치.