KR101321123B1 - 칩 내장형 인쇄회로기판 검사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 패널을 각각의 스트립에 제작되어 있는 개별 캐비티의 중심을 거리측정의 원점으로 해서, 개별 캐비티에 매립된 칩의 위치좌표를 측정하므으로써 칩이 정위치에 안착되어 있는지를 검사한다. 본 발명은 패널의 전면(front side; 회로가 형성된 면)에 프론트 라이트를 조사해서 캐비티 실드(cavity shield)의 위치를 파악하여, 캐비티 중심을 연산함으로써 기준이되는 원점을 산정한다. 이어서, 패널의 후면(back side)에 백 라이트를 조사함으로써 빛의 투과여부를 통한 명암을 대비해서 칩의 위치를 파악한다. 이때에 칩의 위치는 캐비티 원점을 기준으로 한 좌표값이 연산된다.

Description

칩 내장형 인쇄회로기판 검사방법{INSPECTION METHOD FOR CHIP-EMBEDDED PRINTED CIRCUIT BOARD}

본 발명은 칩 내장형 인쇄회로기판(chip-embedded printed circuit board) 검사방법에 관한 것으로서, 특히 캐비티(Cavity) 내부 소정의 좌표에 칩이 제대로 안착되어 있는지 여부를 검사하는 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 웨이퍼 레벨의 칩(chip)을 인쇄회로기판 속에 직접 내장하여 제작하는 칩 내장형 인쇄회로기판 기술에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 칩을 기판 속에 내장하게 되면, 부품의 사이즈가 축소되어 전자기기의 소형화 및 경량화에 도움이 되며, 기생성분을 제거할 수 있어서 회로의 동작주파수를 증대시킬 수 있음은 물론, 잡음을 일으키는 외부 전자파의 영향을 차단하는 장점이 있다.

인쇄회로기판에 내장할 수 있는 부품으로는, 반도체 칩, 다이, 모듈, 저항, 캐패시터 등 다양한 전자소자들이 있을 수 있으며, 이하 명세서에서는 이들을 모두 총칭해서 '칩(chip)'이라 칭하기로 한다.

캐비티를 가공해서 칩을 캐비티 속에 내장하는 기술은, 대한민국 특허공개 제10-2008-79391호, 대한민국 특허공개 제10-2008-79384호, 대한민국 특허공개 제10-2008-79388호에 상세히 설명 되어 있다. 대한민국 특허공개 제10-2008-79388호에 개시된 내장형 인쇄회로기판 제조특허 기술문헌을 살펴보면, 동박적층판(CCL; copper cladded laminate)을 가공해서 절연층에 캐비티를 제작하고, 절연층 하단에 접착테이프를 부착한 후, 전자부품을 캐비티 속으로 밀어 넣어 접착테이프 위에 안착시키고, 그 위에 프리프레그(PREPREG)와 같은 반경화상태의 유동성 수지를 적층하고 가열 압착함으로써 캐비티 틈새를 수지로 밀봉하여 전자부품을 캐비티 속에 고정한 후 접착테이프를 물리적으로 벗겨내어 제거하는 기술을 개시하고 있다.

캐비티에 칩을 안착시키고 나면 밀봉된 수지에 레이저 드릴 등의 방법으로 홀을 가공하고 도금을 진행해서, 칩 단자와 기판의 회로를 서로 전기적으로 연결하여야 한다. 그런데, 칩이 캐비티 내부에 설계도상의 위치에 정확히 안착되지 않은 경우, 전기접속을 위한 홀가공 및 도금공정에서 부정합(misalignment)이 발생할 수 있다. 따라서, 후속 공정을 위해서 캐비티 내부에 정확한 좌표 위치에 칩을 안착되어 있는지 검사하는 것이 필요하다.

일반적으로 기판 패널은 복수개의 반복되는 스트립으로 구성되어 있으며, 패널에는 정렬(alignment)을 위한 기준점 또는 마크를 제작해서 마련해 두고, 레이저 가공, 화학적 식각, 안착, 또는 기계적 드릴 공정 단계에서 정확한 위치 결정을 위한 기준점으로 사용한다.

도1a 및 도1b는 종래기술에 따라 특정 포인트 및 블록 단위 기준점에서 정렬하는 방법을 나타낸 도면이다. 도1a에 도시한 바와 같이, 포인트 방식은 기준점에서 멀어질수록 패널 스케일의 영향을 받기 때문에 누적공차가 발생하게 된다.

또1b에 나타낸 블록 단위의 검사는 각 블록의 스케일에 의한 영향으로 자동화 검사가 용이하지 않다. 자동화 검사를 위해서는 정확한 좌표 데이터 입력을 통한 검사가 이루어져야 한다. 그러나, 각각의 블록 스케일에 의한 좌표 설정이 다르기 때문에 자동화에 대응하기에 어려움이 있다. 또한, 블록 단위로의 검사는 가능하지만 측정 소요시간이 길어지는 단점이 있다.

도1a 및 도1b에 도시한 종래기술은 패널 스케일, 캐비티 쏠림, 칩 사이즈 등, 다양한 변수로 인하여 정확한 위치 데이터를 확보하는데 어려움이 있다. 더욱이, 종래기술에 따라 좌표인식을 통해 기준 마크와 각각 칩이 놓인 좌표를 계산해서 칩이 안착된 위치를 판단하는 데이터 방식은, 패널 캐비티에 안착된 많은 칩들의 좌표를 데이터 소팅(data sorting)하는데 상당 시간이 소요되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 제1 목적은 칩 내장형 인쇄회로기판에서 캐비티에 매립된 칩의 위치를 정확하게 측정하고 검사할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적에 부가하여, 칩 내장형기판의 캐비티에 매립된 칩의 위치를 신속하게 데이터 처리할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 캐비티 중심을 원점으로 해서 칩의 위치를 측정하는 것을 특징으로 하며, 패널의 전면(front) 방향에서는 프론트 라이트에 의한 이미지 인식을 통해 캐비티 위치를 파악하고, 패널의 후면에서는 백 라이트의 투과여부를 판단해서 칩의 위치를 파악하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 프론트 라이트를 이용해서 캐비티 원점을 측정하고, 백라이트를 이용해서 명암차를 파악함으로써 칩의 위치를 측정하기 때문에 정확한 위치 데이터를 확보할 수 있다. 본 발명은 측정 포인트를 최소화하고, 캐비티 중심에서 칩 중심까지의 거리를 측정함으로써 칩의 쏠림 여부를 쉽게 파악할 수 있는 장점이 있다. 본 발명은, 원시 데이터(raw data)와 실측거리를 비교함으로써 신속하고 정확하게 측정할 수 있다. 또한 본 발명은 캐비티의 사이즈 및 캐비티에 내장된 부품의 수에 관계없이 적용되므로, 모든 칩 매립형 인쇄회로기판에 적용할 수 있다.

또한, 본 발명은 캐비티 원점에서 칩까지의 거리를 측정하여, 설계상에 입력된 수치에 비교하는 것으로 손쉽게 데이터를 분류하여 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 캐비티 사이즈 및 칩사이즈가 변경되더라도 예측 데이터를 신속하게 확보할 수 있게 된다. 그 결과, 칩 내장형 인쇄회로기판의 품질 및 수율을 향상시킬 수 있다.

도1a 및 도1b는 종래기술을 나타낸 도면.
도2a는 본 발명에 따라 프론트 라이트를 이용해서 캐비티의 위치를 파악하는 단계를 나타낸 도면.
도2b는 패널 전면에 프론트 라이트를 조사하고 카메라 이미지 캡쳐를 하였을 때 얻은 이미지를 나타낸 도면.
도2c는 본 발명에 따라 백 라이트를 이용해서 칩의 위치를 파악하는 단계를 나타낸 도면.
도3a는 본 발명의 제1 실시예에 따라 캐비티 좌우 끝단에서 거리를 측정하여 칩의 위치를 검사하는 방법을 나타낸 도면.
도3b는 본 발명의 제2 실시예에 따라 캐비티 원점에서 거리를 측정하여 칩의 위치를 검사하는 방법을 나타낸 도면.
도4는 본 발명의 양호한 실시예에 따라, 패널의 캐비티 각각에 안착된 칩의 위치를 검사한 결과를 테이블로 예시하여 나타낸 도면.

본 발명은 기판 패널을 각각의 스트립에 제작되어 있는 개별 캐비티의 중심을 거리측정의 원점으로 해서, 개별 캐비티에 매립된 칩의 위치좌표를 측정함으로써 칩이 정위치에 안착되어 있는지를 검사한다. 본 발명은 패널의 전면(front side; 회로가 형성된 면)에 프론트 라이트를 조사해서 캐비티 실드(cavity shield)의 위치를 파악하여, 캐비티 중심을 연산함으로써 기준이되는 원점을 산정한다. 이어서, 패널의 후면(back side)에 백 라이트를 조사함으로써 빛의 투과여부를 통한 명암을 대비해서 칩의 위치를 파악한다. 이때에 칩의 위치는 캐비티 원점을 기준으로 한 좌표값이 연산된다.

동박회로와 수지 절연층으로 구성된 기판에 캐비티를 형성하고 캐비티 속에 칩을 안착시키고 절연물질로 밀봉하여 매립한 칩 매립형 인쇄회로기판에 대해서, 캐비티 내의 칩 장착 위치를 검사하는 방법에 있어서, (a) 상기 칩 매립형 인쇄회로기판의 전면에 프론트 라이트를 조사하고 이미지를 카메라 캡쳐함으로써 캐비티 둘레를 따라 형성한 캐비티 실드의 x, y 위치좌표를 검출하는 단계; (b) 상기 칩 매립형 인쇄회로기판의 후면에 백라이트를 조사하고 광투과도를 측정함으로써, 캐비티 속에 안착된 칩의 x, y 위치좌표를 검출하는 단계; (c) 상기 단계 (a)에서 측정한 캐비티 실드의 x, y 위치좌표로부터 캐비티의 중심점 x, y 위치좌표를 연산하고, 상기 단계 (b)에서 측정한 칩의 x, y 위치좌표로부터 칩의 중심점 x, y 위치좌표를 연산하여, 캐비티의 중심점 x, y 위치좌표와 칩의 중심점 x, y 위치좌표 사이의 거리를 x, y 좌표로 연산하는 단계; 및 (d) 원시 데이터(설계도상의 목표치)와 상기 단계 (c)에서 연산한 거리와의 편차를 연산하는 단계를 포함하는 칩 매립형 인쇄회로기판 검사방법을 제공한다.

이하, 첨부도면 도2 내지 도4를 참조해서 본 발명의 양호한 실시예를 상세히 설명한다.

도2a는 본 발명의 양호한 실시예에 따라, 패널 전면에 프론트 라이트를 조사하고 패널 전면에 형성된 회로와 캐비티를 카메라가 인식한 이미지를 나타낸 도면이다.

도2a를 참조하면, 기판 패널에 동박회로(10)가 나타나 있으며, 캐비티(20)에는 두개의 칩(30a, 30b)이 안착되어 있다. 도2a의 캐비티 부위를 살펴보면, 캐비티의 둘레 영역을 정의하는 캐비티 실드(cavity shield; '캐비티 링'이라 칭할 수도 있다; 21)가 형성되어 있는 것이 이미지로 나타나 있다. 본 발명은 캐비티 실드(21)의 이미지를 측정 카메라가 캡쳐함으로써 패널에 제작된 각각의 캐비티 위치를 개별적으로 파악하는 것을 특징으로 한다. 즉, 패널의 모서리 또는 특정 부위에 미리 제작한 정렬키(alignment key)를 기준점으로 해서 매립된 칩의 위치좌표를 측정하는 종래기술과 달리, 본 발명은 패널에 제작된 다량의 캐비티 각각에 대해서, 캐비티 실드(21)의 위치를 카메라가 이미지로 인식해서 캐비티의 중심점을 원점으로 해서 기준을 잡는 것을 특징으로 한다.

기준점을 산정하고 나면 칩의 위치를 파악하여야 하는데, 프론트 라이트로부터 얻어지는 이미지로부터 칩의 안착 위치를 파악할 경우 약간의 오류가 발생할 수 있다. 첨부도면 도2b를 참조하면서 다시 상세히 설명하기로 한다.

도2b를 참조하면, 캐비티 실드(21)를 볼 수 있고, 캐비티(20) 속에는 칩(30a, 30b)이 안착되어 있다. 그런데, 패널 전면을 촬영하는 카메라는 동박패턴과 칩 사이의 단차로 인한 초점조정 에러, 칩의 형상 및 동박 표면 등에 의한 빛의 산란, 식각과정에서 잔류하고 있는 캐비티 버(cavity burr)등에 의해서 칩 위치를 정확하게 파악하는 것이 용이하지 않다. 도2b를 자세히 살펴보면, 캐비티 실드(21)와 칩(30a, 30b) 사이에 캐비티 버(22)가 남이있는 것이 영상으로 잡힌 모습을 보여주고 있다.

카메라에 캡쳐된 영상의 오류로 인한 칩 위치좌표 오인 인식 문제를 해결하기 위해서, 본 발명은 프론트 이미지 인식 방법 대신에 패널 후면에서 백라이트를 조사하고, 광투과(trasparent vs. opaque) 정도에 따른 명암 대비를 검출함으로써 칩의 위치를 파악하는 것을 특징으로 한다.

도2c는 본 발명의 양호한 실시예에 따라, 기판 패널의 후면을 백라이트로 조사하고 광투과도 측정해서 나타낸 영상이다. 도2c를 참조하면, 패널의 패턴은 인식되지 아니하고 측정기기의 백라이트 광원에 대한 광투과도 차이에 따라 명암(transparent vs. opaque)만이 대비되어 나타나 있다. 광투과율이 낮은 패널 부위와 칩 부위는 검게 나타나고, 캐비티 실드와 칩 사이의 공간은 밝게 나타난다.

본 발명은 백라이트에 의한 명암 대비화면을 이용해서 칩의 위치좌표를 파악하는 것을 특징으로 한다. 도2c에 도시한 방법을 적용할 경우, 빛의 반사 또는 산란, 캐비티 버에 의한 오류 등을 해결하고 정확하게 칩의 좌표를 측정할 수 있게 된다.

도3a는 본 발명의 제1 실시예에 따라, 칩이 설계상의 위치에 안착되어 있는지 여부를 판단하는 검사 알고리즘을 나타낸 도면이다. 도2a를 참조하여 설명한 방식으로 캐비티의 위치좌표를 파악하고, 도2c를 참조하여 설명한 방식으로 칩의 위치좌표를 파악하고 나면, 캐비티 실드(21)의 좌측 변으로부터의 거리 a, 우측 변으로부터의 거리 b, 상측 변으로부터의 거리 o, 하부 변으로부터의 거리 p를 계산하고, 설계도상의 위치좌표(목표값)와의 x축, y축 편차를 계산함으로써, 칩(30a)의 쏠림여부를 검사한다.

마찬가지 방식으로, 캐비티 실드(21)의 좌측 변으로부터의 거리 d, 우측 변으로부터의 거리 c, 상측 변으로부터의 거리 q, 하부 변으로부터의 거리 r을 계산하고, 설계도상의 위치좌표(목표값)와의 x축, y축 편차를 계산함으로써, 칩(30b)의 쏠림여부를 검사한다.

도3b는 본 발명의 제2 실시예에 따라, 칩이 설계상의 위치에 안착되어 있는지 여부를 판단하는 검사 알고리즘을 나타낸 도면이다. 본 발명의 제2 실시예는, 도2a를 참조하며 설명한 방식으로 캐비티의 위치좌표를 파악한 후 캐비티 중심좌표를 계산하고, 도2c를 참조하여 설명한 방식으로 칩의 위치좌표를 파악한 후 칩의 중심좌표를 계산한 후, 캐비티 중심으로부터 칩의 중심까지의 x축 및 y축 상의 거리를 계산하여, 설계도상의 목표값과 비교함으로써 칩의 쏠림 여부를 판단하는 것이다.

본 발명의 제2 실시예는 제1 실시예에 비해서, 계산량이 적어 검사기기가 신속하게 결과를 디스플레이할 수 있는 장점이 있다. 또한 본 발명의 제2 실시예는, 캐비티 사이즈 및 매립된 칩의 수에 관계없이 적용할 수 있으므로, 다양한 칩 매립형 인쇄회로기판에 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

도4는 본 발명의 양호한 실시예에 따라, 패널의 캐비티 각각에 안착된 칩의 위치를 검사한 결과를 테이블로 예시하여 나타낸 도면이다. 본 발명에 따른 캐비티 원점을 이용한 거리 측정 방식(제2 실시예)의 큰 장점은 원시 데이터(raw data; 설계도상의 목표치)의 수치입력을 통하여, 칩의 쏠림 여부를 바로 판단할 수 있는데 있다. 본 발명에 따른 검사방법은 3차원 카메라 검사장비에 소프트웨어를 프로그램하여 임베드함으로써 자동화할 수 있다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허 청구 범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개선하였다. 본 발명의 특허 청구 범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다. 또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용될 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술 분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허 청구 범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 진화, 치환 및 변경이 가능하다.

본 발명은 경박단소 형태의 전자부품을 요구하는 스마트폰, 스마트 패드 등 휴대용 소형기기에 장착되는 칩 매립형 인쇄회로기판, 패키지 기판에 적용될 수 있다. 본 발명은 캐비티의 사이즈 및 캐비티에 내장된 부품의 수에 관계없이 적용되므로, 모든 칩 매립형 인쇄회로기판에 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

10 : 동박회로
20 : 캐비티
30a, 30b : 칩
21 : 캐비티 실드
22 : 캐비티 버

Claims (2)

1. 동박회로와 수지 절연층으로 구성된 기판에 캐비티를 형성하고 캐비티 속에 칩을 안착시키고 절연물질로 밀봉하여 매립한 칩 매립형 인쇄회로기판에 대해서, 캐비티 내의 칩 장착 위치를 검사하는 방법에 있어서,
   (a) 상기 칩 매립형 인쇄회로기판의 전면에서 프론트 이미지 영상을 카메라로 캡쳐함으로써, 캐비티 둘레를 따라 형성한 캐비티 실드의 x, y 위치 좌표를 검출함으로써 검사기준 포인트를 설정하는 단계;
   (b) 상기 칩 매립형 인쇄회로기판의 후면에서 백라이트를 조사하고 광투과도에 따라 흑백으로 나타나는 명암대비 화면으로부터, 검게 나타나는 칩 부위와 밝게 나타나는 캐비티 실드와 칩 사이의 공간을 검출함으로써, 캐비티 속에 안착된 칩의 x, y 위치좌표를 검출하는 단계;
   (c) 상기 단계 (a)에서 측정한 캐비티 실드의 x, y 위치좌표로부터 캐비티의 중심점 x, y 위치좌표를 연산하고, 상기 단계 (b)에서 측정한 칩의 x, y 위치좌표로부터 칩의 중심점 x, y 위치좌표를 연산하여, 캐비티의 중심점 x, y 위치좌표와 칩의 중심점 x, y 위치좌표 사이의 거리를 x, y 좌표로 계산하는 단계; 및
   (d) 상기 단계 (b)에서 측정한 캐비티 실드의 좌측 변으로부터의 거리 a, 우측 변으로부터의 거리 b, 상측 변으로부터의 거리 q, 하부 변으로부터의 거리 r을 계산하고, 원시 데이터(설계도상의 목표치)와의 x축, y축 편차를 계산하는 단계
   를 실시하여 칩 쏠림 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 칩 매립형 인쇄회로기판 검사방법.
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