KR101350218B1 - 공초점센서를 포함하는 발광다이오드 검사장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 검사장치는 상기 발광다이오드를 탑재하고, 상기 발광다이오드를 검사위치에 고정 또는 이송시키는 스테이지부, 상기 발광다이오드의 표면을 스캔하면서, 발광다이오드 표면의 높이를 측정할 수 있는 복수의 공초점센서를 구비하는 공초점센서부, 상기 스테이지부 및 상기 공초점센서부의 구동을 제어하고, 상기 공초점센서부가 측정한 상기 발광다이오드 표면의 높이를 미리 입력된 데이터와 비교하여 상기 발광다이오드 표면 상태의 정상 여부를 판별하는 제어부를 포함한다.

Description

공초점센서를 포함하는 발광다이오드 검사장치{Inspection Apparatus for LED Including Confocal Sensor}
본 발명은 발광다이오드 검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 공초점센서를 포함하는 발광다이오드 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 LED 패키지 표면 상태의 양부(良否)를 정확하고 신속하게 측정할 수 있는 검사장치 및 검사방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 LED 패키지의 상태 정보를 다각적으로 제공할 수 있는 검사장치 및 검사방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 검사장치는 상기 발광다이오드를 탑재하고, 상기 발광다이오드를 검사위치에 고정 또는 이송시키는 스테이지부, 상기 발광다이오드의 표면을 스캔하면서, 발광다이오드 표면의 높낮이를 측정할 수 있는 복수의 공초점센서를 구비하는 공초점센서부, 상기 스테이지부 및 상기 공초점센서부의 구동을 제어하고, 상기 공초점센서부가 수집한 표면 높이 데이터를 미리 입력된 데이터와 비교하여 상기 발광다이오드 표면 상태의 정상 여부를 판별하는 제어부를 포함한다.
상기 공초점센서부는 중심축을 기준으로 회전함으로써 상기 복수의 공초점센서가 이루는 열(列)과 상기 발광다이오드가 이루는 각도를 조절할 수 있다.
상기 공초점센서부는 상기 복수의 공초점 센서 각각의 위치를 조절할 수 있는 위치조절장치를 구비할 수 있다.
상기 제어부는 각각의 공초점센서에 의해 측정된 상기 발광다이오드 표면 높낮이 데이터를 기초로 인접하는 상기 공초점센서가 스캔한 표면 사이의 높이를 보간하여 추정하는 알고리즘을 내장할 수 있다.
각각의 공초점센서에 의해 측정된 상기 발광다이오드 표면 높낮이 데이터 및 상기 표면 높이 연산장치에 의해 추정된 상기 발광다이오드의 높낮이 데이터를 기초로 상기 발광다이오드의 전체 표면을 3차원 이미지로 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 검사장치는 상기 발광다이오드를 탑재하고, 상기 발광다이오드를 검사위치에 고정 또는 이송시키는 스테이지부, 상기 스테이지부의 상부에 위치하며, 상기 발광다이오드에 조명을 제공하는 조명부, 및 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 광학검사부, 및 복수의 공초점센서를 구비하고 상기 발광다이오드 표면의 높낮이를 측정할 수 있는 공초점센서부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면 LED 패키지 표면 상태의 양부(良否)를 정확하고 신속하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 LED 패키지의 상태 정보를 다각적으로 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 발광다이오드 검사장치의 개략도이다.
도 2는 공초점센서의 구조를 개략적으로 나타낸 그림이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 공초점센서부의 측면도이고, 도 3의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 공초점센서부의 분해도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 공초점센서부를 이용하여 발광다이오드 패키지의 표면을 검사하는 방법을 설명하는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 공초점센서부가 발광다이오드 패키지 표면을 검사하는 방법을 설명하는 모식도이다.
도 6은 복수의 공초점센서의 탐침이 발광다이오드의 표면을 따라 스캔하는 궤적을 나타내는 모식도이다.
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 1은 본 발명의 일 측면에 따른 발광다이오드 검사장치의 개략도이다. 도1을 참조하면, 비접촉식 발광다이오드 표면검사장치는 스테이지부(10), 공초점센서부(20), 광학검사부(30), 제어부(40), 비전처리부(50) 및 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.
공초점센서부(20)는 스테이지부(10)에 착좌되어 있는 발광다이오드의 표면을 스캔하면서 발광다이오드 패키지의 표면, 특히 형광물질을 함유하는 봉지재의 표면의 높이를 측정하는 부분이다. 공초점센서부(20)는 복수의 공초점센서를 구비하여 복수의 공초점센서로 하여금 발광다이오드 패키지 표면 위를 함께 지나가도록 구동한다.
도 2는 공초점센서의 구조를 개략적으로 나타낸 그림이다. 검사대상물을 스테이지부에 올려놓고 육안 또는 모니터 화상으로 분석하고자 하는 검사대상물의 한 부분에 광학 초점을 맞춘다. 다음은 레이저(5)에서 나온 빛(2)이 공초점센서의 대물렌즈(3)를 통해 수렴되어 검사대상물(1)의 광학 초점에 입사된다. 이때 레이저에서 나온 빛(2)이 대물렌즈(3)를 통해 집중화된 초점과 육안의 광학 초점은 거의 동일하다. 레이저로부터 나온 빛(2)에 노출된 검사대상물(1)의 국부적인 영역에서 산란되는 산란광(6)은 다시 대물렌즈(3)를 거쳐 초점이 정확하게 맞는 빛만을 검출기 조리개(7)로 분리한 후 검출기로 받아 디지털 신호화하여 컴퓨터로 전송하게 된다.
공초점센서의 장점은 검사대상물을 2차원 또는 3차원으로 조사하면서 일련의 라만 스펙트럼을 얻어 라만 강도를 분석함으로써, 시료의 공간적인 구조분석이 가능하다. 이러한 방법을 광범위하게 라만 이미징이라고 한다. 레이저 광원의 스캔 방법에 따라 검사대상물의 표면, 두께 등 2차원 또는 3차원적으로 다양한 분석이 가능하다.
본 발명은 발광다이오드 패키지의 표면을 따라 복수의 공초점센서에서 생성되는 레이저 광원이 자동적으로 초점을 이동함으로써, 특히 발광다이오드 패키지의 봉지재 표면의 형태학적 정보를 정확하고 신속하게 얻을 수 있다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 공초점센서부의 측면도이고, 도 3의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 공초점센서부의 분해도이다.
도 3의 (a), (b)를 참조하면, 공초점센서부는 복수 개의 공초점센서(22)를 구비한다. 복수의 공초점센서(22)는 고정블록(24)에 의해 센서헤드가 고정됨으로써 복수의 공초점센서(22)가 일체로 움직인다. 복수의 공초점센서(22) 및 고정블록(24)은 다시 회전판(26)과 결합됨으로써 중앙의 공초점센서를 축으로 회전할 수 있다. 복수의 공초점센서(22)가 회전되는 이유는 도 4를 이용하여 설명하기로 한다.
공초점센서부(20)는 연결블록(28)을 구비하여 광학검사부(30)와 결합될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 공초점센서부를 이용하여 발광다이오드 패키지의 표면을 검사하는 방법을 설명하는 모식도이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 공초점센서의 탐침(22a)으로 발광다이오드 패키지(11) 위를 스캔할 때 공초점센서의 탐침(22a)은 발광다이오드 패키지의 봉지재(12) 위를 지나야 한다. 따라서 공초점센서 탐침의 중심(C)을 기준으로 복수의 공초점센서를 회전시켜 공초점센서의 탐침(22a) 모두가 봉지재(12) 위를 통과하도록 한다.
도 4의 (b)에 개시된 발광다이오드 패키지(11')의 봉지재(12')의 폭(W2)은 도 4의 (a)에 개시된 그것(W1)보다 크다. 따라서 공초점센서의 탐침을 연결한 라인(A)과 공초첨 센서의 탐침의 궤적이 이루는 각도가 도 4의 (a)에 개시된 그것보다 커야 한다. 이와 같이 공초점센서의 중심을 축으로 공초점센서를 회전시킴으로써 다양한 크기를 가진 발광다이오드 패키지에 대해 효과적으로 대응할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 공초점센서부가 발광다이오드 패키지 표면을 검사하는 방법을 설명하는 모식도이다. 도 5의 (a)를 참조하면, 복수의 공초점센서(22')는 각각 위치조절장치(27)와 연결되어 있다. 위치조절장치(27)는 상하로 이동할 수 있으므로 공초점센서(22') 사이의 간격을 조절할 수 있다. 각각의 공초점센서(22')는 하나의 발광다이오드(11)에 대해 봉지재의 표면을 스캔할 수도 있고, 도 5의 (b)에 개시된 것과 같이 복수의 발광다이오드(11a, 11b, 11c)의 봉지재의 표면에 대해 공초점센서(22')가 동시에 스캔할 수도 있다.
도 6은 복수의 공초점센서의 탐침이 발광다이오드의 표면을 따라 스캔하는 궤적을 나타내는 모식도이다. 도 6을 참조하면, 공초점센서의 탐침이 스캔하는 궤적의 표면 정보를 획득할 수 있으나 궤적 사이의 표면에 대한 정보는 직접적으로 구할 수 없다. 이 경우 도 1에 도시된 제어부(40)에 미리 입력된 보간 알고리즘(interpolation algorithm)을 이용해 궤적 사이의 표면정보를 추정할 수 있다.
보간법이란 측정하지 않았거나 측정할 수 없는 값을 구해야 할 경우에 사용하는 방법으로서, x0 < x1 <…< xn으로 주어진 n+1개의 변수에 대한 함수 값을 알고 있을 때, 이들 n+1개의 모든 점을 통과하는 근사 함수를 이용하여, 구간 내의 임의의 점에 대한 함수값을 구하는 방법이다. 일반적으로 데이터 점들 사이의 간격이 작으면 작을수록 더욱 좋은 근사값을 얻게 되는 데, 간격이 감소함으로써 연속함수를 직선으로 근사 시키기가 좋기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 공초점센서에 의해 측정된 상기 발광다이오드 표면의 높이 및 상기 표면 높이 연산장치에 의해 추정된 상기 발광다이오드의 높이를 기초로 상기 발광다이오드의 전체 표면을 3차원 이미지로 디스플레이하는 디스플레이부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
다시, 도1을 참조하면, 광학검사부(30)는 공초점센서부(20)와 연결되어 스테이지부(10)에 탑재된 발광다이오드에 대하여 광학적 검사(optical inspection)를 수행할 수 있다. 광학검사부(30)는 발광다이오드에 조명을 제공하는 조명부(32), 조명부의 상부에 위치하여 발광다이오드의 영상을 촬영하는 카메라(34), 상기 카메라에서 촬영된 영상을 판독하여 발광다이오드의 양호 또는 불량을 판별하는 비전처리부(50)를 포함할 수 있다.
제어부(40)는 앞서 설명한 바와 같이 공초점센서부(20)가 측정한 발광다이오드 봉지재의 표면의 높이 및 보간 알고리즘을 통해 추정된 표면의 높이를 미리 입력된 데이터와 비교하여 상기 발광다이오드 표면 상태의 정상 여부를 판별할 수 있다. 또한 이송 컨베이어(60)에 결합된 공초점센서부(20) 및 광학검사부(30)를 발광다이오드 위에서 전, 후, 좌, 우로 구동하도록 제어할 수 있다.
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.

Claims (6)

  1. 발광다이오드를 탑재하고, 상기 발광다이오드를 검사위치에 고정 또는 이송시키는 스테이지부;
    상기 발광다이오드의 표면을 스캔하면서, 발광다이오드 표면의 높이를 각각 측정할 수 있는 복수의 공초점센서를 구비하는 공초점센서부; 및
    상기 스테이지부 및 상기 공초점센서부의 구동을 제어하고, 상기 공초점센서부가 측정한 상기 발광다이오드 표면의 높이를 미리 입력된 데이터와 비교하여 상기 발광다이오드 표면 상태의 정상 여부를 판별하는 제어부;
    를 포함하는 발광다이오드 검사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공초점센서부는 중심축을 기준으로 회전함으로써 상기 복수의 공초점센서가 이루는 열(列)과 상기 발광다이오드가 이루는 각도를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 검사장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공초점센서부는 상기 복수의 공초점 센서 각각의 위치를 조절할 수 있는 위치조절장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 검사장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 각각의 공초점센서에 의해 측정된 상기 발광다이오드 표면의 높이를 기초로 인접하는 상기 각각의 공초점센서가 스캔한 표면 사이의 높이를 보간하여 근사값으로 추정하는 알고리즘을 내장하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 검사장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 각각의 공초점센서에 의해 측정된 상기 발광다이오드 표면의 높이 및 표면 높이 연산장치에 의해 추정된 상기 발광다이오드의 높이를 기초로 상기 발광다이오드의 전체 표면을 3차원 이미지로 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 검사장치.
  6. 발광다이오드의 양호 또는 불량을 판별하기 위한 검사장치로서,
    상기 발광다이오드의 표면을 스캔하면서, 발광다이오드 표면의 높이를 각각 측정할 수 있는 복수의 공초점센서를 구비하는 공초점센서부; 및
    상기 발광다이오드를 탑재하고, 상기 발광다이오드를 검사위치에 고정 또는 이송시키는 스테이지부, 상기 스테이지부의 상부에 위치하며, 상기 발광다이오드에 조명을 제공하는 조명부, 및 상기 조명부의 상부에 위치하여 상기 발광다이오드의 영상을 촬영하는 카메라, 상기 카메라에서 촬영된 영상을 판독하여 상기 발광다이오드의 양호 또는 불량을 판별하는 비전처리부, 및 상기 스테이지부, 상기 카메라 및 상기 공초점센서부의 구동을 제어하는 모션 컨트롤러를 포함하고 상기 공초점센서부가 측정한 상기 발광다이오드 표면의 높이를 미리 입력된 데이터와 비교하여 상기 발광다이오드 표면 상태의 정상 여부를 판별하는 제어부를 포함하는 광학검사부;
    를 포함하는 발광다이오드 검사장치.
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