마킹 공정 (Marking), 레이저 마킹, 레이저 마킹 장비 구성, 레이저 종류

마킹 공정(Marking) 이란?

반도체 패키지 표면에 고객이 지정하는 회사명, 제품명, 생산일, Lot번호 등을 무늬, 기호, 숫자, 문자를 수지 성분의 잉크나 레이저를 이용하여 새기는 공정으로 제품에 대한 문제 발생 시 제품의 조립 이력을 확인할 수 있습니다. 

 

반도체-마킹-공정

 

 

 

레이저 마킹

레이저 마킹은 고에너지 밀도를 가지는 레이저 빔을 반도체 패키지 표면에 조사시켜 가열, 용융, 증발시키는 과정을 통해 표면에 마킹이 가능합니다. 레이저 마킹 시스템은 회사명, 제원, 기호 등을 생산 공정에 구애받지 않고 마킹할 수 있어 신뢰성이 높으며 인쇄, 각인 등의 방법이 갖는 단점을 보완할 수 있어 레이저 응용분야에서 절단 및 천공기술과 함께 많이 사용되고 있습니다.

 

 

컴퓨터를 이용하여 작업하므로 반복 작업이 가능하고 고속으로 원하는 형상을 얻을 수 있습니다.

사용자 프로그램도 마킹 전에 실제 마킹 결과를 미리 화면상으로 예측할 수 있고 하드웨어의 조정도 프로그램에서 가능하며 워드 프로세서의 글자체나 그래픽 프로그램의 디자인 마킹이 가능합니다.

 

컴퓨터에서 제어가 용이하여 연속되는 제조일련번호, 바코드 등 자동화가 필요한 라인에 적용 가능합니다.

 

비접촉식으로 면적이 넓지 않은 곳에 단 시간 안에 공정 수행이 가능하기 때문에 공구의 마모가 없으며 열에 의한 제품의 변형을 방지하여 부품에 손상을 입히지 않고 공정을 수행할 수 있는 장점이 있습니다.  

 

 

레이저 마킹의 장, 단점 

장점

 

고속으로 대량생산이 가능하고 인쇄상태가 영구적입니다. 요철면에도 마킹이 가능하며 전기적 제어가 용이하고 재현성이 우수하여 자동화 라인에 도입이 용이합니다.

전처리, 후처리가 불필요하며 컴퓨터로 만들어진 가공 데이터를 사용하므로 공정이 간결합니다. 작은 문자도 인쇄가 가능하고 설비 호환성이 좋아 패키지 종류별로 작업이 가능합니다. 인쇄 시 패키지 면과 비접촉으로 진행이 가능하고 깨끗하고 신뢰성이 높습니다.

 

단점

설비 가격이 비싸고 재작업이 불가능합니다. 

 

 

 

레이저 마킹 장비의 구성

레이저 마킹 장비는 레이저 발진기. 빔익스팬더, 스캐닝 시스템(갈바노미터와 전향기), Q 스위치, 초점 렌즈(f-렌즈)와 컨트롤러 및 소프트웨어로 구성됩니다.

 

 

갈바노미터 : 매우 미소한 전류나 전압을 검출하는 장치를 의미하는데, 일반 모터와 달리 중심으로부터 한정된 각도까지만 회전할 수 있도록 만들어져 있는 클로즈 루프와 아날로그 서브모터의 일종으로 매우 작은 관성력과 높은 분해능을 가지고 있습니다.

 

Q 스위치(Q switch) : Q 스위치는 펄스 출력을 얻기 위해 사용하는 장치로써 일렉터옵틱 스위치와 어쿠스틱옵틱 스위치가 있으며 일반적으로 Nd: YAG 레이저는 어쿠스틱옵션 스위치를 사용합니다.

 

어쿠스틱옵션 스위치: 광학발진기 내의 레이저 발진을 억제하기 위하여 광학발진기와 반사경사이의 캐비티 내에 위치하여 레이저빔의 광경로를 제한합니다. 발진기 내부에 저장된 에너지양을 증가시킨 후 광경로를 해체함으로 높은 출력을 얻을 수 있습니다. 이러한 과정을 한 사이클 단위로 반복하여 펄스 형태의 출력을 얻게 되는 것이며 0에서 50kHz까지의 조정이 가능합니다.

 

빔익스펜더 : 빔의 크기를 크게 하여 마킹 물체의 높이를 조절하는 역할을 하지만 사용 광학계에 따라서 갈리안 형과 케플러니안형이 있으며 줌이 가능하여 배율을 조정할 수 있지만 고정 배율로 되어 있는 것도 있습니다. 

 

 

레이저의 종류

엑시머 레이저

 

193nm ~ 341nm의 짧은 파장을 갖고 펄스 반복도가 높은 미세하고 정도가 높은 가동이 가능합니다. 일반적인 레이저는 빔의 형상이 원형이지만 엑시며 레이저의 빔은 직사각형을 이루는 특징이 있습니다. 엘시머 레이저는 마모방식의 비열적인 가공을 하기 때문에 가공면을 깨끗하게 다듬질할 수 있으며 폴리머, 필름, 세라믹 유리 등에 사용이 가능합니다.

 

전자빔 여가를 사용한 장치는 고반복 동작은 할 수 없지만 대출력 화가 가능하여 10kJ이상의 출력에너지를 갖는 것이 개발되고 있습니다. 단파장, 고출력 특징을 가지는 엑시머 레이저는 초 LSI 제조반도체 프로세스를 비롯하여 레이저 핵융합, 레이저 동위체분리등 광범위한 첨단 과학기술분야에서 유용성이 주목되고 있습니다. 엑시머 레이저를 여가원으로 하여 가시 전역에서 고출력 색소레이저를 발전시킬 수 있는 파장이 100nm이하인 극단 자외선 코히렌트 빛의 발생도 가능합니다.

 

CO2 레이저

이산화탄소, 질소, 헬륨의 비율이 10:10:80으로 만든 가스를 레이저 매질로 사용하는 레이저로 질소는 이산화탄소 기체가 고에너지 상태로 더 용이하게 가도록 하고 헬륨은 빛을 방출한 후의 이산화탄소 기체를 완전히 초기상태로 가도록 해 출력을 상승시킵니다. 금속의 절단, 용접, 표면처리 등과 같은 크기가 크고 에너지가 많이 필요한 가공에 활용됩니다. 

 

 

Nd YAG 레이저

YAG결정에 네오디뮴(Nd)을 첨가하여 레이저 매질로 사용하는 Nd YAG 레이저는 산업분야에서 가장 빈번히 사용되고 있는 고체 레이저입니다. YAG결정은 Yttrium과 알루미늄으로 구성되어 있고 결정구조가 Garnet과 비슷한 구조인 단결정입니다. 기본 발광 파장은 1064nm의 적외선 영역이며 두꺼운 철판을 자르거나 용접할 수 있는 강력한 출력을 얻을 수 있어 산업용 레이저로 주로 사용됩니다.