[논문]칩 온 필름을 위한 자동 결함 검출 시스템 개발

류지열; 노석호

doi:10.6109/jkiice.2012.16.2.313

칩 온 필름을 위한 자동 결함 검출 시스템 개발
Development of Automatic Fault Detection System for Chip-On-Film 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.16 no.2, 2012년, pp.313 - 318

류지열 (부경대학교) , 노석호 (안동대학교)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 $30{\mu}m$ 이하의 초 미세 피치를 가진 칩 온 필름(chip-on-film, COF)에서 자주 발생하는 결함을 자동으로 검출할 수 있는 시스템을 제안한다. 개발된 시스템은 초 미세 패턴의 개방 및 단락 결함 뿐만아니라 소프트 개방 및 소프트 단락을 신속히 검출할 수 있는 회로 및 기술이 적용되어 있다. 결함 검출의 기본 원리는 결함 전의 패턴 저항값과 결함 후의 패턴 저항값 차에 의해 발생하는 미세 차동 전압을 읽어서 결함 유무를 판단한다. 또한 미세전압 차를 증폭시켜 결함 유무를 쉽게 판단할 수 있도록 고주파 공진기를 이용한다. 제안된 시스템은 초미세 패턴 COF 검사 과정에서 발생하는 다양한 결함을 신속하고 정확히 검출할 수 있으므로 기존의 COF 검사 시스템의 대안이 될 것으로 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents an automatic system to detect variety of faults from fine pitch COF(chip-on-film) which is less than $30{\mu}m$. Developed system contains circuits and technique to detect fast various faults such as hard open, hard short, soft open and soft short from fine pattern. Basic principle for fault detection is to monitor fine differential voltage from pattern resistance differences between fault-free and faulty cases. The technique uses also radio frequency resonator arrays for easy detection to amplify fine differential voltage. We anticipate that proposed system is to be an alternative for conventional COF test systems since it can fast and accurately detect variety of faults from fine pattern COF test process.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 초미세 패턴(20µm의 선폭 및 30µm 이하의 미세피치)의 칩 온 필름에서 발생하는 다양한 결함을 자동으로 신속하고 정확하게 검출할 수 있는 시스템을 제안한다.
본 논문에서는 평판형 액정 표시 디스플레이에 적용되는 칩 온 필름으로부터 발생하는 결함을 자동으로 검출할 수 있는 시스템을 제안하였다. 이러한 시스템은 미세 패턴내의 결함으로 인해 발생한 전압의 미세 변화를 고주파 공진기를 이용하여 증폭하고 결함 유무를 빠르게 판단하였다.

제안 방법

그림 9(a) 및 9(b)는 10∼30mm의 범위를 가진 COF 각 선의 길이에 대해 단락결함 및 소프트 단락결함 유무에 따른 시스템 출력단에서 직류 전압을 측정한 것이다. 개발된 시스템은 결함 유무에 대해 자동으로 차동 전압을 비교할 수 있도록 차동 직류 전압을 제공한다. 그림 9(a) 및 9(b)에서 알 수 있듯이 개발한 시스템은 단락 결함 및 소프트 단락결함 유무에 대해 서로 다른 차동 직류 전압을 제공하였다.
개발된 측정 시스템은 개방, 단락, 소프트 개방 및 소프트 단락과 같은 결함을 자동으로 신속·정확하게 검출할 수 있도록 다양한 기술 및 시스템과 알고리즘으로 구성되어 있다.
보드#9에는 신호의 진폭과 위상 변화를 검출하기 위해 위상 검출기와 AC/DC 변환기(포락선검출기)를 사용하였고, 이 두 부품을 제어하기 위해 고주파 릴레이들과 디멀티 플렉서를 사용하였다. 고주파 전원부에는 500MHz~1,200MHz 범위의 안정된 사인파를 공급하기 위해 튜너블 전압조정기(VCO, voltage-controled oscillator; )를 사용하였고, 신호 진폭을 10V 정도로 증가시키기 위해 고주파 전력 증폭기 및 저잡음 증폭기를 사용하였다.
각 보드 및 주변 시스템들과의 연결은 그림 3을 바탕으로 구축되어 있다. 구축된 시스템은 특정한 오류 없이 동작함을 정확성 테스트를 통해 확인하였고, 10번의 반복 측정 테스트를 통해 재현성 특성을 확인하였다.
보드들 간의 연결은 그림 3에서 언급했던 신호 흐름을 바탕으로 구성하였고, 각 보드들 간의 최적 시뮬레이션을 통해 검증하였다. 보드 간의 연결은 고주파 동작을 위해 SMA 커넥터를 활용하였다.
보드#9에는 신호의 진폭과 위상 변화를 검출하기 위해 위상 검출기와 AC/DC 변환기(포락선검출기)를 사용하였고, 이 두 부품을 제어하기 위해 고주파 릴레이들과 디멀티 플렉서를 사용하였다. 고주파 전원부에는 500MHz~1,200MHz 범위의 안정된 사인파를 공급하기 위해 튜너블 전압조정기(VCO, voltage-controled oscillator; )를 사용하였고, 신호 진폭을 10V 정도로 증가시키기 위해 고주파 전력 증폭기 및 저잡음 증폭기를 사용하였다.
그림 4(a)~(d)는 측정 시스템 구축을 위한 보드 간 연결 구성을 나타낸 것이다. 보드들 간의 연결은 그림 3에서 언급했던 신호 흐름을 바탕으로 구성하였고, 각 보드들 간의 최적 시뮬레이션을 통해 검증하였다. 보드 간의 연결은 고주파 동작을 위해 SMA 커넥터를 활용하였다.
설계한 시스템의 성능을 평가하기 위해 측정을 수행하였다. 측정에 사용된 COF는 다음 조건으로 제작되어 있고, 총 4종류의 COF 그룹으로 구성되어 있다.
본 논문에서는 평판형 액정 표시 디스플레이에 적용되는 칩 온 필름으로부터 발생하는 결함을 자동으로 검출할 수 있는 시스템을 제안하였다. 이러한 시스템은 미세 패턴내의 결함으로 인해 발생한 전압의 미세 변화를 고주파 공진기를 이용하여 증폭하고 결함 유무를 빠르게 판단하였다. 이를 통해 개발한 시스템은 미세 패턴을 가진 칩 온 필름으로부터 발생하는 다양한 결함을 신속·정확하게 검출하였고, 실험 결과를 통해 이를 증명하였다.
미세 선폭의 결함유무에 따른 미세 저항(전압) 변화를 검출하는 과정, 미세 전압차를 보다 자세히 관찰하기 위해 고주파 공진 특성을 이용한 미세 전압차를 증폭하는 과정, 그리고 증폭된 미세 변화를 자동으로 처리하는 신호처리 과정으로 구분된다. 이러한 원리가 적용된 측정 시스템은 고주파 신호를 공급하는 고주파 전원부(Vin), 고주파 공진회로 부분, 전압차를 측정하는 프로브 부분, COF 결함이 발생한 경우 그 값들을 비교하기 위해 결함이 없는 값들을 저장하고 있는 Look-upTable(LUT) 부분, COF의 결함 유무에 따른 차동 전압을 비교하여 그 결과를 처리하는 비교회로 부분으로 각각 구성된다.
고주파 공진기 어레이부인 보드#8에는 다양한 종류의 검사 시료에 대비하여 3가지검사 주파수에 동작하도록 서로 다른3개의 공진주파수 대를 가진 공진기들을 사용하였다. 이를 위해 추가로 고주파 릴레이들이 사용되었고, 이를 제어하기 위해 디멀티플렉서를 사용하였다.
본 논문에서는 초미세 패턴(20µm의 선폭 및 30µm 이하의 미세피치)의 칩 온 필름에서 발생하는 다양한 결함을 자동으로 신속하고 정확하게 검출할 수 있는 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 미세 선폭의 결함유무에 따른 미세 차동 전압 변화를 검출하고 이러한 변화를 쉽게 판단할 수 있도록 고주파 공진기를 적용하여 미세한 변화를 증폭시킨다.
측정 시스템은 고주파 전원부(RF source, 보드#10), 고주파공진기 어레이부(RF Resonator Arrays, 보드#8&11), COF에 포함된 많은 선(lead) 패턴을 검사하기 위해 고주파 전원부로 부터 받은 신호를 프로브 카드(Probe Card)와 연결시켜 주는 스위치 어레이부(보드#1~7), 각 COF 선을 프로빙하는 프로브 카드부, 각 검사선으로부터 반사되어온 신호의 진폭과 위상을 검지하여 결함의 유무와 결함의 정도를 제공하는 신호변환부(보드#9), 디지털 신호를 이용하여 보드들을 자동적으로 제어하기 위한 데이터 획득부(NI PAQPad), 프로그램 및 알고리즘을 가진 PC부로 각각 구성되어 있다.

대상 데이터

위상 검출기 동작 특성을 확인하기 위해 입력 신호의 진폭은 10V로 하고 주파수는 800MHz로 하였다. 그림 7은 30mm 길이 COF의 중앙 지점에 개방결함이 발생한 경우에 대한 결과를 나타낸 것이다.
설계한 시스템의 성능을 평가하기 위해 측정을 수행하였다. 측정에 사용된 COF는 다음 조건으로 제작되어 있고, 총 4종류의 COF 그룹으로 구성되어 있다. 1그룹은 COF 선의 중앙에 단락 결함을 가진 COF, 2그룹은 COF 선의 중앙에 개방 결함을 가진 COF, 3그룹은 COF 선의 중앙에 50% 소프트 단락 결함(길이=0.

성능/효과

그림 8(a)~(d)는 20mm의 COF 길이에 대해 다양한 결함 유무에 따른 고주파 공진기 출력단에서 측정한 차동출력 전압 스펙트럼 결과를 나타낸 것이다. 그림 8(a)의 결과로부터 알 수 있듯이 단락결함에 대해 710MHz의 공진주파수에서 29.89dBm 즉 9.874V의 차동전압 특성을 보였다. 그림 8(b)의 개방 결함의 경우 908MHz의 공진주파수에서 30.
그림 8에서 알 수 있듯이 결함 유무에 따른 차동전압의 변화를 확인할 수 있고, 단락 결함보다는 개방 결함이 더 큰 차동 출력 특성을 보임을 알 수 있다. 또한 이러한 결과는 본 연구에서 제안하는 고주파 공진기를 이용한 방식이 결함을 검출하는데 효과적임을 증명한다.
이를 통해 개발한 시스템은 미세 패턴을 가진 칩 온 필름으로부터 발생하는 다양한 결함을 신속·정확하게 검출하였고, 실험 결과를 통해 이를 증명하였다.

후속연구

이를 통해 개발한 시스템은 미세 패턴을 가진 칩 온 필름으로부터 발생하는 다양한 결함을 신속·정확하게 검출하였고, 실험 결과를 통해 이를 증명하였다. 개발한 시스템은 기존의 칩 온 필름 결함 검출 시스템이 검출하지 못하는 소프트 단락이나 소프트 개방 결함까지 신속히 검출 가능하기 때문에 향후 칩 온 필름 제작 업체의 현장 검사에 적용되리라 기대한다. 향후 시스템의 측정 신뢰성과 정확성 및 검출 알고리즘의 정확성에 초점을 맞추어 시스템을 수정하고 보완할 계획이다.
개발한 시스템은 기존의 칩 온 필름 결함 검출 시스템이 검출하지 못하는 소프트 단락이나 소프트 개방 결함까지 신속히 검출 가능하기 때문에 향후 칩 온 필름 제작 업체의 현장 검사에 적용되리라 기대한다. 향후 시스템의 측정 신뢰성과 정확성 및 검출 알고리즘의 정확성에 초점을 맞추어 시스템을 수정하고 보완할 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	결함 검출이 거치는 3단계 과정은 어떻게 구분되는가?	결함 검출은 3단계 과정을 거친다. 미세 선폭의 결함유무에 따른 미세 저항(전압) 변화를 검출하는 과정, 미세 전압차를 보다 자세히 관찰하기 위해 고주파 공진 특성을 이용한 미세 전압차를 증폭하는 과정, 그리고 증폭된 미세 변화를 자동으로 처리하는 신호처리 과정으로 구분된다. 이러한 원리가 적용된 측정 시스템은 고주파 신호를 공급하는 고주파 전원부(Vin), 고주파 공진회로 부분, 전압차를 측정하는 프로브 부분, COF 결함이 발생한 경우 그 값들을 비교하기 위해 결함이 없는 값들을 저장하고 있는 Look-upTable(LUT) 부분, COF의 결함 유무에 따른 차동 전압을 비교하여 그 결과를 처리하는 비교회로 부분으로 각각 구성된다.
	COF는 어떤 구조로 되어있는가?	COF는 구조상으로 폴리이미드 필름과 구리 호일의 2층 구조로되어 있으며, 소자 구멍이없는 구조를 적용하여 TCP의 frying lead 존재에 의한 미세 피치 대응의 문제점을 극복하였다[1]. 그러나 그림 1에서 나타낸 바와 같이 미세 공정의 선폭 및 피치를 가진 COF의 경우 각 전극선에서 다양한결함이 발생할수 있다.
	미세 공정의 선폭 및 피치를 가진 COF의 경우 각 전극선에서 발생할 수 있는 결함은 어떤 형태로 존재하는가?	그러나 그림 1에서 나타낸 바와 같이 미세 공정의 선폭 및 피치를 가진 COF의 경우 각 전극선에서 다양한결함이 발생할수 있다. 이러한 결함은 미세 선 또는 선들 간에 그림 1과 같이 개방, 단락, 소프트 개방 및 소프트 단락 형태로 존재한다.

참고문헌 (6)

류지열, 노석호, "초 미세 패턴 칩-온-필름을 위한 자동 결함 검출 시스템 개발," 한국해양정보통신학회 2010 춘계종합학술대회, 제 14권, 제 1호, pp. 775-778, 2010년 5월.
류지열, "미세 피치 칩 온 필름의 결함 검출을 위한 자동 시스템 개발", 한국정보기술학회논문지, 제 9 권, 제 1호, pp. 25-34, 2011년 1월.

상세보기
S.-M. Chang, J.-H. Jou, A. Hsieh, T.-H. Chen, C.-Y. Chang, Y.-H. Wang, and C.-M. Huang, "Characteristic Study of Anisotropic-conductive Film for Chip-on-film Packaging", Microelectronics Reliability, Vol. 41, No. 12, pp. 2001-2009, Dec., 2001.

상세보기
Y.-T. Hsieh, "Reliability and Failure Mode of Chip-on-film with Non-conductive Adhesive", IEEE Proceedings of the 4th Int. Symposium on Electronic Materials and Packaging, pp. 157-160, Dec 4-6, Taiwan, 2002.
EC Plaza Network, http://www.ecplaza.net/search/0s1nf20sell/cof.html.
KITA (Korea International Trade Association), http://www.tradekorea.com/products/AOI.html.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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