KR20040096277A - 메탈 마스크 검사 장치 및 그의 검사 방법 - Google Patents

Abstract

저정밀 위치결정도를 구비한 시스템을 이용한 메탈 마스크 검사장치 및 그의 검사 방법에 관한 것으로, 시스템의 노후화에 의한 위치 정밀도의 저하를 방지할 수 있도록, 메탈 마스크를 XY방향으로 이동시키기 위해 XY 테이블 상에 탑재하고, 메탈 마스크를 검사하기 위해 기준으로 사용될 메탈 마스크의 기준 이미지를 거버파일을 이용하여 생성하고, XY 테이블에 탑재된 메탈 마스크에 대해 카메라로 촬영하여 검사용 메탈 마스크의 카메라 이미지를 생성하고, 기준 이미지와 카메라 이미지의 위치를 비교하여 기준 이미지와 카메라 이미지의 위치오차를 계산하고 보정하며, 기준 이미지를 보정하여 새로운 기준 이미지를 생성한다.

새로운 기준 이미지와 카메라 이미지에 대해 검사항목을 수행하여 미생성 또는 불완전하게 생성된 부분을 검사한다.

상기와 같은 메탈 마스크 검사장치 및 그의 검사 방법을 이용하는 것에 의해, 메탈 마스크 검사 장치의 구입, 유지 및 보수를 저렴하게 실시할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

메탈 마스크 검사 장치 및 그의 검사 방법{A inspection system for the metal mask and the inspecting method thereof}

본 발명은 납땜 크림 프린터(solder cream printer)에서 사용되는 메탈 마스크(Metal Mask) 검사 장치 및 그의 검사 방법에 관한 것으로, 특히 저정밀 위치결정도를 구비한 시스템에서 위치 오차를 보정하는 메탈 마스크 검사 장치 및 그의 검사 방법에 관한 것이다.

최근에 전자 기기의 소형화, 경량화, 다기능화의 추세에 따라 인쇄회로기판(PCB : Printed Circuit Board) 및 그 위에 탑재되는 전자부품의 집적도가 매우 빠른 속도로 진척되고 있는 상황이다. 즉, 전자회로를 위한 인쇄회로기판은 점차 다층화되고, 인쇄회로기판에 형성되는 패턴 역시 조밀화되고 있다.또한, 전자부품도 집적도가 향상되고 그 크기는 소형화되고 있으므로, 인쇄회로기판을 제조할 때나 부품들을 인쇄회로기판에 실장할 때 세밀한 주의를 기울이지 않으면 불량 발생의 확률이 매우 커진다. 따라서, 인쇄회로기판의 제조 및 부품을 실장하고 납땜을 하는 과정에서 각각의 단위 공정 중 발생하는 불량을 그때 그때 정확하게 검출하는 과정의 중요도가 증가하고 있다.

인쇄회로기판에 전자부품을 실장하여 회로를 완성하는 단계를 살펴보면, 기판을 생산하는 단계, 인쇄회로기판 위에 납땜크림(Solder Cream)을 도포하는 단계, 회로 부품을 인쇄회로기판 상에 실장하는 단계, 각 회로부품을 기판상에 납땜하는 단계 및 최종적으로 납땜 상태 및 부품의 존재 여부, 위치 오류여부를 검사하는 단계로 구분할 수 있다. 이들 각각의 단위 공정에서 발생하는 불량을 후속 공정을 진행하기 이전에 찾아내고 제거하는 것은 시간과 비용을 절감하기 위하여 그리고 불량 제품으로 인한 생산자의 이미지 실추를 막기 위하여 공정 불량을 검사하는 방법의 개발이 지속적으로 이루어지고 있다. 이러한 기존의 검사방법으로는 목시 검사, 가시광선과 광학 카메라를 이용한 자동 검사, 레이저광을 이용한 자동 검사 및 X선을 이용한 자동 검사 등이 있다. 목시 검사의 경우에는 검사 결과가 작업자에 따라 다르고, 장시간 검사가 불가능 할뿐만 아니라, 대단히 속도가 느리다. 또한, 최근의 부품들은 그 크기가 작고 리드선 사이의 간격이 좁아 확대경 등을 이용하여 불량 유무를 판별하고 있으나 이 또한 작업성이 저하하여 자동 검사의 필요성이 증대되고 있다.

광학 카메라를 이용한 자동 검사 장치나 레이저광을 이용한 자동 감사 장치들은 검사를 위한 영상을 획득하기 위하여 LED등 일반광원 또는 레이저광을 피 검사 부위에 조사하여, 그 반사광을 고체 촬상 소자를 이용한 광학 카메라 또는 레이저 검출 장치를 이용하여 검출한다. 이렇게 획득된 영상 정보를 미리 입력해 놓은 검사 기준 값과 비교하여 불량여부를 판정한다. 그러나 이러한 장치들의 경우에는 그 신뢰성이 일반 광원의 경우에는 그 조명 장치의 효율성, 레이저광의 경우에는 작업장 내부의 조명 정도 그리고 인쇄회로기판 제조에 사용된 잉크의 색깔 및 밝기 등의 여러 가지 요인이 검사 결과에 영향을 미친다. 또 카메라 또는 레이저 검출 장치의 시야가 가려져 있는 경우, 예를들면 볼 그리드 어레이(BGA: ball grid array), 칩스케일 패키지(CSP: chip scale package), 플립 칩(flip chip), 쉴드캡(shield cap)부픔 등의 경우에서와 같이 납땜 점들이 부품 패키지 밑에 가려져 있는 경우에는 검사 자체가 불가능한 단점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 기술에 대해서는 다음과 같은 공보에 개시되어 있다.

즉, 대한민국 특허공개공보 1995-027248호에 있어서는 인쇄회로기판에서의 납땜불량을 화상처리방식에 의하여 검사하여 그 납땜의 존재유무 및 그 납땜불량의 위치까지 검출하는 조명장치 및 검사방법에 관한 기술이 개시되어 있고, 대한민국 특허공개공보 1997-2350호에 있어서는 인쇄회로기판에 수직 방향으로 빛을 한번 조사하여 한 화면의 영상 데이터만을 취득한 후 소정 영역으로 분할하고 이 분할된 영역을 분석하여 부품의 장착 상태를 판단하는 기술이 개시되어 있다.

또, 대한민국 특허공개공보 1998-35464호에 있어서는 IC칩이나 저항 칩과 같은 소형의 전자부품이 인쇄회로기판에 장착된 상태를 화상인식수단으로 검사하는 기술이 개시되어 있고, 대한민국 특허공개공보 1998-82840호에 있어서는 표면실장기술(SMT: Surface Mounting Technology)의 중요성에 따라 PCB기판의 생산공정에서 표면실장기판(SMD : Surface Mounting Device)의 장착, 납땜상태의 검사 시스템의 데이터 생성 방법에 관한 기술이 개시되어 있다.

또한, 대한민국 특허공개공보 2001-97612호에 있어서는 인쇄회로기판에 부품들의 조립을 완료한 후 그 부품들의 존재 유무, 납땜불량 유무, 위치불량 정도 등을 X선을 이용하여 검사하는 기술이 개시되어 있고, 대한민국 특허공개공보 2002-74129호에 있어서는 PCB 패널의 비틀림이나 휘어짐을 검사하고 3차원 측정기를 이용하여 PCB의 양품성을 검사하는 기술이 개시되어 있으며, 대한민국 특허공개공보 2003-9430호에 있어서는 고정식 카메라와 디스플레이 유닛을 갖는 장치를 사용하여 회로 보드의 소정의 영역에서 회로 보도를 검사하는 기술에 대해 개시되어 있다.

그러나, 상술한 기술은 모두 인쇄회로기판에 있어서의 불량 유무, 납땜 상태의 불량 유무 또는 전자부품의 실장 상태의 유무에 관한 기술에 관한 것으로서, PCB에 납땜 크림을 도포하기 위해 레이저를 이용해 얇은 스테인레스를 가공하는 메탈 마스크에 관한 것은 아니다.

또, 상술한 검사 장치에 있어서는 조명장치의 노후화에 의한 조명 강도의 변화 또는 주사장치의 노후화에 의한 위치 오차의 발생에 대해서는 전혀 고려되어 있지 않아 검사 장치의 최초 장착 후 일정 기간이 지나면 정밀한 검사를 실시할 수없다는 문제도 대두되고 있는 현상이다.

또한, 상기와 같은 장치에 있어서는 위치의 정밀도를 가능한 높게 유지하기 위해 고가의 장비를 사용하며, 일정 주기로 장비의 보정 작업을 실행하므로 그 유지 보수의 비용도 증가하게 된다는 문제점도 있었다.

즉, 검사영역으로 이동시 고정밀성이 요구되므로 검사시스템에서는 고가의 고정밀 XY로봇을 사용하고 이로 인해 시스템의 가격이 높게 되어 실제 산업현장에 적용하는데 있어 단점으로 작용하고 있다. 또한, 고정밀 XY 로봇의 경우에서도 오랜 사용으로 인한 기계적 결함에 의해 정확히 검사영역으로 이동하지 못할 경우, 발생된 위치오차에 의해 검사영역에 대한 기준 이미지와 카메라 이미지는 서로 다르게 되므로 정확한 검사가 이루어지지 않는다는 문제점이 있고, 일정주기로 시스템에 대한 보정작업으로 해야 하므로 유지, 관리에 있어 문제점을 가지고 있다.

또한, 본 발명자가 SMT인라인(In Line) 시스템에서의 오류빈도를 조사한 결과 64%-70%가 납땜 크림 프린트(Solder Cream Print) 과정에서 발생한 것이며, 그 원인은 메탈 마스크의 제조불량과 프린트할 때 발생하는 문제점으로 메탈 마스크의 제조상태가 큰 영향을 미친다는 것을 알았다. 메탈 마스크의 제조상태를 검사하는 장비의 개발은 아직 국내에서는 이루어지지 않은 상태이며, 최근에 독일 LPKF사와 미국의 ScanCAD사에서 검사장비를 개발한 상태이다. 이 검사장비의 주요기능은 미생성 또는 불량 생성된 홀을 검출하는 것이며, 특징은 높은 위치정밀도를 위해 고정밀 볼 스크류(Ball Screw)를 이용한 XY 테이블을 사용하였으며, 넓은 영역을 높은 해상도로 검사하기 위해 다수의 고해상도 라인 스캔(Line Scan) 카메라를사용한다. 이러한 장비의 구성으로 인해 장비의 가격이 높다는 단점과 검사의 많은 과정이 수동으로 이루어진다는 단점을 가지고 있어 산업 현장에 적용하는데 어려움으로 작용하고, 실제로 메탈 마스크 제조업체에서 검사장비 대신 육안으로 검사하고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 저정밀 위치결정도를 구비한 시스템에서 위치 오차를 보정하여 메탈 마스크의 불량의 유무를 검출할 수 있는 메탈 마스크 검사 장치 및 그의 검사 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 영역 주사(Area Scan) 카메라와 저정밀 볼스크류를 이용한 XY 테이블을 이용하여 메탈 마스크의 제조상태에서 미생성 홀(hole)을 검출할 수 있는 메탈 마스크 검사 장치 및 그의 검사 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 메탈 마스크의 제조상태를 검출할 수 있는 장치의 구성을 단순화하며 또한 저가시스템에 의해 달성할 수 있는 메탈 마스크 검사 장치 및 그의 검사 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 메탈 마스크 검사 장치의 블록도,

도 2는 기준 이미지 생성수단에서 거버 파일을 이용하여 생성된 메탈 마스크의 화상의 일 예를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 따른 위치 오차를 계산하는 알고리즘을 나타내는 흐름도,

도 4는 기준 이미지와 카메라 이미지 사이의 위치오차 및 위치오차 벡터를 나타내는 도면,

도 5는 위치오차 보정수단에 의해 생성된 위치오차 벡터를 나타내는 도면,

도 6은 허프 공간으로의 매핑을 나타내는 도면,

도 7은 위치오차 보정수단에 의해 추출된 위치오차 벡터와 허프 공간을 나타내는 도면,

도 8은 본 발명의 메탈 마스크 검사장치에 따른 모의실험을 위한 기준 이미지와 카메라 이미지를 나타내는 도면,

도 9는 본 발명에 따라 비디오 모니터에 표시된 검사프로그램 GUI에 의해 PCB에 납땜 크림을 도포하기 위해 사용되는 메탈 마스크의 제조상태를 나타내는 도면,

도 10은 본 발명에 따른 메탈 마스크 검사장치에서 알고리즘 계산 및 보정 실험 결과에 의해 도시된 특정 검사영역에 대한 영상을 획득한 것을 나타내는 도면,

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : CCD 카메라 2 : X방향의 이송장치

3 : 메탈 마스크 4 : Y방향의 이송장치

5 : 기준 이미지 생성수단 6 : 카메라 이미지 생성수단

7 : 비교 수단 8 : 위치오차 보정수단

9 : 보정된 기준 이미지 생성수단

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 메탈 마스크 검사 장치는 PCB에 납땜 크림을 도포하기 위해 레이저를 이용해 얇은 스테인레스를 가공하는 메탈 마스크의 검사 장치에 있어서, 상기 메탈 마스크의 위치를 식별하기 위해 상기 메탈 마스크를 촬영하는 촬영수단, 상기 메탈 마스크와 상기 촬영수단이 X, Y방향으로 상대적으로 이동되도록 하는 이동수단, 상기 메탈 마스크를 검사하기 위해 기준으로 사용될 메탈 마스크의 기준 이미지를 생성하는 기준 이미지 생성수단, 상기 메탈 마스크에 대해 상기 촬영수단으로 촬영하여 검사용 메탈 마스크의 카메라 이미지를 생성하는 카메라 이미지 생성수단, 상기 기준 이미지 생성수단과 상기 카메라 이미지 생성수단에서 각각 생성된 상기 기준 이미지와 상기 카메라 이미지의 위치를 비교하는 비교수단, 상기 비교수단의 비교결과에 따라 상기 기준 이미지와 상기 카메라 이미지의 위치오차를 계산하고 보정하는 위치오차 보정수단 및 상기 위치오차 보정수단에 의해 상기 기준 이미지 생성수단에서 생성된 기준 이미지를 보정하여 새로운 기준 이미지를 생성하는 보정된 기준 이미지 생성수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 메탈 마스크 검사 장치에 있어서, 상기 이동 수단은 저정밀 위치 정밀도를 갖는 볼 스크류형 XY 테이블인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 메탈 마스크 검사 장치에 있어서, 상기 촬영수단은 상기 메탈 마스크의 영역 주사용 CCD 카메라인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 메탈 마스크 검사 장치에 있어서, 상기 기준 이미지 생성수단에 의해 생성된 기준 이미지는 납땜 크림 프린터에서 사용되는 메탈 마스크를 제조하기 위한 거버 파일로 생성되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 메탈 마스크 검사 장치에 있어서, 상기 기준 이미지 생성수단과 상기 카메라 이미지 생성수단에 의해 생성된 기준 이미지와 카메라 이미지 및 상기 보정된 기준 이미지 생성수단에 의해 생성된 보정된 기준 이미지는 각각 비디오 모니터 상에 서로 다른 색으로 표시되는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 메탈 마스크의 검사 방법은 PCB에 납땜 크림을 도포하기 위해 레이저를 이용해 얇은 스테인레스를 가공하는 메탈 마스크의 검사 방법에 있어서, 상기 메탈 마스크와 상기 메탈 마스크를 촬영할 카메라가 X, Y방향으로 상대적으로 이동할 수 있는 테이블에 상기 메탈 마스크를 탑재하는 공정, 상기 테이블 상에 탑재된 상기 메탈 마스크의 위치를 카메라로 촬영하는 공정, 상기 메탈 마스크를 검사하기 위해 기준으로 사용될 메탈 마스크의 기준 이미지를 생성하는 공정, 상기 테이블에 탑재된 메탈 마스크에 대해 상기 카메라로 촬영하여 검사용 메탈 마스크의 카메라 이미지를 생성하는 공정, 상기 기준 이미지와 상기 카메라 이미지의 위치를 비교하는 공정, 상기 비교하는 공정에서의 비교결과에 따라 상기 기준 이미지와 상기 카메라 이미지의 위치오차를 계산하고 보정하는 공정 및 상기 기준 이미지를 보정하여 새로운 기준 이미지를 생성하기 위해 보정된 기준 이미지를 생성하는 공정을 포함한다.

또, 본 발명의 메탈 마스크의 검사 방법에 있어서, 상기 XY 테이블로서는 저정밀 위치 정밀도를 갖는 볼 스크류형 XY 테이블을 사용하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 메탈 마스크의 검사 방법에 있어서, 상기 위치오차를 계산하고 보정하는 공정은 상기 기준 이미지와 카메라 이미지에서 각각의 납에 대한 위치정보를 이용하여 위치오차 벡터가 정의되고, 이에 대해 변형된 허프 변환을 적용하여 위치오차를 계산하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 메탈 마스크의 검사 방법에 있어서, 상기 기준 이미지는 납땜 크림 프린터에서 사용되는 메탈 마스크를 제조하기 위해 납만 사용되는 거버 파일을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 메탈 마스크의 검사 방법에 있어서, 상기 기준 이미지와 카메라 이미지 및 상기 보정된 기준 이미지는 각각 비디오 모니터 상에 표시되며, 상기 기준 이미지와 상기 카메라 이미지는 서로 다른색으로 표시되는 것을 특징으로 한다.

먼저, 본 발명에 적용되는 메탈 마스크 및 그 검사 장치의 개요에 관해 설명한다.

현재 SMT 인라인 시스템은 공정을 수행하기 위한 시스템과 공정에서 발생하는 오류를 검사하기 위한 시스템으로 구성된다. 각각의 공정을 수행하기 위한 시스템에는 납땜 크림 프린터, 칩 마운터(Chip Mounter), 리플로우(Reflow) 등이 있고, 발생된 오류를 검사하는 시스템으로는 PCB 보드 검사시스템, 납땜 크림 프린트 검사시스템, 부품실장검사시스템, 납땜검사시스템 등이 있고, 이에 대한 많은 연구와 개발이 진행되고 있다.

SMT 인라인 시스템에서의 검사시스템들은 공통적으로 선택된 영역에 대해 영상처리를 통한 비접촉검사를 수행한다. 즉, 작업자가 특정부분을 지정하면 고정밀 XY 테이블이 카메라를 검사블록으로 이동시켜 검사영역에 대한 기준 이미지와 카메라 이미지를 비교하거나 또는 카메라 이미지만을 이용하여 정해진 내용에 대한 검사를 수행한다.

본 발명에 있어서는 SMT 인라인 시스템의 검사시스템에서 저정밀 XY 테이블 및 시스템 노후화로 발생되는 위치오차를 변형된 허프 변환(MHT : Modified Hough-Transform)에 의해 계산하여 보정하는 알고리즘에 따른다. 검사영역에 대한 납만 존재하는 카메라 이미지와 거버 파일(Gerber File)를 이용하여 생성한 기준 이미지에서 각각의 납에 대한 위치(무게중심점), 크기정보를 추출한다. 이 때, XY테이블의 기계적 결함에 의해 발생되는 위치오차로 인해 기준 이미지에 대해 카메라 이미지는 일정거리 만큼 이동된 상태이다. 두 이미지에 존재하는 납에 대한 위치정보를 이용하여 위치오차 벡터를 정의하고, MHT를 적용하여 발생된 위치오차를 계산한다. 계산된 위치오차를 이용하여 기준 이미지의 기준점을 이동하여 카메라 이미지와 동일한 기준 이미지를 재생성한다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 따라서 설명한다.

또한, 도면에 있어서 동일 부분은 동일 부호를 부여하고 그 반복 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 메탈 마스크 검사 장치의 블록도이며, 도 2는 거버 파일을 이용하여 생성된 메탈 마스크의 화상의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 1에 있어서, (1)은 메탈 마스크의 위치를 식별하기 위한 CCD 카메라이고, (2)는 카메라를 X방향으로 이동시키기 위한 이송장치이다. (3)은 검사할 메탈 마스크이며, (4)는 메탈 마스크(3)를 Y방향으로 이동시키기 위한 Y방향의 이송장치이다. 본 발명에 적용되는 X, Y방향의 이송장치(2)(4)는 저정밀의 볼 스크류형 이송장치를 이용한다.

(5)는 기준 이미지 생성수단으로서, 이 기준 이미지 생성수단(5)은 SMT 인라인 시스템에서 사용되는 검사 시스템의 대부분이 영역 주사용 CCD 카메라(1)를 사용하여 FOV(Field of View)의 영역을 검사하며, 메탈 마스크(3)의 검사영역에 대해 카메라 이미지에 대해 동일한 기준 이미지를 생성한다. 또, 본 발명에서 기준 이미지 생성수단(5)에 의해 생성된 기준 이미지는 납땜 크림 프린터에서 사용되는 메탈 마스크를 제조하기 위한 거버 파일을 사용한다. 도 2는 거버 파일을 이용하여 생성된 메탈 마스크(3)의 화상의 일 예를 나타내고, PCB에서 납 패드의 모양과 위치를 나타낸다. 이 메탈 마스크(3)를 통해 납땜 크림이 PCB위에 도포되는 것이다.

또, 도 1에 있어서, (6)은 CCD 카메라(1)에서 촬영된 검사용 메탈 마스크(3)의 이미지를 생성하는 카메라 이미지 생성수단이며, (7)은 기준 이미지 생성수단(5)과 카메라 이미지 생성수단(6)에서 각각 생성된 기준 이미지와 카메라 이미지의 위치를 비교하는 비교수단이다. (8)은 비교수단(7)의 비교결과에 따라 기준 이미지와 카메라 이미지의 위치오차를 계산하고 보정하는 위치오차 보정수단이며, (9)는 위치오차 보정수단(8)에 의해 기준 이미지 생성수단(5)에서 생성된 기준 이미지를 보정하여 새로운 기준 이미지를 생성하는 보정된 기준 이미지 생성수단이다.

또한, 기준 이미지 생성수단(5)와 카메라 이미지 생성수단(6)에 의해 생성된 기준 이미지와 카메라 이미지 및 보정된 기준 이미지 생성수단(9)에 의해 생성된 보정된 기준 이미지는 각각 도시하지 않은 비디오 모니터 상에 표시되며, 기준 이미지 생성수단(5), 카메라 이미지 생성수단(6), 비교 수단(7), 위치오차 보정수단(8) 및 보정된 기준 이미지 생성수단(9)은 각각 전용 컴퓨터 시스템 또는범용 컴퓨터 시스템에 의해 실현된다.

다음에 도 1에 도시된 각각의 구성에 대해 도 3에 따라 설명한다. 도 3은 위치 오차를 계산하는 알고리즘을 나타내는 흐름도이다.

본 발명에서는 도 3과 같은 과정에 의해 위치오차를 계산하고 보정한다. 먼저, 전처리 단계로서 기준 이미지 생성수단(5)과 카메라 이미지 생성수단(6)에 의해 기준 이미지와 카메라 이미지에 존재하는 납의 위치와 크기에 대한 정보를 추출하고, 주처리 단계에서는 두 이미지에 존재하는 납의 위치를 이용한 위치에러 벡터를 구한다. 위치에러 벡터에 대해 MHT를 이용하여 발생된 위치오차를 구하고, 이를 이용하여 기준 이미지를 보정한다.

즉. 전처리 과정에서는 영역 주사용 CCD 카메라(1)를 사용하여 메탈 마스크(3)의 FOV의 영역을 검사한다. 검사영역에 대해 납만을 분리한 카메라 이미지에 대해 거버 파일을 사용하여 기준 이미지 생성수단(5)에 의해 동일한 기준 이미지를 생성한다.

검사영역에 대한 기준 이미지와 카메라 이미지에 존재하는 납에 대한 중심점의 위치, 면적, 가로 및 세로 길이에 대한 정보를 비교 수단(7)에 있어서의 레이블링을 통해 획득한다. 납의 중심점은 무게중심으로 다음의 식(1)에 의해 정의된다.

(1)

여기서,CX _n ,CY _n 는 홀의 무게 중심점이며,n은 레이블링에 의해 할당된 번호이며,m _i 은 각각의 홀을 구성하는 픽셀의 개수,x _i ,y _i 는 픽셀의 위치이다.

비교 수단(7)에서의 비교 결과 메탈 마스크(3)의 검사영역에 대해 위치오차가 존재하는 경우, 기준 이미지 생성수단(5)과 카메라 이미지 생성수단(6)에 의해 생성된 카메라 이미지와 기준 이미지는 도 4와 같이 나타난다. 도 4에서 파란색은 기준 이미지에 존재하는 납을 나타내며, 붉은 색은 카메라 이미지에 존재하는 납의 무게중심점 사이를 잇는 벡터로 정의된다. 도 5는 위치오차 보정수단(8)에 의해 생성된 위치오차 벡터를 나타낸다.

본 발명에서 사용되는 허프 변환(HT : Hough Transform)은 전처리된 에지 영상의 각 점에 대해서 특징을 찾고자 하는 도형방정식으로 표현된 변환식을 이용하여 파라미터 값을 계산한 후, 허프 공간에 대응되는 빈의 값을 하나씩 증가시켜 누적된 값이 가장 큰 빈의 파라미터 값이 도형 방정식의 파라미터로 선택되는 기법으로 일종의 좌표 변환이다. HT의 주된 용도는 카메라 이미지의 스레쉬홀딩 후 물체의 외곽선을 검출하는데 사용되며, 이를 통해 회전각도추출, 변위계산을 수행한다. 또한, HT의 특성을 그대로 이용하여 다양한 형태의 HT, 즉 STH(Standard Hough Transform), ATH(Adaptive Hough Transform), FHT(Fast Hough Transform), HHT(Hierarchical Hough Transform), RTH(Randomized Hough Transform), GHT(Generalised Hough Transform)으로 변형되어 사용된다.

본 발명에서는 허프 변환의 특성을 이용하여 변형된 허프 변환(MHT)을 구성하고 이를 이용하여 두 카메라 이미지와 기준 이미지의 차이, 즉 X, Y방향의 이송장치에서 발생된 위치오차를 계산한다. 미리 정의된 위치오차 벡터는 그 크기와각도를 갖는다. 직각 좌표계에서의 위치오차 벡터를 벡터의 크기 ｜ai｜₂와 각도∠ai으로 정의된 허프 공간을 구성하고 매핑을 시키면 도 6와 같이 허프 공간상에 하나의 점으로 표시된다.

앞서 정의된 모든 위치오차 벡터의 크기와 각도를 허프 공간에 매핑시켜 누적시킨다. 그 결과, 허프 공간의 특정 빈이 많은 빈도수를 가지게 되고, 이에 해당하는 위치오차 벡터의 크기 ｜ai｜₂와 각도∠ai를 도 7과 같이 구할 수 있다. 도 7은 위치오차 보정수단(8)에 의해 추출된 위치오차 벡터와 허프 공간을 나타내는 도면이다. 구한 위치오차 벡터의 크기 ｜ai｜₂와 각도∠ai에 대해 식 (2)에 의해 위치오차 △x, △y 계산한다. 계산된 위치오차만큼 기준 이미지의 중심위치를 이동시켜 보정된 기준 이미지 생성수단(9)으로 새로이 생성하면, CCD 카메라(1)에 의해 현재 촬영된 카메라 이미지와 일치하는 보정된 기준 이미지를 얻게 된다.

△x=｜ai｜₂cos(∠ai),

△y=｜ai｜₂sin(∠ai) (2)

본 발명에 따른 도 1 및 도 3에 도시된 알고리즘의 유효성을 입증하기 위해 이미지를 제작하여 모의실험을 수행하였다. 모의실험을 위한 기준 이미지와 카메라 이미지는 도 8과 같다. 도 8은 본 발명에 따른 모의실험을 위한 기준 이미지와 카메라 이미지를 나타내는 도면이다. 카메라 이미지는 기준 이미지를 도 8의 8방향에 대해 x, y축으로 2.5㎜(8 pixel) 이동시킨 이미지를 생성하였다. 이미지의 크기는 192×192pixel, 60×60㎜이고, LPP(Length Per Pixel)은 0.3125㎜이다.기준 이미지와 각각의 카메라 이미지에 대해 제안된 알고리즘을 적용하여 위치오차를 계산한 값은 표 1과 같다.

표 1에서 알 수 있는 바와 같이 실제 위치오차에 해당하는 픽셀수와 위치오차계산 알고리즘에 의해 계산된 위치오차에 해당하는 픽셀 수가 동일함을 알 수 있다. 표 2는 위치오차를 보정하기 전과 후의 두 이미지의 일치도를 검사하기 위해 상관 계수(Correlaton coefficient)를 계산한 것이다. 상관 계수는 식 (3)에 의해 정의된다.

(3)

식 (3)에서 r은 상관 계수,f ₁ (x, y)과f ₂ (x, y)는 각각 카메라 이미지와 기준 이미지,과는 각 이미지의 평균강도이다. 상관 계수는 0과 1 사이의 값을 가지며, 상관 계수가 크면, 두 이미지의 일치도가 높은 것을 의미하며, 작으면 일치도가 낮은 것을 의미한다. 표 2에서 알 수 있듯이 두 이미지에 존재하는 위치오차가 정확히 계산되어 보정되어 재 생성된 보정된 기준 이미지가 카메라 이미지와 높은 일치도를 보임을 알 수 있다.

표 1은 알고리즘에 의한 위치오차계산 결과(모의실험)이다.

표 2는 기준 이미지와 카메라 이미지의 일치도이다.

다음에 본 발명에 따른 메탈 마스크 검사장치의 적용에 대해 설명한다.

도 9는 본 발명에 따라 비디오 모니터에 표시된 검사프로그램 GUI에 의해 PCB에 납땜 크림을 도포하기 위해 사용되는 메탈 마스크의 제조상태, 즉 메탈 마스크를 제작시 사용되는 거버 파일과 비교하여 생성되지 않거나 잘못 생성된 홀을 찾아내는 것을 나타내는 도면이다.

도 9에 있어서 녹색은 정상으로 생성된 홀을, 붉은 색은 에러인 홀을 나타내는 것이다.

본 발명의 메탈 마스크 검사장치에서 검사에 사용된 카메라(1)의 해상도는 1300×1030 픽셀로 검사영역(FOV)는 25×20㎜, 픽셀로 실제거리(LPP : Length per Pixel)는 19.5×19.5㎛이다. 하나의 검사영역에 존재하는 홀의 개수는 많게는 수백개에 이르고, 이에 대해 모든 위치오차 벡터를 적용하는데 있어서는 계산시간이 많이 소요된다. 또한, X, Y방향의 이송장치(2)(4)에서 발생되는 위치오차는 한정되어 있으므로 위치오차 벡터를 구성하는데 두가지 제한조건을 두었다. 첫 번째는 면적이 70%이상 일치하는 것, 두 번째는 반경 약 3㎜(150픽셀) 이내에 존재하는 것이다. 이 두가지 조건을 만족하는 홀에 대해서만 위치오차 벡터 구성을 수행하였다. 그 결과는 도 10 및 표 3과 같다. 도 10은 본 발명에 따른 메탈 마스크 검사장치에서 알고리즘 계산 및 보정 실험 결과에 의해 도시된 특정 검사영역에 대한 영상을 획득한 것을 나타내는 도면이다.

도 10a 내지 도10e에 있어서, (a)는 검사영역에 대한 기준 이미지, (b)는 위치오차 보정전 기준 이미지와 카메라 이미지의 차이로 파란색이 기준 이미지이고 붉은색이 카메라 이미지이다. (c)는 위치오차 보정후 기준 이미지와 카메라 이미지의 차이로 제안된 알고리즘에 의해 위치오차는 정확히 계산되어 보정되었음을 알 수 있다. (d)는 위치오차 벡터에 대한 MHT에서 구성된 허프 공간으로 위치오차 벡터의 크기와 각도에 대한 빈도수를 나타내고 있다. 표 3은 각각의 예에서의 MHT에 의해 계산된 위치오차 벡터의 크기와 각도, 그것에 의해 계산된 위치오차 픽셀수, 두 이미지의 일치도를 나타낸 것이다. 표 3의 일치도에서도 알 수 있듯이 두 이미지의 일치도가 향상되었음을 알 수 있따. 표 3에서 일치도가 모의실험의 결과에서보다 낮게 나오는 것은 메탈 마스크(3)의 가공시 사용되는 박막 스테인레스 강판을 평편하게 펴기 위해 양쪽에서 잡아당기고, 이로 인해 강판이 늘어나는 현상이 나타나고 이것은 도 10a 내지 도 10e의 (c)에서 알 수 있듯이 어떤 홀은 정확히 일치하지만 어떤 홀은 정확히 맞지 않게 되는 것이다. 그러나, 이것은 그 정도가 너무 작아 납 도포시 거의 무시되고 있다.

표 3은 알고리즘에 의한 알고리즘 실험 결과이다.

이상 기술한 바와 같이, 본 발명에서는 영역 주사용 CCD 카메라(1)와 볼 스크류를 이용한 X, Y방향의 이송장치(2)(4)를 이용하여 메탈 마스크(3)의 제조상태 즉 미생성 홀을 검출할 수 있도록, 메탈 마스크(3)의 제조시 사용되는 거버 파일을 이용해 기준 이미지를 생성하고, 메탈 마스크 전체를 FOV에 의해 정해진 크기의 검사영역으로 분할하며, 기준 이미지와 카메라 이미지에서 각각의 납에 대한 위치(무게중심점), 크기정보를 간단한 전처리과정에 의해 추출한다. 두 이미지에 존재하는 납에 대한 위치정보를 이용하여 위치오차 벡터를 정의하고, 이에 대해 MHT를 적용하여 가장 많은 빈도수를 갖는 위치오차 벡터를 추출하고 이를 이용하여 위치오차를 계산하며, 계산된 위치오차를 이용하여 기준 이미지의 기준점을 이동하여 카메라 이미지와 동일한 기준 이미지를 재생성하여 홀의 생성유무를 판단한다.

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.

즉, 상기 실시예에 있어서는 메탈 마스크의 검사에 대해서만 기술하였지만 이에 한정되는 것은 아니고, 상술한 종래 기술에 있어서 PCB 기판의 상태를 검사하는 시스템 또는 기판 내에 전자 부품의 장착 상태를 검사하는 시스템에도 적용할 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 메탈 마스크 검사 장치 및 그의 검사 방법에 의하면, SMT 인라인 시스템의 검사시스템에서 저정밀 X, Y방향의 이송장치 및 시스템 노후화로 발생되는 위치오차를 MHT에 의해 계산하여 보정할 수 있으므로, 메탈 마스크 검사 장치의 구입, 유지 및 보수를 저렴하게 실시할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명의 메탈 마스크 검사 장치 및 그의 검사 방법에 의하면, 메탈 마스크의 제조시의 위치 어긋남이나 X, Y방향의 이송장치로의 장착시 위치 어긋남에 의한 검사 오차를 최소화할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Claims (10)

1. PCB에 납땜 크림을 도포하기 위해 레이저를 이용해 얇은 스테인레스를 가공하는 메탈 마스크의 검사 장치에 있어서,

   상기 메탈 마스크의 위치를 식별하기 위해 상기 메탈 마스크를 촬영하는 촬영수단,

   상기 메탈 마스크와 상기 촬영수단이 X, Y방향으로 상대적으로 이동되도록 하는 이동수단,

   상기 메탈 마스크를 검사하기 위해 기준으로 사용될 메탈 마스크의 기준 이미지를 생성하는 기준 이미지 생성수단,

   상기 메탈 마스크에 대해 상기 촬영수단으로 촬영하여 검사용 메탈 마스크의 카메라 이미지를 생성하는 카메라 이미지 생성수단,

   상기 기준 이미지 생성수단과 상기 카메라 이미지 생성수단에서 각각 생성된 상기 기준 이미지와 상기 카메라 이미지의 위치를 비교하는 비교수단,

   상기 비교수단의 비교결과에 따라 상기 기준 이미지와 상기 카메라 이미지의 위치오차를 계산하고 보정하는 위치오차 보정수단 및

   상기 위치오차 보정수단에 의해 상기 기준 이미지 생성수단에서 생성된 기준 이미지를 보정하여 새로운 기준 이미지를 생성하는 보정된 기준 이미지 생성수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈 마스크 검사 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 이동 수단은 저정밀 위치 정밀도를 갖는 볼스크류형 XY 테이블인 것을 특징으로 메탈 마스크 검사 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 촬영수단은 상기 메탈 마스크의 영역 주사용 CCD 카메라인 것을 특징으로 메탈 마스크 검사 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 기준 이미지 생성수단에 의해 생성된 기준 이미지는 납땜 크림 프린터에서 사용되는 메탈 마스크를 제조하기 위한 거버 파일로 생성되는 것을 특징으로 메탈 마스크 검사 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 기준 이미지 생성수단과 상기 카메라 이미지 생성수단에 의해 생성된 기준 이미지와 카메라 이미지 및 상기 보정된 기준 이미지 생성수단에 의해 생성된 보정된 기준 이미지는 각각 비디오 모니터 상에 서로 다른색으로 표시되는 것을 특징으로 메탈 마스크 검사 장치.
6. PCB에 납땜 크림을 도포하기 위해 레이저를 이용해 얇은 스테인레스를 가공하는 메탈 마스크의 검사 방법에 있어서,

   상기 메탈 마스크와 상기 메탈 마스크를 촬영할 카메라가 X, Y방향으로 상대적으로 이동할 수 있는 테이블에 상기 메탈 마스크를 탑재하는 공정,

   상기 테이블 상에 탑재된 상기 메탈 마스크의 위치를 카메라로 촬영하는 공정,

   상기 메탈 마스크를 검사하기 위해 기준으로 사용될 메탈 마스크의 기준 이미지를 생성하는 공정,

   상기 테이블에 탑재된 메탈 마스크에 대해 상기 카메라로 촬영하여 검사용 메탈 마스크의 카메라 이미지를 생성하는 공정,

   상기 기준 이미지와 상기 카메라 이미지의 위치를 비교하는 공정,

   상기 비교하는 공정에서의 비교결과에 따라 상기 기준 이미지와 상기 카메라 이미지의 위치오차를 계산하고 보정하는 공정 및

   상기 기준 이미지를 보정하여 새로운 기준 이미지를 생성하기 위해 보정된 기준 이미지를 생성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈 마스크의 검사 방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 XY 테이블로서는 저정밀 위치 정밀도를 갖는 볼스크류형 XY 테이블을 사용하는 것을 특징으로 메탈 마스크의 검사 방법.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 위치오차를 계산하고 보정하는 공정은 상기 기준 이미지와 카메라 이미지에서 각각의 납에 대한 위치정보를 이용하여 위치오차 벡터가 정의되고, 이에 대해 변형된 허프 변환을 적용하여 위치오차를 계산하는 것을 특징으로 메탈 마스크의 검사 방법.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 기준 이미지는 납땜 크림 프린터에서 사용되는 메탈 마스크를 제조하기 위해 납만 사용되는 파일을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 메탈 마스크의 검사 방법.
10. 제 6항에 있어서,

    상기 기준 이미지와 카메라 이미지 및 상기 보정된 기준 이미지는 각각 비디오 모니터 상에 표시되며, 상기 기준 이미지와 상기 카메라 이미지는 서로 다른색으로 표시되는 것을 특징으로 메탈 마스크의 검사 방법.