공정 신뢰성은 소형 전자 부품과 광학 부품을 생산하는 고 부가가치 마이크로 어셈블리 장비의 경제적인 운영을 실현하는 중요한 요소 중 하나다. Amicra Mikrotechnologie는 레니쇼 앱솔루트 측정 시스템인 RESOLUTE를 통해 장비를 개선할 수 있었다.
자료 | 레니쇼 코리아(www.renishaw.co.kr/ko/)
레니쇼의 RESOLUTE 엔코더는 초소형 전자부품과 초소형 광소자 산업에 사용되는 정밀 어셈블리 시스템에 적용되는 높은 공정 신뢰도를 보장하는 절대식(앱솔루트) 측정 시스템이다. 이 시스템을 사용하면 운전자가 주의를 기울이지 않는 상태에서도 마이크로 어셈블리 셀을 보다 신속하게 시운전할 수 있다. 자동차·통신·IT 산업의 초소형 전자부품과 초소형 광소자 분야에 중요한 요소다.
빠른 주입·정밀한 위치 결정
공정이 진행되는 방식은 다음과 같다.
능동/수동 반도체·렌즈·MEMS·프로세서 등 접합하고 장착할 구성품은 선형 축과 특수 그리퍼를 사용하여 주입기로부터 들어 올린다. 그 다음 기판 또는 웨이퍼에 구성품이 배치된다.
기판이나 웨이퍼에 구성품을 접합할 땐 접착제를 사용하거나 레이저 빔으로 납땜하는 등의 방식을 활용한다. 이 공정에서는 웨이퍼에의 표면 장착과 스택 다이 기술로 인해 장착 및 생산 기술에 대한 특별한 수요가 생겨난다.
스택 다이 기술은 3차원 메모리와 컴퓨터 구조를 구성하는 데 쓰인다. 반도체는 서로 옆쪽에 가로로 장착되고 연결(SoC)될 뿐 아니라 여러 평면에 세로로도 장착(TSV)된다. 패킹 밀도가 커져 소형화를 실현한다.
정밀한 동작을 위해
독일 레겐스부르크에 소재하고 있는 Amicra Mikrotechnologie는 스택 다이 기술을 목적으로 설계된 마이크로 어셈블리 셀을 개발·제조한다. 이 제품들은 높은 수준의 정확도와 신뢰도로 잘 알려져 있다. 모델에 따라 최대 ±0.5㎛의 정확도로 1.66 공정 능력 Cpk를 달성하는 초소형 구성품을 장착한다.
Amicra의 NovaPlus 시리즈는 생산성을 극대화하도록 설계되었다. 이 시리즈는 다수의 가로 및 세로 선형 축을 사용하여 비생산적인 가동 중단 없이 웨이퍼를 표면에 장착한다. 구성품을 배치하는 동안 두 번째 처리 장치가 버퍼 스토어에서 다음 번 구성품을 들어 올린다. 그와 동시에 레이저와 UV 등이 있는 작업 테이블과 기타 선형 축이 납땜과 접합 공정에 필요한 위치로 이동한다. 또 다른 축을 통해 통합 공정 모니터링 카메라를 배치한다.
충돌을 막아라
Amicra Mikrotechnologie의 매니징 디렉터인 Horst Lapsien이 설명한 것처럼, 설치의 높은 공정 신뢰도는 경제적인 운영을 위해 특히 중요하다. 대체 배치 그리퍼와 선형 축 간 충돌을 피해야 하는 이유다.
Horst Lapsien은 “모션에 대한 정밀한 프로그래밍을 통해 충돌을 방지할 수 있다”면서, “이를 위해서는 선형 축의 측정 시스템이 슬라이드의 현재 위치를 안정적이고 매우 정확하게 탐지해야 한다”고 설명했다. 이전에 사용하던 증분형 측정 시스템으로는 이러한 충돌 방지가 제한적이었다. 과거에는 먼저 모든 선형 축의 판독 헤드를 기준 위치까지 이동시켜야 했기 때문에 정지 후 생산 및 장착 사이클을 시작해야 했다. 작업시간이 길어지는 원인이었다. 또한 충돌을 겪고 나면 예기치 않은 기준 위치부터 작업을 시작해야 했다. 이는 상당한 오차의 원인이 되었다. 운전자가 먼저 충돌 경로를 분석해서 그에 따라 기준 이동 사이클을 선택하지 않으면 그리퍼 충돌, 혹은 갠트리의 충돌이 일어나고, 이로 인해 설치 작업에서 상당한 손상이 발생할 수 있다. Horst Lapsien은 이 때문에 충돌은 불필요하게 긴 비생산적 시간, 불필요한 비용, 전체 기계의 비경제적인 가동 중단을 초래한다.
참조 가동 없는 절대적 측정을
Amicra의 기계전자 공학 엔지니어들은 레니쇼의 RESOLUTE 앱솔루트 엔코더를 활용하여 자사 기계를 상당 부분 개선했다.
측정 시스템의 주된 장점은 참조 가동 없이 스위치를 켜는 즉시 절대 위치를 탐지한다는 것이라고 Horst Lapsient은 설명했다.
결과적으로 마이크로 어셈블리 셀은 정지 후 또는 처음 시운전 시 운전자가 주의를 기울이지 않는 상태에서도 보다 빠르게 자동화된 사이클을 시작할 수 있다. 공정 신뢰도가 개선되고 비생산적인 시간이 감소하며 많은 비용을 초래하는 충돌을 막을 수 있다.
레니쇼의 기술 영업 담당자인 Thomas Renner는 “RESOLUTE는 절대 위치와 내포된 위상 정보를 모두 단일 코드로 통합하는 단일 트랙 스케일을 가지고 있다”며, “RESOLUTE는 셋업 공차가 매우 넓어 쉽게 설치할 수 있으며, 축이 장시간 정지 또는 이동하는 경우에도 오랜 기간 안정적으로 작동한다”고 설명했다.
레니쇼는 간단한 설치와 시운전을 위해 RESOLUTE 판독 헤드에 고유의 셋업 LED를 탑재했다. 이를 통해 스케일을 올바르게 판독하고 있는지 간단히 눈으로 점검할 수 있다.
RTLA 앱솔루트 측정 스케일은 기판에 직접 접합하거나 특별한 FASTRACK 가이드에 삽입할 수 있다. RTLA 스케일은 Amicra 장비 안에 조밀하게 설치하기가 용이해 ±5㎛/m 정확도를 달성했다. 튼튼한 스테인리스강 테이프 스케일은 손상에 대한 저항성이 뛰어나다. 또한 필요한 경우 FASTRACK 가이드를 사용하여 쉽게 스케일을 교체할 수 있다.
RESOLUTE 엔코더는 초고속 디지털 카메라와 유사하게 스케일의 고해상도 영상을 캡처하는 위치 탐지 방법을 채택했다. 영상은 강력한 DSP(Digital Signal Processor, 디지털 신호 처리기)에 의해 분석된다. DSP는 교차 검사와 오차 배제 기능을 가지고 있어 최대 1㎚에 달하는 위치를 판별한다.
엔코더는 내장된 위치 검사 알고리즘과 함께 오염에 대한 면역성이 뛰어나다. Horst Lapsien은 3교대 생산 방식을 도입한 이후 더러워진 측정 테이프에 의한 측정 시스템의 판독 오차 때문에 발생하는 장비 정지가 없었다고 말했다.
고급 탐지 기술을 탑재한 RESOLUTE 앱솔루트 엔코더는 ±40㎚에 불과한 주기적 오차와 10㎚RMS 미만의 지터를 자랑한다. 이를 통해 정확도를 높은 수준으로 끌어올릴 수 있다. 그 결과 위치 안정성이 뛰어나며 노이즈 레벨이 낮은 시스템이 탄생한다. 이 방식으로 장착된 마이크로 어셈블리 셀은 신뢰성과 성능이 더 우수하다.
Amicra는 RESOLUTE 앱솔루트 엔코더의 BiSS-C 개방형 시리얼 프로토콜을 사용하여 많은 위치 결정 축에 쉽게 통합할 수 있었다. Horst Lapsien은 많은 산업 표준 서보 드라이버 및 컨트롤러 제조업체가 BiSS-C 인터페이스를 활용하고 있다. 따라서 다양한 모션시스템 공급업체의 제품을 동시에 활용할 수 있다.