PCB는 산업의 기본 중의 기본입니다. 전자 제품 산업, 의료 산업, 자동차 산업, 통신 산업, 항공 우주 산업, 자동화 제어 산업,

소비재 산업(전자제품, 가전제품, 운송수단, 의료기기, 스마트폰 등)까지 우리 눈에 보이는 대부분의 곳에는 항상 존재한다고 볼 수 있습니다.

 

Printed Circuit Board

 

그렇다면 PCB는 무엇일까요?

 

거의 모든 산업에서 누구나 알고 있는 PCB는 “Printed Circuit Board”의 약자로,

전자 제품에서 전기적 연결을 만드는 데 사용되는 회로기판입니다.

 

즉, 서로 다른 다양한 전자 부품들이 서로 연결되어 우리가 원하는 목적의 동작을 완성하는 필수적인 부품입니다.

 

- 다양한 PCB 종류 -

 

기술과 트렌드의 발전에 따라 PCB(Printed Circuit Board)의 종류도 다양해졌습니다.
PCB는 전자제품의 기능, 역할, 디자인에 큰 영향을 미칩니다.

설계 방식에 따라 단면 PCB (Single-Sided PCB), 양면 PCB (Double-Sided PCB), 다층 PCB (Multilayer PCB)로 분류되며,
재료에 따라 유연한 특성을 가진 플랙시블 PCB (Flexible PCB)와 혼합된 특성을 가진 하이브리드 PCB (Rigid-Flexible PCB) 등으로 나눌 수 있습니다.

 

단면 PCB (Single-Sided PCB), 양면 PCB (Double-Sided PCB), 다층 PCB (Multilayer PCB)

 

FPCB (Flexible PCB)

 

 

PCB의 품질 보장은 전자제품의 성능과 신뢰성을 유지하는 데 필수적입니다.

 

현재 품질 보증, 고객 만족도 향상, 비용 절감, 규정 준수 등 여러 측면에서
PCB 생산 검사(전공정, 후공정 포함) 시장 또한 엄청난 성장세를 만들어가고 있습니다.

 

PCB 검사는 생산된 PCB의 품질을 보장하기 위해 전공정과 후공정으로 크게 나뉘며,

각 단계에서 시각검사, 전기적 검사, AOI 검사 등 다양한 방법을 사용합니다.

 

PCB 검사 과정

 

1. 전공정 검사 (Pre-Process Inspection)

PCB 제조 과정 중 불량률을 초기에 최소화하기 위해 제작 단계해서 실시하는 검사

2. 후공정 검사(Post-Process Inspection)

PCB 최종 제품의 품질을 확인하고 출하 전에 결함을 발견하고 수정하는 검사

 

 

PCB 검사 종류

 

 

- PCB 검사의 핵심은 바로 비전시스템, 자동 광학 검사 AOI -

 

초기 단계에서 발견하지 못한 오류는 높은 수리 비용, 제품 수명 주기, 시스템 고장 등으로 이어질 가능성이 큽니다.

 

따라서 PCB 제조 프로세스의 효율성을 높이는 핵심 요소 중 하나인 자동 광학 검사(AOI, Automated Optical Inspection) 시스템을 사용하여
제조 초기 단계 및 최종 출하 단계에서 단락, 부품 누락, 마운팅 오류, 솔더 조인트 품질 등과 같은 문제점을 빠르고 정확하게 식별합니다.

 

AOI 자동 광학 검사기는 말 그대로 광학기기(Vision System) 시스템입니다.
빠르고 정확한 PCB 검사를 위해서는 적합한 광학계 선정과 그에 맞는 알고리즘 셋팅이 진행되어야 합니다.
AOI에 사용되는 비전 시스템 중 카메라에 대해 어떤 기준으로 선정하는 것이 좋을지 JAI사의 Spark 시리즈와 함께 알아보겠습니다.

 

 

[ AOI 시스템 구축 시, 고려해야 할 카메라의 기준 ]

 

고해상도, 빠른 속도, 고성능 인터페이스, 올바른 셔터방식

 

 

AOI 시스템 구축 시, 고려해야 할 카메라의 기준 - 고해상도

 

PCB를 구성하는 부품의 크기가 점점 작아지고 마우트되는 칩들 또한 초소형의 것들이 많기 때문에
AOI 검사기가 정확하게 결함 감지 및 오류를 최소화하기 위해서는 이러한 세부 사항들을 명확하게 볼 수 있어야 합니다.
일반적으로 500만 화소급 이상의 카메라 기본이었던 AOI 검사기는 최근에는 2,000만 화소 이상의 카메라가 요구되기도 합니다.
고해상도 카메라는 초미세한 부분까지도 확인할 수 있는 대안이 될 수 있습니다.
또한 고도화된 규칙 기반의 AOI 시스템은 물론 인공지능 기반 시스템을 사용하여 적절한 학습 데이터를 제공함으로써 더 정확하고,
지능적인 결론을 내릴 수 있도록 고해상도 카메라는 AOI 시스템에 중요한 고려 사항이 될 수 있습니다.

 

 

AOI 시스템 구축 시, 고려해야 할 카메라의 기준 - 빠른 속도

 

고해상도 이미지 구현으로 인해 시스템의 처리 속도가 느려지고, 생산량에 영향을 준다면 선정된 카메라가 우리에게 맞는 것인지 검토 해봐야 합니다.
더욱 정교하고 복잡해진 설계라고 해서 PCB 생산량을 줄일 필요는 없습니다.
이는 AOI 검사의 ‘속도’가 곧 생산량의 긍정적인 영향을 끼친다고 바로 해석할 수 있습니다.
JAI 는 이러한 AOI 시스템 설계자들의 고민을 잘 해석했고, 해상도와 속도 사이에서 원하는 균형을 찾도록 하는 카메라를 생산했습니다.
JAI의 Spark 시리즈의 SP-5000-CXP4가 바로 그 균형입니다.

Spark시리즈 SP-5000M-CXP4 5

메가픽셀 에어리어 카메라

 

2,000만 화소 이상의 해상도가 여전히 요구되는 동시에 고속의 이미지 처리량을 유지하고 싶은 시스템 설계자분들의 목소리도 JAI는 겸손히 듣고 그에 맞는 균형적인 제품을 개발했습니다.
2,600만 화소 카메라, Spark 시리즈 SP-25000-CXP4A가 그 답입니다.
SP-25000-CXP4A는 최대 150fps(8비트)로 실행할 수 있으며, 5120 x 5120 픽셀을 제공하여 고해상도와 높은 처리량을 동시에 충족할 수 있습니다.
또한, 프레임 속도를 사용하여 현재 처리량을 유지하면서 PCBA당 여러 이미지를 활용하여 더 나은 결함 평가를 제공할 수 있는 고급 알고리즘을 지원합니다.

 

 

park 시리즈 SP-25000C-CXP4A 26

메가픽셀 에어리어 스캔 카메라

 

 

AOI 시스템 구축 시, 고려해야 할 카메라의 기준 - 고성능 인터페이스

 

앞에서 설명한 바와 같이, 속도와 해상도 두 가지 목표를 동시에 만족하려면 카메라에 두 가지가 필요합니다.
즉, ‘빠른 센서’와 생성되는 모든 이미지 데이터를 처리할 수 있는 ‘고대역폭 인터페이스’가 필요합니다.
다시 말해, 고해상도의 이미지를 빠른 프레임 속도(fps)로 전송할 수 있는 고성능 인터페이스여야 합니다.
시스템의 해상도와 관계없이 처리량을 극대화하는 것이 경쟁력 있는 핵심 요건이라면 고성능 인터페이스를 갖춘 카메라를 찾고자 할 것입니다.

단일 인터페이스에서 4개의 병렬 레인으로 구성할 수 있는 CoaXPress 표준 인터페이스 최신 버전(v2.0) - JAI

 

예를 들어, CoaXPress 표준 인터페이스 최신 버전(v2.0)은

이제 케이블당 최대 12.5Gbps를 지원할 수 있으며,

단일 인터페이스에서 4개의 병렬 레인으로 구성할 수 있습니다.

 

결과적으로 50Gbps 대역폭은 2,600만 화소의 8비트 이미지를

카메라에서 프로세서로 최대 150fps로 전송할 수 있는 충분한 성능을 제공합니다.

 

물론 고대역폭 카메라는 그 성능을 100% 발휘할 수 있도록 하는 적절한 프레임그래버 선정도 매우 중요합니다.

 

Euresys는 이미지 및 비디오 캡처용 구성부품, 프레임 그래버, FPGA IP 코어, 이미지 처리 소프트웨어를 설계 및 공급하는 기업입니다.

 

그러나, 일부 AOI 시스템은 전문화된 유형의 결함 감지에 중점을 둘 수 있으며 고객을 유치하기 위해 처리량을 지나치게 강조할 필요가 없을 수도 있습니다.
이러한 시스템의 경우 최대 6.8Gbps로 작동하는 카메라 링크 인터페이스로도 충분한 대역폭이 될 수 있습니다.

 

 

AOI 시스템 구축 시, 고려해야 할 카메라의 기준 - 올바른 셔터방식

 

AOI 시스템에서의 “높은 처리량”은 영상 시스템의 시야를 통해 빠르게 움직이는 보드의 이미지를 캡처하는 것을 의미합니다.
이를 위해 고려해야 할 두 가지 유형의 카메라 셔터 방식이 있습니다.

 

 

첫째, 글로벌 셔터 카메라입니다. 이러한 카메라는 피사체의 전체 장면을 동시에 노출하는 방식으로 이미지를 캡처합니다.
즉, 충분히 빠른 프레임 속도와 노출 설정(셔터 속도)만 있다면, 움직이는 물체를 흐릿함이나 왜곡 없이 빠르게 포착할 수 있습니다.
이는 수평이나 수직으로 빠르게 장면을 주사하여 상을 포착하는 롤링 셔터 카메라와는 대조적입니다.

 

두 번째 옵션은, 일부 롤링 셔터 카메라의 “글로벌 리셋” 모드입니다.
노출 시작 시간 동안 플래시를 사용하여 동작을 정지한 다음 나머지 노출 시간 동안 빛을 차단하는 글로벌 리셋 모드를 사용할 수 있다면,
롤링 셔터 카메라도 고속 AOI 시스템을 위한 옵션이 될 수 있습니다.
그러나 이 경우, 롤링 셔터 카메라가 위에서 언급한 고해상도, 빠른 프레임 속도 및 고성능 인터페이스와 같은 나머지 모든 요구 사항을 충족해야 하며,
AOI 시스템이 시야에서 주변 조명을 제어할 수 있어야 합니다. 이러한 요구 사항을 모두 충족하는 경우에만 롤링 셔터 카메라를 고려해 볼 수 있습니다.

 

 

 

PCB AOI 검사기에 대해 JAI사의 Spark 시리즈와 함께 알아봤습니다.

 

사실 PCB 검사를 위한 AOI 자동 광학 검사기는 시스템 구성을 위한 환경이 정말 너무 다양하기 때문에

오늘 언급한 해상도 및 속도가 최적의 조건이 아닐 수도 있습니다.

 

 

중요한 것은 설계의 환경을 잘 이해하고 최적의 비전 컴포넌트 구성을 하는 것입니다.

 

 

화인스텍은 AOI 시스템 설계에 필수적인 비전 시스템을 충분한 컨설팅을 통해

알맞은 컴포넌트 구성을 제안해 드릴 수 있습니다.

 

카메라, 렌즈, 프레임 그래버 선정 등 종합 머신비전 솔루션을 원하신다면 화인스텍으로 문의 바랍니다.