JP2012522224A - 電子デバイスの検査のための改善されたシステム及び方法 - Google Patents

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Abstract

電気的特性及び光学的特性の両方によって、電気光学デバイス52を高速で検査及び選別するための改善された方法及び装置を開示する。電気光学デバイス52、特に発光ダイオードは、ダイシングデバイス14によってダイシングされ、線形トラック12に移送され、ここで、電気的特性及び光学的特性が検査(20)される。そして、デバイスは、検査された特性に応じて、多数の異なるビン24に選別(26)される。
【選択図】 図1

Description

本特許出願は、2009年3月26日に出願された米国仮出願番号第61/163,550号の優先権を主張する。
技術分野
本発明は、小型電子デバイスの検査及び選別のためのシステム及び方法に関する。詳しくは、本発明は、発光ダイオード(light emitting diode:LED)の電気的特性及び光学的特性の検査のためのシステム及び方法に関する。より詳しくは、本発明は、LEDの電気的特性及び光学的特性を高速で検査し、それらの特性に基づいて、それらを多くのカテゴリに選別するシステム及び方法に関する。
多くの電子デバイスは、製造の間、自動検査システムによってその電気的特性及び光学的特性が検査される。典型的な自動検査システムは、精密な電気的又は光学的検査設備を用いて、デバイスの電気的特性及び光学的特性に関連する値を調べ、これらを合格又は不合格にし、又はその測定値に応じてこれらを出力カテゴリ(output category)に選別する。小型デバイスに対して、自動検査システムは、バルクロード(bulk loads)を取り扱うように設計されることが多く、ここでは、製造工程において、大きさ及び形状等の機械的特徴が実質的に同じであるが、電気的特徴又は光学的特徴が異なる、まとまった量の複数のデバイスが製造される。概ねある範囲に収まる電気的特性及び光学的特性を有するまとまった量の複数のデバイスを製造し、これらのデバイスを、検査に従って、同様の特徴を有する商業的に有用なグループに選別することが一般的に行われている。
これらのデバイスは、デバイスが収容されたコンテナとして検査設備に供給されることが多い。検査設備は、通常、検査設備が所望の検査を実行できるように、デバイスのバルクロードから単一のデバイスを抽出し、デバイスを位置合わせし、固定する必要がある。検査では、多くの場合、デバイスをプロービングする必要があり、すなわち、デバイスに電気導線が接続され、デバイスに信号及び電力が供給され、入力に対する応答が監視される。他の検査は、特定の入力に応じて、LED等の光素子から出射される光を測定することを伴う。自動検査システムの目的は、デバイスの電気的特徴又は光学的特徴を判定し、それらの特徴に応じて、デバイスをグループに選別することである。
LEDの検査及び選別は、製造公差内のバラツキが大きく、且つ光出力における小さな変化に対する人間の目の感度が高いために、LEDを検査し、多くの出力グループに選別する必要があるため、特に困難である。受動電子デバイスに必要な出力カテゴリは、通常5〜10個であるが、LEDは、32個を超え、最大512個の出力カテゴリが必要になることもある。LEDの検査及び選別に関する他の困難な点は、LEDでは、光出力を検査する必要があるという点である。LEDは、パッケージの一方の面に端子を有し、他方の面が発光面であることがあり、この場合、検査設備は、一方の面でプロービングを行い、他方の面から出力された光を検知する必要がある。他の困難な点は、光出力検査設備は、多くの場合、物理的に大きく、検査下のLEDに近接させる必要があり、これにより、検査設備の物理的なレイアウトが制限されるという点である。更に、並列検査を実行する場合、複数の検査ステーションが同時に複数のデバイスを検査するように構成され、複数の嵩張る光学的な検査ステーションのためのスペースを確保する必要がある。
小型部品をロードし、方向付ける効率的な手法として、回転式フィーダ(rotary feeder)が知られている。2001年4月24日に発行された、宮本昌幸による米国特許番号第6,220,481号、「チップ部品の分離供給装置(SEPARATING FEEDER FOR CHIP COMPONENTS)」では、回転する溝付き円板(rotating grooved disk)を用いて、部品の一部を方向付け、部品の向きを維持する空洞にロードする。2006年10月11日に発行された、小島智幸、阿部博晃、松川繁、岩崎尊彦及び山内隆幸による米国特許第7,119,299号、発明の名称「ワーク検査システム(WORK INSPECTION SYSTEM)」は、部品を方向付け及び保持する垂直な回転する円板(vertical rotary disk)を備えるシステムを開示しており、部品は、重力によってディスクの面に供給される。1998年12月1日に発行された、Douglas J. Garcia、Steven D. Swendrowski、Mitsuaki Tani、Hsang Wang、Martin J. Twite, III、Malcolm Hawkes、Evart David Shealey、Martin S. Voshell、Jeffrey L. Fish及びVernon P. Cookeによって発明され、本発明の譲受人に譲渡されている、米国特許第5,842,579号、発明の名称「電子回路部品ハンドラ(ELECTRICAL CIRCUIT COMPONENT HANDLER)」には、複数の部品を一度に検査することができる複数のトラックを有する回転円板検査機(rotary disk test machine)が開示されている。1988年5月31日に発行された、Jakob Herrmanによる米国特許第4,747,479号、発明の名称「DEVICE FOR THE TESTING AND/OR PROCESSING OF SMALL COMPONENT PARTS」には、検査中の部品を保持する線形ベルトが開示されている。これらの特許文献では、LEDの検査では、アクセス可能な固定を要求する設備において、多数の出力ビンが必要であり、及び大きくて嵩張る光学検査設備を取り扱う必要があるという特別な要求が考慮されていない。
具体的には、ダイシングされたLED等の電気光学デバイスは、電気的特性及び/又は光学的特性に応じてグループに選別することが望ましい。このような選別を実行するように設計されたシステムの1つとして、日本国東京のイーグローバレッジ株式会社が製造しているLEDダイ輝度/波長選別機ALPHA3200/3200Fがある。このシステムは、LEDダイの輝度及び波長出力を同時に測定し、これらを最大32個のトラックに仕分ける。このシステムは、0.8秒で光学的検査を実行し、電気的検査は行わない。検査ステーションへの及び検査ステーションからのLEDの回転送り(indexing)のためのオーバヘッドファクタを50%と仮定すると、システムスループットは、約3000ユニット毎時(units per hour:UPH)になる。検査設備の費用及び床面積を節約するために、同じシステムでLEDの電気的特性及び光学的特性の両方を検査できるようにすることが望ましい。また、所与の製造量のLEDを検査及び選別するために必要なシステムの数を最小化するために、より高速にLEDを検査及び選別することも望まれる。更に、検査されたLEDを、32個より多い異なるカテゴリに選別できるようにすることが望まれる場合もある。
そこで、LEDの電気的特性及び光学的特性の両方を検査でき、これらを高速で検査及び選別でき、これらを32個より多い異なるカテゴリに選別できるLED検査及び種類システムが望まれている。
本発明の側面は、自動検査システムを用いて、電気的特性及び光学的特性に基づいて、電気光学デバイスを選別するための改善された方法を提供する。この改善は、回転式ダイシングデバイス機構によって、電気光学デバイスをダイシングするステップと、ダイシングされた電気光学デバイスを、線形トラックに移送するステップと、線形トラックが電気光学デバイスを第1の検査ステーションの近傍に回転送りして、第1の検査ステーションによって、電気光学デバイスの電気的特性を測定するステップと、電気的特性の測定結果をコントローラに保存するステップと、線形トラックが電気光学デバイスを第2の検査ステーションの近傍に回転送りして、第2の検査ステーションによって、電気光学デバイスの光学的特性を測定するステップと、光学的特性の測定結果をコントローラに保存するステップとを有する。改善は、線形トラックが高速で回転送りを行いながら、線形トラックに隣接する複数の選別ステーションの1つにおいて、電気光学デバイスを線形トラックから取り出すことによって電気光学デバイスを選別することを含む。選別ステーションは、コントローラによって制御されて、保存されている電気的特性及び光学的特性の測定結果に基づいて、デバイスを選別し、ここで、選別ステーションは、32個より多くのビンにデバイスを選別できる。
具体化して、ここに包括的に説明したように、本発明の目的に基づいて、上述及び他の課題を解決するために、方法及び装置を開示する。
自動検査システムを示す図である。 二重回転式フィーダを示す図である。 移送ステーションを示す図である。 オプションの移送ステーションを示す図である。 「V」字形トラックオプションを示す図である。 電気的検査ステーションを示す図である。 光学的検査ステーションを示す図である。 光学的検査ステーションを示す図である。 排出ステーションを示す図である。 システムサイクルタイミングを示す図である。 検査サイクルタイミングを示す図である。
本発明は、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)等の小型の電子デバイスの検査及び選別のための改善されたシステム及び方法である。自動検査システムを用いて、第1及び第2の特性を有する電子デバイスを検査及び選別するための改善された方法を開示する。このシステムは、1つ以上の回転式ダイシング機構、線形トラック、第1及び第2の検査ステーション及び少なくとも1つの選別ビンを備え、これらは全てコントローラに接続されている。システムは、1つ以上の回転式ダイシング機構によって電子デバイスをダイシングする。そして、システムは、ダイシングされた電子デバイスを、1つ以上の回転式ダイシング機構から線形トラックに移送する。線形トラックは、電子デバイスを回転送りして第1の検査ステーションの近傍に移動させ、この第1の検査ステーションにおいて、デバイスの第1の特性が検査され、この検査結果は、コントローラに保存される。次に、線形トラックは、電子デバイスを回転送りして第2の検査ステーションの近傍に移動させ、この第2の検査ステーションにおいて、電子デバイスの第2の特性が検査され、この検査結果は、コントローラに保存される。次に、システムは、線形トラックを回転送りし、電子デバイスを少なくとも1つの選別ビンの近傍に移動させ、コントローラは、保存された第1及び第2の検査の結果に応じて、トラックから電子デバイスを回収するよう選別ビンに指示し、これによって、電子デバイスを選別する。
図1は、自動検査システム10を含む本発明の実施の形態を示している。この実施の形態は、線形トラック12、回転式ロード機構14及びオプションの第2の回転式ロード機構16を含む。線形トラック12は、1つ又は2つの回転式ローダからロードを行うように構成することができる。回転式ローダ14、16は、移送ステーション18によって線形トラック12に動作的に接続されている。実際の動作では、バルクデバイスは、回転式ロード機構14、16にロードされ、ここで、ダイシングされる。ダイシングに続いて、デバイス(図示せず)は、移送ステーション18において、回転式ローダ14、16から線形トラック12に移送される。線形トラック12は、回転送りされ、すなわち、所定の距離だけ移動し、ロードされたデバイス(図示せず)を第1の検査ステーション20の近傍に動かし、ここで、デバイスが検査され、結果がコントローラ28に供給される。そして、線形トラック12は、デバイスを第2の検査ステーション22の近傍に回転送りし、ここで、デバイスが検査され、結果がコントローラ28に供給される。そして、線形トラックは、デバイス(図示せず)をノズルアセンブリ26に回転送りし、ここで、コントローラ28は、線形トラック12からビンアセンブリ24の正しい部分にデバイスを排出するよう、ノズルアセンブリ26に指示する。コントローラ28は、線形トラック12、回転式ローダ14、16、移送ステーション18、検査ステーション20、22、ノズルアセンブリ26及びビン24に動作的に接続されており、それぞれの動作を感知及び制御する。
図2は、回転式ロードホイール40、41が、バルク部品52、53をどのようにダイシングし、線形トラック56に移送するかを示している。なお、この図は、2つの回転式ローダを示しているが、本発明の実施の形態は、単一のローダ40及び片面の線形トラック56のみを備えていてもよい。また、他のタイプのフィーダ、特に振動ボウルフィーダ(vibratory bowl feeder)を採用しても有益である。ダイシングとは、バルクデバイスを個別に固定された部品に分離することを意味する。図2は、ロードフェンス50、51によって画定される回転式ロードホイール40、41のロードエリア54、55にロードされたバルクデバイス52、53を示している。回転式ロードホイールには、周縁に沿ってロードスロット44、45、46、47が設けられている。回転式ロードホイール40、41が各軸62、63を中心に矢印の方向に回転送りを行いながら、ロードフェンスは、バルクデバイス52、53をロードエリア54、55内に保ち、やがて、バルクデバイス52、53は、重力によって個別に引き込まれ、空のスロット44、45に受け入れられる。デバイスは、ロードホイールリム48、49によって適所に保持され、ロードホイールリム48、49は、デバイスが回転式ロードホイール40、41の端から脱落することを防ぐために、少なくともロードエリア54、55の外側の支持体を構成している。図2は、回転式ロードホイール40、41のロードスロット46、47にロードされているデバイスを示している。回転式ロードホイール40、41が回転送りを行うと、ロードスロット46、47は、位置AAに移動する。線形トラック56は、回転式ロードホイール40、41と共に、矢印の向きに回転送りされ、この結果、空のトラックスロット58、59が、移送ステーション62の位置AAにおいて、ロードされたスロット46、47に揃うように移動し、ここで、デバイスは、ロードされたスロット46、47から移送され、ロードされたトラックスロット60、61を形成し、そして、ロードされたトラックスロット60、61は、回転送りされて移送ステーション62から離れる。
図3は、本発明の実施の形態の移送ステーションの詳細を示している。図3では、デバイス74が収容されたロードスロット72と共に、回転式ロードホイール70の一部の断面を示している。この断面図は、図2の線AAに沿った断面の一部を示している。ここでは、空のトラックスロット78と共に、線形トラック76の一部の断面を示している。線形トラック76を移送ブロック82に並ぶ位置にすると、移送ブロック82は、開いているトラックスロット78上のシールを形成する。これによって、移送ブロック82は、真空源(図示せず)から、移送チャネル84を介して、トラックチャネル80に真空を引くことができ、これによって、デバイス74は、矢印の向きに、ロードスロット72からトラックスロット76に引き込まれる。
図4は、回転式ロードホイール70の角度に合わせてトラックセクション86が傾けられ、これによって、ロードスロット72からトラックスロット88へのデバイス74の移送が補助される本発明の更なる実施の形態を示している。なお、トラック及びローダは、有効であると考えられる如何なる角度に傾けてもよい。また、ローダからトラックへのデバイスの移送は、重力のみで行ってもよく、真空又は圧縮空気によって補助してもよい。図5は、2重トラック機構と傾斜したトラック機構とを組み合わせた本発明の実施の形態を示す図である。図5は、トラックのセクション100の両側に設けられたそれぞれ3つのトラックスロット102を、6つのトラックチャネル104及びプローブ孔106と共に示している。LED等の典型的な電気光学デバイスは、一方の面(上面)から光を出射し、パッケージの反対面(底面)に電気コンタクトを有するので、トラックスロット102には、プローブ孔106を設ける必要がある。これによって、デバイスの上面側で光の測定を行い、底面側でプローブ孔106を介してプロービングを行うことができる。これらのトラックセクションは、互いに連結し、適切な機構によって支持及び駆動されて、楕円形の形式で線形トラックを形成し、ここでは、トラックセクションは、実質的に水平に維持され、この結果、トラックを逆さにしてしまう継目なしベルトの場合と違い、デバイスを捕捉し又は他の手法でトラックから脱落することを防止する必要がない。
本発明の実施の形態では、例えば、順方向動作電圧及び電流ドロー(electrical current draw)等のパラメータについてデバイスを測定する。また、LEDでは、例えば、光束及びスペクトル光出力等の光出力パラメータについても測定を行う。図6は、本発明において実現された例示的な電気的検査ステーションを示している。図6は、検査中のデバイス110を示しており、デバイス110は、光112を出射でき、この光112は、コントローラ28に動作的に接続されている光学測定器113によって測定できる。デバイスの導線114、116は、検査導線118、120に接続され、これは、ケルビンコネクタ(Kelvin connector)であってもよい。検査導線は、中継ブロックに接続され、中継ブロックは、コントローラ28によって制御されて、電圧源124、電圧測定デバイス126及び漏洩電流測定デバイス128の切り換えを行い、これらは、全てがコントローラ28に動作的に接続されている。これらの機能を実行できる例示的なデバイスとしては、ポートランド州オレゴン、97239のエレクトロサイエンティフィックインダストリーズインク社(Electro Scientific Industries, Inc.)が製造しているModel 616 Test and Measurement Sourceがある。
図7a及び図7bは、本発明の実施の形態の例示的な光学検査ステーションを示している。図7aは、進行方向に平行な方向から見た線形トラック140のセクションの断面を、検査導線144を用いて検査されている被検査デバイス142と共に示している。デバイス142は、検査導線144からの検査信号に応じて、光146を出射することができる。これにより得られる光146の放射は、積分球148内の分光測光器149によって測定される。なお、積分球の内表面の一部は、線形トラックのセクション150によって構成されている。図7bは、進行方向に平行な方向から見た図7aと同じ光学検査ステーションの他の図である。本発明の実施の形態によって実行される例示的な検査を表1に示す。
Figure 2012522224
表1で順電圧は、ボルトで測定され、LED等のダイオードに関連する順電圧降下を示す。逆電流は、アンペアで測定され、ダイオード電圧が逆になったときに流れる電流の量である。光度は、カンデラで測定され、LEDによって出射される単位立体角あたりの波長重み付けパワー(wavelength-weighted power)の測定値である。光束は、ルーメンで測定され、人間の目の感度に応じて調整された、出射された光の総合的なパワーの測定値である。スペクトルXYZは、CIE1931XYZ色空間モデルに基づくデバイスの色出力の測定値である。ピーク波長は、最大のパワーを有する単一の波長である。主波長は、人間の目にとって最も明るく見える単一の波長である。純度は、デバイスが単一の色を生成する程度を示している。CCTは、黒体が同様の色を放射する温度である相関色温度を示している。CRIは、演色評価数、すなわち、理想的な光源と比較して、物体の色を表す光源の能力を示している。R1〜R8は、CRIを算出するために使用される8つの標準サンプルを示している。これらの値を算出するために使用される設備及びアルゴリズムは、当分野において周知であり、ここでは説明しない。
本発明の一実施の形態では、電気的及び光学的検査に続いて、各デバイスは、ノズルアセンブリ26によって、多数のビン24の1つに選別される。図8は、スロット162及びチャネル164を有するトラック160のセクション内にデバイス166がある本発明の実施の形態を示している。トラック160は、コントローラ28のコマンドの下で回転送りされ、排出チャネル170を有する排出ブロック168の近傍に移動する。排出チャネル170には、圧力下の空気(図示せず)が供給され、この空気は、トラックチャネル164を流れ、デバイス166を、排出ノズル172に排出し、そこからビン174に排出する。本発明の実施の形態では、デバイスを選別するための排出ノズル及びビンは、32個より多く、最大512個である。
図9は、本発明の実施の形態の例示的なサイクルタイムを示している。1時間あたり32,000デバイスのスループットは、プロセスの各ステップについて、1デバイスあたりの225msのサイクルタイムを許容する。図9は、トラック12を含むトラックセクション100を搬送するベルトが、1つの位置から次の位置への回転送りのために100msを必要とし、各ステップに125msが残されていることを示している。これは、回転式ロードホイール14、16が次の位置に回転送りされる時間の長さ(50ms)及び漏洩/光束測定に必要な時間の長さ(125ms)に対応している。また、これは、図8に示すような吹き出しによる排出、マシンビジョンによるデバイスの任意の方向付け、及び回転式ロードホイール40、41から線形トラック56への移送のために十分な時間である。図10は、50msの最小滞在時間、すなわちデバイスが特定のステーションに隣接して静止している時間を示しており、これは、光束測定(>25ms)と、光度測定との両方について十分であり、光度測定は、極性、漏洩及び光度測定(>25ms)を含む。
本発明の基底にある原理から逸脱することなく、本発明の上述の実施の形態の詳細を様々に変更できることは当業者にとって明らかである。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲のみによって判定される。

Claims (11)

  1. 自動検査システムを用いて、第1及び第2の特性を有する電子デバイスを検査及び選別するための改善された方法において、
    前記自動検査システムに、全てがコントローラに接続されている、回転式ダイシング機構、線形トラック、第1及び第2の検査ステーション及び少なくとも1つの選別ビンを準備するステップと、
    前記回転式ダイシング機構によって、前記電子デバイスをダイシングするステップと、
    前記ダイシングされた電子デバイスを、前記回転式ダイシング機構から前記線形トラックに移送するステップと、
    前記線形トラックを回転送りし、前記電子デバイスを前記第1の検査ステーションの近傍に移動させるステップと、
    前記第1の検査ステーションによって、前記電子デバイスの前記第1の特性を検査するステップと、
    前記第1の検査の結果を前記コントローラに保存するステップと、
    前記線形トラックを回転送りし、前記電子デバイスを前記第2の検査ステーションの近傍に移動させるステップと、
    前記第2の検査ステーションによって、前記電子デバイスの前記第2の特性を検査するステップと、
    前記第2の検査の結果を前記コントローラに保存するステップと、
    前記線形トラックを回転送りし、前記電子デバイスを前記少なくとも1つの選別ビンの近傍に移動させ、前記コントローラが、前記保存された第1及び第2の検査の結果に応じて、前記トラックから前記電子デバイスを回収するよう前記選別ビンに指示し、これによって、前記電子デバイス選別する方法。
  2. 前記電子デバイスは、発光ダイオードである請求項1記載の方法。
  3. 前記線形トラックは、連続しており、前記電気デバイスを平面内で移動させる請求項1記載の方法。
  4. 前記第1の検査ステーションは、前記電気光学部品の電気的特性を検査する請求項1記載の方法。
  5. 前記第2の検査ステーションは、前記電気光学部品の光学的特性を検査する請求項1記載の方法。
  6. 前記少なくとも1つの選別ビンは、32個の選別ビンを含む請求項1記載の方法。
  7. 第1及び第2の特性を有する電子デバイスを検査及び選別するための改善された自動検査システムにおいて、
    回転式ダイシング機構と、
    線形トラックと、
    第1及び第2の検査ステーションと、
    少なくとも32個の選別ビンと、
    前記回転式ダイシング機構、線形トラック、第1及び第2の検査ステーション及び少なくとも32個の選別ビンに動作的に接続されたコントローラとを備え、
    前記回転式ダイシング機構は、前記電子デバイスをダイシングして、前記線形トラックにロードし、前記線形トラックは、前記電子デバイスを前記第1及び第2の検査ステーションの近傍に回転送りし、前記第1及び第2の検査ステーションによって、前記電子デバイスを検査し、次に、前記電子デバイスを前記少なくとも32個の選別ビンの近傍に回転送りし、前記検査の結果に応じて、前記電子デバイスを前記少なくとも32個の選別ビンの1つに選別するシステム。
  8. 前記電子デバイスは、発光ダイオードである請求項7記載の方法。
  9. 前記線形トラックは、連続しており、前記電気デバイスを平面内で移動させる請求項7記載の方法。
  10. 前記第1の検査ステーションは、前記電気光学部品の電気的特性を検査する請求項7記載の方法。
  11. 前記第2の検査ステーションは、前記電気光学部品の光学的特性を検査する請求項7記載の方法。
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