KR20110012965A - 와이어 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 양상에 따른 와이어 검사 장치는 칩 패키지의 와이어 검사 장치에 있어서, 칩 패키지 수직축에 대하여 소정 입사각으로 조명광을 조사하여 와이어 그림자를 생성하는 조명부의 입사각과, 와이어 그림자를 포함하는 칩 패키지 표면 영상을 획득하는 촬상부의 수광각이 전반사 영상을 획득하도록 조명부와 촬상부를 배치하고, 획득된 영상에서 와이어와 와이어 그림자 사이의 거리 정보를 이용하여 와이어의 높이를 산출하고 와이어의 불량 여부를 판단한다.
와이어, 불량, 높이, 전반사, 그림자

Description

와이어 검사 장치{INSPECTING APPARATUS FOR WIRE}
본 발명은 와이어 검사에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 와이어의 높이 검출을 통해 칩 패키지의 불량 여부를 판단하는 와이어 검사 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 칩은 웨이퍼 상에 배치되고 (엘이디 칩 또는 )엘이디 칩은 리드 프레임 상에 배치된다. 그리고, 각 반도체 칩 및 또는 엘이디 칩은 리드와 전기적으로 연결된다. 여기서, 리드와 반도체 칩 또는 리드와 엘이디 칩 사이는 본딩 공정을 통해 와이어로 서로 연결된다.
이러한 와이어는 웨이퍼 또는 리드 프레임과 일정 간격을 유지하는 루프 형태로서, 와이어의 형태에 변형이 발생하여 웨이퍼와 리드 프레임과 접촉될 경우 쇼트(short)를 유발하는 문제점이 있다.
따라서, 와이어의 높이에 대한 사전 검사를 통해 와이어의 불량 여부를 판단해야 한다.
기존의 와이어 높이 검사 방법으로는 레이저를 이용하여 3차원 높이를 측정하는 방식이 이용되고 있다. 이 방식은 측정에 대한 고신뢰도는 확보할 수 있으나, 레이저의 분해능이 떨어진다. 그리고, 와이어의 중심에 정확하게 레이저를 투사해 야 하는 문제가 있다.
또, 와이어의 높이 검사를 위해 카메라와 조명 장치를 이용하는 방식이 제안된 바 있다. 이 기술은 우선 와이어에 대하여 일정 각도의 조명광을 조사하여 와이어의 일측에 그림자가 생성되도록 한다. 그리고, 그림자가 포함되는 해당 영상을 카메라로 촬상하고, 촬상된 영상으로부터 그림자의 위치를 임의의 기준점에 대해 표시한 평판좌표를 산출한다. 이어서, 산출된 좌표 정보와 그림자를 이용하여 와이어의 높이를 산출하는 것이다.
도 1은 종래 기술의 와이어 검사 방식에 의해 획득된 시편 사진으로서, LED 칩 패키지의 영상을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 조명광 조사에 의해 스테레오 카메라로 얻어지는 영상은 와이어와 칩은 밝게 나타나고, 그 주변 영역은 어둡게 나타난다.
그런데, 이러한 방식에서는 주변 영역뿐만 아니라 와이어 그림자 또한 어둡게 나타나 정확한 검사가 어려운 문제가 있다. 즉, 와이어 그림자 영역과 그 주변 영역의 경계 구분이 선명하게 나타나지 않아, 이 경계를 선명하기 위해 촬영된 영상의 명암비를 재조정하는 등 추가의 영상 처리 과정을 거쳐야 하는 문제가 있다.
배경기술의 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 와이어 및 와이어 그림자가 그 주변 영역과의 경계부가 명확하게 나타나는 영상을 획득하는 와이어 검사 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 와이어 검사 장치는 칩 패키지의 와이어 검사 장치에 있어서, 칩 패키지 수직축에 대하여 소정 입사각으로 조명광을 조사하여 와이어 그림자를 생성하는 조명부의 입사각과, 와이어 그림자를 포함하는 칩 패키지 표면 영상을 획득하는 촬상부의 수광각이 전반사 영상을 획득하도록 조명부와 촬상부를 배치하고, 획득된 영상에서 와이어와 와이어 그림자 사이의 거리 정보를 이용하여 와이어의 높이를 산출하고 와이어의 불량 여부를 판단한다.
본 발명은 칩 패키지 표면의 전반사 영상을 획득하여 와이어와 와이어 그림자가 주변 영역과의 경계부가 명확하게 나타나도록 함으로써, 높이 측정의 정확도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 검사 장치 구성도로서, 본 발명은 웨이퍼 상에 집적되는 반도체 칩 또는, 금속 재질의 리드 프레임 상에 집적되는 엘이디 칩과 같이 조명광에 대하여 전반사가 일어나는 모든 시편에 대한 검사에 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 실험예들은 금속 재질의 리드 프레임에 순금 재질의 와이어로 엘이디 칩이 본딩된 시편에 대한 검사를 수행한 것을 예로 들어 설명하도록 한다. 이하에서는 리드 프레임을 기판으로 통칭하도록 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예는 조명부(10), 촬상부(20) 및 제어부(30)를 포함한다. 조명부(10)는 기판(40) 상에 와이어 그림자가 생성되도록 한다. 이때, 조명부(10)는 칩 패키지 다시 말해 기판(40)의 수직축에 대하여 소정 입사각(θ1)을 갖는 조명광을 와이어에 조사하도록 기판의 일측 상방에 배치된다. 조명부(10)는 특정 파장대의 광을 조사하는 것으로서 LED 등의 광원으로 이루어질 수 있다.
촬상부(20)는 기판(40)의 수직축에 대하여 소정의 수광각(θ2)을 갖도록 배치되되, 기판 표면에 대하여 와이어 그림자를 포함하는 전반사 영상을 촬상하도록 배치된다. 촬상부(20)는 촬상된 영상 정보를 제어부(30)로 출력한다.
제어부(30)는 장치 전반을 제어하는 컴퓨터로서 모니터가 연결될 수 있다. 제어부(30)는 기판 영상에서 와이어와 와이어 그림자 사이의 거리 정보로부터 와이어의 높이를 산출하고, 그 결과에 따라 와이어의 불량 여부를 판단한다. 제어부(30)는 와이어와 와이어 그림자 사이의 거리 정보로부터 칩의 높이를 더 산출한다. 제어부(30)에서 와이어 또는 칩의 높이를 산출하는 구체적인 방식은 후술하도 록 한다.
이러한 본 발명의 실시예에 따르면, 검사 대상의 수직축에 대하여 소정의 입사각을 갖는 조명부와, 소정의 수광각을 갖는 촬상부를 검사 대상 표면의 전반사 영상을 얻을 수 있는 각도로 배치한다. 이에 따르면, 촬상부에 촬상되는 영상의 와이어와 와이어 그림자는 주변 영역과의 경계가 명확하게 나타난다. 따라서, 와이어 와이어 그림자 사이의 거리 산출 결과의 정확도가 높아진다. 결과적으로 와이어와 와이어 그림자 사이의 거리 정보를 기초로 산출되는 와이어의 높이 검사 정확도가 높아지게 된다.
한편, 조명부(10)는 와이어(50)로 입사되는 조명광이 와이어에 의해 흡수되는 파장대의 광원으로 구성됨이 바람직하다. 즉, 와이어는 그 재질에 따라 특정 파장대의 광을 흡수한다. 따라서, 와이어가 잘 흡수하는 파장대의 광원을 이용하면, 와이어가 주변에 비해 어둡게 보여 와이어와 주변 영역의 경계가 더욱 명확해지므로 보다 선명한 영상을 얻을 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 서로 다른 파장대의 조명광을 조사한 후 획득되는 영상을 나타낸 것으로서, (a)는 블루 파장대의 조명을 조사한 후 획득된 영상이고, (b)는 레드 파장대의 조명을 조사한 후 획득된 영상이다. 여기서, 순금 재질의 와이어는 황색 계열로서 광학적으로 그린과 레드 파장이 혼합되어 있다. 이러한 황색 계열 시편은 블루 파장대를 흡수하는 성질이 있다. 이와 같이 와이어가 블루 파장대를 흡수하므로 도 2의 (a)와 (b)를 비교하면 블루 파장대의 조명광을 이 용한 경우 와이어 및 와이어 그림자가 주변에 비해 어둡게 보인다. 이로써, 와이어와 주변 영역의 경계가 명확해진다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 수광각(θ2)에 대하여 입사각(θ1)을 단계적으로 차이를 갖도록 조절하고 획득한 영상을 나타낸 것으로서, 수광각(θ2)을 기준으로 입사각(θ1)을 -10°~10°까지 5°씩 변경하고 획득한 각각의 영상이다. 도 3을를 참조하면, 기판의 수직축에 대한 입사각(θ1)과 수광각(θ2) 각각이 동일할 경우 전반사가 가장 잘 일어나지만, 입사각(θ1)과 수광각(θ2)이 일치하지 않고 소정 오차 허용 범위 내에 있을 경우에도 전반사가 일어나 와이어와 와이어 그림자를 구별할 수 있다. 따라서, 수광각(θ2)과 입사각(θ1)은 동일한 것이 가장 바람직하지만, 전반사를 일으키는 허용 오차 범위 내로 설정할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 입사각(θ1)과 수광각(θ2)을 단계적으로 조절하고 획득한 영상을 나타낸 것으로서, (a) 보다 (b)의 입사각(θ1)(수광각(θ2))을 더 크게 하였다. 그 결과 와이어와 와이어 그림자 사이의 간격은 넓어진다. 이렇게, 와이어 사이의 간격이 넓어지면 영상에 대한 분해능이 높아 와이어 높이 측정의 정밀도를 높일 수 있다. 여기서, 입사각(θ1)과 수광각(θ2)은 적어도 수직축에 대하여 일정 각도를 가져야 하는 것으로서, 10°~45°인 것이 바람직하다.
도 6은 도 2의 제어부의 구성을 구체적으로 나타낸 구성도로서, 제어부(30) 는 구동 제어부(30), 영상처리부(32), 높이 산출부(33), 메모리부(34), 및 정상/불량 판정부(35)를 포함한다. 구동 제어부(30)는 조명부(10)와 촬상부(20)의 구동을 제어하는 것으로서, 조명부(10)의 온/오프 제어 신호와 촬상부(20)의 구동을 제어를 위한 동기 신호를 출력한다. 영상처리부(32)는 촬상부(20)로부터 입력되는 전기적인 영상신호를 디지털 신호로 변환한다.
높이 산출부(33)는 영상처리부(32)에서 신호 처리된 영상 데이터를 이용하여, 와이어와 와이어 그림자 사이의 거리를 산출한다. 그리고, 산출된 거리 정보를 기초로 와이어의 높이를 산출한다. 높이 산출부(33)에서 와이어의 높이를 산출하는 구체적인 설명은 후술하도록 한다. 메모리부(34)는 정상 시편의 와이어 높이 정보를 기억한다. 정상/불량 판정부(35)는 높이 산출부(33)에서 산출된 와이어의 높이와 메모리부(34)에 기억된 정상 시편의 높이 정보를 비교하여, 불량 여부를 판정한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 와이어 높이 검사 방법을 나타낸 순차적인 흐름도로서, 우선 제어부(30)는 조명부(10)와 촬상부(20)에 구동 제어 신호를 출력한다(100). 즉, 조명부(10)를 구성하는 광원을 온(ON) 시키고, 촬상부(20)에 동기 신호를 출력한다. 광원이 온(ON)되어 기판 표면에 소정 입사각을 갖는 조명광이 조사되면 기판(40) 표면에는 와이어 그림자가 형성된다. 촬상부(20)는 와이어 그림자가 형성된 기판(40) 표면의 영상을 촬상한 후 해당 영상 정보를 제어부(30)로 출력한다.
제어부(30)는 촬상부(20)로부터 영상 정보를 입력받아(100), 아날로그 영상 신호를 디지털 영상으로 신호처리 한다(120). 그리고, 신호 처리된 영상 정보로부터 와이어 및 와이어 그림자 사이의 거리를 산출하고, 산출 결과를 통해 와이어의 높이를 산출한다(130). 와이어 높이를 산출하기 위한 구체적인 방식은 도 7 및 도 8을 참조하여 후술한다.
제어부(30)는 산출된 와이어 높이 정보와 기 설정된 기준값, 즉 정상 와이어의 높이 정보와 상호 비교하여 동일 여부를 판단한다(140). 와이어 높이 비교 결과 산출된 와이어 높이 정보가 기준값과 동일할 경우 해당 와이어는 정상인 것으로 판정하고(150), 동일하지 않을 경우 불량 판정한다(160). 와이어가 불량으로 판정되면 해당 와이어가 불량 상태인 것을 디스플레이하여(170) 작업자가 확인할 수 있도록 한다.
한편, 높이 산출부(33)는 촬상된 영상의 와이어와 와이어 그림자 사이의 거리, 와이어와 와이어 그림자 사이의 실제 거리, 및 와이어의 높이 사이를 삼각 함수로 정의하여 산출한다. 예를 들어 와이어의 높이는 다음의 수학식 1을 이용하여 산출하는 것으로서, 도 8을 참조하여 설명한다.
수학식 1
2·θ = θ1+θ2,
Figure 112009047269124-PAT00001
,
H=L·cosθ1
여기서, H는 와이어의 실제 높이, L은 와이어와 와이어 그림자 사이의 실제 거리, L'는 촬상된 영상에서 측정되는 와이어와 와이어 그림자 사이의 거리, 2·θ는 조명부의 입사각(θ1)과 촬상부의 수광각(θ2)을 더한 부분을 표현한 것이다. 전반사를 일으키는 입사각과 수광각은 거의 같으므로 2·θ로 표현하였다. 즉, 촬상부(20)에서 얻어지는 영상에서는 와이어와 와이어 그림자 사이의 거리가 L'로 나타난다. 그리고, 실제 와이어와 와이어 그림자 사이의 거리는 L이므로, 입사각(θ1)과 수광각(θ2)과 L'를 이용하면 실제 거리 L을 얻을 수 있다. 실제 L을 얻으면 θ1와 L 을 이용하여 와이어의 실제 높이 H를 구할 수 있게된다. 만일 θ1과 θ2가 모두 45°일 경우 L과 L'는 일차하게 되므로 H = L·cosθ1의 수식만 사용하여도 무방하다. 그러나 이 수식을 사용하기 위해서는 광학계의 정확한 조명부의 입사각(θ1)과 촬상부의 수광각(θ2)을 알고 있어야만 하며, 이에 약간의 오차가 존재할 경우 측정값은 실제 값과 다르게 된다.
이를 개선하기 위해 높이 산출부(33)는 와이어 높이가 다른 다수의 정상 와이어의 높이와 거리 값에 대한 다항식 회귀 분석을 통해 다항식 계수를 얻고, 측정 대상의 실제 와이어의 높이를 다항식 계수 및 측정되는 와이어와 그림자 사이의 거리를 함수로 정의하는 n차 다항식을 이용하여 와이어 높이를 산출할 수 있다. 에를 들어, 수학식 2를 이용하여 와이어의 높이를 산출하는 것으로서, 도 9를 참조하여 설명한다.
수학식 2
Figure 112009047269124-PAT00002
여기서, Hx는 와이어의 실제 높이, L'X는 촬상된 영상에서 측정되는 와이어와 와이어 그림자 사이의 거리, a,b,c 는 실제 높이를 알고 있는 와이어의 영상으로부터 획득한 다항식 계수이다. 수학식 2는 예시를 위해 2차 다항식으로 표기한 것으로 상황에 따라 1차부터 n차 다항식까지 활용이 가능하다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이 검사를 수행하기 앞서 정확한 높이 데이터가 있으며 높이가 서로 다른 다수의 정상 시편에 대한 영상을 각각 획득한다. 고정된 광학계에서는 와이어와 와이어 그림자의 실제 거리 L과 촬상부에서 획득된 영상에서의 와이어와 와이어 그림자 사이의 거리 L'의 비례 관계가 성립한다. 그리고, L'와 와이어의 실제 높이 H의 비례 관계도 성립한다. 따라서, 이미 알고 있는 와이어의 높이 Hx와 획득된 영상의 Lx 수치를 이용하여 다항식 회귀 분석을 통해 Lx를 X로 대입하는 다항식 계수를 얻는다. 이렇게 얻어진 다항식 계수를 이용하여 다항식의 Lx 부분에 촬상된 영상에서 얻어진 값 L'를 대입하여 와이어의 높이를 산출한다. 본 수식에서는 광학계의 조명부의 입사각(θ1)과 촬상부의 수광각(θ2)의 정확한 수치를 알지 못 하더라도 정확한 와이어의 높이를 계산해 낼 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예는 와이어와 와이어 그림자 사이의 거리 정보로부터 칩의 높이를 더 산출한다. 즉, 칩의 경계선에서의 와이어와 와이어 그림자 사이의 거리를 산출하면 칩의 높이가 산출된다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이 나 변형을 포함할 것이다.
도 1은 종래 기술에 의해 획득된 칩 패키지 사진.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 검사 장치 구성도.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 검사 장치를 이용하여 획득한 영상.
도 6은 도 2의 제어부 구성도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 와이어 검사 방법을 순차 나타낸 흐름도.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 높이 산출 방법을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10 : 조명부
20 : 촬상부
30 : 제어부
31 : 구동 제어부
32 : 영상처리부
33 : 높이 산출부
34 : 메모리부
35 : 정상/불량 판정부
40 : 기판
50 : 와이어
60 : 와이어 그림자

Claims (10)

  1. 칩 패키지의 와이어 검사 장치에 있어서,
    상기 칩 패키지 수직축에 대하여 소정 입사각을 갖는 조명광을 조사하여 와이어 그림자를 생성하는 조명부;
    상기 칩 패키지 표면에 대한 전반사 영상을 획득하도록 상기 칩 패키지의 수직축에 대하여 소정의 수광각을 갖게 배치되는 촬상부;
    상기 전반사 영상에서 와이어와 와이어 그림자 사이의 거리 정보로부터 와이어의 높이를 산출하고 와이어의 불량 여부를 판단하는 제어부를 포함함을 특징으로 하는 와이어 검사 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 입사각은 상기 수광각과 동일한 것을 특징으로 하는 와이어 검사 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 입사각은 상기 수광각에 대하여 -10°~10°차이를 가지는 것을 특징으로 하는 와이어 검사 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 입사각과 수광각은 10°~45°인 것을 특징으로 하는 와이어 검사 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 조명부는 와이어로 입사되는 조명광이 상기 와이어에 의해 흡수되는 파장대의 광원으로 구성됨을 특징으로 하는 와이어 검사 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 와이어와 와이어 그림자 사이의 거리 정보로부터 칩의 높이를 더 산출하는 것을 특징으로 하는 와이어 검사 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 와이어의 높이 산출은,
    상기 촬상된 영상의 와이어와 와이어 그림자 사이의 거리, 와이어와 와이어 그림자 사이의 실제 거리, 및 와이어 높이 사이를 삼각 함수로 정의한 값으로부터 산출함을 특징으로 하는 와이어 검사 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 와이어의 높이는 다음의 수학식 1 로 표현되는 것을 특징으로 하는 와 이어 검사 장치.
    수학식 1
    2·θ = θ1 + θ2
    Figure 112009047269124-PAT00003
    H=L·cosθ1
    여기서,
    H= 와이어의 실제 높이,
    L= 와이어와 와이어 그림자 사이의 실제 거리
    L'=는 촬상된 영상에서 측정되는 와이어와 와이어 그림자 사이의 거리,
    θ1= 조명부의 입사각,
    θ2= 촬상부의 수광각.
  9. 제 1항에 있어서,
    와이어 높이가 다른 다수의 정상 와이어의 높이와 거리 값에 대한 다항식 회귀 분석을 통해 다항식 계수를 얻고, 측정 대상의 실제 와이어의 높이를 다항식 계수 및 측정되는 와이어와 그림자 사이의 거리를 함수로 정의하는 n차 다항식을 이용하여 와이어의 높이를 산출함을 특징으로 하는 와이어 검사 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 와이어의 높이는 다음의 수학식 2 로 표현되는 것을 특징으로 하는 와이어 검사 장치.
    수학식 2
    Figure 112009047269124-PAT00004
    여기서,
    H= 와이어의 실제 높이,
    L'X= 촬상된 영상에서 측정되는 와이어와 와이어 그림자 사이의 거리,
    a,b···z= 실제 높이를 알고 있는 다수의 와이어 영상으로부터 획득한 다항식 계수.
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