기판 외관 검사 장치란?
기판 외관 검사 장치란 인쇄 회로 기판 등의 기판에 장착된 부품의 양호 여부와 결함을 검사하는 장치입니다.
이 장치에서는 실장 부품의 위치 오차, 단선, 단락, 크랙, 부품의 부유, 납땜 등에 문제가 없는지 검사합니다. 전자기판 검사에는 올바르게 동작하는지를 검사하는 기능검사 외에 각 전자부품이 올바른 위치에 결함 없이 장착되어 있는지 검사하는 기판 외관검사(기판검사, 실장검사)가 있습니다.
전자기판 검사는 AOI(Automated Optical Inspection)라고 불리며, 기판 외관 검사에서 문제가 없다면 실제로 설계대로 동작하는지를 확인하는 기능 검사입니다. 이 기능 검사에는 기능 테스터가 사용됩니다.
기판 외관 검사 장비의 사용 용도
기판 외관 검사 장비는 다양한 장비에 탑재되는 기판의 검사에 사용되고 있습니다. 기판에 실장된 부품의 위치 오차, 단선, 부품의 부유 및 납땜 불량 등의 검사를 실시하여 다음과 같은 결함을 발견할 수 있습니다.
1. 부품 결함
- 부품 미실장
부품의 실장 위치가 올바르지 않은 상태 - 부품의 위치 이탈
부품이 패드에서 분리되어 잘못된 위치에 실장된 상태 - 부품이 떠 있는 상태
부품의 한쪽만 납땜이 된 상태에서 다른 쪽이 떠 있는 상태
2. 납땜 결함
- 단선
납땜이 되지 않은 상태 - 단락
납땜량이 너무 많아 인접한 패드에까지 납땜이 부착되어 있는 상태 - 공극
납땜 시 기포에 의해 발생하는 결함 - 습윤 불량
납땜이 깨끗하게 부착되어 있으나 전기적 접촉이 불완전한 상태 - 솔더 볼
땜납의 공 모양의 덩어리가 생긴 상태 - 브리지
인접한 IC 핀 사이에 땜납이 연결된 상태 - 크랙
솔더 표면에 균열이 있는 상태 - 이모 땜납
납땜이 잘 접합되지 않아 납땜이 울퉁불퉁하게 된 상태
또한, 기판 외관 검사를 통해 문제가 없다면 실제로 설계대로 동작하는지 기능 검사를 하게 되는데, 기능 검사에는 기능 테스터가 사용됩니다.
이러한 기판 외관 검사 장비는 전자 기판의 회로 집적화가 진행되면서 소형화, 집적화된 기판에서는 사람의 육안으로 확인하기가 어려워짐에 따라 도입이 증가하고 있습니다. 또한, 노동력 절감, 인력 절감 등을 통한 비용 절감과 생산성 향상, 인적 오류를 줄여 품질 가치를 높일 수 있다는 장점도 있습니다.
기판 외관 검사 장비의 원리
1. 기판 외관 검사 장비의 구성
기판 외관 검사 장비는 사람과 마찬가지로 외관을 보는 ‘눈’의 기능을 하는 장비와, 양과 질을 판단하는 ‘뇌’의 기능을 하는 장비가 최소한으로 필요한 구성입니다. 이를 통해 사람이 육안으로 확인하던 검사를 대신 수행합니다.
따라서 기판 외관 검사 장비는 눈인 카메라와 두뇌인 영상처리 소프트웨어를 탑재한 컴퓨터로 구성됩니다.
2. 기판 외관 검사기의 판정 방법
기판 외관 검사 장비에서 가장 많이 검출되는 납땜 결함의 판정 방법을 설명합니다. 기판 외관 검사 장비에서 납땜의 좋고 나쁨은 기판 접착면 경계와 전자부품 접착면 경계를 연결하는 직선 거리를 임계값으로 하여 납땜 부분의 길이가 이를 초과하는지 여부로 판단합니다.
즉, 소프트웨어의 판단은 솔더 부분이 임계치 이상이면 솔더가 기판과 전자부품 사이를 전기가 통할 수 있는 상태로 연결한 양호한 상태이고, 임계치 미만이면 불량입니다. 부품의 형상 등 전자기판에 따라 임계값이 달라지기 때문에 영상처리 소프트웨어에 모든 임계값 데이터를 입력해 두어야 합니다.
최근에는 여러 대의 카메라를 이용해 3차원으로 촬영하거나, X선 카메라로 투과 영상을 촬영하거나, 레이저의 반사광 데이터를 얻는 등 2차원의 일반 카메라만으로는 검출할 수 없는 결함을 검출할 수 있도록 하고 있습니다. 예를 들어, 3차원 촬영을 하면 납땜 부분의 높이, 면적 및 부피 등을 측정할 수 있기 때문에 납땜량, 크기 및 필렛 형상 등을 측정할 수 있습니다.
이러한 자동화된 광학적인 수단에 의한 기판 외관 검사를 AOI라고 하는데, AOI는 ‘Automated Optical Inspection’의 약자로, 우리말로 번역하면 자동 광학 검사라고 할 수 있습니다.
기판 외관 검사 장비에 대한 기타 정보
인간에 의한 기판 외관 검사의 문제점
지금까지 기판 외관 검사는 사람의 육안으로 검사해 왔습니다. 하지만 사람에 의한 검사는 검사자의 경험이나 주관에 따라 합격과 불합격의 기준이 달라지는 경우가 있었습니다. 또한, 검사 항목이 늘어나면 그에 따라 인력을 늘려야 하기 때문에 인건비 증가로 이어지기도 했습니다.
또한, 공장에서 라인 생산되는 전자기판의 생산량은 방대해 육안 검사로는 처리 능력의 한계로 생산량을 따라잡을 수 없습니다. 이 때문에 생산 효율을 높이는 데 어려움을 겪고 있습니다. 이에 기판 외관 검사 장비를 도입하여 사람이 직접 하던 검사를 자동화하여 생산 효율 향상과 비용 절감을 달성하고 있습니다.