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[테크팁] 3D 검사로 인쇄회로기판(PCB) 품질 향상시키기
박채균 기자  |  cgpark@it-b.co.kr
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승인 2017.06.19  17:14:09
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[아이티비즈] 지난 20년간 DLP 기술은 다양한 애플리케이션에 채택되어 많은 이점을 제공해 왔다. 이미 2D AOI(Automated Optical Inspection)에서 3D AOI로 전환되고 있는 인쇄회로기판 제조 및 검사에서도 예외는 아니다.

가전제품이 점차 소형화됨에 따라 3D AOI 방식처럼 향상된 검사 방법을 요구하고 있으며, 이는 생산 비용을 절감시켜 줄 수 있다. AOI 장비 설계자는 DLP 솔루션을 이용해 PCB 솔더 페이스트, 솔더 조인트 및 정확한 부품 장착을 검사하는 데 필요한 견고하고 빠른 고분해능, 고정밀 3D 이미징 시스템을 구현한다.

◇ 3D 검사 필요성
3D AOI 및 솔더 페이스트 검사(SPI) 방법은 조립 공정 초기에 불량을 검출하고, 최종 검사에서 보다 낮은 생산 비용으로 PCB 제조 공정에서의 품질과 신뢰성을 보장해 준다.

가전제품이 점점 작아지면서 부품 크기는 점점 줄어들고 PCB 랜드의 기하학적 밀도는 높아지고 있다. 이러한 특성은 최종적으로 제품의 품질을 보장하기 위해 추가적인 3D AOI 또는 SPI 기능을 필요로 한다.

3D AOI 및 SPI는 PCB 조립 공장의 여러 스테이션에서다양한 이점을 제공한다.

① 솔더 페이스트 적용 후 인라인: 사전에 솔더 페이스트의 양과 형상을 검출하고 교정해 높은 비용이 발생한 이후의 재작업을 방지한다.
② 부품 장착 후 인라인: 부품 설치 및 적절한 방향을 검사해 이후 재작업을 방지한다.
③ 최종 검사 시 인라인: 모든 부품의 적절한 설치, 부품의 이동 여부, 부품 리드의 리프팅 여부는 물론 모든 솔더 조인트의 솔더 양이 적합한지, 위킹에 브리지, 단락 또는 오픈이 없는지 검사한다.
④ 오프라인 검사: 재작업되거나 수동 조립된 기판을 검사하는 독립형 유닛이다.

◇ 3D AOI 작동 원리
많은 3D AOI 시스템은 DLP 기술을 사용해 대상 PCB에 작은 시야(FOV)로 최대 400개의 사전 결정된 패턴을 빠르게 투사한다. 사이드에 장착된 흑백 또는 컬러 카메라는 PCB 부품의 z축 표면의 차이에 의해 변형될 때, 각각의 투사각을 캡처한다.

그러면 기하학적 삼각 분석법을 통해 부품의 3D 형상을 유추한다. 그 결과는 3D 포인트 클라우드로 생성되며, 이를 프로세서가 “바람직한” 물리적인 속성을 갖는 레퍼런스 모델과 비교한다. 프로세서는 어떤 FOV가 예상된 규칙을 벗어난 속성을 포함하는지를 결정하고, 불량 조건을 기록하며 사용자에게 불량 조건과 위치를 제공한다.

이와 같은 종류의 3D 구조형 광 기능은 유연하고 정밀한 3D 스캐닝을 제공해 빠른 인라인 검사를 수행하게 된다.

◇ DLP 기술 이용한 3D AOI 솔루션
DLP 기술은 AOI 애플리케이션에 다양한 향상된 기능을 제공한다. 예를 들어 DLP6500 DMD(digital micromirror device)는 개별적으로 제어되는 미러의 1920x1080 어레이로 구성되며, 차세대 3D AOI 애플리케이션에 요구되는 높은 분해능, 빠른 패턴 속도, 프로그래밍 기능을 제공한다.

따라서 이들 디바이스는 DLPC900 컨트롤러와 결합해 이점을 제공한다.

① 초당 약 250개 패턴에 달하는 8bit 위상차 패턴 속도로 고속 데이터 캡처가 가능해 매우 빠른 PCB 3D AOI 스캔 시간을 제공한다.
② 프로그래머블 패턴 선택 및 리오더링은 어느 FOV에서나 최대 정보를 추출하는 데 '적합한' 패턴을 적용하도록 보장한다.
③ DMD 다중 파장은 다중 컬러 AOI 시스템 구현을 지원하므로 반사율을 최적화하고 흑백 또는 컬러 카메라를 사용한다.
④ 프로그래머블 패턴 시간 설정을 통해 소프트웨어가 각각의 패턴에 대한 '온 시간'을 제어할 수 있어 대상으로부터 반사되는 빛의 양을 최적화한다.
⑤ 트리거 인/아웃은 DLPC900이 캡처하도록 카메라를 트리거하거나 카메라, 프로세서 또는 기타 하드웨어에 의해 트리거한다.

DLP 제품은 20여 년 이상의 탁월한 성과를 바탕으로 MEMS 기술 리더십을 입증해 왔다. 또한 여러 DMD 분해능과 크기로 제공돼 다양한 스캔 속도, 분해능, 가격에 맞춘 계층별 AOI 제품 포지셔닝을 지원한다. 이 밖에 TI의 DLP 디자인 네트워크는 제품 개발을 보다 쉽게 하고 설계 과정을 단축할 수 있도록 DLP 기술에 기반한 설계 및 생산 솔루션에 대한 전문 지식을 제공하고 있다.

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