KR101018717B1 - Ｐｃｂａ 비파괴검사 시스템의 적외선 열화상 카메라용성능평가 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 PCBA 비파괴검사 시스템의 적외선 열화상 카메라용 성능평가 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PCBA 비파괴검사 시스템에 포함된 적외선 열화상 카메라의 성능평가 또는 교정 작업을 용이하게 수행할 수 있도록 함으로써, 적외선 열화상 PCBA 비파괴 검사 기술의 신뢰성 향상을 도모할 수 있도록 한 PCBA 비파괴검사 시스템의 적외선 열화상 카메라용 성능평가 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 금속판과, 이 금속판 표면에 패터닝된 복수개의 패터닝부로 구성하되, 상기 금속판의 표면은 일정한 표면 방사율(ε1)로 처리되고, 상기 각 패터닝부는 다른 표면 방사율(ε2)로 처리된 것을 특징으로 하는 PCBA 비파괴검사 시스템의 적외선 열화상 카메라용 성능평가 장치 및 방법을 제공한다.
적외선 열화상 카메라, PCB, 표면 방사율, 교정 장치, 방법, 금속판, 패터닝부
Description
본 발명은 PCBA 비파괴검사 시스템의 적외선 열화상 카메라용 성능평가 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PCBA 비파괴검사 시스템에 포함된 적외선 열화상 카메라의 성능평가를 용이하게 수행할 수 있도록 함으로써, 적외선 열화상 PCBA 비파괴 검사 기술의 신뢰성 향상을 도모할 수 있도록 한 PCBA 비파괴검사 시스템의 적외선 열화상 카메라용 성능평가 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 적외선 열화상 카메라를 이용하여 전자부품이 실장된 인쇄회로 기판(PCBA)의 성능평가 기술이 개발되고 있으며, 이러한 기술들은 기존 전자부품 검사기술의 단점을 보완하면서 점차 고도화되는 차세대 검사기술로 발전되고 있다.
종래기술의 일례로서, 대한민국특허 등록번호 제10-0524085호(2005.10.19)에는 PCB가 안착되도록 베이스픽스쳐에 설치되는 지그플레이트와, 베이스픽스쳐를 구 동픽스쳐의 내/외측으로 진입 및 배출시킬 수 있도록 에어실린더를 이용하는 작동장치와, 전자부품인입공이 중앙에 통공된 서포트패널 등을 포함하여 구성되어 있고, 이러한 구성을 기반으로 상기 서포트패널이 에어실린더에 의해 단속적으로 작동되어 상기 PCB를 압착하며 테스트를 실시할 수 있고, 서포트패널의 중앙 상측에는 적외선카메라를 설치하여 테스트중에 있는 PCB상의 각 전자부품(집적회로)의 온도변화를 측정하여 전자부품(집적회로)의 정상작동 여부를 판단할 수 있는 인쇄회로기판 검사용 픽스쳐가 개시되어 있다.
종래기술의 다른 예로서, 대한민국특허 등록번호 제10-0524085호(2007.12.03)에는 적외선 열화상 카메라를 이용하여 검사 대상인 PCB 어셈블리의 온도분포를 측정하고, 이를 양품의 PCB 어셈블리 데이터와 비교하여 전자부품의 실장 여부, 납땜 접합부의 불량 여부, 전자부품의 정상 동작 여부(기능오류 발생 여부)를 일괄적으로 검사할 수 있는 PCB 어셈블리 검사 장치 및 방법이 개시되어 있다.
이러한 종래기술들은 PCBA에 전원을 인가한 상태에서 전자부품의 발열로 인하여 나타나는 발열 특성변화를 적외선 카메라로 측정하고, 양품의 정보와 비교하여 불량여부를 판단하고, 그 위치를 식별하여 검사자에게 정보를 제공하는 방식으로 되어 있으며, 따라서 검사 결과의 신뢰성은 검사시스템의 온도분해능과 공간분해능에 의해 영향을 받게 된다.
그러나, 상기한 종래기술들에서 주요 구성 장치인 적외선 카메라는 주변 환경변수(대기온도, 습도)의 영향, 장기간 사용에 따른 검출소자의 변형 등이 원인이 되어, 열화특성 측정에 있어서 신뢰성을 확보할 수 없으며, 또한 대상체와의 거리, 광학시스템 등의 미세한 변화로 인하여 고장 위치 지시에 있어 정확한 데이터를 제공하는데 어려움이 있다.
특히, 상기 적외선 열화상 카메라의 성능평가를 하는 방법으로 지정된 교정기관에서 흑체(black body)를 이용하여 온도분해능을 평가하거나, 공간분해능을 평가하기 위해 ASTM E1213-97에 의해 MRTD(Minimum Resolvable Temperature Difference)을 측정하고 있다.
그러나, PCBA검사 시스템에 사용되는 적외선 카메라의 경우 그 이동에 따른 번거로움과 재설치에 따른 기하학적 구성의 변화로 인하여, 결국 적외선 열화상 카메라를 포함하는 전체 검사시스템을 재교정하여야 하는 등의 문제점이 따르게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구된 결과물로서, PCBA 비파괴검사 시스템에 포함된 적외선 열화상 카메라의 상태, 주변 환경 변화에 따른 온도분해능, 피검체의 거리변화에 따른 공간분해능, 피검체의 자세변화에 따른 위치측정 분해능을 평가하는데 사용될 수 있고, 또한 PCBA 비파괴검사 시스템에 포함된 적외선 열화상 카메라의 성능평가 작업을 용이하게 수행할 수 있도록 한 PCBA 비파괴검사 시스템의 적외선 열화상 카메라용 성능평가 장치 및 방법 을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 금속판과, 이 금속판 표면에 패터닝된 복수개의 패터닝부로 구성하되, 상기 금속판의 표면은 일정한 표면 방사율(ε1)로 처리되고, 상기 각 패터닝부는 다른 표면 방사율(ε2)로 처리된 것을 특징으로 하는 PCBA 비파괴검사 시스템의 적외선 열화상 카메라용 성능평가 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 금속판은 알루미늄판에 무광택 흑염처리 코팅층이 코팅 처리된 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 금속판의 표면에 코팅된 무광택 흑염처리 코팅층의 표면 방사율(ε1)은 0.95로 유지되고, 기계적 가공으로 무광택 흑염처리 코팅층을 소정 형상으로 벗겨낸 알루미늄 표면인 패터닝부의 표면 방사율(ε2)은 0.6으로 유지된 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 일정한 표면 방사율(ε1)로 처리된 금속판과, 이 금속판에 다른 표면 방사율(ε2)로 처리된 복수의 패터닝부로 구성된 성능평가 장치의 제공 단계와; 상기 성능평가 장치의 패터닝부중 동일한 형상으로 패터닝된 제1패터닝부 및 제2패터닝부를 이용하여 그 온도 변화에 따라 시험을 하되, 정확한 크기를 알고 있는 제1 및 제2패터닝부의 형상에 대 해 적외선 카메라의 온도 변화 인식이 이루어지는 단계; 상기 금속판의 표면 방사율(ε1)과 상기 패터닝부의 표면 방사율(ε2)의 차이로 인하여 금속판과 제1및 제2패터닝부를 서로 다른 온도값으로 인식하는 단계; 를 통하여, PCBA 검사장치에 사용되는 적외선 열화상 카메라의 공간분해능에 대한 평가가 이루어질 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 PCBA 비파괴검사 시스템의 적외선 열화상 카메라용 성능평가 방법을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 구현예는: 일정한 표면 방사율(ε1)로 처리된 금속판과, 이 금속판에 다른 표면 방사율(ε2)로 처리된 복수의 패터닝부로 구성된 성능평가 장치의 제공 단계와; 상기 성능평가 장치의 패터닝부중 폭과 간격이 서로 다르게 배열된 제3패터닝부를 이용하여 그 온도 변화에 따라 시험을 하되, 각 제3패터닝부의 패턴 폭 및 간격이 각각 다르더라도 온도제어 장치에서 그 온도를 일정하게 유지해주는 단계와; 측정한 열화상 이미지에서 각 패턴의 폭과 간격을 구별하여, 구별가능한 최소간격과 그 온도를 PCBA 비파괴검사 시스템의 적외선 열화상 카메라용 성능평가의 지표로 활용하는 단계; 를 통하여 적외선 열화상 카메라의 공간분해능에 대한 평가가 이루어질 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 PCBA 비파괴검사 시스템의 적외선 열화상 카메라용 성능평가 방법을 제공한다.
특히, 상기 성능평가 장치의 금속판 및 각 패터닝부의 온도 변화에 따른 적외선 열화상 카메라의 공간분해능은 MRTD(Minimum Resolvable Temperature Difference) 기준으로 평가되는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.
1) PCBA 비파괴검사 시스템에 포함된 적외선 열화상 카메라를 이동시키지 않고도 카메라의 성능평가를 손쉽게 수행할 수 있다.
2) 종래에는 적외선 열화상 카메라의 성능평가를 위해서 지정된 교정기관으로 카메라를 이동시켜 그에 따른 문제점이 있었으나, 본 발명에 따르면 적외선 열화상 카메라를 별도로 이동시키지 않으므로 성능평가 비용을 최소화할 수 있다.
3) 또한, 적외선 열화상 카메라에 대한 성능평가 작업을 현장에서 직접 진행함으로서, PCB 검사장비의 오작동 여부를 쉽게 판별할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 성능평가장치는 PCBA 검사장치에 사용되는 적외선 열화상 카메라의 공간분해능 및 MRTD를 현장에서 직접 평가할 수 있는 점에 주안점이 있다.
전술한 바와 같이, PCBA 검사장치에 사용되는 적외선 열화상 카메라의 공간분해능 및 MRTD를 측정하기 위해 국가 교정기관에 의뢰하여 평가하므로 우선적으로 적외선 열화상 카메라의 이동에 따른 문제가 발생하고, 특히 PCBA 검사장치의 경우 설치된 후 이동이 어렵고, 검사장치의 설치조건(주변환경, 피검체와의 거리, 피검체와의 각도)이 공간분해능과 MRTD에 영향을 주는 문제가 있다.
이에, 본 발명에 따르면 PCBA 검사장치 및 그 적외선 열화상 카메라는 실제 설치조건에서 평가하는 것이 가장 정확한 평가값을 얻을 수 있는 점을 감안하여, 현장에서 직접 평가할 수 있는 성능평가장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.
잘 알려진 바와 같이 물체가 열을 전달하는 방식은 전도, 대류, 복사로 구별되어지며, PCB 검사용 적외선 열화상 카메라는 복사에 의해 전달되는 열에너지를 측정하여 이를 복사강도로 표시하거나 후처리를 통하여 온도로 환산하여 사용자에게 제공한다.
상기 적외선 열화상 카메라에서 측정한 결과는 물체표면 방사율에 따라 다르게 나타나며, 일반적으로 아래의 수학식 1로 그 관계가 표시된다.
위의 수학식1에서, T m 은 적외선 열화상 카메라의 측정 온도, ε 은 물체 표면 방사율, T r 은 물체의 실제 온도이다.
상기 수학식 1에서 알 수 있듯이, 적외선 열화상 카메라의 측정온도는 표면 방사율에 영향을 받게 되며, 표면방사율의 변화에 따라 측정온도가 다르게 나타난다는 것을 알 수 있다.
이러한 원리를 이용하여, 본 발명에 따른 성능평가 장치(=성능평가 시험편)은 표면 방사율(ε1)이 일정하게 처리된 금속표면에 다른 표면 방사율(ε2)로 처리된 임의의 형상을 패터닝하여 제작된다.
첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 성능평가 장치(10)는 금속판(12)과, 이 금속판(12) 표면에 패터닝된 패터닝부(14,16,18)로 구성된다.
상기 금속판(12)은 소정 면적을 가지며 그 표면이 일정한 표면 방사율(ε1)로 처리된다.
보다 상세하게는, 상기 금속판(12)은 알루미늄에 무광택 흑염처리 코팅층(표면에 무광 검정색 코팅)을 형성한 것이며, 이때 금속판의 표면에 코팅된 페인트 즉, 무광택 흑염처리 코팅층의 표면 방사율(ε1)은 0.95로 유지된다.
또한, 상기 금속판(12) 표면에 패터닝되는 각 패터닝부(14,16,18)는 다른 표면 방사율(ε2)로 처리된 것으로서, 정사각형, 원형, 직사각형 등 여러가지 형상으로 형성될 수 있으며, 또한 각 형상의 패터닝부(14,16,18)는 서로 다른 면적으로 형성될 수 있다.
좀 더 상세하게는, 상기 금속판(12) 표면에 패터닝부(14,16,18)를 패터닝하여 형성하는 방법은 금속판(12) 표면의 무광택 흑염처리 코팅층을 기계적 가공(밀링 등)을 이용하여 부분적으로 벗겨내는 작업으로 진행되며, 가공된 패턴은 알루미늄의 고유색인 회색계열이 되며, 이때 패터닝부(14,16,18)의 방사율(ε2)는 0.6으로 유지된다.
따라서, 상기 금속판(12)의 표면 방사율(ε1)과, 상기 각 패터닝부(14,16,18)의 표면 방사율(ε2)의 차이로 인하여, 적외선 열화상 카메라는 금속판과 각 패터닝부를 서로 다른 온도값으로 인식하게 된다.
여기서, 본 발명의 성능평가장치를 이용한 적외선 열화상 카메라의 공개분해능 시험 방법을 설명하면 다음과 같다.
공간분해능(mm/pixel) 평가방법
본 발명에 따른 성능평가 장치는 초기 PCBA 검사장치의 설치 시에 사용하여 PCBA 검사장치의 성능 최적화에 활용할 수 있고, 특히 첨부한 도 3에서 보는 바와 같이 검사 대상 PCBA의 일정간격에 교정용 시험편을 놓고 정기적으로 검사함으로서 적외선 카메라의 작동여부와 공간분해능을 손쉽게 평가할 수 있으며, 주변온도변화, 외란에 의한 카메라의 자세변화가 즉각적으로 검사결과에 반영되어 보다 정확한 검사결과를 얻을 수 있다.
공간분해능은 물체의 크기, 위치, 모양 등을 측정하는데 있어서 그 측정분해능을 의미하며, 적외선 카메라에 있어 카메라 렌즈의 배율, 시험편과의 거리에 따라 공간분해능이 다르게 된다.
첨부한 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 성능평가 장치(10)에서 각 패터닝부(14,16,18)중 정사각형으로 패터닝된 제1패터닝부(14)와, 원형으로 패터닝된 제2패터닝부(16)를 이용하여 온도 변화에 따라 시험을 하게 된다.
즉, 제1패터닝부(14)의 정사각형 크기를 알고, 또한 제2패터닝부(16)의 원형 크기를 알고 있는 상태에서 상기 제1 및 제2패터닝부(14,16)를 이용하여 온도변화에 따라 시험을 하게 된다.
다시 말해서, 정확한 크기를 알고 있는 형상, 즉 제1 및 제2패터닝부(14,16)의 형상에 대해 적외선 카메라가 측정하기 위해서는 단위화소에 대응하는 실제길이를 알아야 하며, 이 단위화소당 실제길이가 공간분해능에 해당한다.
따라서, 적외선 열화상 카메라의 단위 화소에 대응하는 공간분해능을 아래의 수학식2에 의해 평가할 수 있다.
위의 수학식 2에서, X는 대상 검사장비의 단위 화소에 대응하는 공간분해능(mm/pixel)을 나타내고, L은 제1패터닝부(정사각형 패턴)의 길이(mm) 또는 제2패터닝부(원형 패턴)의 직경을 나타내며, P는 각 패터닝부에 대응하는 화소 수(pixel)을 나타낸다.
또한, 최소 공간분해능은 시험체의 온도에 따라 상호 중복되어 구별되지 않는 경우가 있으며, 이를 구별할 수 있는 능력이 MRTD(Minimum Resolvable Temperature Difference)이다.
첨부한 도 4를 참조로, 상기 공간분해능에 대한 평가를 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 4를 참조하면, 공간분해능은 L1 온도분포로부터 측정할 수 있습니다.
도 3에서 보듯이, 검사 대상 PCBA의 일정간격에 시험편을 놓은 상태에서, 표준시험편을 측정한 적외선 열화상을 도 4의 (a)라고 하면, 이때 L1의 온도분포를 도 4의 (b)로 나타낼 수 있다.
즉, L1 온도그래프에서 T1은 표준 방사율을 갖는 표준시험편 온도이고, T2는 표준 방사율을 갖는 패터닝부의 온도이며, 이때의 방사율 차이로 인하여 패턴에서 온도차가 발생하고 각 패턴의 실제 크기(L)에 따라 적외선 열화상에 일정한 개수의 화소수(P)를 갖게 되며, 이때 화소수 P는 일반적으로 적외선 열화상 카메라 소프트웨어에서 제공한다.
따라서, 각 패터닝부에 대해 L과 P를 가지고 상기와 같이 기재된 수학식 2를 이용하여 단위화소에 대응하는 공간분해능(mm/pixel) B를 측정할 수 있으며, 이 공간분해능 값을 정확히 측정함으로서 적외선 열화상 이미지 내의 물체위치 또는 고장위치를 정확히 알 수 있게 된다.
한편, 도 4에 지시된 L3는 적외선 카메라의 이미지 왜곡이 있는 경우, 이미지 상부와 하부의 공간분해능이 각각 다를 수 있기 때문에 L3에 대해서도 측정을 하여 L1과 비교하여 그 왜곡여부를 검사하는 것이 바람직하다.
여기서, 본 발명의 성능평가장치를 이용한 적외선 열화상 카메라의 MRTD 측정방법을 설명하면 다음과 같다.
MRTD 측정방법
MRTD 측정 방법은 미국재료시험협회의 규격인 ASTM E1213-97에 정의가 되어 있으며, 실험실 내에서 측정장치(현장으로 이동이 어려움)를 이용하여 평가한다.
본 발명에서도 일련의 측정 순서는 ASTM 규격에 준하여 수행하며, 본 발명에서의 특징은 현장에서 평가 가능한 현장용 MRTD 시험장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 MRTD는 시험체의 온도에 따른 공간분해능를 평가하는 기준으로서, 본 발명에 따른 성능평가장치(성능평가용 시험편)에 의해 평가가 가능하며, 현장에서 평가 가능한 현장용 MRTD 시험 측정 원리를 살펴보면 다음과 같다.
물체의 온도가 변화하면, 두 개의 물체가 한 개처럼 보이는 현상이 발생하지만, 본 발명에서는 시험 온도에서 구별 가능한 물체의 최소 간격을 측정하는 것이다.
즉, 첨부한 도 1 및 도 5에서 도면부호 18로 지시된 제3패터닝부를 이용하여 평가한다.
첨부한 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 금속판(12)의 면적중 제1 및 제2패터닝부(14,16)의 중간에 위치한 일련의 직사각형을 갖는 제3패터닝부(18)를 이용하여 MRTD를 측정하게 된다.
상기 제3패터닝부(18)의 각 직사각형은 폭과 간격이 다르게 제작되어 있으며, 온도제어 장치(20)에 의해 온도가 상승함에 따라 이들 직사각형들 사이의 구별할 가능한 최소온도를 MRTD로 정의하여 평가하게 된다.
즉, 제3패터닝부(18)의 각 패턴의 간격이 각각 다르게 되어 있는 상태에서, 온도제어 장치에서 온도를 일정하게 유지하고, 측정한 열화상 이미지에서 각 패턴의 간격을 구별할 수 있는지를 평가하게 된다.
이때의 각 패턴의 간격을 구별하는 것은 시험자가 판단하게 되며, 구별가능한 최소간격과 그 때의 온도를 표시하여 성능평가의 지표로 활용하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 적외선 열화상 카메라 성능평가장치를 나타내는 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 적외선 열화상 카메라 성능평가방법을 설명하는 개략도,
도 3은 검사 대상 PCBA에 본 발명의 성능평가장치가 일정간격으로 배치된 것을 설명하는 개략도,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 적외선 열화상 카메라 성능평가장치를 이용한 적외선 열화상 카메라 성능평가 결과를 설명하는 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 성능평가 장치 12 : 금속판
14 : 제1패터닝부 16 : 제2패터닝부
18 : 제3패터닝부 20 : 온도 제어 장치
Claims (6)
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- 일정한 표면 방사율(ε1)로 처리된 금속판과, 이 금속판에 다른 표면 방사율(ε2)로 처리된 복수의 패터닝부로 구성된 성능평가 장치의 제공 단계와;상기 성능평가 장치의 패터닝부중 동일한 형상으로 패터닝된 제1패터닝부 및 제2패터닝부를 이용하여 그 온도 변화에 따라 시험을 하되, 정확한 크기를 알고 있는 제1 및 제2패터닝부의 형상에 대해 적외선 카메라의 온도 변화 인식이 이루어지는 단계;상기 금속판의 표면 방사율(ε1)과 상기 패터닝부의 표면 방사율(ε2)의 차이로 인하여 금속판과 제1및 제2패터닝부를 서로 다른 온도값으로 인식하는 단계;를 통하여, PCBA 검사장치에 사용되는 적외선 열화상 카메라의 공간분해능에 대한 평가가 이루어질 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 PCBA 비파괴검사 시스템의 적외선 열화상 카메라용 성능평가 방법.
- 일정한 표면 방사율(ε1)로 처리된 금속판과, 이 금속판에 다른 표면 방사율(ε2)로 처리된 복수의 패터닝부로 구성된 성능평가 장치의 제공 단계와;상기 성능평가 장치의 패터닝부중 폭과 간격이 서로 다르게 배열된 제3패터닝부를 이용하여 그 온도 변화에 따라 시험을 하되, 각 제3패터닝부의 패턴 폭 및 간격이 각각 다르더라도 온도제어 장치에서 그 온도를 일정하게 유지해주는 단계와;측정한 열화상 이미지에서 각 패턴의 폭과 간격을 구별하여, 구별가능한 최소간격과 그 온도를 PCBA 비파괴검사 시스템의 적외선 열화상 카메라용 성능평가의 지표로 활용하는 단계;를 통하여 적외선 열화상 카메라의 공간분해능에 대한 평가가 이루어질 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 PCBA 비파괴검사 시스템의 적외선 열화상 카메라용 성능평가 방법.
- 청구항 5에 있어서,상기 성능평가 장치의 금속판 및 각 패터닝부의 온도 변화에 따른 적외선 열화상 카메라의 공간분해능은 MRTD(Minimum Resolvable Temperature Difference) 기준으로 평가되는 것을 특징으로 하는 PCBA 비파괴검사 시스템의 적외선 열화상 카메라용 성능평가 방법.
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