마이크로 포토 센서에는 증폭기가 내장되어 있으며 변조, 비변조 및 편광 광선을 포함한 다양한 구성으로 제공됩니다. 이는 재료, 구성 요소 또는 어셈블리의 정확하고 안정적인 감지 또는 위치 지정을 제공하는 데 사용됩니다. 일부는 IO-Link 및 IP 67 환경 등급과 같은 통합 연결 기능을 갖추고 있습니다.
마이크로 포토 센서의 용도로는 Industry 4.0 공장의 정밀 제조 장비, 웨이퍼 핸들링 등이 있습니다. 반도체 제조 작업 및 맥박 산소 측정기의 혈액 산소화(SpO2)에 대한 PPG(광용적맥파 측정) 감지 등이 포함됩니다.
이 FAQ에서는 다양한 마이크로 포토 센서 설계와 해당 설계가 특정 애플리케이션에 최적화되는 방법을 검토합니다.
투과형 슬롯 마이크로 포토 센서는 물체가 슬롯이나 조리개를 통과할 때 물체의 존재를 감지하고 방출기에서 나오는 광선을 차단합니다. 물체 인식 외에도 이러한 센서는 물체의 정확한 위치 지정에 사용될 수 있습니다. 투광기와 수광기의 광축이 고정되어 있어 설치가 간편합니다. 이 센서는 다양한 구성과 커넥터 유형으로 제공됩니다(그림 1).
투과형 마이크로 포토 센서는 별도의 투광부와 수광부로 구성됩니다. 슬롯 센서와 동일한 빔 차단 원리로 작동하지만 방출기와 수신기가 멀리 떨어져 배치될 수 있으며 긴 감지 분리가 필요한 응용 분야에 적합합니다. 이러한 센서를 사용할 때는 송신기와 수신기를 올바르게 정렬하는 것이 중요합니다.
반사형 마이크로 포토 센서(때때로 확산 반사 센서라고도 함)에는 방출기와 수신기가 동일하게 포함되어 있습니다. 모듈. 물체가 감지 영역에 들어가면 빛이 반사되어 수신기에 나타납니다. 일부 반사형 마이크로 포토 센서는 포장에 인쇄된 표시를 인식할 수 있도록 설계되었습니다. 제한된 반사 센서는 불안정한 감지 성능을 유발할 수 있는 배경 물체가 있는 경우 작동하도록 최적화된 특수 설계입니다.
역반사형 마이크로 포토 센서는 긴 감지 거리가 필요한 애플리케이션을 위해 설계되었습니다. 송신기와 수신기는 별도의 모듈에 있으며 올바른 작동을 위해서는 정렬이 필요합니다. 물체가 송신기의 광선을 통과하면 수신기에 도달하는 빛을 차단하여 감지됩니다. 송신기와 수신기의 정확한 정렬이 필요하므로 이러한 유형의 센서에서는 높은 정밀도를 달성하기가 어렵습니다.
맥박 산소 측정기
산소 포화도 측정기는 특정 파장의 빛에서 산소화 헤모글로빈(HbO2)과 탈산소화 헤모글로빈(RHb)의 서로 다른 광 흡수 특성을 사용합니다. 산소 포화도 측정기는 660nm 빨간색 LED와 940nm IR LED라는 두 개의 LED와 고집적 포토 마이크로 센서에서 반사 구성으로 작동하는 포토다이오드 수신기를 사용하여 구현되었습니다.
센서는 3단계로 작동됩니다. 먼저 빨간색 LED가 펄스되고 반환 신호가 측정됩니다. 다음으로 IR LED가 펄스되고 반환 신호가 측정됩니다. 마지막으로, 외부 광원의 간섭을 배제하기 위해 두 LED를 모두 끈 상태에서 배경 신호를 측정합니다. 감지 기능은 설계 요구 사항에 따라 아날로그 신호 처리 블록에 연결된 2개 또는 4개의 개별 광 채널로 다중화될 수 있는 4개의 포토다이오드로 분할됩니다(그림 3).
웨이퍼 핸들링
때로는 마이크로 센서조차도 너무 큽니다. 자동화된 반도체 웨이퍼 제조 시설에서 웨이퍼는 특수 전면 개방형 통합 포드(FOUPS)의 처리 기계 간에 이동됩니다. 로봇 핸들러가 웨이퍼를 FOUPS에 배치할 때 웨이퍼가 잘못 정렬되거나 일부 슬롯이 비어 있거나 일부 슬롯에 여러 개의 웨이퍼가 포함될 수 있습니다. FOUPS를 수신하는 로봇 핸들러는 누락되거나 잘못 정렬되었거나 여러 개의 웨이퍼를 식별해야 합니다. 그렇지 않으면 매우 값비싼 웨이퍼가 손상되어 상당한 재정적 손실을 초래할 수 있습니다.
FOUPS의 웨이퍼는 두께가 몇 밀리미터에 불과하며 웨이퍼 식별 포토 마이크로 센서는 매우 얇아야 합니다. 이 응용 분야에서는 증폭기가 내장된 기존 마이크로 포토 센서가 너무 큽니다. 외부 증폭기 모듈을 갖춘 특수 마이크로 포토 센서가 개발되었습니다. 이러한 투과형 센서는 유연한 케이블(그림 4). 웨이퍼 핸들러 엔드 이펙터에 설치하면 올바르게 채워진 슬롯, 기울어진 웨이퍼 및 이중 웨이퍼를 빠르고 안정적으로 식별할 수 있습니다.
요약
마이크로 포토 센서에는 증폭기가 내장되어 있으며 다양한 응용 분야에 사용할 수 있습니다. 이는 주로 물체 감지 및 위치 확인에 사용되지만, 펄스 산소 측정기 및 반도체 공장의 자재 취급 장비와 같은 특수 응용 분야에는 맞춤형 설계도 가능합니다.
참고자료
신속한 프로토타이핑을 위한 얇은 미세 광학 센서, MDPI 센서의 설계 및 제작
마이크로 광전 센서, 파나소닉
포토 마이크로 센서, Omron
빨간색/IR 이미터와 AFE가 통합된 PPG 광학 센서 모듈, Analog Devices
안정적인 웨이퍼 매핑, Balluff