KR101303602B1

KR101303602B1 - 비접촉식 발광다이오드 검사장치

Info

Publication number: KR101303602B1
Application number: KR1020110118907A
Authority: KR
Inventors: 이동호; 안보혁
Original assignee: 주식회사 미르기술
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2013-09-11
Also published as: KR20130053239A; TW201323861A; TWI503535B; WO2013073837A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 발광다이오드 검사장치는 발광다이오드를 카메라로 촬영한 후 촬영된 이미지를 미리 입력된 대상 이미지와 비교하여 발광다이오드의 양호 또는 불량을 판별하기 위한 장치로서, 상기 발광다이오드를 탑재하고, 상기 발광다이오드를 검사위치에 고정 또는 이송시키는 스테이지부; 상기 스테이지부의 상부에 위치하며, 상기 발광다이오드에 청색 이하 파장 영역의 가시광을 조사하는 제1 조명부와 상기 제1 조명부 상부에 위치하고 상기 발광다이오드에 녹색 파장 영역의 가시광을 조사하는 제2 조명부를 구비하는 조명부; 상기 조명부의 상부에 위치하여, 상기 발광다이오드의 영상을 촬영하는 카메라; 상기 카메라에서 촬영된 영상을 판독하여 상기 발광다이오드의 양호 또는 불량을 판별하는 비전처리부; 및 상기 스테이지부 및 상기 카메라부를 제어하는 모션 컨트롤러를 포함하는 제어부를 포함한다.

Description

비접촉식 발광다이오드 검사장치{Noncontact inspection apparatus for Light Emitting Diode}

본 발명은 발광다이오드 검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 발광다이오드 내부 각 요소에 대한 명확한 영상정보를 얻을 수 있는 비접촉식 발광다이오드 검사장치에 관한 것이다.

발광다이오드(light emitting diode; LED)는 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 양공)를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 발광시키는 전자부품이다. 즉, 특정 원소의 반도체에 순방향 전압을 가하면 양극과 음극의 접합 부분을 통해 전자의 정공이 이동하면서 서로 재결합하는데, 전자의 정공이 떨어져 있을 때보다 작은 에너지가 되므로, 이때 발생하는 에너지의 차이로 인해 빛을 방출한다.

이러한 발광다이오드는 최근 발광 효율의 향상으로 그 응용범위가 초기의 신호 표시용에서 휴대폰용 백라이트 유닛(Back Light Unit, BLU)이나 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)와 같은 평판 표시장치의 광원 및 조명용으로 더욱 넓어지고 있다. 이는 발광다이오드가 종래의 조명으로 사용되는 전구나 형광등에 비해 소모전력이 적고 수명이 길기 때문이다.

발광다이오드는 발광다이오드 패키지로 제조될 수 있다. 일반적으로, 발광다이오드 패키지는 발광다이오드 칩과, 발광다이오드 칩이 실장되는 몸체와, 몸체 상부에 발광다이오드 칩을 덮는 형광성 실리콘을 포함한다. 발광다이오드 패키지는 발광다이오드 칩 옆에 제너다이오드(zener diode)를 더 포함하기도 한다.

발광다이오드 칩은, 기판상에 서로 다른 도전형의 반도체층과 그 사이에 발광을 활성화하는 활성층을 성장시킨 후, 각 반도체층에 전극을 형성하여 제조된다. 발광다이오드 칩과 제너다이오드는 와이어 본딩(wire bonding)을 통해 리드 프레임(lead frame)과 전기적으로 연결된다.

발광다이오드 칩과 제너다이오드의 상부에 형광성 실리콘을 충전하는 과정에서, 형광성 실리콘이 과소하게 충전될 경우, 내부의 본딩 와이어가 노출되어 발열로 인해 끊어질 수 있다. 이와 반대로, 형광성 실리콘이 과다하게 충전될 경우, 추후 모듈에 조립될 때 조립이 불가능하게 되고 빛의 발산각이 설정 수치보다 커지게 되는 불량이 야기된다. 따라서 발광다이오드 패키지의 형광성 실리콘의 충전 상태 및 본딩 와이어의 연결 상태 등을 검사하는 공정이 필요하게 된다.

본 발명의 배경기술로는 대한민국공개특허공보 제2009-0053591호를 참조하여 이해할 수 있다.

본 발명의 목적은 발광다이오드의 각 요소에 대한 영상 대비를 뚜렷이 함으로써 발광다이오드 내부의 본딩 와이어 연결상태 및 발광다이오드 본체의 패턴에 대한 영상 정보를 보다 명확하게 얻을 수 있는 비접촉식 발광다이오드 검사장치를 제공하는 데 있다.

상기 제1 조명부는 상기 발광다이오드에 대해 브루스터 각(brewster’s angle)으로 빛을 조사할 수 있다.

상기 비접촉식 발광다이오드 검사장치는, 상기 제1 조명부 앞에 위치하고 상기 상기 제1 조명부에서 나온 빛 중 특정 편광 성분을 차단하는 편광필터를 더 포함할 수 있고, 이 경우 상기 편광필터는 수직 편광(s-polarized) 성분을 차단할 수 있다.

상기 청색 이하 파장은 495nm 이하일 수 있고, 상기 녹색파장은 495 nm 내지 570nm일 수 있다.

상기 발광다이오드는 발광다이오드는 표면에 금(Au) 성분을 포함하는 본딩 와이어 및 패턴이 마련되어 있는 몸체부를 구비할 수 있다.

본 발명의 비접촉식 발광다이오드 검사장치에 의하면, 발광다이오드의 각 요소에 대한 영상 대비를 뚜렷이 함으로써 발광다이오드 내부의 본딩 와이어 연결상태 및 발광다이오드 본체의 패턴에 대한 영상 정보를 보다 명확하게 얻을 수 있다.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 발광다이오드 검사장치의 측단면도를 나타낸다.
도 2는 금속물질에 빛을 조사하였을 때 빛의 파장에 따른 반사율을 나타내는 그래프이다.
도 3의 (a)는 기존 발광다이오드 검사장치의 제1 조명부가 발광다이오드 모듈에 대해 광원이 녹색 파장 영역의 가시광을 제공할 때 발광다이오드의 본딩 와이어 부분의 영상을 나타낸다.
도 3의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 발광다이오드 검사장치의 제1 조명부가 제공하는 광원이 청색 이하 파장 영역의 가시광일 때 발광다이오드의 본딩 와이어 부분의 영상을 나타낸다.
도 4는 브루스터 각(Brewster’s angle) 원리를 나타내는 개념도이다.
도 5의 (a)는 검사대상물인 발광다이오드에 청색 이하 파장 영역의 가시광을 비추었을 때 발광다이오드 본체의 영상을 나타낸다.
도 5의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 조명부가 제공하는 청색 이하 파장 영역의 가시광과 제2 조명부가 제공하는 녹색 파장 영역의 가시광을 함께 발광다이오드에 조사하였을 때 획득한 발광다이오드의 영상을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전체 비접촉식 발광다이오드 검사장치의 측면도를 나타낸다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다.

그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 발광다이오드 검사장치의 측단면도를 나타낸다. 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 전체 비접촉식 발광다이오드 검사장치의 측면도를 나타낸다. 도 1, 6을 참조하면, 비접촉식 발광다이오드 검사장치는 스테이지부(10), 조명부(20), 카메라(30), 비전처리부(40) 및 제어부(50)를 포함한다.

스테이지부(10)는 검사대상물인 발광다이오드(5)가 착좌되는 공간을 제공한다. 스테이지부(10)는 발광다이오드(5)의 위치를 조절 및 고정시키기 위한 위치조절부(미도시) 및 고정부(미도시)를 포함할 수 있다.

스테이지부(10)의 상부에는 조명부(20)가 위치한다. 조명부(20)는 발광다이오드(5)의 정확한 영상정보를 확보하기 위하여 발광다이오드(5)에 조명을 제공한다. 중앙을 관통하는 시야확보부(25)의 외측면에 복수의 램프가 배치되어 상기 발광다이오드(5)를 사방에서 조명하도록 마련될 수 있다.

상기 조명부(20)는 제1 조명부(22)와 제2 조명부(24)를 포함한다.

제1 조명부(22)는 조명부(20)의 하부에 설치되며, 상기 발광다이오드(5)에 수직보다 작은 각으로 입사되는 광원을 제공한다. 제1 조명부(22)는 측상부에 일정 기울기로 기울어져 광원을 제공하는 제1 램프(22a)를 포함한다. 제1 조명부(22)에서 제공하는 광원은 청색 이하 파장(약 495nm 이하) 영역의 가시광인 것이 바람직하다. 그 이유를 도 2를 이용하여 설명하기로 한다.

도 2는 금속물질에 빛을 조사하였을 때 빛의 파장에 따른 반사율을 나타내는 그래프이다. 검사대상물인 발광다이오드의 본딩 와이어의 표면은 금(Au)으로 도금하는 경우가 일반적이다. 도 2를 참조하면, 금(Au)에 대하여 파장이 약 200nm 내지 약 500nm의 빛을 조사하는 경우 반사율은 약 40% 이하가 됨을 알 수 있다. 즉 청색 파장의 빛을 금(Au)으로 도금된 본딩 와이어에 조사하면 대부분 흡수되어 발광다이오드를 촬영한 영상에서 주위보다 어둡게 표시된다. 따라서 명암 대비가 뚜렷하므로 본딩 와이어의 연결상태를 보다 정확하게 알 수 있다.

도 3의 (a)는 기존 발광다이오드 검사장치의 제1 조명부(22)가 검사대상물인 발광다이오드에 대해 광원이 녹색 파장 영역의 가시광을 제공할 때 발광다이오드의 본딩 와이어 부분의 영상을 나타낸다.

도 3의 (a)를 참조하면, 발광다이오드의 금(Au)으로 도금된 본딩 와이어 부분과 본딩 와이어의 배경이 되는 발광다이오드 몸체부의 색상이 명확하게 구별되지 않음을 알 수 있다. 특히 붉은 원에 있는 본딩 와이어의 색상이 균일하지 않으므로 후술하는 비전처리부(40)가 본딩 와이어가 끊어진 것으로 잘못 판단할 우려가 있다. 제1 조명부(22)에서 제공하는 녹색 파장 영역의 가시광은 발광다이오드 몸체부뿐만 아니라, 금(Au)으로 된 본딩 와이어 표면에서도 반사되어 카메라로 촬영된 영상에서 본딩 와이어와 배경부분이 뚜렷하게 구별되지 않기 때문이다.

도 3의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 발광다이오드 검사장치의 제1 조명부(22)가 제공하는 광원이 청색 이하 파장 영역의 가시광일 때 발광다이오드의 본딩 와이어 부분의 영상을 나타낸다. 청색 이하 파장 영역의 가시광은 금(Au)으로 된 발광다이오드의 본딩 와이어 표면에서 대부분 흡수됨으로써 발광다이오드를 촬영한 영상에서 붉은 화살표로 표시된 본딩 와이어 부분과 배경부분이 뚜렷하게 구별됨을 확인할 수 있다.

발광다이오드의 본딩 와이어 표면에서의 청색 이하 파장 영역의 가시광의 흡수율을 보다 높이기 위하여 브루스터 각(Brewster’s angle) 원리를 이용할 수 있다. 도 4는 브루스터 각(Brewster’s angle) 원리를 나타내는 개념도이다. 빛이 굴절률이 다른 두 매질 사이를 지날 때, 보통 그 경계면(200)에서 반사가 일어난다. 하지만, 어떤 편광 상태의 빛이 특정한 입사각으로 입사되면 경계면(200)에서 반사되지 않고 굴절되어 다른 매질을 통과한다(120). 이 때 경계면(200)의 법선(202)과 입사광(100)이 이루는 입사각이 브루스터 각(θ_B)이다.

이 각도에서는 편광된 빛의 전기장이 입사되는 평면과 나란하기 때문에 반사되지 않는 것이다. 이 편광상태의 빛은 수평 편광, 또는 p-편광(p-polarized) 상태라고 하는데, 입사되는 평면과 평행(parallel)하기 때문에 붙여진 이름이다. 빛이 입사된 평면과 수직한 상태로 편광되어 있다면 수직 편광, 또는 s-편광(s-polarized) 상태라고 하는데, 수직하다는 의미의 독일어 senkrecht에서 유래한 것이다. 따라서 무편광 상태의 빛(100)이 브루스터 각(θ_B)으로 입사되면, 반사된 빛(110)은 항상 s-편광 상태가 된다.

다시 도 1을 참조하면, 제1 조명부(22) 앞에 s- 편광 성분을 차단하는 편광필터(22b)를 배치함으로써 제1 조명부(22)에서 나온 입사광이 발광다이오드(5)의 표면에 대해 브루스터 각으로 입사하는 경우 발광다이오드(5)의 표면에서 입사광이 반사되는 것을 막음으로써 더욱 명확한, 발광다이오드(5)의 영상을 얻을 수 있다.

다만 검사대상물인 발광다이오드(5)에 대한 조명으로서 청색 이하 파장 영역의 가시광을 사용한다면 도 5의 (a)와 같이 발광다이오드의 본딩 와이어 부분 외 발광다이오드의 몸체부 패턴 등을 인식하기가 어려운 점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 제1 조명부(22)의 상부에 제2 조명부(24)를 배치하고 상기 발광다이오드(5)에 수직으로 입사하는 광원을 제공한다. 상기 제2 조명부(24)는 상기 제2 조명부(24)의 측부에 위치하고, 광원을 제공하는 제2램프(24a)와 제2 램프(24a)와 일정 거리 이격되어 사선으로 배치되는 반반사거울(half mirror, 24b)을 포함할 수 있다.

상기 제2 조명부(24)가 제공하는 광원은 녹색 파장 영역(약 495nm 내지 약 570nm)의 가시광이 바람직하다. 그 이유는 발광다이오드 칩의 패턴은 바닥면과 평행하고, 경면(mirror-like surface)이므로 제2 조명부(24)가 칩의 패턴에 대해 수직으로 제공하는 녹색 파장광을 카메라 방향으로 정반사한다.

그리고 본 발명의 비접촉식 발광다이오드 검사장치는 청색 및 녹색 파장 영역을 사용함으로써, 가시광 전체 영역의 광학계보다 좁은 영역의 파장 영역만 고려한다. 따라서 색수차가 적어 카메라 렌즈의 설계가 비교적 용이하고, 저렴한 재료로 렌즈를 제작할 수 있다.

도 5의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 조명부의 제1 조명부가 제공하는 청색 이하 파장 영역의 가시광과 제2 조명부가 제공하는 녹색 파장 영역의 가시광을 함께 검사대상물인 발광다이오드에 조사하였을 때 획득한 발광다이오드 영상이다. 도 5의 (b)는 도 5의 (a)와 비교했을 때, 발광다이오드 몸체부의 패턴 영상을 더 뚜렷하게 획득할 수 있음을 확인할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 카메라(30)는 조명부(20)의 상부에 위치하여, 상기 발광다이오드(5)의 영상을 촬영할 수 있다. 도 1에서는 하나의 카메라(30) 만을 도시하였으나, 본 발명의 비전검사장치는 배율이 다른 복수 개의 카메라(미도시)를 마련하여 사용자의 필요에 따라 발광다이오드(5)의 검사 범위를 다양하게 할 수 있다. 또는 상기 카메라(30)와 조명부(20) 사이에 배율이 서로 다른 복수 개의 렌즈(미도시)를 마련하여 발광다이오드(5)의 검사 범위를 다양하게 할 수도 있다.

한편, 비전처리부(40)는 상기 카메라(30)로부터 획득한 영상정보를 미리 입력된 대상 이미지와 비교하여 발광다이오드(5)의 양호 또는 불량을 판단한다.

상기 제어부(50)는 상기 스테이지부(10), 상기 카메라(30)의 구동 및 동작을 제어하는 모션 컨트롤러(미도시)를 포함하는 구성요소로서 본 발명에 따른 비전검사장치의 전체 구동을 제어할 수도 있다.

즉, 상기 제어부(50)는, 도 6에서와 같이, 이송 컨베이어(60)에 결합된 비전검사장치를 고정된 발광다이오드(5) 상부에서 전, 후, 좌, 우로 이송시켜, 미리 설정된 상기 발광다이오드(5)의 촬영영역에 따라 상기 카메라(30)에 촬영제어신호를 전송하도록 마련될 수 있다.

또한, 상기 제어부(50)는 시스템 제어 프로그램에 따라 비전검사장치의 촬영위치제어와 촬영된 영상의 처리와 조명부(20) 제어 등의 물리적인 제어를 담당함은 물론 검사작업수행 및 데이터 연산 작업을 수행한다.

아울러, 상기 제어부(50)는 작업내용 및 검사결과를 모니터에 출력하기 위한 출력장치 제어와 작업자가 설정 및 제반사항을 입력할 수 있는 입력장치 제어 등 비전검사장치의 총괄적인 제어를 담당한다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.

10: 스테이지부
20: 조명부
22: 제1 조명부
24: 제2 조명부
30: 카메라
40: 비전처리부
50: 제어부

Claims

발광다이오드를 카메라로 촬영한 후 촬영된 이미지를 미리 입력된 대상 이미지와 비교하여 발광다이오드의 양호 또는 불량을 판별하기 위한 검사장치로서,
상기 발광다이오드를 탑재하고, 상기 발광다이오드를 검사위치에 고정 또는 이송시키는 스테이지부;
상기 스테이지부의 상부에 위치하며, 상기 발광다이오드에 브루스터 각(brewster's angle)으로 청색 이하 파장 영역의 가시광을 조사하는 제1 조명부와 상기 제1 조명부 앞에 위치하고, 상기 제1 조명부에서 나온 빛 중 수직 편광(s-polarized) 성분을 차단하는 편광필터와 상기 제1 조명부 상부에 위치하고 상기 발광다이오드에 녹색파장 영역의 가시광을 조사하는 제2 조명부를 구비하는 조명부;
상기 조명부의 상부에 위치하여, 상기 발광다이오드의 영상을 촬영하는 카메라;
상기 카메라에서 촬영된 영상을 판독하여 상기 발광다이오드의 양호 또는 불량을 판별하는 비전처리부; 및
상기 스테이지부 및 상기 카메라부를 제어하는 모션 컨트롤러를 포함하는 제어부를 포함하는 비접촉식 발광다이오드 검사장치.
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제 1 항에 있어서,
상기 청색 이하 파장은 495nm 이하인 것을 특징으로 하는 비접촉식 발광다이오드 검사장치.
제 1 항에 있어서,
상기 녹색파장은 495 nm 내지 570nm인 것을 특징으로 하는 비접촉식 발광다이오드 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 발광다이오드는 표면에 금(Au) 성분을 포함하는 본딩 와이어 및 패턴이 마련되어 있는 몸체부를 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 발광다이오드 검사장치.