PCB 및 SMT 생산 라인의 AOI

PCB는 프로젝트 사양에 따라 정확하게 작동해야 합니다. 제품 품질을 보장하기 위해 PCB 제조업체는 다양한 생산 공정에서 여러 가지 검사 기법을 도입해야 합니다. 중요한 오류를 조기에 발견하고 수정하면 비용을 최소화할수 있습니다.

표면 실장 기술(SMT)의 발전과 전자 부품의 소형화로 인해 PCB 설계가 점점 더 복잡해지고 보드 상의 솔더 접합부 수가 기하급수적으로 증가하고 있습니다. 이러한 상황에서 수동 육안 검사와 같은 기존의 검사 방식으로는 현대적인 품질 관리 요구 사항을 충족할수 없게 되었습니다. 광학 원리에 기반하여 이미지 획득, 분석, 컴퓨터 소프트웨어 및 자동 제어 기술을 결합한 자동 광학 검사(AOI)는 생산 과정에서 발생하는 결함을 실시간으로 감지하고 처리할수 있습니다. 현재 AOI는 다양한 분야에서 널리 활용되고 있습니다. PCB 제조 및 조립 공정.

그림 1. 결함이 발견된 PCB

AOI란 무엇인가요?

AOI 시스템은 검사 대상 기판을 다양한 각도에서 조명하고 고해상도 CCD 카메라를 사용하여 기판을 자동으로 스캔하고 이미지를 촬영합니다. 촬영된 이미지를 "골든 보드" 또는 설계 사양과 비교하여 베어 보드와 조립된 기판의 품질을 평가할수 있습니다.

기술적으로는 AOI 기술에 두가지 방법, 즉 설계 규칙 검사(DRC)와 이미지 인식기술이 사용됩니다. 이름에서 알수 있듯이 DRC는 주어진 설계 요구 사항을 기반으로 회로를 검사합니다. 예를 들어, 모든 리드의 너비는 0.127mm 이상이어야 합니다. 테스트된 보드가 이 범위를 벗어나면 결함이 표시됩니다. 이미지 인식 기술은 AOI 시스템에 저장된 디지털 이미지와 테스트된 보드의 캡처된 이미지를 비교하는 방식입니다. 이 방법의 검출 정확도는 표준 이미지, 해상도 및 사용된 검출 프로그램에 따라 달라집니다. PCB 설계 규칙 및 표준은 끊임없이 업데이트되므로 설계 규칙 기반의 DRC 방식은 적용성이 떨어집니다. 대신, 컴퓨터 기술과 고속 이미지 처리의 급속한 발전에 따라 이미지 인식 기술이 주류로 자리 잡았습니다.

그림 2 AOI 카메라 시스템

PCB 및 SMT 생산 라인에서의 AOI 적용

1.  PCB 제조 공정 에서

초기 PCB 생산에서는 베어보드의 결함을 식별하기 위해 수동 육안 검사와 전기 검사를 병행했습니다. 그러나 이러한 방법은 효율성 저하, 정밀도 부족, 결함 발견 누락 등의 고유한 단점을 가지고 있었습니다. 전자 기술이 발전하고 PCB 설계의 밀도와 복잡성이 증가함에 따라 이러한 검사 방법은 더 이상 실용적인 선택이 아니게 되었습니다. 그 결과, AOI(자동 영상 검사)의 중요성이 더욱 분명해졌습니다.

AOI는 주로 에칭 공정 이후에 적용되며, 이 단계에서 대부분의 결함이 발생합니다. 선폭 위반, 간격 위반, 과다 구리, 단락 또는 개방 회로 등이 이 단계에서 검사됩니다. 이후, 결함이 있는 기판은 재작업되고, 나머지 기판은 다음 공정으로 넘어갑니다. AOI는 대부분의 결함을 찾아낼수 있지만, 먼지, 오염 물질, 일부 재료의 낮은 반사율 등으로 인해 결함을 놓치거나 잘못 판단할 가능성이 있다는 점에 유의해야 합니다.PCB 제조 이 과정은 오탐을 유발할수 있습니다. 따라서 AOI 시스템에서 결함이 감지될 경우 추후 수동 육안 검사를 실시해야 합니다. 

그림 3. PCBgogo 공장 내부의 AOI

2.  PCB GOGO에서SMT 조립 프로세스

2.1  솔더 페이스트 인쇄 후 

솔더 페이스트 도포는 SMT 공정의 첫번째 단계이며 대부분의 조립 불량의 근본 원인입니다. 조립된 PCB의 불량품중 약 30%~70%가 부적절한 솔더 페이스트 도포와 직접적인 관련이 있는 것으로 알려져 있습니다. 이 단계에서 불량을 발견하고 수정할 수 있다면 최종 제품의 불량률을 효과적으로 줄여 비용을 최소화하고 생산 효율을 향상시킬수 있습니다. AOI는 솔더 페이스트 도포량 및 높이, 페이스트 형상 변형, 브리징 및 변위 등을 포함한 솔더 페이스트 도포 품질을 감지하여 솔더 페이스트가 보드에 정확하게 도포되었는지 확인합니다. 

2.2  리플로우 전처리

PCB에 적정량의 솔더 페이스트가 도포되었는지 확인되면 다음 제조 공정인 부품 배치 단계로 넘어갑니다. AOI는 이 단계에서 부품의 오프셋, 극성, 존재 여부, 기울기, 잘못된 부품 배치 등 발생할 수 있는 오류를 검사할수 있습니다. 이는 리플로우 솔더링 전에 모든 부품이 보드에 정확하게 배치되었는지 확인하는 중요한 단계입니다.  

2.3  리플로우 후

부품 배치 공정 후, 기판은 리플로우 오븐으로 옮겨져 솔더 페이스트가 가열되고 SMD 부품이 최종적으로 기판에 조립됩니다. 이 단계에서 솔더 접합부와 부품의 품질을 확인하는 것이 중요합니다. 부품 오프셋, 극성, 부품 유무, 부품 기울기, 잘못된 부품 외에도, 이 단계에서 AOI(자동 조립 검사)를 통해 영역 결함, 빌보딩, 과도한 솔더 접합, 뒤집힌 부품, 리드 주변의 솔더 페이스트 부족, 솔더 접합부 부족, 리드 들뜸, 툼스토닝, 솔더 브리징과 같은 결함을 식별할수 있습니다. 일부 PCB 제조업체는 리플로우 후 단계에서 AOI를 사용하는 것을 선호하는데, 이는 모든 조립 오류를 이 단계에서 발견할수 있어 높은 수준의 품질 보증을 제공하기 때문입니다.

그림 4. PCBgogo 공장 내부의 AOI

AOI의 미래

AOI는 정확한 위치 지정과 강력한 기능을 갖춘 정밀 시스템입니다. PCB 또는 SMT 생산 라인에 AOI를 도입하면 회로, 솔더 페이스트 인쇄, 부품 불량, 솔더 접합 불량 등을 종합적으로 검사할수 있습니다. AOI는 오늘날 PCB 및 SMT 산업에서 필수적인 도구입니다. 그렇다면 AOI의 미래는 어떻게 발전할까요?

1. 측정 정확도 향상 

어떤것을 사용하든 테스트 기법 PCB 생산 라인에서 불량을 찾아내고 오탐을 최소화하는 것이 목표입니다. 향후 새롭게 도입된 AOI 검출 알고리즘의 측정 정확도가 크게 향상되어 오판정률이 거의 0에 가까워질 것입니다. 또한, 카메라 및 컴퓨터 기술의 발전과 함께 AOI 시스템은 점차 "입체 영상"과 "입체 알고리즘"을 도입하여 평면 검출의 한계를 극복할 것입니다.

2. 더욱 발전된 컬러 이미지 처리 기술

미래의 AOI 시스템은 RGB 조명의 색상 정보를 최대한 활용하여 3CCD 카메라로 더욱 정확한 컬러 이미지를 획득할 것입니다. 부품, 솔더 조인트, 패드의 다양한 색상 정보를 완벽하게 추출함으로써 AOI는 컬러 이미지 처리 효율을 극대화하고 다양한 결함 상태를 식별하는데 도움을 줄수 있습니다.  

3.3D 기술이 주류로 자리 잡다

숨겨진 납땜 접합부나 커넥터 측정이 불가능한 2D 기술과 달리, 3D AOI는 정확한 입체 높이 정보를 제공하여 검사 범위를 확장합니다. 3D AOI는 기판의 3차원(X, Y, 높이)을 모두 측정하여 측정 가능한 모든 납땜 및 부품 결함을 감지할수 있습니다.

그림 5 3D AOI 이미지

결론

AOI(음향 방출 검출)의 등장은 더욱 얇고 가벼운 전자 제품에 대한 요구에 기인합니다. AOI는 대부분의 결함을 찾아낼수 있지만, BGA나 기타 패키지 아래에 숨겨진 연결부 또는 음영 처리된 연결부를 검사할수 없다는 한계가 있습니다. 미래의 전자 제품이 소형화되는 추세에 따라, 최고 수준의 품질을 달성하기 위해서는 AOI를 비롯한 다양한 검사 기술을 결합하여 사용하는 것이 필수적입니다.

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