KR101805076B1 - 주변광 센서 테스트 장치 - Google Patents

Abstract

주변광 센서가 마련된 웨이퍼 또는 모듈에서 각각의 주변광 센서모에서 작동 상태의 정상 유무를 검사하는 주변광 센서 테스트 장치에 관한 것으로, 다수의 주변광 센서(Ambient Light Sensor : ALS)가 마련된 웨이퍼에서 각각의 주변광 센서의 정상 유무를 검사하는 주변광 센서 테스트 장치로서, 상기 웨이퍼에 광을 조사하는 광원, 상기 광원에 전원을 공급하는 전원부, 상기 광원에서 조사되고 상기 웨이퍼에서 반사된 조도(Lux)를 실시간으로 검출하는 광검출기, 상기 광원에서 방사되는 조도의 상태를 수초 내에 변경되도록 제어하는 제어부를 포함하는 구성을 마련하여, 주변광 센서의 제조 비용을 저감할 수 있다.

Description

주변광 센서 테스트 장치{Ambient Light Sensor Test Apparatus}

본 발명은 주변광 센서(Ambient Light Sensor : ALS) 테스트 장치에 관한 것으로, 특히 주변광 센서가 마련된 웨이퍼 또는 모듈에서 각각의 주변광 센서에서 작동 상태의 정상 유무를 검사하는 주변광 센서 테스트 장치에 관한 것이다.

일반적으로 센서는 각종 대상물로부터 해당 이미지 변화, 압력 변화, 가속도/각속도 변화, 온도, 주파수 생체신호 등의 다양한 아날로그 정보를 감지하여 전기적 신호로 변환해주는 장치이다. 센서는 사람의 오감(눈, 코, 입, 귀, 피부)에 해당되는데 외부의 자극을 인식하고 이를 두뇌에 전달하는 역할을 한다. 대표적인 센서로는 CMOS 이미지센서, 자이로센서(각속도센서), 가속도센서 등이 있다. 다양한 센서가 존재하지만 사람의 시각이 가장 중요하듯이 센서 중에서도 이미지센서가 가장 많이 활용되고 있다. 이와 같은 센서는 각종 대상물로부터 해당 이미지 변화, 압력 변화, 가속도/각속도 변화, 온도, 주파수 생체신호 등의 다양한 아날로그 정보를 감지하여 전기적 신호로 변환해주는 장치이다.

SF영화에서 나타난 미래기술과 같이, IoT(사물인터넷), 입출력방식 변화 및 증강현실 등 시장 환경 변화로 인해 센서 시장이 확대되면서 반도체 시장에 큰 변화가 있을 것으로 판단된다.

즉, 모바일 및 보안용 센서 시장이 확대되고, 자동차 및 의료용 시장의 IT화로 센서 중요성이 커지고 있으며, 제품이 경박 단소화 되면서 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 공정 활용도가 높아져서 반도체 전구체와 에칭 소재 중요성이 확대되고 있다.

예를 들어, 주변광 센서는 조도 센서로 칭해지며, 조도를 측정하는 센서이다. 사람의 시각은 적외광과 자외광을 제외한 약 400-700㎚ 파장의 가시광 영역만을 감지할 수 있다. 그 때문에 사람의 눈이 느끼는 밝기는 여러 가지 파장 분포를 가지는 방사 속을 눈의 분광감도로 가중 적분한 것이 된다. 이와 같이 눈의 감도를 기준으로 하여 측정한 광속 밀도를 조도라고 한다. 그 때문에 조도는 측정 시감도 곡선에 가까운 광 감도가 요구된다. 이러한 사람의 눈의 감도에 유사한 광감 특성을 가지고 밝기를 표현해 주는 센서를 주변광 센서(ALS)라고 한다.

한편, 수광 센서를 비롯한 각종 인코더들은 발광소자를 비롯한 각종 디코더로부터 신호를 수신하는 것으로서, 이러한 수광 센서(인코더)의 성능은 수신된 신호가 얼마나 정확하냐를 판가름하는 신호의 정확도와 얼마나 신속하게 수신할 수 있느냐를 판가름하는 수신 속도 및 어떤 환경에서 수신할 수 있느냐를 판가름하는 수신 환경 등을 기준으로 판단하게 된다.

종래의 수광 센서 등 각종 인코더들의 일반적인 센서 검사방법은 얇은 원판 형상의 센서 검사용 회전 디스크를 이용하였는데, 상기 회전 디스크는 투명 또는 불투명 재질로 제작되고, 원주 상으로 방사선상에 일정한 간격으로 형성되는 눈금부를 구비하여 상기 발광소자의 빛을 부분적으로 차단하거나 투과하도록 하여 수광 센서의 테스트가 가능하도록 하였다.

예를 들어 상기 발광소자를 상기 눈금부와 대응하도록 상기 회전 디스크의 상방에 설치하고, 상기 수광 센서를 상기 발광소자와 대응하도록 상기 회전 디스크(3)의 하방에 설치한 다음, 회전축을 이용하여 상기 회전 디스크를 회전시키면서 상기 수광 센서로 수신되는 신호를 분석하여 양품과 불량품을 분별하였다.

또한, 최근에는 스마트제품의 증가로 인한 기능의 혁신, 부품비용의 절감을 요구하고 있고 자사에서 개발하고자 하는 제품은 이러한 스마트제품, 디스플레이기반 제품에서 ALS를 통해 최적화된 화면의 밝기조정을 통해 에너지효율을 증가시키는 목적으로 개발하는 것으로서, 광소자를 테스트하기 위해서는 일루미네이트(illuminator)라는 고가의 장비를 기본 구성으로 하고 있으며, 광학적인 렌즈와 필터를 이용하여 Lux값을 조정하여 원하는 전기적 특성을 테스트하는 것이 광소자제품 테스트 장치가 개발되고 있다.

이러한 기술의 일 예가 하기 문헌 1 및 2 등에 개시되어 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 개구가 형성된 외부 하우징, 상기 외부 하우징내에 배치되며, 내부면이 빈 상태로 전면의 일부가 상기 개구와 접촉되고, 상기 개구를 통해 외부와 연통되는 반구형상의 내부 하우징, 상기 내부 하우징의 후면과 연결되며, 단부가 상기 내부 하우징의 내부면으로 노출되고, 소정의 광원과 전기적으로 연결된 다수개의 광섬유 브렌치, 상기 개구와 대응되도록 상기 내부 하우징의 내부면에 부착된 광 디텍터, 상기 광 디텍터를 제어하는 데이터 콘트롤러를 포함하는 반사형 액정표시소자용 광특성 측정장치에 대해 개시되어 있다.

또 하기 특허문헌 2에는 다수개의 센서를 켄베이어 방식으로 이송하는 그립퍼에 장착하는 단계, 상기 장착된 다수개의 센서를 테스트 온도까지 가열하는 단계, 상기 가열된 다수개의 센서를 대응되는 다수개의 발광소자로 이동시킨 후, 얇은 띠 형상의 몸체에 직선상으로 나란히 일정한 간격으로 눈금이 형성된 검사용 스트립을 왕복시켜 다수개의 센서를 동시에 테스트하는 단계, 상기 장착된 다수개의 센서를 테스트 온도까지 냉각하는 단계 및 상기 냉각된 다수개의 센서를 대응되는 다수개의 발광소자로 이동시킨 후, 얇은 띠 형상의 몸체에 직선상으로 나란히 일정한 간격으로 눈금이 형성된 검사용 스트립을 왕복시켜 다수개의 센서를 동시에 테스트하는 단계를 포함하는 센서 검사 방법에 대해 개시되어 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0482952호(2005.04.04 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-0880677호(2009.01.20 등록)

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술에서는 일루미네이트(illuminator)라는 고가의 장비를 사용하므로, 주변광 센서의 제조 비용이 증가한다는 문제가 있었다.

또 상기와 같은 종래의 기술에서는 광학 장비의 유지 비용이 증가하고, 정밀한 자동 제어의 운영이 곤란하여 검사의 정밀도 및 정확도가 저하된다는 문제도 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 다수의 LED(Light-Emitting Diode)를 광원으로 사용하여 주변광 센서용 웨이퍼 또는 모듈을 자동으로 테스트할 수 있는 주변광 센서 테스트 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기존장비에서도 모듈형태의 하드웨어를 구성하여 테스트 장치와 인터페이스 하여 테스트 가능하게 하는 주변광 센서 테스트 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 다수의 주변광 센서(Ambient Light Sensor : ALS)가 마련된 웨이퍼에서 각각의 주변광 센서의 정상 유무를 검사하는 주변광 센서 테스트 장치는, 상기 웨이퍼에 광을 조사하는 광원, 상기 광원에 전원을 공급하는 전원부, 상기 광원에서 조사되고 상기 웨이퍼에서 반사된 조도(Lux)를 실시간으로 검출하는 광검출기, 상기 광원에서 방사되는 조도의 상태를 수초 내에 변경되도록 제어하는 제어부, 상기 광원의 편차에 따른 DUT(Device Under Test) 간의 불균일성을 감소시키기 위해 상기 광원과 상기 웨이퍼의 사이에 마련된 확산 필터, 및상기 광원, 상기 광검출기 및 상기 웨이퍼 중 적어도 2개 사이의 거리를 조절하는 거리조절기를 포함하며, 상기 광원은 PCB 기판에 서로 이격되어 배치된 다수의 LED(Light-Emitting Diode)로 이루어지고, 상기 광검출기는 프로버 카드상에 장착되며, 상기 제어부는 상기 조도의 상태를 수초 내에 변경하기 위해 상기 다수의 LED 중 적어도 하나의 LED를 끄고, 나머지 LED 중 적어도 하나의 LED를 켜며, 상기 제어부는 미리 설정된 조건 및 상기 광검출기에서 검출된 조도에 따라 상기 거리조절기를 자동으로 제어하고, 상기 광검출기에서 인식된 값과 상기 주변광 센서에서 인식된 값을 비교하여 상기 주변광 센서의 정상 유무를 검사하는 것을 특징으로 한다.

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상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치에 의하면, 비교적 저렴한 LED를 광원으로 사용하고 기존장비와 호환성을 유지하므로, 테스트 장치의 제조 비용을 절감할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치에 의하면, DUT(Device Under Test) 간의 불균일성을 감소시키기 위해 확산 필터를 마련하는 것에 의해 주변광 센서용 웨이퍼 또는 모듈을 정밀하게 테스트할 수 있다는 효과도 얻어진다.

도 1은 본 발명에 적용되는 주변광 센서를 구비한 광소자 모듈의 평면도,
도 2는 본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치의 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치에서의 광모듈의 LED 보드 및 회로도,
도 4는 본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치에서의 광 검출기를 구성하는 광모듈의 광센서 보드 및 회로도,
도 5는 본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치에서의 특성 검사를 위해 제작된 PKG 샘플의 일 예를 나타내는 사진,
도 6은 본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치에서의 반복성 특성을 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치를 수동의 단품 소켓으로 제작한 것으로서 커버 부재가 닫힌 상태의 정면도,
도 8은 본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치를 수동의 단품 소켓으로 제작한 것으로서 커버 부재가 개방 상태의 정면도.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

먼저 본 발명에 적용되는 주변광 센서(ALS)에 대해 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 적용되는 주변광 센서를 구비한 광소자 모듈의 평면도이다.

상기 광소자 모듈(50)은 도 1에 도시된 바와 같이, 리드 프레임(10), 광 수신기(20), 주변광 센서(30) 및 발광다이오드 패키지(40)를 포함하고, 상기 리드 프레임(10)에는 광 수신기(20)의 수광소자(21) 및 신호처리소자(22), 주변광 센서(30), 발광다이오드 패키지(40) 각각을 내장하기 위한 영역이 마련되고, 이 영역에 상기 소자들이 각각 내장된다.

본 발명은 상기 주변광 센서(30)의 성능을 테스트하기 위한 주변광 센서 테스트 장치를 마련한 것이다.

즉, 본 발명에서는 광소자를 테스트하기 위해서는 빛을 차단하는 암실 구성하여 원하는 조도(Lux) 값을 만들 수 있도록 설계제작한 후, Lux 조정하기 위해서 기준이 되는 광센서 부착하여 인가되는 빛의 량을 조절할 수 있도록 한다.

본 발명에 따라 제작된 모듈을 이용하여 테스트를 하기 전 광 모듈에 대한 검증은 빛의 세기를 제어할 수 있는 테스트장비의 18Bit 파워 공급 장치를 통해 정밀하게 DC를 제어한다. 모듈을 활용하여 웨이퍼 테스트를 하기 위한 전기적인 특성을 연결해주는 프로버 카드의 탐침 끝단까지의 Lux 조절(Calibration)을 실시한다. 이때 LED 광원의 편차에 따른 Dut(Device Under Test)간의 불균일성을 최소한으로 줄여주기 위해 광원과 웨이퍼 사이에 확산필터를 삽입하여 균일성을 유지해준다.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치의 블록도 이고, 도 3은 본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치에서의 광모듈의 LED 보드 및 회로도이며, 도 4는 본 발명에 따른 광센서 테스트 장치에서의 광 검출기를 구성하는 광모듈의 주변광 센서 보드 및 회로도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치는 다수의 주변광 센서(ALS)가 마련된 웨이퍼(600)에서 각각의 주변광 센서의 정상 유무를 검사하는 주변광 센서 테스트 장치로서, 상기 웨이퍼(600)에 광을 조사하는 광원(100), 상기 광원(100)에 전원을 공급하는 전원부(200), 상기 광원(100)에서 조사되고 상기 웨이퍼(600)에서 반사된 조도(Lux)를 실시간으로 검출하는 광검출기(300), 상기 광원(100)에서 방사되는 조도의 상태를 수초 내에 변경되도록 제어하는 제어부(400)를 포함한다.

상기 광원(100)은 다수의 LED(Light-Emitting Diode)로 이루어진다. 본 발명에서는 상술한 바와 같이 광원으로서 비교적 저렴한 LED를 사용하므로 테스트 장치의 제작 비용을 절감할 수 있다. 도 3에서는 보드에 마련된 4개의 LED가 OP 앰프에 의해 제어되는 구조의 일 예를 나타낸다.

그러나, 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이 4개의 LED에 한정되는 것은 아니고, 상기 LED의 개수는 측정하고자 하는 주변광 센서용 웨이퍼 또는 모듈의 크기, 수광 용량 등에 따라 가변할 수 있다. 또한, 다수의 LED를 장착하고 주변광 센서용 웨이퍼 또는 모듈의 크기, 수광 용량 등에 따라 일정한 LED만을 작동시키는 구조를 채택하는 것에 의해 주변광 센서용 웨이퍼 또는 모듈의 종류에 대응하여 광원을 교체할 필요가 없으므로 테스트 장치의 운영 비용을 절감할 수 있다.

상기 전원부(200)는 상술한 바와 같은 다수의 LED에 각각 전원, 예를 들어 도 3에서는 5V의 전원을 공급하며, 테스트 장치의 제어를 위한 전원도 공급한다.

상기 광 검출기(300)는 도 2에 도시된 바와 같이 웨이퍼(600) 테스트를 하기 위한 전기적 특성을 연결해주는 프로버(Prober) 카드(700) 상에 마련된다.

또 상기 광 검출기(300)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 광원(100)에서 주변광 센서가 형성된 웨이퍼(600)로 조사되고 주변광 센서에서 반사된 광을 수광하는 수광 센서를 구비하고, 수광된 광에 따라 조도(Lux)를 실시간으로 검출한다. 도 4에서는 도 3에 도시된 4개의 LED에 대응하여 4개의 수광 센서가 마련된 구조를 나타내었지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 다수의 LED에 대응하여 수광 센서를 마련하고, 다수의 LED에서 작동하는 LED에 대응하여 수광 센서가 작동하도록 구성할 수도 있다.

상기 제어부(400)는 마이크로프로세서와 메모리로 구성되고, 상술한 바와 같은 LED의 작동은 상기 메모리에 저장된 주변광 센서용 웨이퍼 또는 모듈에 대한 정보와 LED의 배치에 대한 정보에 따라 상기 마이크로프로세서에서 연산하여 실시간으로 제어한다. 즉 상기 제어부(400)는 주변광 센서용 웨이퍼 또는 모듈에 대한 정보에 대응하여 상기 다수의 LED 중 특정 LED만의 작동을 수초 내에 변경하도록 제어한다. 이와 같은 제어부(400)의 제어는 프로그램화되어 상기 메모리에 저장하는 것에 의해 용이하게 실현할 수 있다.

또 본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 광원(100)의 편차에 따른 DUT(Device Under Test) 간의 불균일성을 감소시키기 위해 상기 광원(100)과 웨이퍼(600) 상에 마련된 확산 필터(500) 및 상기 광원(100) 및 프로브 카드(700) 상에 마련된 광검출기(300)와 상기 웨이퍼(600) 사이의 거리를 조절하는 거리조절기를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제어부(400)는 미리 설정된 조건 및 상기 광검출기(300)에서 검출된 조도에 따라 상기 거리조절기를 자동으로 제어하는 것이 바람직하다. 즉 예를 들어 작동되는 LED의 출력광의 세기 또는 개수 및 상기 광검출기(300)에서의 수광 상태에 대한 정보에 대응하여 상기 제어부(400)가 상기 광원(100) 또는 광검출기(300)와 상기 웨이퍼(600) 사이의 거리를 조절하도록 상기 거리조절기를 자동으로 제어하는 구성을 마련할 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 구조를 마련한 주변광 센서 테스트 장치에서의 특성을 위해 도 5에 도시된 바와 같은 PKG 샘플을 제작하고 반복성 실험을 하였다.

도 5는 본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치에서의 특성 검사를 위해 제작된 PKG 샘플의 일 예를 나타내는 사진이고, 도 6은 본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치에서의 반복성 특성을 나타내는 그래프이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치에 대해 반복 실험한 결과 균일하게 주변광 센서에서 작동 상태의 정상 유무를 판단할 수 있었다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 LED 보드와 광센서 보드를 구비한 광 모듈의 구조를 단품 소켓으로 제작한 경우는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같다.

도 7은 본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치를 수동의 단품 소켓으로 제작한 것으로서 커버 부재가 닫힌 상태의 정면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치를 수동의 단품 소켓으로 제작한 것으로서 커버 부재가 개방 상태의 정면도이다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치는 기존 장비에서 제공되지 않은 모듈을 개발하여 테스트 개발을 함으로 기존장비의 활용성을 높일 수 있으며 이를 제어 할 수 있는 알고리즘 및 다른 어플리케이션에 적용할 수 있게 하여 예를 들어, 반도체 발전방향의 다양성에 따른 투자 리스크를 줄이고 대응할 수 있기에 기업의 경쟁력 또한 향상될 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명에 따른 주변광 센서 테스트 장치를 사용하는 것에 의해 주변광 센서의 제조 비용을 저감할 수 있다.

100 : 광원
200 : 전원부
300 : 광검출기
400 : 제어부
500 : 필터
600 : 웨이퍼

Claims (5)

1. 다수의 주변광 센서(Ambient Light Sensor : ALS)가 마련된 웨이퍼에서 각각의 주변광 센서의 정상 유무를 검사하는 주변광 센서 테스트 장치로서,
   상기 웨이퍼에 광을 조사하는 광원,
   상기 광원에 전원을 공급하는 전원부,
   상기 광원에서 조사되고 상기 웨이퍼에서 반사된 조도(Lux)를 실시간으로 검출하는 광검출기,
   상기 광원에서 방사되는 조도의 상태를 수초 내에 변경되도록 제어하는 제어부,
   상기 광원의 편차에 따른 DUT(Device Under Test) 간의 불균일성을 감소시키기 위해 상기 광원과 상기 웨이퍼의 사이에 마련된 확산 필터, 및
   상기 광원, 상기 광검출기 및 상기 웨이퍼 중 적어도 2개 사이의 거리를 조절하는 거리조절기를 포함하며,
   상기 광원은 PCB 기판에 서로 이격되어 배치된 다수의 LED(Light-Emitting Diode)로 이루어지고, 상기 광검출기는 프로버 카드상에 장착되며,
   상기 제어부는 마이크로프로세서와 메모리로 구성되고, 상기 메모리에 저장된 주변광 센서용 웨이퍼 또는 모듈에 대한 정보와 LED의 배치에 대한 정보에 따라 상기 마이크로프로세서를 통하여 연산하여 실시간으로 상기 다수의 LED 중 적어도 하나의 LED를 끄고, 나머지 LED 중 적어도 하나의 LED를 켜는 동작에 의해 조도의 상태를 수초 내에 변경하며,
   상기 제어부는 미리 설정된 조건 및 상기 광검출기에서 검출된 조도에 따라 상기 거리조절기를 자동으로 제어하고,
   상기 광검출기에서 인식된 값과 상기 주변광 센서에서 인식된 값을 비교하여 상기 주변광 센서의 정상 유무를 검사하는 주변광 센서 테스트 장치.
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