KR101305338B1 - 고속 검사모듈 및 이를 이용한 싱귤레이션 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 패키지 싱귤레이션 장치의 검사모듈 및 이를 이용한 싱귤에이션 장치에 관한 것으로서, 절단하여 세척된 패키지들이 안착되는 볼검사 척 테이블(510), 볼검사 척 테이블(510)이 레일(520)을 따라 이동할 때 볼면에 잔류한 물기를 제거하기 위한 에어블로워(530), 볼면을 촬영하여 검사하기 위한 볼검사 카메라(540), 마크검사 픽커(560)에 설치되어 마크면 검사를 위한 마크검사 척 테이블(550) 및 마크면을 촬영하여 검사하기 위한 마크검사 카메라(580)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고속 검사모듈 및 이를 이용한 싱귤레이션 장치{High throughput inspection module and Singulation apparatus using the inspection module}
본 발명은 고속 검사모듈 및 이를 구비한 싱귤레이션(singulation) 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 영역 스캔방식의 칩단위로 검사하는 방식에서 절단된 스트립(strip) 전체를 한꺼번에 라인 스캔방식으로 검사하여 단위 시간당 생산량을 향상시킨 싱귤레이션 장치에 관한 것이다.
반도체 패키지 싱귤레이션 장치는 반도체 패키지 스트립(strip)을 개별 반도체 패키지로 절단(sawing)하고, 세척(washing)한 후 검사(inspection)를 하여 양품과 불량으로 분류(sorting)하여 트레이에 담아 수납하는 장치이다.
싱귤레이션 장치에서 검사모듈은 패키지의 앞면과 뒷면을 카메라로 촬영하여 개별화된 패키지의 ID, 볼(ball), 마크(mark), 외형, 사이즈, 결함유무 등을 비전(vision)검사로 양품과 불량으로 판정한다.
종래의 기술에서 비전검사는 주로 영역 스캔(area scan) 방식을 사용하였다. 영역 스캔 방식은 정지된 상태에서 영상을 획득하여 간단하다는 장점을 가지나, 방대한 데이터 영상이나 정밀도의 한계로 검사영역의 제한과 흐름 정지에 의하여 검사의 생산성이 낮다는 문제점을 가진다.
또한, 종래의 기술에서는 상부에서 영상을 얻기 때문에 앞면(볼면)을 검사하고 뒷면(마크면)을 검사하기 위해서는 패키지를 뒤집어 적재하는 리버스 턴테이블(reverse turn table)이 사용되어 패키지를 뒤집는 공정이 추가되고, 개별화된 칩단위로 비전검사를 하여 검사모듈에서 검사하는 시간이 오래 걸리는 문제점이 있었다.
또한, 비전 검사를 위한 조명이 상부에서 조사되어 절단된 패키지 사이사이의 좁은 골과 그림자로 반도체 패키지의 윤곽이 정확하게 촬영되지 못하는 현상이 발생하여 비전 검사의 정확도가 현저하게 저하되는 문제가 있다.
특허문헌 1에는 백라이트와 라인 스캔 카메라를 이용한 기술이 개시되어 있으나, 백라이트 수와 이동에 관한 것으로서 패키지의 윤곽이 뚜렷하게 하는 기술이 제시되어 있지 못하여 싱귤레이션 장치에 적용할 수 없다.
1. 한국 공개특허 제10-2010-0084829호 2. 한국 공개특허 제10-2010-0071621호 3. 한국 특허공보 제10-0418356호
상기와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명에서는 라인 스캔방식을 사용하여 칩단위가 아닌 스트립 단위로 비전검사를 하고 이를 효과적으로 수행할 수 있는 볼 검사 척 테이블과 마크면 검사 척 테이블을 제공하여, 비전검사의 오류를 줄이고 반도체 패키지들을 신속하고 효율적으로 취급하여 단위 시간당 생산량(UPH: unit per hour)을 향상시킨 검사모듈 및 이를 이용한 싱귤레이션 장치를 제공하고자 한다.
상기의 해결하고자 하는 과제를 위한 본 발명에 따른 싱귤레이션 장치용 검사모듈의 구성은, 절단하여 세척된 패키지들이 안착되는 볼검사 척 테이블(510), 상기 볼검사 척 테이블(510)이 레일(520)을 따라 이동할 때 볼면에 잔류한 물기를 제거하기 위한 에어블로워(530), 상기 볼면을 상부에서 촬영하여 검사하기 위한 볼검사 카메라(540), 마크검사 픽커(560)에 설치되어 마크면 검사를 위한 마크검사 척 테이블(550) 및 상기 마크면을 하부에서 촬영하여 검사하기 위한 마크검사 카메라(580)를 포함하되,
상기 볼검사 척 테이블(510)과 마크검사 척 테이블(550)에는 배후조명(back light)이 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 마크면 검사는 절단된 스트립 전체를 검사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 마크검사 척 테이블(550)의 흡착패드(551)가 n x m 행렬로 배열되고, 중앙 부분이 돌출되어 있는 철(凸)형태로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 마크검사 카메라(580)는 라인 스캔(line scan) 카메라인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 다른 검사모듈은 절단된 반도체 패키지를 뒤집어 적재하는 공정 없이 하부의 라인 스캔 카메라로 촬영하여, 비전검사의 오류를 줄이고 반도체 패키지들을 신속하고 효율적으로 취급하여 단위 시간당 생산량(UPH: unit per hour)을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 검사모듈의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 볼검사 척 테이블.
도 3은 본 발명에 따른 마크검사 척 테이블.
도 4는 본 발명에 따른 라인 스캔 카메라의 촬영방법 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 라인 스캔 카메라의 전송방식.
도 6은 본 발명에 따른 싱귤레이션 장치
이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 도면을 참고하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 하나의 발명을 설명하기 위한 것으로서 권리범위는 실시예에 한정되지 않고, 예시된 도면은 발명의 명확성을 위하여 핵심적인 내용만 확대 도시하고 부수적인 것은 생략하였으므로 도면에 한정하여 해석하여서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 검사모듈(500)의 사시도로서, 절단하여 세척된 패키지들이 안착되는 볼검사 척 테이블(510), 볼검사 척 테이블(510)이 레일(520)을 따라 이동할 때 앞면(볼면)에 잔류한 물기를 제거하기 위한 에어블로워(530), 볼면을 촬영하여 검사하기 위한 볼검사 카메라(540), 마크검사 픽커(560)에 설치되어 뒷면(마크면) 검사를 위한 마크검사 척 테이블(550), 뒷면 건조를 위한 적외선 램프(570) 및 마크면을 촬영하여 검사하기 위한 마크검사 카메라(580)를 포함한다.
상기 볼검사 척 테이블(510)은 도 2에 도시된 바와 같이 하우징(513)이 불투명 아크릴 소재로 되어 있어 내장된 LED 조명(512)이 분산되어 은은하게 투광되도록 되어 있고, 고무로 된 흡착패드(511)가 n x m 행렬로 배열되어 있다. 흡착패드(511)의 중앙에는 진공이 연통되는 흡착홀이 형성되어 있어 개별화된 패키지들 전체를 진공흡착한다.
본 발명에 따른 볼검사 척 테이블(510)은 불투명 아크릴 소재로 바람직하게는 흰색 아크릴 소재로 되어 있다. 불투명 아크릴 소재의 사용은 볼검사 척 테이블의 내부에 설치된 LED 광원이 직접 투광될 경우 과잉 휘도에 의한 과잉 노출이 되어 하얗게 되는 현상을 방지하기 위한 것으로, 빛이 골고루 분산되어 과잉 노출이 되지 않아 개별화된 패키지 사이로 빛이 적당하게 투광될 수 있어, 절단면의 윤곽이 선명하고, 절단된 상태, 사이즈 등을 정확하게 측정하여 분류할 수 있다.
상기 에어블로워(530)는 볼검사 척 테이블(510) 상부에 설치되어 볼 검사 레일(520)을 따라 볼검사 척 테이블(510)이 이동할 때 세척 후 개별화된 패키지 전체(집합)에 잔류하는 물기를 제거한다.
상기 볼검사 카메라(540)는 볼 검사 레일(520)을 따라 볼검사 척 테이블(510)이 이동할 때 상부에서 볼면을 촬영한다. 비전검사 제어부(미도시)는 촬영된 볼면 영상으로부터 ID를 인식하고, 볼의 위치, 볼의 존재여부, 볼의 상태, 볼의 피치, 패키지의 치수 및 표면 상태 등을 기준 모델(good model)과 비교하여 양품과 불량으로 판정하여 저장하고 분류 시 사용한다.
상기 마크검사 척 테이블(550) 도 3에 도시된 바와 같이 하우징(553)이 불투명 아크릴 소재로 바람직하게는 흰색 아크릴 소재로 되어 있다. 불투명 아크릴 소재의 사용은 마크검사 척 테이블의 내부에 설치된 LED 광원(552)이 직접 투광될 경우 과잉 휘도에 의한 과잉 노출이 되어 하얗게 되는 현상을 방지하기 위한 것으로, 빛이 골고루 분산되어 과잉 노출이 되지 않아 개별화된 패키지 사이로 빛이 적당하게 투광될 수 있다. 고무로 된 흡착패드(551)가 n x m 행렬로 배열되어 있다. 흡착패드(551)는 볼이 형성된 부분을 피해 패키지의 가운데만 흡착할 수 있도록 중앙 부분이 돌출되어 있는 철(凸)형태로 형성된다. 중앙에는 진공이 연통되는 흡착홀이 형성되어 있어 개별화된 패키지들 전체를 진공 흡착한다.
볼검사 척 테이블(510)에 적재된 패키지들은 볼검사 카메라(540)를 지나 볼 검사 레일(520)의 일정구역에 정지하면 마크검사 스테이지의 마크검사 픽커(560)가 하강하여 마크검사 척 테이블(550)로 개별화된 패키지들의 볼면을 흡착하여 상승하고 90 도 방향전환을 하여 이동한다. 적외선 램프(570)을 지나면서 마크면을 건조시키고 하부의 마크검사 카메라(580)로 촬영을 한다.
상기 마크검사 카메라(580)는 영역 스캔(area scan) 카메라 또는 라인 스캔(line scan) 카메라를 사용할 수 있다. 영역 스캔은 정지된 상태에서 영상을 획득하는 반면, 라인 스캔은 계속 움직이면서 스캔하여 영상을 획득하는 방식이다. 영역 스캔은 영상획득에서 간단하다는 장점을 가지나, 방대한 데이터 영상이나 정밀도의 한계로 검사영역의 제한과 흐름 정지에 의하여 검사의 생산성이 낮다는 문제점을 가진다. 따라서 본 발명에서는 넓은 영역을 고속으로 촬영 가능하고, 저가의 검사장치로 고해상도(8~12k) 영상의 획득이 가능한 라인 스캔방식을 사용한다.
도 4는 본 발명에 따른 라인 스캔 카메라의 촬영방법 도식화한 것으로서, 촬영대상(object)이 이동할 수도 있고, 마크검사 카메라(580)가 이동하면서 촬영할 수도 있는데, 본 발명에서는 마크검사 픽커(560)가 촬영대상인 개별화된 패키지 전체를 픽업하여 마크검사 레일을 따라 이동하면 정지한 하부의 마크검사 카메라(580)가 촬영한다.
도 5는 라인 카메라의 전송방식을 도시한 것으로서 한 번에 한 라인씩 촬영하고 전송하는 방식으로 매 라인을 임의의 속도로 받을 수 있다. 2048 x 2048 크기의 프레임을 얻기 위해 면적 카메라는 4M의 픽셀 수가 필요한데 반해, 라인 스캔은 2k의 픽셀만 필요하고 2048 x 2048뿐만 아니라 2048 x 10000 등 임의의 크기가 가능해 저가로 고속, 고해상도 영상을 얻을 수 있다.
상기 마크검사 카메라(580)는 마크 검사 레일을 따라 마크검사 척 테이블(550)이 이동할 때 하부에서 마크면을 촬영한다. 비전검사 제어부(미도시)는 촬영된 마크면 영상으로부터 기준부재, 마크부재, 틀어진 마크, 깨지거나 빠진 철자, 스크래치, 마크위치 불량, 스플래시, 콘트라스트 불량 등을 기준 모델(good model)과 비교하여 양품과 불량으로 판정하여 저장하고 분류 시 사용한다.
도 6은 본 발명에 따른 검사모듈을 사용한 싱귤레이션 장치의 사시도를 보여주는 것으로서 적재모듈(100), 정렬모듈(200), 절단모듈(300), 세척모듈(400), 검사모듈(500), 분류모듈(600) 및 언로드모듈을 포함한다.
상기 적재모듈(100)은 복수의 패키지 기판 또는 스트립을 적재한 매거진을 레일로 연속적으로 공급하고, 매거진 픽커(picker)에 의해 픽업하여 정렬모듈(200)에 안착시킨다.
상기 정렬모듈(200)은 서보 모터에 의해 좌우로 회전시키면서 기판을 안쪽 방향으로 이동시켜 수평 위치를 보정하고 진공 패드에 진공을 발생시켜 기판을 고정시킨다.
상기 절단모듈(300)은 스트립 픽커로 기판을 선택적으로 인출하여 척 테이블에 안착시킨 후 쏘잉(sawing) 스테이지에서 절단한다. 절단 모듈의 척 테이블은 일반적으로 1척 또는 2척으로 구성되나, 본원발명에서는 4척으로 구성하여 대기시간을 단축하여 UPH를 향상시킬 수 있다. 절단 모듈의 상부에는 척 테이블을 이송하는 패스(pass)모듈이 설치된다.
상기 세척모듈(400)은 절단모듈(300)에서 절단된 개별화된 패키지들 전체를 픽업하여 PVA 스폰지로 구성된 브러쉬와 세척수 노즐 위를 통과시켜 절단 시에 발생한 파티클 등을 제거하고 에어 드라이로 건조한다.
상기 검사모듈(500)은 개별화된 패키지의 앞면과 뒷면을 카메라로 촬영하여 개별화된 패키지의 ID, 볼(ball), 마크(mark), 외형, 사이즈, 결함유무 등을 비전(vision)검사로 양품과 불량으로 판정하고 제어부에 의해 저장된다.
상기 분류모듈(600)은 검사된 개별 패키지들을 픽앤플레이스(pick&place) 픽커에 의해 양품과 불량품으로 나누어 트레이에 적재한다.
상기 언로드모듈은 양품과 불량품으로 나누어 적재된 트레이를 엘리베이터에 의하여 언로드한다.
10: 싱귤레이션 장치 20: 패키지
100: 적재모듈 200: 정렬모듈
300: 절단모듈 400: 세척모듈
500: 검사모듈 510: 볼검사 척 테이블
520: 볼검사 레일 530:에어블로워
540: 볼검사 카메라 550:마크검사 척 테이블
551: 철(凸)형 흡착패드 552: LED 조명
553: 아크릴 하우징 560: 마크검사 픽커
570: 적외선 램프 580: 마크검사 카메라
600: 분류모듈

Claims (5)

  1. 절단하여 세척된 패키지들이 안착되는 볼검사 척 테이블(510);
    상기 볼검사 척 테이블(510)이 레일(520)을 따라 이동할 때 볼면에 잔류한 물기를 제거하기 위한 에어블로워(530);
    상기 볼면을 상부에서 촬영하여 검사하기 위한 볼검사 카메라(540);
    마크검사 픽커(560)에 설치되어 마크면 검사를 위해 개별화된 패키지들 전체를 진공흡착하는 마크검사 척 테이블(550); 및
    상기 마크면을 하부에서 촬영하여 검사하기 위한 마크검사 카메라(580)를 포함하되,
    상기 마크검사 척 테이블은 n x m 행렬의 흡착패드(551)가 형성되고,
    상기 흡착패드는 패키지의 볼이 형성된 부분을 피해 패키지의 가운데만 흡착할 수 있도록 중앙 부분이 돌출된 철(凸)형태로 형성되고 중앙에는 진공이 연통되는 흡착홀이 형성되고,
    상기 마크검사 픽커(560)가 하강하여 마크검사 척 테이블(550)로 개별화된 패키지들 전체의 볼면을 흡착하여 상승하고 90도 방향전환을 하여 상기 마크검사 카메라(580)의 라인 스캔(line scan) 카메라 상부로 통과하며,
    상기 볼검사 척 테이블(510)과 마크검사 척 테이블(550)은 불투명 아크릴 소재로 구성된 하우징 내에 LED광원의 배후조명(back light)이 설치된 것을 특징으로 하는 싱귤레이션 장치용 검사모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마크면 검사는 절단된 스트립 전체를 한꺼번에 라인 스캔하는 것을 특징으로 하는 싱귤레이션 장치용 검사모듈.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 라인 스캔 카메라로 촬영한 데이터를 시프트 레지스터(shift register)를 통하여 전송하는 것을 특징으로 하는 싱귤레이션 장치용 검사모듈.
  5. 제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항의 검사모듈을 구비한 싱귤레이션 장치.
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