KR100214925B1 - 다층 회로 기판의 영상 분리 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2개 이상의 면에 물체 패턴을 가진 다층 회로 기판의 합성 영상을 상면 물체 영상과 하면 물체 영상으로 분리하기 위한 영상 분리 장치로서, X선 발생장치와, 상기 X선 발생장치에서 발생된 X선에 기판이 투사되도록 기판을 지지하고 정하여진 위치로 이동시키는 이송 기구와, 상기 이송 기구에 의하여 정하여진 위치에 놓인 기판을 투사한 X선을 수광하여 기판의 영상 신호를 발생하는 카메라 장치와, 상기 X선 발생 장치, 이송 기구, 및 카메라장치를 제어하여 검사하고져하는 기판의 영상신호가 서로 다른 두개 이상의 위치에서 획득되도록 하는 제어 수단과, 상기 카메라 장치에서 획득된 두 개 이상의 영상 신호를 처리하여 기판의 납땜 상태를 판단하는 영상 처리수단을 포함하여 이루어진다.

또한 본 발명의 방법은 본 장치를 사용하여 2개 이상의 면에 물체 패턴을 가진 다층 회로 기판의 합성영상을 상면 물체 영상과 하면 물체 영상으로 분리하는 영상 분리 방법에 관한 것으로서, 수식으로 표시하면 다음과 같이된다.

Description

다층 회로 기판의 영상 분리 장치 및 방법

제1도는 X선 투시 영상을 얻기 위한 장비의 일 예를 개략적으로 도시한 도면.

제2a도는 막대 모양으로 상면 및 하면에 있는 물체를 보인 것이고, 제2b도는 제2a도와 같은 물체를 X선으로 투사하여 얻은 영상으로 세가지 경우를 가정하여 표시한 것이다.

제3도는 기판을 기울여서 상충 패턴과 하층 패턴이 겹쳐지지 아니하도록 하여 X선 투사 양상을 얻는 방법을 설명하기 위한 개략도.

제4도는 본 발명의 장치를 개략적으로 보인 블록도이다.

제5도는 기판의 수평 방향 이동에 의하여 상이 분리되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.

제6도는 제5도에서 보인 영상을 처리하여 다른 층의 영상 이동 관계를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다층 회로 기판 검사를 위한 영상 분리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 PCB의 내층 결함 및 실장 부품의 납땜 결함 등을 검사하기 위한 검사 방법과 검사 장치에 관한 것이다.

전자 기기가 소형화, 경량화, 다기능화 되어 감에 따라 전자 회로를 형성하기 위한 회로 기판의 전자 부품의 집적도도 빠른 속도로 증가되고 있고 또 점차 다층화 되어가고 있다.

그래서 기판에 형성되는 전자 회로의 배선 패턴의 크기도 점점 작아져서, 회로 기판 제작 공정 공정중 세밀한 주의를 기울이지 않으면 불량이 발생할 가능성이 매우 커지고 있다.

또한 전자 부품도 소형화되고 집적도가 높은 형태의 부품들이 널리 채택되고 있어서, 미세한 패턴의 배선에 이들 부품들을 부착하는 공정에서 세밀한 주의를 기울이지 않으면 불량이 발생되기 쉽다.

전자 회로 기판을 제작하기 위하여는 복잡한 생산 공정을 여러 차례 거쳐야만 하는데, 불량율을 줄이기 위하여는 각각의 공정중 발생하는 불량을 제때에 검출하는 것이 매우 중요케 된다.

회로 기판에 전자 부품을 부착하여 완성품을 만드는 과정을 개괄적으로 살펴보면 다음과 같다.

첫째, 기판의 생산 : 과거에 사용되던 단층 기판은 단순한 제작 공정으로 제작되었다고 할 수 있다. 반면에 최근 들어 널리 사용되는 다층 기판은 매우 복잡한 공정을 거쳐야만 생산이 가능하게 되었다.

다층 회로의 경우 여러 개의 회로 층을 덧쌓아야 하므로, 각각의 회로 층을 정확한 위치에 위치시키는 정열(Aligning) 작업이 중요하며, 따라서 이 작업의 불량 유무를 검사하는 과정이 필요하다. 또한 다층 회로 기판에 보편적인 비아홀(Viahole), 블라인더흘(Blind Hole) 등의 요소를 검사하는 과정도 필수적이다.

둘째, 납크림의 도포 : 이 과정은 생산된 기판 위에 납 크림을 입히는 과정으로 정확한 위치에 정해진 양의 크림이 정확히 도포 되어야 후에 이루어지는 납땜의 질을 보장받을 수 있게 된다. 따라서 납크림을 도포한 후 원하는 상태가 이루어 졌는지 검사할 필요가 생긴다.

셋째, 실장 부품의 장착 : 납크림이 도포된 회로 기판 위에 부품을 장착하는 공정이다.

넷째, 납땜(Soldering) : 장착된 부품을 납땜시키는 공정이다.

다섯째, 납땜 상태의 검사 : 완성된 기판에 납땜 상태를 검사하는 공정이다.

위에서 설명한 다섯 가지의 공정 모두에서 불량이 발생할 수 있으며 제때에 불량을 검출하고 제거 및 후처리를 하지 못하면 제품에 신뢰성이 저하된다.

따라서 최근에는 특히 납땜 공정에서 발생하는 불량을 검출하기 위한 다양한 방법들을 강구되고 있다.

회로 기판의 납땜 검사 방법 중에는 레이저, 다이오드 혹은 일반 광원을 사용하여 검사하는 방법이 있다.

그러나 이 방법들은 외형을 검사하고자 하는 것이므로 육안으로 보이지 않는 부분의 검사는 근본적으로 불가능하다.

따라서 매우 제한적인 성과를 얻을 수밖에 없는 것이다.

특히 이러한 방법은 다층 기판의 내부 검사나 Gull-wing 형 리드를 가진 반도체 디바이스의 리드의 힐 필렛, 그리고 납땜의 내부 검사 등에는 사용할 수 없는 단점을 가진다.

이에 반해 납땜의 내부 상태를 검사 할 수 있는 방법으로는 써모그램에 의한 방법과 X선에 의한 투시 검사 방법이 있다.

써모그램은 물질의 체적에 따라 물질의 온도 반응 특성이 변하는 성질을 이용한 방법이다. 일반적으로 레이저로 검사대상 물체를 순간적으로 가열하고 온도 변화를 적외선 카메라 등으로 감지하여 정상의 납땜 부위가 가지는 온도 변화 곡선 패턴과 비교하여 납땜의 부착 상태를 판정하고 납땜의 양부를 판정한다.

이 방법은 실험 공간의 열 분위기를 잘 제어해야만 원하는 성능을 얻을 수 있으며 불량의 여부는 알 수 있으나 어떤 종류의 불량인지까지 알아내기는 매우 어렵다.

또한 온도 변화 패턴을 일일이 얻기 위해서 걸리는 시간 때문에 실시간 검사가 이루어지기 어려운 단점을 가지고 있다.

이에 비해 X선을 이용한 투시 검사방법은 기본적으로 X선의 물질 투과 특성, 즉 피투과 물체의 두께와 밀도에 투과되는 X선의 강도가 반비례하는 성질을 이용한 것으로 대상물의 외부 형상뿐만 아니라 내부 결함 요인을 검사할 수 있는 장점을 가진다.

전자 부품의 납땜 부의 경우 두께 변화 요인인 기공이나 내부 납부족 상태 등을 민감하게 검사 할 수 있으므로 X선을 이용한 투시 검사 방법은 부품의 형상이나 부품의 다리 형상에 대한 제약이 없어진다.

따라서 최근 들어 X선을 이용한 검사 장치를 연구, 개발하려는 노력이 많이 있어 왔다.

이러한 노력의 결과로 X선 투시 영상(Radiography)을 이용하여 결함을 해결하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어가 개발되어 있다.

X선 투시 영상을 이용하여 납땜 부위를 검사하기 위한 장비의 일 예가 제1도에 개략적으로 도시되어 있다. 이 장치는 X선 발생 장치(11)에서 발생된 X (12)선이 X선 발생 장치(11)와 X선 감지기(14) 사이에 놓인 회로기판(13)의 납땜 부위를 통과하여 X선 감지기에 도달되면 그 두께에 비례하여 밝기값이 결정되어 나타나게 되도록 구성되어있다.

X선 감지시(14)는 일반적으로 X선 의하여 발광하는 형광 스크린을 가진 영상증 배관과 이영상증 배관의 X선 영상을 CCD 영상 카메라에서 받아 전자신호화한다.

그래서 영상 카메라에 포착된 X선 투시 영상은 납부위의 투과 결과를 재현성 시각화 할뿐 아니라, 내부의 기포와 같은 결함의 포착도 용이하고 미삽, 역삽, 캐패시터의 극성 등을 판별할 수 있는 장점을 가지게 된다.

그러나 이X선 투사 검사 방법도 회로 기판에 전자 부품을 양면으로 실장한 경우에는 불량 검출력이 저하되는 단점이 있다.

이것은 X선의 경우, PCB를 비롯하여 그 위에 장착된 전자 부품 일체를 그대로 투과하는 성질 때문에 양면 기판의 경우는 윗면과 아래면의 영상이 서로 겹쳐져서 분별이 어렵게 되기 때문이다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 윗면과 아랫면의 납땜 부위가 서로 겹치지 않도록 설계하거나 납땜 형상이 서로 다르게 되도록 설계하려는 시도도 있었다.

그런데 납땜 부위가 서로 겹쳐져서 어느 면에 어떤 결함이 발생하였는지를 판단하기 어려운 경우 설계를 통해 겹쳐지는 부분을 없애려는 시도는 매우 제한적 일 수밖에 없으며 실제로 기판에 요구되는 여러 가지 상황 때문에 납땜 부위를 전혀 겹치지 않게 설계하려는 것은 현실적으로 어려움이 클 수밖에 없다.

제2도에서 보인 바와 같이 상층의 랜드 패턴과 하층의 랜드 패턴의 형상을 서로 독립적으로 해서 검사하려는 시도도 있었다. 즉 예로서 제2a도에 도시된 바와 같이 기판(21)에 상층 패턴(22)을 막대 모양(22')와 하층 패턴(23)을 이와 직각이 되는 방향으로 배열된 막대 모양(23')으로 서로 구별되도록 설계하고 X선으로 투사하여 영상을 포착하여 검사한다. X선으로 투사하여 포착한 영상이 예로서 제2b도와 같이 세 가지 경우로 되었을 때, (1)의 경우에는 상층 패턴 영상(22-1)과 하층 패턴 영상(23-1)이 모두 막대 모양으로 뚜렷하므로 양호한 납땜 상태로 판정이 되고, (2)의 경우에는 상층 패턴 영상(22-2)이 뚜렷한 막대 형상이지만 하층 패턴 영상(23-2)이 막대 끝이 충실하지 못하므로 하층 패턴의 납땜 상태가 불량한 것으로 판정이 되며, (3)의 경우에는 상층 패턴 영상(22-3)이 막대 양편 끝이 충실하지 못하고, 하층 영상(23-3)은 막대 모양이 충실하므로 상층 패턴의 납땜 상태가 불량한 것으로 판정이 된다.

그러나 설계를 통해 겹쳐지는 부분을 없애려는 시도는 매우 제한적 일 수밖에 없으며 실제로 기판에 요구되는 여러 가지 상황 때문에 납땜 부위를 독립적으로 설계하는 것은 현실적으로 어려움이 클 수밖에 없다. 또 다른 방법으로는 제3도에서 그 원리를 보인바와 같이, 기판을 기울여서 상층 패턴과 하층 패턴이 겹쳐지지 아니하도록 하여 X선 투사 영상을 얻음으로서 상기한 바와 같은 문제를 회피하려는 시도도 있었다. 즉 제3a도에서와 같이 X선 발생 장치(31)에서 발생된 X선(32)에 대략 수직 방향으로 회로 기판(33)이 투사되게 하면 투사 영상(34)에 상층 패턴(35)과 하층 패턴(36)이 서로 겹쳐져서 불량 판정을 구별하기가 어렵지만, 제3b도에서와 같이 X선 발생 장치(31)에서 발생된 X선(32)에 비스듬한 방향으로 회로 기판(33)이 투사되게 하면 투사 패턴(38)에 상층 패턴(35)과 하층 패턴(36)이 어느 정도 서로 겹쳐지지 아니하고 영상이 형성되므로 상하 패턴을 구별하여 판정하기가 용이하게 된다.

위에서 열거한 방법 외에도 회전하는 X선 발생 장치와 회전하는 이송기구를 설치하여 두 개 이상의 영상을 분리하는 라미노그래피(Laminography) 기술이 알려져 있으나 이는 회전하는X선 구조를 만들어야 하고 제어장치 및 복잡한 구조의 X선 발생 장치가 필요하다.

또한 여러 번 투시 영상을 촬영하여 영상을 분리하여 내는 단층 촬영 기법이 있으나 일반적으로 단층 촬영은 여러 장의 화상을 얻어 처리하여야 하므로 시간이 많이 걸리는 단점이 있다.

그러나 위에서 설명한 방법들을 사용하여도 모두 앞, 뒷면중 어느 부분이 어떻게 잘못되었는지 판단하기가 용이하지 아니하고 시간이 많이 소요되어 실시간 검사가 어려우며, 결함 검사의 신뢰성이 저하되는 결점이 있었다.

본 발명은 X-Ray투시 영상만으로 양면 실장 기판의 겹쳐진 영상을 각각 분리할 뿐만 아니라, 복잡한 장치를 대폭적으로 생략할 수 있도록 하는 새로운 방법에 관한 것이다.

본 발명의 장치는 2개 이상의 면에 물체 패턴을 가진 다층 회로 기판의 합성 영상을 상면 물체 영상과 하면 물체 영상으로 분리하기 위한 영상 분리 장치로서, X선 발생 장치와, 상기 X선 발생 장치에서 발생된 X선에 기판이 투사 되도록 기판을 지지하고 정하여진 위치로 이동시키는 이송 기구와, 상기 이송 기구에 의하여 정하여진 위치에 놓인 기판을 투사한 X선을 수광하여 기판의 영상 신호를 발생하는 카메라 장치와, 상기 X선 발생 장치, 이송 기구, 및 카메라 장치를 제어하여 검사 하고져하는 기판의 영상 신호가 서로 다른 두 개 이상의 위치에서 획득되도록 하는 제어 수단과, 상기 카메라 장치에서 획득한 두 개 이상의 영상 신호를 처리하여 기판의 납땜 상태를 판단하는 영상 처리 수단을 포함하여 이루어진다.

X선 발생 장치, 상기 이송 기구, 및 상기 카메라 장치를 수용하고 X선이 외부로 방사되는 것을 차단하는 차단 막을 추가로 포함된다.

또한 본 발명의 방법은 본 장치를 사용하여 2개 이상의 면에 물체 패턴을 가진 다층 회로 기판의 합성 영상을 상면 물체 영상과 하면 물체 영상으로 분리하는 영상 분리 방법으로서, 제1의 위치에서 기판의 X선 투사 영상을 얻고, 기판을 수평방향으로 ΔX 만큼 이동시킨 제2 위치에서 X선 투사 영상을 얻어서, 기판 상면의 물체를 H. 기판 하면의 물체를 T, 상면 물체의 영상이 갖는 그레이 레벨 함수를 Fh(x), 하면 물체의 영상이 갖는 그레이 레벨 함수를 Ft(x),기판의 수평 방향 이동 거리를 ΔX, 기판의 수평 방향 이동에 의한 전의 영상에 대한 상대적 이동 거리를 δ, 이동 후의 물체의 영상이 갖는 그레이 레벨 함수를 Fh'(x) 및 Ft'(x) 수평 이동 전의X-선 영상의 그레이 레벨 함수를 F(x), 수평 이동 후의X-선 영상의 그레이 레벨 함수 D(x)라고 하면, 수평 이동 전의 영상과 이동 후의 영상의 그레이 레벨 사이에는;

여기서 이동 전의 영상 신호에서 이동 후의 영상 신호를 좌표를 일치시켜 제거하면 D(x)가 얻어지고, 이동된 양만큼의 하면 의 물체의 영상을 얻어서 이동 전의 영상에서 이 하면의 물체의 영상을 제거하여 상면의 영상을 이동량 만큼 복원하고, 이 복원된 상면 물체의 영상을 이동 후의 영상에서 제거하면 물체의 영상이 이동량 만큼씩 복원되고 이 과정을 반복함으로써 상면 물체의 영상과 하면 물체의 영상을 각각 분리할 수 있게 된다.

이렇게 분리된 상층 패턴과 하층 패턴을 구별하여 불량 여부를 판단하면 된다.

제4도는 본 발명의 장치를 개략적으로 보인 블록도이다.

본 발명은 X선을 차폐시키는 차폐막(41)내에 초점의 크기가 1마이크로메터 정도인 마이크로 포커싱 X선 발생 장치(42 : X-Ray Tube)를 설치하고, 검사 대상물(예 : PCB)(43)을 원하는 위치로 이송시킬 이송기구(44 예 : X-Y테이블 또는 X-Y-Z 3축 이송기구) X조사 방향에 설치하고, X선 영상을 전기 신호로 변환시키는 영상 획득 장치(45)를 검사 대상물(43)을 통과한 X선이 도달하는 위치에 설치한다.

이 영상 획득 장치(45)는 영상중배관(45-1)과 이 영상중배관의 X선 영상의 크기를 가변 시킬 수 있는 전동 줌 랜즈(45-2)를 가진 CCD 카메라 장치(45-3)를 일체로 결합하여 제작한다.

이 X선 발생 장치(42), 이송 기구(44), 및 영상 획득 장치(45)의 신호선 들이 X선 차폐막 외부로 인출이 되고, 이들 신호선 들은 이들 장비들을 제어할 제어수단과 얻어진 화상을 처리하여 검사 결과를 도출하는 영상 처리 수단에 각각 연결된다.

제어 수단은 X선 발생 장하다 제어할 고압공급기(46)와, 이송기구(44)를 제어하는 위치제어기(48 : Manipulator Control unit)와, 고압공급장치와 위치제어기를 제어하는 중앙제어유니트(47)로 이루어진다.

영상처리수단은 CCD 카메라에서 얻어진 영상신호를 처리하는 이미지 프로세서(51)와 이미지 프로세서와 CCD카메라, 중앙제어유니트, 위치제어기 등으로부터 제반 신호들을 주고받아서 총괄적으로 본 시스템을 제어하는 주컴퓨터(50)로 이루어진다. 물론 이 주컴퓨터는 모니터(49) 및 키보드, 입출력 장치 등을 가진다.

이 X선 발생 장치(42)는 고압 공급 기로부터 공급되는 전압에 의하여 초점의 크기와 X선 강도가 정하여지고, 이송 기구(44)는 위치 제어기의 제어 신호에 따라서 검사 대상물(43)을 제1검사 위치에 설정한다든지 제1검사 위치에서 제2검사 위치로 소정의 거리만큼 이동시키는 작용을 한다.

또 CCD카메라의 영상 신호와 영상의 크기는 전동 줌랜즈를 이미지 프로세서(51)에서 제어하여 조작한다.

이미지 프로세서는 아날로그 영상 신호를 디지털 신호로 변환하여 어드레스 신호와 강도 신호 변환하여 주컴퓨터에서 처리할 수 있는 데이터 형태로 만들어 준다.

주컴퓨터는 이들 장치들을 총괄적으로 제어하며, 검사 대상물의 검사를 수행한다. 물론 검사를 위한 여러 단계의 과정들은 컴퓨터의 프로그램으로 처리한다.

리드의 피치가 0.5㎜ 혹은 그 이하로 작아지는 전자 부품의 추세로 인해 초점의 크기가1㎜에 이르는 X선 발생 장치로는 검사가 매우 어렵다.

그래서 본 발명에서는 초점의 크기가 1㎛정도가 되는 마이크로 포커스 X선 발생 장치를 사용되고, 검사 대상물을 원하는 위치로 이송시키기 위한 2축 이송기구 또는 포커싱 면을 제어하기 위하여 2축이송기구위에 놓인 수직축 1개를 포함하여 3축의 이송기구가 사용된다.

이 3축 이송기구는 X선이 회로 기판을 통과한 후 이송기구에 의해 차단되지 않도록 가운데가 비어 있는 사각형 '모양'('ㅁ' 자 모양)으로 구성되어 있다.

그리고 이송기구는 마이크로 스테핑 모터와 별도의 프로세서를 지닌 위치 제어기를 사용하여 시간 제약 없이 컴퓨터에 의하여 고속 제어가 가능하도록 구성되어 있다.

X선 영상을 검출하기 위하여 커다란 릴레이 렌즈가 달린 영상증배관이 사용되고, 그 밑에 전동 줌랜즈가 부착된 CCD카메라(45-3)가 장착되어서 실시간에 영상이 획득되고 처리되도록 구성되어 있다.

이 장비들에 의해 얻어진 X선 영상은 DSP를 내장한 고속의 영상 처리 모듈에 의해 구동되어 실시간에 회로기판위에 놓인 결함이 검출된다.

X선 발생 장치와 이송 장치 그리고 검출 장치들은 모두 납으로 이루어진 차폐벽속에 존재하여 작업자를 유해한 X선으로부터 보호하도록 되어 있다.

다른 X선 장치와 비교하여 특이한 점이라고 할 수 있는 부분은 릴레이 렌즈 및에 전동 줌렌즈가 달려 있는 것이다.

영상중배관은 X선을 수광하는 윗면이 아랫면보다 크게 되어 있는데 윗면은 X선을 받아들이는 곳으로 이면에 도달된 X선 영상은 전자 신호로 바뀌게 되고, 다시 집광되어 하면에 있는 형광면에 가시상을 형성시켜 준다. 이것은 미약한 X선 영상을 영상의 화질을 개선하여 주고 실시간에 X선 영상을 가시광 영상으로 바꾸어 주는 2가지의 기능을 담당한다.

하면에 붙은 릴레이 렌즈는 형광면에 형성된 가시 상으로부터 나오는 가시광을 효율적으로 집광시켜서 광손실을 최소화하기 위한 것으로서 직경이 큰 렌즈가 사용된다. 또한 이것은 형광면에 있는 가시상을 렌즈 앞쪽으로 멀리 떨어 뜨려주어 뒤에 위치하는 포커싱 렌즈가 수월한 작업을 달성하도록 도와주는 역할을 한다.

여기서는 포커싱 렌즈로서 고정 배율을 가진 렌즈보다 배율이 변동되는 줌렌즈가 편리하다. 또한 컴퓨터로부터 미리 정해진 경로를 따라 움직이도록 하모닉 드라이브가 부착된 스테핑 모터가 이용되며 줌렌즈는 릴레이 랜즈가 만들어놓은 상을 보는 것이므로 초점 맞추기가 수월하여 진다.

본 방치를 이용하여 검사 대상물을 검사하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 양면 실장 기판 위에 장착된 전자 부품 및 회로 기판에서 발생되는 결함을 실시간에 검사하기 위한 새로운 검사 방법을 제공한다.

이 방법은 양면 실장 기판의 겹쳐진 영상을 분리하여 검사하는데, 기본적으로 회로 기판을 수평 방향으로 일정한 거리만큼 이송하여 얻어진 두 개의 상의 위치 변화를 분석 처리하여 검사한다.

회로 기판의 수평방향 이동에 의한 상의 분리는 제5도에서 도시한 바와 같은 원리에 의하여 가능하여 진다.

제5도에서 보는 바와 같이, X선 발생 장치의 초점(51)에서 X선이 발생되어 양면 실장 기판(52)의 상면의 물체(53)와 하면의 물체(54)를 투과한 후각 물체의 상이 영상증배관의 수광면 V에 형성된다. 예로서 상면의 물체가 갖는 상을 A와 같다고 하고 하면 물체가 갖는 상을 B와 같다고 하면, 이송 기구에서 검사 대상물인 양면 기판(52)을 수평거리 D만큼 이동시키면 수광면 V에 형성되는 상은 각각 A' 및 B' 와 같이 된다.

이때 중요한 것은 제1의 위치(이동 전의 위치)에서 A 및 B와 같은 상이 제2의 위치 (이동한 후의 위치)에서는 A' 및 B와 같이 되어서 제6도에서 보인 바와 같이, 상면 물체의 상 A와 하면 물체의 상 B가 제1의 위치에서 가지는 상호 위치 관계가 제2의 위치에서 A' 및 B'가 갖는 상의 위치 관계가 달라지는 점을 알 수 있다

즉 제6도에서와 같이, 제1의 위치의 상A와 제2의 위치의 상A'를 일치되게 좌표의 원점에 위치시키면 제1의 위치에서의 상B와 제2의 위치에서의 상 B'가 d 만큼 서로 어긋나는 것을 알 수 있다.

다시 말하여 상면의 상이든지 하면의 상이든지 하나를 좌표 상에 일치되게 하면 다른 면의 상은 서로 이격되어 서로 다른 위치에 형성된다.

본 발명에서는 이 원리를 이용하여 상면의 물체 상과 하면의 물체 상을 분석하여 구별하여 각 각 독립적으로 판단을 할 수 있게 한다.

이를 좀더 이해하기 쉽게 수식적으로 설명하면, 양면 실장 기판(52)의 상면의 물체(53)를 H, 하면의 물체(54)를 T, 상면 물체의 상이 갖는 그레이 레벨(gray level)함수를 Fh(x), 하면 물체의 상이 갖는 gray level 함수를 Ft(x), 기판의 수평 방향 이동 거리를 D=ΔX, 기판의 수평 방향 이동에 의한 이동 전의 영상에 대한 상대적 이동 거리를 d=δ, 이 때의 하면 물체의 상이 갖는 gray level 함수를 Ft(x), 수평 이동 전의 X-ray 영상의 gray level 함수를 F(x), 이두 함수의 차 함수를 D(x)라고 하면, 수평 이동 전의 영상과 이동 후의 영상의 gray level 사이에는 다음과 같은 관계가 성립한다.

양면 실장 회로 기판의 수평이동시 물체의 상에 왜곡이 없다고 가정하면 회로 기판을 이동함으로써 상면 물체와 영상이 상대적으로 이동하게 되고, 이로 인하여 상면과 하면의 겹쳐진 부분이 줄어든 영상을 얻을 수 있다. 이때 이동 전의 영상에서 이동 후의 영상을 제거하면 이 값이 D(x)가 되고, 이동된 양만큼의 하면의 영상을 알게 됨으로 이동 전의 영상에서 이 하면의 영상을 제거하여 상면의 영상을 이동량 만큼 복원할 수 있다.

이 복원된 상면의 영상을 이동 후의 영상에서 제거하면 하면의 영상이 이동량 만큼씩 복원되고 이 과정을 반복함으로써 상면 물체의 영상과 하면 물체의 영상을 각각 분리할 수 있다.

이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

위에서 설명한 X선에 의한 물체의 영상 분리 현상은 X-Y 이송 기구의 수평 이동에 의한 것이므로 완전히 2차원적이어서 물체의 공간적 위치에 대한 관계없이 원래 영상의 크기를 일정하게 유지할 수 있다.

따라서 X-Y 이송 기구를 적절히 이동 조정한다면 상면 물체와 하면 물체의 겹치는 부분이 최소가 되는 영상을 얻을 수 있게 되고, 따라서 더욱 효과적인 영상 분리가 가능하다. 이런 원리에 의한 분리된 획득은 아래와 같은 이점이 있다.

첫째, 다른 장치에서 사용되었던 바와 같이 회전하는 X선 구조를 만들 필요가 없으므로 이를 제어하기 위한 각종 제어장치 및 복잡한 구조의 X선 발생 장치가 일반적인 X선 발생 장치로 단순화되고 제작 및 설치가 용이하므로 경제성이 높아진다. 또한 단순한 장치를 사용하므로 장치 전체에 대한 신뢰성이 높아지게 된다.

둘째, 부피가 큰 회전 구조의 검출기를 만들 필요가 없으므로 회전 X선 장치와 정확한 동기를 유지하도록 하는 복잡한 제어 기구가 필요 없어 지게된다. 물론 이 장치에서도 기판의 움직임에 따라 줌랜즈를 동기 시켜야 하지만 고전압의 X선과 부피가 큰 검출기를 동기 시키기보다는 회로 기판의 이송과 줌렌즈의 구동을 동기 시키는 것이 훨씬 더 단순하게 달성될 수 있다.

특히 질량이 큰 부분의 움직임이 없으므로 보다 안정된 움직임 제어가 가능하다. 특히 수직 방향의 이송 기구는 기존의 단층 촬영 장치에서도 원하는 초점면에 기판을 이송시키기 위해 사용되는 것으로 이 장치에서 별도로 필요한 장비가 아니다.

셋째. 일반적으로 회로 기판을 검사할 때 사용하는 단층 촬영 기법을 필요로 하지 않고 투시 영상 자체만으로 충분히 검사가 가능하다.

일반적으로 단층 촬영은 여러 장의 화상을 얻어 처리하여야 하므로 시간이 투시 영상 처리보다는 많이 걸리는 단점이 있다.

넷째, 위의 장치를 구성하는데 있어서 별도로 필요한 장치는 일반적인 투시 영상 처리 장치에 단순히 줌렌즈를 더한 것뿐이어서 장치에 부담되는 비용이 매우 저렴한 장점이 있다. 또한 켈리브레이션을 통하여 정확한 구동을 하는 것이 다른 장비보다 더 유연하게 이루어 질 수 있는 장점을 가진다.

Claims (4)

1. 2개 이상의 면에 물체 패턴을 가진 다층 기판의 합성 영상을 상면 물체 영상과 하면 물체 영상으로 분리하기 위한 영상 분리 장치로서, X선 발생 장치와, 상기 X선 발생 장치에서 발생된 X선에 기판이 투사되도록 기판을 지지하고 정하여진 위치로 이동시키는 이송 기구와, 상기 이송 기구에 의하여 정하여진 위치에 놓인 기판 투사한 X선을 수광하여 기판의 영상신호를 발생하는 카메라 장치와, 상기 X선 발생 장치, 이송 기구, 및 카메라 장치를 제어하여 검사하고져 하는 기판의 영상 신호가 서로 다른 두 개 이상의 위치에서 획득되도록 하는 제어 수단과, 상기 카메라 장치에서 획득된 두 개 이상의 영상 신호를 처리하여 기판의 납땜 상태를 판단하는 영상 처리 수단을 포함하여 이루어지는 다층 회로 기판의 영상 분리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 X선 발생 장치는 마이크로 포커스 X선 발생 장치이고, 상기 이송 기구는 3차원 공간에 자유롭게 이동이 가능하도록 하는 3축 이송 기구이고, 상기 카메라 장치는 X선 영상을 발생하는 이미지 증배관과 CCD 카메라를 포함하는 것이 특정인 다층 회로기판의 영상 분리 장치.
3. 제1또는 2항에 있어서, 상기 X선 발생 장치, 상기 이송 기구, 및 상기 카메라 장치를 수용하고 X선이 외부로 방사되는 것을 차단하는 차단막을 추가로 포함하는 것이 특징인 다층 회로 기판의 영상 분리 장치.
4. 제1항의 검사 장치를 이용하여 2개 이상의 면에 물체 패턴을 가진 다층회로 기판의 합성 영상을 상면 물체 영상과 하면 물체 영상으로 분리하는 영상 분리 방법으로서, 제1의 위치에서 기판의 X선 투사 영상을 얻고, 기판을 수평 방향으로 ΔX 만큼 이동시킨 제2 위치에서 X선 투사 영상을 얻어서, 기판 상면의 물체를 H, 기판 하면의 물체를 T, 상면 물체의 영상이 갖는 그레이 레벨 함수를 Fh(x), 하면 물체의 영상이 갖는 그레이 레벨 함수를 Ft(x), 기판의 수평 방향 이동 거리를 ΔX, 기판의 수평 방향 이동에 의한 이동 전의 영상에 대한 상대적 이동 거리를 δ, 이동 후의 물체의 영상이 갖는 그레이 레벨 함수를 Fh'(x) 및 Ft'(x), 수평 이동 후의 x-선 영상의 그레이 레벨 함수를 F(x), 수평 이동 후의 X-선 영상의 그레이 레벨 함수를 D(x)라고 하면, 수평 이동 저의 영상과 이동후의 영상의 그레이 레벨 사이에는;

   여기서 이동 전의 영상 신호에서 이동 후의 영상 신호를 좌표를 일치시켜 제거하면 D(x)가 얻어지고, 다음 수식과 같은 단계;

   즉, 이동된 양만큼의 하면의 물체의 영상을 얻어서 이동 전의 영상에서 이 하면의 물체의 영상을 제거하여 상면의 영상을 이동량 만큼 복원하고, 이 복원된 상면 물체의 영상을 이동 후의 영상에서 제거하면 물체의 영상이 이동량 만큼씩 복원되어 이 과정을 반복함으로써 상면 물체의 영상과 하면 물체의 영상을 각각 분리할 수 있게 되어, 상층 패턴과 하층 패턴을 구별하여 불량 여부를 판단하는 것이 특징인 납땜 상태 검사 방법.