KR100275565B1 - 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄형상 검사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄형상 검사장치에 관한 것으로, 종래 기술의 문제점인 3차원 측정의 반사광 방식에서 발생되는 DOV에 의한 영상의 흐림을 해결하고, 분해능이 높은 위치정보 학습방법을 한 대의 카메라만을 사용하고도 구현할 수 있도록 한 것으로, 멀티 슬릿광 산란 방식의 레이저 소스(11)와, 상기 레이저 소스(11)에서 발생되는 광의 각도를 변환시키는 레이저 미러(12)와, 상기 레이저 미러(12)에서 반사된 광을 PCB(16)을 반사시키는 갈바노 미러(13)을 X, Y축으로 각각 한 쌍씩 구비하고, 상기 PCB(16)에서 반사되는 광의 영상을 취득하는 카메라(14)와, 상기 카메라(14)의 전방에 설치되는 LED조명(15)으로 구성되어 광의 경로를 여러 번 바꾸어서 조사해주어 산란광의 구조로 하고, 카메라의 시각에서 볼때 DOV는 FOV 전체에 걸쳐서 존재하도록 함으로써 초점이 뚜렷한 영상을 얻을 수 있게 되었으며, 종래에 2대의 카메라를 사용하던 방식에서 카메라를 1대만 사용하더라도 충분한 측정 및 검사를 실시할 수 있도록 한 것이다.

Description

인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄형상 검사장치

제1도는 종래 기술에 의한 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄형상 검사장치의 구성도.

제2도는 종래 기술에 의한 슬릿 레이저의 주사와 카메라의 시각 구성도.

제3도는 본 발명에 의한 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄형상 검사장치의 구성도.

제4도는 본 발명 기술 배경을 설명하기 위한 LED조명에 의한 2차원 영상 프로파일과 솔더 페이스트의 높이 변이 관계도.

제5도는 본 발명 장치의 검사 흐름도.

제6도는 제5도의 D영역에 해당되는 솔더 페이스트의 높이 측정 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 레이저 소스 12 : 레이저 미러

13 : 갈바노 미러 14 : 카메라

15 : LED 조명 16 : PCB

17 : 솔더 페이스트(Solder Paste)

본 발명은 인쇄회로기판의 조립 생산공정에서 솔더 페이스트의 검사장치에 관한 것으로, 특히 솔더 인쇄 상태의 3차원 데이터를 입력정보로 사용하는 방식에 효과적으로 검사할 수 있도록 한 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄형상 검사장치에 관한 것이다.

최근 고집적회로(이하 IC라 약칭함) 제조 기술의 급속한 발달에 따른 표면실장기술(SMT)의 변화가 발빠르게 진행되고 있다. 인쇄회로기판(이하, PCB라 약칭함)상에 장착되는 IC의 리드의 폭이 매우세밀해지고 있으며, 부품의 장착밀도가 높아지고 있는 조립공정의 현상을 볼 때, 부품장착 후 리플로워를 통하기 전 공정인 솔더 페이스트의 형상검사와 장착의 고정밀도에 치중하여야 보다 효율적인 PCB의 조립생산이 이루어지게 된다.

이러한 솔더 페이스트 검사장치는 PCB 조립상태 검사에 필수적이며, 검사를 위해 여러 가지 입력정보를 필요로 하고, 그 중에서도 3차원 정보를 가장 중요한 요소로 삼게 된다. 따라서 솔더 페이스트 검사방법은 3차원 측정기술이 차지하는 비중이 높기 때문에 여러 가지 3차원 측정방식에 따라 광학적인 구조가 달라지게 되고, 솔더 페이스트 인쇄상태의 검사방법도 달라지게 된다.

종래 솔더 페이스트 검사장치는 입력정보로 사용되는 3차원 정보는 여러 가지방법으로 측정가능한데, 일반적으로 사용되는 측정방식으로는 PDS센서를 사용하는 점광원 주사방식과, 슬릿광 투사방식이 있다.

상기 점광원 주사방식은 X-Y축 이동에 따른 주사시간이 많이 소요되므로 점광원의 주사에 따라 복잡한 광학과 고속의 센서 인터페이스를 이루어야만 효과적으로 사용될 수 있는 방법이다.

이에 비해 슬릿광 투사방식이 보다 효율적인 주사방식으로서, 슬릿광 투사방식의 구성은 제1도에 도시한 바와 같이, 각각 2대의 레이저 소스(Laser Source)(1)(2)와, 레이저 미러(Laser Mirror)(3)(4)와, 카메라(5)(6)로 구성되어 있고, 각각의 슬릿 레이저(Slit Laser)(7)(8)가 PCB(9)에 주사되도록 되어 있다.

제2도는 슬릿 레이저(7)가 PCB(9)에 조사되어 발생된 영역을 카메라(5)의 시각에서 바라본 것으로 D라는 DOV(Depth Of View)가 존재하게 되며, 이 DOV는 카메라의 영상의 초점과 밀접한 관계를 가지고 있는 것이다.

상기한 바와 같은 슬릿광 투사방식의 주사장치의 동작을 살펴보면, 레이저 소스(1)(2)에서 발생된 슬릿광이 각각 레이저 미러(3)(4)에 의해 정해진 각도만큼 반사되어 주사되고, 이와 같이 주사된 슬릿광은 각각 90°의 반사각도를 지닌 카메라(5)(6)로 들어가 영상촬영이 실시된다. 이때 카메라 시각의 FOV(Field Of View)에 있는 영역을 측정하여 검사를 실시한다. 측정된 영상에서 슬릿광의 중심을 찾으면 솔더 페이스트의 높이에 따라 발생된 변화치를 알 수 있게 되고, 이 변화치로부터 솔더 페이스트의 부피와, 그에 따른 형상검사가 이루어진다.

그러나 종래 기술에 의한 솔더 페이스트 검사장치에 사용되는 슬릿 광주사 방식은 제2도에서 보는 바와 같이, 반사광을 측정하는 것으로서 반사광이 직접 카메라에 입력되기 때문에 광의 세기가 높아 가장 많이 사용되고는 있으나, 일반적인 반사광학의 3차원 측정용 슬릿광 투영방식의 문제로서 DOV가 카메라 영상의 초점에 영향을 미치게 되는 것이었다. 즉, 카메라의 FOV영역에서 DOV를 벗어난 부분은 초점이 흐르게 되어 영상잡음으로 존재함으로써 정밀도가 크게 저하되는 것이었다.

그리고 3차원 정보만을 이용하는 학습이기 때문에 솔더 페이스트의 위치정보에 대한 학습은 분해능이 떨어지는 슬릿광의 선단위 위치정보만을 취할 수밖에 없어 학습의 정밀도도 저하되는 것이다.

본 발명은 종래 기술의 문제점인 3차원 측정의 반사광 방식에서 발생되는 DOV에 의한 영상의 흐림을 해결하고, 분해능이 높은 위치정보 학습방법을 한 대의 카메라만을 사용하고도 구현할 수 있도록 한 솔더 인쇄형상 검사장치를 제공함에 목적이 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 멀티 슬릿광 산란 방식의 레이저 소스와, 상기 레이저 소스에서 발생되는 광의 각도를 변환시키는 레이저 미러와, 상기 레이저 미러에서 반사된 광을 PCB로 반사시키는 갈바노 미러를 X,Y축으로, 각각 한 쌍씩 구비하고, 상기 PCB에서 반사되는 광의 영상을 취득하는 카메라와, 상기 카메라의 전방에 설치되는 LED조명으로 구성함을 특징으로 하는 안쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄형상 검사장치가 제공된다.

상기 레이저 소스는 슬릿광이 레이저 미러에 45°로 입사되는 위치에 설치되고, 상기 레이저 미러는 갈바노 미러의 하측에 설치되며, 상기 카메라는 일정한 FOV를 유지하면서 PCB에 수직하게 설치되고, 상기 LED조명은 카메라의 전방에서 PCB에 수평하게 설치된 것을 특징으로 한다.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명을 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

첨부도면 제3도는 본 발명에 의한 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄형상 검사장치의 일실시예를 보인 구성도로서, 장치의 3차원 획득부인 두 쌍의 레이저 슬릿 발생 및 측정장치 중에서 한 쪽의 방향을 도시한 것이다.

이와 같은 센서 헤드부의 구성은 레이저 소스(11)와, 상기 레이저 소스(11)에서 발생되는 슬릿광이 약 45°로 입사되는 위치에 설치되는 레이저 미러(12)와, 상기 레이저 미러(12)의 상측에 설치되어 레이저 미러(12)에서 반사되는 광을 PCB(16)로 반사하는 갈바노 미러(Galvano Mirror)(13)와, 이러한 슬릿광을 촬영하는 카메라(14)와, 상기 카메라(14)의 전방으로 PCB와 평행하게 설치되는 LED 조명(15)으로 구성되어 있다. 이때 상기 갈바노 미러(13)는 PCB(16)에 최대한 가깝게 설치되고, 카메라(14)는 정해진 FOV를 유지하도록 설치되어 있다.

도면에는 도시하지 않았으나, 이러한 구조를 지닌 레이저 소스와, 레이저 미러 및 갈바노 미러가 상기 카메라(14)를 중심으로 90°회전하여 또 하나씩 설치되어 PCB(16)의 X,Y축에 함께 구성되어 있다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄형상검사장치의 이론적 배경 및 동작은 다음과 같다.

DOV에 영향에 받지 않는 산란 구조의 3차원 측정 방식에서 LED조명을 이용하여 솔더 페이스트의 검사 및 학습을 하는 방법을 설명하기 위하여 전체적인 솔더 페이스트의 검사과정을 제5도에 도시하였는 바, 솔더 페이스트가 인쇄된 검사할 PCB(16)를 컨베이어로 이송시킨 후, 검사할 영역인 본 발명 장치의 검사 헤드부로 이동시킨다. 그리고 흐름도의 A에서 LED조명에 의한 2차원 명상을 취득한 후, B에서 2차원 검사 특징을 추출한다.

B과정에서 솔더 페이스트의 높이 변화의 기준점을 찾기 위한 높이 기준위치와, 패드(Pad)에 인쇄된 페이스트 형상의 2차원 위치를 찾는다. 여기서 높이 변화의 기준점은 제4도의 b점이 된다. 이 b점이 높이 기준점이 되는 이유는 c에 있는 그래프가 솔더 페이스트(17)의 위치에 대한 높이 그래프이고, d가 각 멀티 슬릿광을 주사했을 때의 2차원 영상에 대한 프로파일이기 때문에 여기서 d의 그래프를 보면 a점은 PCB(16)의 패드와 서브스트레이트(Substrate) 사이의 경계이며, b점은 솔더 페이스트(17)가 인쇄된 PCB(16) 위의 위치가 되므로, 이 그래프에서 b의 위치를 찾으면 바로 높이 변화의 기준점이 되는 것이다.

즉, b의 위치가 솔더 페이스트(17)의 둘레가 되며, 둘레가 되는 이 외곽선이 바로 PCB(16)에 닿은 부분이기 때문에 기준점이 되는 것이다. 이 둘레는 검사함으로써 위치에 관한 검사를 할 수 있고, 3차원 솔더 페이스트 높이 변화의 기준점으로 삼을 수 있어 솔더 페이스트의 높이 획득이 가능하게 되는 것이다.

따라서, B의 과정은 2차원 영상처리를 통해 높이 기준점이 되는 b점, 즉 페이스트의 외곽선을 찾는 과정이라고 할 수 있다.

제5도에서 C의 과정, 즉 슬릿광 주사 및 영상 취득과정은 솔더 페이스트의 높이를 측정하기 위하여 멀티 슬릿이 주사된 새로운 영상을 취득한 후, D의 과정에서 솔더 페이스트의 높이를 측정하게 된다. 이와 같은 솔더 페이스트의 높이를 측정하는 방법은 제6도에 나타낸 흐름도와 같다. 제6도를 보면 멀티 슬릿광이 주사된 후 얻어진 슬릿 영상에서 각각 슬릿의 중심선을 추출하여야 되는데 이러한 중심선 추출방법은 가중치 무게중심 추출방법으로서 아래와 같은 식으로 구성되어 있다.

I : 픽셀위치

: 중심점

F(I) : I위치의 영상 밝기

a : PCB의 패드와 서브스트레이트 사이의 경계

b : 솔더페이스트가 인쇄된 PCB위의 위치

이와 같이 구해진 각각의 슬릿에 대한 중심점과 B의 과정 즉, 2차원 검사 특징 추출에서 얻어진 각각의 검사영역에 대한 높이 기준점과의 차이가 이 솔더 페이스트의 높이 변화량이 된다. 이러한 변화량은 시스템 셋업시에 3차원 측정(Calibration)에 의해 학습되어진 높이 테이블에 의해 높이로 환산되며, 한 장의 영상에 있는 모든 슬릿에 대해 중심점 추출, 높이 변화량을 찾는 과정을 반복하게 된다.

모든 슬릿에 대한 높이가 구해진 후, 이 높이로 환산된 정보는 2차원 측정에 의해 추출된 파라메터에 의해 3차원 정보로 산술된다.

상기한 바와 같은 원리와 동작에 의해 구해진 3차원 정보를 이용하여 솔더 페이스트의 부피와 평균 높이 및 균일성을 검사하게 되는 것이다.

따라서 본 발명은 반사광 방식의 DOV의 영향에서 벗어나고 산란광의 세기에 관계없이 어느 경우에도 LED조명(15)에 의해 PCB(16)상의 기준점을 확보할 수 있게 된다. 그리고 이 LED조명(15)을 이용함으로써 검사 특징량에 대한 학습도 2차원 영상처리에 의해 가능하게 되어 매우 효과적인 학습처리를 할 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의한 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄형상 검사장치는 종래 반사광 방식의 슬릿광 투영방법이 광기하학적으로 전체 FOV에서 좁은 부분의 DOV를 지닐 수밖에 없다는 한계를 벗어나 다른 방식의 산란광 방식의 3차원 측정을 실시하려는 것이다.

즉, 상기 산란광의 특히 PCB와 같은 정반사율이 높은 물체에서는 광량이 현저하게 떨어지는 문제가 있고, 이처럼 광량이 떨어지면 카메라의 영상에서 보이지 않아 슬릿광의 중심선을 찾을 수가 없어 높이의 기준점을 정할 수 없게 된다. 제4도에서 e의 영상은 산란광(18)으로 입력되었을 경우에 솔더 페이스트(17)에서 산란된 슬릿광의 영상이다. 이와 같이 PCB의 영역에서는 산란광을 검출하기가 매우 어려운 문제가 있으므로 이를 해소하도록 하여 PCB에서 산란되는 약한 슬릿광을 보상하고, 이러한 슬릿광의 약한 세기를 고휘도 적색 레드 조명을 구성함으로써 해결하도록 한 것이다.

이와 같은 적색 레드 조명은 솔더 페이스트가 인쇄된 PCB의 낮은 부분에 균일한 조명을 구성하여 d와 같은 그래프를 얻었으며, 이 영상의 밝기 프로파일에서 솔더페이스트가 PCB가 맞닿는 곳인 b의 지점을 찾을 수 있고, 이 b가 가리키는 PCB의 지점을 기준점으로 삼게 되어 이러한 기준점을 찾아 솔더 페이스트 높이의 변이를 구할 수 있게 됨으로써 검사가 가능하도록 한 것이다.

따라서 본 발명에서와 같이 레이저 미러(3)(4)를 추가하여 광의 경로를 여러번 바꾸어서 조사해주면 산란광의 구조로 되고, 카메라의 시각에서 볼 때 DOV는 FOV 전체에 걸쳐서 존재하기 때문에 초점이 뚜렷한 영상을 얻을 수 있게 되며, DOV에 영향을 받지 않는 광학 구조가 되었고 종래에 2대의 카메라를 사용하던 방식에서 카메라를 1대만 사용하더라도 충분한 측정 및 검사를 실시할 수 있게 되었다.

Claims (2)

1. 멀티 슬릿광 산란 방식의 레이저 소스(11)와, 상기 레이저 소스에서 발생되는 광의 각도를 변환시키는 레이저 미러(12)와, 상기 레이저 미러에서 반사된 광을 PCB(16)로 반사시키는 갈바노 미러(13)를 X, Y축으로 각각 한 쌍씩 구비하고, 상기 PCB에서 반사되는 광의 영상을 취득하는 카메라(14)와, 상기 카메라의 전방에 설치되는 LED조명(15)으로 구성함을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄형상 검사장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 레이저 소스(11)는 슬릿광이 레이저 미러(12)에 45°로 입사되는 위치에 설치되고, 상기 레이저 미러는 갈바노 미러(13)의 하측에 설치되며, 상기 카메라(14)는 일정한 FOV를 유지하면서 PCB(16)에 수직하게 설치되고, 상기 LED조명(15)은 카메라의 전방에서 PCB에 수평하게 설치된 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄형상 검사장치.