KR102668996B1 - 콘빔을 이용한 박판형 피검사물 검사장치 - Google Patents

콘빔을 이용한 박판형 피검사물 검사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 PCB와 같은 박판형 피검사물 검사의 정확성과 편리성을 향상할 수 있는 엑스선 검사 기술에 관한 것으로, 엑스선을 방출하는 엑스레이튜브와, 상기 엑스레이의 콘빔 영역에서 축선에 대해 편심된 외곽영역에 형성되는 사선빔영역과, 상기 사선빔영역에 배치되고 검출이미지를 생성하는 디텍터와, 상기 사선빔영역에 피검사물을 배치하되 축선에 수직한 방향으로 회전시키는 지지체를 포함하는 박판형 피검사물 검사장치를 제공한다.

Description

콘빔을 이용한 박판형 피검사물 검사장치{INSPECTION APPARATUS FOR THIN PLATE SAMPLE USING CONE BEAM}
본 발명은 CT를 이용한 샘플의 검사기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 PCB와 같은 박판형의 부재에 대한 검사의 정확성과 편리성을 향상할 수 있는 기술에 관한 것이다.
CT(Computed Tomography) 장치는, X선 등의 방사선의 출력원과 피검사체를 투과한 방사선의 수용부를 피검사체의 주위로 회전시키며, 수집된 데이터를 처리하여 피검사체에 대한 2, 3차원 이미지를 획득하는 장치를 말하며 현재는 다양한 산업에 보급되어 있다.
이러한 CT 장치는 피검사물의 절단이나 분해 없이 불량을 판별해낼 수 있다는 점에서 장점을 가지고 있으며, 의료용으로 주로 사용되는 CT 장비는 피검사체를 고정시켜 촬영기기부가 회전하며 X-ray 촬영을 실시하여 내부 영상을 얻게 되는 장치이다.
이렇게 비파괴 방식으로 피검사체의 내부를 파괴할 수 있는 장점으로 인하여 CT 장치가 넓은 산업분야에 적용되고 있으며 각 분야의 특수성에 맞추어 수많은 연구 개발이 이루어지고 있다. 대표적인 산업분야로는 반도체 분야가 있는데 반도체의 직접도를 높이기 위한 유일한 방법인 패키징(Packaging)기법을 통하여 반도체 칩을 적층 설계하고 있다. 이러한 패키징은 칩에 균열이 생기거나 칩 간의 연결 상태를 확인하기 위하여 X-ray 검사를 이용하여 검사하는데, 이때 패키징된 칩의 복잡한 구조로 인하여 3D 단층촬영의 사용이 필수적이다. 즉, 집적도가 향상된 칩의 개발을 위해서는 더욱 정밀하고 응용력이 있는 CT 검사 장비의 개발이 동반되어야 함을 의미한다.
종래에는 단순 2D 방식의 이미지 획득을 통하여 대상의 단층을 검사하는 데 그쳤으나 입체적인 변화를 이해할 수 있도록 3D 검사에 대한 요구가 증대하고 있으며, PCB 기판에 대한 촬영 및 검사 기술도 다수 개발되고 보급되고 있는 추세이다.
한국등록특허 제10-1351809호는 출원인에 의한 종래의 판상 피검사물의 엑스선 검사시스템을 공개하고 있으며, 도 1은 이에 대한 개념도이다.
이를 구체적으로 살펴보면, 피검사물(20)에 대해 엑스선빔을 조사하는 엑스선발생부(130)와, 피검사물(20)을 투과한 엑스선빔을 검출하는 디텍터(140)와, 상기 디텍터(140)로부터의 검출신호를 피검사물이미지(200)로 구현하는 기술을 공개하고 있다.
이렇게 박판형의 검사를 위하여서는 전용 장비를 구성하여야 하는데, 통상적으로 2D 이미지를 통하여 접점의 불량이나 소자들의 배치 문제 등을 검출해내었다. 그러나, 근래에는 기판의 밀집도가 높아지고 하나의 기판에도 여러 개의 레이어가 구현되는 등 재래식의 검사로는 검사의 한계가 있었다.
이를 개선하기 위하여 기판을 회전하여 단층촬영을 하는 방식에 대한 개선이 있으며, 경우에 따라 엑스선발생부나 디텍터의 위치를 변화시켜 검사하는 방안도 제안된 바 있다.
또한, 콘빔(Cone-Beam) 엑스선을 이용한 검사장비의 경우 종래 주로 다이캐스팅용 주물품과 같이 입체적인 형상을 가지는 경우의 3D 촬영용으로 활용되어 왔다.
그런데, 이러한 콘빔 검사방식의 경우는 3D 영상의 획득에는 유리한 점이 있으나, 평면 방향의 투과성 문제로 인하여 비교적 박판 형상을 가지는 피검사물의 검사에는 부적합하다. 이에, 박판형 PCB와 같은 피검사물에 직접 적용하기는 어려웠다.
즉, 종래에는 PCB 검사를 위한 2D 검사장비의 개발은 한계에 다다랐으며, 특히 종래 콘빔을 활용한 CT장치의 경우 박판형의 PCB에는 적용하기 어려워 PCB의 3D 검사를 위하여서는 박판형을 위한 전용장비를 구성하여야 하는 문제점이 있는 것이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 콘빔을 사용하는 검사장비에서도 박판형의 피검사물에 대한 정밀한 3D 영상의 획득이 가능한 엑스레이 검사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 콘빔 형상의 엑스선을 방출하는 엑스레이튜브(1100)와, 상기 콘빔의 중심축선(t)을 벗어난 사선빔영역(o)에서 기판의 이미지를 감지하여 생성할 수 있도록 배치되는 디텍터(1200)와, 상기 사선빔영역에서 기판을 회전시키는 지지체(1300)를 포함하는 콘빔을 이용한 박판형 피검사물 검사장치를 제공한다.
상기 지지체가 회전되는 과정에서 피검사물의 면이 콘빔영역의 외곽에 중첩되도록 기판을 배치시켜 사선으로 촬영함으로써 저출력의 촬영이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 상기 지지체는 일단의 회전축이 구동장치에 연결되어 회전제어되고 타단이 기판을 지지하며, 회전축의 부위가 기판과의 연결부위보다 중심축선에 인접할 수 있다. 또한, 상기 지지체는 회전 위치 중의 어느 하나에서 기판과 디텍터를 평행한 상태로 배치할 수 있으며, 다른 회전 위치에서 기판의 면이 사선빔영역 내에서 빗각으로 엑스레이 튜브를 바라보도록 할 수 있다.
또한, 상기 지지체는 상기 회전축이 중심축선에 수직하게 형성된다.
또한, 상기 지지체가 중심축선을 기준으로 사선빔영역에 반대되는 콘빔의 영역에 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 디텍터는 상기 중심축선에 대하여 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
상술된 본 발명의 구성에 의하여, 종래에 기판과 같은 박형의 피검사물의 검사시 콘빔 CT를 통하여 구현할 수 없었던 한계를 극복하고 이를 통하여 3차원 영상을 촬영할 수 있기 때문에 다양한 분야의 응용 가능성이 있으며, 경제성이 비약적으로 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 상대적으로 저출력을 통하여 기판에 대한 3차원 영상을 효과적으로 조합할 수 있기 때문에 작동의 신뢰성과 관리의 효율성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 판상 피검사물의 엑스선 검사시스템에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 기본적인 개념에 따른 콘빔을 이용한 박판형 피검사물 검사장치에 대한 작동의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 콘빔을 이용한 박판형 피검사물의 검사장치에 대한 구성도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 콘빔을 이용한 박판형 피검사물 검사장치를 상세히 설명한다.
다만, 이하에서 설명되는 실시예는 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
이하 설명에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자나 장치를 사이에 두고 연결되어 있는 경우를 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 의미한다.
본 발명은 기본적으로 엑스선을 방출하는 엑스레이튜브와, 상기 엑스레이의 콘빔 영역에서 중심축선에 대해 편심된 외곽영역에 형성되는 사선빔영역과, 상기 사선빔영역에 배치되고 검출이미지를 생성하는 디텍터와, 상기 사선빔영역에 피검사물을 배치하되 축선에 수직한 방향으로 회전시키는 지지체를 포함하는 박판형 피검사물 검사장치를 제공한다.
본 발명에서 설명되는 인쇄회로기판을 피검사물의 예로 설명하나, 이러한 피검사물은 반드시 인쇄회로기판만을 의미하지는 않으며 전체적으로 박형의 샘플이라면 BGA(Ball Grid Array), 반도체, 웨이퍼(Wafer), 배터리 등을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 기본적인 개념에 따른 콘빔을 이용한 박판형 피검사물 검사장치에 대한 작동의 개념도이다.
본 발명은 피검사물인 박판형 피검사물을 사이에 두고 일측의 엑스레이튜브(1100)와 타측의 디텍터(1200)를 포함하여 구성되어 있으며, 통상의 CT 또는 오블릭 CT 장비와 유사한 구조를 채택하고 있다. 따라서, 본 발명에서 설명되지 않은 부분들에 대해서는 공지의 CT 검사장비의 기술이 적용될 수 있을 것이다.
다만, 종래의 경우 기판의 검사를 위하여 엑스레이튜브(1100)와 디텍터(1200)가 각각 상측과 하측에 구성되어 소정의 고정된 위치에 대한 검사를 수행하였으나, 본 발명에서는 엑스레이튜브(1100)와 디텍터(1200)가 양측의 빗각 위치에 구성되어 있다.
본 발명의 설명에서 빗각 또는 사선이란 엑스레이튜브(1100)의 지향 방향, 더욱 정확하게는 엑스레이튜브(1100)로부터 방출되는 콘빔영역(1110)의 중심축선(t)을 포함하지 않은 그 바깥의 영역 또는 위치로 정의하기로 한다.
상기 중심축선(t)이란 원추형으로 형성되는 엑스선의 콘빔영역(1110)의 높이를 정의하는 수직선을 의미한다.
상기 엑스레이튜브(1100)는 내부에 전자총과 타겟을 구비한 엑스선관이 사용될 수 있으며, 엑스레이를 방출하는 장치라면 그 유형은 제한되지 않는다. 상기 엑스레이튜브(1100)로부터 엑스선이 출력되고 기판(1000)을 투과하면 디텍터(1200)에 의하여 감지되어 피검사물이미지를 생성할 수 있는 것이다.
본 발명의 개념에 따라 디텍터(1200)가 박판 형태에 적응을 위하여 사선 방향으로 이미지를 획득한다. 또한, 상기 디텍터(1200)는 촬영하는 면이 중심축선(t)에 대하여 수직인 평면상에 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 엑스레이튜브(1100)와 디텍터(1200)는 상호 평행하게 배치되되 엑스레이튜브(1100)의 중심축선(t)을 포함하지 않는 위치에 디텍터(1200)가 위치하는 것이다.
이러한 디텍터(1200)는 기판(1000)의 회전에 따라 2D 영상을 조합하여 3D 영상을 획득하도록 하는데 기판(1000)을 투과한 엑스레이를 감지하여 이미지를 생성하는 기능을 수행한다. 상기 디텍터(1200)는 공지의 엑스레이 검출수단이 적용될 수 있을 것이다. 이하에서 기판(1000)의 콘빔영역(1110)에 대한 위치관계 및 회전에 관하여 설명하도록 한다.
상기 기판(1000)은 그 일부 또는 전부가 촬영 상태에 따라 콘빔영역(1110) 내에 위치할 수 있는데, 본 발명의 개념에 따라 사선빔영역(o)의 안에서 촬영이 이루어진다. 상기 사선빔영역(o)은 콘빔영역(1110)의 중심축선(t)을 포함하지 않을 수 있음은 상기한 바와 같다.
상기 기판(1000)은 사선빔영역(o)에서 회전하면서 디텍터(1200)에 감지되고, 상기 감지된 이미지들이 조합되어 3D 영상으로 조합될 수 있다. 이때, 상기 기판의 회전 중심은 중심축선(t)에 인접하여 형성될 수 있다. 더욱 정확하게는 상기 콘빔영역(1110)에서 중심축선(t)에 대해 수직한 방향으로 기판(1000)의 회전축이 형성된다.
따라서, 박판형 기판(1000)의 면이 사선빔영역(o) 내에서 빗각으로 엑스레이튜브(1100)를 바라보는 것이다. 이때, 회전 위치 중의 어느 하나에서는 기판(1000)과 디텍터(1200)가 평행한 상태로 배치될 수 있다.
도시된 기판(1000)의 위치에서 콘빔영역(1110)에 대해 사선으로 촬영이 이루어지는 상태를 나타내며, 회전위치(1001)에서 소정의 각도가 변화되되 회전축이 중심축선(t) 측으로 치우쳐 있음을 알 수 있다.
배율의 확보를 위하여 상기 기판(1000)의 위치는 디텍터(1200)에 비하여 엑스레이튜브(1100)에 더 가깝게 배치되고, 도시된 바와 같이 회전에 따라 기판(1000)의 외곽은 엑스레이튜브(1100)와의 거리가 변화되고 있다.
이와 같이 엑스레이튜브(1100)와 디텍터(1200)를 양측으로 구성하고 박판형의 피검사물이 사선빔영역(o)에 배치된 상태로 검사가 수행되는 경우 상대적으로 저출력을 이용하여 영상 획득이 가능한 이점이 있음에 유의한다.
도 3은 본 발명의 콘빔을 이용한 박판형 피검사물 검사장치에 대한 구성도이다.
상기 기판(1000)을 사선빔영역(o)에 배치하면서 이를 지지한 상태로 회전 제어가 가능한 지지체(1300)가 구성될 수 있으며, 상기 지지체(1300)의 회전구동을 위하여 소정의 구동장치(미도시)가 연결될 수 있다. 상기 구동장치와 지지체(1300)의 연결방식은 다양한 구동전달수단에 의하여 이루어질 수 있을 것이다.
상기 사선빔영역(o)에서 기판(1000)이 회전되면서 촬영되고 360도에서 설정된 간격으로 획득된 이미지를 이용하여 Reconstruction을 수행하여 3차원 영상이 조합될 수 있다. 이러한 3D 이미지의 생성과 관련되어서는 공지의 이미지조합 로직 및 제어기가 적용될 수 있을 것이다.
상기 지지체(1300)의 회전을 통하여 기판(1000)의 사선빔영역(o)에 대한 각도가 변화하는데 이러한 지지체(1300)의 회전축(참조번호 미표시)은 사선빔영역(o)에서 벗어난 위치에 배치되는 것이 촬영의 효율성을 위하여 바람직하다.
일실시예에서 상기 지지체(1300)의 일단은 회전축이 구성되어 구동장치에 연결되고 타단은 기판(1000)을 지지한다. 상기 지지체(1300)와 기판(1000)은 중력 및 원심력에 의하여 상호 결합상태가 해제되지 않을 수 있도록 홀딩하는 홀딩수단에 의한 연결이 이루어질 수 있으며 예를 들어 후크, 클립, 자성체, 밴드 등의 공지의 기판 고정수단이 적용될 수 있을 것이다. 경우에 따라 상기 지지체(1300)와 기판(1000)의 사이에 기판(1000)의 형상에 대응되는 지그가 추가될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 지지체(1300)의 회전축은 콘빔영역(1110)의 중심축선(t)에 수직하게 배치되어 있으며, 도시된 상태에서는 전후를 가로지르는 방식으로 배치된다.
이러한 회전축이 상기 중심축선(t)에 중첩되거나 인접된 위치에 배치될 수 있다. 도시된 예와 같이, 중심축선(t)을 기준으로 사선빔영역(o)에 반대되는 콘빔영역(1110)의 영역에 회전축이 배치되는 것이 공간적 효율성을 위하여 바람직하다.
일실시예에 의하여, 상기 지지체(1300)는 반시계방향으로 회전하며 도시된 회전 위치에서 좌측의 모서리 부위가 콘빔영역(1110)의 한계영역(실질적으로 촬영이 가능한 콘빔의 영역)을 벗어나 있다.
상기 지지체(1300)의 회전축은 기판(1000)의 크기와 검사 위치에 따라 가변될 수도 있는데, 바람직하게는 기판(1000)의 소정의 촬영 부위가 콘빔영역(1110)의 외곽(경계선)에 중첩되도록 구성하는 것이 바람직하다. 이렇게 외곽에서 사선 촬영이 이루어지는 경우 상대적으로 저출력의 엑스선을 활용할 수 있기 때문에 박판의 검사에 최적화되는 이점이 있는 것이다.
상술한 본 발명의 콘빔을 이용한 박판형 피검사물 검사장치에 의하여, 종래에 기판과 같은 박형의 피검사물의 검사시 콘빔 CT를 통하여 구현할 수 없었던 한계를 극복하고 이를 통하여 3차원 영상을 촬영할 수 있기 때문에 다양한 분야의 응용 가능성이 있으며, 경제성이 비약적으로 향상될 수 있다.
또한, 상대적으로 저출력을 통하여 기판에 대한 3차원 영상을 효과적으로 조합할 수 있기 때문에 작동의 신뢰성과 관리의 효율성이 향상된다.
이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
1000...기판 1001...회전위치
1100...엑스레이튜브 1110...콘빔영역
1200...디텍터 1300...지지체

Claims (5)

  1. 콘빔 형상의 엑스선을 방출하는 엑스레이튜브(1100);
    상기 콘빔의 중심축선(t)을 벗어난 사선빔영역(o)에서 기판의 이미지를 감지하여 생성할 수 있도록 배치되는 디텍터(1200);
    상기 사선빔영역에서 기판을 회전시키는 지지체(1300);를 포함하되,
    상기 지지체는,
    일단의 회전축이 구동장치에 연결되어 회전제어되고 타단이 기판을 지지하고 회전축의 부위가 기판과의 연결부위보다 중심축선에 인접되며, 회전되는 과정에서 콘빔의 외곽이 기판의 면에 중첩되도록 기판을 배치시키는 콘빔을 이용한 박판형 피검사물 검사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지체는,
    회전 위치 중의 어느 하나에서 기판과 디텍터를 평행한 상태로 배치할 수 있으며, 다른 회전 위치에서 기판의 면이 사선빔영역 내에서 빗각으로 엑스레이 튜브를 바라보도록 하는 콘빔을 이용한 박판형 피검사물 검사장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지체는,
    상기 회전축이 콘빔의 중심축선에 수직하게 형성되는 콘빔을 이용한 박판형 피검사물 검사장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 지지체는,
    회전축이 중심축선을 기준으로 사선빔영역에 반대되는 콘빔의 영역에 배치되는 콘빔을 이용한 박판형 피검사물 검사장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 디텍터는,
    중심축선에 수직한 방향으로 촬영되는 면이 배치되는 콘빔을 이용한 박판형 피검사물 검사장치.
KR1020220153597A 2022-11-16 2022-11-16 콘빔을 이용한 박판형 피검사물 검사장치 KR102668996B1 (ko)

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