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가시광선 카메라는 제품의 표면을 선명하게 촬영할 수 있지만, 소재 내부의 균열이나 이물질, 수분과 같이 눈에 보이지 않는 특성을 확인하는 데에는 한계가 있습니다.
SWIR 카메라는 단파장 적외선을 이용하여 일반 카메라로 보기 어려운 소재의 내부 정보와 물질 간 차이를 영상화합니다. 특히 반도체 웨이퍼, 실리콘 소재, 태양전지, 식품 및 산업 소재의 비파괴 검사에 활용할 수 있습니다.
이번 글에서는 SWIR 카메라의 기본 원리와 주요 적용 분야, 산업 현장에서 제품을 선택할 때 확인해야 할 사항을 소개합니다.
SWIR 카메라란?
SWIR는 Short-Wave Infrared의 약자로, 단파장 적외선을 의미합니다.
산업용 SWIR 카메라는 일반적으로 약 900~1700nm의 파장 영역을 감지하며, 일부 확장형 제품은 가시광선부터 1700nm 또는 2200nm까지 더 넓은 파장 범위를 지원합니다.
일반적인 가시광선 카메라는 약 1,000nm 이상의 파장을 효과적으로 감지하기 어렵습니다. SWIR 카메라는 주로 InGaAs 센서를 사용하여 육안이나 일반 카메라로 볼 수 없는 파장 영역의 정보를 영상으로 획득합니다.
SWIR는 물체가 방출하는 열을 주로 감지하는 열화상 카메라와도 다릅니다. 대상에서 반사되거나 투과된 빛을 영상화하기 때문에 재료의 경계와 미세한 구조를 비교적 선명하게 확인할 수 있습니다.
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이미지 제공: Allied Vision Technologies GmbH
SWIR로 실리콘 내부를 볼 수 있는 이유
모든 물질은 빛의 파장에 따라 반사·흡수·투과 특성이 다르게 나타납니다.
실리콘은 가시광선 영역에서는 불투명하게 보이지만, 특정 SWIR 파장에서는 빛을 투과합니다. 이러한 특성을 이용하면 실리콘 웨이퍼 내부의 구조와 결함, 웨이퍼 아래에 위치한 패턴과 정렬 마크를 비파괴 방식으로 관찰할 수 있습니다.
물과 수분은 특정 SWIR 파장을 강하게 흡수합니다. 따라서 식품이나 산업 소재의 수분 분포와 건조 상태를 확인하거나 가시광선에서 비슷하게 보이는 소재를 구분하는 데에도 활용할 수 있습니다.
SWIR 카메라의 주요 적용 분야
반도체 웨이퍼 내부 검사
실리콘의 SWIR 투과 특성을 이용하여 웨이퍼 내부의 크랙, 보이드, 이물질 및 표면 아래 손상을 검사할 수 있습니다.
웨이퍼 및 다이 본딩 검사
실리콘 아래의 정렬 마크를 확인하거나 본딩 후 발생할 수 있는 공극, 기포, 이물질과 박리 현상을 검출하는 데 활용할 수 있습니다.
반도체 패키징 검사
적층 구조와 패키지 내부의 숨겨진 결함, 다이 부착 상태 및 언더필 공극 등을 비파괴 방식으로 확인할 수 있습니다.
태양전지 및 실리콘 소재 검사
실리콘 잉곳, 웨이퍼와 태양전지 내부의 균열 및 구조적 결함을 검사하여 후속 공정에 투입되기 전에 불량을 확인할 수 있습니다.
수분·이물질 및 소재 분류
파장에 따른 수분 흡수 차이를 이용하여 식품과 산업 소재의 수분 분포를 검사할 수 있습니다. 가시광선에서 유사하게 보이는 플라스틱이나 코팅, 접착제 등의 소재 차이를 구분하는 데에도 활용할 수 있습니다.
레이저 및 고속 공정 모니터링
레이저 빔 프로파일링, 고속 생산 공정 및 근적외선 신호를 이용한 검사처럼 빠른 영상 획득이 필요한 분야에 적용할 수 있습니다.
SWIR 카메라 선택 시 확인해야 할 사항
1. 감지 파장
검사 대상이 어느 파장에서 투과되거나 높은 대비를 나타내는지 먼저 확인해야 합니다. 표준 SWIR, VIS-SWIR 또는 확장형 XSWIR 중 검사 목적에 적합한 파장 범위를 선택해야 합니다.
2. 해상도와 픽셀 크기
미세 결함을 검사할 때는 카메라 해상도뿐만 아니라 촬영 시야, 필요한 공간 해상도와 픽셀 크기를 함께 확인해야 합니다. 고감도가 중요한 검사에서는 큰 픽셀이 유리할 수 있습니다.
3. 촬영 속도
빠르게 이동하는 대상이나 고속 생산라인에서는 프레임레이트와 노출시간을 함께 검토해야 합니다. 높은 촬영 속도를 실제 검사에 활용하려면 충분한 SWIR 조명도 확보해야 합니다.
4. 냉각 방식
SWIR 센서는 온도에 따라 암전류와 이미지 노이즈가 증가할 수 있습니다. 미세한 신호와 재현성 높은 영상이 필요한 검사에는 TEC 냉각 방식의 카메라가 적합합니다.
5. 인터페이스
검사 속도와 전송 거리, 시스템 구성에 따라 GigE Vision, USB3 Vision, Camera Link 또는 CoaXPress 등의 인터페이스를 선택해야 합니다.
6. 렌즈와 조명
SWIR 파장대에 적합한 렌즈와 조명을 사용해야 원하는 투과 영상과 결함 대비를 확보할 수 있습니다. 카메라 사양만 비교하기보다 카메라, 렌즈, 조명과 검사 대상을 하나의 시스템으로 검토하는 것이 중요합니다.
고속 SWIR 검사를 위한 Goldeye CL-034 SWIR TEC2
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Allied Vision Goldeye CL-034 SWIR TEC2는 InGaAs 센서를 탑재한 고속 산업용 SWIR 카메라입니다.
900~1700nm의 SWIR 파장대와 636×508 해상도를 지원하며, 최대 303fps로 영상을 획득할 수 있습니다. Camera Link Base 인터페이스를 통해 고속 영상 데이터를 안정적으로 전송합니다.
TEC2 냉각 방식으로 센서 온도를 안정적으로 유지하여 이미지 노이즈를 줄이고 재현성 높은 영상을 획득할 수 있습니다. 반도체 웨이퍼 검사, 실리콘 투과 검사, 레이저 빔 프로파일링 및 고속 공정 모니터링처럼 촬영 속도와 영상 품질이 모두 중요한 검사에 적합합니다.
주요 사양
센서: InGaAs FPA
감지 파장: 900~1700nm
해상도: 636×508, 0.30MP
픽셀 크기: 15µm × 15µm
최대 촬영 속도: 303fps
인터페이스: Camera Link Base
냉각 방식: TEC2
▶ Goldeye CL-034 SWIR TEC2 상세보기
이미지 제공: Allied Vision Technologies GmbH
SWIR 카메라 도입 전 샘플 테스트가 필요한 이유
같은 소재라도 두께와 표면 상태, 구성 물질 및 검사 깊이에 따라 최적의 SWIR 파장이 달라질 수 있습니다. 카메라의 성능이 충분하더라도 조명 파장이나 조사 각도가 적합하지 않으면 원하는 결함이 선명하게 나타나지 않을 수 있습니다.
SWIR 카메라를 선정하기 전에는 실제 검사 샘플을 이용하여 다음 사항을 확인하는 것이 좋습니다.
검사 대상이 SWIR 파장에서 투과 또는 구분되는지
정상 영역과 결함 사이에 충분한 대비가 나타나는지
필요한 촬영 속도에서 충분한 광량을 확보할 수 있는지
목표 검사 정밀도와 촬영 시야를 충족하는지
검사 환경에 적합한 렌즈와 조명 구성이 가능한지
비투에스는 실제 검사 대상과 공정 조건을 기준으로 Allied Vision SWIR 카메라와 렌즈, 조명 구성을 검토하고 제품 선정 및 샘플 테스트를 지원합니다.
SWIR 카메라 선정 및 샘플 테스트 문의
비투에스 B2S
전화: 02-6914-6363
이메일: b2s@b2s.kr
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