KR101934880B1 - 탐침 장치 및 그 운용 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 탐침 장치는, 배치된 기판을 지지하는 기판 지지부와, 상기 배치된 기판을 탐침하는 프로브와, 상기 배치된 기판의 탐침 지점에 상기 프로브를 배치하는 탐침 로봇과, 상기 탐침 로봇에 고정되어 상기 탐침 지점을 촬영하는 카메라부와, 상기 탐침 로봇에 고정되어 상기 기판의 높이를 측정하는 측정부, 및 상기 카메라부의 촬영 영상과 상기 측정부의 측정 높이에 따라 상기 프로브를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한 다른 실시예가 가능하다.

Description

탐침 장치 및 그 운용 방법{PROBING APPARATUS AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명의 실시예는 탐침 장치 및 그 운용 방법에 관한 것으로, 상세하게는 다품종 소량 개발단계의 기판(PCB: Printed Circuit Board)을 탐침하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 인쇄회로기판(PCB)을 탐침하기 위한 방법은, 두 가지로 대별되는데, 기판에 탐침 장비의 프로브(probe)를 수동으로 접촉시켜 탐침하는 방법과, 자동화 라인에서 고정된 위치를 반복적으로 탐침하기 위해 미리 제작된 지그(jig)를 사용하는 방법이 있다. 예를 들어, 수동으로 탐침하는 방법의 경우, 탐침 위치를 수작업으로 검색하는 과정에서 잘못된 탐침 지점을 탐침하는 문제와, 탐침 프로브의 접촉 압력에 따른 접촉 저항의 변화로 인해 탐침 신호의 편차가 발생되는 문제, 및 탐침 시간이 오래 걸리는 문제가 발생한다. 또한, 지그를 사용하여 탐침하는 방법의 경우, 지그 제작에 많은 비용과 시간이 소요되고, 다품종 소량의 기판의 측정시에는 비효율적인 문제가 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 통해 탐침 대상의 탐침 위치를 정확하게 판단하기 위한 탐침 장치 및 그 운용 방법을 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예를 통해 탐침 프로브의 접촉 압력을 일정하게 유지하기 위한 탐침 장치 및 그 운용 방법을 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예를 통해 다품좀 소량 개발단계의 기판의 탐침 신뢰성 및 효율성을 높이기 위한 탐침 장치 및 그 운용 방법을 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 탐침 장치는, 배치된 기판을 지지하는 기판 지지부와, 상기 배치된 기판을 탐침하는 프로브와, 상기 배치된 기판의 탐침 지점에 상기 프로브를 배치하는 탐침 로봇과, 상기 탐침 로봇에 고정되어 상기 탐침 지점을 촬영하는 카메라부와, 상기 탐침 로봇에 고정되어 상기 기판의 높이를 측정하는 측정부, 및 상기 카메라부의 촬영 영상과 상기 측정부의 측정 높이에 따라 상기 프로브를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 탐침 장치의 동작 방법은, 기판의 탐침 지점을 촬영하는 동작과, 상기 기판의 높이를 측정하는 동작, 및 상기 촬영 및 측정 결과에 따라 탐침 동작의 수행 여부를 결정하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 탐침 장치 및 그 운용 방법은, 다품좀 소량 개발단계의 기판의 탐침 신뢰성 및 효율성을 높일 수 있고, 작업자의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 탐침 장치의 하드웨어 구성을 도시한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 도 1의 프로브의 구조를 도시한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 탐침 장치의 소프트웨어 구성을 도시한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 본 발명은 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있으나, 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명은 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조부호가 사용되었다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 탐침 장치의 하드웨어 구성을 도시한다.
도 1을 참조하면, 탐침 장치(100)는 기판 지지부(110), 탐침 로봇(120), 로봇 제어부(130), 탐침부(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 기판 지지부(110)에는 기판(PCB: printed circuit boad)(160)이 배치될 수 있다. 기판 지지부(110)에 배치된 기판(160)은 고정될 수 있다.
한 실시예에 따르면, 탐침 로봇(120)은, 기판 지지부(110)에 배치된 기판(160)을 정밀 촬영하기 위한 카메라부(121)와, 기판 지지부(110)에 배치된 기판(160) 및 기판(160)에 부착된 구조물(예: 방열판, 전선, 케이블, 또는 커넥터 등)의 높이를 측정하기 위한 거리 측정부(122), 및 기판 지지부(110)에 배치된 기판(160)을 탐침하기 위한 프로브(123)를 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 탐침 로봇(120)은 'ㄱ'자 형상을 가질 수 있으며, 거리 측정부(121), 카메라부(122) 및 프로브(123)를 원하는 지점으로 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 탐침 로봇(120)은 전후좌우 및 상하 이동이 가능하며, 일정 각도 회전될 수 있다.
한 실시예에 따르면, 카메라부(121)는 탐침 장치(100)에 입력된 기판 데이터의 이미지와, 기판 지지부(110)에 배치된 기판(160)을 촬영하여 획득한 이미지를 비교할 수 있다. 예를 들어, 카메라부(121)는 입력된 기판 데이터의 특정 형상(예: fiducial mark, via, 기구홀 등)에 대한 데이터 좌표와, 기판(160)을 촬영하여 획득한 특정 형상의 실제 좌표를 비교함으로써, 실제 기판(160)의 확대/축소 비율 및 회전 상태 등을 계산할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 카메라부(121)는 비전 카메라를 포함할 수 있으나 이에 국한되지는 않으며, 이미지 매칭을 수행할 수 있는 카메라를 포함할 수 있다. 예를 들어, 카메라부(121)는 기판(160)의 특정 영역에 배치된 카메라 인식 마크(163)를 통해 촬영할 위치를 판단할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 거리 측정부(122)는 기판(160)의 일부 또는 전체의 높이를 측정하여, 기판(160)의 경사도 및 구조물의 실제 높이를 계산할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 거리 측정부(122)는 레이저 거리 측정기를 포함할 수 있으나 이에 국한되지는 않으며, 물체와의 거리를 측정할 수 있는 다양한 센서를 포함할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 프로브(123)는 기판(160)을 탐침하기 위한 프로브 홀더 및 프로브 팁 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로브 팁은, 프로브 홀더의 내부 공간에서 수직 방향으로 이동하여, 프로브 홀더에서 일정 길이 노출되도록 작동될 수 있다.
한 실시예에 따르면, 로봇 제어부(130)는 신호 라인(101)을 통해 탐침 로봇(120)과 통신할 수 있다. 예를 들어, 로봇 제어부(130)는 탐침 로봇(120)을 특정 위치로 이동시키기 위한 명령을 전달할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 탐침부(140)는 신호 라인(102)을 통해 프로브(123)와 통신할 수 있다. 예를 들어, 탐침부(140)는 프로브(123)가 동일한 압력으로 기판(160)의 탐침 지점(161)에 접촉하도록 제어할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 탐침부(140)는 기판(160)을 탐침하기 위한 오실로스코프(oscilloscope)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 탐침부(140)는 기판(160)의 특정 영역에서 시간에 따른 입력전압의 변화를 검출할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 다수의 신호 라인들(103, 104, 105, 106)을 통해 카메라부(121), 거리 측정부(122), 로봇 제어부(130), 및 탐침부(140)와 통신할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 탐침 장치(100)의 모든 구성요소를 제어할 수 있으며, 각각의 구성요소로부터의 작업 요청에 대한 제어를 수행할 수 있다. 제어부(150)는 상술한 구성요소로부터 명령을 수신하여, 수신된 명령을 해독하고, 해독된 명령에 따른 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 기판(160)과 연관된 기판 데이터(예: 회로 캐드 데이터)를 입력받고, 탐침할 기판(160)의 탐칙 지점(161)을 확인할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 기판 데이터를 통해 기판(160)의 특정 형상(예: fiducial mark, via, 기구홀 등)이 존재하는지 여부를 판단하고, 특정 형상이 존재하는 경우, 카메라부(121)를 통해 기판 데이터의 이미지와 촬영된 이미지의 매칭을 통하여 특정 형상의 위치를 탐색할 수 있다. 제어부(150)는 탐색된 해당 형상의 실제 좌표를 저장한 후, 기판 데이터의 데이터 좌표와 비교할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 거리 측정부(122)를 통해 기판(160)의 일부 또는 전체의 높이를 측정하여 경사도를 계산한 후, 해당 기판(160)의 탐침 가능 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 기판(160)의 탐침 지점(161)에 대한 탐침이 불가능한 경우, 제어부(150)는 획득한 데이터(예: 실제 좌표, 경사도 등) 및 탐침 지점(161) 좌표를 평면 방정식에 대입하여 실 탐침 위치를 계산할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 탐침 지점(161)이 탐침 불가 영역에 포함될 경우, 탐침 지점(161)에 연결된 배선을 따라 대체 탐침 지점을 확인하여 해당 지점에서 탐침을 진행할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 프로브(123)의 형상과 확인된 탐침 지점별 높이를 비교하여, 탐침 회피 영역을 계산할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 기판(160)에 배치된 방열판, 전선, 케이블, 또는 커넥터와 같은 충돌 회피 대상 구조물(162)을 검출할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 탐침 진행시에는, 탐침 지점(161)의 3차원상 위치로 프로브(123)를 이동시킨 후, 일정 압력으로 프로브(123)를 탐침 지점(161)에 접촉되게 한 뒤, 접촉된 프로브(123)에 연결된 탐침부(140)를 통해 탐침 데이터를 수집할 수 있다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 도 1의 프로브의 구조를 도시한다.
도 2를 참조하면, 프로브(123)는 일정 길이를 갖는 중공형 프로브 홀더(1231)와, 프로브 홀더(1231)의 내부 공간에 유동 가능하도록 설치될 수 있으며, 단부가 프로브 홀더(1231)에서 노출되도록 설치되는 프로브 팁(tip)(1232)과, 프로브 홀더(1231)를 수직 방향으로 슬라이드 이동시키기 위한 미끄럼부(1233), 및 미끄럼부(1233)와 결합되고, 탐침 로봇의 적어도 일부에 고정되는 고정부(1234)를 포함할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 프로브 홀더(1231)는 프로브 팁(1232)을 일정 압력으로 가압하여, 프로브 홀더(1231)에서 일정 길이 노출되도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 프로브 팁(1232)은 프로브 홀더(1231)에서 일정 길이 돌출하여 기판(160)의 탐침 지점(161)과 접촉될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 미끄럼부(1233)는 프로브 홀더(1231)를 수직 방향으로 이동하도록 할 수 있다. 예를 들어, 미끄럼부(1233)는 크로스 롤러 베어링, 슬라이드, 오일, 스프링 등을 포함할 수 있으며, 이들의 조합을 통해 프로브 홀더(1231)를 수직 방향으로 이동시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 탐침 장치의 소프트웨어 구성을 도시한다.
도 3을 참조하면, 탐침 장치(300)는 기판 데이터 입력 프로그램(301), 탐침 지점 선택 프로그램(302), 이미지 매칭 프로그램(303), 회전/축적 계산 프로그램(304), 높이 측정 프로그램(305), 경사도 계산 프로그램(306), 탐침 회피 영역 계산 프로그램(307), 실 탐침 위치 계산 프로그램(308), 탐침 진행 프로그램(309), 로봇 제어 프로그램(310), 탐침 데이터 수집 프로그램(311), 및 대체 탐침 지점 계산 프로그램(312)을 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 상술한 프로그램들 중 적어도 일부가 생략되거나 또는 병합되거나, 추가적인 프로그램이 더 포함될 수 있다.
한 실시예에 따르면, 기판 데이터 입력 프로그램(301)은 기판(160)과 연관된 기판 데이터(예: 회로 캐드 데이터)를 입력받을 수 있다. 예를 들어, 기판 데이터 입력 프로그램(301)은 입력된 기판 데이터를 저장하고, 이를 분석하여 분석된 정보를 탐침 지점 선택 프로그램(302)으로 제공할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 탐침 지점 선택 프로그램(302)은 제공받은 기판 데이터에 기반하여 탐침할 기판(160)의 탐침 위치를 결정할 수 있다. 또한, 탐침 지점 선택 프로그램(302)은 기판 데이터를 통해 기판(160)의 특정 형상(예: fiducial mark, via, 기구홀 등)이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 이미지 매칭 프로그램(303)은 카메라부(121)를 통해 기판 데이터의 이미지와 촬영된 이미지와의 매칭을 수행할 수 있다. 이미지 매칭 프로그램(303)은 특정 형상의 위치를 탐색하여, 탐색된 해당 형상의 실제 좌표를 저장한 후, 기판 데이터의 데이터 좌표와 비교할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 회전/축적 계산 프로그램(304)은 입력된 기판 데이터의 특정 형상(예: fiducial mark, via, 기구홀 등)에 대한 데이터 좌표와, 기판(160)을 촬영하여 획득한 실제 좌표를 비교함으로써, 실제 기판(160)의 확대/축소 비율 및 회전/축적 상태 등을 계산할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 높이 측정 프로그램(305)은 거리 측정부(122)를 통해 기판(160)의 일부 또는 전체의 높이를 측정할 수 있다. 또한, 경사도 계산 프로그램(306)은 측정된 기판(160)의 높이 정보를 이용하여, 기판(160)의 경사도 및 구조물의 실제 높이를 계산할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 탐침 회피 영역 계산 프로그램(307)은 프로브(123)의 형상과, 확인된 탐침 지점별 높이를 비교하여 탐침 회피 영역을 계산할 수 있다. 예를 들어, 탐침 회피 영역 계산 프로그램(307)은 기판(160)에 배치된 방열판, 전선, 케이블, 또는 커넥터와 같은 충돌 회피 대상 구조물(162)을 검출할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 실 탐침 위치 계산 프로그램(308)은 계산된 기판(160)의 경사도 및 구조물의 실제 높이와, 계산된 탐침 회피 영역을 고려하여 실제 탐침할 위치를 계산할 수 있다. 예를 들어, 기판(160)의 탐침 지점(161)의 탐침이 불가능한 경우, 실 탐침 위치 계산 프로그램(308)은 획득된 데이터(예: 실제 좌표, 경사도 등) 및 탐침 지점(161) 좌표를 평면 방정식에 대입하여 실 탐침 위치를 계산할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 탐침 진행 프로그램(309)은 계산된 실 탐침 위치의 3차원상 위치로 프로브(123)를 이동시킨 후, 일정 압력으로 프로브(123)를 탐침 지점에 접촉하도록 제어할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 로봇 제어 프로그램(310)은 탐침 로봇(120)을 제어하여, 탐침 로봇(120)이 특정 위치로 이동하기 위한 명령을 전달할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 탐침 데이터 수집 프로그램(311)은 탐침부(140)의 프로브(123)를 통해 수집된 탐침 데이터를 저장할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 대체 탐침 지점 계산 프로그램(312)은 탐침 지점(161)이 탐침 불가 영역을 포함할 경우, 탐침 지점(161)에 연결된 배선을 따라 대체 탐침 지점을 계산할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 전자 장치의 동작 순서가 변경 또는 병합되거나 재사용 가능하며 생략 등과 같이 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 다양한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (4)

  1. 탐침 장치에 있어서,
    배치된 기판을 지지하는 기판 지지부와,
    상기 배치된 기판을 탐침하는 프로브와,
    상기 배치된 기판의 탐침 지점에 상기 프로브를 배치하는 탐침 로봇과,
    상기 탐침 로봇에 고정되어 상기 탐침 지점을 촬영하는 카메라부와,
    상기 탐침 로봇에 고정되어 상기 기판의 높이를 측정하는 측정부와,
    상기 배치된 기판에 포함된 기판 상태 지시자의 좌표 데이터와, 상기 카메라부에 의해 촬영된 상기 기판 상태 지시자의 좌표 데이터를 비교함으로써 상기 배치된 기판의 상태를 결정하고,
    상기 배치된 기판의 상태와 상기 측정된 기판의 높이에 기반하여 상기 탐침 지점으로 상기 프로브를 배치하도록 제어하는 제어부를 포함하는 탐침 장치.
  2. 탐침 장치의 동작 방법에 있어서,
    기판에서 프로브에 의해 탐침되는 탐침 지점을 촬영하는 과정과,
    상기 기판의 높이를 측정하는 과정과,
    상기 기판에 포함된 기판 상태 지시자의 좌표 데이터와, 촬영된 상기 기판 상태 지시자의 좌표 데이터를 비교함으로써 상기 기판의 상태를 결정하는 과정과,
    상기 기판의 상태와 상기 측정된 기판의 높이에 기반하여, 상기 탐침 지점으로 상기 프로브를 배치하는 동작 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 측정된 기판의 높이에 기반하여 상기 배치된 기판의 경사를 측정하고,
    상기 측정된 경사에 기반하여 상기 배치된 기판으로 상기 프로브의 탐침 여부를 결정하고,
    상기 배치된 기판의 상태는, 상기 배치된 기판의 확대, 축소 비율 및 회전 상태 등을 포함하는 탐침 장치.
  4. 청구항 1에 대하여,
    상기 제어부는 상기 배치된 기판에 배치된 적어도 하나의 전자 장치의 배치 영역을 결정하고,
    상기 프로브의 형상과 상기 측정된 기판의 높이, 상기 결정된 배치 영역에 기반하여, 상기 프로브의 탐침 회피 영역을 결정하는 탐침 장치.
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