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최근 디스플레이, 반도체 등 첨단 IT 산업의 생산에 있어 3D 형상측정 및 검사 이슈가 크게 부각되고 있습니다. 반도체 산업의 빠른 기술진보로 해당 산업부문의 IT산업 소자들이 수 ㎛ 이하로 급격한 경박단소화가 이루어지고 있으나 이에 대응해 고해상도와 속도를 동시에 만족시킬 수 있는 양산검사 솔루션은 부재하여 양산성을 떨어뜨리는 주된 요인이 되고 있습니다. 디아이티는 핵심역량인 영상처리 기술에 기반하여 급증하는 3D 측정시장의 고해상도 3D 검사수요에 대응하기 위해 지속적으로 3D 비접촉 측정/검사 솔루션의 개발을 추진하고 있습니다. 한편, 위 미세측정분야와는 별개로 자동차, 조선해양 등 Macro 영역의 3D 측정 솔루션을 위해 3D Scanner의 개발도 함께 추진하여, 모든 산업분야에 적용이 가능한 3D 측정/검사 솔루션을 확보해 나아갈 계획입니다.

2.기술개요

3D 측정의 분류

3D 측정은 접촉식과 비접촉식으로 분류할 수 있으며, 아래와 같이 비교할 수 있습니다.

3D 측정의 분류
구분 비접촉식(Non Contact 접촉식(Contact
Object 영향 Object 에 접촉을 하지 않으므로
Object 변화의 문제가 없다.
Object의 물성이나 민감도에 따라
이물, 변형, 파괴등의 문제가 생길 수 있다.
정밀도 필요에 따라 조절가능
(광학계/광원의 조정)
정밀하고 신뢰성 있는
데이터 확보가능
측정제한 형상에 영향을 받지 않음.
측정면의 전체정보 획득가능
Object의 형상이 복잡하면 측정이 불가할 수 있으며,
Probe 접촉면에 대한 정보만 제한적 획득.
측정속도 Fast (양산대응 가능) Slow (샘플링검사 가능)
활용분야 고속 양산검사에 폭넓게 활용 정밀기계 치수 측정에 제한적 이용

비접촉 3D측정의 주요기술 비교

비접촉 3D측정의 주요기술 비교
WSI Line Laser Structured Light Moire 3D Digital Holography
원리 백색 광 간섭 무늬를
이용한 형상 측정
광 삼각법을
이용한 형상측정
구조화된 패턴영상을
이용한 형상측정
모아레 무늬를
이용한 형상 측정
홀로그래피를
이용한 형상측정
분야 LCD
(Photospacer)
PCB,
자동차 부품,
전장, 농수산물,
의약품,
부품/소재
자동차 부품, 가전,
성형, 보안 (얼굴, 지문),
3D Contents 제작
PCB, packaging
3D측정
BIO, 반도체, MEMS
장점 높은 단차측정
높은 분해능력
단순한 광학계
측정속도
단순한 광학계
Customizing
대면적 FOV (3m)
측정속도 측정속도
단점 진동민감
측정속도
재질에 민감   종분해능(1㎛) Noise 제어
측정속도
(100㎛)
10sec Max : 10,000
profiles/sec
0.8~20sec 0.4sec 0.05sec
종분
해능
0.1㎚ (X,Z:100mm,8mm)
(50um, 20um)
< 300㎛ 1㎛ 50㎚
측정
Range
< 10㎛ - Far(2.5m),
Near(1.4m)
400㎛ 200㎛
  • WSI (White Light Scanning Interferometry) : 백색광 간섭계

    백색광을 이용한 간섭계 현미경으로 LCD photo spacer 등 디스플레이 및 반도체 검사에 다양하게 활용되고 있습니다. 높은 단차 측정능력과 고분해능이 장점이나 진동에 민감한 단점이 있습니다.

  • Optical Triangulation : 광 삼각법

    광 삼각법을 이용해 3D 표면의 3D 정보를 얻는 방법으로, 광학계가 단순하고 측정속도가 빠르다는 장점이 있는 반면에 진투명 또는 반짝이는 재질의 측정에는 어려움이 있습니다.

  • Structured Light : 구조광 기술

    프로젝터에 구조화된 패턴영상 (Grey-Code, Color-Code, Phase-Shift, Binary-Code)을 투사하고 카메라가 물체에 투영된 패턴을 분석하여 3차원 데이터를 획득하는 방법으로, 대면적을 빠른 시간안에 측정할 수 있기 때문에 Macro한 다양한 분야에 활용 할 수 있습니다.

  • Moire 3D : 모아레 기술

    현재 3D Packaging(PCB) 분야에서 보편적으로 쓰이는 기술 가운데 하나로, 종분해능 100㎜ ~ 102㎜급의 Macro 3D 측정에 널리 활용되고 있습니다. . 대면적 고속 측정이 가능해 In-Line 장비로 사용하고 있습니다.

  • Digital Holography : 디지털 홀로그래피

    홀로그래피 원리를 이용해 이론적으로는 Single Shot에 측정이 가능한 기술로 측정시간 측면에서는 다른 기술에 비해 우위에 있으며, 종분해능 0.1 ㎛ 이하에 측정 Range를 10 ㎛까지 확보할 수 있어, Flip-Chip 또는 초미세 Bump 등의 In-Line 검사가 가능한 유망한 기술로 주목 받고 있습니다. 그러나 Substrate의 표면 재질 또는 거칠기에 의한 Speckle Noise 및 방대한 데이터 연산 등 극복해야 할 난제가 많이 남아 있습니다.

    측정대상의 소재/ 표면의 특성 및 요구되는 측정정밀도 및 측정속도의 수준에 따라 최적의 광학계가 결정되는데 디아이티에서는 위 4가지 가운데 측정대상의 특성에 맞는 최적의 솔루션을  매칭시켜 3D측정/검사 설비를 구현합니다.

활용분야

검사/측정

3D 검사/측정기술은 일반적으로 디스플레이, 반도체, 3D Packaging분야의 높이측정에 많이 활용됩니다. 전술한 4가지 주요 측정원리 외에도 여러가지 측정기술들이 존재하며, 모든 분야에서 우월한 솔루션이 존재하지는 않습니다. 측정대상의 소재의 물성, 투과율, 표면거칠기, 크기 등에 의해 최적의 솔루션은 달라지며, 분해능과 측정속도의 우선순위도 솔루션 결정의 주요한 판단 근거가 됩니다.

WSI 광학계로 측정한 3D Bump 이미지

형상복원

전술한 기술 가운데 Line Laser를 통한 광삼각 측정법은  IT 소자의 3D측정에 활용됨은 물론 실물의 형상 복원을 통한 역설계(Reverse Engineering) 과정에서 많이 사용하고 있습니다. 설계 데이터와 실물 데이터의 비교를 통한 제품 설계 오류 검사, 제품의 품질 검사와 경쟁사의 제품 분석에도 사용되고 있습니다. 또한, 문화재/미술품의 복원, 치과용 석고모델 복원, 모형 복원을 통한 영화 CG 작업에 활용하는 등 다양한 산업분야에서 활용되고 있습니다.

문화재 복원을 위한 Reverse Engineering / 스탠포드대학교

 3D 검사/측정시장 규모

업계에 따르면 FPD, 반도체, 자동차, MEMS 등 산업분야를 망라한 머신비전 검사시장의 규모는 2010년 4.3조 규모에서 2015년 5.6조 규모로 연평균 5.4%정도로 성장할 것으로 추정됩니다. 그 가운데 3D 비전검사의 경우 2010년 에 전체 머신비전 검사시장의 10%정도인 4300억 수준에서 2015년에는 전체  시장의 35% 수준인 2조원 정도까지 빠르게 증가할 것으로 추정됩니다.

셰계 머신비전 검사시장규모

3.핵심기술

3D 광학계 설계기술

측정 대상이 정해지면 물성, 표면특성, 공정조건 등을 고려하여 측정환경에 최적화된 광학계를 설계해야 합니다. 디아이티는 3D 광학계 설계기술을 보유하고 있으며, 현장의 Needs에 따라 WSI, Digital Holography, Line Laser등 측정환경에 최적화된 3D 검사용 광학계 (Head)를 설계할 수 있습니다. 현재 TFT-LCD, AMOLED 등의 생산 라인에 . 3D 측정모듈이 탑재된 검사 설비를 지속적으로 공급해 오고 있습니다.

고속처리 S/W

디지털 홀로그래피 기술과 같이 Single Shot으로 높이정보를 추출하는 3D 측정기술의 경우에는 처리해야 할 데이터의 양은 적으나, 개별 데이터의 연산량이 상대적으로 방대하며, 병렬처리를 해야 하는 특성을 갖고 있습니다. 디아이티는 Data Multi Threading,  SSE, CUDA등 처리속도를 배가시킬 수 있는 솔루션의 개발역량을 보유하고 있습니다.

3차원 재구성 기술

디아이티는 3차원 점군으로부터 획득된 데이터를 이용한 3차원 Mesh 생성 및 Texture mapping 솔루션을 보유하고 있습니다. 또한, 재구성된 데이터를 이용하여 3D Laser Making 설비, 3D 프린터와 같은 Application과의 연동이 가능합니다.

3D Solution 사업관련 문의 - 전화 : 031-300-5300 / e-mail : lovekhs@diteam.co.kr