KR100349178B1 - APPARATUS FOR MEASURING THE RESIDUAL STRESS IN Fe-Ni LEAD FRAME THIN SHEET - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 메모리 칩을 패키징할 때 필요한 리드 프레임용 Fe-40% Ni극박판의 잔류 응력을 현장 라인에서 용이하게 측정할 수 있는 잔류응력 측정장치에 관한 것이다. 본 측정 장치에서는 자기 유도센서를 사용하여 센서의 입력 전류로 인해 발생하는 자속(magnetic flux)을 피측정체인 리드 프레임 소재 내부에 흘려주면 자속은 재료 내부를 통해 센서로 되돌아오게 된다.The present invention relates to a residual stress measuring apparatus that can easily measure the residual stress of the Fe-40% Ni electrode thin plate for lead frames required when packaging a semiconductor memory chip. In this measuring device, magnetic flux generated by the sensor's input current is flowed into the lead frame material by using the magnetic induction sensor, and the magnetic flux is returned to the sensor through the inside of the material.
이때 재료 내부에 존재하는 잔류 응력 때문에 센서에 의해 발생된 자속의 변화가 초래되며, 이때 변화된 자속을 센서의 감지코일에서 검출하여 전기신호로 변환함으로써 리드 프레임의 잔류 응력을 판단하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 리드 프레임 소재의 잔류응력 측정장치에 의해 현장에서 작업자가 용이하게 리드 프레임의 잔류응력 판독을 가능하게 하여 양호소재와 불량소재의 선별을 가능하게 하는 효과를 얻을 수 있다.At this time, a change in the magnetic flux generated by the sensor is caused due to the residual stress present in the material. At this time, the residual stress of the lead frame is determined by detecting the changed magnetic flux in the sensor coil and converting the magnetic flux into an electrical signal. Therefore, the residual stress measuring apparatus of the lead frame material according to the present invention enables the operator to easily read the residual stress of the lead frame in the field, thereby obtaining the effect of enabling the selection of good and bad materials.
Description
본 발명은 리드 프레임 소재의 잔류응력 측정장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 첨단 메모리 반도체 칩(chip)의 패키지용으로 사용되고 있는 리드 프레임(lead frame)용 극박판의 잔류응력에 대한 존재여부, 크기, 분포 및 응력방향을 측정하기 위한 리드프레임 소재의 잔류응력 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for measuring residual stress of a lead frame material, and more particularly, to the presence or absence of residual stress of an ultra-thin plate for a lead frame that is used for a package of an advanced memory semiconductor chip. The present invention relates to an apparatus for measuring residual stress of a lead frame material for measuring size, distribution and stress direction.
일반적으로 메모리칩을 패키징(packaging)할때 칩과 기판을 리드 프레임으로 연결하게 되는데, 리드 프레임은 정밀한 펀칭 가공(punching)에 의해 성형된다. 이때, 리드 프레임 소재에 잔류응력이 남아 있으면 자동화 라인에서 실장될(mount) 반도체 칩들이 정해진 위치에 놓이지 않게 되어 후속 공정에서 자동화가 이루어질 수 없다. 따라서, 펀칭 공정 전에 소재내에 존재하는 잔류 응력을 사전에 파악하여양호한 소재와 불량 소재를 선별할 필요가 있다.In general, when packaging a memory chip (chip) is connected to the chip and the substrate by a lead frame, the lead frame is formed by precise punching (punching). In this case, if residual stress remains in the lead frame material, the semiconductor chips to be mounted in the automation line may not be placed at a predetermined position, and thus automation may not be performed in a subsequent process. Therefore, it is necessary to grasp the residual stress existing in the material before the punching process in advance, and sort out the good material and the bad material.
한편, 철강재의 제조공정에서 용접, 성형, 열처리등으로 도입되는 재료내부의 잔류 응력은 비파괴식으로 측정하는 것이 단연 효율적이다. 따라서 미세한 응력측정엥는 스트레인 게이지(strain gage)를 사용하나, 변형이 진행되고 있는 상황에서는 사용하기가 어렵다. 또한, 고정된 시설물이나 해체된 구조물에서 X-ray 측정으로 잔류응력을 판독할 수 있으나 현장에서 이루어지는 작업중에는 사용이 불가능하다. 또한, 초음파를 사용하여 미소부위의 잔류응력을 측정할 수 있는 기술이 있으나 복잡한 형상을 갖는 거친 표면에서 그 효과가 크며(Tanaka.S,J.of the JSTP, Vol.33(381),(1992)1119), 응력값을 구하기 위해서는 표준치와 항상 비교하여 간접적으로 값을 구하게 된다.On the other hand, the residual stress inside the material introduced by welding, forming, heat treatment, etc. in the steel manufacturing process is by far non-destructive measurement. Therefore, the micro stress measurement uses a strain gage, but it is difficult to use in a situation where deformation is in progress. In addition, residual stresses can be read by X-ray measurements in fixed installations or dismantled structures, but they cannot be used during field work. In addition, there is a technique that can measure the residual stress of the micro-site using ultrasonic waves, but the effect is large on the rough surface having a complex shape (Tanaka.S, J. of the JSTP, Vol. 33 (381), (1992) 1119), in order to find the stress value, the value is indirectly compared with the standard value.
한편, 반도체 조립 자동화 라인에서 Fe-Ni 리드 프레임의 잔류 응력을 현장에서 직접 측정할 수 있는 시스템은 종래에 사용되고 있지 않으며, 그로 인하여 현장 기술자들이 리드 프레임의 잔류응력을 측정하여 불량/양호를 쉽고 정확하게 판정할 수 없는 문제가 있었다.On the other hand, the system that can directly measure the residual stress of the Fe-Ni lead frame in the semiconductor assembly automation line is not used in the prior art, so that field technicians can easily and accurately correct the defect / good by measuring the residual stress of the lead frame There was a problem that could not be determined.
따라서, 본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 그 목적은 현장 기술자들이 극박판의 형태를 갖는 리드 프레임 소재에서 측정센서를 x,y,z축 방향으로 이동하고 또한 이동된 각 위치에서 센서를 회전시킴으로써 상기 각 위치에서의 잔류응력의 크기, 분포 그리고 응력방향을 측정하여 불량소재와 양호한 소재를 판정할 수 있는 리드 프레임 소재의 잔류 응력 측정 장치를 제공하고자 하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, the object of which is that the field technicians move the measuring sensor in the x, y, z axis direction and also the angle The purpose of the present invention is to provide a residual stress measuring apparatus of a lead frame material which can determine a bad material and a good material by measuring the magnitude, distribution and stress direction of residual stress at each position by rotating the sensor at the position.
도 1은 본 발명에 따른 리드 프레임소재의 잔류응력 측정장치의 개략적인 구성을 보인 시스템블록도이다.1 is a system block diagram showing a schematic configuration of an apparatus for measuring residual stress of a lead frame material according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 리드 프레임 소재의 잔류응력 측정장치의 기구구성도이다.2 is a structural diagram of a device for measuring residual stress of a lead frame material according to the present invention.
도 3은 본 발명을 구현하기 위한 센서부의 구성을 보인 것이다.Figure 3 shows the configuration of the sensor unit for implementing the present invention.
도 4는 본 발명을 구현하기 위한 센서부의 상세구성도이다.4 is a detailed configuration diagram of a sensor unit for implementing the present invention.
도 5는 본 발명을 구현하기 위한 자기유도센서의 동작을 설명하기 위한 상세도이다.5 is a detailed view for explaining the operation of the magnetic induction sensor for implementing the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 잔류응력 측정장치의 제어 화면을 나타낸 것이다.6 shows a control screen of the residual stress measuring apparatus according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 잔류 응력 측정장치에 따른 출력 전압의 투입전류 의존성을 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the dependence of the input current of the output voltage according to the residual stress measuring apparatus according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 투입전류 함수로 나타난 출력전압의 주파수 의존성을 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing the frequency dependence of the output voltage as a function of input current according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 잔류응력측정장치를 통해 측정된 극박판의 잔류응력의 일예를 나타낸 것이다.Figure 9 shows an example of the residual stress of the ultra-thin plate measured by the residual stress measuring apparatus according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
16...자기유도센서, 20...엔코더,16 ... magnetic induction sensor, 20 ... encoder,
40~43...스테핑 모터, 50...스테핑 모터 구동부,40 ~ 43 ... stepping motor, 50 ... stepping motor drive,
60...스테핑 모터 제어부, 70...센서구동부,60 ... stepping motor control, 70 ... sensor drive,
80...신호증폭부, 90...신호발생부,80 ... signal amplifier, 90 ... signal generator,
100...동기정류기, 110...A/D컨버터,100 ... synchronous rectifier, 110 ... A / D converter,
120...메인제어부.120 ... main control unit.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 리드 프레임 소재의 잔류 응력 측정장치는 대향하는 2쌍의 자극이 상호 일정간격을 두고 형성되고 극박판의 리드프레임상에서 상하, 좌우 및 회전이 가능하며, 한쌍의 자극에 입력된 전류신호에 따라 발생된 자속을 상기 극박판의 리드프레임에 인가한 후 상기 리드프레임의 잔류응력에 따라 변환된 자속을 다른 한쌍의 자극을 통해 입력받아 상기 리드프레임용 자기전도성 소재의 잔류응력의 크기, 분포 및 응력방향을 측정하기 위한 자속을 발생시키는 센서부와,In order to achieve the above object, the residual stress measuring apparatus of the lead frame material according to the present invention is formed with two pairs of opposing magnetic poles spaced apart from each other, and can be rotated up, down, left and right on the lead frame of the ultra-thin plate, and a pair The magnetic flux generated by the current signal input to the magnetic pole of the magnetic pole is applied to the lead frame of the ultrathin plate, and the magnetic flux converted according to the residual stress of the lead frame is input through another pair of magnetic poles for the magnetic conductive material for the lead frame. A sensor unit for generating magnetic flux for measuring magnitude, distribution and stress direction of residual stress of
상기 센서부와 상기 리드 프레임의 접촉을 통해 상기 센서부로 입력되는 자속신호를 검출하여 전기신호로 변환하여 출력하는 신호 변환부와,상기 센서부를 x,y,z축으로 이동시키고, 이동된 위치에서 자체 회전시키기 위하여 각각 마련된 스테핑 모터와,상기 센서부의 x,y,z축 이동거리 및 회전각을 제어하는 스테핑 모터 제어부와,상기 회전용 스테핑 모터에 의한 상기 센서부의 회전각을 검출하고, 센서의 회전각도에 따른 응력방향을 검출하기 위한 엔코더와,A signal converter which detects a magnetic flux signal input to the sensor unit through contact between the sensor unit and the lead frame, converts the magnetic flux signal into an electrical signal, and outputs the electrical signal, and moves the sensor unit along the x, y, and z axes, A stepping motor provided to rotate itself, a stepping motor controller for controlling the x, y, z axis movement distance and rotation angle of the sensor unit, and detecting a rotation angle of the sensor unit by the rotating stepping motor, An encoder for detecting the stress direction according to the rotation angle,
상기 스테핑모터 제어부를 제어하며, 상기 신호변환부로부터 출력되는 자속신호와 상기 입력자속과의 변화에 따라 검출된 각 위치에 따른 상기 리드 프레임의 잔류응력의 크기, 분포 및 응력방향을 이용하여 리드 프레임의 양부를 판단하는 메인 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The lead frame is controlled by controlling the stepping motor controller and using the magnitude, distribution, and stress direction of the residual stress of the lead frame according to each position detected according to the change of the magnetic flux signal output from the signal converter and the input magnetic flux. It characterized in that it comprises a main control unit for determining the quality of the.
이하에는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 리드 프레임 소재의 잔류응력 측정장치의 구성 및 작용효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and effect of the residual stress measuring apparatus of the lead frame material according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명에 따른 리드 프레임소재의 잔류응력 측정장치의 개략적인 구성을 보인 시스템블록도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 리드 프레임 소재의 잔류응력 측정장치는 리드프레임 소재인 극박판의 잔류응력을 직접 측정하도록 다수개의 센서를 구비하는 센서부(sensor probe)(16)와, 상기 센서부(16)를 측정 시편에 따라 구동하여 주는 센서 구동부(sensor driver)(70)와, 상기 센서부(16)의 각 센서에 측정용 교류신호를 인가하는 신호발생부(90)와, 상기 센서부(16)의 각 센서를 통해 얻어진 전기적 신호를 입력받아 소정 레벨로 증폭하여 출력하는 신호증폭부(80)와, 상기 센서부(16)의 각 센서의 위치를 이동 및 회전시키는 스테핑모터부와, 상기 각 부의 기능을 총괄적으로 제어하는 메인제어부(120)를 포함하여 이루어진다.1 is a system block diagram showing a schematic configuration of an apparatus for measuring residual stress of a lead frame material according to the present invention. As shown in FIG. 1, the apparatus for measuring residual stress of a lead frame material according to the present invention includes a sensor probe 16 having a plurality of sensors to directly measure the residual stress of an ultrathin plate that is a lead frame material. A sensor driver 70 for driving the sensor unit 16 according to the measurement specimen, a signal generator 90 for applying an AC signal for measurement to each sensor of the sensor unit 16; The signal amplifier 80 receives the electrical signal obtained through each sensor of the sensor unit 16 and amplifies and outputs the electrical signal to a predetermined level, and the stepping moves and rotates the position of each sensor of the sensor unit 16. It includes a motor unit, and the main control unit 120 for controlling the functions of each unit collectively.
상기 스테핑 모터부는 상기 센서부의 각 센서의 위치를 x,y,z축을 따라서, 전후,좌우,상하로 이동시키기 위한 x축, y축, z축 이동용 스테핑모터(41)(42)(43)를 각각 구비하고, 나아가 상기 센서를 회전시키기 위한 회전용 스테핑모터(40)를 구비한다. 또한, 상기 스테핑 모터부의 각 스테핑 모터는 각각의 스테핑 모터구동부(50)의 제어신호에 따라 구동이 제어되고, 상기 각 스테핑 모터 구동부(50)는 상기 메인제어부(120)로부터 출력되는 x,y,z이송거리 및 회전각 지령 신호를 입력받는 스테핑 모터 제어부(60)에 의해 총괄제어된다.The stepping motor unit is a stepping motor 41, 42, 43 for moving the x-axis, y-axis, z-axis to move the position of each sensor of the sensor unit along the x, y, z axis back, front, left, right, up and down Each is provided, and further provided with a rotating stepping motor 40 for rotating the sensor. In addition, each stepping motor of the stepping motor unit is controlled in accordance with the control signal of the stepping motor driving unit 50, each stepping motor driving unit 50 is output from the main control unit 120, x, y, It is collectively controlled by the stepping motor control unit 60 which receives the z feed distance and rotation angle command signal.
한편, 상기 리드 프레임의 잔류응력을 측정하는 각 센서는 자기유도센서가 양호하게 사용되며, 상기 자기유도센서는 동시에 4개까지 작동하도록 구성되고, 각각의 센서(16)는 각각의 상기 스테핑 모터에 의해 x,y,z축 방향으로 이동 및 회전이 가능하다. 이때, 회전용 스테핑 모터에 의한 센서의 회전각을 검출하는 엔코더(20)와, 상기 신호증폭부(80)를 통해 증폭된 센서검출신호를 상기 신호발생부(70)로부터 각 센서에 출력된 신호와 동기시킨 후 정류하여 A/D컨버터(110)로 출력하는 동기정류기(100)를 더 구비하고, 상기 A/D컨버터(110)는 상기 동기 정류기(100)를 통해 정류된 검출신호를 입력받아 디지털 전기신호로 변환한 후 상기 메인제어부(120)로 입력한다.On the other hand, each sensor for measuring the residual stress of the lead frame is a magnetic induction sensor is preferably used, the magnetic induction sensor is configured to operate up to four at the same time, each sensor 16 to each of the stepping motor This allows movement and rotation in the x, y and z axis directions. At this time, the encoder 20 for detecting the rotation angle of the sensor by the stepping motor for rotation, and the signal detection signal amplified by the signal amplifier 80, the signal output from the signal generator 70 to each sensor And a synchronous rectifier 100 to rectify and output the A / D converter 110 to the A / D converter 110. The A / D converter 110 receives the rectified detection signal through the synchronous rectifier 100. After converting into a digital electrical signal is input to the main control unit 120.
도 2(a) 내지 2(c)는 본 발명에 따른 리드 프레임 소재의 잔류응력 측정장치의 평면도 및 측면도이고, 도 3(a) 및 도 3(b)는 본 발명을 구현하기 위한 센서부의 구성을 보인 평면도 및 측면도이다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 리드 프레임 소재의 잔류응력 측정장치에 있어서, 자기유도센서(16)가 장착되는 센서 홀더(15)는 x,y,z축으로 이동할 수 있도록 각각의 가이드 프레임(30)(31)(28)에 결합되어 상기 가이드 프레임을 따라서 이동된다.2 (a) to 2 (c) are a plan view and a side view of a residual stress measuring apparatus of a lead frame material according to the present invention, Figures 3 (a) and 3 (b) is a configuration of a sensor unit for implementing the present invention Is a plan view and a side view. As shown in Figures 2 and 3, in the residual stress measuring device of the lead frame material according to the present invention, the sensor holder 15 is mounted on the magnetic induction sensor 16 can move in the x, y, z axis It is coupled to each guide frame 30, 31, 28 so as to move along the guide frame.
상기 가이드 프레임(30)(31)(28)은 측정 시스템이 놓여 있는 테이블(26)위에 형성되고, 상기 센서부(16)는 가이드 프레임을 따라서 상하,좌우 및 전후로 움직인다. 또한, 4개의 센서 홀더(15)는 센서부 본체(1)의 각 위치에 고정되어 있으나, 자체적으로는 회전이 가능하다. 회전 운동은 회전용 스테핑 모터(40)와 결합형성된 풀리(5) 및 상기 풀리(5)에 연결된 벨트(19)에 의하여 이루어진다. 한편, 센서부 (16) 전체를 붙잡아 주는 센서부 본체(1)는 전술한 가이드 프레임 브라켓을 따라서 움직이며, 좌우측 방향으로의 움직임은 각 프레임 위에 위치하는 액츄에이터(23)(24)에 의하여 구동된다. 측정 시스템 테이블(26) 위에는 리드 프레임 시편을 잡아주는 시편 클램프(32)가 있어서, 잔류 응력 측정 동안에 시편이 움직이는 것을 방지한다. 한편, 각각의 자기유도센서(16)는 센서홀더(15)에 안전하게 삽입되어 있으며, 센서 홀더(15)는 타이밍 벨트(19)에 연결되어 회전이 가능하도록 스핀들(14)에 직결된다.The guide frames 30, 31, 28 are formed on the table 26 on which the measurement system is placed, and the sensor part 16 moves up, down, left and right and back and forth along the guide frame. In addition, the four sensor holder 15 is fixed to each position of the sensor unit body 1, but can be rotated by itself. The rotational movement is made by a pulley 5 coupled to the stepping motor 40 for rotation and a belt 19 connected to the pulley 5. On the other hand, the sensor unit main body 1, which holds the entire sensor unit 16, moves along the guide frame bracket described above, and movement in the left and right directions is driven by actuators 23 and 24 located on each frame. . Above the measurement system table 26 is a specimen clamp 32 that holds the lead frame specimen, preventing the specimen from moving during the residual stress measurement. On the other hand, each magnetic induction sensor 16 is securely inserted into the sensor holder 15, the sensor holder 15 is connected to the timing belt 19 is directly connected to the spindle 14 to enable rotation.
도 4는 본 발명을 구현하기 위한 센서부의 상세구성도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 그 내부에 자기 유도 센서가 장착되는 센서 홀더(15) 및 상기 스핀들(14)은 센서 외곽 케이스로 보호되며, 와셔(12), 볼트(8), 너트(17), 베어링(10)(11) 및 스프링(9)등으로 견고하고 안정성있게 구성된다.4 is a detailed configuration diagram of a sensor unit for implementing the present invention. As shown in FIG. 4, the sensor holder 15 and the spindle 14, in which a magnetic induction sensor is mounted, are protected by a sensor outer case, and the washer 12, the bolt 8, and the nut 17 are shown. , The bearing 10, 11 and the spring (9) and the like is configured firmly and stably.
도 5는 본 발명을 구현하기 위한 자기유도센서의 상세도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명을 구현하기 위한 자기 유도 센서(16)는 4개의 극으로 구성되며, 각각 대향하는 2쌍의 자극(magnetic pole)은 각각 리드 프레임의 잔류 응력을 측정하기 위한 전류신호가 입력되는 입력자극(161)이고, 이와 인접하여 상호 대향되게 형성된 2개의 타 자극은 상기 입력 자극을 통해 입력된 전류신호가 리드 프레임을 거친후 다시 받아들여지는 측정 신호를 입력받는 검출 자극(162)이다. 상기 각각 2개씩 형성된 입력 자극(161)과 검출 자극(162)에는 각각 소정 횟수 및 소정 형태로 도선이 권취되어 있다.5 is a detailed view of a magnetic induction sensor for implementing the present invention. As shown in FIG. 5, the magnetic induction sensor 16 for implementing the present invention is composed of four poles, and two opposing pairs of magnetic poles each measure the residual stress of the lead frame. An input stimulus 161 to which a current signal is input, and two other magnetic poles which are formed to face each other adjacent to each other are a detection stimulus for receiving a measurement signal that is received again after the current signal input through the input stimulus passes through a lead frame. (162). The conductive wires are wound around the input magnetic poles 161 and the detection magnetic poles 162, which are formed in two, respectively, a predetermined number of times and a predetermined shape.
따라서, 한상의 입력 자극(161)으로 측정 전류를 입력하면, 상기 한쌍의 입력자극(161)은 입력전류의 주파수에 따라 두 자극(161)이 상호 번갈아 가며 N측과 S극을 가지며 상기 한쌍의 자극(161)의 간격거리사이에 자속이 발생되며 상기 자속은 상기 입력전류의 주파수에 따라 방향변화가 발생된다. 즉, 상기 한상의 입력자극(161)을 통해 상호간에는 소정의 자속(magnetic flux)이 발생하고 상기 자속은 주파수에 따라 방향이 계속 바뀌게 된다. 이때 피사체인 리드프레임 극박판을 상기 센서부에 접촉시킬 경우 상기 리드프레임은 자기전도성 소재이므로 상기 발생된 자속은 상기 리드프레임 극박판을 통해 다시 검출자극(162)으로 그 자속측정신호로 입력되어진다. 여기서, 상기 검출자극(162)을 통해 검출되는 자속신호는 리드 프레임 극박판내에 존재하는 잔류 응력의 크기와 분포에 따라서 입력자극(161)을 통해 흘러들어간 자속의 변화가 발생되고, 이 변화에 상응하는 만큼의 전자기적 포텐셜(electromagnetic potential)이 전기신호로 변환되어 신호증폭부(80)로 입력되게 된다. 이와 같이 잔류응력에 따라 변화된 검출자속과 최초 입력자속과의 차이를 이용하여 잔류응력의 분포, 크기 및 응력방향을 계산하게 되는 것이다.Therefore, when the measurement current is input to the input magnetic pole 161 of the phase, the pair of input magnetic poles 161 alternately have two poles 161 alternately according to the frequency of the input current and have the N side and the S pole, respectively. A magnetic flux is generated between the distances of the magnetic poles 161, and the magnetic flux is changed in direction depending on the frequency of the input current. That is, a predetermined magnetic flux is generated between the magnetic poles through the input magnetic poles 161 of the upper phase, and the magnetic flux continues to change direction according to the frequency. In this case, when the lead frame ultra thin plate, which is a subject, contacts the sensor unit, the lead frame is a magnetic conductive material, and thus the generated magnetic flux is input to the detection magnetic pole 162 through the lead frame ultra thin plate as the magnetic flux measurement signal. . Here, the magnetic flux signal detected through the detection magnetic pole 162 generates a change in the magnetic flux flowing through the input magnetic pole 161 according to the magnitude and distribution of the residual stress in the lead frame ultrathin plate, and corresponds to the change. As much of the electromagnetic potential as possible is converted into an electrical signal is input to the signal amplifier 80. In this way, the distribution of the residual stress, magnitude, and stress direction are calculated using the difference between the detected magnetic flux and the initial input magnetic flux.
본 발명에 따른 자기유도센서의 재질은 투자율(magnetic permeability)이 아주 큰 Fe-80%Ni합금(permalloy)을 사용하며, 전기신호->자기발생->전기신호등의 변환과정에서 가능하면 손실이 극소화될 수 있는 재질을 선택하는 것이 바람직하다.The material of the magnetic induction sensor according to the present invention uses a Fe-80% Ni alloy (permalloy) having a very high magnetic permeability, and minimizes the loss if possible during the conversion of the electric signal-> magnetic-> electric signal. It is desirable to select a material that can be used.
상기 각 센서는 시편의 폭 방향으로 0~300mm거리의 범위를 움직일 수 있도록 하며, 시편의 길이방향으로는 0~500mm 범위까지 움직일 수 있게 한다. 물론 움직일 수 있는 범위는 정하기 나름이지만 리드 프레임의 실제 크기를 감안하면 전술한 범위가 적절하다. 이때, 움직일 때의 분해능은 0.1mm까지 가능하게 설계되어 있다. 또한, 센서는 상하 이동을 하게 되어 있는데, 최대 60mm까지 상하 이동이 가능하도록 한계값이 설정된다. 이 또한 움직일 때의 분해능은 0.1mm까지 가능하게 설계된다. 상기 센서는 자체적으로 회전이 가능하며, 분해능 각도 1°씩 360°회전이 가능하고, 정방향 또는 역방향으로 운동할 수 있다. 전술한 모든 센서의 구동 및 제어는 메인 제어부(120)를 통해 실행되고, 제어는 센서 각 개별 또는 동시에 가능하다. 여기서, 상기 센서는 각 위치로 이동가능하기 때문에 각 위치에서 잔류응력의 크기를 알 수 있고 이로써 잔류응력의 분포를 알 수 있다. 또한, 상기 센서는 각 위치에서 360°회전이 가능하기 때문에 리드프레임에 존재하는 잔류응력의 응력방향을 측정할 수 있다. 이는 엔코더(20)에서 응력방향에 따른 센서의 회전각도를 검출함으로써 측정이 가능하다. 이러한 응력방향은 공정의 중요한 요소이므로 이를 측정하는 것은 양불판정과 공정 프로세서 조건을 설정하는데 유용한 자료가 될 수 있다.Each sensor allows to move a range of 0 ~ 300mm distance in the width direction of the specimen, and to move to a range of 0 ~ 500mm in the longitudinal direction of the specimen. Of course, the range that can be moved is determined, but considering the actual size of the lead frame is the above range is appropriate. At this time, the resolution at the time of movement is designed so that it may be up to 0.1 mm. In addition, the sensor is to move up and down, the limit value is set to allow up and down movement up to 60mm. It is also designed to move up to 0.1mm when moving. The sensor can be rotated by itself, can rotate 360 ° by 1 ° resolution, and can move in the forward or reverse direction. The driving and control of all the above-described sensors are executed through the main control unit 120, and the control is possible individually or simultaneously with each sensor. Here, since the sensor is movable to each position, it is possible to know the magnitude of the residual stress at each position and thereby the distribution of the residual stress. In addition, the sensor can be rotated 360 ° at each position to measure the stress direction of the residual stress present in the lead frame. This can be measured by detecting the rotation angle of the sensor according to the stress direction in the encoder 20. Since this direction of stress is an important component of the process, measuring it can be a useful resource for establishing both positive and negative process conditions.
한편, 잔류응력 검출을 위해 자기 유도형 센서에 여자교류신호를 생성하고 공급하며, 피측정체에서 되돌아온 전기신호를 축적하는 시스템이 중요하다. 따라서, 본 발명에서는 여자교류발생 신호로 주파수 0.1 ~ 10kHz 범위로 발생가능하며 이때 주파수 분해능은 100Hz이하에서는 0.1Hz, 100Hz ~ 10kHz 범위에서는 1Hz미만으로 정해진다. 전기적 신호로 얻어지는 전압 진폭의 범위는 0.5V ~ 10V 범위로 정해지며, 이때의 분해능은 0.1V 미만으로 할 수 있다. 수신된 전기 검출 신호는 신호 증폭부를 통해서 10 ~ 2650배까지 증폭이 가능하고, 센서로부터의 검출 신호를 동시에 8개(8channel)까지 처리할 수 있도록 구성된다.On the other hand, it is important to generate and supply an excitation exchange signal to the magnetic inductive sensor for the detection of residual stress, and to accumulate the electrical signal returned from the object under test. Therefore, in the present invention, the excitation generation signal can be generated in a frequency range of 0.1 to 10 kHz. At this time, the frequency resolution is set to less than 1 Hz in the range of 0.1 Hz and 100 Hz to 10 kHz. The voltage amplitude obtained by the electrical signal is determined in the range of 0.5V to 10V, and the resolution at this time may be less than 0.1V. The received electrical detection signal can be amplified by 10 ~ 2650 times through the signal amplifier, and is configured to process up to eight (8 channels) detection signals from the sensor at the same time.
도 6은 본 발명에 따른 잔류응력 측정장치의 제어 화면을 나타낸 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 잔류응력 측정장치에서는 프로그램의 기본정보 설정, 즉 장치를 설정하고, 리드 프레임의 잔류응력을 측정하기 위한 자기유도센서(16)의 x,y 축으로의 이동위치 및 이동속도등의 센서 조정을 하고, 센서의 입력 전류 및 주파수등의 잔류응력측정에 필요한 데이터를 입력한다. 이후, 데이터를 입력한 파일을 저장하고, 실제 측정이 개시되면 저장된 파일을 읽어온 후 장치와의 연결 및 해제를 설정한다. 이때, 자동계측인 경우에는 센서의 이동속도 및 회전각도등을 설정한 후 계측을 실시하게 되고, 계측이 완료되면 도 6에 도시한 화면상에 잔류 응력의 측정결과가 디스플레이되게 된다. 한편, 수동 계측인 경우에는 작업자가 자기유도센서가 장착된 센서 프레임을 이동 및 회전시키는 각 스테핑 모터의 구동을 제어하여 좌,우,상하운동을 실시하고, 그에 따라 각 자기유도센서로부터 측정된 잔류 응력 데이터를 읽어들여 측정 결과를 얻을 수 있게 된다. 이러한 모든 작업은 메인 제어부(120) 즉, 컴퓨터의 메뉴 드라이브(menu drive)로 설정, 실행된다.6 shows a control screen of the residual stress measuring apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 6, in the residual stress measuring apparatus according to the present invention, the basic information setting of the program, that is, the device is set, and the x, y axes of the magnetic induction sensor 16 for measuring the residual stress of the lead frame are measured. Adjust the sensor such as moving position and moving speed of the sensor, and input the necessary data for measuring residual stress such as sensor input current and frequency. After that, the data input file is stored, and when the actual measurement is started, the stored file is read and the connection and disconnection with the device are set. In this case, in the case of automatic measurement, the measurement is performed after setting the moving speed and the rotation angle of the sensor. When the measurement is completed, the measurement result of the residual stress is displayed on the screen shown in FIG. 6. On the other hand, in the case of manual measurement, the operator controls the driving of each stepping motor that moves and rotates the sensor frame equipped with the magnetic induction sensor to perform left, right, and up and down movements, and accordingly, the residual measured from each magnetic induction sensor The measurement results can be obtained by reading the stress data. All these tasks are set and executed by the main controller 120, that is, a menu drive of a computer.
도 7은 본 발명에 따른 잔류 응력 측정장치에 따른 출력 전압의 투입전류 의존성을 나타낸 그래프로써, 본 발명의 잔류응력 측정장치를 사용하여 입력전류를 0~20mA로 변화시키고, 교류여자 신호의 주파수를 1000~4000Hz까지 변화시키면서 자기 유도센서를 통해 얻어진 출력신호를 정리한 것이다. 도 7에서 알 수 있듯이, 출력전압은 투입전류가 증가함에 따라 직선적으로 증가하며, 사용한 주파수가 높을 수록 얻어지는 출력 신호의 강도가 급격히 높아짐을 알 수 있다.7 is a graph showing the dependence of the input current of the output voltage according to the residual stress measuring apparatus according to the present invention, using the residual stress measuring apparatus of the present invention to change the input current to 0 ~ 20mA, the frequency of the AC excitation signal The output signal obtained through the magnetic induction sensor is summarized while varying from 1000 to 4000Hz. As can be seen in Figure 7, the output voltage increases linearly as the input current increases, it can be seen that the higher the frequency used, the intensity of the output signal is rapidly increased.
도 8은 본 발명에 따른 투입전류 함수로 나타난 출력전압의 주파수 의존성을 나타낸 그래프이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 출력전압은 주파수가 증가함에 따라 포물선형으로 증가하고 있으며, 투입 전류가 증가할 수록 그 정도는 심해진다. 이는 센서재료의 와전류 손실에서 비롯된 결과이다. 센서 재료내에서 주파수(f)의 f1.5에 비례하여 와전류에 의한 열발생으로 비롯되어 결국 출력전압에 그 영향을 보이고 있다. 상기와 같은 결과를 볼 때 주파수의 증가보다는 투입전류의 증가에 따른 출력신호의 강화가 더욱 유효한 것으로 보인다.8 is a graph showing the frequency dependence of the output voltage as a function of input current according to the present invention. As shown in Fig. 8, the output voltage increases parabolic with increasing frequency, and the degree increases as the input current increases. This is the result of the eddy current loss of the sensor material. It is caused by the generation of heat by eddy current in proportion to f 1.5 of the frequency f in the sensor material, and finally shows the effect on the output voltage. From the above results, it seems that the enhancement of the output signal according to the increase of the input current is more effective than the increase of the frequency.
도 9는 본 발명에 따른 잔류응력측정장치를 통해 측정된 극박판의 잔류응력의 일예를 나타낸 것이다. 투입전류를 1mA, 사용 주파수를 1000Hz로 하여 두께 0.15mm의 리드 프레임 극박판의 측정범위를 폭 28mm, 길이 40mm만큼 이동하면서 잔류응력을 측정하였다. 자기유도센서의 선단부(tip)를 20°간격으로 회전하면서 총 160°를 회전시켜 각 지점에서의 잔류 응력 분포와 크기를 얻었다. 도 9에 나타난 화살표 방향은 잔류 응력의 주응력축(principal sterss axes)을 나타내며, 화살표의 크기는 측정된 잔류 응력 중 주응력의 크기를 나타낸다. 도 9에서 알 수 있듯이 본 발명에서 원하는 대로 극박판 내부에 존재하는 잔류 응력의 크기와 분포가 뚜렷하게 측정됨을 알 수 있다. 이렇게 측정된 잔류 응력의 크기 및 분포는 도 6에 도시된 컴퓨터 측정 화면에 디스플레이되게 된다.Figure 9 shows an example of the residual stress of the ultra-thin plate measured by the residual stress measuring apparatus according to the present invention. The residual stress was measured while moving the measurement range of the lead frame ultrathin plate having a thickness of 0.15 mm by 28 mm in width and 40 mm in length with an input current of 1 mA and a use frequency of 1000 Hz. The tip of the magnetic induction sensor was rotated at an interval of 20 ° to rotate a total of 160 ° to obtain the residual stress distribution and magnitude at each point. The arrow direction shown in FIG. 9 represents principal sterss axes of residual stress, and the magnitude of the arrow represents the magnitude of principal stress among the measured residual stresses. As can be seen in Figure 9 it can be seen that the magnitude and distribution of the residual stress present in the ultrathin plate as desired in the present invention is clearly measured. The magnitude and distribution of the measured residual stresses are then displayed on the computer measurement screen shown in FIG.
본 발명에 따른 리드 프레임 소재의 잔류응력 측정장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시될 수 있다.Residual stress measuring apparatus of the lead frame material according to the present invention is not limited to the above-described embodiment can be carried out by various modifications within the range allowed by the technical idea of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 리드 프레임 소재의 잔류 응력 측정장치에서는 자기유도센서에 입력된 전류에 의해 발생된 자속을 리드 프레임에 인가하고, 리드 프레임 내부에 존재하는 잔류응력에 의한 상기 자속의 변화를 검출하여 잔류응력의 존재여부, 크기, 분포 및 응력방향을 판단함으로써 리드프레임의 불량여부를 판단하여 반도체칩이 불량의 리드프레임에 장착되는 경우 정해진 위치를 벗어나는 문제점을 방지할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.As described above, in the residual stress measuring apparatus of the lead frame material according to the present invention, the magnetic flux generated by the current input to the magnetic induction sensor is applied to the lead frame, and the magnetic flux caused by the residual stress existing inside the lead frame. Determining the presence of residual stress, size, distribution and stress direction by detecting a change in the lead frame to determine whether the lead frame is defective or not to prevent the problem of deviation from the predetermined position when the semiconductor chip is mounted on the defective lead frame. The effect can be obtained.
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