KR19980054430A - 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사방법 및 그 장치를 제공하며, 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사장치는 카메라로부터 패턴 영상을 취득하는 패턴영상 취득부와, 높이 측정을 위해 연속적인 부호화 패턴을 투영하는 전처리 처리부와, 전처리된 패턴 영상을 적당한 문턱치에 따라 변환하여 이진 영상을 생성하는 이진영상 생성부와, 상기 이진영상 생성부에 의해 구해진 이진 영상을 패턴이 조사된 순서대로 정렬함으로써 공간부호화 영상정보로 변환되도록 하는 메모리와, 카메라상의 픽셀 좌표와 이 카메라와 프로젝터간의 관계를 나타내는 시스템 파라미터를 자료화하여 보관하고 있는 룩업테이블과, 상기 메모리의 공간부호화 영상정보를 기초로 상기 룩업테이블의 시스템 파라미터를 조회하여 높이 정보를 구하는 높이데이타 생성부와, 상기 높이데이타 생성부에서 구해진 높이 정보로 인쇄회로기판의 솔더 페이스트의 인쇄 형상에 대해 검사를 행하는 검사부로 구성되어 있다. 이 구성에 의해, 높은 해상도의 높이 정보가 얻어진다.

Description

인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사방법 및 그 장치

본 발명은 인쇄회로기판의 조립 생산 공정에서 솔더 페이스트(Solder Paste)의 검사방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 솔더 페이스트의 인쇄 형상의 3차원 데이타를 입력정보로 하는 방식에 효과적으로 적용될 수 있는 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사방법 및 그 장치에 관한 것이다.

현재, 집적회로 제조 기술의 급속한 발전에 따라 SMT 기술도 빠르게 변화하고 있다. 인쇄회로기판상에 장착되는 집적회로의 리드의 폭이 매우 세밀해지고 있으며, 초소형 부품의 등장으로 부품의 장착 밀도가 높아지고 있는 조립 생산 공정의 추세를 감안할 때, 인쇄회로기판에 부품을 장착하기 전의 단계에서 솔더 페이스트의 인쇄 형상 검사를 행하여야만 보다 효율적으로 인쇄회로기판을 조립 생산할 수가 있다.

인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사장치는 인쇄회로기판의 조립 상태 검사에 필수적인 장비가 되고 있다. 솔더 페이스트의 인쇄 형상의 검사를 위해서 필요한 입력정보로는 일반적으로 그레이(Gray) 영상정보와 3차원 정보를 가진 레인지 정보를 들 수 있는데, 이중에서도 3차원 정보를 가장 중요한 요소로 하고 있다. 솔더링(Soldering)과 관련된 불량 데이타를 검토해 보면 경험적으로 페이스트의 양에 대한 결함이 가장 많이 발견되고 있다. 따라서 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사장치의 대다수는 3차원 측정 방식을 채용하고 있으므로, 각종의 3차원 측정 방식에 따라 검사장치의 광학적인 구조가 달라지게 되고, 이에 따라 솔더 페이스트 인쇄 형상의 검사방법도 매우 다양하다.

종래 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사장치의 입력정보로 사용되는 상기 3차원 정보는 여러 가지의 방법으로 측정될 수 있는데, 일반적인 방법으로는 PSD 센서를 사용하는 점광원 주사방식과, 도 1 에 도시되어 있는 슬릿광 주사방식을 들 수 있다.

상기 점광원 주사방식은 X-Y 이동에 따른 주사시간이 많이 소요되는 단점을 가지고 있기 때문에, 점광원의 주사에 따라 복잡한 광학구조와 고속의 센서 인터페이스를 이루어야만 효과적으로 사용될 수 있는 방법이다.

이 점광원 주사방식에 비해, 보다 효과적으로 사용될 수 있는 방식이 상기한 슬릿광 주사방식이며, 이 슬릿광 주사방식을 사용한 종래 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사장치의 구성이 도 1 에 도시되어 있다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 종래 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사장치는 슬릿광(slit laser)을 방출하는 레이저 발생원(1)과, 이 레이저 발생원(1)으로부터 방출된 슬릿광(9)을 인쇄회로기판(5)의 솔더 페이스트(6)측으로 반사시키는 레이저 미러(mirror)(2,3)와, 상기 슬릿광(9)의 조사에 의한 슬릿영상을 취득하는 카메라(4), 상기 솔더 페이스트(6)에 광을 발산하여 위치검사를 하기 위한 LED 조명(7)으로 구성되어 있다.

상기 레이저 발생원(1)에서 방출된 슬릿광은 상기 레이저 미러(2)에 대해 대략 45°정도의 각도로 그 레이저 미러(2)측으로 입사되며, 레이저 미러(2)에 의해 반사된 슬릿광은 갈바노 미러(Galvano Mirror)(3)에 의해 다시 반사되어 슬릿광(9)이 인쇄회로기판(5)상에 인쇄되어 있는 솔더 페이스트(6)측으로 조사된다.

상기 카메라(4)는 상기 인쇄회로기판(5)에 대해 수직방향으로 일정한 높이에 위치되어 있다. 이 카메라(4)는 솔더 페이스트(6)상으로의 상기 슬릿광(9)의 조사에 의한 슬릿 영상을 취득한다. 카메라(4)는 상기 슬릿 영상으로부터 미리 계산된 캘리브레이션(calibration) 파라미터에 따라 상기 솔더 페이스트(6)의 높이와 부피를 산출하고 이 산출된 높이 및 부피 데이타를 이용하여 상기 솔더 페이스트(6)에 대해 높이 관련 검사를 행한다.

또한, LED 조명(7)은 상기 카메라(4)의 아래에서 인쇄회로기판(5)에 대해 수평방향으로 설치되어 있다. 이 LED 조명(7)은 상기 솔더 페이스트(6)에 대해 균일하게 광을 발산하여, 상기 인쇄회로기판(5)의 기준 마크(Fiducial Mark) 및 그레이 영상을 통해 상기 솔더 페이스트(6)의 위치를 검사하여 위치 정보가 구해지도록 한다.

도 2 에는 도 1 에 도시된 솔더 페이스트(6)의 높이 정보와 위치 정보를 획득하여 상기 솔더 페이스트(6)의 인쇄 형상을 검사하는 전체 흐름도이다.

검사 대상인 인쇄회로기판(5)의 컨베이어를 이동시키고 검사장치의 헤더를 이동시킨 후(ST1,ST2), 카메라(4)에 의해 검사영역에 대한 2차원 영상을 취득한다(ST3). 다음에 LED 조명(7)에 의해 솔더 페이스트(6)의 위치 특징을 추출하고(ST4), 레이저 발생원(1)에 의해 슬릿광 주사를 행하고 영상취득을 통해 솔더 페이스트(6)의 높이 정보를 획득한다(ST5). 획득된 위치 정보 및 높이 정보는 학습을 거친 검사 특징량과 비교됨으로써 검사를 행하고(ST7,ST8), 이상 있으면 에러를 출력하며, 정상적으로 검사수행되면 결과를 출력한다(ST9,ST10). 그리고 다음 검사영역이 없으면 바로 종료한다(ST11).

상기와 같은 종래의 슬릿광 주사방식을 사용하여 획득한 솔더 페이스트의 높이 정보는 각각의 라인에 대해서 측정되기 때문에 분해능이 떨어진다. 도 3 에는 종래의 상기 슬릿광 주사방식에 의해 획득된 높이 정보가 도시되어 있다. 이에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(5)의 일부분(3-3)상에 인쇄되어 있는 솔더 페이스트(3-2)의 위를 슬릿광이 주사함으로써 높이 단면이 형성되게 되는데, 이때 패드의 길이(3-1) 전체에 대해서는 획득되지 않고 3-4에서 3-5까지만 획득되게 된다. 이와 같이 인쇄된 패드 전체에서 높이 정보가 취득되지 않고 슬릿광이 주사된 라인에서만 높이 정보가 취득되기 때문에 상기 패드 전체에 대한 검사는 어렵다. 분해능을 높이기 위해서는 보다 많은 슬릿광을 주사해 주면 되지만, 이는 슬릿의 라인수 증가에 따라 측정시간이 그만큼 길어진다. 따라서 슬릿과 슬릿 사이에 생성된 불균일한 인쇄 형상 또는 솔더 볼(Solder Ball) 그리고 길이가 작은 패드에 대해서는 충분한 높이 정보를 획득하기가 어렵다.

도 1 은 종래 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사장치의 헤더의 블록도.

도 2 는 도 1 에서 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사과정을 보인 흐름도.

도 3 은 종래의 슬릿광 주사방식에 의해 얻은 패드의 높이 정보를 보인 도면.

도 4 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴광 투영방식의 헤더의 블록도.

도 5 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사장치의 블록도.

도 6 은 공간 부호화 패턴 투영방식의 3차원 영상 패턴을 보인 도면.

도 7 은 본 발명에 따른 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사과정을 보인 전체흐름도.

도 8 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사과정을 보인 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 카메라20 : 프로젝터

30 : 패턴광40 : 인쇄회로기판

50 : 솔더 페이스트60 : 영상처리기

61 : 패턴영상 취득부62 : 전처리 처리부

63 : 이진영상 생성부70 : 호스트

73 : 룩업테이블74 : 높이데이타 생성부

따라서, 본 발명의 목적은 새로운 방식인 패턴광 투영 3차원 측정방식을 사용하여 인쇄회로기판상의 솔더 페이스트의 인쇄 형상을 검사하는 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 새로운 방식인 패턴광 투영 3차원 측정방식을 사용하여 인쇄회로기판상의 솔더 페이스트의 인쇄 형상을 검사하는 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 상기 목적에 따른 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사방법은 카메라로부터 취득된 패턴 영상에 전처리를 행하는 단계와, 전처리된 패턴 영상을 적당한 문턱치에 따라 변환하여 이진 영상을 생성하는 단계와, 상기 이진 영상을 패턴이 조사된 순서대로 정렬함으로써 공간부호화 영상정보로 변환하는 단계와, 소정의 시스템 파라미터를 자료화하여 룩업테이블에 보관하는 단계와, 상기 공간부호화 영상정보를 기초로 상기 룩업테이블의 시스템 파라미터를 조회하여 높이 정보를 구하는 단계와, 상기 구해진 높이 정보로 인쇄회로기판의 솔더 페이스트의 인쇄 형상에 대해 검사를 행하는 단계를 포함하고 있다.

본 발명의 상기 목적에 따른 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사장치는 카메라로부터 패턴 영상을 취득하는 패턴영상 취득부와, 높이 측정을 위해 연속적인 부호화 패턴을 투영하는 전처리 처리부와, 전처리된 패턴 영상을 적당한 문턱치에 따라 변환하여 이진 영상을 생성하는 이진영상 생성부를 포함하고 있다.

상기 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사장치는 또한 상기 이진영상 생성부에 의해 구해진 이진 영상을 패턴이 조사된 순서대로 정렬함으로써 공간부호화 영상정보로 변환되도록 하는 메모리와, 카메라상의 픽셀 좌표와 이 카메라와 프로젝터간의 관계를 나타내는 시스템 파라미터를 자료화하여 보관하고 있는 룩업테이블과, 상기 메모리의 공간부호화 영상정보를 기초로 상기 룩업테이블의 시스템 파라미터를 조회하여 높이 정보를 구하는 높이데이타 생성부와, 상기 높이데이타 생성부에서 구해진 높이 정보로 인쇄회로기판의 솔더 페이스트에 대해 검사를 행하는 검사부를 포함하고 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 보인 첨부도면을 참조하여 상기와 같은 구성의 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 4 에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴광 투영 3차원 측정방식의 헤더의 구성이 도시되어 있다. 이에 도시된 바와 같이, 상기 패턴광 투영 3차원 측정방식의 헤더는 카메라(10)와 프로젝터(20)를 가지고 있다. 상기 프로젝터(20)는 상기 카메라(10)와 어느 정도의 각도를 두고, 인쇄회로기판(40)상에 인쇄되어 있는 솔더 페이스트(50)측으로 패턴광(30)을 투영하게 된다. 프로젝터(20)에 의해 투영된 패턴광(30)에 의해 인쇄회로기판(40)상에 인쇄되어 있는 상기 솔더 페이스트(50)가 주사된다.

도 5 에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사장치가 도시되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사장치는 크게 영상처리기(60)와 호스트(host)(70)로 구분될 수 있다.

상기 영상처리기(60)는 상기 카메라(10)의 출력측에 접속되어 있는 패턴영상 취득부(61)와, 전처리 처리부(62)와, 취득된 패턴 영상을 적당한 문턱치에 따라 변환하여 이전영상을 생성하는 이진영상 생성부(63)로 구성되어 있다.

상기 호스트(70)는 비트 평면 데이타(Bit Plane Data)를 저장하기 위한 제 1 메모리(71)와, 상기 비트 평면 데이타를 순서대로 정렬시킴으로써 공간부호화 영상 데이타가 되도록 한 제 2 메모리(72)와, 시스템 파라미터를 보관하고 있는 룩업테이블(LUT : Look-Up Table)(73)과, 이 룩업테이블(73)을 조회하여 높이 정보를 구하는 높이데이타 생성부(74)와, 구해진 높이 정보에 따라 인쇄회로기판(40)의 솔더 페이스트(50)에 대해 검사를 행하는 검사부(75)로 구성되어 있다.

도 4 에서, 프로젝터(20)는 상기 호스트(70)의 출력신호를 입력받아 이 프로젝터(20)에 장착되어 있는 액정표시소자에 광투과율을 조절하는 줄무늬 형태의 마스크를 제어하는데, 이 제어에 의하여 공간은 밝은 부분과 어두운 부분으로 수평분할된다. 상기 프로젝터(20)에 의해 투영된 패턴광(30)은 인쇄회로기판(40)의 위측에 있는 카메라(10)의 시야에 비추어 지게 되어 이 카메라(10)측에서 영상패턴이 취득된다.

도 6 에는 공간부호화 패턴 투영방식에 따른 3차원 영상이 도시되어 있다. 이 도면에서, 마스크 패턴(A)은 2차원 솔더 페이스트(50)의 위치 정보를 얻기 위한 패턴으로, 어두운 띠가 없기 때문에 밝은 조명을 비추는 것과 같은 효과를 지닌다. 그리고 순서적으로, 카메라(10)로 각각의 패턴(B,C,D)을 촬영을 했을 때 밝은 부분을 1로, 어두운 부분을 0으로 하면 2³개, 즉 8개의 수평으로 분할된 영역에 대한 부호화 코드를 얻을 수 있다. 본 발명에서는 8개의 패턴을 주사하여 256개의 공간부호화 코드를 얻는다. 이는 카메라(10)측의 패턴영상 취득부(61)의 일반적인 해상도가 512이기 때문에 이보다 1비트 작은 8개의 패턴을 투과하는 것이다.

따라서, 도 8 의 n값은 8이 된다. 패턴광(30)의 투영을 8회 반복함으로써 256개의 라인정보를 얻을 수 있다. 이는 256개 슬릿광을 투영한 것과 동일한 효과를 나타낸다.

상기 각각의 패턴(B,C,D)이 조사됨으로써 획득된 패턴 영상이 E이고, 이 패턴 영상은 배경의 영향을 받지 않은 적당한 문턱치에 따라 값이 변환되어 이진 영상(F)으로 만들어진다. 이러한 이진 영상(F)은 1비트 정보(1 또는 0)를 가지고 있으며, 각각의 비트 정보 영상은 상기 패턴이 조사된 순서대로 정렬된다(G). G에서 정렬된 비트 영상정보가 바로 공간부호화 영상정보로 된다. 이 공간부호화 영상으로부터 높이 정보를 얻기 위해서는, 카메라(10)상의 픽셀 좌표와 카메라(10)와 프로젝터(20)간의 관계를 나타내는 시스템 파라미터를 이용하여 삼각측량법을 적용하면 된다.

이때 상기 시스템 파라미터는 캘리브레이션 작업을 통해 미리 알고 있는 3차원 정보로부터 구해지게 된다. 상기 시스템 파라미터로부터 높이 정보를 산출하는 과정은 꽤 시간이 걸리는 단점이 있는데, 이를 극복하기 위해 본 발명에서는 미리 캘리브레이션 과정을 통해 상기 시스템 파라미터를 자료화하여 룩업테이블(73)에 보관해 둔 후, 바로 이 룩업테이블(73)을 조회하여 높이데이타 생성부(74)에서 높이 정보를 구한다. 이와 같은 방법으로 카메라 방향에서 본 페이스트 영상에 대한 X,Y,Z 각각의 축에 대한 높이 정보가 구해지고, 이 높이 정보로 인쇄회로기판(40)의 솔더 페이스트(50)에 대한 검사부(75)에서 검사를 행한다.

도 7 에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사장치의 전체 검사 흐름도가 도시되어 있다. 이 흐름도는 종래의 검사방식인 슬릿광 주사방식의 검사 흐름도(도 2 참조)와 비교하여 볼 때, 위치 정보 및 높이 정보의 특징 추출 과정(ST3)만이 다르다. 이 특징 추출 및 높이 측정 과정에 대한 상세 흐름도가 도 8 에 도시되어 있다.

도 8 의 흐름도에서는, 먼저 도 6 의 마스크 패턴(A)이 프로젝터(20)로부터의 패턴광(30)에 의해 조사됨으로써 영상처리기(60)의 패턴영상 취득부(61)에 의해 상기 카메라(10)로부터 패턴 영상이 취득되고, 위치 검사에 관련된 특징이 추출된다(ST10,ST20). 다음에, 전처리 처리부(62)에 의해 높이 측정을 위한 연속적인 부호화 패턴(i)이 투영되고(ST30), 전처리 처리 후 이진영상 생성부(63)에서 이진 영상을 얻는다(ST40).

이러한 과정이 예컨대 8회 반복된 후(n=8)(ST50), 호스트(70)의 제 1 메모리(71)와 제 2 메모리(72)측에서 각각의 이진 영상이 순서적으로 정렬이 됨으로써, 공간부호화 영상이 생성된다(ST60,ST70). 앞서 언급한 바와 같이, 룩업테이블(73)에는 카메라상의 픽셀 좌표와 이 카메라와 프로젝터간의 관계를 나타내는 시스템 파라미터가 자료화되어 보관되어 있다. 높이데이타 생성부(74)는 상기 제 2 메모리(72)의 공간부호화 영상정보를 기초로 상기 룩업테이블(73)에 보관되어 있는 시스템 파라미터를 조회하여 높이 정보를 구한다(ST80).

이와 같이 생성된 높이 정보와 위치 정보를 기존의 데이타 베이스에 저장되어 있는 검사 특징량과 비교하여 솔더 페이스트의 인쇄 상태에 대한 검사가 행해진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서 패턴광 투사방식을 사용함으로써 종래의 슬릿과 주사방식보다 주사 회수가 줄어들므로 측정시간이 단축되고 해상도도 높아진다. 또한 종래의 슬릿광 방식은 어느 정도의 측정시간내에 한정된 라인만큼만 주사를 행하기 때문에 패드로부터 충분한 정보를 얻지 못했지만 본 발명에서는 패턴광 투과방식을 사용함으로써 카메라 영상 전체부분에서 정보를 획득할 수 있다. 즉, 영상취득부의 해상도에 따라 본 발명의 높이 정보관련 해상도가 좌우된다. 이는 슬릿광 투과방식의 해상도는 라인수에 비례하지만, 본 발명의 패턴 투과방식에서는 n번의 투영으로부터 2ⁿ개의 라인정보를 얻을 수 있기 때문이다. 본 발명은 솔더 페이스트의 균일성, 솔더 페이스트 볼 또는 크기가 매우 작은 미소패드에 대해서도 적용가능하다.

Claims (4)

1. 카메라로부터 패턴 영상을 취득하는 패턴영상 취득부와,

   높이 측정을 위해 연속적인 부호화 패턴을 투영하는 전처리 처리부와,

   전처리된 패턴 영상을 적당한 문턱치에 따라 변환하여 이진 영상을 생성하는 이진영상 생성부와,

   상기 이진영상 생성부에 의해 구해진 이진 영상을 패턴이 조사된 순서대로 정렬함으로써 공간부호화 영상정보로 변환되도록 하는 메모리와,

   카메라상의 픽셀 좌표와 이 카메라와 프로젝터간의 관계를 나타내는 시스템 파라미터를 자료화하여 보관하고 있는 룩업테이블과,

   상기 메모리의 공간부호화 영상정보를 기초로 상기 룩업테이블의 시스템 파라미터를 조회하여 높이 정보를 구하는 높이데이타 생성부와,

   상기 높이데이타 생성부에서 구해진 높이 정보로 인쇄회로기판의 솔더 페이스트의 인쇄 형상에 대해 검사를 행하는 검사부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 패턴영상 취득부에 의해 취득된 패턴 영상은 프로젝터에 의해 투영된 패턴광의 솔더 페이스트 조사에 의해 획득된 패턴 영상인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 이진영상 생성부는 이진영상 생성을 8회 반복하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사장치.
4. 카메라로부터 취득된 패턴 영상에 전처리를 행하는 단계와,

   전처리된 패턴 영상을 적당한 문턱치에 따라 변환하여 이진 영상을 생성하는 단계와,

   상기 이진 영상을 패턴이 조사된 순서대로 정렬함으로써 공간부호화 영상정보로 변환하는 단계와,

   소정의 시스템 파라미터를 자료화하여 룩업테이블에 보관하는 단계와,

   상기 공간부호화 영상정보를 기초로 상기 룩업테이블의 시스템 파라미터를 조회하여 높이 정보를 구하는 단계와,

   상기 구해진 높이 정보로 인쇄회로기판의 솔더 페이스트의 인쇄 형상에 대해 검사를 행하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 솔더 페이스트 인쇄 형상 검사방법.