KR20130008187A - 솔더링을 위한 플럭스 검사 장치 및 그 검사 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3차원 영상 이미지를 추출하여 플럭스의 상태를 검사하는 태빙과 스트링거에서의 솔더링을 위한 플럭스 검사 장치 및 그 검사 방법에 관한 것으로서, 플럭스가 도포된 태양전지 또는 리본을 탑재한 이동 테이블과, 상기 테이블의 수직 상부에서 상기 플럭스의 상면을 조사하는 제 1의 광원과, 상기 테이블 상부의 경사진 방향에서 상기 플럭스의 양 측면을 향하여 조사하는 제 2 및 제 3의 광원과, 상기 테이블 상부의 경사진 방향으로 투영되는 빛을 스캔하여 3차원 영상 이미지를 추출하는 스캐너와, 칼라 도메인 검사에 의해 상기 추출된 영상 이미지와 타겟 플럭스의 영상 이미지를 비교하는 마이크로 프로세서와, 상기 마이크로 프로세서에서 비교된 정도를 출력하는 출력장치를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 솔더링을 위한 플럭스 검사 장치 및 그 검사 방법에 의하면, 플럭스의 불량 여부를 신속하게 검사할 수 있는 효과가 있다.

Description

솔더링을 위한 플럭스 검사 장치 및 그 검사 방법{Measurment device for flux and method for measurment thereof}
본 발명은 태양전지 모듈 장비의 태빙과 스트링거에서의 솔더링을 위한 플럭스 검사 장치 및 그 검사 방법에 관한 것으로서, 특히 3차원 영상 이미지를 추출하여 플럭스의 상태를 검사하는 태빙과 스트링거에서의 솔더링을 위한 플럭스 검사 장치 및 그 검사 방법에 관한 것이다.
인류는 그동안 화석에너지를 사용하여 오다 근래에 원자력 에너지를 얻고 있는데 이러한 에너지원은 멀지 않은 미래에 고갈될 것으로 예측되고 있다.
따라서, 세계 각 국은 신재생 에너지 연구개발에 박차를 가하고 있으며 그 중에서 태양 에너지에 의한 발전에 큰 노력을 기울이고 있다. 태양 에너지는 태양열에 의한 에너지와 태양 광에 의한 에너지로 사용할 수 있는데 태양 광에 의한 에너지에 의해 발전을 하기 위해서는 태양 광에 의한 에너지를 전기에너지로 변환시켜 사용한다.
이때 광 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위해서는 반도체 소자가 필요한데 이 반도체 소자를 태양전지라 한다. 하나의 태양전지는 약 0.5V의 전압을 발생시키므로 이를 상용의 전원으로 사용하기 위해서는 태양전지를 직렬 및 병렬로 연결하여 사용해야한다.
태양전지를 직렬 및 병렬로 연결하여 모듈화한 것을 태양전지모듈이라고 한다.
도 1은 결정질 태양전지모듈의 제조공정을 보이는 개념도이다.
태양전지모듈의 제조과정은 셀 테스트, 태빙-스트링잉(tabbing-stringing), 레이업(lay-up), 라미네이션(lamination), 및 모듈테스트로 크게 다섯 공정으로 나누어진다.
셀 테스트 공정에서는 다양한 전기적 성질을 갖는 셀을 테스트 후 구별하여 비슷한 전기적 성질을 갖는 셀끼리 분류하며, 태빙-스트링잉 공정에서는 태양전지를 직렬로 연결하기 위해 태양전지 전면과 후면에 엇갈리도록 도체 리본을 접합한다.
레이업 공정에서는 스트링잉 단계에서 제작된 일렬의 태양전지를 다시 가로방향으로 배열하여 원하는 모양을 만든 후, 저 철분강화유리, EVA, 백시트 등을 적층한다.
라미네이션 공정에서는 적층된 태양전지모듈 자재들을 고온에서 진공 압착하여 태양전지모듈이 충격에 견딜 수 있도록 하고 방수성을 갖도록 한다.
마지막으로 모듈테스트 공정에서는 완성된 태양전지모듈이 정상적으로 작동하는지 여부를 테스트한다.
여기서 태빙(tabbing)이란 태양전지와 리본을 접합시키는 것을 말하며, 스트링잉(stringing)이란 태양전지를 일렬로 배열하는 것을 말한다.
태빙-스트링잉 공정은 태양전지모듈의 제조공정 중 가장 핵심적인 공정으로서 리본이 중간에 끊기거나 제대로 접합되지 않으면 태양전지모듈 전체를 쓸 수 없으므로 태빙-스트링잉 공정이 태양전지모듈의 품질을 결정하게 된다.
태빙-스트링잉 공정을 구체적으로 살펴보면, 리본릴에서 두 가닥의 리본이 공급되면 이 리본의 벤딩(bending)을 보정하는 과정, 리본을 적당한 크기로 절단하는 과정, 절단된 리본을 그리퍼(gripper)로 태양전지에 올려놓는 과정, 태양전지 및 리본에 플럭스(flux)를 도포하는 과정, 태양전지와 리본을 솔더링(soldering)하는 과정으로 나눌 수 있으며, 이러한 태빙-스트링잉 공정을 수행하는 장치를 태버-스트링거라 한다.
리본과 태양전지를 접합시키기 위해서는 접착제 역할을 하는 플럭스를 도포해야 하는데, 이는 크게 분사노즐을 이용하여 플럭스를 도포하는 방법과 롤러를 이용하여 플럭스를 도포하는 방법으로 나누어진다.
분사노즐을 이용한 방법은 리본과 접합되는 부분에만 플럭스가 정확히 도포되는 장점이 있으나, 노즐의 단가가 매우 고가인 단점이 있고, 롤러를 이용하는 방법은 생산 단가가 낮은 장점이 있지만 플럭스가 리본에 균일하게 도포되지 않는 단점이 있다.
솔더링 과정은 고강도 램프의 복사열 에너지를 이용하여 솔더링하는 방법과 가열공기를 분사하여 솔더링하는 방법이 있다. 가열공기를 이용한 솔더링 방법은 태양전지 위에 놓인 리본을 고정핀이 가압한 상태에서 가열공기를 분사하고, 고정핀이 리본에서 분리되는 과정을 거치는데, 고정핀이 리본에서 분리될 때 리본이 고정핀에 붙어서 태양전지와 분리되는 리본의 들뜸 현상이 발생하는 결점이 있다.
이와 같은 상황에서 태양전지 모듈장비의 태빙과 스트링어(Tabbing & Stringer)에서의 셀 플럭싱(Cell fluxing) 유닛에서 셀 플럭싱(Cell fluxing)은 두께 200㎛급에서 180㎛/160㎛급의 박형 태양전지로 발전하면서 셀 브레이크(Cell breakage)가 많이 발생하여 생산 수율이 저하되고 있다.
솔더링 공정에서의 중요한 파라미터인 플럭스의 양과 도포의 정밀도는 솔더링(Soldering) 공정 전체는 물론 태양전지 모듈의 품질에 매우 큰 영향을 주는 중요한 요소이다.
태양전지 모듈 장비 리본 솔더링(Ribbon soldering)에서 작업자의 수작업 시에는 솔더링 불량 및 솔더링의 품질저하가 발생되어 품질향상을 위하여 자동 솔더링 방식으로의 변경이 필요하다.
태양전지 모듈장비 태빙과 스트링어에서 솔더링 공정 장치는 태양전지 제조업체에서 초기 투자비용이 과다하게 유발시키고 경쟁력 있는 자동화 장치가 필요하다.
태양전지 모듈장비 태빙과 스트링어에서 현재의 솔더링 공정 장치는 생산능력(Capability)이 저조하여 장치 개발을 통하여 150～200%의 성능 향상이 필요하다.
태양전지 모듈장비 태빙과 스트링어에서 기존 공정에서는 도 2에서 보는 바와 같이 충격에 의한 마이크로 크랙(Micro Crack) 및 납 솔더링 불량 등이 발생하고 있다.
태빙과 스트링어에서 플럭싱의 개선, 자동 스트링 검사, 솔더링의 품질향상이 요구되므로 본 발명자는 3차원 영상에 의한 플럭싱 공정을 검사 및 제어할 수 있는 장치에 착안하였다.
3차원 영상에 의한 물체의 형상의 물리적 치수를 측정하기 위한 시스템은 하기 특허문헌1에 개시되어 있다.
하기 특허문헌1에 개시된 물체의 형상의 물리적 치수를 측정하기 위한 시스템은 도 3에 도시된 바와 같이 2차원 및 3차원 주사 조립체들이 동축으로 배치되어 있다. 목표 위치(175A, 175B)들이 도3에 도시된 것처럼 일치하도록 각 주사 조립체들의 기능 요소들이 위치 및 배치되어 있다. 물체의 화상을 형성하기 위한 공정에서 2차원 또는 3차원 화상 형성 중 무엇과 관계되는지에 따라 2개의 통상적인 단계가 있다. 2개의 통상적인 단계들은 데이터 수집 단계와 데이터 처리 단계이다. 데이터 수집 단계에서 목표가 조명되고 물체로부터 반사된 광이 검출기에 의하여 수집되어 기억 장치 내로 저장된다. 데이터 처리 단계에서 저장된 데이터가 분석되어 관련 물체 치수를 결정하고 제조자 규격과의 비교와 같은 추가적으로 필요한 분석을 수행한다.
그러나, 하기 특허문헌1에 의한 물체의 형상의 물리적 치수를 측정하기 위한 시스템은 단순히 물체의 물리적 치수만을 측정한다.
대한민국 등록특허공보 제702071호 (2007. 04. 02. 공고)
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 솔더링을 위한 플럭스의 높이, 면적, 체적 및 솔더링 완료 후의 리본의 접합 높이와 냉납 등을 검출하는 플럭스 검사 장치 및 그 검사 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 검사하고자 하는 대상 이미지와 타겟 이미지를 비교하여 판단하는 플럭스 검사 장치 및 그 검사 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 솔더링을 위한 플럭스 검사 장치는 플럭스가 도포된 태양전지 또는 리본을 탑재한 이동 테이블과, 상기 테이블의 수직 상부에서 상기 플럭스의 상면을 조사하는 제 1의 광원과, 상기 테이블 상부의 경사진 방향에서 상기 플럭스의 양 측면을 향하여 조사하는 제 2 및 제 3의 광원과, 상기 테이블 상부의 경사진 방향으로 투영되는 빛을 스캔하여 3차원 영상 이미지를 추출하는 스캐너와, 칼라 도메인 검사에 의해 상기 추출된 영상 이미지와 타겟 플럭스의 영상 이미지를 비교하는 마이크로 프로세서와, 상기 마이크로 프로세서에서 비교된 정도를 출력하는 출력장치를 구비한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 솔더링을 위한 플럭스 검사 장치에 있어서, 상기 추출왼 영상 이미지와 상기 타겟 플럭스의 영상 이미지는 플럭스의 높이, 면적 또는 체적이 비교되거나 솔더링 완료 후의 태양전지에 접합된 리본의 높이 또는 냉납의 크기가 비교되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따른 솔더링을 위한 플럭스 검사 장치에 있어서, 상기 칼라 도메인 검사는 영상 이미지의 색분할을 통해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 솔더링을 위한 플럭스 검사 방법은 플럭스가 도포된 태양전지 또는 리본에서 플럭스의 높이, 면적, 체적이 비교되거나 솔더링 완료 후의 태양전지에 접합된 리본의 높이, 냉납의 크기를 검사하는 솔더링을 위한 플럭스 검사 방법에 있어서, 상기 플럭스가 도포된 태양전지 또는 리본에서 플럭스의 3차원 영상의 이미지를 추출하는 단계, 상기 추출된 이미지를 색분할하고, 플럭스의 타겟 이미지에서 색분할된 값을 서로 비교하는 단계, 상기 색분할된 값의 차이와 미리 설정된 편차의 값을 비교하여 양호 또는 불량을 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 솔더링을 위한 플럭스 검사 장치 및 그 검사 방법에 의하면, 플럭스의 불량 여부를 신속하게 검사할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 솔더링을 위한 플럭스 검사 장치 및 그 검사 방법에 의하면, 각 결함의 종류나 결함의 정도를 정확하게 검사할 수 있는 효과도 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 솔더링을 위한 플럭스 검사 장치 및 그 검사 방법에 의하면, 파일형태로 저장된 결함의 내용을 분석하여 결함의 원인을 찾아 낼 수 있는 효과도 얻어진다.
도 1은 결정질 태양전지모듈의 제조공정을 보이는 개념도
도 2는 솔더링 불량에 의한 태양전지의 크랙 상태를 보여주는 사진
도 3은 종래 3차원 영상을 추출하는 개념을 나타내는 도면
도 4는 본 발명에 따른 3차원 영상 이미지를 추출하여 처리하는 개념을 나타내는 도면
도 5는 본 발명에 따라 추출된 플럭스 영상 이미지와 타겟 영상 이미지를 비교하여 플럭스의 양호, 불량을 판단하는 과정을 나타낸 흐름도
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
우선 본 발명의 개요를 설명한다.
본 발명은 칼라 도메인(Color Domain)의 방법을 사용하여 3차원 형상을 인식하고 측정한다. 칼라 도메인 방법은 도 4에 도시된 바와 같이 3방향에서 조명을 피사체에 투사하며 피사물의 경사 방향에서 라인 스캐닝(Line Scanning)하는 방법으로 3차원 영상을 획득하고, 3차원 계측 및 형상검사를 수행한다. 3차원 형상 계측 검사는 플럭스의 면적 및 평균 높이, 체적을 산출하여 기준 태양전지(Solar cell, 타겟 셀)와 검사할 태양전지(대상 셀)의 차이를 검출한다. 3차원 형상 검사는 칼라 도메인 검사에 의해 태양전지를 비교하고 불량이 있는 곳을 찾아 검출한다. 검출하는 검사항목은 플럭스 높이, 면적, 체적 및 솔더링 완료 후의 리본의 접합 높이, 냉납 등을 검출한다.
본 발명의 특징 :
Color Domain 방식은 Solar cell 의 수직 상면에서 제1 광원이 비추고 제2, 제3의 광원이 Solar cell의 측면에서 조사하며 Line scanning camera가 기판의 경사 사선 방향에서 검사할 물체를 조사하여 플럭스의 3차원 형상 이미지를 추출한다. 상면에서 조사하는 제1광원은 플럭스의 상면을 조사하고 측면에서 조사하는 제2, 제3광원은 플럭스의 측면을 조사하여 색 분활을 통해 3차원 이미지를 추출하게 된다.
o 광학, 조명계
칼라 도메인을 방법을 응용한 3차원 검사,계측을 수행하기 위하여 라인 스캔 카메라 , Cylindrical Lens 및 LED 조명 시스템을 포함한다. 태양전지 단위 셀 검사 및 Array 검사를 위해서는 대면적 검사시스템이 필요하며 라인 스캔 카메라를 채용한 시스템이 가장 적합하다.
o 라인 인터페이스 S/W
라인 스캔 카메라 및 솔라 셀을 이송하는 모터의 엔코더(Encoder) 신호를 감지하여 대상물의 스트립 단위의 영상을 일정시간 촬상하고, 프레임 그래버(Frame Grabber)에 저장하여 여기서 얻어진 영상 데이터를 메인 컴퓨터에 업로드(Uploading)하여 필요시 디스플레이 하거나 파일형태로 저장하는 S/W이다.
o 고속, 고정도 이미지 계측 알고리즘
이미지 상에서 플럭스(Flux) 및 리본 패턴의 폭, 면적, 둘레길이 등을 측정하기 위해 서브 픽셀(Subpixel)상의 이미지 경계점에서 서브 픽셀 알고리즘을 적용하여 선분을 추출하고 각 오브젝트(Object)의 계측을 수행하는 알고리즘이다.
o 프리-프로세싱(Pre-processing) 알고리즘
양품의 이미지에 대한 타겟 이미지의 고속 비교 연산 작업을 통해 솔더링 결함을 쉽게 찾는 알고리즘이다.
o 고속 서치(Search) 알고리즘
태양전지의 솔더링 부분을 빠르게 찾아 리본 및 플럭스의 도포 위치를 인식하는 알고리즘이다.
o 정밀 위치 제어
태양전지를 이송하는 로보트(Robot)의 속도 및 위치제어 기술이다.
o 하드웨어 및 소프트웨어 운용기술
메인 컨트롤러와 전체시스템을 운영하도록 윈도우즈 상에서 그래픽 유저 인터페이스(Graphic User Interface)를 구현하는 기술이다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명 따른 솔더링을 위한 플럭스 검사 장치 및 그 검사 방법은 태양전지 모듈을 제조하는 공정중 태빙-스트링잉 공정에서 플럭스의 양호·불량을 검사하는데에 사용된다.
10 : 이동 테이블 21, 22, 23 : 제 1, 제 2, 제 3의 광원
30 : 라인 스캔 카메라 32 : 광학 시스템
40 : 콘트롤러 50 : 마이크로프로세서
60 : 모니터 70 : 기억장치

Claims (4)

  1. 플럭스가 도포된 태양전지 또는 리본을 탑재한 이동 테이블과,
    상기 테이블의 수직 상부에서 상기 플럭스의 상면을 조사하는 제 1의 광원과,
    상기 테이블 상부의 경사진 방향에서 상기 플럭스의 양 측면을 향하여 조사하는 제 2 및 제 3의 광원과,
    상기 테이블 상부의 경사진 방향으로 투영되는 빛을 스캔하여 3차원 영상 이미지를 추출하는 스캐너와,
    칼라 도메인 검사에 의해 상기 추출된 영상 이미지와 타겟 플럭스의 영상 이미지를 비교하는 마이크로 프로세서와,
    상기 마이크로 프로세서에서 비교된 정도를 출력하는 출력장치를 구비한 것을 특징으로 하는 솔더링을 위한 플럭스 검사 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 추출왼 영상 이미지와 상기 타겟 플럭스의 영상 이미지는 플럭스의 높이, 면적 또는 체적이 비교되거나 솔더링 완료 후의 태양전지에 접합된 리본의 높이 또는 냉납의 크기가 비교되는 것을 특징으로 하는 솔더링을 위한 플럭스 검사 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 칼라 도메인 검사는 영상 이미지의 색분할을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 솔더링을 위한 플럭스 검사 장치.
  4. 플럭스가 도포된 태양전지 또는 리본에서 플럭스의 높이, 면적, 체적이 비교되거나 솔더링 완료 후의 태양전지에 접합된 리본의 높이, 냉납의 크기를 검사하는 솔더링을 위한 플럭스 검사 방법에 있어서,
    상기 플럭스가 도포된 태양전지 또는 리본에서 플럭스의 3차원 영상의 이미지를 추출하는 단계,
    상기 추출된 이미지를 색분할하고, 플럭스의 타겟 이미지에서 색분할된 값을 서로 비교하는 단계,
    상기 색분할된 값의 차이와 미리 설정된 편차의 값을 비교하여 양호 또는 불량을 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더링을 위한 플럭스 검사 방법.
KR1020110068777A 2011-07-12 2011-07-12 솔더링을 위한 플럭스 검사 장치 및 그 검사 방법 KR20130008187A (ko)

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