KR19990071338A - 프린트 배선판 어셈블리의 검사 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 PCB 어셈블리 검사 기술이 개시되는데, 그 방법은 컬러와 흑백 이미지들 모두를 사용하는 다중 카메라들 설비를 포함한다. 매우 강한 백색 광이 광원으로서 사용된다. 다중 카메라 설비는 PCB 어셈블리를 다른 각도들로부터 검사하기 위해, 정면으로 그리고 비스듬히 촬영하는 카메라들을 포함한다. 강한 백색 광원은 작은 카메라 구경에도 충분한 조명을 제공하여, 초점 심도를 증가한다. 본 방법은 PCB의 휨과 소자들 높이의 변화에 의해 영향을 받지 않는다.

Description

프린트 배선판 어셈블리의 검사

본 발명은 기계를 이용하여 영사(imaging, 영상화)함으로써 프린트 배선판 어셈블리(printed circuit board(PCB) assembly)를 검사하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

PCB 상의 표면 장착형 디바이스들에 대한 자동화된 검사는 전자 디바이스들이 더 소형화되고 패킹 밀도가 더 높아짐에 따라 더욱 중요해지고 있다. 자동화된 검사는 일관성 및, 속도의 관점에서, 그리고 장시간 운영시 더 저렴한 비용이 수반된다는 점에서 수동 검사보다 더 나은 기능을 가진다.

표면 장착형 PCB 어셈블리 상에서 통상적으로 발견되는 결점들은 구성 소자의 결여, 미스어라인먼트(misalignment), 타이틀드 컴포넌트(titled components), 톰스토닝/오픈 회로(tombstoning/open circuit), 잘못된 구성 소자들, 잘못된 수치, 교락/단락 회로(bridging/short circuit), 굽은 리드(bent leads), 잘못된 극성(wrong polarity), 잉여의 구성 소자들(extra components), 위로 들려진 리드(lifted leads), 불충분한 납땜, 다른 것들 사이의 과도한 납땜을 포함한다.

산업적으로 유용한 검사 기계는 이 결점들을 신뢰할 수 있을 정도로 검출할 수 있어야 하고, 생산 비율에 맞게 대처하기 위해 충분히 빨라야 한다. 대체로 말해서, 검사 기술은 세가지 다른 분야들로 나뉠 수 있다. 이들은 X-레이 기술(X-ray technique), 레이저 스캔닝 기술(laser scanning technique), 그리고 기계 영상 기술(machine vision technique)이다. X-레이 기술은 정밀한 초점의 X-레이 소오스(X-ray source)와, PCB 어셈블리의 X-레이 이미지들을 포착하고 분석하기에 적당한 검출기를 포함한다. 불충분한 납땜, 과도한 납땜, 그리고 불량한 웨팅(poor wetting)과 같은 납땜과 관련된 결점들은 X-레이 기술에 의해 쉽게 검출될 수 있다. 그러나, 잘못된 수치, 잘못된 구성 소자들, 잘못된 극성, 그리고 굽은 리드들은 이 방법을 사용하여 검출될 수 없다.

레이저 스캐닝 기술은 PCB 어셈블리의 3D 프로파일(profile)을 측정하기 위하여 레이저 트라이앵귤레이션 방법(laser triangulation method)을 사용한다. 레이저 빔이 PCB 어셈블리의 표면을 가로질러 스캔되고 되돌아온 빔 정보는 스캔된 경로의 3D 프로파일을 계산하는데 사용된다. PCB 어셈블리의 3D 프로파일은 공지된 양호한 보드의 것과 비교된다. 잘못된 수치, 그리고 극성은 이 방법을 사용하여 검사되지 않는다. 이 방법으로부터 약간 변형된 방법은 PCB 어셈블리 표면 상의 두개의 코히어런트한 레이저 빔들(coherent laser beams)의 간섭에 의해 만들어진 간섭 프린지들(interference fringes)을 활용한다.

기계 영상 기술은 PCB 어셈블리의 분석을 위해 카메라나 다른 비디오 소오스들(vidio sources)에 의해 포착된 이미지들을 사용한다. 그러므로 이 기술은 조명과 조망 설비(lighting and viewing setup)에 대단히 의존한다. 그러한 기술은 한 예로, 많은 조합(combinations)의 조명 모드(lighting mode)를 얻기 위해 배열될 수 있는 개별적 프로그래밍이 가능한 수백개의 LED들을 포함하는 반구형의 조명 설치물을 사용한다. 다른 납땜이나 어셈블리 결점들은 다른 조합의 조명 모드에 의해 부각된다. 그러나, 이 방법은 확실한 제약점들을 가진다. 예를 들면, LED들에 의해 발생된 빛의 강도는 보통 충분하게 밝지 않으므로, 카메라 렌즈 구경이 넓게 열려질 필요가 있다. 큰 카메라 구경은 이미징 시스템의 초점 심도(depth of field)를 제한할 것이다. 검출 알고리즘들은 조명 모드와 밀접하게 연관되어 있어서 수백개의 LED들을 선택하고 프로그래밍하기가 어렵다. 그리하여, 새로운 PCB 어셈블리에 대해 요구되는 교습(teaching) 시간이 길고 복잡하다.

최근에, PCB 상의 결점 검사용으로, 컴퓨터로 제어되는 다중 각도 조명 시스템이 제시되었다. 이 조명 시스템은 강도의 레벨에 관하여 컴퓨터로 제어되고 입사각에 대해서 조절할 수 있다. 조명 시스템은 조명 제어 전자 장치와 사각의 석영 할로겐 램프 어레이 광원(quad quartz halogen lamp array light source), 광섬유 라인 컨버터 그리고 조명 집결 시스템을 포함한다.

바람직한 검사 시스템은 신뢰할 수 있고, 정확하고 주위 조건의 변화에 영향을 받지 않고, 그리고 새로운 PCB 어셈블리에 대한 조립이 용이해야 한다. 검사 시스템은 최소한의 프로그래밍 또는 기계 영상 지식을 가진 통상의 기술자나 조작자에 의해 작동될 수 있는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명은 신규한 조명과 조망 기술(lighting and viewing)의 사용을 통해, 상술한 바람직한 기능들의 대부분을 달성하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명과 카메라 어셈블리의 평면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 조명과 카메라 어셈블리의 정면도.

도 3은 시역의 배열을 나타낸 도면.

도 4는 비스듬한 조망 보정(oblique view compensation)에 대한 초점 심도(depth of field)를 나타낸 설명도.

도 5는 휨 보정(warpage compensation)에 대한 초점 심도를 나타낸 설명도.

도 6은 전체 시스템 설비의 블록도.

도 7은 사각의 플랫(flat) IC를 네개의 비스듬한 흑백 카메라들(monochrome cameras)의 시역(field of view)과 포개어 함께 나타낸 평면도.

도 8은 작은 외형의 IC(small outline IC, SOIC)를 두 개의 마주보는 비스듬한 흑백 카메라들로부터의 시역과 포개어 함께 나타낸 평면도.

도 9는 본 발명의 시스템의 또 다른 실시예의 정면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : PCB 어셈블리

2 : 중앙 컬러 카메라

3, 4, 5, 6 : 흑백 카메라들

7 : 링 모양 광원

10 : 개구

본 발명은 신뢰할 수 있는 PCB 어셈블리의 검사를 달성하기 위해 독특한 카메라와 조명 구성을 사용한다. 일 실시예에서는, 흑백과 컬러 카메라들(비디오 소오스) 모두를 이용하는 다중 카메라 시스템이 사용된다. 이제부터 명세서와 청구항에서 비디오 카메라를 언급할 때는 카메라라는 용어가 사용될 것이다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면, PCB 어셈블리 검사 장치가 제공되는데, 이 장치는 복수개의 카메라들과 조명 어셈블리를 포함한다. 복수개의 카메라들은 실질적으로 PCB 어셈블리와 직각을 이루도록 배열된 광학 축을 가지는 중앙 카메라와, 네개의 주변 카메라들을 포함하는데, 네개의 주변 카메라들은 그들 각각의 광학 축들이 PCB 어셈블리에 대해 비스듬히 배열되고 그리고 중앙 카메라의 광학 축에 대해 대칭적으로 위치된다.

바람직하게는, 중앙 카메라는 컬러 카메라이고, 주변 카메라들은 흑백 카메라들이다.

네개의 주변 카메라들은 PCB 어셈블리에 대해 어떤 각도로 기울어져 있다. 그리하여 네개의 흑백 카메라들은 비스듬한 각도에서 PCB의 이미지들을 포착한다. 복수개의 이미지들은 집합적으로 PCB 어셈블리의 모든 완성된 조망(all rounded view)을 제공하여 PCB 어셈블리의 신뢰할 수 있고 정확한 분석을 가능케 한다.

본 발명의 두번째 특징에 따르면, PCB 어셈블리의 검사 방법이 제공된다. 그 방법은 조명 어셈블리를 사용하여 PCB 어셈블리를 조명하는 단계와, 복수개의 카메라들을 사용하여 PCB 어셈블리를 촬영하는 단계를 포함한다. 복수개의 카메라들은 실질적으로 PCB 어셈블리와 직각을 이루도록 배치된 광학 축을 가지는 중앙 카메라와, 네개의 주변 카메라들을 포함하는데, 네개의 주변 카메라들은 그들 각각의 광학 축들이 PCB 어셈블리에 대해 비스듬히 배열되고 그리고 중앙 카메라의 광학 축에 대해 대칭적으로 위치되도록 배열된다. 복수개의 카메라들 중 최소한 하나로부터의 비디오 신호가 최소한 한개의 프레임 그래버(frame grabber)로 인가되어 처리되므로써, 그것에 의하여 PCB 어셈블리 내의 결점들이 검출될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 배경으로부터 소자들을 용이하게 추출하기 위해, 중앙 카메라에 의해 포착된 이미지들을 컬러 이미지 처리한다. 예를 들어, PCB 자체는 거의 녹색인데 반해 소자들은 보통 그렇지 않다. 이런 방법으로, PCB 어셈블리의 컬러 이미지를 얻으면 소자들을 그것의 배경으로부터 쉽게 분리할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 네개의 비스듬한 흑백 카메라들은 네개의 다른 방향으로부터 PCB 어셈블리를 촬영할 수 있기 위해, 중앙 컬러 카메라 주위에 배치된다. 편의상, 이 방향들은 북, 남, 동 및 서로 표시된다. 이제부터 세그먼트라고 표시될 PCB 어셈블리의 공통 영역이 카메라들에 의해 한번에 검사될 수 있도록, 네개의 비스듬한 카메라들의 시역이 중앙 카메라와 결부된다. 바람직하게, 어느 두개의 마주하는 카메라들의 시역도 겹치지 않아서 이미지 해상도와 전체 검사 영역이 증가될 수 있다. 흑백 이미지들은 납땜이나 리드들과 PCB 간의 콘트라스트(contrast)를 효과적으로 포착할 수는 있으나, 소자들과 PCB를 쉽게 구별해내지는 못할 것이다. 네개의 흑백 카메라들을 PCB 어셈블리에 대해 비스듬히 설치하면 높이에 관한 정보를 계산할 수 있다. 그러므로 비스듬한 흑백 카메라들은 들려진 리드들 그리고 굽은 리드들과 같은 리드의 기하적인 결점들을 검사하는데 사용되면 효과적이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 주위의 조명 조건이 실제 검사 조건에 영향을 미치지 못할 정도로 강한 강도의 조명이 사용된다. 양적으로, 광원은 대상물 상의 강도를 주위 조명의 수준에 기인된 것보다 최소한 열배 더 강하게 만들어야 한다. 강한 조명은 카메라 렌즈의 홍채로도 공지된 구경이 작게 조절되게 허용하여, 카메라들의 초점 심도를 증가시킨다. 구경의 크기는 이미징 시스템의 초점 심도와 역의 관계에 있다. 큰 초점 심도는 이미징 시스템이 검사 대상물의 높이나 깊이의 변화에 덜 민감하게 해준다. PCB 어셈블리의 깊이와 높이의 변화는 소자 크기, PCB 두께, 또는 PCB의 휨의 변화로부터 야기될 수 있다. 그러한 변화들은 바람직하지 않고, 카메라들에 의해 포착된 이미지들의 선명도에 나쁜 영향을 미칠 것이다. 초점 심도를 크게 하면 이러한 변화에 관계없이 초점이 잘 맞추어진 이미지들을 포착할 수 있게 해준다. 더우기, PCB 어셈블리에 비스듬한 각도로 설치된 흑백 카메라들은 전체 시역을 깨끗하게 보기 위하여 큰 초점 심도가 필요할 것이다. 비스듬히 보는 카메라들의 근 시역과 원 시역은 서로 다른 초점 심도를 가질 것이다. 백색의 링 모양 광원이 바람직하게 사용된다. 백색 광원은 다른 색깔의 스펙트럼이 동일하게 조명되게 허용할 것이고, 그리하여 컬러 이미지 처리와 분석을 용이하게 할 것이다. 연관된 컬러 이미지 처리와 함께 백색 광원을 사용하는 것은 표면 장착형 저항들 및 커패시터들과 같이 착색된 소자들을 검출하는데 특히 유용하다. 이들 소자들 중의 어떤 것은 갈색, 노란색, 파란색, 또는 오렌지 색일 것이다. 만일 흑백 이미지들만이 사용된다면, 착색된 소자들을 그 배경으로부터 구별하기가 불가능할 것이다. 흑백 이미지들에서는, PCB와 착색된 소자들의 색이 거의 같은 명암의 회색을 갖는 것으로 보일 것이고, 그리하여 검출을 용이하게 할 콘트라스트(contrast)를 산출해내지 못한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, X와 Y 방향으로 PCB 어셈블리를 이동할 수 있는 X-Y 테이블 상에 PCB 어셈블리가 놓인다. PCB 어셈블리는 일반적으로 카메라들의 시역보다 더 크므로, X-Y 테이블이 PCB 어셈블리를 세그먼트씩(segment by segment) 검사용 카메라와 조명 어셈블리 하에 위치시키는데 이용된다. 이런 방법으로 전체 PCB 어셈블리가 완전히 검사될 것이다. PCB 어셈블리 상의 세그먼트의 크기는 카메라들의 시역에 의해 결정된다. 특히, 중앙 컬러 카메라에 의해 검출될 결점들에 대해, 세그먼트의 크기는 중앙 컬러 카메라의 시역에 의해 결정된다. 들렸거나, 교락하거나, 굽혀진 리드들과 리드 상의 납땜 결점들에 대한 리드 검사가 요구되는 IC와 다른 소자들에 대하여는, 세그먼트의 크기가 네개의 비스듬한 흑백 카메라들의 시역에 의해 결정될 것이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, PCB 어셈블리 상의 결점들을 검출하기 위해 규칙에 기초한 접근법(rule-based approach)이 사용된다. 컬러와 흑백 카메라들에 의해 포착된 복수개의 이미지들로부터 시그네쳐들(signatures)이 추출된다. 시그네쳐들은 PCB 어셈블리의 상태를 판단하는 일단의 규칙들에 의해 확인된다.

도 1은 다섯 개의 카메라들(2, 3, 4, 5 및 6)을 갖는 일 실시예를 나타낸다. 중앙 카메라(2)는 PCB 어셈블리(1)를 정면으로, 즉 수직에서 촬영하는 컬러 카메라(colour camera)이다. 바꾸어 말하면, 중앙 컬러 카메라(2)의 광학 축(8)이 PCB 어셈블리(1)와 직각을 이룬다. PCB 어셈블리의 조명용으로 밝은 백색의 링 모양 광원(7)이 중앙 컬러 카메라(2) 아래에 설치된다. 링 모양 광원(7)은 그 중앙에 개구(10)를 갖는데 중앙 컬러 카메라(2)가 이 개구(10)를 통해서 PCB 어셈블리(1)를 촬영한다. 네 개의 흑백 카메라들(3, 4, 5 및 6)은 중앙 컬러 카메라(2) 주위에 대칭적으로( 즉, 등간격으로) 위치된다. 이 흑백 카메라들(3, 4, 5 및 6)의 광학 축들은 PCB 어셈블리(1)의 법선에 대해 어떤 일정한 각도로 기울어져 있다. 이 실시예에서, 중앙 컬러 카메라(2), 네 개의 비스듬한 흑백 카메라들(3, 4, 5 및 6) 그리고 백색의 링 모양 광원(7)은 카메라 및 조명 어셈블리(12)라고 집합적으로 불리는 공통의 구조상에 설치된다( 도 2 참조).

편의상, 네 개의 비스듬한 흑백 카메라들은 각각 북(5), 남(6), 동(4) 및 서(3)라고 라벨을 붙인다. 마주보는 어느 두 흑백 카메라들의 시역도 겹쳐지지 않는다( 도 3 참조). 예를 들어, 북(5)과 남(6) 카메라들은 겹치는 영역을 가지지 않는다. 그들의 시역들은 각각 제1 및 제2 영역들(21 및 22)에 의해 표시되어 있다. 유사하게, 이것은 동(3)과 서(4) 카메라들에도 적용된다. 그들의 시역들은 각각 제3 및 제4 영역들(23 및 24)에 의해 표시되어 있다. 두 개의 마주보는 시역 사이의 간격은 PCB 어셈블리(1) 상에 사용된 IC의 크기에 의존한다. 네 개의 비스듬한 흑백 카메라들(3, 4, 5 및 6) 각각의 배율이 동일하여, 같은 이미지 처리 알고리즘들이 네 개의 이미지들 모두에 적용될 수 있다.

중앙 컬러 카메라(2)는 주로 구성 소자의 결여, 미스어라인먼트, 톰스토밍, 브리징, 잘못된 수치의 구성 소자, 잘못된 구성 소자들, 잘못 맞추어진 방향이나 극성, 그리고 불충분한 납땜과 같은 납땜에 관련된 결점들의 검사를 책임진다. 정면으로 바라보는 중앙 컬러 카메라는 영사 과정(imaging process)에 있어 어떤 기하적인 수차(geometrical distortion)도 포함하지 않는다. 또한 높은 키의 구성 소자들에 의한 장애의 여지도 없다.

네 개의 비스듬하게 설치된 흑백 카메라들(3, 4, 5 및 6)은 IC 리드들(leads)을 포함하는 이미지들의 포착에 특히 적합하다. 예를 들어, 사각의 납작한 팩 IC(51)의 사면에 있는 리드들(52, 도 7 참조)은 네 개의 흑백 카메라들(3, 4, 5 및 6)에 의해 보여질 수 있다. IC(51)의 각 측면 상의 리드들(52)은 네 개의 비스듬한 흑백 카메라들(3, 4, 5 및 6) 중의 하나에 의해 촬영된다. IC가 비스듬한 흑백 카메라들의 시역보다 더 큰 경우, 리드들(52)을 완전히 커버하기 위하여 몇 개의 포착 단계들이 수행될 필요가 있을 것이다. 그러한 다른 영역들 상의 이미지들을 포착하는 동작은 X-Y 테이블에 의해 이루어질 수 있는데, 이것은 아래에 더 상세히 설명될 것이다. SOIC(54, 도 8 참조)와 같은 양면 IC(dual sided IC)의 경우에는, 단지 한쌍의 비스듬한 흑백 카메라들이 리드들(55)을 촬영하는데 필요하다. 예를 들어, 만일 SOIC(54)의 긴쪽 면이 동-서 방향으로 정렬되어 있다면, 단지 북(5)과 남(6) 카메라들이 리드(55)를 촬영하는데 필요하게 될 것이다. 네 개의 비스듬한 흑백 카메라들(3, 4, 5 그리고 6) 각각이 PCB 어셈블리(1)에 대해 기울어져 있기 때문에, 높이에 관련된 정보가 얻어질 수 있다. 구성 소자의 높이에 있어서의 변화는 그 구성 소자의 위치 변화로서 해석된다. 들려진 리드 결점(lifted leads defect)은 리드의 높이 변화와 관련되고 그리하여 비스듬히 촬영하는 카메라들에 의해 포착된 이미지에서 그것의 위치 변화로서 검출될 수 있다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 백색 링 광원(7)이 본 실시예에 사용된다. 백색 링 광원(7)은 중앙 컬러 카메라(2) 주위에 설비되고 균일한 광 분포를 가지고 PCB 어셈블리(1)를 위(top)로부터 조명한다. 백색 링 광원(7)은 그의 중앙에 개구(10)를 갖는다. 열린 개구(10)는 중앙 컬러 카메라(2)가 장애 없이 PCB 어셈블리(1)를 볼 수 있게 한다. 백색 링 광원(7)은 스펙트럼 상의 다른 색들이 똑같이 조명되도록 할 수 있고 그리하여 컬러 이미지 처리와 분석을 용이하게 한다. 관련된 컬러 이미지 처리와 함께 백색 링 광원(7)을 사용하는 것은 표면에 설치된 저항이나 커패시터들과 같이 착색된 소자들을 검사하는데 특히 유용하다. 이 소자들 가운데 어떤 것들은 갈색, 노란색, 파란색, 또는 오렌지 색일 수 있다. 만일 흑백의 이미지들만 사용된다면, 착색된 소자들을 배경으로부터 구분하기가 불가능할 것이다. 흑백의 이미지들에서는, PCB와 착색된 소자들의 색이 거의 동일한 명암의 회색을 갖는 것으로 보일 것이고, 그리하여 검사를 용이하게 할 현저한 콘트라스트가 산출되지 않는다.

백색 링 광원(7)은 주위의 조명 조건이 실제 검사 조건에 아무 영향을 미치지 못할 만큼 강한 강도의 출력을 갖는다. 양적으로, 백색 링 광원(7) 강도는 주위의 조명 수준보다 10배 이상 더 강하다. 강한 조명 강도는 또한 카메라 렌즈의 홍채로도 공지된 구경이 작게 조절되도록 허용하여, 카메라의 초점 심도를 증가시킨다. 이것은 네 개의 비스듬한 흑백 카메라들(3, 4, 5 및 6)에게 특히 중요하다. 구경의 크기는 이미징 시스템의 초점 심도와 역비례 관계이다. 큰 초점 심도는 이미징 시스템이 검사 대상물의 깊이나 높이 상의 변화에 덜 민감하도록 해준다. PCB 어셈블리(1)의 깊이와 높이의 변화는 소자 크기, PCB 두께(17), 그리고 PCB의 휨(16)의 변화로부터 야기될 수 있다. 이들은 바람직하지 않은 변화들이고, 카메라들(2, 3, 4, 5 및 6)에 의해 포착된 이미지들의 선명도에 나쁜 영향을 미친다. 큰 초점 심도를 갖는 것은 이 변화들에 관계없이 초점이 잘 맞춰진 이미지들이 포착될 수 있도록 한다. 더욱이, PCB 어셈블리(1)와 비스듬한 각도(11, 도 4 참조)로 설치된 흑백 카메라들(3, 4, 5 및 6) 각각은 전체 시역을 선명하게 촬영하기 위하여 큰 초점 심도를 필요로 한다. 비스듬하게 촬영하는 카메라의 근 시역과 원 시역은 참조 번호 15에 의해 표시된 바와 같이 서로 다른 초점 심도를 가지게 될 것이다.

PCB 어셈블리(1)의 크기는 카메라의 시역보다 훨씬 더 클 것이다. 그리하여, 그런 경우, PCB 어셈블리(1)가 여러 다른 세그먼트들로 나뉘어지고, 한번에 하나의 세그먼트씩 검사된다. 검사를 위해 PCB 어셈블리(1)의 각 세그먼트들을 카메라 및 조명 어셈블리(12, 도 2 참조)로 이동시키는데 X-Y 테이블(62, 도 6 참조)이 요구된다. 각 세그먼트는 다른 소자들이나 IC를 포함할 수 있다. 중앙 컬러 카메라(2)의 실제적인 시역의 크기(도 3 참조)는 PCB 어셈블리(1) 상에서 발견될 수 있는 가장 작은 소자 크기에 의해 결정된다. 1.0mm × 0.5mm 정도의 작은 표면 장착된 소자들이 발견될 수 있다. 그리하여 30 - 50 마이크론(10^-6m)의 화소 분해능이 중앙 컬러 카메라(2)에 요구된다. 시역은 수평 너비(H)와 수직 너비(V)에 의해 측정된다. 시역(20)의 수평 인자는 수평 방향 화소들의 전체 개수에 화소 분해능을 곱한 것과 같다. 유사하게, 시역의 수직 인자는 수직 방향 화소들의 전체 개수에 화소 분해능을 곱한 것과 같다. 비스듬한 흑백 카메라들(3, 4, 5 및 6) 각각에 대하여 20 - 30 마이크론의 화소 분해능이 요구된다. 비스듬한 흑백 카메라들(3, 4, 5 및 6)의 유효 시역(21, 22, 23 및 24)은 중앙 컬러 카메라(20)의 유효 시역보다 더 작다( 도 3 참조). 그리하여, 도 3에 도시된 바와 같이 중앙 컬러 카메라(2)와 네 개의 비스듬한 흑백 카메라들(3, 4, 5 및 6)의 시역 사이에 큰 오버랩(overlap)이 있다. 화소 분해능은 검사 속도와 검사 정확도 사이의 트레이드 오프(trade off)이다. 예를 들어, 만일 화소 분해능이 20 마이크론보다 더 작다면, 들려진 리드와 같은 결점들이 쉽게 검출되도록 할 것이다. 그러나, 만일 시역의 범위(coverage)가 작고 더 많은 X-Y 스텝핑(stepping)이 수행되어져야 한다면, 결과적으로 전체 검사 시간이 증가될 것이다.

본 실시예에서는, PCB 어셈블리(1) 상의 결점을 검출하기 위해 규칙에 기초한 접근법이 사용된다. 시그네쳐들(signatures, 즉, 각 영역에 대한 특정한 정보)이 컬러와 흑백 카메라들(2, 3, 4, 5 및 6)에 의해 포착된 복수개의 이미지들로부터 추출된다. 이 시그네쳐들은 PCB 어셈블리(1)의 상태를 결정하기 위한 일단의 규칙으로 확인된다. 규칙에 기초한 접근법은 공지된 양호한 PCB 어셈블리(1)의 이미지를 기억할 필요가 없음을 의미한다. 그리하여 이미지 처리 시스템 상의 메모리 요구와 계산 시간이 줄어든다. 추출될 수 있는 시그네쳐들은 리드들과 소자 및 IC 본체의 X와 Y 사영들(projections)을 포함한다. X와 Y 사영들을 사용하여, 트랜지션들(transitions)의 개수, 트랜지션들 간의 거리, 그리고 트랜지션들 간의 피치와 같은 몇개의 다른 변수들이 더 추출될 수 있다. 이 시그네쳐들은 조명 조건 변화에 덜 민감하도록 표준화된다.

전체 시스템 설비는 호스트(60)로 사용되는 개인용 컴퓨터(PC)를 포함한다. PC 호스트(60)는 프레임 그래버들(frame grabbers, 61)과 프로그램 가능한 로직 콘트롤러(programmable logic controller, PLC, 65)에 접속된다. PC 호스트(60)가 전체 검사 동작들을 제어한다. 프레임 그래버들(61)은 다섯 개의 카메라들(2, 3, 4, 5 및 6)에 더 접속된다. 프레임 그래버들(61)이 다섯 개의 카메라들(2, 3, 4, 5 및 6)로부터 비디오 소오스들을 수신하고 그들을 디지털 이미지 처리에 적합한 형태로 디지털화한다(digitize). 프레임 그래버들(61)에는 디지털 이미지 처리용 이미지 프로세서들이 구비된다. PLC(65)는 일단의 센서들(64)로부터의 입력을 수신한다. 이 센서들(64)은 컨베이어(conveyor, 63) 상의 PCB 어셈블리의 존재, 본위치, 그리고 다른 안전성들을 감지하는데 사용된다. PLC(65)는 검사 목적으로 PCB 어셈블리(1)를 세그먼트씩 카메라와 조명 어셈블리(12)로 이동시키는데 책임이 있는 X-Y 테이블(62)을 제어한다.

도 9는 본 발명의 시스템의 또 다른 실시예를 나타낸다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 본 시스템(12B)은 도2에 도시된 실시예의 모든 특징들을 갖는다. 부가적으로, 시스템(12B)는 대상물(1, 즉 PCB 어셈블리)을 조명할 목적으로 광원(7)으로부터의 빛과 구별되는 파장의 빛을 가진 제2 광원(7B, 즉, 광원(7)에 추가하여)을 갖는다. 제2 광원(7B)으로부터의 빛은 광원(7)으로부터의 빛과 상당한 각도에서 대상물(1)에 가해져서, 대상물에 대한 삼차원 모양이 광원(7)에 의한 조명과 광원(7B)에 의한 조명 하에서 별도로 나타날 수 있도록 된다. 광원(7B)는 대상물을 더욱 균일하게 조명하기 위하여 링 모양을 가질 수도 있다. 부가적인 카메라들도 제2 광원(7B)의 파장의 이미지들을 포착하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 만일 광원(7)과 광원(7B)이 비동시적으로 사용된다면, 동일한 카메라들(3, 4, 등등)이 사용될 수 있다. 다른 빛들을 사용하는 다른 카메라들에 의해 수집된 정보는 대상물(1)의 삼차원적 특징을 분석하기 위해 처리될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은, 컬러와 흑백 이미지들 모두를 사용하는 다각도의 다중 카메라 설비와 카메라 초점 심도를 증가시킬 수 있는 매우 강한 백색 광원을 사용하여 PCB 어셈블리를 정면으로 그리고 비스듬히 촬영함으로써, PCB 어셈블리 내의 지형적인 결점과 PCB 어셈블리 상의 소자들의 결점을 정확하게 검출할 수 있을 뿐만 아니라, PCB의 휨과 소자들의 높이 변화에 의해 영향을 받지 않는다.

Claims (10)

1. 한 평면과 전자 소자들을 갖는 프린트 배선판 어셈블리(PCB assembly, 1)의 검사용 장치에 있어서:

   상기 PCB 어셈블리(1)의 전자 소자들을 영사(imaging)하기 위하여 각각 PCB 어셈블리(1)의 상기 평면에 대해 비스듬한 광학 축을 가지고 있으며 상기 평면과 동일한 평면상에 상기 PCB 어셈블리(1)의 검사 영역 주위에 균일하게 분포된 복수개의 비스듬히-배치된 카메라들(3-6)과;

   상기 PCB 어셈블리(1) 내의 전자 소자들의 색과 모양을 판단하기 위해, 상기 PCB 어셈블리(1)의 전자 소자들을 영사하기 위해 상기 비스듬히-배치된 카메라들(3-6)로부터 등거리로 떨어지게 상기 평면과 동일한 평면 상에 배치된 컬러 카메라(2)와;

   상기 카메라들(2-6) 내에 영사용 빛을 제공하기 위해 상기 PCB 어셈블리(1)를 조명하는 광원(7)과;

   상기 PCB 어셈블리 내의 지형적 결점을 판단하기 위해 상기 비스듬히-배치된 카메라들(3-6)로부터의 이미지들을 분석하고, 상기 PCB 어셈블리 내의 전자 소자 결점을 판단하기 위해 상기 컬러 카메라(2)로부터의 컬러 이미지를 분석하는 프로세서(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCB 어셈블리 검사 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 비스듬히-배치된 카메라들(3-6)은 비스듬히-배치된 흑백 카메라인 것을 특징으로 하는 PCB 어셈블리 검사 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   네개의 상기 비스듬히-배치된 카메라들(3-6)이 사용된 것을 특징으로 하는 PCB 어셈블리 검사 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   비디오 카메라들이 상기 카메라들(2-6)로서 사용된 것을 특징으로 하는 PCB 어셈블리 검사 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 광원(7)은 상기 지형적 결점 분석을 위한 큰 초점 심도를 제공하기 위하여 검사 영역 상의 빛의 강도를 주위의 빛 수준보다 열배 이상 더 높게 만들 정도의 빛을 방출하는 백색 광원인 것을 특징으로 하는 PCB 어셈블리 검사 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 광원(7)은 링 모양의 광원인 것을 특징으로 하는 PCB 어셈블리 검사 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 컬러 카메라(2)의 광학 축은 실질적으로 상기 PCB 어셈블리(1)와 직각을 이루고, 상기 비스듬히-배치된 카메라들(3-6)의 광학 축들은 상기 컬러 카메라(2)의 상기 광학 축에 관하여 대칭적인 것을 특징으로 하는 PCB 어셈블리 검사 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 각 카메라는 시역을 갖고, 상기 컬러 카메라(2) 주위에 대칭적으로 놓인 두개의 마주하는 비스듬히-배치된 카메라들(3&4, 5&6)의 시역들이 실질적으로 겹쳐지지 않도록 상기 비스듬히-배치된 카메라들(3-6)이 배치된 것을 특징으로 하는 PCB 어셈블리 검사 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 카메라들(2-6)은 비디오 카메라이고, 상기 프로세서(60)는 상기 PCB 어셈블리 상의 결점들을 판단하기 위하여 상기 이미지들을 표준에 관한 정보와 비교하되, 높이 차이는 상기 비스듬히-배치된 카메라(3-6)에 의해 영사된 위치의 변화로서 처리되는 것을 특징으로 하는 PCB 어셈블리 검사 장치.
10. 한 평면과 전자 소자들을 갖는 프린트 배선판 어셈블리(PCB assembly, 1)의 검사 방법에 있어서,

    상기 PCB 어셈블리(1) 표면 상의 전자 소자들을 상기 평면의 한 측으로부터 비스듬히 영사하여, 상기 PCB 어셈블리(1) 검사 영역 둘레의 서로 다른 조망들로부터 비스듬한 이미지들을 형성하는 단계와;

    상기 PCB 어셈블리(1)의 전자 소자들을 상기 평면과 동일한 평면상에 있는 컬러 카메라로 영사하여, 상기 PCB 어셈블리(1) 내의 전자 소자들의 색과 모양을 판단하는 단계와;

    상기 PCB 어셈블리(1)를 조명하여 상기 영사에 필요한 빛을 제공하는 단계와;

    상기 비스듬한 이미지들을 분석하여 상기 PCB 어셈블리(1) 내의 지형적 결점을 판단하고, 상기 컬러 이미지를 분석하여 상기 PCB 어셈블리(1) 내의 전자 소자 결점들을 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCB 어셈블리 검사 방법.