반도체 생산 공정의 초미세 와이어 검사를 위한 2D 카메라

와이어 본딩은 반도체 생산의 핵심 공정이다. 반도체 칩과 다른 컴포넌트 사이에 미세한 전기 연결을 만들기 위해 직경 15~75마 이크로미터의 매우 가는 와이어가 사용된다. 본드 와이어 사이의 거리는 보통 100마이크로미터 미만이다. 아무리 작은 편차라도 연결 오류가 발생할 수 있다.

따라서 와이어 본딩은 최고의 정밀도가 요구되며, 다양한 애플리케이션에 사용되는 고성능 전자 제품 생산의 기초를 형성한다. 오스트리아 Braunau에 위치한 F&S BONDTEC Semiconductor GmbH는 와이어 위치를 정밀하게 측정하고 품질을 보증하기 위해 IDS(Imaging Development Systems)의 산업용 카메라의 이미지 프로세싱 기술을 사용한다.

▲ 이미지 처리는 반자동 56i 시리즈 와이어 본더의 생산 공정에 사용된다.

애플리케이션
 

와이어 본더는 다양한 수준의 자동화 기능을 갖추고 있다. 수동장치에서는 각 본드 위치를 수동으로 접근한 후에 해당 연결을 할 수있다. 반자동 기계는 첫 번째 본드 후 자동으로 와이어를 위치시켜 와이어 브리지를 만든다. 완전 자동 기계는 구조 인식 시스템을 사용하여 칩의 위치를 결정한다. 여기에서는 모든 와이어 브리지의 생산이 완전히 자동으로 이루어진다. 작업자는 본더의 와이어나 도구를 가끔씩 교체하고 적재와 하역을 처리하기만 하면 된다.

F&S Bondtec은 56i 시리즈 반자동 기계와 86 시리즈의 자동 와이어 본더 등 생산 공정의 다양한 작업에 IDS 산업용 카메라의 이미지 프로세싱을 활용한다.

F&S Bondtec의 전무 이사 겸 CTO인 Johann Enthammer는 “F&S Bondtec의 와이어 본드는 이전에 배치된 마이크로칩이나 기타 부품을 인쇄 회로 기판의 다른 접점과 연결하고 칩에 생명을 불어넣는다. 그러나 업스트림 프로세스 중에 컴포넌트의 위치 가부정확한 경우가 발생할 수 있다. F&S Bondtec 기계는 IDS 카메라 이미지와 자체 이미지 인식 소프트웨어를 사용하여 이러한 부정확한 위치를 파악하고, 그에 따라 와이어 본드 위치를 업데이트 해야 한다”라고 말한다.

각 본딩 공정마다 초음파 진폭, 힘, 시간, 또는 본딩 브리지를 설정하기 위한 움직임 순서와 같은 매개변수도 사전에 프로그래밍 되어야 한다. 이러한 프로그램을 만들때도 카메라의 피드 이미지가 사용된다. 예를 들어 라이브 이미지에서 와이어를 드래그하여 위치를 변경할 수 있다. 이미지를 클릭하여 축을 조정할 수도 있다. 소프트웨어 측면에서 F&S Bondtec는 위치/픽셀 매핑, 그레이스케일 감지, 엣지 감지 등과 함께 작동하는 특별히 개발된 이미지 인식 라이브러리에 의존한다.

▲ 본드 서클

본드 연결의 육안 평가
 

Johann Enthammer는 “용접 후 작업자는 카메라 이미지를 통해 와이어 본드를 육안으로 확인한다. 무엇보다도 본드 브리지의 위치와 모양이 평가된다. 따라서 카메라 이미지는 본딩 과정에서 한가지 이상의 기능을 수행한다”고 설명한다.

시스템당 1~7대의 산업용 카메라가 사용된다. 특히 컴팩트하고 합리적인 가격의 uEye XCP 모델이 사용되고 있다. 이 카메라는 C-마운트가 장착된 가장 작은 IDS 하우징 카메라로, 29 x 29 x 17mm 의 완전히 밀폐된 다이캐스트 아연 하우징을 갖추고 있다. 나사형 USB 마이크로-B 연결 및 Vision 표준 (U3V/GenICam)과의 호환성 덕분에 이미지 프로세싱 시스템으로의 통합이 간소화된다.

F&S Bondtec은 uEye CP 카메라도 사용한다. 광범위한 픽셀 전처리로 최대의 기능을 제공하고, 이미지 시퀀스들을 버퍼링하기 위한 내부 120MB 이미지 메모리 덕분에 멀티카메라 시스템에 적합하다. 사용자는 다양한 최신 CMOS 센서 모델 중에서 선택할수 있다. 또한 29 x 29 x 29mm의 컴팩트한 하우징을 자랑한다.

▲ 업계 최소 C-마운트 하우징 카메라 ‘uEye XCP’

▲ 매우 빠르고, 강력한, 미래 지향적 카메라 ‘uEye CP’

생산성 향상 및 불량 방지
 

F&S Bondtec의 와이어 본더는 반도체 생산에서 안정적인 연결을 보장한다. 통합 이미지 프로세싱을 통해 시스템의 제조 품질과 생산성을 더욱 향상시키고 불량을 방지할 수 있다. 동시에 카메라는 작업을 더 쉽게 만들어준다. 표준 제품 외에도 AI 모델을 사용 하는 특수 기계와 맞춤형 소프트웨어 솔루션도 개발한다.

Johann Enthammer는”우리의 애플리케이션에 인공지능을 사용할 수 있는 잠재력이 많이 있다고 생각한다. 이미지 프로세싱은 특히 AI와 함께 효율성, 정밀도, 품질 측면에서 완전히 새로운 가능성을 열어준다. 또한 IDS의 광범위한 제품군 덕분에 모든 애플 리케이션에 적합한 ‘눈’을 찾고, 마이크로미터 단위의 정밀한 결과를 얻을 수 있었다"고 말했다.

자료제공: IDS(kr.ids-imaging.com)