X-ray 배치 자동검사 시스템은 생산라인과는 별개로 후공정 끝단에 지그 단위로 제품/부품을 일괄(batch) X-ray 자동 검사하는 시스템이다. X-ray 배치 자동검사 시스템은 생산라인에 지장을 주지 않으면서 경제적인 비용으로 자동검사가 가능하고 검사모델 변경 및 수정이 용이하다는 점이 장점이며, 품질관리 측면에서 작업자 및 관리자의 업무 효율성 확대, 검사 정확도 및 검사 속도 향상에 기여할 수 있다. 따라서 완전한 자동화가 어려운 제조생산시설의 품질관리 업무에 도움을 줄 수 있다. 

 

▶ 자동검사 중 작업자 및 관리자가 병렬적으로 업무 처리 가능 

▶ 숙련된 작업자에 대한 검사의존도를 낮추고, 작업자 간의 검사수행능력 상향 평준화

▶ 촬영부터 검사 및 보고서 출력까지의 전체 검사 프로세스 시간 단축

▶ 수치 등 데이터에 의한 검사결과 판정 및 리포트 출력으로 검사 정확도 향상

▶ 검사이력 데이터 관리 가능

 

 

X-ray 배치 자동검사 시스템은 자동검사를 수행하는 분석부가 장비 제어 및 영상 촬영을 담당하는 제어부와 동일한 장비 PC에 있는지 여부에 따라 일체형과 독립형으로 구분할 수 있다.

 

 

일체형 X-ray 배치 자동검사 시스템에서는 분석부가 자동검사 사양에 따라 CPU, RAM, 저장매체 등 장비 PC의 성능에 과부하를 줄 수 있으므로, 공급자(X-ray 제조사) 주도 하에 신규 X-ray 검사장비에 적용하는 것을 추천한다. 일체형의 경우, 작업 동선이 짧고 자동검사 작업 편의성이 높은 장점이 있다. 

독립형 X-ray 배치 자동검사 시스템에서는 분석부가 장비 PC와 네트워크로 연결된 별도의 고성능 PC에 설치되어 장비 PC에 영향을 주지 않으면서도 자동검사 시스템 구축이 가능하다. 이는 제조시설에서 현재 사용 중인 기존 검사장비도 해당된다(그림 1 참조).

 

검사장비 체크 사항 

 

▶ 촬영 위치(좌표) 티칭 기능

▶ 촬영 위치 별 촬영 설정 기능

▶ 지그 단위로 촬영된 이미지 폴더별로 저장 기능

▶ 이미지 주변부 영상 왜곡이 적은 평판 디텍터 사용 권장

▶ 반복 촬영 시 이미지 밝기와 검사대상 위치가 일정하게 유지되는지 확인 

 

배치 자동검사를 위해 기본적으로 검사장비가 정해진 위치에 촬영 설정대로 스캔할 수 있어야 한다. 즉, 검사모델(프로젝트) 별로 지그 내 모든 제품/부품의 검사 위치를 지정할 수 있는 티칭 기능과 검사 위치 별로 촬영 설정(관전압, 관전류, 노출시간, Avg, 필터, 히스토그램 설정 등)을 지정할 수 있는 기능이 필요하다. 또한, 티칭 등록 및 촬영 설정을 마치고 촬영했을 때 이미지로 저장되는 기능이 필요하다. 이들은 범용 X-ray 검사장비가 일반적으로 지원하는 기능이기도 하다. PCB부품의 자동검사를 위해서는 가급적 이미지 주변 부의 형상 왜곡이 적은 (평판) 디텍터 사용을 권장한다. 지그 오차, 실장 오차, 기구(모터) 오차 등의 위치 오차 요인과 영상왜곡이 소프트웨어적으로 위치 보정 및 결함 검출에 악영향을 줄 수 있기 때문이다. 

 

업체 준비 사항  

 

▶ 검수용 지그

▶ 검사장비 스테이지 내 지그 고정틀 

▶ 분석용 PC

▶ 로컬 네트워크 연결 (장비 PC ? 분석용 PC ? 관리자 PC)

 

장비 좌표 기준으로 수 mm만 벗어나도 고배율 상태에서는 큰 이미지 픽셀 오차가 발생하여 정상적인 자동검사가 어려워질 수 있으므로 업체는 검수용 지그와 스테이지 내 지그 고정틀을 준비한다. 분석PC는 자동검사 스펙에 따른 X-ray 검사 소프트웨어 요구사양 및 데이터 저장기간에 맞춰 준비한다. 자동검사를 위해서는 장비 PC와 분석용 PC의 네트워크 연결이 필요이며, 검사결과 및 보고서 데이터 관리 편의를 위해서는 관리자 PC와 분석용 PC의 네트워크 연결이 필요하다.

 

자동검사 사전 진단 

 

1. 제품/부품의 불량 판정이 정량적 또는 형상적 기준으로 정의가능 한지 확인

2. 일반 방법으로 검사가 어려운 경우 대안적 평가 방법이 존재하는지 확인

3. 반복 촬영에도 이미지 밝기 및 검사대상 위치가 일정하게 유지되는지 확인

4. 현재 촬영조건에서 관심 결함을 찾을 수 있는지 확인

 

솔더조인트 보이드 검사 판정을 위해서는 IPC-A-610(개정)이나 업체 자체 기준 등에 근거한 정상과 불량을 구분 짓는 정량적 기준점이 있어야 한다. 기타 PCB부품 검사에서도 불량을 정의할 수 있는 명확한 정량적 또는 형상적 기준이 존재하여야 한다. 2D X-ray 이미지에서 중첩영상, 복잡한 패턴 등으로 전체 검사영역을 그려 보이드 비율을 측정하는 일반 방법으로 검사가 어려운 경우, 샘플 영역 검사 등 대안적인 검사 판정 방법을 찾아본다. 이들은 라미노그래피, Planar CT, CT 등의 촬영기법으로 자동검사가 가능할 수도 있겠지만, 기존 X-ray 검사장비를 활용하여 자동검사 시스템을 구축한다는 본 기고의 취지에 벗어나기에 설명을 생략한다. 반복 촬영에도 이미지 밝기 및 제품/부품 위치가 일정수준으로 유지되는지 확인한다. 또한 배율, 관전압, Avg 등 현재 촬영조건에서 찾고자 하는 관심 결함이 잘 검출되는지도 확인한다. 

 

대안적 평가 방법 사례 

 

Chip과 완전히 중첩되는 BGA볼 영역은 제외하고 보이드 검사 및 쇼트 검사를 진행하였고, 그림 2에서 이미지를 보여주고 있다. 보이드 % 결함 기준은 업체 표준을 따랐으며, BGA볼이 40 픽셀 직경, 25% 보이드가 약 314 픽셀 면적 크기(또는 20 픽셀 직경)를 가지도록 촬영 배율을 맞추었다. 

 

 

 

패키징 솔더조인트 영역이 특정 방향으로 밝기 편차가 발생할 때 들뜸 결함이 있다고 정의하고 검사를 진행하였다. 불량 여부를 판별하는 밝기 편차는 이미지 고유 밝기값 기준을 따랐다. 검사 목적이 보이드 결함을 찾는 것이 아니기 때문에 저배율로 촬영하여 해당 영상 배율에서는 보이드 결함 확인이 어렵다(그림 3 참조). 

Chip과 완전히 중첩되는 영역은 제외하고 리드(Lead) 쇼트 검사를 진행하였다. 열패드(Thermal Pad) 및 리드패드의 보이드 결함 검출은 검사 항목에서 배제하였다(그림 4 참조).

 

 

쓰루홀(PTH)을 2.5D로 촬영하는 경우, 원근 투영된 상태이기에 정확한 SI(mm) 단위 측정은 어려우며, %기반의 충진율로 결함을 찾아야 한다. 정상 판정 기준(75%~80%)을 이미지 상의 납충진 면적 또는 높이로 환산하고, 절대면적 및 상대면적으로 결함을 검출하였다(그림 5 참조).

 

자동검사 테스트 준비물            

 

1. 양품 이미지와 불량 유형별 이미지 

2. X-ray 검사 프로그램 검사 레시피 (검사템플릿)

3. 티칭 설정 후 반복 촬영한 지그 내 제품/부품 이미지 3~5 세트

 

자동검사 테스트를 위한 양품 이미지와 불량 유형별 이미지를 수집하고, 이들 이미지에 적용할 X-ray 검사 프로그램 검사 레시피(검사템플릿)도 준비한다. 티칭 설정 후 일정 시간을 두고 모든 검사 위치를 수 회에 걸쳐 반복 촬영한 후 이미지로 저장한다.

 

 

 

자동검사 테스트 방법       

 

1. X-ray 검사 프로그램으로 수동검사 시 동일한 설정으로 검사 가능한지 확인 

2. X-ray 검사 프로그램 내 자동검사 시뮬레이션 기능을 이용

 

자동검사 가능여부를 확인하는 방법은 간단하다. 수집한 양품 및 불량 이미지를 X-ray 검사 프로그램에서 검사 레시피(검사템플릿)에 적용해 올바른 검사판정 결과를 나오는지 확인한다. 반복적으로 촬영한 데이터에 대해서 검사결과가 신뢰할 수 있는 수준인지도 확인한다. 각 위치 별로 동일한 파라미터 설정으로 제품/부품을 검사할 수 있으면 배치 자동검사도 가능하다. 검사 프로그램 내 자동검사 시뮬레이션 기능을 이용해도 자동검사 가능여부를 확인할 수 있다.

 

 

 

결론     

 

본 기고에서는 범용 X-ray 검사장비를 활용한 독립형 X-ray 배치 자동검사 시스템의 개념, 자동검사를 위한 준비사항, 자동검사 가능여부 확인 방법 위주로 포괄적으로 설명하였다. 

독립형 X-ray 배치 자동검사 시스템은 단순히 2D X-ray 검사장비 적용에만 국한되지 않고, CT 검사장비, 인라인 검사장비 등과 결합하여 더욱 큰 시너지를 발휘할 수도 있다. 독립형 X-ray 배치 자동검사 시스템의 의의는 경제적인 비용으로 검사장비의 활용도 및 업무 효율을 높이는데 있다. 

본 자동검사 시스템을 적용한 보다 구체적인 검사 방법이나 검사 결과물 등의 설명은 향후 사례연구 방식으로 소개할 예정이다.