KR20230029247A - 반도체패키징용 자재의 자동 캘리브레이션 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체패키징용 자재의 자동 캘리브레이션 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 픽앤플레이스 시스템(Pick and place system)과 같은 반도체 제조설비에서, 로딩 또는 언로딩되는 복수 개의 자재를 정해진 위치에 정확한 방향으로 배치할 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 다양한 자재의 크기 및 자재간 피치에 따라 최적의 플레이스(Place)위치를 산출함으로써, 픽업된 자재가 미스플레이싱(Misplacing)될 때 발생하는 자재의 틸트(Tilt)를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명은 자재가 놓여지는 복수개의 포켓에 대하여, 포켓의 중심좌표간 거리를 피치 수로 나누어 평균 피치를 계산하고 이를 보정함으로써, 모든 포켓에 노여진 자재들의 위치편차가 최소화되도록 할 수 있는 장점이 있다.
따라서 반도체 분야, 반도체 패키지 제조 분야, 특히 반도체 패키지 제조 공정에서 스퍼터링 공정 분야와 더불어 이에 사용되는 픽앤플레이스 시스템 분야 및 자재정렬장치 분야는 물론, 이와 유사 내지 연관된 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

Description

반도체패키징용 자재의 자동 캘리브레이션 방법{Automatic calibration method of materials for semiconductor packaging}
본 발명은 반도체패키징용 자재의 자동 캘리브레이션 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 픽앤플레이스 시스템(Pick and place system)과 같은 반도체 제조설비에서, 로딩 또는 언로딩되는 복수 개의 자재를 정해진 위치에 정확한 방향으로 배치할 수 있도록 한 것이다.
특히, 본 발명은 다양한 자재의 크기 및 자재간 피치에 따라 최적의 플레이스(Place)위치를 산출함으로써, 픽업된 자재가 미스플레이싱(Misplacing)될 때 발생하는 자재의 틸트(Tilt)를 최소화할 수 있는 반도체패키징용 자재의 자동 캘리브레이션 방법에 관한 것이다.
반도체 제조기술은 고집적, 박형, 소형화가 계속적으로 발전함에 따라, 설비의 자동화 및 정밀화의 중요성은 더욱 증가하고 있다.
특히, 반도체 패키지를 제조하는 과정에서 스퍼터링 공정은 이러한 기술발전의 추세에 따라 중요도가 높고 지속적인 기술개발이 이루어지고 있는 공정 중 하나이며, 제품의 품질을 결정하는 중요한 공정이라고 할 수 있다.
이때, 반도체패키지 등의 자재는 스퍼터링(Sputtering) 공정을 수행하기 위하여 제덱트레이로부터 도너트레이로 자재를 옮기는 로딩(Loading)작업과, 스퍼터링 공정을 거친 후, 도너트레이로부터 제덱트레이로 자재를 옮기는 언로딩(Unloading) 작업 등을 수행하게 되며, 이와 같은 자재의 로딩 또는 언로딩 과정에서 자재에 대한 픽앤플레이스(Pick and place)가 반복적으로 이루어지게 된다.
이와 같이, 자재가 이동되는 과정에서, 추후 공정을 위하여 자재를 정확히 정렬할 필요가 있으며, 이를 위하여 사용하는 것이 자재정렬장치(Preciser, 프리사이져)이다.
하기의 선행기술문헌인 대한민국 등록특허공보 제10-1621667호 '멀티 피커와 프리사이져를 이용한 자재 이송 및 정렬 장치'(이하 '선행기술'이라 한다)는, 픽앤플레이스 과정에서 후공정을 위하여 복수의 자재들을 효율적으로 정렬하기 위한 기수렝 관한 것으로, 정렬홈에 놓여진 자재가 치합홈에 삽입되는 과정에서 위치 및 평면상의 기울어짐(Yawing, 요잉)이 자연스럽게 조정되도록 한 것이다.
그러나, 앞서 살펴본 바와 같이 최근의 발전추서에 따라 자재의 크기가 지속적으로 소형화되고 있으며, 이에 따른 자재의 자중 감소로 인하여 정렬홈에 놓여진 자재가 치합홈으로 삽입되지 못하는 경우가 발생할 수 있으며, 이로 인해 원하는 위치로의 이동 및 요잉이 보정되지 않는 경우가 발생할 수 있다.
물론, 선행기술에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 정렬부에 진동을 발생시키도록 함으로써, 진동에 의해 정렬홈에 놓여진 자재가 치합홈으로 삽입되도록 하고 있다.
그러나, 앞서 살펴본 바와 같이 자재의 크기가 점차 소형화되고 있기 때문에, 진동에 의한 정렬에도 한계가 발생할 수 밖에 없으며, 오히려 진동에 의해 자재가 프리사이저로부터 이탈 및 분실되는 경우가 발생할 수도 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1621667호 '멀티 피커와 프리사이져를 이용한 자재 이송 및 정렬 장치'
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 픽앤플레이스 시스템(Pick and place system)과 같은 반도체 제조설비에서, 로딩 또는 언로딩되는 복수 개의 자재를 정해진 위치에 정확한 방향으로 배치할 수 있도록 할 수 있는 반도체패키징용 자재의 자동 캘리브레이션 방법을 제공하는데 목적이 있다.
특히, 본 발명은 다양한 자재의 크기 및 자재간 피치(Pitch)에 따라 최적의 플레이스(Place)위치를 산출함으로써, 픽업된 자재가 미스플레이싱(Misplacing)될 때 발생하는 자재의 틸트(Tilt)를 최소화할 수 있는 반도체패키징용 자재의 자동 캘리브레이션 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 자재가 놓여지는 복수개의 포켓에 대하여, 포켓의 중심좌표간 거리를 피치 수로 나누어 평균 피치를 계산하고 이를 보정함으로써, 모든 포켓에 노여진 자재들의 위치편차가 최소화되도록 할 수 있는 반도체패키징용 자재의 자동 캘리브레이션 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 반도체패키징용 자재의 자동 캘리브레이션 방법은, 반도체 제조설비에 구성되어 반도체패키지를 포함하는 자재의 로딩 또는 언로딩 과정에서의 캘리브레이션 방법에 있어서, 자재를 포켓 내에서 특정 위치로 이동시킨 후, 해당 위치에서 자재를 픽업하고 해당 자재의 외곽을 비전으로 확인하여 포켓별 중심점을 산출하는 포켓중심점 산출단계; 포켓의 중심 좌표간 거리를 피치(Pitch) 수로 나누어 평균 피치를 계산하는 평균피치 산출단계; 및 평균 피치만큼 이동하여 적어도 일부의 포켓에 자재를 로딩하여 상태를 점검하는 조정위치 확인단계;를 포함한다.
또한, 상기 포켓중심점 산출단계는, 어느 하나의 포켓에서 우하방향에 밀착된 자재의 중심점을 확인하는 우하방위치 확인과정; 어느 하나의 포켓에서 좌상방향에 밀착된 자재의 중심점을 확인하는 좌상방위치 확인과정; 및 상기 우하방위치의 중심점과 좌하방위치의 중심점을 연결한 선분의 중심점을 확인하는 포켓중심점 확인과정;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 우하방위치 확인과정은, 대략적인 픽업위치를 설정하는 픽업위치 가설정과정; 피커를 이용하여 해당 자재를 포켓의 우하방모서리에 밀착시킨 후 내려놓는 자재플레이스(Place)과정; 피커를 가설정 된 픽업 위치로 이동시켜 포켓의 우하방모서리에 밀착된 자재를 픽업하는 자재픽업과정; 및 비전을 이용하여 픽업한 자재의 센터위치을 확인하는 자재중심점 확인과정;을 포함하고, 상기 좌상방위치 확인과정은, 상기 우하방위치 확인과정에 대응하는 과정을 포함할 수 있다.
상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 픽앤플레이스 시스템(Pick and place system)과 같은 반도체 제조설비에서, 로딩 또는 언로딩되는 복수 개의 자재를 정해진 위치에 정확한 방향으로 배치할 수 있도록 할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명은 다양한 자재의 크기 및 자재간 피치(Pitch)에 따라 최적의 플레이스(Place)위치를 산출함으로써, 픽업된 자재가 미스플레이싱(Misplacing)될 때 발생하는 자재의 틸트(Tilt)를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
이에 본 발명은 소품종 대량생산 시스템은 물론, 다품종 소량생산 시스템에도 쉽게 적용할 수 있으며, 특히 소비자의 요구에 따라 다양한 제품이 개발되는 첨단IT기기 및 이를 위한 반도체 패키지 등의 분야에서 널리 활용될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 자재가 놓여지는 복수개의 포켓에 대하여, 포켓의 중심좌표간 거리를 피치 수로 나누어 평균 피치를 계산하고 이를 보정함으로써, 모든 포켓에 노여진 자재들의 위치편차가 최소화되도록 할 수 있는 장점이 있다.
이에, 본 발명은 자재를 픽업하고 플레이스하는 과정에서, 위치 및 자세 오차를 최소화할 수 있으며, 이를 통해, 해당 공정의 신뢰성 및 제품의 수율을 크게 향상시킬 수 있다.
따라서 반도체 분야, 반도체 패키지 제조 분야, 특히 반도체 패키지 제조 공정에서 스퍼터링 공정 분야와 더불어 이에 사용되는 픽앤플레이스 시스템 분야 및 자재정렬장치 분야는 물론, 이와 유사 내지 연관된 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 반도체패키징용 자재의 자동 캘리브레이션 방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 2는 도 1의 단계 'S100'에 대한 구체적인 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 도 2의 과정 'S110'에 대한 구체적인 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 4 및 도 5는 도 2의 구체적인 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 13은 도 1이 구체적인 픽앤플레이스 시스템의 일 실시예에 적용되어 수행되는 과정을 설명하는 도면이다.
본 발명에 따른 반도체패키징용 자재의 자동 캘리브레이션 방법에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.
또한, 이하에서 본 발명을 설명하는데 있어, 픽앤플레이스 시스템(Pick and Place system)의 구체적인 실시예, 예를 들어 피커, 프리사이져, 3축 이동 모듈, 비전 등의 센서와 같은 구성들은 당업자의 요구에 따라 다양하게 구성 및 배치하여 운용할 수 있으므로, 특정한 것에 한정하지 않음은 물론이다.
더불어, 본 발명은 픽앤플레이스 시스템과 같은 반도체 제조설비에 구성되어 반도체패키지를 포함하는 자재의 로딩 또는 언로딩 과정에서의 캘리브레이션 방법에 관한 것이나 이에 한정하는 것은 아니며, 이외에도 자재를 정렬하는 다양한 장치나 시스템에도 적용하여 운용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 반도체패키징용 자재의 자동 캘리브레이션 방법의 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 반도체패키징용 자재의 자동 캘리브레이션 방법은 포켓중심점 산출단계(S100), 평균피치 산출단계(S200) 및 조정위치 확인단계(S300)를 포함한다.
포켓중심점 산출단계(S100)는 자재를 포켓 내에서 특정 위치로 이동시킨 후, 해당 위치에서 자재를 픽업하고 해당 자재의 외곽을 비전으로 확인하여 포켓별 중심점을 산출하는 단계로, 여기서 말하는 포켓은 자재를 정렬하는 프리사이져(Preciser)에서 자재가 안착되는 부분을 말하며, 자동 캘리브레이션을 위해 사용되는 자재는 더미자재를 포함할 수 있다.
다시 말해, 포켓중심점 산출단계(S100)에서는 더미자재 또는 실제 자재 중 하나를 프리사이져에 형성된 포켓의 특정 위치로 이동시킨 후, 이를 비전으로 확인하여 해당 포켓의 중심점을 산출할 수 있다.
이와 같이, 자재를 이용하여 포켓의 중심점을 산출하는 방법에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
이후, 포켓의 중심 좌표간 거리를 피치(Pitch) 수로 나누어 평균 피치를 계산하고(S200), 평균 피치만큼 이동하여 적어도 일부의 포켓에 자재를 로딩하여 상태를 점검한다(S300).
도 2는 도 1의 단계 'S100'에 대한 구체적인 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 포켓중심점 산출단계(S100)는 우하방위치 확인과정(S110), 좌상방위치 확인과정(S120) 및 포켓중심점 확인과정(S130)을 포함할 수 있다.
먼저, 도 4의 상부에 나타난 바와 같이 어느 하나의 포켓(10)에 자재(20)가 위치하면, 도 4의 하부에 나타난 바와 같이 해당 자재(20)를 포켓(10)의 우하방향에 밀착시킨 후, 해당 위치의 자재(20)를 피커로 픽업하여 비전으로 이동시키고, 해당 비전을 통해 해당 포켓(10)의 우하방향에 밀착된 자재(20)의 중심점(P1)을 확인하게 된다(S110).
이때, 해당 위치의 자재(20)에 대한 중심점을 확인하는 방법에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
그리고, 도 5에 나타난 바와 같이, 해당 포켓(10)에 위치한 자재(20)를 좌상방으로 밀착시킨 후, 도 5의 하부에 나타난 바와 같이 해당 포켓(10)의 좌상방향에 밀착된 자재(20)의 중심점(P2)을 확인하게 된다(S120).
이와 같이, 포켓(10)의 우하방향 및 좌상방향에 밀착된 자재(20)의 중심점(P1, P2)을 연결한 선분의 중심점을 확인하면, 해당 중심점이 바로 포켓의 중심점(Pc)이 될 수 있다(S130).
예를 들어, 우하방향에 밀착된 자재의 중심점 P1의 좌표가 (P1x, P1y)이고, 좌상방향에 밀착된 자재의 중심점 P2의 좌표가 (P2x, P2y)이면, 포켓의 중심점 Pc는 ((P1x+P2x)/2, (P1y+P2y)/2)로 정의될 수 있다.
이와 같이 산출된 포켓의 중심점(Pc)이, 피커를 이용하여 자재를 픽업 앤 플레이스(Pick up and Place)하는 위치로 결정될 수 있다.
또한, 해당 포켓에 대하여 우하방위치 확인과정(S110) 및 좌상방위치 확인과정(S120)을 반복하여 수행할 수 있으며, 그 결과값의 평균값을 각각 우하방향에서의 자재의 중심점, 좌하방향에서의 자재의 중심점으로 산출할 수 있다.
그리고, 이와 같이 포켓의 중심점을 산출하는 과정은, 어느 하나의 포켓에 대해서만 수행하는 것이 아니라, 프리사이져의 포켓들에 대하여 순차적으로 수행할 수 있다.
이와 같이, 프리사이져의 포켓들에 대한 중심점이 모두 산출되면, 모든 포켓들에 대하여 도 1에 나타난 평균피치 산출단계(S200) 및 조정위치 확인단계(S300)를 수행할 수 있다.
이상에서, 본 발명은 포켓의 좌상방 및 우하방에 자재를 밀착시킨 후 그 중심점을 확인하는 과정을 거치는 것으로 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 포켓의 중심점을 산출할 수 있다면 좌하단 및 후상단 등 포켓의 다양한 위치에서 자재의 중심점을 측정할 수 있다.
도 3은 도 2의 과정 'S110'에 대한 구체적인 일 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 우하방위치 확인과정(S110)은 픽업위치 가설정 과정(S111), 자재플레이스(Place)과정(S112), 자재픽업과정(S113) 및 자재중심점 확인과정(S114)을 포함할 수 있다.
이를 구체적으로 살펴보면, 먼저 대략적인 픽업(Pick up)위치를 설정하고(S111), 피커(Picker)를 이용하여 해당 포켓에 자재를 위치시키는 과정에서 해당 포켓의 바닥면에서 일정 높이(예를 들어 0.1mm)를 띄운 상태에서, 피커와 트레이 트랜스퍼(Tray transfer)를 각각 이동하여 해당 자재를 포켓의 우하방모서리로 밀어서 밀착시킨 후, 포켓의 바닥면에 내려놓게 된다(S112).
이후 피커 및 트레이 트렌스퍼를 가설정된 픽업 위치로 이동시켜 포케스이 우하방모서리에 밀착된 자재를 픽업하고(S113), 피커를 이용하여 픽업된 자재를 비전 위치까지 이동시킨 후, 비전을 이용하여 자재의 센터위치을 확인할 수 있다(S114). 여기서, 피커 및 트레이 트렌스퍼의 중심위치는, 과정 'S111'에서 대략적으로 설정된 픽업위치를 포함할 수 있다.
이와 같은 과정은, 좌상방위치 확인과정(S120)에서도 동일하게 수행될 수 있다.
이후, 두 지점(우하방 및 좌상방)의 중심값과 비전에서 확인된 자재의 센터위치를 비교하여 상대좌표를 확인하고, 확인된 상대좌표를 이용하여 비전에서 확인된 자재의 센터위치와 포켓의 센터위치를 일치시키기 위하여, 장비의 포지션 파라미터(Position parameter)를 변경할 수 있다.
도 6 내지 도 13은 도 1이 구체적인 픽앤플레이스 시스템의 일 실시예에 적용되어 수행되는 과정을 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 픽앤플레이스 시스템은 자재가 로딩 및 언로딩되는 트레이유닛(100, Tray unit) 및 보트유닛(200, Boat unit)과, 자재를 픽업하는 피커유닛(300), 그리고 자재의 저면을 촬영하여 영상정보를 획득하는 비전유닛(400, Vision unit)을 포함할 수 있다.
먼저, 도 7에 나타난 바와 같이 자재가 없는 상태에서, 비전 검사 위치에서 피커축(311) 센터와 검사영역 센터를 맞춘다.
이때, 도 8에 나타난 바와 같이 복수 개의 피커축(311) 센터와 검사영역센터(401)를 맞출 수 있다.
이후, 도 9에 나타난 바와 같이 피커(310)가 자재를 픽업하여 포켓의 좌상단에 자재를 밀착시킨 후, 도 10에 나타난 바와 같이 해당 자재가 좌상단에 밀착된 상태에서 피커(310)를 이용하여 픽업하고, 비전유닛(400)을 이용하여 자재를 촬영한 후, 자재의 중심위치를 산출하여 저장할 수 있다.
이와 같은 과정은, 포켓의 우하단 위치에도 동일 내지 유사하게 진행할 수 있다.
도 10에서, 식별부호 'A'는 포켓의 우하단에 밀착된 상태에서의 자재의 중심점이고, 식별부호 'B'는 포켓의 좌상단에 밀착된 상태에서의 자재의 중심점이며, 식별부호 'C'는 A점과 B점의 중간점이다.
다시 말해, 도 11에 나타난 바와 같이 포켓의 좌상단에 밀착된 자재를 픽업하여, 비전유닛(400)에서 자재의 중심점을 확인 및 저장할 수 있고, 이와 동일한 과정을 우상단에 대해서도 수행할 수 있다.
그리고, 도 12에 나타난 바와 같이, 포켓의 좌상단 및 우하단에서 자재의 중심점과, 그 두 중심점에서 산출된 중간점을, 검사영역의 원점으로 이동시키도록 포켓의 파라메터를 조정한다.
마지막으로, 도 13에 나타난 바와 같이 트레이유닛(100)의 행 또는 열에 형성된 첫 번째 포켓과 마지막 포켓의 중심점을 확인하고, 두 중심점의 거리를 트레이유닛(100)의 포켓 피치수로 나누어, 실제 자재의 평균 포켓 피치를 계산한 후, 픽엔플레이스 파라메터에 적용하고, 전체 포켓을 대상으로 중심점을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명에 의한 반도체패키징용 자재의 자동 캘리브레이션 방법에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다.
100 : 트레이유닛(Tray unit)
200 : 보트유닛(Boat unit)
300 : 피커유닛
310 : 피커 311 : 피커축
400 : 비전유닛 401 : 검사영역센터

Claims (3)

  1. 반도체 제조설비에 구성되어 반도체패키지를 포함하는 자재의 로딩 또는 언로딩 과정에서의 캘리브레이션 방법에 있어서,
    자재를 포켓 내에서 특정 위치로 이동시킨 후, 해당 위치에서 자재를 픽업하고 해당 자재의 외곽을 비전으로 확인하여 포켓별 중심점을 산출하는 포켓중심점 산출단계;
    포켓의 중심 좌표간 거리를 피치(Pitch) 수로 나누어 평균 피치를 계산하는 평균피치 산출단계; 및
    평균 피치만큼 이동하여 적어도 일부의 포켓에 자재를 로딩하여 상태를 점검하는 조정위치 확인단계;를 포함하는 반도체패키징용 자재의 자동 캘리브레이션 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 포켓중심점 산출단계는,
    어느 하나의 포켓에서 우하방향에 밀착된 자재의 중심점을 확인하는 우하방위치 확인과정;
    어느 하나의 포켓에서 좌상방향에 밀착된 자재의 중심점을 확인하는 좌상방위치 확인과정; 및
    상기 우하방위치의 중심점과 좌하방위치의 중심점을 연결한 선분의 중심점을 확인하는 포켓중심점 확인과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체패키징용 자재의 자동 캘리브레이션 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 우하방위치 확인과정은,
    대략적인 픽업위치를 설정하는 픽업위치 가설정과정;
    피커를 이용하여 해당 자재를 포켓의 우하방모서리에 밀착시킨 후 내려놓는 자재플레이스(Place)과정;
    피커를 가설정 된 픽업 위치로 이동시켜 포켓의 우하방모서리에 밀착된 자재를 픽업하는 자재픽업과정; 및
    비전을 이용하여 픽업한 자재의 센터위치을 확인하는 자재중심점 확인과정;을 포함하고,
    상기 좌상방위치 확인과정은,
    상기 우하방위치 확인과정에 대응하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체패키징용 자재의 자동 캘리브레이션 방법.
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