KR19990013538A - 픽 앤드 플레이스 설비내의 삽입 오류 감지 장치 - Google Patents

픽 앤드 플레이스 설비내의 삽입 오류 감지 장치 Download PDF

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KR19990013538A
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페란테토드
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마젤레스다니타제이.엠.
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Abstract

트레이로부터 IC 부품들을 제거하고 이들을 번인 보드(burn-in board; BIB)에 삽입하는 픽 앤드 플레이스(pick and place)의 헤드는 하나 이상의 감지기를 포함하는데, 이 감지기는 트레이로부터 집어 올려진 부품으로부터 반사된 광을 검출하고, 부품이 헤드에 부적절하게 안착되거나(잘못 조준됨) 또는 BIB의 소켓에 부적절하게 삽입(잘못 삽입됨)되는 지를 결정하기 위해 분석될 수 있는 신호를 출력한다.

Description

픽 앤드 플레이스 설비내의 삽입 오류 감지 장치
발명의 분야
본발명은 IC 부품들을 트레이(tray)에서 번인 보드(burn-in board)로 이동시키기 위해 반도체 산업에서 사용되는 바와같은 향상된 픽 앤드 플레이스(pick and place) 설비에 관한 것이다. 특히, 본발명은 번인 보드 소켓에서 또는 픽 앤드 플레이스 디바이스의 프리사이저(precisor)내에 잘못 삽입된 IC 부품들의 감지에 관한 것이다.
발명의 배경
반도체 IC 제조 공정에서, 최종 단계 중 하나는 번인 단계이다. 번인 공정에서, IC 디바이스는, 디바이스에 입력을 제공하고 디바이스의 응답을 테스트하는 전기 접점이 구비된 보드상의 소켓으로 로딩되는데, 이 동안 보드는 연장된 시간 주기동안 오븐에서 상승된 온도로 유지된다. 이 공정을 최적화하기 위해, 많은 디바이스들은 각각의 번인 보드(BIB)내로 로딩되며, 많은 BIB는 각각의 오븐내로 로딩된다. 번인에 앞서, 이 디바이스들은 제조 공정을 통해 수송하도록 트레이에 위치된다. 번인을 진행하기 위해서, 디바이스들이 트레이로부터 제거되고 BIB내로 로딩될 필요가 있는데(번인의 종결시에 그 역 또한 같음), 이를 달성하는데 사용되는, 번인 보드의 로더/언로더로 알려진 장치 중 하나의 실례는 캘리포니아주 산 조세시의 Schlumberger Technologies, Inc., ATE Division으로부터 입수가능한 BLU 300이다. BLU 300은 미국 특허출원 제 08/664,099호에 상세히 설명되어 있는 것으로, 이의 내용들은 본원에 참고로 반영되어 있다.
사용시, BLU 300은 진공 노즐이 달린 조정기 헤드를 사용하여 트레이내의 위치로부터 디바이스를 채집한다. 그리고 나서 조정기 헤드(handler head)는 소켓에 배치된 디바이스 및 BIB내의 위치로 이동되는데, 조정기 헤드는 디바이스가 BIB 소켓에 정확히 삽입되도록 정확한 정렬 상태의 디바이스를 제공해야 하는 것으로 의도된다. 소켓 자체에는 인입 베벨(lead-in bevel)이 제공될 수 있다. 디바이스를 트레이로부터 소켓으로 이동시키는 경우, 소켓 인입은 디바이스가 개방 소켓에 삽입되는 경우 이것이 얼마나 정확하게 위치 결정되어야 하는 지를 결정한다. 트레이가 디바이스를 알려진 위치에서 충분히 정확하게 유지하고 소켓 인입이 다량인 경우, 디바이스는 간단한 흡입 컵을 사용하여 집어올리고 소켓에 직접 삽입될 수 있다. 디바이스가 트레이에서 헐거워지는 경우, 디바이스는 이를 소켓에 삽입하기 전에 보다 엄격히 제어된 위치로 정조준되어야 한다. 정조준하는 한가지 방법은 디바이스의 중심을 맞추는 정조준 스테이션에 디바이스를 삽입하고 나서, 이것을 보다 정확한 위치로부터 집어 올려 소켓에 삽입시키는 것이다. 보다 신속한 방법은 노즐 헤드상의 포켓(프리사이저)내로 디바이스를 흡입시키는 것이다. 이 포켓은 정조준된 위치로부터 소켓내로 삽입되는 디바이스의 중심을 맞춘다. 노즐 프리사이저(nozzle precisor)가 적절히 작동하기 위해, 디바이스는 포켓에 완전히 안착되어야 한다. 디바이스가 위치로부터 매우 멀리 떨어지는 경우, 또는 흡입 컵이 너무 굳어 있거나, 디바이스가 지나치게 큰 경우, 이것은 안착되지 않을 수도 있다. 이 경우, 디바이스를 삽입하고 이것을 보다 바람직한 위치로부터 재 취득하려고 시도하거나, 또는 도구를 사용하여 배치하기에 적당하지 않은 디바이스를 제거하는 것이 바람직하다. 감지기는 디바이스가 적절히 안착되는 지를 감지하는데 요구된다.
디바이스가 소켓에 삽입되는 경우, 이것은 소켓에 완전히 정확하게 안착되지 않을 수 있다. 잘못 배치된 디바이스에 대한 원인들 중에는 구부러지거나 손상된 디바이스 또는 소켓, 위치를 벗어난 노즐, 및 완전히 개방되지 않은 소켓 때문이다. 잘못 배치된 디바이스가 감지되고 정확하게 처리되는 것은 중요하다. 번인 보드는 시험 수율을 최대화하기 위해 적절히 안착된 디바이스로 완전히 로딩되어야 한다. 잘못 조준된 디바이스는 교체되거나 제거될 필요가 있다. 소켓이 잘못 삽입된 디바이스 상에서 폐쇄되어지는 경우 몇몇 양호한 디바이스들이 잘못 삽입되고 손상될 가능성이 또한 존재한다. 삽입 오류는 디바이스에 손상을 입히지 않기 위해 검출되어야 한다. 과거에는, 디바이스가 소켓에 삽입되는 경우 삽입 오류는 경량의 플래그(flag)가 디바이스의 뒷면에 장착되도록 하여 검출되어 왔다. 감지기는 디바이스가 안착된 경우(적절한 안착을 나타냄) 또는 플래그가 너무 높은 경우(잘못 삽입된 디바이스를 나타냄) 플래그가 적절한 높이에 있는 지를 검출하는데 광 빔을 사용한다. 불운하게도, 이 플래그는 위치 고정되고 무용화되는 경향이 있다. 또한, 일부 디바이스는 적절하게 안착되기 위해 소켓에 자유롭게 들어가야 한다. 잘못 삽입된 플래그는 디바이스의 안착을 방해할 수 있다.
본발명의 목적은 선행 기술인 시스템의 결점이 없는 잘못 삽입되거나 잘못 조준된 디바이스를 검출할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 본발명을 구체화한 픽 앤드 플레이스 시스템의 측면도;
도 2는 도 1에 도시된 시스템의 헤드를 통한 단면도;
도 3은 위로부터 본 헤드의 사시도; 및
도 4는 아래로부터 본 헤드의 사시도이다.
본발명은, 한 부품으로부터 반사된 광을 검출하고 상기 부품이 헤드에 부적절하게 안착(잘못 조준됨)되거나 BIB의 소켓에 부적절하게 삽입(잘못 삽입됨)되는 지를 결정하기 위해 분석될 수 있는 신호를 출력하는 픽 앤드 플레이스 시스템의 헤드내의 시트에 감지기를 제공하는 것이다.
본발명의 이점은 기능 부전에 대한 삽입 오류나 조준 오류 또는 배치하는데 걸리는 시간을 검출하는데 사용되는 이동하는 부품들이 존재하지 않는 다는 것이다. 따라서, 시스템은 신뢰성 및 처리 시간을 증가시킬 수 있다.
헤드는 IC 부품들이 트레이 또는 BIB로부터 채집되는 경우 이들이 위치하는 하나 이상의 시트를 포함하는 것이 전형적이다. 각각의 시트는 베이스에 배치된 하나 이상의 감기기를 지닐 수 있다. 시트에 자리한 하나 이상의 감지기를 사용함으로써, 절절하게 시트에 들어가지 않거나 또는 BIB 소켓에 잘못 삽입된 부품들 뿐만 아니라 시트내의 경사진 부품들을 검출하는 것이 가능하다.
감지기로부터의 신호는 삽입 오류 또는 조준 오류를 나타내는 신호 레벨을 식별하기 위해 교정되는 픽 앤드 플레이스의 제어 시스템에 공급된다. 이러한 어느 한 경우를 검출하는 경우, 시스템은 트레이내의 부품의 교체, 및 또 다른 부품의 재 취득, 교체 및 선택, BIB로부터의 제거 및 재 삽입, 또는 BIB 소켓으로부터의 제거 및 소켓에 삽입될 트레이로부터 새로운 부품의 선택에 뒤이은 제거와 같은 적당한 교정 조치를 취할 수 있다. 단일 감지기가 조준 오류 도는 삽입 오류 검출에 해당하는 두개의 레벨에서 측정할 수 있도록 각 감지기에 대한 2중 채널 증폭기가 사용된다.
도 1은 출원번호 제 08/664,099호에서 보다 상세하게 설명된 처리 장치에 대한 실례를 부분적으로 절단된 정면도로 보여준다. Schlumberger 모델 BLU300(명료하게 나타내기 위해 부품들이 생략된 상태로 도 4에 개략적으로 도시된 바와같이)과 같은 BIB 로더/언로더는 X-서보(102), Y-서보(104) 및 Z-서보(106)를 포함하는데, X-서보 및 Y-서보는 BIB 또는 트레이(도시되지 않음)의 소켓에 대하여 X- 및 Y- 방향으로 헤드(120)를 위치 결정하도록 프로그램 가능한 제어기(115)에 의해 명령받으며, Z-서보는 헤드(120)를 수직으로(Z 방향으로)이동시키도록 프로그램가능한 제어기(115)에 의해 명령받는다. 이와같은 시스템은 트레이로부터 부품을 선택하고, 부품을 삽입 또는 BIB내의 소켓으로부터 부품을 제거하며, 트레이로 부품을 귀환시키데 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 서보(102, 104, 106)는 헤드(120)가 세타-축 조립체에 의해 부착된 브래킷(108)을 위치 결정하는데, 상기 조립체는 브래킷(108)에 의해 지탱되는 하우징(130)을 포함하고 여기서 스핀들 조립체(162)는 세타 방향으로(Z-축의 주위로)회전하도록 장착된다. 스핀들 조립체(162)는 프로그램가능한 제어기(115)의 제어하에 세타-축 서보(105)에 의해 회전된다. 구동 벨트(114)(단면으로 볼 수 있음)는 스핀들 조립체(162)의 스핀들(160)에 서보(105)의 샤프트를 연결시킨다. 세타-축 인코더(110)는 스핀들(160)의 회전 위치를 제어기(115)에 알려준다. 프로그램가능한 제어기(115)는 단일 박스로 도시되어 있지만, 메모리 및 입력/출력 디바이스를 지니는 프로그램가능한 범용 프로세서, 기압 소스, 제어 요소, 솔레노이드, 스위치, 감지기와 같은 다양한 요소들, 및 설명된 방식으로 시스템을 제어하는데 요구되는 기타 널리 공지된 요소들을 포함하는 것이 전형적이다.
헤드(120)는 노즐 본체(175) 및 프리사이저 블록(precisor block; 180)을 포함하고, 그 구조 및 조작은 아래에 기술되어 있다. 노즐 본체(175)를 통과하는 한 쌍의 노즐(190)은 라인에 의해 퍼프(puff) 기압 소스 또는 제어기(115)에 의해 제어되는 부착물(fittings; 185)을 통하여 진공 소스에 접속되어 있다. 제어기(115)와 교신하는 감지기(200)는 라인 내의 진공/압력을 감지한다.
도 2, 3 및 4는 헤드(120)의 보다 상세한 모습을 도시한다. 여기서 도시된 실시예에서, 헤드(120)는 2개의 프리사이저 시트(precisor seat)를 포함하는데, 각각은 진공 노즐 및 감지기 배열을 장착하고 있다. 헤드(120)는 헤드에 제공된 보어(220)를 구비한 노즐 본체(175)를 포함한다. 환상 부싱(annular bushing; 227)이 각 보어를 따라서 제공되고 부싱(227) 아래의 보어(220)의 하부는 개방되어 스프링 시트(230)를 한정한다. 노즐(190)과 부싱(227)사이의 부착(fit)은 실(seal)을 형성하여 부싱(227) 상부의 보어 부분이, 부착물(185)을 통하여 진공/압력 소스(도시 안됨)에 접속되어 있는 진공실(232)을 한정한다. 압력 감지기가 공급 라인 내에서 진공/압력 소스에 제공되고 기압 자물쇠(pneumatic lock; 도시되지 않음)가 각 실(232)에 포함되는데, 이것은 필요한 경우 수축된 위치의 노즐(190)을 잠그는 역할을 한다. 공기 공급 라인(도시 안됨)은 접속부(225)를 통하여 상기 자물쇠에 접속된다. 프리사이저 블록(180)은 노즐 본체(175)의 하부 말단에 부착되고, 노즐 본체(175) 내의 보어(220)/스프링 시트(230) 및 프리사이저 시트(240)에 접속하고 있는 상보적 보어(234)를 구비한다. 가늘고 긴 노즐(245)은 부싱(227) 내에서 활주할 수 있도록 각 보어(220) 내에 수용된다. 노즐(245)은 상보적 보어(235) 및 프리사이저 시트(240)를 통하여 돌출한 고무 흡입 컵(250)을 포함한다. 칼라 부분(collar part; 255)은 노즐(245)의 하부 말단 주위로 형성되고 압축 스프링(260)은 칼라(255) 및 부싱(227)의 하부 말단 사이에서 노즐(245) 주위에 위치하고 있다. 칼라는, 스프링(250)이 본체(175)로부터 노즐(245)이 이젝트하는 것을 방지하는 상보적 보어(235)보다 크다. 한 쌍의 감지기(265)는 프리사이저 블록(180) 내에서 각 프리사이저 시트(240)에 제공되고, 감지기(265)는 블록(180)을 통하여 시트(240)의 기저부 또는 상보적 보어(235) 및 노즐(245)의 측면내로 관통한다. 적합한 감지기는 Keyence FU-48 역반사 광 감지기인데, 그 출력 신호는 제어기(115)의 부분을 형성하는 Keyence KS-V1 이중-채널 디지털 증폭기에 공급된다.
사용에 있어서, 헤드(120)는 트레이 내의 부분(270, 도시 안됨)의 상부표면이 노즐(245)의 고무 컵(250)의 개방 말단을 폐쇄한 채, 부분(270)의 상부에 위치하도록 이동된다. 실(232)에 진공을 적용하는 것은 스프링(260)의 작용에 대항하여 노즐(245)이 수축하고, 부분(270)이 트레이로부터 들어올려져서 프리사이저 시트(240)내로 들어가는 것을 유발한다(도 2의 오른쪽에 도시됨). 시트(240)의 각진 모서리(275)는 부분(270)과 시트(240) 사이에 약간의 오정열(misalignment)이 있는 경우, 부분(270)이 시트(240)내에 위치하도록 강제한다. 이 시점에서, 감지기(265)로부터의 출력이 시트(240) 내에 적절히 위치한 부분에 대한 예정값과 비교된다. 만약 각 감지기로부터의 신호가 너무 높은 경우, 이것은 상기 부분이 적절히 시트하지 않았음을 의미한다. 이것은 상기 부분의 오정열 및 시트(240)가 모서리(275)상의 베벨에 대해 너무 커서 상기 부분을 정열할 수 없기 때문에 발생할 수 있다. 만약 하나의 감지기가 다른 하나보다 높은 값을 나타내면, 상기 부분은 시트 내에서 기울어져 있다. 어느 경우에서든, 시스템은, 진공을 방출함으로써, 및 선택적으로 상기 부분을 방출하는 공기의 퍼프를 제공함으로써(도 2의 왼쪽에 도시됨), 상기 부분이 트레이에 되돌아오도록 프로그램될 수 있다. 그러면 상기 시스템은, 상기 트레이가 상기 부분을 보다 정확히 정열하도록, 상기 동일 부분을 재획득하는 시도를 할 수 있다. 택일적으로, 상기 시스템은 트레이의 다른 위치로부터 상기 부분을 획득하도록 명령을 받을 수 있다. 일단 프리사이저 시트내의 상기 부분의 적절한 시팅(seating)이 감지기에 의해 확인되기만 하면, 헤드는 BIB 상부로 이동되고, 상기 부분은 트레이에 되돌아올 때와 동일한 방법으로 소켓 내에 위치한다. 이 시점에서, 감지기(265)로부터의 출력이 또다른 예정값과 비교되어 상기 부분이 소켓내에 적절히 삽입되었는지 탐지한다. 만약 감지기가 부적절한 삽입을 나타내면, 시스템은 소켓으로부터 상기 부분을 재획득하도록 명령받을 수 있고 상기 부분이 소켓에 적절히 재삽입되도록 시도할 수 있다. 택일적으로, 상기 부분은 트레이에 되돌아갈 수 있고, 다른 부분은 그 소켓에 삽입될 수 있다.
본발명의 범위를 유지하면서 시스템에 변형이 가해질 수 있다. 예들들면 다음과 같다:
1) 더 적거나 더 많은 감지기가 탐지를 수행하는데 사용될 수 있다. 더 큰 부분은 더 많은 감지기를 필요로 할 것이고, 더 작은 부분은 하나의 감지기에 대한 공간만을 가지고 있을 것이다.
2) 감지기는, 삽입 오류(misinsert) 및 조준 오류(misprecise) 모두를 체크하기 위한 이중 채널 증폭기를 사용하는 대신, 삽입 오류 또는 조준 오류만을 감지하는 단일 채널 증폭기와 함께 사용될 수 있다.
3) 하부 방향, 비-접촉 감지기가, 상기 부분을 백스톱(backstop)쪽으로 단순히 당기는 포켓이 없는 노즐 상에도 또한 사용될 수 있다.
4) 트레이로부터의 노즐 픽 높이(nozzle pick height)는, 삽입 오류 탐지 강도가 트레이 포켓 내에 존재하는 부분이 있는지를 나타내도록 설정될 수 있다. 이것은 다른 부분 탐지 방법에 비해 시간을 절약할 수 있다.
본발명의 이점은 기능 부전에 대한 삽입 오류나 조준 오류 또는 배치하는데 걸리는 시간을 검출하는데 사용되는 이동하는 부품들이 존재하지 않는 다는 것으로서, 결과적으로 시스템은 신뢰성 및 처리 시간을 증가시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 복수개의 부품을 가진 트레이로부터 각 부분을 제거하기 위한 픽 앤드 플레이스(pick and place) 시스템에 있어서,
    a) 각 부품상에 위치 결정되도록 트레이 상에서 이동가능한 취득 헤드;
    b) 헤드 내에서 소정의 정렬로 부품을 유지하기 위해 헤드 내에 한정된 시트;
    c) 트레이로부터 헤드내로 부품을 리프팅하기 위한 헤드 내의 수단; 및
    d) 상기 부분으로부터 반사된 광을 탐지하고 반사된 광에 반응하여 신호를 출력하는 헤드내의 감지기; 및
    e) 감지기에 의한 신호 출력을 받아서 분석하고, 분석된 신호에 따른 제어 신호를 헤드에 제공하는 제어 시스템
    을 포함하는 픽 앤드 플레이스 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 헤드는 번-인 보드내의 소켓 상에서 위치 결정되도록 부가적으로 이동가능한 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 시트는, 부품이 시트 내로 삽입되는 동안 소정의 정렬내로 부분을 강제하도록 하는 형태인 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 부품을 헤드 내로 리프팅하는 수단은 시트 내에 위치한 흡입 노즐을 포함하는 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 복수개의 감지기가 헤드에 제공되고, 그 각각은 제어 시스템에 출력 신호를 제공하고, 제어 시스템은 각 신호를 분석하여 그에 따른 제어 신호를 출력하는 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제어 시스템은 헤드내의 부품의 위치 및 정렬을 나타내는 소정의 신호 레벨과 비교하여 감지기에 의해 출력되는 신호를 분석하는 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 감지기 출력 신호는 분석되어 헤드 내에서 부적절하게 안착된 부품을 검출하고, 부적절하게 안착된 부품의 검출에 근거하여 제어 신호를 헤드에 제공하여 그러한 오류를 보정하는 시스템.
  8. 제 2항에 있어서, 트레이로부터 부품을 리프팅하기 위한 수단은 상기 부분이 소켓 내에 데포지트하도록 동작가능한 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 감지기는 소켓내의 부분으로부터 반사된 광을 또한 검출하여, 제어 시스템에 부가적인 출력 신호를 제공하는 시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제어 시스템은 부가적인 출력 신호를 분석하여 상기 부분이 소켓내로 올바르게 삽입되었는지 결정하는 시스템.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 부가적인 출력 신호는 분석되어 소켓 내에 부적절하게 삽입된 부분을 탐지하고, 부적절하게 삽입된 부분의 탐지에 근거하여, 제어 신호를 헤드로 제공하여 그러한 오류를 보정하는 시스템.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 감지기로부터의 신호는 이중 채널 증폭기에 의해 처리되어 부적절하게 안착되고 부적절하게 삽입된 부분을 탐지하는 시스템.
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