KR20060029268A - 통합 회로검사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자제품 PCB의 회로검사를 하는 장치에 관한 것이다.일반적으로 전자제품에 사용되는 PCB의 회로검사 방법은 전기적인 신호로 검사하는 방법과 눈으로 검사하는 방법을 병행하고 있다. 전기적인 신호로 검사하는 방법은 두 가지 종류로 구분되는데 하나는 PCB에 조립된 부품에 미세 신호를 인가하여 부품의 전압,전류특성을 읽어서 판단하는 ICT(In Circuit Test)검사와, PCB에 실제 사용되는 전압을 인가하여 완전 조립된 제품을 소비자가 직접 사용하는 것과 동일한 상태가 되도록 Simulation하여 ICT검사로 불량을 검출할 수 없는 부품(IC, Micom등)을 검사하는 FCT 검사방법이 있다. 이와 같이 눈으로 검사하는 공정, ICT 검사공정, FCT 검사공정 3단계에 검사자 및 검사장비를 투입함으로써 생산성이 떨어지고 비용이 상승 된다. 특히 FCT검사는 PCB 전 모델을 검사할 수 있게 표준화가 되어 있지 않아서 생산하고 있는 모델의 PCB에 대응하는 전용장비를 전부 구비해야 하므로 더욱 많은 문제점을 안고 있다. 전기적인 신호로 검사할 수 없는 부품을 검사자가 육안으로 검사하는 방식도 품질관리에 문제가 되고 있다. 따라서 컴퓨터와 CCD 카메라를 이용하여 PCB 이미지를 분석하여 눈으로 검사하는 항목을 대신하고 ICT(In Circuit Test) 검사용 하드웨어를 구축하여 개별의 부품 특성을 검사하며 FCT(Function Circuit Test)검사는 전 모델의 PCB를 검사할 수 있도록 입력조건, 측정조건 등을 발명하여 표준화시킨다. 이 결과 물로 이미지검사, ICT검사, FCT검사를 하나의 공정에서 하나의 장비로 검사하여 생산성 향상, 비용절감, 품질을 향 상시키는데 목적이 있는 발명품이다.

PCB, ICT, FCT, Pin Jig, Color Conversion Algorithms

Description

통합 회로검사장치{Total Circuit Test System}

도 1은 PCB 검사장치의 전체구성도

도 2는 검사 흐름도

도 3은 시스템 하드웨어 구성도

도 4는 저항검사 방법도

도 5는 콘덴서검사 방법

도 6은 Diode검사 방법

도 7은 Key Simulate 방법

도 8은 Sensor Simulate 방법

도 9는 Logic Drive 방법

번호 300(컴퓨터 &프로그램)은 전체 시스템을 제어하는 소프트웨어.

번호 301(UIO)은 컴퓨터와 시스템 하드웨어 간 신호를 입 출력하는 보드.

번호 302(Multiplex)는 검사대상 PCB의 특정 부위와 시스템 하드웨어가

필요한 시점에 필요한 지점이 연결 되도록 선택하는 역할.

번호 303(Pin Jig)은 PCB를 올려놓는 Fixture로 위에서 Press Bar가 누르면

PCB의 납땜부위가 핀에 접촉되고 연결 배선을 따라 Multiplex로 연결

된다.

번호 310(Source)은 피측정 PCB에 측정용 전원을 인가하는 부분으로 정전

압, 정전류, AC Power를 인가할 수 있다.

번호 320(측정부)는 PCB의 아날로그 값을 디지털로 변화시켜 읽는 AD 컨

버터와 회로의 High/Low 상태를 읽는 Logic Reader와 LCD/LED 상태를

읽는 Display Reader로 구성되어 있다.

번호 330(Input)은 FCT 검사 시 PCB를 실제 사용하는 제품과 동일한 상태가

되도록 입력시키는 방법으로 센서, 버튼, Logic, Frequency를 입력

시킬 수 있다.

번호 400(카메라)는 전기적인 신호로 검사할 수 없는 부품검사를 위한 카

메라.

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 전자제품의 중요한 역할을 하는 PCB(Printed Circuit Board)에 회로부품이 삽입된 상태에서 하나의 장비로 종합적인 검사를 하는 시스템에 관한 것이다.회로부품이 삽입된 상태에서 PCB검사는 일반적으로 3단계의 검사공정을 가지는 구조로 되어있다.

첫 번째 단계는 ICT(In Circuit Tester)검사로 PCB에 작업되어 있는 저항(R), 코일(L), 콘덴서(C), Diode(D), 트랜지스터(TR)와 같은 부품을 검사하는 방식 으로 각각의 부품에 미세 신호를 인가하여 부품이 가지고 있는 고유특성을 검사하여 작업의 오류를 판별하는 방식이다. IC나 마이콤 같이 Logic이나 기능이 있는 부품은 ICT검사 만으로 양부를 검사할 수가 없다.

두 번째 단계는 ICT검사로 검출할 수 없는 부품을 검사하기 위하여 PCB에 실제 사용되는 전원을 인가하고 수동으로 조작하면서 동작상태를 확인하거나 컴퓨터시스템을 구축하여 검사하는 FCT(Function Circuit Tester) 방법을 사용하고 있으나 수동에 의한 방법은 검출력에 문제가 있고 컴퓨터로 검사하는 장치는 특정모델에만 사용되는 전용장치로 개발되어 있어서 특성이 다른 PCB에 공용으로 사용할 수가 없다.

세 번째 단계는 전기적인 신호로 검사할 수 없는 컨넥터, 전해콘덴서(역삽) 등과 같은 부품을 검사자가 눈으로 검사하는 방법을 사용하고 있다. 설명과 같이 PCB 검사를 수행함에 있어서 3개의 검사공정에 검사자가 투입되고 표준화되지 않은 FCT검사 방식, 검사자의 육안검사방식으로 인하여 검사시간 소요, 인건비 및 생산비 상승, 검출력 저하 등 많은 문제가 발생 되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 컴퓨터를 이용하여 CCD카메라로 PCB 이미지를 찍어서 전기적인 신호로 측정할 수 없는 부품을 검사하는 방식과, ICT 검사를 수행할 수 있는 하드웨어, 다양한 종류에 적용 가능한 표준형태 FCT 하드웨어를 발명하여 PCB 검사를 하나의 시스템으로 하나의 공정에서 컴퓨터로 검사하면 투입비용이 현저하게 줄어들고 생산성 및 제품품질을 향상시킬 수 있다.

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도면 1은 전체적인 시스템 구성도이다. 전체적인 시스템 제어는 컴퓨터와 프로그램(100)에 의해서 제어된다. 사람이 눈으로 검사하는 부분은 카메라(105)로 PCB를 찍어서 이미지로 부품검사를 하고 전기적인 특성을 검사하기 위해서는 PCB(106)의 검사 포인터가 하드웨어와 연결이 되어야 한다. 연결을 하는 방법은 프로그램(100)이 실린더(104)를 제어하면 프레스바(109)가 아래로 하강을 하면서 PCB(106)를 누르게 되고 PCB 아래에 있는 Pin Jig(107)와 PCB의 납땜부위와 연결된다. 연결된 배선은 Relay Array로 되어 있는 Multiplex(108)에 의해 Pin이 선택되어 필요한 기능에 맞게 프로그램에서 의해 시스템의 하드웨어와 연결된다. Multiplex를 하는 이유는 필요한 Source, 측정, Input가 필요한 시점에 필요한 부분만 하드웨어와 연결되도록 하기 위해서 이다.

도면 2는 검사를 수행하는 전체적인 흐름도이며 Vision검사(210), ICT검사(220), FCT검사(230) 순으로 검사를 하며 최종적으로 검사결과를 Display(230)한다.

도면 3은 시스템의 하드웨어 구성도이다. 컴퓨터 및 프로그램(300)은 이미지 검사를 위한 카메라 및 ICT검사, FCT검사의 하드웨어 등 전체시스템을 제어하는 핵심이다. UIO(301: Universal Input/Output) Board는 컴퓨터 프로그램으로 하드웨어 를 제어할 때 컴퓨터와 하드웨어 간 Data를 송수신할 수 있는 관문 역할을 한다. Source(310)는 PCB의 회로가 동작을 할 수 있도록 전원을 인가하는 역할을 하며 ICT검사 시 필요한 미세 신호의 전압과 전류를 인가할 수 있고 전압 AC와 DC전압 Source를 출력할 수 있게 되어 있다. AC 전압은 ICT 검사 중 콘덴서,코일 검사 시 주파수 개념이 필요하기 때문에 그때 사용한다. FCT Power(313)는 FCT검사 시 PCB에 실제 사용되는 전압을 인가시킬 때 사용한다. 3가지 Source원 중 하나가 선택되어 사용될 때 나머지의 Source에 역 전압 등 영향을 주지 않도록 Relay로 절연 시킨다. 측정부(320)는 검사 포인터의 전압 전류를 읽어 들이는 AD Converter(321)와 Logic 상태를 읽는 Logic Reader(322), Display의 상태를 읽는 Display Reader부(323)가 있다. FCT검사를 표준화하기 위해서는 PCB에 사용되는 입력 조건들을 Programmable하게 사용할 수 있도록 하여야 하는데, Sensor Simulator(331)는 전자제품에 사용되는 Sensor는 특성이 저항으로 표현되게 때문에 그에 상응하는 값을 입력시킬 수 있는 하드웨어이고 Key Simulator(332)는 전자제품을 사용자가 버튼을 눌러서 동작시키는 것을 Simulation 시킬 수 있도록 접점을 제어하도록 되어있다. Logic Drive(333)는 PCB에 High/Low 입력을 시킬 수 있고 Frequency Input(334)은 필요한 주파수를 입력시킬 수 있다.

PCB 통합검사를 세분화하여 설명하면 다음과 같다.첫 단계는 카메라를 이용하여 비전검사를 수행하는 단계이다(202). 비전검사를 하기위해서는 CCD카메라로(105) 표준 PCB 이미지를 찍어서 비전검사를 해야 하는 각개의 부품에 검사영역을 설정한다. 이미지 프로세싱에 의해서 설정된 검사영역의 색상특성(R,G,B 값)을 계 산하여 파일로 저장시킨다. 실제검사 시는 PCB를 CCD 카메라로 찍은 후 설정된 검사영역의 이미지와 표준 PCB 검사영역 이미지 색차를 비교 분석하여 판단한다. 색상차이를 계산하는 방식은 카메라에서 Capture한 이미지의 색상, R(Red),G(Green),B(Blue)를 원초 Data로 하여 색상을 계산하는 알고리즘(Color Conversion Algorithms) 중 일반적으로 사용되는 XYZ 색 차트로 전환한 후 다시 Lab 차트계로 전환한다. Lab 차트에서 구한 Lab 값으로 표준샘플의 PCB와 생산 PCB의 색차를 산출하여 작업상태를 판단한다. PCB의 컨넥터나 전해콘덴서 등은 정확한 수치의 색상차이를 검사하는 목적이 아니라 단지 작업상태 확인용이기 때문에 외부 빛이 들어오더라도 색상차이를 검사하는 데는 문제가 없기 때문에 별도의 조명 및 암실은 필요가 없다.

두 번째 ICT검사 단계이다. ICT검사가 수행되기 위해서는 PCB(106)의 납땜부위와 Pin Jig(107)의 Pin 접촉되어야 하므로 실린더제어기(102)에서 실린더(104)를 제어하여 Press Bar(108)가 다운되도록 한다. 이 상태는 검사대상 PCB의 회로가 측정용 시스템과 연결된 상태가 되는 것이다. ICT 검사방법은 부품의 특성에 따라 검사방법의 차이가 있으나 큰 맥락으로 보면 검사대상부품에 전압이나 전류를 인가하고 부품양단에 발생하는 전압 및 부품을 통하여 흘러나오는 전류를 측정하여 부품의 특성을 검사한다. ICT검사에서 미세전압이나 전류를 인가하기 위한 장치는 도3에서 정전압원(311)이나 정전류원(312)이 이용되고 정전압원은 AC와 DC Source로 나누어진다. AC Source는 컨덴서나 코일 측정 시 주파수 개념이 필요하기 때문에 사용된다. 각 Source들이 필요에 의해서 사용될 때 필히 한 Source만이 PCB 회로에 연결 되도록 해야 하고 서로 Source간에 영향을 받지않고 보호되도록 Relay1, Relay2,Relay3이 설계되어 있다.

예를 들어 저항의 검사방법을 설명하면 다음과 같다. 도4에서 측정대상이 저항 R1이라면 저항값은 옴의 법칙에 의해서 R=V/I 이므로, DC 전압을 R1의 한 단자에 인가한다. 그러면 전류 I가 R1방향으로 흐른다. 그러나 PCB(402)는 여러 개의 부품이 조합되어 있으므로 원하는 방향으로만 전류가 흐르도록 제어를 하여야 한다. 통상적으로 이 방법을 Guarding이라고 한다. Guarding의 원리는 도4에서 전압 원(400)의 '+'단자 'A'를 Buffer(401)에 연결하고 Buffer의 출력단자를 포인터 'B'에 연결한다. 그렇게 하면 'A' 지점과 'B' 지점의 전위가 같으므로 전류가 'B'지점으로 유입되지 않고 시스템의 측정 부로 전류가 흘러들어간다. 전류를 측정하는 방법은 저항 R1을 통해서 흐르는 전류는 전류전압 변환회로(403)를 거치면서 전류는 전압으로 변환되고 변환된 전압은 A/D 컨버터(404)에 의해서 디지털 값으로 읽어진다. 전압을 측정하는 방법은 R1양단의 전압을 측정하면 되는데 양단 전압 V1,V2는 차동 OP AMP(405)를 지나면 Vo=A(V1-V2)가 되고 Vo은 A/D 컨버터(406)에 의해서 디지털 값으로 읽어진다(여기서 A는 증폭도). AD Converter에서 읽어진 두 값을 연산하면 저항 R1이 구해진다.

콘덴서를 검사하는 방법은 다음과 같다. 도 5에서 측정대상 콘덴서 C1를 검사하기 위해서는 임피던스(Impedance)를 구하는 방식으로 한다. 콘덴서 Z(임피던스)=1/2πfc=V/I 이다. 따라서 콘덴서 값 C=I/(V*2πf)이다.

(V:전압, I:전류, f:주파수, π:3,14, 역율은 편의상 무시)

전압은 AC Source를 사용하고 주파수는 콘덴서 값에 적합하도록 설정한다. 저항의 측정에서 설명한 것과 같이 동일한 방법으로 Guarding을 'B' 지점에 연결한다. 전압 및 전류의 측정은 저항과 동일한 방법으로 구성된 회로를 이용하여 측정하고 이 결과값으로 공식에 대입하여 콘덴서 값을 구하여 작업상태를 판정한다.

능동 소자인 다이오드를 검사하는 방법은 다음과 같다. 도 6에서 다이오드 D1을 검사하기 위해서는 다이오드의 Cutoff 전압의 특성을 구하는 방식을 사용한다. Cutoff 전압을 구하기 위하여 Source는 정전류원을 이용하여 일정한 전류 I를 다이오드로 흘려 보내면 다이오드의 특성에 의해서 다이오드 양단 V1, V2에 Cutoff 전압이 발생하게 된다. 이 전압을 A/D 컨버터로 읽으면 된다. 만일 다이오드가 역삽 되어 있다면 전류가 흐르지 못해 양단 간의 전압은 발생하지 않게 된다.

이외의 대부분 부품들도 위와 유사하게 전압전류 특성으로 검사하는 방식을 이용하면 된다.

세 번째 단계는 FCT검사 단계이다. FCT검사는 ICT검사에서 검출할 수 없는 부품 IC, Micom, Display등과 같이 기능적으로 동작하는 것을 검사하는 것이며 이를 표준화 하기위해서는 여러 가지 입력장치 및 동작하는 상태를 읽어 들이는 방식들이 요구된다. PCB를 제품 실사용 조건과 동일한 형태로 컴퓨터가 동작시키기 위하여 입력장치는 FCT Power(313), 소비자가 제품을 사용할 때 버튼을 눌러서 제품을 조절하는 것과 같이 기능을 할 수 있는 '버튼 Simulator'(332), 센서에 의해서 인공 지능적으로 움직이는 제품에 대응하도록 하는 '센서 Simulator'(331), High/Low 신호를 입력할 수 있는 'Logic Drive'(333), '주파수 입력기능'(334)이 필수적이며 대부분 이러한 입력조건으로 PCB를 동작시킬 수 있다. PCB에 입력조건을 전부 설정하여 PCB가 실제제품처럼 동작할 때 반응하는 동작들을 AD 컨버터(321), Logic Reader(322), Display Reader(323) 읽어 들이면 된다.

도7은 입력조건 중 버튼 Simulator 처리방법에 관한 것이다. 만일 PCB(705) 기판의 회로가 스위치를 누르는 신호를 받아서 마이콤이 어떠한 동작을 한다면 버튼은 누르는 것과 동일한 상황이 되도록 하여야 한다. 이를 위하여 컴퓨터&프로그램(700)에서 스위치 On 신호를 보내면 이 신호를 기반으로 Data Transfer(701) IC를 통해서 Data Latch IC에 전달되고 Data를 계속 유지하는 특성을 가지고 있는 Latch IC가 TR Array(703)를 구동하여 Realy를 동작시킨다. Relay의 접점을 PCB 기판 'A'와 'B'에 Pin Jig로 연결되게 하면 수동으로 스위치를 누르는 것과 동일한 작동을 하게 된다. 외와 같이 동작하는 회로의 구성 수를 확대하면 여러 개의 버튼 Simulation을 할 수 있다 .

도8은 센서 Simulator 처리방법에 관한 것이다. 전자제품에 사용되는 Sensor는 특성이 변할 때 저항값이 변하는 특성을 가지고 있다. 따라서 Sensor가 실제 PCB에 연결된 것과 같은 역할을 하도록 Sensor가 가지고 있는 저항 값 만큼을 인가해 주면 된다. 도8에서 PCB 기판의 A와B에 Sensor 값을 주기 위해서 프로그램(800)에서 Sensor에 해당하는 Data를 보내면 Data Transfer를 거쳐서 Latch IC에 전달되고 TR Array를 구동하여 Relay를 동작시킨다. 만일 50 Ohm의 저항 값을 PCB에 인가하려면 도면의 Relay 상태를 Ry1(Off), Ry2(On), Ry3(Off), Ry4(On)로 하면 50 Ohm이 인가된다. 이와 같은 방법으로 회로의 구성 수를 확대하면 넓은 범위의 Sensor Simulation을 할 수 있다.

도9는 PCB 회로에 High Low 신호를 인가하는 Logic Drive에 관한 것이다. 만일 PCB 회로 A,B,C,D에 H,L,H,L를 입력해야 한다면 프로그램 Data 0101를 보면 Data Transfer 및 Latch IC로 Data가 전달되고 이 Data가 NPN Open Collector Type Tr Array를 동작시키면 각 포인터 A,B,C,D에 H,L,H,L가 인가된다.

주파수 입력 장치는 Signal Generator 방식을 적용하여 입력하도록 한다.

동작상태를 판단하기 위해서는 Pin Jig에 연결된 PCB 검사 포인터의 전압 값은 Multiplex로 포인터를 선택한 후 A/D Converter로 읽어서 판단하면 된다.

Logic 상태를 읽기 위해서 Logic을 읽을 포인터를 Pin Jig로 연결하고 Data Transfer IC를 통해서 컴퓨터의 Data Bus로 연결시키면 Logic 상태를 읽을 수 있다.

LED나 LCD Display 상태를 읽는 방법은 Anode 단자와 Cathode 단자에 Pin Jig로 연결을 하고 Anode와 Cathode의 전압 값을 동시에 읽어서 Anode 단자전압이 Cathode 단자전압보다 높으면 Display On 반대의 경우는 Display Off로 판단하면 된다.

최종적으로 비전검사, ICT검사, FCT검사를 수행한 결과를 모니터상에 알려준다.

전자제품에 사용되는 PCB 기판의 회로검사가 미세 신호를 입력하여 부품의 작업상태를 검사하는 ICT 검사공정, 실제전원을 인가하여 PCB가 동작하도록 하여 기능검사를 하는 FCT검사 공정, 전기적인 신호로 검사를 할 수 없는 부품을 검사자가 눈으로 검사하는 3단계 공정으로 이루어져 있어서 검사시간 소요, 생산성 저하, 검사비용이 상승 되는 문제가 있다. 특히 FCT검사에서 수동검사는 검출력이 매우 떨어지고 자동검사 장비는 여러 종류의 PCB에 적용할 수 있는 표준화된 검사장비가 없어서 전용장비를 모델마다 만들 경우 비용이 많이 투입된다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 컴퓨터를 이용하여 ICT 검사 기능의 하드웨어, FCT 검사를 표준화시킬 수 있는 하드웨어, CCD 카메라로 색상을 판별하여 부품을 검사할 수 있는 통합장비를 발명하여 하나의 장비로 한 공정에서 전검사를 수행하도록 하는데 목적이 있는 발명품이다.

Claims (1)

1. [청구항 1]

   표준 PCB를 CCD 카메라로 PCB의 이미지를 찍어서 검사를 하고자 하는 부품위치에 검사영역을 설정하여 각각의 검사영역별 이미지 특성을 계산하여 파일로 저장하고 파일을 기준으로 검사대상 PCB의 이미지와 색상차이를 비교하여 전기적인 신호로 검사할 수 없는 부품을 검사하는 수단과,

   컴퓨터를 이용하여 측정하고자 하는 저항,콘덴서,코일,다이오드 등의 부품에 Source원으로 미세 신호를 인가하고 원하는 방향으로만 전류가 흐르도록 제어하는 Guarding 기법으로 부품의 전류전압 특성을 구하여 정상 여부를 검사하는 수단과,

   FCT검사를 위한 Sensor Simulator, 버튼 Simulator, Logic Drive, Frequency Input 등의 입력조건으로 PCB를 실제 동작시키고 작동하는 반응을 AD 컨버터, Display Reader, Logic Reader로 읽어서 기능 검사를 하는 표준화된 FCT검사 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 PCB 기판의 회로검사 시스템.

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