KR100783352B1 - System and method for inspect printed circuit board assembly using infrared thermography - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 PCB 어셈블리 검사 장치를 도시한 구성도, 1 is a block diagram showing a PCB assembly inspection apparatus according to the present invention,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 검사 원리를 설명하기 위한 참고도,2a to 2c is a reference diagram for explaining the inspection principle of the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 PCB 어셈블리 검사를 위하여 기준 이미지를 획득하는 과정의 흐름도, 3 is a flowchart of a process of obtaining a reference image for PCB assembly inspection according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 PCB 어셈블리 검사 과정을 나타낸 흐름도.4 is a flow chart showing a PCB assembly inspection process according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1a : 양품의 PCB 어셈블리 1b : 검사 대상의 PCB 어셈블리1a: good
10 : 제1챔버 11 : 에어샤워장치10: first chamber 11: air shower device
20 : 제2챔버 21 : 적외선 가열장치20: second chamber 21: infrared heating device
22 : 적외선 열화상 카메라 30 : 제3챔버22 infrared camera 30: third chamber
31 : 에어샤워장치 40 : 제4챔버31: air shower device 40: fourth chamber
41 : 컨트롤러 42 : 적외선 열화상 카메라41
43 : 영상처리부 43: image processing unit
본 발명은 적외선 열화상을 이용한 PCB 어셈블리 검사 장치와 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적외선 열화상 카메라를 이용하여 검사 대상인 PCB 어셈블리의 온도분포를 측정하고, 이를 양품의 PCB 어셈블리 데이터와 비교하여 전자부품의 실장 여부, 납땜 접합부의 불량 여부, 전자부품의 정상 동작 여부(기능오류 발생 여부)를 일괄적으로 검사할 수 있는 적외선 열화상을 이용한 PCB 어셈블리 검사 장치와 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for inspecting a PCB assembly using infrared thermal imaging, and more particularly, to measure a temperature distribution of a PCB assembly to be inspected using an infrared thermal imaging camera, and compare the same with PCB data of a good product. The present invention relates to a PCB assembly inspection apparatus and method using an infrared thermal image that can collectively inspect whether a component is mounted, a solder joint is defective, and whether an electronic component is normally operated (function failure occurs).
오늘날 기능 및 부품이 복잡하고 정교한 전자제품들이 등장함에 따라 이에 사용되는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board Assembly; PCB 어셈블리) 역시 탑재되는 부품의 수가 많고 날로 복잡, 정교해지고 있다.Today, as functions and components are complex and sophisticated electronics emerge, the printed circuit board assembly (PCB assembly) used for them is also increasingly large and complex and sophisticated.
인쇄회로기판(이하, PCB라 함)에 탑재되는 부품의 수가 많아진다는 것은 제조비용의 증가와 함께 불량 발생의 가능성은 높아지고 수율은 낮아지며 오류 진단은 더 어려워진다는 것을 의미한다.The increase in the number of components mounted on a printed circuit board (hereinafter, referred to as a PCB) means that as the manufacturing cost increases, the probability of defects increases, the yield decreases, and error diagnosis becomes more difficult.
특히, 부품이 작을수록 정확한 탑재가 더 어려워지는데 반하여, 납땜 접합부에 대한 시각적 접근이 제한되면서 기존의 시험/검사 방법은 복잡한 결함을 찾아내는데 효율성 측면에서 많은 제한을 받고 있다.In particular, the smaller the component, the more difficult it is to accurately mount, while the limited access to soldered joints limits existing test / inspection methods in terms of efficiency in finding complex defects.
현재 표면실장기술(Surface Mount Technology; SMT)에서 가장 많이 사용되는 시험/검사 과정은 수동비전검사(Manual Vision Inspection; MVI), 회로 내 검 사(In-Circuit Test; ICT), 기능검사(Function Test; FCT)를 순차적으로 실시하는 것이다.The most commonly used test / inspection procedures in Surface Mount Technology (SMT) are Manual Vision Inspection (MVI), In-Circuit Test (ICT) and Function Test (Function Test). ; FCT).
그러나, 이러한 종래의 순차적 검사에 따르면, 각 시험 방법마다 결함조사 범위가 상당히 넓은 것이 사실이지만, 시험 방법들끼리 서로 겹쳐지며 결합조사 범위가 미치지 못하는 영역도 존재하게 된다.However, according to this conventional sequential inspection, it is true that the defect inspection range is quite wide for each test method, but there are also areas where the test methods overlap each other and fall short of the combined irradiation range.
그리고, 이와 같이 결함조사 범위가 서로 중복되거나 모든 결함 유형들을 포괄하지 못할 경우 전체 시험비용이 증가할 수도 있다.And, if the defect inspection scope overlaps each other or fails to cover all defect types, the total test cost may increase.
대표적인 시험 방법인 ICT의 경우 복잡성이 높은 보드에 적용할 경우 자체적인 단점이 존재하는데, 왜냐하면 오랜 시간을 들여가면서 고비용 프로그래밍을 완료한 후에야 비로소 높은 수준의 결함조사 범위를 달성할 수 있기 때문이다. ICT, a typical test method, has its own drawbacks when applied to high-complexity boards because it is only possible to achieve a high level of defect inspection after a long time of high cost programming.
더욱이, 요구되는 치구 제작에 소요되는 시간은 노드의 수가 3,000개 이상일 경우 상당히 길어질 수 있다. Moreover, the time required to produce the required jig can be quite long when the number of nodes is 3,000 or more.
또한 보드의 복잡성이 높을 경우, ICT 치구가 고비용일 뿐만 아니라, 축소된 목표 지점에 접근하기 위해서 더 많은 수의 시험 탐침자를 요구하기 때문에 치구와의 접촉문제가 발생할 확률도 증가하게 된다.In addition, if the board complexity is high, not only is the ICT fixture expensive, but it also increases the probability of contact problems with the fixture because it requires a larger number of test probes to access the reduced target point.
이와 같은 문제는 수많은 재시험의 원인을 제공하게 되며, 또한 치구 때문에 발생한 결함과 진짜 결함 사이를 구분하기 힘들게 만든다.Problems like this provide a number of causes for retests, and also make it difficult to distinguish between real and true defects.
한편, 결함조사 범위에 포함되지 않은 결함 유형들이 존재할 경우 품질이 낮은 제품이 선적될 수도 있으며, 사용 중에 고장이 발생할 가능성이 높아짐을 의미한다.On the other hand, if there are defect types that are not included in the defect inspection scope, a low-quality product may be shipped, which means that the possibility of failure during use increases.
전기시험을 수행하기 전에 쇼트, 오픈, 부품 미장착 관련 결함들 가운데 대부분을 찾아낸다면 시험 중복은 크게 감소하게 된다. Detecting most of the short, open, and no component defects prior to performing the electrical test will significantly reduce test duplication.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서,Therefore, the present invention is invented to solve the above problems,
적외선 열화상 카메라를 이용하여 검사 대상인 PCB 어셈블리의 온도분포를 측정하고, 이를 양품의 PCB 어셈블리 데이터와 비교하여 전자부품의 실장 여부, 납땜 접합부의 불량 여부, 전자부품의 정상 동작 여부(기능오류 발생 여부)를 일괄적으로 검사할 수 있도록 구성됨으로써, 결함조사 범위를 각각의 장비에 의존하지 않고 종합적으로 수행할 수 있는 바, 전체적인 검사비용을 절감할 수 있고, 검사시간을 단축할 수 있으며, 좀더 정확한 검사 결과를 얻을 수 있는 PCB 어셈블리 검사 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Measure the temperature distribution of the PCB assembly to be inspected using the infrared thermal imaging camera and compare it with the PCB assembly data of the good product to check whether the electronic component is mounted, whether the solder joint is defective, or whether the electronic component is operating normally ) Can be inspected in a batch, so that the scope of defect inspection can be comprehensively performed without depending on the equipment, thereby reducing the overall inspection cost, reducing the inspection time, and more accurately. It is an object of the present invention to provide a PCB assembly inspection apparatus and method for obtaining the inspection results.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은, PCB 어셈블리가 순차적으로 통과하여 이송되는 제1 ~ 제4챔버와; 상기 제1챔버에 설치되어 제1챔버 내에 배치된 PCB 어셈블리의 온도를 균일하게 만들어주고 유지시키기 위한 온도 균일화 수단과; 상기 제2챔버에서 제1챔버로부터 이송된 후 검사위치에 배치된 PCB 어셈블리의 후면을 균등하게 가열시켜주는 가열수단과; 상기 제2챔버에서 PCB 어셈블리의 전면에 대해 온도분포를 측정하여 온도 이미지로 제공하는 온도 이미지 획득수단과; 상기 제3챔버에 설치되어 제2챔버로부터 이송된 PCB 어셈블리의 온도를 균일하게 만들어주고 유지시키기 위한 온도 균일화 수단과; 상기 제4챔버에서 제3챔버로부터 이송된 후 검사위치에 배치된 PCB 어셈블리에 전원을 인가하고 상기 PCB 어셈블리에 실장된 전자부품의 동작을 위한 제어신호를 인가할 수 있도록 연결 설치되는 컨트롤러와; 상기 제4챔버에서 PCB 어셈블리의 전면에 대해 온도분포를 측정하여 온도 이미지로 제공하는 온도 이미지 획득수단과; 상기 각 온도 이미지 획득수단으로부터 전송된 이미지를 전달받아 처리하고 전달받은 이미지 및 그 처리결과를 저장 및 표시하는 영상처리부;를 포함하는 PCB 어셈블리 검사 장치를 제공한다.The present invention, the first to the fourth chamber to which the PCB assembly is sequentially passed through the transfer; Temperature equalization means installed in the first chamber to uniformize and maintain the temperature of the PCB assembly disposed in the first chamber; Heating means for uniformly heating the rear surface of the PCB assembly disposed at the inspection position after being transferred from the first chamber in the second chamber; Temperature image acquisition means for measuring a temperature distribution with respect to the front surface of the PCB assembly in the second chamber and providing a temperature image; Temperature equalization means installed in the third chamber to uniformly maintain and maintain the temperature of the PCB assembly transferred from the second chamber; A controller connected to the fourth chamber so as to supply power to the PCB assembly disposed at the inspection position after the transfer from the third chamber and to apply a control signal for the operation of the electronic component mounted on the PCB assembly; Temperature image acquisition means for measuring a temperature distribution with respect to the front surface of the PCB assembly in the fourth chamber and providing a temperature image; Provides a PCB assembly inspection apparatus comprising; an image processing unit for receiving and processing the image transmitted from each of the temperature image acquisition means, and stores and displays the received image and the result of the processing.
한편, 본 발명은, PCB 어셈블리 검사 방법에 있어서, 제1챔버 내에 검사 대상의 PCB 어셈블리를 배치하여 그 온도를 균일하게 만들어주고 유지하는 온도 균일성 확보 단계와; 온도가 균일하게 유지되는 PCB 어셈블리를 상기 제1챔버에서 제2챔버로 이송한 후 적외선 열화상 카메라를 이용하여 PCB 어셈블리의 전면에 대해 온도분포를 나타내는 온도 이미지1'을 획득하는 단계와; 영상처리부에서 상기 제2챔버의 적외선 열화상 카메라로부터 전달된 온도 이미지1'을 기록/저장하고, 온도 이미지1'의 히스토그램을 구하여 온도 균일성을 검사하는 단계와; 상기 제2챔버에서 온도 균일성을 확인한 PCB 어셈블리의 후면을 적외선 가열장치로 균등하게 가열하고, 이와 동시에 적외선 열화상 카메라를 이용하여 PCB 어셈블리의 전면에 대해 온도분포를 나타내는 온도 이미지2'를 획득하는 단계와; 영상처리부에서 상기 제2챔버의 적외선 열화상 카메라로부터 전달된 온도 이미지2'를 기록/저장하고, 상기 적외선 열화상 카메라로부터 얻은 온도 이미지 데이터와, 양품의 PCB 어셈블리를 대상으로 동일 과정 및 조건하에 미리 획득한 기준 이미지 데이터를 비교하여 검사 대상의 PCB 어셈블리에 대한 전자부품의 실장 여부를 판별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 PCB 어셈블리 검사 방법을 제공한다.On the other hand, the present invention, PCB assembly inspection method, the temperature uniformity ensuring step of placing and maintaining the temperature of the PCB assembly to be inspected in the first chamber uniformly; Transferring the PCB assembly having a uniform temperature from the first chamber to the second chamber, and obtaining a temperature image 1 'representing the temperature distribution over the front surface of the PCB assembly using an infrared thermal camera; Recording / storing the temperature image 1 'transmitted from the infrared camera of the second chamber in the image processor, and obtaining a histogram of the temperature image 1' to check temperature uniformity; Evenly heating the back of the PCB assembly confirmed the temperature uniformity in the second chamber with an infrared heating device, and at the same time to obtain a temperature image 2 'representing the temperature distribution on the front surface of the PCB assembly using an infrared thermal camera. Steps; The image processor records / stores the temperature image 2 'transmitted from the infrared thermal camera of the second chamber, and the temperature image data obtained from the infrared thermal camera and the PCB assembly of good quality in advance under the same process and conditions. And comparing the acquired reference image data to determine whether the electronic component is mounted on the PCB assembly to be inspected, and providing the PCB assembly inspection method.
여기서, 상기 제2챔버에서 가열된 PCB 어셈블리를 제3챔버로 이송한 후 그 온도를 균일하게 만들어주고 유지하는 온도 균일성 확보 단계와; 온도가 균일하게 유지되는 PCB 어셈블리를 상기 제3챔버에서 제4챔버로 이송한 후 적외선 열화상 카메라를 이용하여 PCB 어셈블리의 전면에 대해 온도분포를 나타내는 온도 이미지3'을 획득하는 단계와; 영상처리부에서 상기 제4챔버의 적외선 열화상 카메라로부터 전달된 온도 이미지3'을 기록/저장하고, 온도 이미지3'의 히스토그램을 구하여 온도 균일성을 검사하는 단계와; 상기 제4챔버에서 온도 균일성을 확인한 PCB 어셈블리에 컨트롤러로부터 전원을 인가하는 동시에 적외선 열화상 카메라를 이용하여 PCB 어셈블리의 전면에 대해 온도분포를 나타내는 온도 이미지4'를 획득하는 단계와; 영상처리부에서 상기 제4챔버의 적외선 열화상 카메라로부터 전달된 온도 이미지4'를 기록/저장하고, 상기 적외선 열화상 카메라로부터 얻은 온도 이미지 데이터와, 양품의 PCB 어셈블리를 대상으로 동일 과정 및 조건하에 미리 획득한 기준 이미지 데이터를 비교하여 검사 대상의 PCB 어셈블리에 대한 납땜 접합부의 불량 여부를 판별하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.A temperature uniformity step of transferring the PCB assembly heated in the second chamber to the third chamber and making the temperature uniform and maintaining the temperature; Transferring the PCB assembly having a uniform temperature from the third chamber to the fourth chamber, and then obtaining a temperature image 3 'representing the temperature distribution over the front surface of the PCB assembly using an infrared thermal camera; Recording / storing the temperature image 3 'transferred from the infrared thermal camera of the fourth chamber in the image processing unit, and obtaining a histogram of the temperature image 3' to check temperature uniformity; Acquiring a temperature image 4 'representing the temperature distribution of the front surface of the PCB assembly using an infrared thermal camera while simultaneously applying power from the controller to the PCB assembly in which the temperature uniformity is confirmed in the fourth chamber; The image processing unit records / stores the temperature image 4 'transmitted from the infrared thermal camera of the fourth chamber, and the temperature image data obtained from the infrared thermal camera and the good PCB assembly under the same process and conditions in advance. And comparing the obtained reference image data to determine whether a solder joint of the PCB assembly to be inspected is defective.
또한 상기 제4챔버에서 PCB 어셈블리에 실장된 전자부품의 동작을 위한 제어신호를 컨트롤러로부터 인가하는 동시에 적외선 열화상 카메라를 이용하여 PCB 어 셈블리의 전면에 대해 온도분포를 나타내는 온도 이미지5'를 획득하는 단계와; 영상처리부에서 상기 제4챔버의 적외선 열화상 카메라로부터 전달된 온도 이미지5'를 기록/저장하고, 상기 적외선 열화상 카메라로부터 얻은 온도 이미지 데이터와, 양품의 PCB 어셈블리를 대상으로 동일 과정 및 조건하에 미리 획득한 기준 이미지 데이터를 비교하여 검사 대상의 PCB 어셈블리에 대한 전자부품 정상 동작 여부를 판별하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the fourth chamber, a control signal for operating an electronic component mounted on a PCB assembly is applied from a controller, and a temperature image 5 'representing a temperature distribution of the front surface of the PCB assembly is acquired using an infrared thermal camera. Making a step; The image processing unit records / stores the temperature image 5 'transferred from the infrared thermal camera of the fourth chamber, and the temperature image data obtained from the infrared thermal camera and the PCB assembly of good quality in advance under the same process and conditions. And determining whether the electronic component is normally operated with respect to the PCB assembly to be inspected by comparing the obtained reference image data.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 적외선 열화상을 이용한 PCB 어셈블리 검사 장치와 방법에 관한 것으로서, 종래의 문제점들을 개선하고자 대상체에서 발산하는 적외선을 검출하여 2차원 온도 이미지로 제공하는 적외선 열화상 카메라를 이용하여 PCB 어셈블리의 온도분포를 측정하고, 이를 정상상태와 비교하여 전자부품의 실장 여부, 납땜 접합부의 불량 여부, 전자부품의 정상 동작 여부(기능오류 발생 여부) 등을 검사할 수 있는 자동열화상검사(Automated Thermography Inspection; ATI) 장치와 방법을 제공하고자 한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for inspecting a PCB assembly using an infrared thermal image, and to improve the conventional problems, a temperature of a PCB assembly using an infrared thermal imager that detects infrared rays emitted from an object and provides a two-dimensional temperature image. Automated Thermography Inspection, which measures distribution and compares it with a normal state to inspect whether an electronic component is mounted, whether a solder joint is defective, or whether the electronic component is normally operated (function failure occurs); ATI) An apparatus and method are provided.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 PCB 어셈블리 검사 장치를 도시한 구성도이고, 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 검사 원리를 설명하기 위한 참고도이다. 1 is a block diagram showing a PCB assembly inspection apparatus according to the present invention, Figures 2a to 2c is a reference diagram for explaining the inspection principle of the present invention.
또한 첨부한 도 3은 본 발명에 따른 PCB 어셈블리 검사를 위하여 기준 이미지를 획득하는 과정의 흐름도이고, 도 4는 본 발명에 따른 PCB 어셈블리 검사 과정을 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a process of acquiring a reference image for PCB assembly inspection according to the present invention, and FIG. 4 is a flowchart illustrating a PCB assembly inspection process according to the present invention.
본 발명에서는 PCB에서 방출하는 열을 적외선 열화상 카메라를 이용하여 검출하고, 이때 온도분포를 양품의 온도분포와 비교함으로써 불량 여부를 판별하는 바, 이 과정에서 전자부품의 실장 여부, 납땜 접합부의 불량 여부, 전자부품의 정상 동작 여부(기능오류 발생 여부)를 판별하게 된다.In the present invention, the heat emitted from the PCB is detected using an infrared thermal imaging camera, and at this time, the temperature distribution is compared with the temperature distribution of the good product to determine whether it is defective, whether the electronic component is mounted or the solder joint is defective in this process. It is determined whether or not the electronic component is normally operated (function error occurs).
우선, 전자부품의 실장 여부를 검사하는 원리를 설명하면, 도 2a에 나타낸 바와 같이, PCB 어셈블리(1)의 후면에 배치된 적외선 열원(적외선 가열장치)(4)으로부터 PCB 어셈블리의 후면에 열이 입사되는 경우, 전자부품(3)의 열전달계수와 PCB(기판)(2)의 열전달계수의 차이로 인해서 적외선 열화상 카메라(5)에 의해 검출되는 온도분포가 다르게 나타난다.First, the principle of inspecting whether the electronic component is mounted will be described. As shown in FIG. 2A, heat is radiated from the infrared heat source (infrared heater) 4 disposed on the rear surface of the
즉, 전자부품의 삽입 여부에 따라 검사 대상인 PCB 어셈블리 내에서 부분별로 온도차이가 발생하게 되며, 이 온도차이를 양품의 온도분포와 비교할 경우 전자부품의 실장 여부를 판별할 수 있게 된다.That is, a temperature difference occurs for each part in the PCB assembly to be inspected according to whether the electronic component is inserted, and when the temperature difference is compared with the temperature distribution of the good product, it is possible to determine whether the electronic component is mounted.
그리고, 납땜 접합부의 불량 여부를 검사하는 원리를 설명하면, 도 2b에 나타낸 바와 같이, PCB 어셈블리(1)에 전원을 인가하는 경우, 전자부품(3)은 저항에 상응하는 발열을 하게 되며, 이러한 발열은 제품의 안전성을 확보하기 위해 일정한 온도를 유지하도록 전자부품이 설계되어 있다.In addition, the principle of inspecting whether the solder joint is defective will be described. As shown in FIG. 2B, when power is applied to the
따라서, 전자부품(3)이 PCB(2)에 정상적으로 납땜 접합이 되지 않은 경우에는 전자부품에 전원이 인가되지 않기 때문에 일정한 발열을 하지 않게 되며, 이때 적외선 열화상 카메라(5)가 PCB 어셈블리(1)의 온도분포를 측정하면 해당 부품의 발열 여부를 알 수 있으므로, 이를 통해 전원 인가 여부 및 납땜 접합부의 불량 여 부를 알 수 있게 된다. Therefore, when the
즉, 발열 여부가 적외선 열화상 카메라(5)에 검출되어 양품(3a)과 비교됨으로써, 납땜 접합부의 불량 여부 검출과 함께 전자부품 실장 여부의 재검사가 가능하다.That is, whether or not heat is detected by the infrared
또한 납땜 접합부와 PCB 사이의 불완전한 납땜(계면 사이 박리, 납땜 용입 불량 등)은 전자부품에 공급되는 전원을 감소시키고, 이에 전자부품의 발열에도 영향을 주며, 납땜 접합부에서도 저항 증가로 인해 발열이 일어나게 된다.In addition, incomplete soldering between the solder joint and the PCB (interfacial separation, poor solder penetration, etc.) reduces the power supplied to the electronic component, thereby affecting the heat generation of the electronic component, and causing the solder to generate heat due to the increased resistance. do.
이러한 발열 변화를 양품과 비교함으로써, 불완전한 납땜 접합부 검출이 가능하게 된다.By comparing this heat generation change with a good product, incomplete solder joint detection becomes possible.
그리고, 전자부품의 정상 동작 여부(기능오류 발생 여부)를 검사하는 원리를 설명하면, 신호에 따라 기능을 변경하는 전자부품의 경우에 동작과 비동작 사이에 발열분포가 다르다는 사실에 착안된 것으로, 도 2c에 나타낸 바와 같이, 외부에서 제어신호를 입력한 후 전자부품(3)의 동작상태와 비동작상태에서의 온도분포를 적외선 열화상 카메라(5)로 측정하여 이를 양품(3a)과 비교함으로써, 전자부품(3)이 정상 기능을 수행하는지를 검사할 수 있게 된다. In addition, the principle of inspecting whether an electronic component operates normally or not (function failure) will be described. In the case of an electronic component whose function is changed according to a signal, it is conceived that the heating distribution is different between an operation and a non-operation. As shown in FIG. 2C, after inputting a control signal from the outside, the temperature distribution in the operating state and the non-operating state of the
이러한 검사 원리를 기초로 하여 본 발명에서 제시하는 PCB 어셈블리 검사 장치를 도 1을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Based on the inspection principle, the PCB assembly inspection apparatus proposed by the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1.
우선, 구획된 4개의 챔버(10,20,30,40)가 마련되고, 검사시에 대상체인 PCB 어셈블리(1b)를 각 챔버를 따라 순차적으로 이동시켜 작업이 이루어진다.First, four
본 명세서에서는 명확한 설명을 위하여 4개의 챔버를 이동순서에 따라 각각 제1챔버(10), 제2챔버(20), 제3챔버(30), 제4챔버(40)로 칭하기로 한다.In the present specification, for the sake of clarity, the four chambers will be referred to as the
우선, 제1챔버(10)에는 PCB 어셈블리(1a,1b)의 전면에 공기를 분사시켜주는 에어샤워장치(11)가 설치되며, 이 에어샤워장치(11)는 제1챔버(10) 내의 검사위치에 배치된 PCB 어셈블리(1a,1b) 전면에 공기를 분사시켜 PCB 어셈블리의 온도를 균일하게 유지시켜주기 위한 것이다. First, an
상기 에어샤워장치(11)는 온도 균일성 확보를 위해 주변 온도에 적응된 공기를 PCB 어셈블리(1a,1b)에 분사하게 된다.The
다음으로, 제2챔버(20)에는 제1챔버(10)로부터 이송된 후 검사위치에 배치된 PCB 어셈블리(1a,1b)의 후면을 균등한 열이 입사되도록 가열시켜주는 적외선 가열장치(21)가 설치되고, 이와 함께 상기 PCB 어셈블리(1a,1b)의 전면으로부터 발산되는 적외선을 검출하여 2차원 온도 이미지로 제공하는 적외선 열화상 카메라(22)가 설치된다.Next, an
상기 적외선 열화상 카메라(22)는 영상처리 프로세서를 포함하는 영상처리부(43)에 획득된 이미지가 전달될 수 있도록 연결되며, 상기 영상처리부(43)는 적외선 열화상 카메라(22)로부터 전송된 이미지를 처리하고 전송된 이미지 및 처리결과를 저장 및 표시하도록 되어 있다.The infrared
다음으로, 제3챔버(30)에는 제1챔버(10)에서와 동일하게 에어샤워장치(31)가 설치되며, 이는 제2챔버(20)에서 가열된 후 이송되어 온 PCB 어셈블리(1a,1b)의 전면에 공기를 분사시켜주도록 설치된다.Next, the
상기 에어샤워장치(31)는 제1챔버(10) 내의 에어샤워장치(11)와 동일한 역할 을 하는 것으로, 제3챔버(30) 내의 검사위치에 배치된 PCB 어셈블리(1a,1b)의 전면에 공기를 분사시켜 PCB 어셈블리의 온도를 균일하게 유지시켜준다. The
상기 에어샤워장치(31)는 온도 균일성 확보를 위해 주변 온도에 적응된 공기를 PCB 어셈블리에 분사하게 된다.The
다음으로, 제4챔버(40)에는 전원공급부(미도시됨)로부터 전원을 제공받아 제3챔버(30)로부터 이송되어 검사위치에 배치된 PCB 어셈블리(1a,1b)에 전원을 인가하고 이와 함께 상기 PCB 어셈블리에 실장된 전자부품의 동작을 위한 제어신호를 인가할 수 있도록 컨트롤러(41)가 연결 설치된다.Next, the
이와 함께 상기 PCB 어셈블리(1a,1b)의 전면으로부터 발산되는 적외선을 검출하여 2차원 온도 이미지로 제공하는 적외선 열화상 카메라(42)가 설치된다.In addition, an infrared
상기 적외선 열화상 카메라(42)는 상기 영상처리부(43)에 획득된 이미지가 전달할 수 있도록 연결된다.The infrared
그리고, 상기와 같이 이루어진 PCB 어셈블리 검사 장치에서 양품의 PCB 어셈블리 및 검사 대상의 PCB 어셈블리는 제1챔버(10), 제2챔버(20), 제3챔버(30), 제4챔버(40)의 순으로 이송되면서 검사 과정을 거치게 되는데, 바람직하게는 PCB 어셈블리를 상기 챔버들을 따라 자동 이송시킬 수 있는 이송수단(도시하지 않음)이 설치된다.And, in the PCB assembly inspection apparatus made as described above, the PCB assembly of the good and the PCB assembly of the inspection target of the
상기 이송수단은 PCB 어셈블리(1a,1b)를 소정 경로를 따라 이송시킬 수 있는 통상의 이송수단으로 실시 가능하며, 예컨대 챔버(10,20,30,40)들을 통과하는 컨베이어 장치 등으로 실시될 수 있다. The conveying means may be implemented as a conventional conveying means capable of conveying the PCB assembly (1a, 1b) along a predetermined path, for example, a conveyor device passing through the chambers (10, 20, 30, 40) and the like. have.
한편, 본 발명에서는 상기와 같이 이루어진 검사 장치에서 PCB 어셈블리의 미소한 온도차이 또는 변화를 감지하여 양품의 PCB 어셈블리와 검사 대상의 PCB 어셈블리를 실시간으로 비교하여 검사를 수행하게 되며, 본 발명에 따른 검사 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.On the other hand, in the present invention by detecting a slight temperature difference or change in the PCB assembly in the inspection device made as described above to perform inspection by comparing the PCB assembly of the good and the PCB assembly of the inspection target in real time, the inspection according to the present invention The process is described in detail as follows.
PCB 어셈블리는 제품에 따라 전자부품의 구성 및 구조가 다르므로, 양품을 기준으로 기준 이미지를 획득하는 과정이 선행되어야 하며, 그 과정을 도 3에 나타내었다.Since the PCB assembly has a different configuration and structure of electronic components according to a product, a process of acquiring a reference image based on a good product should be preceded, and the process is shown in FIG. 3.
먼저, 제1챔버(10)에서 온도 균일성을 확보하기 위해 주변 온도에 적응된 공기를 에어샤워장치(11)가 양품의 PCB 어셈블리(1a)에 분사하여 PCB 어셈블리의 온도를 균일하게 유지시킨 뒤 제2챔버(20)로 이송한다.First, in order to secure temperature uniformity in the
이후, 상기 제2챔버(20)에서는 적외선 열화상 카메라(21)가 PCB 어셈블리(1a)의 전면을 대상으로 온도 이미지1을 획득하고, 이를 영상처리부(43)로 전달하는 바, 영상처리부(4)에서는 이때 획득된 온도 이미지1을 전달받아 기록/저장하고, 온도 이미지1의 온도분포 그래프(히스토그램)를 구하여 PCB 어셈블리의 온도 균일성을 검사한다.Subsequently, in the
여기서, 균일성을 갖지 않는 PCB 어셈블리는 다시 제1챔버(10)로 이송한 뒤 에어샤워장치(11)로 공기를 분사하여 균일성을 확보한 다음 제2챔버(20)로 재이송한다.Here, the PCB assembly having no uniformity is transferred to the
그리고, 제2챔버(20)에서 균일한 온도를 유지하는 PCB 어셈블리(1a)에 대해 적외선 가열장치(21)를 이용하여 PCB 어셈블리의 후면을 가열하고, 이때 PCB 어셈 블리 전면의 온도분포를 적외선 열화상 카메라(22)를 통해 획득하는 바, 이때의 온도 이미지2는 영상처리부(43)로 전달된 후 기록/저장된다.In addition, the rear surface of the PCB assembly is heated using the
영상처리부(43)에서는 온도 이미지1과 온도 이미지2의 감산처리(온도 이미지2 - 온도 이미지1)를 통하여 상대 온도분포 이미지를 기준 이미지1로 기록/저장한다.The
여기서, 최종 획득한 기준 이미지1은 추후 검사 대상체인 PCB 어셈블리의 전자부품 실장 여부를 검사하는데 있어서 기준 이미지로 사용된다.Here, the finally obtained
한편, PCB 어셈블리(1a)는 다시 제2챔버(20)에서 제3챔버(30)로 이송되며, 제3챔버(30)에서는 제1챔버에서와 마찬가지로 에어샤워장치(31)를 통해 주변 온도와 적응된 공기를 PCB 어셈블리(1a)에 분사하여 PCB 어셈블리의 온도 균일성을 확보하고, 균일한 온도를 유지하는 상태에서 PCB 어셈블리(1a)는 제4챔버(40)로 이송된다.Meanwhile, the
제4챔버(40)에서는 제2챔버에서와 동일한 방식으로 온도 균일성을 검사하여 온도 균일성 확보가 확인되면 균일한 온도분포를 가지는 온도 이미지3을 기록/저장한다.In the
이후, 컨트롤러(41)가 PCB 어셈블리(1a)에 전원을 인가하고, 전원이 인가된 상태에서 PCB 어셈블리 전면의 온도분포를 적외선 열화상 카메라(42)를 통해 획득하는 바, 이때의 온도 이미지4는 영상처리부(43)로 전달된 후 기록/저장된다.Thereafter, the
영상처리부(43)에서는 온도 이미지3과 온도 이미지4를 감산처리(온도 이미지4 - 온도 이미지3)하여, 이때 얻은 상대 온도분포 이미지를 기준 이미지2로 기록/ 저장한다. The
상기 기준 이미지2는 전자부품의 납땝 접합부 불량 여부를 판별하는 기준 이미지로 사용된다.The
그리고, 상기 제4챔버(40)에서는 전자부품의 정상 동작 여부 판단(기능 판단)을 위한 기준 이미지를 획득하게 되는데, 전자제품이 제어신호를 입력받으면 미세한 전압의 변화가 발생하는 바, 컨트롤러(41)가 PCB 어셈블리(1a)에 소정의 제어신호를 인가하고, 제어신호가 인가된 상태에서 PCB 어셈블리 전면의 온도분포를 적외선 열화상 카메라(42)를 통해 획득하는 바, 이때의 온도 이미지5는 영상처리부(43)로 전달된 후 기록/저장된다.In addition, the
영상처리부(43)에서는 온도 이미지3과 온도 이미지 5를 감산처리(온도 이미지5 - 온도 이미지4)하여, 이때 얻은 상대 온도분포 이미지를 기준 이미지3으로 기록/저장한다.The
상기 기준 이미지3은 전자부품의 정상 동작 여부(기능오류 발생 여부)를 판별하는 기준 이미지로 사용된다.The
이와 같이 실제 PCB 어셈블리를 대상으로 검사하기 전에 양품의 PCB 어셈블리에 대해 3개의 기준 이미지를 획득하고, 이를 실제 검사시에 검사 대상의 PCB 어셈블리로부터 획득한 검사 이미지와 비교함으로써 불량 여부를 판별하게 된다.As described above, three reference images of the PCB assembly of the good product are obtained before the inspection of the actual PCB assembly, and the defects are determined by comparing the reference images with the inspection images obtained from the PCB assembly of the inspection target.
상기와 같이 양품의 PCB 어셈블리로부터 기준 이미지가 획득된 상태에서 실제 검사 대상인 PCB 어셈블리를 대상으로 도 1에 도시한 검사 장치에서 검사를 진행하는 바, 그 과정을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.In the state in which the reference image is obtained from the good PCB assembly as described above, the inspection is performed in the inspection apparatus shown in FIG. 1 with respect to the PCB assembly which is the actual inspection target. .
우선, 검사 대상의 PCB 어셈블리(1b)를 제1챔버(10) 내에 배치한 뒤, 온도 균일성을 확보하기 위해 주변 온도에 적응된 공기를 에어샤워장치(11)가 양품의 PCB 어셈블리에 분사하여 PCB 어셈블리의 온도를 균일하게 유지시킨 후 제2챔버(20)로 이송한다.First, after placing the
이후, 상기 제2챔버(20)에서는 적외선 열화상 카메라(22)가 PCB 어셈블리(1b)의 전면을 대상으로 온도 이미지1'을 획득하고, 이를 영상처리부(43)로 전달하는 바, 영상처리부(43)에서는 이때 획득된 온도 이미지1'을 전달받아 기록/저장하고, 온도 이미지1'의 온도분포 그래프(히스토그램)를 구하여 PCB 어셈블리(1b)의 온도 균일성을 검사한다.Subsequently, in the
여기서, 균일성을 갖지 않는 PCB 어셈블리는 다시 제1챔버(10)로 이송한 뒤 에어샤워장치(11)로 공기를 분사하여 균일성을 확보한 다음 제2챔버(20)로 재이송한다.Here, the PCB assembly having no uniformity is transferred to the
그리고, 제2챔버(20)에서 균일한 온도를 유지하는 PCB 어셈블리(1b)에 대해 적외선 가열장치(21)를 이용하여 PCB 어셈블리의 후면을 가열하고, 이때 PCB 어셈블리 전면의 온도분포를 적외선 열화상 카메라(22)를 통해 획득하는 바, 이때의 온도 이미지2'는 영상처리부(43)로 전달된 후 기록/저장된다.Then, the rear surface of the PCB assembly is heated using the
영상처리부(43)에서는 온도 이미지1'과 온도 이미지2'의 감산처리(온도 이미지2' - 온도 이미지1')를 통하여 상대 온도분포 이미지를 검사 이미지1로 기록/저장한다.The
그리고, 영상처리부(43)에서는 미리 획득하여 저장한 기준 이미지1과 상기 검사 이미지1을 비교하여 전자부품 실장 여부를 판별하는 바, 상기 검사 이미지1과 상기 기준 이미지1을 감산처리하여, 이때 얻은 온도분포 이미지1의 히스토그램1이 일정하다면, 도 2a의 검사 원리와 같이 모든 전자부품이 PCB 어셈블리(1b)에 삽입된 것으로 판단하여 합격처리하게 된다.In addition, the
한편, 전자부품 실장 여부 검사에서 합격한 PCB 어셈블리(1b)는 제3챔버(30)로 이송되며, 여기서 에어샤워장치(31)를 통해 주변 온도와 적응된 공기를 PCB 어셈블리(1b)에 분사하여 PCB 어셈블리의 온도 균일성을 확보하고, 균일한 온도를 유지하는 상태에서 PCB 어셈블리는 제4챔버(40)로 이송된다.On the other hand, the PCB assembly (1b) passed in the electronic component mounting test is transferred to the
제4챔버(40)에서는 제2챔버에서와 동일한 방식으로 온도 균일성을 검사하여 온도 균일성 확보가 확인되면 균일한 온도분포를 가지는 온도 이미지3'을 기록/저장한다.In the
이후, 컨트롤러(41)가 PCB 어셈블리(1b)에 전원을 인가하고, 전원이 인가된 상태에서 PCB 어셈블리 전면의 온도분포를 적외선 열화상 카메라(42)를 통해 획득하는 바, 이때의 온도 이미지4'는 영상처리부(43)로 전달된 후 기록/저장된다.Thereafter, the
영상처리부(43)에서는 온도 이미지3'과 온도 이미지4'를 감산처리(온도 이미지4' - 온도 이미지3')하여, 이때 얻은 상대 온도분포 이미지를 검사 이미지2로 기록/저장한다. The
그리고, 영상처리부(43)에서는 미리 획득하여 저장한 기준 이미지2와 상기 검사 이미지2를 비교하여 납땜 접합부의 불량 여부를 판별하는 바, 상기 검사 이미지2와 상기 기준 이미지2를 감산처리하여, 이때 얻은 온도분포 이미지2의 히스토그 램2가 일정하다면, 도 2b의 검사 원리와 같이 전자부품의 납땜 접합이 양호한 것으로 판단하여 합격처리하게 된다.In addition, the
다음으로, 상기 제4챔버(40)에서는 전자부품의 정상 동작 여부를 판별(기능 판단)하게 되는데, 컨트롤러(41)가 PCB 어셈블리(1b)에 소정의 제어신호를 인가하고, 제어신호가 인가된 상태에서 PCB 어셈블리 전면의 온도분포를 적외선 열화상 카메라(42)를 통해 획득하는 바, 이때의 온도 이미지5'는 영상처리부(43)로 전달된 후 기록/저장된다.Next, the
영상처리부(43)에서는 온도 이미지3'과 온도 이미지 5'를 감산처리(온도 이미지5' - 온도 이미지3')하여, 이때 얻은 상대 온도분포 이미지를 검사 이미지3으로 기록/저장한다.The
그리고, 영상처리부(43)에서는 미리 획득하여 저장한 기준 이미지3과 상기 검사 이미지3을 비교하여 전자부품의 정상 동작 여부를 판별하는 바, 상기 검사 이미지3과 상기 기준 이미지3을 감산처리하여, 이때 얻은 온도분포 이미지3의 히스토그램3이 일정하다면, 도 2c의 검사 원리와 같이 전자부품 제어 기능이 양호한 것으로 판단하여 합격처리하게 된다.In addition, the
상기와 같은 일련의 기준 이미지 확보 과정과 검사 과정을 차례로 거쳐서 PCB 어셈블리를 검사하게 되며, 실제 PCB 어셈블리를 대상으로 검사하기 전에 양품의 PCB 어셈블리에 대해 3개의 기준 이미지를 획득하고, 이를 실제 검사시에 검사 대상의 PCB 어셈블리로부터 획득한 검사 이미지와 비교함으로써 불량 여부를 판별하게 된다.The PCB assembly is inspected through a series of reference image acquisition and inspection procedures in turn, and three reference images of the good PCB assembly are obtained before the actual PCB assembly is inspected. The defect is determined by comparing the inspection image obtained from the PCB assembly to be inspected.
전술한 바의 본 발명에서, 상기 제1챔버에서 제4챔버를 연속 배치하고, 각 챔버 내에 검사를 위한 해당하는 각 장비들을 설치한 뒤, 상기 PCB 어셈블리가 제1챔버에서부터 제2챔버, 제3챔버, 제4챔버를 차례로 통과하면서 일괄적으로 상기한 바의 검사 과정을 거치도록 할 수 있다. In the present invention as described above, after the fourth chamber in the first chamber is arranged in succession, and each of the corresponding equipment for the inspection is installed in each chamber, the PCB assembly from the first chamber to the second chamber, the third While passing through the chamber, the fourth chamber may be subjected to the inspection process as described above collectively.
결국, 적외선 열화상 카메라를 이용하여 검사 대상인 PCB 어셈블리의 온도분포를 측정하고, 이를 양품의 PCB 어셈블리 데이터와 비교하여, 전자부품의 실장 여부, 납땜 접합부의 불량 여부, 전자부품의 정상 동작 여부(기능오류 발생 여부)를 일괄적으로 검사할 수 있게 된다.Eventually, the infrared thermal imaging camera is used to measure the temperature distribution of the PCB assembly under test and compare it with the PCB assembly data of the good product to determine whether the electronic component is mounted, whether the solder joint is defective, or whether the electronic component is normally operated (function It is possible to check whether an error occurs at once.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 적외선 열화상을 이용한 PCB 어셈블리 검사 장치와 방법에 의하면, 적외선 열화상 카메라를 이용하여 검사 대상인 PCB 어셈블리의 온도분포를 측정하고, 이를 양품의 PCB 어셈블리 데이터와 비교하여 전자부품의 실장 여부, 납땜 접합부의 불량 여부, 전자부품의 정상 동작 여부(기능오류 발생 여부)를 일괄적으로 검사할 수 있도록 구성됨으로써, 결함조사 범위를 각각의 장비에 의존하지 않고 종합적으로 수행할 수 있는 바, 전체적인 검사비용을 절감할 수 있게 된다.As described above, according to the apparatus and method for inspecting a PCB assembly using an infrared thermal image according to the present invention, an infrared thermal imaging camera is used to measure a temperature distribution of a PCB assembly to be inspected, and compare it with the PCB assembly data of a good product. It is configured to check whether the electronic parts are mounted, whether the solder joint is defective or not, and whether the electronic parts work normally (function failure occurs). As a result, the overall inspection cost can be reduced.
또한 비접촉 검사의 특성에 의하여 보다 고집적화되는 PCB 어셈블리의 검사에 적합하고, 좀더 정확한 검사 결과를 얻을 수 있으며, 기존 접촉식 검사 기술의 문제점을 보완할 수 있는 바, PCB 어셈블리의 품질 개선에 크게 기여할 수 있게 된 다.Also, it is suitable for the inspection of PCB assembly which is more highly integrated due to the characteristics of non-contact inspection, more accurate inspection results can be obtained, and it can make up for the problems of the existing contact inspection technology, and it can greatly contribute to the improvement of PCB assembly quality. It becomes.
아울러, 쉽게 검사가 가능하면서 검사시간을 크게 단축할 수 있다.In addition, it is possible to easily inspect the test time can be significantly shortened.
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| CN117665546B (en) * | 2024-02-02 | 2024-04-30 | 深圳市鑫恒天电子有限公司 | Automatic test method and system for PCBA (printed circuit board assembly) |
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