KR20020077896A - 인쇄회로판, 집적회로 따위 품목들을 마킹하는 레이저스캐닝 방법 및 체계 - Google Patents

Abstract

제어가 단일의 중앙 제어기에 의해 제공되는, 품목들을 마킹하기 의한 레이저 스캐닝 방법 및 체가 제공된다. 첵계는 마킹장소의 제 1의 방향에 품목들을 운반하는 컨베이어를 포함한다. 컨베이어 제어기는 컨베이어 제어 신호들에 응하여 컨베이어를 제어한다. 레이저 및 광학 하부조직은 레이저 제어 신호들에 응하여 집속 레이저 빔을 발생시키기 위해 그 레이저에 광학적으로 결합된다. 스캔 헤드는 편향 제어 신호들에 응하여 품목들의 적어도 하나에 제 1의 소정 지역을 마크하게 마킹장소의 둘의 사실상 직교하는 축을 따라 집속 레이저 빔을 조종하는 레이저 빔 편향장치를 포함한다. 작동기가, 치환 제어 신호들에 응하여 마킹 장소의 제 1의 방향에 사실상 직교하는 제 2의 방향에 축을 바꾸어 놓기 위해 스캔 헤드의 초소부에 결합되어, 레이저 빔 편향장치는 적어도 하나의 폼목에 제 2의 소정지역을 마크하게 바꾸어 놓은 축을 따라 집속 레이저 빔을 조종한다. 마킹 위치와 내용을 나타내는 입력 데이터에 응하여 편향 제어 신호들, 치환 제어 신호들 및 컨베이어 제어 신호들을 발생시키기 위해 중앙 제어기가 마련되어 있다.

Description

인쇄회로판, 집적회로 따위 품목들을 마킹하는 레이저 스캐닝 방법 및 체계 {LASER SCANNING METHOD AND SYSTEM FOR MARKING ARTICLES SUCH AS PRINTED CIRCUIT BOARDS, INTEGRATED CIRCUITS AND THE LIKE}

PCB 제조자들, 예를 들어 소형화 전기통신 회로의 생산자등은 회로들의 내부 및 필드실패 추적에 대한 증대수요를 제공하게 될 것이다. 가끔 인쇄회로는, 다수의 동일한 회로가, "멀티업(multi-up)"-예를 들어 "스냅" 어셈블리 내 또는 팰러트 상의 2×3 배열의 회로로 불리는, 단일 패널 또는 기판에 존재하는 패널상태로 생산된다. 인간과 기계가 판독가능한 마크들은 2차원 셀 코드, 원문 또는 바코드를 포함하는 것이 필요할 것이다. 타의 유사 배열들에 있어서는, 품목들은 반복성의 배열의 트레이 또는 컨테이너에 존재하게 된다. 예를 들어, 멀티칩 모듈들이나 다이, 또는 마이크로-BGAs(볼 격자 정렬들)은 트레이들의 반복성 배열에 위치되게 된다.

이들 제조자들은 융통성있는, 경제적인, 고속의 마킹장치를 필요로 한다. 마킹장치는, 컨베이어들이 공정에 절대 필요한 생산라인에 용이하게 통합되어야 한다. 마킹속도는 생산량을 감소함이 없이 다수의 지역들에 고선명도 마크를 제공하기에 충분하여야 한다. 비용과 공간 절약은 이익이다.

레이저는 작은 공간에 정보를 마크할 수 있으며 마이크로전자 에셈블리와 인쇄회로판이 작아지고 밀도가 높아지는 경향에 조화된다. 예를 들어, 고밀도 회로판 상에는, 특정 패턴, 예를 들어 고농도 2D 셀 코드를 회로 패턴에 인접하는 지역들에 마크하는 것이 필요할 수도 있다. 이는 마킹 빔의 정확한 배치의 요구의 원 인이 된다.

최근 20여년에 걸쳐 레이저 마킹 산업은 발전하여 유리에 자외선(약 355nm)으로부터 적외선(10.6nm의 CO2)까지의 파장을 이용하여 금속을 마킹하는 가능성을 제공하고 있다.

하기의 대표적 참증들은 레이저 마커들에 관한 일반정보를 제공한다:

Montagu, "Galvanometric and Resonant Low Inertia scanners", LASER BEAM SCANNING, Marcel-Dekker, 1985,pp 214-216;

Orlan Hayes, "Marking Applications now Encomass Many Materials", LASER FOCUS WORLD, 1997. 2, pp 153-160; 및

Brian Rossi, "Commercial Fiber Lasers Take on Industrial Markets",LASER FOCUS WORLD, 1997. 5, pp 143-150.

하기는 대표적 마킹 방법 및 장치를 기술하고 있는 미국특허 또는 PCT출원의 간단한 설명들이다:

WO 96/16767: A Marking Apparatus With Multiple Fibers Feeding a Plurality of Markers, Time Sharing;

WO 98/53949: Laser Marking and Energy Control W/ a High Power Fiber Laser;

5,965,042: Cleaning after Marking W/ a Lower Energy Density Beam;

5,942,137: Laser Dcribing of Grooves on Hard Crystals, the Crystals Are Positioned on an X,Y Stage and a Microscope Mounted on the Laser System;

5,932,119: a Gemstone Micro-inscribing System with a Stage Displacing the Gemstone, and Q-switched Laser System for Marking;

5,719,372: a Q-switched Marking System W/ a Controlled Pulse Width;

5,690,846: a Laser ProcessIng System W/ X,Y Stages Moving the Object and a Pair of Mirrors Used to Mark;

5,635,976: Writing Geometric Patterns on Photosensitive Substrates;

5,600,478: a Laser Marker W/ a Displaceable Mirror to Cause the Path of the Beam to Scan in One Direction, the Target Is Displaced in an Orthogonal Direction;

5,521,628: Marking Multiple Regions Simultaneousiy, Difrractive Optics;

5,357,077: System for Marking ICS Arranged in a Single File Tubular Holder W/ Controlled ConveYor Positioning;

5,329,090: Writing on Silicon W/ a DPY Laser W/ the Laser Beam Moved Across the Surface of the Wafer;

4,985,780: a Portable Laser Engraving Machine with an X Carriage and Y Carriage for Positioning the Laser Beam for Engraving Selected Patterns;

4,945,204: Marking Semiconductor Devices W/Specified Focused Energy Density and Pulse Duration;

4,922,077: a Q-switched System for Marking Metal Packages with a 3 Step Process, Including Oscillating the Laser Beam in One step;

4,758,848: Marking a Pattern and Utilizing Partial Feedback of the Laser Beam;

4,734,558: Laser Machining W/a Controlled Mask, for Instance an LCD;

4,586,053: a Displayed Image Is Coupled to an LCD Which Is Then controlled to Mark a Product;

4,522,656: Wafer Marking W/Pulse Energy Control and Controlled Spot Size;

4,323,755: Sequentially Vaporizing Contiguous Strips - essentially a "Dot Matrix" Appoach;

4,220,842: Removing Material W/a CO2 Laser, Control Implulse Relativeto the Expanding Plasma; 및

4,156,124: a Mask Arrangement for Engraving. Supporting Tables And/or the Laser Source Is Moved; Rotation Is Included.

전분야 마커들은 마크될 전체의 "멀티업" 또는 타의 부분을 커버하기에 충분한 스캔 필드를 가진 넓은 필드의 광학 스캐너를 전형적으로 함유한다. 결점은 예를 들어 작은 인쇄회로 기판들 상의 저 콘트래스트 마크들이다. 소형화의 증대 경향으로, 예를 들어 "멀티업들"이 현존하는 PCB산업에 있어서, 전분야 접근이 증대적으로 불충분하게 되고 있다. 또한, 트레이 포킷들 내 장치들이 드러나고 전통적인 "걸윙(gull-wing)"과 QFP(quad flat pack)ICs를 이탈하며 한정된 구역들에 고해상도 마크들이 필요하게 되는 마이크로 BGAs와 다이를 포함한다.

많은 마킹장치에 있어서는, 컨베이어를 운행하고, 마크를 시작하며 컨베이어를 운행하기 위하여 PLC(programmable logic controller)를 사용하는 것이 공통이다. 통합이 SECS GEM 소프트웨어 접촉면과 같이 더 복잡해지는 경우, 이들 구성은 실용적이 아니다.

선행기술 고해상도 마킹체계들은 마킹헤드를 교환하는데 또는, 대신 마킹을 위해 x,y 단계들 상에 기판을 위치시키기는데, 로더들을 필요로 하는 x,y 단계들을 활용한다. 이 접근법은 일반적으로 더 비싸다. 게다가, 로더들의 사용은 산출량을 감소시킨다.

미국특허 제 5,847,960 호는, 다수의 연합 작업편들 상의 목표위치들과, 특히, 다수의 공구들과 다단, 다헤드 포지션너와 연합의 목표위치의 위치결정을 정확히 조정하는 체계에 관하여, 레이저 빔들이나 타의 방사선 빔들과 같은, 다수의 공구를 위치결정하는 장치와 방법을 개시하고 있다.

본 발명은 인쇄회로판, 집적회로 따위의 품목들을 마킹하는 레이저 스캐닝 방법들과 체계들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 예를 들어 전자품 제조공정을 위한 조립라인의 마킹장소에서 인쇄회로판들, 마이크로BGAs와 CSPs 따위의 반도체 패키지들, 및 유사픔목들을 고해상도 마킹하는 레이저 스캐닝 방법들 및 체계들에 관한 것이다. 전형적으로 마크될 지역(마킹 필드)의 사이즈는 고선명도기 및/또는 인간 판독가능의 마크들이 요구되는 기판 또는 장치 보다 실제적으로 작다.

도 1a는, Y가 스캔 헤드 이동이 방형이고 X가 켄베이어의 이동의 방향인, 본 발명에 따라 구성된 체계의 블록도이다;

도 1b는, 도 1a의 체계의 부분의, "멀티업" PCB 상의 대표적 마킹필드(전체 구역)와 특정지역들을 보이는, 부분 파단의 개략 사시도이다;

도 1c는, 도 1c 및 그에 2D 코드를 가진 특정지역 중의 히나의 분해도이다;

도 1d는, 전형적인 2D 셀 코드를 보이는 특정 마킹 지역들을 예시하는 PCB의 평면도이다;

도 1e는 상자 또는 용기가 분할에 의하여 분리된 전자장치들을 보유하는, 컨베이어 없는, 도 1b 유사도이다;

도 1f는, 도 1c의 유사도이다;

도 2a-2d는 특정 지역, 등등 간의 거리 대 스캔 필드의 상대 사이즈로서 도 2a는 기판보다 큰 마킹 스캔 필드를 보인다;

도 2b는 충분히 넓지 않고 헤드 전이인 마킹 스캔 필드를 보인다;

도 2c는 컨베이어 상에 운반되는 셋의 실질적 동일 회로에 대해 충분한 넓이의 마킹 스캔 필드를 보인다;

도 2d는 본 발명에 따라 다수 품목을 고해상도 마킹의 보통 경우를 보이고, 또한 X방향이 헤드의 이동에 상응하는 컨베이어 이동 및 헤드 전이를 보이며;

도 2e는, 다이가 트레이 내에 위치하여 있는 것을 제외하고는 도 2d와 유사한 도면이다.

본 발명의 일 실시양태의 목적은 컨베이어, 마커 및 공장 숙주 계면이 단일 소프트웨어 프로그램으로 모두 제어되는 인쇄회로판, 집적회로 등과 같은 품목을 마킹하는 레이저 스캐닝 방법과 체계를 제공하는 데 있다.

본 발명의 상기 목적과 타의 목적들을 실행함에 있어서, 품목들을 마킹하는 레이저 스캐닝 방법이 제공된다. 그 방법은: a) 마킹장소의 제 1의 방향에 품목을 제어가능하게 운반하고; b) 집속 레이저 빔을 발생시키고; c) 마킹위치와 마킹 내용을 나타내는 입력 데이터에 기초하여 품목들의 적어도 하나의 제 1의 소정의 지역에 마크하도록 마크장소의 둘의 사살상 직교 축을 따라 집속 레이저 빔을 제어가능하게 조종하고; d) 마킹장소의 제 1의 방향에 사실상 직교의 제 2의 방향에 측을 바꿔 놓으며; e) 입력 데이터에 기초하여 적어도 하나의 품목 상의 제 2의 소정지역을 마크하도록 바궈 놓은 축을 따라 집속 레이저 빔을 제어가능하게 조종하는, 단계들을 포함한다.

그 방법은 마킹 장소의 적어도 하나의 품목의 적어도 하나의 부분을 감지하고 적어도 하나의 부분의 이미지를 표현하는 상응하는 신호를 마련하며 그 신호에 기초하여 단계 c)에 앞서 축의 적어도 하나를 오프셋하는 단계들을 더 포함할 수도 있다.

품목들은 실제적으로 정지될 수도 있고, 또는 단계 c) 동안에 제어가능하게운반될 수도 있다.

감지단계는 적어도 하나의 품목의 기지의 특징을 함유하는 적어도 하나의 품목의 지역을 스캐닝하여 상응하는 이미지 신호를 제공하며 그 이미지 신호에 기초하여 단계 c)에 앞서 축의 적어도 하나를 오프셋하는 단계를 포함할 수도 있다.

품목들은 인쇄회로판들일 수도 있다.

품목들은 집적회로들일 수도 있고, 또는 반도체 패키지들일 수도 있다.

본 발명의 상기 목적 및 타의 목적들을 또한 실행함에 있어서, 품목들을 마킹하는 레이저 스캐닝 체계가 마련된다. 그 체계는 마킹장소의 제 1의 방향에 품목들을 운반하는 컨베이어를 포함한다. 컨베이어 제어기는 컨베이어 제어 신호들에 응하여 컨베이어를 제어한다. 레이저 및 광학 하부조직은 레이저 제어신호들에 응하여 집속 레이저 빔을 발생시키기 위하여 그 레이저에 광학적으로 결합된다. 스캔 헤드는 편향 제어 신호들에 응하여 적어도 하나의 품목상의 제 1의 소정지역을 마크도록 마크장소의 둘의 사실상 직교 축을 따라 집속 레이저 빔을 조종하는 레이저 빔 전향장치를 포함한다. 작동기가 전이 제어 신호들에 응하여 마크장소의 제 1의 방향에 사실상 직각의 제 2의 방향에 축을 바꾸어 놓기 위해 적어도 부분의 스캔 헤드에 결합되고 레이저 빔 전향장치는 적어도 하나의 품목상의 제 2의 소정 지역을 마크하도록 바꿔 놓은 축을 따라 집중 레이저 빔을 조종한다. 중앙 제어기가, 마킹위치와 마킹내용을 묘사하는 입력 데이터에 응하여 편향제어 신호들, 레이저제어 신호들, 이동제어 신호들 및 컨베이어제어 신호들을 발생시키기 위해 마련된다.

그 체계는 마킹장소의 적어도 하나의 품목의 적어도 하나의 부분을 감지하여 적어도 하나의 부분의 이미지를 나타내는 상응하는 이미지 신호를 마련하는 기계 비전 하부조직을 더 포함할 수도 있고, 중앙 제어기는 적어도 하나의 축을 오프셋하기 위한 이미지 신호에 응하여 오프셋 신호를 발생시키는 것이다.

기계 비전 하부조직은 마킹장소의 품목들을 조명하는 점등 어셈블리를 포함할 수도 있다.

점등 어셈블리는 펄스 조명 하부조직을 포함할 수도 있다.

레이저 빔 전향장치는 2차원의, 어드레스가능 검류계를 포함할 수도 있다.

체계는 스캐닝 레이저 빔을 발생시키는 제 2의 레이저를 또한 포함할 수도 있다. 레이저 빔 전향장치는 적어도 하나의 품목의 기지의 특징을 함유하는 적어도 하나의 품목의 지역을 스캔하게 축을 따라 스캐닝 레이저 빔을 조종하여 상응하는 이미지 신호를 제공한다. 중앙 제어기는 적어도 하나의 축을 오프셋하기 위한 이미지 신호에 응하여 오프셋 신호를 발생시킨다.

품목들은 인쇄회로판들일 수도 있다.

품목들은 집적회로들일 수도 있고, 또는 반도체 패키지들일 수도 있다.

마킹 패턴은, 각각이 약 25-50 미크롱의 사이즈를 가진, 품목들의 각각에 마크되는, 복수의 스폿을 포함할 수도 있다.

컨베이어는 약 5 mils의 배치 정확도를 가진 컨베이어 제어기에 의해 제어가능하게 배치되는 능력이 있을 수도 있다.

본 발병의 적어도 하나의 실시양태의 목적들은 또한:

인쇄회로판, 집적회로 등과 같은 품목들을 마크하기 위한 레이저 스캐닝 방법 및 체계 제공.

"비분리형"이며 자동 제조 라인에 용이하게 통합되는, 또는 대신 독립형 구성으로 작동될 수 있는 레이저 마커 제공.

기계나 인간 독해가능성의, 고해상도 2D 셀 코드들에 대한 고선명도(고해상도) 마크들의 가능성 제공.

생산 속도의 고속 마킹 제공.

레이저 파장들과 파워의 선택을 통해 많은 상이한 재료 조성물을 가진 판에 장치된 PCB 기판들, 도선 지역들, 및 장치들을 마킹할 수 있는 체계 제공.

고해상도 마크들이 한정된, 미시적인 구역에 요구되는, 집적회로 다이를 포함하는, 장치들의 "내-트레이" 마킹을 위한 체계 제공.

컨베이어가 기판 이동의 방향에 따라 충분한 위치결정 정확도를 제공함으로써 여분의 위치결정 기구들 및/또는 로더들에 대한 필요를 배제하는 경제적 마킹 체계 제공.

기계 비전 토대의 위치결정을 포함하여, 생산 라인에서 인간 또는 기계 판독가능의 패턴들을 회로손상의 위험없이 다이 상의 회로 패턴들을 포함하는 회로 패턴들에 근접하여 마킹하게 충분히 정확한 빔과 기판 배치 가능성 제공.

마킹내용이, (x,y)광역 장치와 국지 스캐너(x',y') 좌표장치 내 마킹을 위한 특정화나 명령을 제공함이 없이 "매부분" 또는 "매장치" 기초의 사용자에 의해 특정화될 수 있는, 마킹체계 제공.

을 포함한다.

이들 목적은 하기의 방법과 체계에 의하여 달성된다:

마킹 장소의 PCBs, 집적회로 패키지, 및 장치들과 유사품목들의 고해상도 마킹 방법으로서, 그 방법은:

(1)

(a) 빔 스캐너, 마킹 레이저, 집속 장치, 및 마킹을 위한 소정의 최대 스캔 필드로 이루어지는 스캔 헤드,

(b) 제어장치 및, 마킹장소 내의 적어도 하나의 위치의 품목들을 제어가능하게 배치하기 위해 제어장치에 효과있게 접속되는, 제 1 방향 이동의 컨베이어, 및

(c) 제 2 방향 이동을 따라 전이가 생기는, 스캔 헤드를 선택적으로 배치하기 위한 전이기구,

를 마련하고;

(2) 컨베이어의 제 1의 위치에 품목을 제가능하게 배치하고;

(3) 마킹 레이저 빔을 스캐닝함에 의하여 풍목의 특정부분을 마킹하며;

(4) 품목의 모든 특정부분들이 마크될 때 까지 배치와 마킹 단계(2)-(3)을, 각각 반복하는;

단계들을 포함한다.

체계는 상기 단계들의 각각을 실행하게 마련될 수 있다. 컨베이어는 X방향을 따라 운반할 수 있으며 전이기구는 X방향에 사실상 직각인 Y방향에 이동하게 제어된다.

게다가 방법과 체계는 각각, 적어도 하나의 하기 단계들 또는 구성요소를 함유하여도 좋다:

스캔 헤드: 2D 패턴을 발생시키는 2차원의 어드레스가능 빔 스캐너;

전이 기구: 제 1의 방향의 컨베이어 이동에 사실상 직교하는-적어도 제 2 방향 이동의 스캔 헤드를 제어가능하게 조정하는 기구는 자동화 단일축 전이기를 함유할 수도 있다;

빔 스캐너: 스캔필드 내의 레스터/벡터 모드들을 가진, 어드레스가능 및 프로그램가능 스캐너;

기판 또는 품목: 기판 또는 품목은 정지상태에 유지될 수도 있고 또는 마킹 중 이동할 수도 있다;

레이저: 레이저는 레이저 자료 상호작용을 기초로 하여 선택되며 (예를 들어) CO2, YAG, 또는 파이버 레이저를 함유할 수도 있다. 비직선형 크리스탈에 의한 주파수 증가는 IR파장을 가시파장에 전환시키는데 이용되어도 좋다. 파장들은 UV로부터 IR까지 선택될 수가 있다. 레이저는 "MOPA"(mastre ossillator, power amplifier) 구성이어도 좋다. 이들 레이저와 그들의 작용은 기술에 숙련한 이들에게 알려져 있다;

목표의 특정부분: 각각의 경우에 IC 패키지 상의 PCB "멀티업" 또는 미시적 지역, 또는 예를 들어 다이의 중복부분을 포함하여도 좋다. 스캔 헤드는 "컨베이어에 직교하는 제 2 방향 이동"을 따라 복수의 마킹 위치에, "단일축 변환장치"에의해 색인될 수도 있다;

스캔 필드: 복합 위치는 스캐너의 최대 스캔 필드에 규정되는 마킹필드 내에 마크될 수도 있고, 마킹은 x', y' 좌표 장치에 규정되는 복수의 좌표에 생기며, 스캔헤드와 컨베이어가 사실상 정지상태에 있는 동안에 임의로 생긴다. 위치들은 제어 컴퓨터로부터의 복수의 지역에 대해 x',y' 좌표를 전이하는 연속 프로그램에 의해 규정되어도 좋다.

연속 프로그램: 연속 프로그램은 마킹위치와 마킹내용을 입력으로서 수용함에 의한 신속마킹의 연속 과정으로부터 결정된다. 자동연속 프로그램은, 위치들의 정렬을 마킹하기 위한 (x, y, x',y')좌표 장치에 마킹헤드를 배치하기 위해 신호를 출력할 수도 있다;

스캐닝 및 마킹 단계: 마크되게 될 기판의 특정 지역으로부터 전이 및 회전에 있어 오프셋되는 기지의 특징을 자동적으로 위치시키는 위치결정 단계를 더 함유하여도 좋다;

위치결정 단계는 프로그램가능 스캐너와 함께 기지의 특징을 함유하는 지역을 스캐닝하여 기판의 특정지역의 연속 마킹을 위해 스캐너의 좌표들을 조정하는 것을 더 함유하여도 좋다;

스캔 헤드는위치결정단계중 스캐닝을 위해 사용되는 저 전력 레이저를 더 함유하여도 좋다. 대신, 점등 및 카메라 장치를 함유하는 비전 장치가 마련되어도 좋다; 그리고

위치결정 단계는 기판이 이동하는 동안 생기어도 좋다. 만약 비전 장치를토대로 하는 카메라가 사용되면 광이 스트로브되어도 좋다.

또한 본 발명의 적어도 하나의 실시양태의 상기 목적 및 타의 목적을 실행함에 있어서, 방법이, PCB 마커를 제어하기 위해 마련되어, 제어 프로그램을 가진 컴퓨터가 마크의 내용과 위치, 마크할 물체의 출현에 대한 정보를 수신하여 스캐너, 레이저, 컨베이어 및 트랜스버스 갠트리에 대한 적절한 작용 연속을 계산(또는 주시)하여, 그들로 하여금 실행시킨다.

또한 본 발명의 적어도 하나의 실시양태의 상기 목적 및 타의 목적을 실행함에 있어서, 체계는 목표 기판, 레이저, 스캔 헤드, 집속 광학적 제특성, x축에 대한 컨베이어와 y축에 대한 트랜스버스 갠트리 및 목표 기판의 프로그램가능 위치에 마크하는 제어 프로그램을 가진 연산처리장치가 마련된다.

타의 중요한 요소들은: 예를 들어, 소프트웨어 기능들과 마킹 컴퓨터의 제어 기능을 마킹하여 레이저 파워와 펄스폭이 고 콘트래스트 마크들을 산출하게 제어한다.

그 결과:

스캐너 해상도가 마킹을 위해 높게(즉, 다수의 작은, 집속 스폿/필드)되는 한편 속도와 작은 풋프린트를 유지하게 된다.

회로요소들 근접의 기판, 패키지, 또는 다이의 부분들은 회로손상의 위험없이 개선의 정확도로 마크되게 된다.

위치결정 단계는 상기 지역들의 마킹을 준비하고 그 마킹 지역은 단단히 속박된다.

달리 필요하게 되는, 로더들이 또한 배제되어 비용절감과 처리능력의 이익이된다.

본 발명의 상기 목적들과 타의 목적들, 특징들, 및 장점들은, 하기의, 첨부 도면과 관련하여 고려하는 경우의, 발명을 실시하기 위한 최량의 양태의 상세한 설명으로 용이하게 명백해진다.

도면들 1a, 1b 및 1c는 우선의 레이저 마킹장치의 예시도들이다. 마킹 체계는 "직렬"이나, 또는, 대신, PCB판 스태커들과 디스태커들, 또는 트라이 핸들러들을 이용하는, 트레이 내의 장치들의 미시적 지역을 이용하는 독립형의 운전으로 운전하기 위해 셋업되게 된다. 그 체계는 바람직하게, 표준의 소프트웨어 및 기계식 계면들 겸용식의 SMEMA 어셈블리 라인이다.

도 1a에서는 체계의 주 구성요소를 나타내고 있다.

도 1b에서는 7×2 멀티업으로 묘사되는 PCB가, 기판의 부분을 커버하는 (-판 표면을 측정된 만큼 x',y' 빔 스캐너의 최대 스캔 필드로서 취한)"마킹 필드"를 가진 컨베이어 체계에 나타내어 있다. 완전 기판 포괄범위는 스캔 헤드를 위치시키게 y방향에 헤드를 전이시킴에 의하여 달성된다. 기판은 필요한 때 x방향을 따라 컨베이어 체계에 의하여 전이된다. 주어진 기판에 대한 정보는 이용자 인터페이스를 통해 공급되며 CAD 데어터의 모양이어도 좋다.

도 1d에 있어서는 마킹 2D 셀 코드들을 위한 특정지역에 관계가 있는 회로 패턴들의 관계를 나타내고 있으며 도 1c는 특정지역의 하나의 분해도이다. 이 경우에 구성요소는 PCB"멀티업"이다.

레이저 시스템: CO2 및 YAG 양 디자인이 이용가능하며, 파이버 레이저가 나타나, 가시파장 모델을 포함하다. 이들 콤팩트 레이저는 다소의 잠재적 장점을 제공한다. 고 콘트래스트가 YAG 및 IR 레이저 근방에 자주 발견되는 동시에 CO2 물질 상호작용이 색상을 자주 변화시킨다. UV 고체 상태 레이저들은, 현재 고급임과 사용되어도 좋음을 통해, 더 실용적이 되고 있다. 레이저는 회로판 재료에 대한 아래의 예에 기술한 바와 같은 대표적인 재료와 콘트래스트 요구를 토대로 또한 선택된다.

판 마무리 레이저

습식 땜납 마스크 CO2

건식 땜납 마스크 CO2

도금 YAG,파이버

에폭시 YAG,파이버,CO2

잉크 YAG,파이버

나판 CO2

기타 결정에 따름

타의 레이저 선택들은 광학특성과 열감도 재료에 기초하여 충당되어도 좋다. 레이저 방사의 물질과의 상호작용을 토대로 하는, 이들 기초변수들은 아래에 더 설명하게 되는 바와 같이 마킹필드의 사이즈와 스폿의 사이즈 등 타 장치 변수들의 선택에 또한 영향을 미치거나 결정하게 된다. 우선의 장치에 있어서 레이저 빔출력은 스캔 헤드나, 대신 그 헤드에 결합되는 파이버에 평행되어 송달된다,

스캔 헤드: 큰 기판들 또는 품목들의 미사적 지역들을 트레이 안에서 고 해상도로 마킹하는 우선의 실시양태에 있어서는 마킹 헤드 전이와 빔의 조합을 이용한다. 저 해상도의 풀 필드 마킹과 고해상도 마킹 간의 고유의 교환은 스캔 헤드의, 바람직하게 컨베이어 축의 이동에 직각의 방향의, 전이에 의하여 완화된다. 마킹을 위한 X,Y 검류계 스캐너의 사용은, 마커 성능 변수들을 보이는 표를 포함하는, 위 1985년의 c.f. Montagu 기술에 잘 알려져 있다. 우선의 배열에 있어서 (x',y' 좌표 시스템에 규정된 연합 마킹 빔의 좌표를 가진) 한쌍의 x,y 거울이 프로그램 제어하에 레이저 빔을 조종하기 위해 사용된다. 인그레이브, 닷 매트릭스, 또는 워블 양태들은 앞의 선행기술 참증에 예시된 바와 같이 사용되어도 좋다.

본 발명에서 집속 렌즈는 대충 약 100mm평방(4in.×4in.)의 스캔 필드에 걸쳐 전형적인 약 25-50 미크롱의 스폿 사이즈를 마땅히 제공한다. 이는 약 1:3000 내지 1:6000 해상도에 해당한다. 큰 마킹 필드는 일정한 경우들에, 약 1:6000 이상의 어떤 경우들에, 또한 선택될 수 있다. 어떤 경우에도, 고해상도 코드들을 산출할 것이 자주 요구된다.

디자인 선택은 기술에 숙련한 이들에게 알려져 있으며 타 형식들의 빔 전향장치를 포함하여도 좋다. 그러나, 마킹 적용에 대한 충분한 속도와 함께 검류계 수법의 어드레스가능도는 바람직한 X,Y 거울 접근을 이룩한다. 위에 지적한 바와 같이, 다소의 지역의 기판들은 당연히 마크되어 스캔 헤드 또는 전이를 위해 이동 장치에 부착되는 스캔 헤드 구성요소의 부분 집합을 필요로 한다. 그러므로, 스캔 헤드는 내구력이 있고 소형이어야 한다.

콘트래스트 결정 및 제어: FR4 재료의 다중 구성은 레이저 마크 콘트래스트에 충돌하여도 좋다. 따라서, 소형전자 구역에는 고도의 변화성이 있다. 위에 보인 바와 같이, 레이저 선택은 기판 변수들에 의해 크게 구동된다. "나판들(bare boards)"은 표면 마무리와 도금, 에폭시, 및 잉크에 변화를 주게 되어 콘트래스트에 영향을 미칠 수 있다. 우선의 장치에 있어서, 필드 사이즈와 스폿 사이즈는 마크되게 될 바코드나 셀 코드의 기능으로 인해 특정화 된다. 바코드들로 인해 주요 변수는 재료상의 콘트래스트이다. 2D 셀 코드들로 인해 스폿 사이즈와 재료 상호작용은 레이저 파장, 파워, 및 집속의 스폿 사이즈의 선택을 추방하게 된다. 주제에 대해, 인간 판독가능성이 중요하여 스폿 사이즈의 선택에 영향을 미치게 된다. 예로서, 레이저는 인쇄회로판 재료를 마킹하기 위한 위의 표에 보인 바와 같이 선택된다.

이동 및 기판 위치결정 체계: 우선의 체계의 주요특징은, 마킹 체계 내의 복수의 위치에 회로판 또는 유사폼목을 위치시키는 컨베이어의 사용과 동시에 적당 수준의 정확도를 달성하며 고도의 정확도로 직교의 치수의 이동을 제어하는 것이다. 또한, 우선의 실시양태에 있어서 마크되게 될 스캔 필드의 외측인 지역을 가진 기판들은 수동으로나 자동으로, 마킹을 위한 소정의 위치에 스캔 헤드를 위치시킴에 의해 마크된다. 기판은, 약 +-5 mils(+-125 um)의 정확도를 위치시킴을 전형적으로 제공하는 동시에 광범의 인쇄회로판 두께 규격을 취급하는, 컨베이어 장치에 의해 바람직하게 배치된다. 우선의 실시양태에 있어서, 컨베이어는 길이가약 1m 이며 약 75mm-500mm의 길이의 판을 취급할 수 있다. 그 체계는 컨베이어에 관한 마킹 헤드의 높이의 수동 또는 자동 조정을 또한 포함하게 된다. 트레이의 반도체 장치들이 고해상도로 마크되는 경우에 있어서, 빈틈없는 요구조건을 가지는 반도체 다이는 반구속되어도 좋다.

마킹 작동: 마크되게 될 기판들은 전형적으로 단일 소형 회로들로부터 "멀티업" 배열을 가진 500mm x 500mm 기판들에 이르기까지 정렬시킨다. 대신, 트레이는 전형적인 100mm x 200mm 지역에 수개의 다이를 함유하여도 좋다. 하기의 특정 배열들은 체계의 작동을 더 예시하게 된다:

가장 단순한 구성에 있어서 전형적으로 100mm x 100mm 스캔 필드는, 헤드의 이동없이 어떤 특정의 지역을 마크하기에 충분히 클 것이다. 헤드는, 상이한 회로판 배치들 및 구조들과 연합의 오프셋을 보상하게 수동으로 위치시킬 수가 있다(도 2a).

도 2c의 제 2의 구성에 있어서, 3 x 1 멀티업, 예를 들어, 마킹 필드는 PCB 기판의 폭을 커버하기에 충분하다. 컨베이어는 제 1의 방향을 따라 "단계와 반복"식으로 기판을 색인하는데 사용된다. x', y' 스캐닝 작용은 다음 스캔 필드 내의 어드레스가능한 모든 지역을 바람직하게 마크한다. 스캔 헤드의 이동은 필요치 않다. 이 지역의 마킹이 완료된 후 컨베이어는 또 다른 위치를 색인한다.

도 2b에 보인 제 3의 구성에 있어서, 기판은, 파킹 필드 내에 좁은 치수을 가지나 컨베이어 이동에 직교하는 방향의 마킹 필드를 초과하는 폭을 가진 컨베이어에 배치된다. 이 경우 기판의 지역들은 마크되어 어드레스가능 스캔 필드 내에있고, 다음 마킹 헤드는 컨베이어에 직교하는 방향에 전이된다.

최종으로, 일반작동의 제 4 방법이 도 2d에 예시돼 있다. 컨베이어는 판을 배치하며 모든 기판 위치들은 소정의 위치들에 헤드를 전이하고 다음 x',y' 스캐닝 작용으로 마킹함에 의하여 고정 컨베이어 위치에 대해 마크된다.

도 2e는 다수의 다이가 존재하는 유사 배열을 보이고 있다. 장치들은 간막이 트레이 내에 있다. 이 경우, 유사 마킹 필드는 장치들의 비전도움의 위치와 위치결정으로 이로울 수도 있다. 마크될 지역은 레이저 빔의 정확한 배치를 필요로 하게 된다.

위치결정: 마킹 단계중 마킹이 생기게 되는 기판의 적절한 구획들을 확인하는 것이 필요하다. 이는, 고밀도 PCB 레이아웃을 나오는 특유의, 특정 마킹 지역 부근에 회로가 있으면 대단히 중요할 수가 있다. 만약 레이저 빔 위치결정이 근접하는 회로구역 손상을 기피하게 정확하면 고전력 레이저로 마킹하기에 앞서 스캔 위치들을 추적하고, id마크하거나 기준이 되며 오프셋할 수도 있는 회로특징을 확인하는 것이 필요하다. 하나의 실시양태에 있어서 기판은 판배치를 위치시키게 광학 센서가 스캔 헤드로부터 해체하여 스캔된다. 우선의 실시양태에 있어서는 빔 배치의 정확을 위하여 저전력 레이저 빔이 스캔 헤드를 통해 전이되게 되어 회로 판의 지역을 스캔한다. 역반사의 에너지는 광학 시스템을 통해 감지되며 스캐너 오프셋들이 계산되는 회로 특징들을 위치시키게 사실상 계수표시된다. 대신, 유사 작동이 분리 비전 장치로 실행되어도 좋다. 기판을 이동시키는 경우에 있어서는 고 콘트래스트 이미지들을 산출하기 위해 펄스의 조명 장치, 예을 들어 제어의 LEDs의 배열을 이용하는 것이 바람직하다.

마크 확인: 간단한 2D 셀 코드 판독기 따위, 판독기가 마련되어도 좋고 스캔 헤드에 부착되어도 좋다.

회로요소들 근접의 기판, 패키지, 또는 다이의 부분들이 회로손상의 위험없이 개선의 정확도로 마크될 수 있다.

로더들이 또한 배제되어 비용절감과 처리능력에 이익이 된다.

Claims (20)

1. 품목들을 마킹하는 레이저 스캔 방법으로서,

   a) 마킹장소의 제 1의 방향으로 품목들을 제어가능하게 운반하고;

   b) 집속 레이저 빔을 발생시키고;

   c) 마킹 위치들과 마킹 내용을 나타내는 입력 데이터를 기초로 품목들의 적어도 하나의 제 1의 소정지역에 마크하게 마킹장소의 둘의 사실상 직교하는 축을 따라 집속 레이저 빔을 제어가능하게 조종하고;

   d) 마킹장소의 제 1의 방향에 사실상 직교하는 제 2의 방향에 축을 바꾸어 놓으며;

   e) 입력 데이터를 기초로 적어도 하나의 품목 상의 제 2의 소정지역을 마크하게, 집속 레이저 빔을 바꾸어 놓은 축을 따라 제어가능하게 조종하는,

   것으로 이루어지는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   마킹장소의 적어도 하나의 품목의 적어도 하나의 부분을 감지하고 적어도 하나의 부분의 이미지를 나타내는 상응신호를 제공하며 그 신호를 기초로 단계 c)에 앞서 축의 적어도 하나를 오프셋하는 단계들을 더 함유하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   품목들은 단계 c) 중, 사실상 정지상태인 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   품목들은 단계 c) 중, 제어가능하게 운반되는 방법.
5. 제 2 항에 있어서,

   감지하는 단계는, 적어도 하나의 품목의 기지의 특징을 함유하는 적어도 하나의 품목의 지역을 스캐닝하고 상응 이미지 신호를 제공하며 그 이미지 신호를 기초로 단계 c)에 앞서 축의 적어도 하나를 오프셋하는 단계를 포함하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   품목들은 인쇄 회로 판들인 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   품목들은 집적 회로들인 방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   품목들은 반도체 패킨지들인 방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   복수의 스폿들을 포함하여, 각각이 약 25-50 미크롱의 사이즈를 가지는 마킹 패턴이 각각의 품목에 마크되는, 방법.
10. 품목들을 마킹하는 레이저 스캐닝 체계로서,

    마킹장소의 제 1의 방향에 품목들을 운반하는 컨베이어;

    컨베이어 제어 신호들에 응하여 컨베이어를 제어하는 컨베이어 제어기;

    레이저 제어 신호들에 응하여 집속 레이저 빔을 발생시키는 레이저에 광학적으로 결합되는 레이저와 광학 하부조직;

    편향 제어 신호들에 응하여 품목들의 적어도 하나 상의 제 1의 소정지역을 마크하게 마킹장소의 둘의 사실상 직교교차 축을 따라 집속 레이저 빔을 조종하는레이저 빔 전향장치를 포함하는 스캔 헤드;

    치환 제어 신호들에 응하여 마킹장소의 제 1의 방향에 사실상 직교의 제 2의 방향에 축을 바꾸어 놓는 스캔 헤드의 최소부에 결합되어, 레이저 빔 전향장치가 적어도 하나의 품목 상에 제 2의 소정 지역을 마크하게 바꾸어 놓은 축을 따라 집속 레이저 빔을 조종하는 스캔 헤드; 및

    마킹 위치들과 마킹 내용을 나타내는 입력 데이터에 응하여 편향 제어 신호들, 치환 제어 신호들 및 컨베이어 제어 신호들을 발생시키는 중앙 제어기,

    로 이루어지는 체계.
11. 제 10 항에 있어서,

    마킹장소의 적어도 하나의 품목의 적어도 하나의 부분을 감지하여 그 적어도 하나의 부분의 이미지를 나타내는 상응 이미지 신호를 제공하는 기계 비전 하부조직을 더 함유하여, 중앙 제어기는 적어도 하나의 축을 오프셋하기 위해 이미지 신호에 응하여 오프셋 신호를 발생시키는 체계.
12. 제 11 항에 있어서,

    기계 비전 하부조직은 마킹장소의 품목들을 조명하는 점등 어셈블리를 포함하는 체계.
13. 제 12 항에 있어서,

    점등 어셈블리는 펄스의 조명 하부조직을 포함하는 체계.
14. 제 10 항에 있어서,

    레이저 빔 전향장치는 이차원의, 어드레스가능 검류계를 포함하는 체계.
15. 제 10 항에 있어서,

    스캐닝 레이저 빔을 발생시키는 제 2의 레이저를 더 함유하여, 레이저 빔 편향장치는 적어도 하나의 품목의 기지의 특징을 함유하는 적어도 하나의 품목의 지역을 스캔하게 스캐닝 레이저 빔을 축을 따라 조종하여 상응하는 이미지 신호를 제공하고, 중앙 제어기는 적어도 하나의 축을 오프셋하기 위해 그 이미지 신호에 응하여 오프셋 신호를 발생시키는 체계.
16. 제 10 항에 있어서,

    품목들은 인쇄회로판들인 체계.
17. 제 10 항에 있어서,

    품목들은 집적 회로들인 체계.
18. 제 10 항에 있어서,

    품목들은 반도체 패킨지들인 체계.
19. 제 10 항에 있어서,

    복수의 스폿들을 포함하여, 각각이 약 25-50 미크롱의 사이즈를 가지는 마킹 패턴이 각각의 품목에 마크되는, 체계.
20. 제 10 항에 있어서,

    컨베이어는 약 5 mils의 배치 정확도를 가진 컨베이어 제어기에 의해 제어가능하게 배치할 능력이 있는 체계.