기판 검사 장비란?
기판 검사 장치는 표면 실장된 전자 기판의 제조 공정에서 불량을 검사하는 장치입니다.
기판 검사 장치로는 외관 검사를 하는 것 외에 크림 솔더 인쇄에 대응하는 솔더 인쇄 검사 장치도 있습니다. 또한, 솔더 내부의 정보까지 얻을 수 있는 3D-CT 검사 장치 등도 있습니다.
기판 검사 장치의 사용 용도
기판 검사 장비는 표면 실장되는 대부분의 전자 기판의 검사에 이용되고 있습니다. 기존에는 작업자가 전체에서 일정 개수를 뽑아 육안으로 검사하는 방식이었다.
하지만 이 방법으로는 모든 제품을 검사할 수 없고, 검사 결과에 작업자마다 편차가 발생하는 문제가 있었습니다. 기판 검사 장비를 도입하면 전체 제품의 검사가 가능해짐과 동시에 검사 결과의 편차를 줄일 수 있다는 장점이 있습니다.
기판 검사 장비의 원리
기판 검사 장비는 기판 검사 중 각 전자부품이 올바른 위치에 결함 없이 장착되어 있는지를 검사하는 외관 검사를 주로 수행합니다. 구체적으로는 부품의 위치 오차 및 결함, 납땜 불량 등을 검사합니다.
이러한 검사는 광학적인 방법으로 이루어지며, 장비 구성으로는 고성능 카메라와 영상처리 시스템이 필요합니다. “부품 결함은 고성능 카메라로 촬영한 이미지를 처리하여 부품의 위치가 어긋나지 않았는지, 결함이 있는지를 판단하는 구조로 되어 있습니다. 납땜 불량은 고성능 카메라로 촬영한 이미지의 납땜 부분의 길이, 두께 및 두께가 임계치를 초과하는지 여부를 검사합니다.
즉, 납땜 부분이 임계치를 밑돌면 납땜이 연결된 부품 간의 연결이 충분하지 않다고 판단하여 불량으로 판정하는 구조입니다.
기판 검사 장비의 종류
1. AOI (광학식 자동 외관 검사 장비)
기판 검사 장비의 대부분은 AOI(광학식 자동 외관 검사 장비)입니다. AOI에는 2차원(이하 2D) 타입과 3차원(이하 3D) 타입이 있는데, 2D 타입의 AOI는 라인 센서 카메라를 이용한 라인 스캔 방식을 이용한 검사 방법 등이 주류를 이루고 있습니다.
라인 스캔 방식에서는 조명을 고속으로 전환하면서 기판 전체를 촬영하여 고속으로 검사할 수 있습니다. 또한, AOI에서는 UV 조명을 광원으로 사용하여 코팅제의 미도포 및 비산 검사, 예상치 못한 기판 내 잉여 부품, 이물질 등의 불량을 자동 검출할 수 있습니다.
3D 타입의 AOI는 3차원으로 촬영하기 때문에 기판 내 부품의 정량적인 높이 정보를 검출하여 부품의 기판 대비 높이 위치 검사가 가능합니다. 또한, 영상처리 시스템을 통해 3D로 시각화함으로써 2D 타입에서는 어려웠던 부품의 기울어짐이나 부풀어오름을 검사할 수 있어 납땜 부분의 검사 정밀도를 높일 수 있습니다.
2. 3D-CT 검사 장비
최근에는 기판 검사 장비로 X선을 이용한 3D-CT 검사 장비 등이 등장하고 있으며, 3D-CT 검사 장비는 기판을 세로 또는 가로 방향으로 슬라이스한 이미지를 획득하여 3D 이미지를 구축합니다. 따라서 단층뿐만 아니라 다층 기판(다층 인쇄회로기판)의 내부를 검사할 수 있습니다. 예를 들어, 다층 기판의 층간 이격이나 구멍 뚫림 확인 및 하부 전극 부품이나 적층 부품, 삽입 부품 등의 입체적인 부재를 검사할 수 있습니다.
기판 검사 장비의 기타 정보
1. 기판 검사 장치로서의 이물질 검사용 장치
기판 검사 장치로 이물질 검사 장치를 사용하는 경우도 있습니다. 이물질 검사 장치를 사용하면 기판상의 이물질을 검사할 수 있습니다. 최근 고밀도화가 진행되고 있는 반도체 제품이나 인쇄회로기판 실장 제품에서 전도성 이물질이 혼입될 경우, 제품의 기능을 저하시키는 원인이 됩니다. 이에 따라 이물질 검사 장비의 도입이 이루어지고 있습니다.
이물질 검사 장치로는 레이저 산란 방식과 결상 검출 광학계를 결합한 방식 등이 있으며, 기판 가공 전이나 최종 출하 전에 이물질 검사를 실시하고 있습니다.
2. 하이브리드 방식 기판 검사 장치
기판 검사 장치에서 납땜 부분의 접합 상태 검사에는 컬러 하이라이트 방식이 사용되고 있습니다. 이는 적색, 청색, 녹색의 빛을 납땜부 경사면 상부와 경사부 및 하부에 조사된 반사광을 이용하여 납땜부 표면의 3차원 형상을 2차원의 색상 정보로 표현하는 방식입니다.
반면 위상변환 방식은 패턴광을 물체 표면에 투사하여 반사광의 패턴 왜곡으로부터 납땜부 표면의 3차원 형상을 복원하는 방식입니다. 하이브리드 방식 기판 검사 장비는 이 두 가지 방식을 결합하여 검사 정밀도를 더욱 높입니다.
3. 납땜 인쇄 검사 장비에 대하여
전자 기판에서는 다양화, 고밀도 실장 및 납땜의 무연화가 요구되고 있으며, 최근에는 크림 솔더 인쇄에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 이 크림 솔더 인쇄의 불량을 검사하는 것이 솔더 인쇄 검사 장비입니다. 이 장치에서는 크림 솔더 인쇄 패턴의 이미지를 분석하여 인쇄 부분의 위치 및 형상 결함을 검사하며, 형상에 대해서는 길이와 폭이 임계치를 초과하는지 여부를 검사합니다.