KR102565510B1 - 회로기판 세척수의 농도 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 회로기판 세척수의 농도 측정 장치에 관한 것으로서, 전자부품이 조립된 기판의 세척수에 대한 농도를 측정하는 회로기판 세척수의 농도 측정 장치에 있어서, 기 설정된 파장 대역의 레이저빔을 조사하는 레이저 모듈; 상기 레이저 모듈에서 조사된 레이저빔을 제1 레이저 경로와 제2 레이저 경로로 분기하여 출력하는 커플러; 상기 세척수를 저장한 저장 용기 쪽으로 상기 제1 레이저 경로로 출력되는 레이저빔을 출력하여, 세척수 내 오염 입자에 의해 반사 또는 산란되는 광\을 검출하는 센서부; 상기 커플러에 의해 상기 센서부에서 검출된 검출광을 수신하여 전기 신호로 변환하는 광 검출부; 및 상기 광검출부에서 변환된 전기신호를 이용하여 세척수에 의해 흡수되는 정도를 측정하여 세척수의 농도를 산출하고, 산출된 세척수의 농도를 이용하여 세척수의 오염도 정보를 제공하는 제어부를 포함하는 것이다.
Description
본 발명은 전자부품이 조립된 기판의 세척수에 대한 농도를 측정하기 위한 회로기판 세척수의 농도 측정 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
PCB는 많은 국가에서 사용되며 플럭스 및 접착제 잔여물과 같은 제조 공정 중 먼지 및 부스러기와 같은 오염 물질을 포함하여 인쇄 회로 기판의 제조 공정에서 오염 물질이 생성된다. 따라서, PCB 세척 공정은 수작업 시 발생된 잔여물 뿐만 아니라 SMT 후 해당 제품에 남아있는 레진 및 플럭스 잔사를 제거하는 것이다.
PCB를 세척하는 방법에는 작업자가 다수의 PCB를 파지한 상태에서 이송콘베이어에 일정 간격으로 다수개 배열시킨 상태에서 세척장치로 이송 공급하여 세척하하였다. 그런데 이러한 PCB 세척방법은 작업자가 일일이 수작업으로 PCB를 이송콘베이어에 배열 공급하여야 하므로 생산성이 현저히 떨어지고, PCB를 수작업으로 하나씩 이송콘베이어에 공급함에 따라 제품에 스크래치가 빈번하게 발생되어 불량품이 다량 발생하는 문제점이 있다.
PCB를 세척하는 방법은 물을 세정 매체로 사용하고, 소량 (보통 2 % ~ 10 %)의 계면 활성제, 부식 억제제 및 기타 화학 물질 등의 세척제를 물에 첨가하여 세척수로 사용한다. PCB를 세척한 후에 순수한 물 또는 탈 이온수의 다중 세척 및 건조 후에 PCB 세척 공정을 완료한다. 이때, 다중 세척 단계에서 초음파 장치가 추가되고, 초음파 장치 외에 에어 나이프(노즐) 장치가 추가될 수 있다.
다중 세척 및 건조 단계는 초음파 장치가 장착된 첫 번째 단계에서 주로 알칼리성 계면활성제가 세척제로 사용되고, 그 다음에는 잔류 세척액 및 플럭스 잔사 제거를 위한 1차 및 2차 린스가 실시되며, 공정 최종 단계로는 열풍 건조가 실행된다. 이러한 PCB 세척 방법은 SMT 처리 측면에서 대량 생산 배치와 높은 신뢰성 요구 사항을 가진 제품에 적합하므로, 작은 수의 PCB 세척의 경우에는 소형의 세척 장비를 선택해서 사용해야 한다.
종래의 PCB 세척 방법은 세척 후에도 PCB에 남아있는 솔더볼이나 플럭스 잔사 때문에 최종 고객들로부터 요구된 세척 관련 품질 기준을 충족시킬 수 없는 사례들이 존재한다. 이는 PCB 세척 후에 이전의 세척 공정에서 제거된 플럭스 잔사들이 세척수에 남게 되고, 그로 인해 시간이 경과할수록 세척수가 오염되어 세척수의 재사용 횟수가 증가할수록 세척 효율을 저하시되기 때문이다.
PCB 세척 공정의 안정성과 신뢰성을 보장하는데 있어 세척수의 농도 변화를 모니터링하는 과정을 필수적이지만, 현재까지는 숙련된 작업자가 육안으로 세척수 농도 변화를 예측하는 방식, 농도 테스트 키트(알칼리성 세척제의 알칼리성 확인)를 사용하여 수동으로 농도 변화를 측정하는 방식 등이 사용되었다.
이러한 수동적인 세척수의 농도 변화를 측정하는 방식은 세척수 교체 시기, 세척 성능 및 세척액 수명을 파악하는데 한계가 있다. 특히, 농도 테스트 키트를 이용하여 세척수의 농도 변화를 측정하는 방식은 세척제의 알카리성 성분이 충분이 있다하더라도 세척수의 플럭스 잔사 등의 기타 잔여물질 PCB 상에 다시 불순물이 부착될 우려가 있으므로 세척수 내에 불순물들이 어느정도인지 정확히 파악할 수 있는 기술이 필요하다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 전자부품이 조립된 기판의 세척수에 대한 농도를 측정하여, 기판의 세척수에 대한 성능 및 수명을 파악할 수 있도록 하는 것에 목적이 있다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판 세척수의 농도 측정 장치는, 전자부품이 조립된 기판의 세척수에 대한 농도를 측정하는 회로기판 세척수의 농도 측정 장치에 있어서, 기 설정된 파장 대역의 레이저빔을 조사하는 레이저 모듈; 상기 레이저 모듈에서 조사된 레이저빔을 제1 레이저 경로와 제2 레이저 경로로 분배 또는 결합하는 커플러; 상기 세척수를 저장한 저장 용기 쪽으로 상기 제1 레이저 경로로 출력되는 레이저빔을 출력하여, 세척수 내 오염 입자에 의해 반사 또는 산란되는 광을 검출하는 센서부; 상기 커플러에 의해 상기 센서부에서 검출된 검출광을 수신하여 전기 신호로 변환하는 광 검출부; 및 상기 광검출부에서 변환된 전기신호를 이용하여 세척수에 의해 흡수되는 정도를 측정하여 세척수의 농도를 산출하고, 산출된 세척수의 농도를 이용하여 세척수의 오염도 정보를 제공하는 제어부를 포함하는 것이다.
상기 레이저 모듈은 가시광 파장 대역의 광을 이용하여 측정광을 조사하는 레이저 광원과, 세척수 내 오염 입자의 영향을 제거하기 위한 측정광을 조사하는 레이저 광원을 포함하는 것이다.
상기 레이저 모듈은, 상기 기준광과 측정광을 출력하는 적어도 하나 이상의 레이저 광원; 상기 레이저 광원을 기 설정된 기준 온도로 냉각시키기 위해 온도 제어 기능을 수행하는 열전 소자와, 상기 레이저 광원의 온도 변화를 감지하고, 전기적 신호로 변환하여 온도 데이터를 제공하는 온도 센서를 포함하는 안정화부를 포함하는 것이다.
상기 센서부는, 내부가 중공되고, 중공된 내부로 세탁수가 통과하는 통공이 형성된 바디; 상기 바디의 일측단에 위치하고, 상기 제1 레이저 경로를 통해 전달된 레이저빔을 출력하는 광헤드; 및 상기 바디의 타측단에 위치하여, 상기 광헤드에서 출력된 레이저빔을 반사하는 미러를 포함하되, 상기 광헤드는 상기 미러에 의해 반사되어 돌아오는 광을 수신하는 적어도 하나 이상의 콜리메이터(collimator)를 사용하는 것이다.
상기 바디의 통공에는 상기 세척수 내 기판에서 발생된 오염 입자의 유입을 방지하는 필터망이 부착된 것이다.
상기 센서부는, 상기 제1 레이저 경로로 전달되는 레이저빔을 출력하는 제1 광프로브와, 상기 제1 광프로브에서 출사되는 레이저빔을 상기 광검출부로 전송하는 제2 광프로브를 포함하고, 상기 제1 광프로브의 출사단과 상기 제2 광프로브의 입사단이 상기 저장 용기의 바닥면을 기준으로 수평 방향으로 정렬된 것이다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명은 전자부품이 조립된 기판의 세척수에 대한 농도를 측정하여, 기판의 세척수에 대한 세척 성능 및 수명 등의 세척수 오염도 정보를 파악할 수 있도록 하고, 세척수 오염도 정보를 고려하여 세척 공정시 세척수의 세척 성능을 보장할 수 있어 기판에 남아있는 오염 입자를 완전히 제거할 수 있으며, 그로 인해 기판의 고신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판 세척수의 농도 측정 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 회로기판 세척수의 농도 측정 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 모듈의 구성을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 4의 센서부를 횡방향으로 절단한 단면을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 회로기판 세척수의 농도 측정 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 세척수의 농도 변화에 대해 시각적으로 표현한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 황색 계열의 광흡수 스펙트럼을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 회로기판 세척수의 농도 측정 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 모듈의 구성을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 4의 센서부를 횡방향으로 절단한 단면을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 회로기판 세척수의 농도 측정 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 세척수의 농도 변화에 대해 시각적으로 표현한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 황색 계열의 광흡수 스펙트럼을 설명하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 ‘단말’은 휴대성 및 이동성이 보장된 무선 통신 장치일 수 있으며, 예를 들어 스마트 폰, 태블릿 PC 또는 노트북 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치일 수 있다. 또한, ‘단말’은 네트워크를 통해 다른 단말 또는 서버 등에 접속할 수 있는 PC 등의 유선 통신 장치인 것도 가능하다. 또한, 네트워크는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷 (WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망 등을 포함한다.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판 세척수의 농도 측정 장치의 구성을 설명하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 회로기판 세척수의 농도 측정 장치의 구성을 설명하는 블록도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 모듈의 구성을 설명하는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 회로기판 세척수의 농도 측정 장치(100)는 레이저 모듈(110), 커플러(120), 센서부(130), 광검출부(140) 및 제어부(150)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
레이저 모듈(110)은 기 설정된 파장 대역의 레이저빔을 조사하는데, 가시광 파장 대역(380nm ~780nm)의 광을 출력한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 모듈(110)은 측정광을 위한 레이저 광원(LD1, 111)과 제1 안정화부(161), 기준광을 위한 레이저 광원(LD2, 112)과 제2 안정화부(162)를 포함한다, 제1 안정화부(161)와 제2 안정화부(162)는 일정한 파장 대역과 파워를 유지하기 위해 열전 소자(161), 온도 센서(162) 및 모니터링용 수광 소자(163)를 포함한다. 제1 안정화부(161)와 제2 안정화부(162)는 레이저 광원마다 설치되어 있지만, 레이저 광원을 모두 안정화시킬 수 있는 하나의 안정화 회로로 구현될 수도 있다.
또한, 이러한 레이저 모듈(110)은 과전류로 인한 쇼트 방지를 위해 기 설정된 저항값을 갖는 회로보호용 저항을 사용할 수 있고, 회로 보호용 저항은 습도 및 고온에 강하여 주로 대전력용으로 사용되는 시멘트 저항을 사용할 수 있다.
레이저 모듈(110)은 기준광과 측정광을 위해 2개의 레이저 다이오드(LD1, LD2)를 사용할 수 있다. 이때, LD1은 측정광을 조사하고, LD2는 기준광을 조사할 수 있다.
열전 소자(161)는 레이저 모듈(110)을 구성하는 프레임 내에 배치되어 레이저 다이오드(LD1, LD2)가 냉각될 수 있도록 온도 제어 기능을 수행한다. 레이저 다이오드의 온도 제어 소자로 사용하는 TEC는 펠티어 효과를 이용한 것으로 흐르는 전류에 따라 가열과 냉각을 한 면에서 가능하게 한 소자로 응답 속도가 빠르고 소형화가 가능하다.
온도 센서(162)는 온도에 따라 내부 저항이 변화하는 서미스터를 사용한다. 서미스터는 통상적으로 레이저 다이오드의 온도를 측정할 수 있도록 구성되어, 레이저 다이오드의 온도 변화를 감지하고, 전기적 신호로 변환하여 온도 데이터를 생성하여 제어부(150)에 제공한다.
따라서, 제어부(150)는 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어 및 TEC 제어를 통해 레이저 광원(111)의 광 출력이 일정하게 유지되도록 자동 온도 제어를 수행한다. 이때, 제어부(150)는 PID 제어 회로와 TEC 제어 회로를 포함하고, PID 제어회로는 온도 센서(162)에서 출력된 온도 데이터와 고정저항(R)에서 전압 강하된 기준 전압과의 전압분배 값을 인가받고, TEC의 기 설정된 기준 온도를 이용하여 오차를 계산하여 TEC 제어 신호를 출력하고, TEC 제어 회로는 PID 제어회로로부터 TEC 제어 신호를 인가받아 신호에 응답하여 TEC 구동을 위한 구동 신호를 출력한다.
한편, 안정화부(160)는 모니터링용 수광 소자(163)를 더 포함할 수 있는데, 모니터링용 수광 소자(163)는 레이저 출력(광 출력)의 변화에 따라 저항이 변하기 때문에, 제어부(150)는 모니터링용 수광 소자(163)에 흐르는 전류 변화로 레이저 출력량을 모니터링할 수 있고, 기 설정된 레이저 출력이 나올 수 있도록 공급 전류를 조절하도록 한다. 따라서, 제어부(150)는 모니터링용 수광 소자(163)를 이용한 피드백 제어를 통해 매우 안정적인 레이저 출력이 가능해진다.
이와 같이, 레이저 모듈(110)은 레이저 광원(111)의 레이저 출력이 일정한 파워 및 파장 대역을 유지할 수 있도록 열전소자(161)와 온도 센서(162)를 이용한 방식, 레이저 광원(111)의 내부 또는 외부에 배치된 모니터링용 수광소자(163)를 이용하는 방식 또는 열전소자(161)와 온도 센서(162), 모니터링용 수광 소자(163)를 모두 이용하는 방식 중 어느 하나의 방식을 이용할 수 있다.
다시 도 1 및 2를 설명하면, 커플러(120)는 LD1과 LD2에서 조사되는 레이저빔을 제1 레이저 경로와 제2 레이저 경로로 분기하여 출력한다. 이때, 제1 커플러(121)는 기준광과 측정광을 제2 커플러(122)로 전달하고, 제2 커플러(122)는 기준광과 측정광을 센서부(130)에 각각 전달한 후, 센서부(130)에서 검출된 광을 검출부(140)로 전송한다.
이때, 제2 커플러(122)는 2:1(Y형) 커플러를 사용할 수 있으나, 2:1(Y형) 커플러 형태로 만들기 위해서 종단(Termination)된 광섬유에서 반사광이 존재하여 반사 감쇠(return loss)가 있다. 이러한 반사광은 농도 측정할 때, 오차를 유발할 수 있다. 따라서, 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 2:2형 커플러를 사용하고, 일측 종단에는 센서부(130)가 연결되고, 일측 종단은 종단되지 않은 광섬유를 수회 권취하여 감아놓은 반사광 제거부(125)를 형성하여 반사감쇠(return loss)를 제거하고 있다. 반사광 제거부(125)의 권취 직경은 광섬유가 스트레스로 부러지지 않는 경우를 고려하여 3~7mm이내로 5회 이상 권취하는 것이 바람직하다.
한편, 제2 커플러(122)는 광 서큘레이터(Circulator)로 대체될 수 있다.
센서부(130)는 세척수를 저장하고 있는 저장 용기(10) 내부에서 커플러(120)를 통해 제1 레이저 경로로 출력되는 레이저빔을 세척수 내로 출력한다.
광검출부(140)는 WDM(Wavelength Division Multiplexer), 수광소자(PD1, PD2)와 신호변환부(141, 142)를 포함한다. WDM은 센서부(130)에서 전달되는 광을 개별 파장으로 분파한 후 제1 수광 소자(PD1)와 제2 수광 소자(PD2)에 전달한다. WDM은 센서부(130)에서 전달되는 광을 측정광의 파장 대역에 해당하는 제1 광신호와 기준광의 파장 대역에 해당하는 제2 광신호를 2개의 채널로 구분하고, 제1 광신호를 제1 수광 소자(PD1)를 이용하여 전기신호로 변환되도록 하며, 제2 광신호를 제2 수광소자(PD2)를 이용하여 전기 신호로 변환되도록 한다.
제1 및 제2 신호 변환부(141, 142)는 제1 수광소자(PD1)와 제2 수광 소자(PD2) 수신한 전기 신호를 디지털 신호로 변환하여 제어부(150)에 전달한다.
제어부(150)는 광 검출부(140)에서 검출된 광신호에 대한 광 스펙트럼을 분석하여, 세척수의 농도를 측정하고, 세척수의 농도에 따라 세척수의 오염도 정보를 판단하여 사용자의 단말(미도시)에 제공할 수 있다. 이때, 제어부(150)는 사용자의 단말과 정보를 주고받기 위해 통신모듈(미도시)과 저장모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 단말은 통신 모듈(미도시), 메모리(미도시), 프로세서(미도시) 및 데이터베이스(미도시)를 포함하는 컴퓨팅 장치에 구현될 수 있는데, 스마트폰이나 TV, PDA, 태블릿 PC, PC, 노트북 PC 및 기타 사용자 단말 장치 등으로 구현될 수 있다.
또한, 제어부(150)는 표시부(170)를 통해 세척수의 오염도 정보가 표시되도록 함으로써 작업자 또는 사용자가 실시간 세척수의 오염도 정보를 확인하여, 세척수의 교체 시기, 수명을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부의 구성을 설명하는 도면이고, 도 5는 도 4의 센서부를 횡방향으로 절단한 단면을 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5을 참조하면, 센서부(130)는 가시광 파장 대역의 광이 세척수에 의해 흡수되는 정도를 측정하여 세척수의 농도 또는 순도 등을 측정할 수 있다. 이러한 센서부(130)는 바디(131), 광헤드(135), 미러(134) 및 필터망(133)을 포함한다.
바디(131)는 내부가 중공되고, 중공된 내부로 세탁수가 통과하는 통공(132)이 바디(131)의 사방면에 형성되어 있다. 바디(131)는 원통형이나 직육면체 형태 등 내부가 중공된 다양한 형태로 형성될 수 있다.
그리고, 바디(131)의 통공(132)에는 세척수 내 기판에서 발생된 오염 입자의 유입을 방지하는 필터망(133)이 부착된다. 필터망(133)은 플럭스 등의 오염 입자의 크기를 고려한 메쉬 형태로서, 오염 입자들을 여과하여 세척수만 바디(131)의 중공에 머물수 있도록 한다. 세척수의 오염 입자(플럭스 잔사 등)는 대부분 0.1~10㎛ 전후로 일반먼지에 비해 입자 크기가 매우 작은 미립자이므로, 필터망(133)은 오염 입자의 미립자를 제거할 수 있는 크기의 구멍을 갖도록 한다.
광헤드(135)는 바디(131)의 일측단에 위치하고, 제1 레이저 경로를 통해 전달된 레이저빔을 출력하고, 미러(134)는 바디(131)의 타측단에 위치하여, 광헤드(135)에서 출력된 레이저빔을 반사한다. 이때, 광헤드(135)는 미러(134)에 의해 반사되어 돌아오는 광을 수신하는 적어도 하나 이상의 콜리메이터(collimator)를 사용한다. 즉, 콜리메이터는 레이저 광원(111)에서 출사되는 광을 콜리메이팅(collimating) 시키고, 미러(134)에서 콜리메이터를 통해 평행광이 된 광을 반사시키면 이를 다시 수신하여 광섬유로 다시 투과시켜 커플러(120)로 전송한다.
이때, 콜리메이터는 페룰에 광섬유가 삽입되어 있는 피그테일과 클리메이터용 렌즈, 피그테일과 콜리메이터용 렌즈를 고정해주는 고정관으로 구성된다. 렌즈는 렌즈는 빛을 집속, 확대 또는 평행하게 하는 중요한 광학 소자로서, 콜리메이터용 렌즈에는 Ball 렌즈, GRIN(Gradient index) 렌즈, 구면렌즈, 비구면 유리렌즈 등을 사용할 수 있다.
콜리메이터의 페룰은 광섬유와의 접촉면의 각도가 평면을 기준으로 기 설정된 각도(예를 들어, 대략 90°)가 되도록 하여, 광섬유의 접촉면이 평평한 구조를 갖도록 한다. 이러한 페룰은 APC(Angled Physical Contact), PC(Physical contact), SPC(Super Physical contact) 형태, UPC(Ultra Physical contact) 등으로도 형성될 수 있다.
이와 같이, 센서부(130)는 광헤드(135)의 콜리메이터와 마주보는 면에 콜리메이터의 광축방향으로 미러(134)를 설치함으로써 광축이 정렬되어 광 손실을 줄일 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 회로기판 세척수의 농도 측정 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 회로기판 세척수의 농도 측정 장치(100)는 레이저 모듈(110), 커플러(120), 센서부(130), 광검출부(140) 및 제어부(150)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 이때, 레이저 모듈(110), 광검출부(140) 및 제어부(150)의 구성은 상기한 제1 실시예의 구성과 동일한 동작을 수행하기에 자세한 설명은 생략한다.
센서부(130)가 상기한 제1 실시예의 센서부(130) 내 미러를 포함하지 않는 일반적인 PC 또는 APC 형태의 광프로브로서, 커플러(120)를 통해 전달되는 레이저빔이 입사되는 제1 광프로브(131)와, 제1 광프로브(131)에서 출사되는 레이저빔을 광검출부(140)로 전송하는 제2 광프로브(132)로 구성된다. 이때, 커플러(120)는 2개 이상의 광섬유를 통해 전파되어온 광을 하나의 광섬유에 결합하는 2:1(Y형) 커플러를 사용할 수 있다.
제1 광프로브(131)의 출사단과 제2 광프로브(132)의 입사단이 저장 용기(10)의 바닥면을 기준으로 수평 방향으로 정렬된다. 이렇게 제1 광프로브(131)와 제2 광프로브(132)는 나란히 정렬되어, 커플러(120)에서 전달되는 광신호가 제1 광프로브(131)와 제2 광프로브(132)를 거쳐 광검출부(140)에서 검출될 수 있도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 세척수의 농도 변화에 대해 시각적으로 표현한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 황색 계열의 광흡수 스펙트럼을 설명하는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 회로기판의 세척수(예를 들어, MB-T100을 사용)는 초기에 무색, 투명한 성질을 가지고 있지만(a), 세척을 반복할수록 플럭스 등의 오염 입자에 의해 오염액이 육안으로 관측될 정도로 황색 성질을 가짐을 알 수 있다(b).
따라서, 회로기판 세척수의 농도 측정 장치(100)는 가시광 파장 대역에서의 광 흡수 특성을 이용하여 세척수의 오염도별 색상의 변화로 농도를 측정할 수 있다.
따라서, 측정광으로 사용하는 레이저 광원(LD1)은 580nm 에서의 흡수 특성이 가장 많이 발생하는 400~500nm의 청색 계열의 파장을 사용하지만, 450nm의 파장 대역의 광원을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 세척수의 오염액에 대한 부유물 영향을 제거하고, 농도 측정의 정확도를 향상시키기 위해 기준광을 조사하는 레이저 광원(LD2)을 사용하는데, 기준광의 파장 대역은 측정광의 파장 대역으로 사용하는 파장 대역을 제외하고, 380nm~1050nm 파장 대역 중 어느 하나의 파장 대역의 광원을 사용할 수 있다.
센서부(130)의 중공 내에서 광이 세척수를 통과할 때, 투과강의 강도 P, 입사광의 강도 P0에 대한 비율을 투과도(t)라고 할 때, 투과도(t)는 P/P0가 된다. 이것을 백분율로 표시한 것을 투과율(T)이라고 한다.
[수학식 1]
하기 수학식 2 및 수학식 3에 나타나 있듯이, 투과도의 역수의 상용 대수를 흡광도(A)라고 하고, 흡광도(A)는 용액의 농도(c) 및 충장(l)에 비례한다.
[수학식 2]
[수학식 3]
수학식 3에서 k는 정수이다.
이와 같이, 제어부(150)는 빛이 세척수를 통과할 때 흡광도를 이용하여 세척수의 농도를 측정할 수 있는데, 흡광도는 그 빛의 파장에 따라 다르며, 세척수의 농도에 직선적으로 비례하는 특성을 갖는다.
따라서, 오염 입자(플럭스 등)을 포함한 세척수의 흡광도는 오염 입자 농도에 따른 흡수량 변화를 나타낸다. 단일 파장만의 특성을 이용할 경우, 오염 입자의 농도 변화에 대한 흡수량 변화는 그 파장만의 특성에 한정되므로 미세한 농도 측정에 한계를 가진다. 이러한 한계를 극복하기 위해 세척수의 농도 변화에 따른 흡수량 변화를 최대한 크게 해주는 것이 측정에 유리하다. 따라서, 본 발명에서는 2개 파장 대역특성(기준광과 측정광)을 사용하여 흡수량 변화를 최대화시키는 방법을 이용한다.
서로 반대되는 흡광도를 가지는 파장은 농도가 증가함에 따라 흡수량의 차이가 파장간의 흡광도를 더한 만큼 증가하기 때문에 흡수량 변화를 최대화시키는 것이 가능하다. 따라서, 제어부(150)는 λ0는 기준 파장, λ1을 측정 파장으로 하여, 이들 간의 상대적인 흡광도 차이를 증가시킴으로써 농도 측정 성능을 향상시킬 수 있다. 즉 제어부(150)는 기준 광의 파장 대역과 측정광의 파장 대역에서의 흡수량 차이로부터 세척수의 농도를 측정할 수 있다. 이때, 측정광에 의한 측정 파장은 적어도 하나 이상의 광파장(λ1)을 사용할 수 있다. 일례로, λ0은 1050nm, λ1은 450nm이 될 수 있다.
따라서, 제어부(150)는 측정광을 이용한 세척수의 광흡수 스펙트럼을 측정하여, 기준광을 이용한 세척수의 광흡수 스펙트럼과 비교하여 황색계열의 파장 대역(570nm~590nm)의 빛에 대한 흡광도가 어느 정도인지를 측정하여 세척수의 농도를 확인할 수 있고, 세척수의 농도에 따른 세척수의 오염도 정보를 상, 중 하의 3등급으로 구분하여 산출할 수 있다.
따라서, 사용자는 세척수의 오염도 정보에 따라 세척수의 재사용횟수(세척 성능), 교체시기, 수명을 확인할 수 있다. 예를 들어, 제어부(150)는 PCB의 세척 공정에서 획득한 데이터들을 이용하여 세척수 농도에 따른 재사용횟수, 교체시기, 수명 등을 배열한 룩업테이블을 저장하고, 현재 측정된 세척수의 농도에 대응되는 재사용횟수, 교체시기, 수명 등을 포함한 세척수의 오염도 정보를 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 회로기판 세척수의 농도 측정 장치
110 : 레이저 모듈
111 : 레이저 광원
120 : 커플러
130 : 센서부
131 : 바디
132 : 통공
133 : 필터망
134 : 미러
135 : 광헤드
140 : 광검출부
141 : 수광소자
142 : 신호변환부
150 : 제어부
160 : 안정화부
110 : 레이저 모듈
111 : 레이저 광원
120 : 커플러
130 : 센서부
131 : 바디
132 : 통공
133 : 필터망
134 : 미러
135 : 광헤드
140 : 광검출부
141 : 수광소자
142 : 신호변환부
150 : 제어부
160 : 안정화부
Claims (6)
- 전자부품이 조립된 기판의 세척수에 대한 농도를 측정하는 회로기판 세척수의 농도 측정 장치에 있어서,
기 설정된 파장 대역의 레이저빔을 조사하는 레이저 모듈;
상기 레이저 모듈에서 조사된 레이저빔을 제1 레이저 경로와 제2 레이저 경로로 분배 또는 결합하는 커플러;
상기 세척수를 저장한 저장 용기 쪽으로 상기 제1 레이저 경로로 출력되는 레이저빔을 출력하여, 세척수 내 오염 입자에 의해 반사 또는 산란되는 광을 검출하는 센서부;
상기 커플러의 제2 레이저 경로를 통해 상기 센서부에서 검출된 광 신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하는 광 검출부; 및
상기 광검출부에서 변환된 디지털 신호를 이용하여 세척수의 광흡수 스펙트럼을 측정하여 세척수의 농도를 산출하고, 산출된 세척수의 농도를 이용하여 세척수의 오염도 정보를 제공하는 제어부를 포함하며,
상기 레이저 모듈은 측정광을 조사하가는 제1 레이저 광원, 기준광을 조사하는 제2 레이저 광원, 제1 안정화부, 제2 안정화부 및 과전류로 인한 쇼트 방지를 위해 기 설정된 저항값을 갖는 회로보호용 저항을 포함하며,
상기 제1 안정화부 및 상기 제2 안정화부는 상기 레이저 광원이 냉각될 수 있도록 온도 제어 기능을 수행하는 열전소자, 온도센서 및 모니터링용 수광소자를 각각 포함하고,
상기 모니터링용 수광소자는 레이저 출력의 변화에 따라 저항이 변화하고,
상기 제어부는 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어회로 및 TEC 제어회로를 포함하여, 상기 열전소자의 온도와 기 설정된 기준 온도의 오차를 계산하여 열전소자 제어신호를 출력하여 상기 열전소자 구동을 위한 구동신호를 출력하고,
상기 제어부는 상기 모니터링용 수광소자에 흐르는 전류 변화로 레이저 출력량을 모니터링하여 기 설정된 레이저 출력이 나올 수 있도록 공급 전류를 조절하고,
상기 커플러는 기준광과 측정광을 상기 센서부에 전달하고 상기 센서부에서 검출된 광을 상기 광 검출부로 전달하는 제2 커플러 및 기준광과 측정광을 상기 제2 커플러로 전달하는 제1 커플러를 포함하고,
상기 제2 커플러는 2:2 커플러를 사용하되, 일측 종단에는 상기 센서부가 연결되고, 다른 일측 종단에는 종단되지 않은 광섬유를 수회 권취하여 감아놓은 반사광 제거부가 형성되어 반사감쇠(Return Loss)를 제거하며,
상기 센서부는,
내부가 중공되고 중공된 내부로 세탁수가 통과하는 통공이 사방면에 형성된 바디;
상기 통공에 부착되어 세척수 내 기판에서 발생된 오염 입자의 유입을 방지하는 필터망;
상기 바디의 일측단에 위치하고, 상기 제1 레이저 경로를 통해 전달된 레이저빔을 출력하는 광헤드; 및
상기 바디의 타측단에 위치하여, 상기 광헤드에서 출력된 레이저빔을 반사하는 미러를 포함하되,
상기 광헤드는 상기 미러에 의해 반사되어 돌아오는 광을 수신하는 콜리메이터를 사용하는 것인, 회로기판 세척수의 농도 측정 장치.
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