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Kafe 바로가기주관연구기관 | 미래산업(주) |
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연구책임자 | 경현태 |
참여연구자 | 김혁명 , 김재광 , 박성종 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2012-07 |
과제시작연도 | 2011 |
주관부처 | 지식경제부 Ministry of Knowledge Economy |
과제관리전문기관 | 한국산업기술평가관리원 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology |
등록번호 | TRKO201700001147 |
과제고유번호 | 1415117513 |
사업명 | 신성장동력장비경쟁력강화 |
DB 구축일자 | 2017-09-20 |
키워드 | LED 패키지 핸들러.LED 테스터.적분구.분광계.광도/전광선속 표준소급. 분광복사조도 표준소급.LED Wafer Prober. |
최종목표
범용/고출력용 LED 측정용 Tester 개발 및 Handler 개발, LED Wafer Prober 개발
개발내용 및 결과
1. 고속형 범용 LED 분류장치 개발
■ 고속형 공급장치 설계 기술 : 파츠 피더로 공급된 LED 자재를 테스트 및 분류 작업을 하기 위하여 인덱스 테이블에 공급하는 장치로, 최대 32,000CPH 공급이 가능하도록 4개의 헤드를 가진 회전형 Pick & Place 기구 설계 기술을 개발함
■ 고속형 인덱스 및 테스트 장치 설계 기술 : 고속 LED 분류장치에 적합
최종목표
범용/고출력용 LED 측정용 Tester 개발 및 Handler 개발, LED Wafer Prober 개발
개발내용 및 결과
1. 고속형 범용 LED 분류장치 개발
■ 고속형 공급장치 설계 기술 : 파츠 피더로 공급된 LED 자재를 테스트 및 분류 작업을 하기 위하여 인덱스 테이블에 공급하는 장치로, 최대 32,000CPH 공급이 가능하도록 4개의 헤드를 가진 회전형 Pick & Place 기구 설계 기술을 개발함
■ 고속형 인덱스 및 테스트 장치 설계 기술 : 고속 LED 분류장치에 적합한 고속형 인덱스 테이블을 개발함. 개발된 인덱스 테이블은 1 스텝 간 이동 시간이 약 30ms가 소요됨. 테스트 장치는 사이드 컨택(Side Contact) 방식을 채택하여 설계됨
■ 고속 분류 로봇 설계 기술 : 분류 시간의 최소화를 위하여 X축은 요동운동, Y축은 직선운동을 분류 로봇을 제안하여 개발함.
인덱스 테이블에서 Bin 통까지의 에어 배관에 대한 유체
■ 공기 분사 시스템 기술 개발 : 고속형 범용 LED 분류 장치는 테스트가 끝난 자재를 공기 분사 장치와 분류 로봇을 이용하여 Bin 통에 자재를 분류하는 방식이다. 분류 시간의 단축을 위하여 분사구에서 Bin 통까지의 튜브(Tube)내 유동해석을 실시함
■ 프레임 설계 기술 : 자재 분류 시 소터의 큰 움직임으로 인한 장비 진동의 최소화를 위하여 프레임에 대한 구조해석을 진행하였으며. 해석 결과를 바탕으로 프레임을 설계함
2. High Power LED 분류 장치 개발
■ 공급 장치 설계 기술 : 대상 LED 패키지의 컨택 방식이 하부 컨택(Bottom Contact)이므로, 테스트된 자재를 분사하기 편하도록 공기분사 기구물을 인덱스 테이블에서 Pick & Place 장치로 옮기고, 노즐의 수를 16개로 확장하여 설계함.
■ 인덱스 및 테스트 장치 설계 기술 : 테스트 방식이 하부 컨택 방식이므로 자재를 놓기 위한 포켓 및 테스트 컨택 기구물을 맞춰서 설계함. 컨택핀은 일반 포고핀을 사용하도록 함
3. LED chip 고속 측정 분류 장치 (Prober-Sorter) 개발
■ Pick & Place Unit : LED Chip Handling의 핵심인 기술로 빠른 구동속도와 안정적인 이송이 되어야 한다. 이를 위한 Picker의 길이 감소 및 구동부를 다른 Unit으로 이관함으로써 개발목표를 달성하였다.
■ Vision 검사 : 빠르고, 동시에 다량의 영상을 처리해야 할 Frame Grabber의 필요로 Image Grab 15ms, 영상처리 5ms의 Vision Unit을 개발하였고, 이를 통한 Chip들의 위치 보정을 통해서 설비의 구동 및 생산물의 품질을 높이게 되었다.
■ Probe Align : Pickup 및 Contact등 Chip을 Handling 하기 전에 Chip의 틀어짐을 기구적으로 보정해 줌으로써, 설비 구동의 정확도가 올라가고 속도 향상에 기여하기 위한 내용으로 ESD와 Light측정과 Buffer Pick 전 Unit에서 측정이 이루어지는 시점에 Chip을 정렬하여 목표 Tact time을 달성하는 구조로 개발목표를 달성하였다.
4. 고속형 범용 LED 분류장치 개발
■ 범용 LED용 소스미터 회로 개발
범용 LED의 전기적 특성을 측정하기 위해 400 mA까지 전류를 인가할 수 있고, 전압을 10 V까지 인가할 수 있으며, 4채널 동시점등이 가능한 소스미터를 개발 완료하였다. 또한 기존의 포토미터의 측정 영역을 추가하여 10 mcd의 저파워 LED부터 100 cd 이상의 고파워 LED까지 측정이 가능하도록 회로를 수정 및 업데이트하였다. 이에 대한 주요 결과물로는 CPU 보드, Source 보드, Power 보드, Photometer 보드 회로도가 있으며, 소스미터의 전압/전류 교정은 6½ digit 고정밀 디지털멀티미터(HP 3457A)를 이용하여 교정 프로그램을 4채널용으로 제작하여 교정을 실시함.
■ 측정 프로그램 개발 완료
측정 프로그램은 사용자가 저장한 측정조건 파일을 실행하고 측정된 결과를 이용하여 사용자가 지정한 등급의 결과를 Sorter장비에 전송하도록 개발 완료하였다. 또한, 측정한 결과를 실시간으로 볼 수 있도록 다양한 결과 화면을 제공하고 모든 측정 결과는 텍스트 문서로 저장할 수 있으며 이렇게 분류된 결과를 보고서 형태로 제작하여 사용자에게 제공.
■ 고출력 LED용 소스미터 회로 개발
조명용 고출력 LED 및 LED 모듈의 전기적 특성을 측정하기 위해 인가/측정 전류 3 A - 인가/측정 전압 10 V 전원과 인가/측정 전류 1.5 A - 인가/측정 전압을 30V까지의 전원을 한 보드내에 별도 설치하였고, 1 스테이션 2채널 및 2 스테이션 1채널로 호환해서 사용할 수 있도록 소스미터를 개발 완료하였다. 또한 기존의 RS-232S 통신 외에 LAN 모듈을 추가하여 TCP/IP 통신이 가능하게 하였고, 범용 LED 테스터에서는 I/O를 소스미터가 관장하게 하였으나 타 회사 소스미터를 사용할 수 있도록 I/O를 컴퓨터에서 관장하게 하였고 외부 I/O 포트를 추가로 설치하였다. 주요 결과물로는 컨트롤 보드, Source 보드 회로도가 있으며, 소스미터의 전압/전류 교정은 6½ digit 고정밀 디지털멀티미터(HP 3457A)를 이용한 교정 프로그램을 제작하여 교정을 실시함.
■ 분광복사계 성능 테스트 및 광도, 분광복사조도 교정
한국표준과학연구원과의 Co-work를 통해 국내/외 분광복사계에 대한 평가 및 국내 분광복사계 성능 업데이트를 실시하여 개발 목표 제품의 성능을 구현하였다. 또한 광도/전광선속의 측정값의 결과 확인 및 불확도 확인을 위해 실시한 한국표준과학연구원의 결과를 도출하였으며, 자체적인 표준소급을 유지하기 위해를 위해 광도/전광선속 측정 장치 및 분광복사조도 교정 장치를 개발하여 적용함.
■ 핸들러 연결 자체 평가 및 수요 업체 평가
개발 완료된 LED Tester를 핸들러에 연결 자체 평가 결과를 바탕으로 수요 업체 조사 및 평가를 실시한 결과 합격 판정을 받음.
LED Tester의 평가 기준은 크게 아래의 3가지로 나뉨.
Tester 반복 재현성 검증
위치별 측정 편차 검증(BIT간 편차)
BIN 분류 재현성
기술개발 배경
2009년 LED TV 시장이 급격히 커지면서 LED 칩 생산을 위한 MOCVD 장비 수요가 급격히 늘어나고 이에 따라 LED 패키징에 관련된 장비의 수요가 급격히 늘어나면서 LED chip과 패키지에 대한 고속분류 장치가 필요하게 되었다.
에너지 절감 및 저탄소배출의 친환경적인 광원인 LED 광원을 사용한 향후 거대한 LED 조명 시장의 도래로 LED 장비 산업이 2008년 8억불 시장에서 2015년 45억 불 시장으로 커질 것으로 예상함에 따라 LED 수요 급증에 따른 수율향상을 위한 공정자동화 및 고속화 필요에 의한 기업의 투자 확장, 수요 기업의 장비 국산화 요구가 증대되는 반면에 국내 LED 장비 시장은 아래와 같은 문제점을 안고 있다.
■ 신뢰성이 검증된 유명브랜드 외산 장비 선호
■ 국산화 개발 지연으로 시장경쟁력 저하
■ 낮은 부품 소재 국산화율
■ 기업 규모의 영세성과 전문인력 부족
■ 선진국대비 국내요소기술수준 및 지적재산권 확보율 미흡
■ 원천 기술 부재 및 국제 표준 확보 주도권 미흡
■ 표준측정법 없이 고객맞춤형으로 장비개발
본 과제에서는 LED chip 후공정과 패키징 후공정에 필수적인 장비인 LED 테스터/핸들러와 Chip Prober-Sorter에 대해 요소기술 확립, 높은 부품 국산화율, 가격 경쟁력 및 신뢰성이 있는 개발하여 기존 양산라인에 설치된 외산 장비에 비해 성능 면에서 향상되고 가격이 상대적으로 저렴한 국산화 장비의 보급과 1년 정도의 기술 격차를 보이고 있는 해외 장비 업체와의 기술적인 격차를 줄이고자 한다.
핵심개발 기술의 의의
■ LED Chip Handling(Pickup/Place)
LED Chip의 이송거리를 단축하기 위한 방안으로 기존의 Wafer Sorting Stage를 수평방식에서 수직방식으로 개발하였으며, Chip Handling의 주가 되는 Picker의 흔들림을 최소화하기 위하여 여러 가지 검증 결과 구동반경이 적은 경우가 안정적이어서 이를 근거로 Picker들의 개발을 진행하였다.
추가로 Picker의 구동축을 Stage에 넘김으로써 기구물의 안정성을 한층 높이는 설계가 이루어졌다. 이에 기존의 Vision Camera와 조명 Unit의 외형 변경이 필요하게 됨.
■ 개별 Contact 구조 및 측정
소자 상태에서 측정한 값과 패키지 상태에서 측정한 값의 상관성을 나타내게 하기 위해 chip을 낱개로 떼어 내어 Index 위에 올려 놓고 개별 측정을 함으로써 측정의 정확도를 높임.
■ Aligner와 Vision을 통한 chip 정렬
설비구동 중에 발생하는 Chip의 틀어짐에 의한 측정 불량이나 Chip Handling의 실패를 보완하기 위하여, Aligner가 기구적으로 정렬을 해 줄 필요가 있었고, 이를 Vision 검사를 통하여 추가적 보정을 해줌으로써 보다 안정성을 높이고자 함.
■광도/전광선속 측정 장치
한국표준과학연구원의 측정 표준을 소급할 수 있도록 자체 개발된 장치로 고객의 다양한 LED에 대한 정확한 측정값을 제공할 수 있게 됨.
■ 분광복사조도 교정 장치
제조사에서 공급되는 분광복사계는 각각의 특성을 포함하고 있어 동일한 조건으로 분광복사조도 교정을 실시하지 않으면 미세한 부분의 차이로 인해 색특성 평가에 편차가 발생하게 되므로 이 차이를 방지하기 위해 분광복사조도 표준소급을 관리할 수 있는 장치를 개발하여 한국표준과학연구원의 표준소급성을 유지할 수 있게 됨.
■ 적분구
LED 샘플의 전광선속 측정을 위해서는 적분구를 사용해야 한다.
대부분 외국제 적분구를 사용하고 있으나, 이러한 적분구는 제조사별 사양이 다르므로 다양한 LED의 기구적인 변화에 대응하기 힘들다. 이에 한국표준과학연구원과의 Co-work를 통해 제작된 적분구를 사용하여 다양한 LED의 전광선속 측정이 가능하게 됨.
적용 분야
■ LED 범용 패키지 측정 분류 분야,
■ COB LED 측정 분류 분야,
■ LED 광 특성 측정 분야
■ LED Wafer 측정 분류 분야,
■ 소형 제품의 Handling을 기반으로 한 이송장치 분야
■ Vision을 통한 Inspection 검사 및 자동화 구현 분야
■ DD Motor, Servo Motor, VCM을 이용한 구동축 개발 분야
(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록)
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
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