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프로젝트에 인쇄 회로 기판(PCB)을 사용할 때, 그것들이 잘 작동하고 고객을 만족시킬지 확신할 수 있어야 합니다. PCB의 결함을 테스트하고 의도한 대로 작동하는지 확인할 신뢰할 수 있는 방법이 필수적입니다.
인쇄 회로 기판은 점점 더 작고 복잡해지고 있습니다. 오늘날의 PCB는 수천 개의 납땜 조인트와 수많은 작은 부품을 포함할 수 있습니다. 이러한 복잡성 증가는 오류 발생 가능성을 높일 수 있습니다. 표준 육안 검사가 빽빽하게 채워진 보드의 미세한 결함을 감지하기에 충분하지 않을 때, 자동 광학 검사(AOI) 같은 기술이 더 큰 통찰력과 정확성을 제공합니다.
AOI를 어떻게 정의할까요? 자동 광학 검사는 빛 이미징을 사용하는 기계 스캐너로 완성된 회로 기판을 시각적으로 검사하는 것입니다. 작업 품질을 평가하여 PCB가 구매 및 사용에 적합한지 확인합니다.
AOI 시스템은 일반적으로 많은 광원과 여러 카메라(비디오 카메라 포함)를 포함합니다. 광원은 PCB를 다양한 각도에서 비추고, 카메라는 평가용 종합 이미지를 생성하기 위해 사진이나 비디오를 찍습니다.
AOI 측정은 일반적으로 기계 스캐너를 사용하여 장치를 자율적으로 스캔하며, 사람의 육안 검사가 필요하지 않습니다. 스캐너는 치명적인 고장을 일으킬 수 있는 결함(중요 부품 부재 등)을 확인할 수 있고, PCB 품질과 성능을 저하시킬 수 있는 더 작은 결함도 테스트할 수 있습니다. 이러한 작은 결함에는 부품 약간의 정렬 불량이나 잘못된 크기나 모양을 형성하는 납땜 같은 문제가 포함될 수 있습니다.
AOI는 다양한 생산 단계에서 유용합니다. 베어 보드 검사, 솔더 페이스트 검사, 리플로우 전후 검사에 잘 작동합니다. 이러한 각 단계는 PCB 보드 설계에 결함을 유입시킬 수 있으며, AOI는 결함이 있는 보드에서 생산이 더 진행되기 전에 이를 포착하는 데 도움이 됩니다.
실질적으로는 대부분의 AOI가 생산 후 단계에서 이루어집니다. 이유는 AOI가 단일 시스템을 사용하여 여러 종류의 결함을 동시에 검사할 수 있기 때문입니다. 공정의 각 단계 후에 검사하는 것보다 한 번의 종합 검사를 하는 데 시간이 덜 걸립니다. 최종 검사로 AOI를 사용하면 생산이 더 빠르게 진행되고 더 높은 생산성과 마감일 준수가 가능합니다. 그리고 생산 후 단계에서 AOI가 결함을 발견하면 불량 보드는 재작업을 위해 돌아가고 나머지 보드는 앞으로 진행됩니다.
AOI는 PCB 생산에서 중요한 역할을 합니다. 각 보드가 복잡한 전기 애플리케이션에서 요구되는 고성능을 발휘할 수 있는지 확인합니다.
AOI가 PCB에서 결함을 발견하면 수리를 위해 보드를 되돌려 보냅니다. 이 프로세스는 몇 가지 다른 방식으로 발생할 수 있습니다. AOI 결과가 특정 시설 요구 사항을 충족하지 못할 수 있습니다(예: 보드 모든 선이 특정 크기 이상이어야 한다는 요구 사항). 이 경우 인간이 결과를 검사하고 어떤 보드를 추가 작업용으로 되돌려 보낼지 결정합니다. 또는 AOI가 실제 PCB를 완벽한 PCB의 컴퓨터 지원 설계(CAD) 이미지와 비교할 수 있습니다. AOI는 실제 보드가 이상적인 설계에서 벗어난 위치를 자동으로 감지하고 재작업용으로 플래그를 지정할 수 있습니다.
AOI는 PCB 생산에 다음과 같은 이점을 제공합니다.
아래는 AOI 검사 중 검토되는 일부 요소입니다.
납땜은 일반적으로 주석과 납 또는 무연 합금인 저융점 합금을 사용하여 PCB의 금속 부품을 연결합니다. 이 과정은 금속 부품을 녹이지 않는다는 점을 제외하면 용접과 유사합니다. 납땜 결함은 두 금속 부품 간의 연결이 제대로 형성되지 않을 때 발생합니다.
아래는 AOI가 확인할 수 있는 몇 가지 일반적인 납땜 결함입니다.
PCB의 개방 회로는 비교적 흔한 결함이며, 불완전한 회로가 전류 흐름을 방지하기 때문에 문제가 됩니다. 회로가 개방되면 보드는 올바르게 작동하지 않습니다.
개방 회로는 부적절하게 형성된 비아와 트레이스 또는 목표에 도달하지 못하는 납땜 때문에 발생할 수 있습니다. 육안 검사나 X선 이미징으로 명백한 개방 회로를 감지할 수 있지만, AOI는 약간 개방된 회로도 식별하여 보드를 적절한 회로 폐쇄를 위해 되돌려 보낼 수 있습니다.
솔더 브리지는 전기적으로 연결되어서는 안 되는 PCB의 두 부품을 납땜이 연결할 때 발생합니다. 이 브리지는 보드 생산에서 너무 많은 납땜을 사용하거나 납땜이 납땜이 없어야 할 보드 영역으로 스며들 때 형성될 수 있습니다.
솔더 브리지는 납땜이 고체화되기 전에 리드에서 분리되지 않을 때 자주 발생합니다. 리드는 보드 상의 두 위치를 연결하도록 설계된 금속 패드입니다. 리드가 너무 크거나, 보드에 붙이는 페이스트가 너무 많거나, 보드 피치가 극도로 얕기 때문에 납땜이 분리되지 않을 수 있습니다.
솔더 브리지는 보드를 통한 의도된 전류 흐름을 방해하기 때문에 문제가 됩니다. 단락을 일으키거나 중요한 부품이나 트레이스를 태울 수 있습니다. 또한 육안으로는 감지하기가 악명 높게 어렵습니다. 심지어 미세한 납땜 스며듦도 솔더 브리지 형성으로 이어질 수 있습니다. 다행히 AOI 스캔은 미세한 솔더 브리지도 감지하여 결함 보드를 수리 위해 되돌려 보낼 수 있습니다.
불충분한 납땜 조인트는 생산 공정이 보드에 다른 부품을 연결하기에 너무 적은 납땜을 사용할 때 발생합니다. 때로는 납땜이 부품을 전혀 연결하지 못하기도 하는데, 이런 상황을 납땜 건너뛰기(solder skips)라고 합니다.
부적절하게 납땜된 부품 연결이 불안정하면 안정적인 전기적 연결을 형성하지 못해 보드 성능이 저하됩니다. 납땜 양이 너무 적어 부품을 보드에 고정할 수 없으면 보드는 부품 누락으로 끝나게 되며, 이는 치명적인 고장으로 이어질 가능성이 높습니다. AOI는 각 부품의 납땜 양을 스캔하여 기록하거나 보드를 올바른 이미지와 비교하여 보드가 재납땜이 필요한지 판단할 수 있습니다.
과도한 납땜은 반대 현상입니다. 생산 공정이 보드에 너무 많은 납땜을 올리는 것입니다. 때로는 사용된 납땜 팁이 너무 넓어서 발생하거나, 과도한 도포로 인해 발생할 수 있습니다.
과도한 납땜은 솔더 브리지 같은 변형을 포함해 많은 어려움을 초래할 수 있습니다. 생산이 보드의 핀에 너무 많은 납땜을 도포하면 핀이 보드에 달라붙기에 충분히 젖었는지 알기 어려운 큰 둥근 납땜 볼이 생성될 수도 있습니다.
납땜 볼은 크기 때문에 상대적으로 감지하기 쉽지만, 인간 검사원은 거의 동일한 보드 수십 개를 본 후 하나를 놓칠 수 있습니다. 좋은 AOI 스캐너는 과도한 납땜을 쉽게 감지하여 보드를 납땜 흡입기나 납땜 윅으로 재작업하도록 보낼 수 있습니다.
부품 결함은 보드에 부착된 작은 기능 부품의 결함입니다. 아래는 PCB에서 흔한 몇 가지 부품 결함입니다.
들뜬 리드는 PCB의 작은 금속 패드 중 하나가 제대로 부착되지 않을 때 발생합니다. 때로는 생산 중 과도한 열이나 취급, 보드의 휨으로 인해 들뜬 리드가 발생합니다. 다른 경우에는 리드가 너무 길어 납땜과 접촉할 때 일어나면서 발생합니다.
들뜬 리드는 불안정하기 때문에 문제가 됩니다. 보드의 패드는 핀이 아래 구리 플레이트에 연결되도록 허용하지만, 리드가 들리면 핀이 적절한 연결을 할 수 없습니다. 연결 누락은 부품 고장을 초래하고 보드 성능을 저하시킬 수 있습니다.
PCB에 몇 가지 다른 이유로 부품이 없을 수 있습니다. 부적절한 납땜이 부품 누락을 초래하거나, 생산 공정이 필요한 부품을 건너뛸 수 있습니다.
누락된 부품은 PCB의 심각한 결함으로, 치명적인 고장을 초래할 가능성이 높습니다. 사람의 눈은 누락된 부품을 알아차릴 수 있지만, 이처럼 중대한 결함이기 때문에 신뢰할 수 있는 AOI 스캐너가 소비자에게 도달하기 전에 부품이 누락된 PCB를 포착하는 데 필수적입니다.
정렬 불량 또는 잘못된 배치는 생산 공정이 부품을 잘못 배치하거나 배치 후 부품이 이동할 때 발생할 수 있습니다. 리플로우 중에 부품 이동이 흔한데, 용융 납땜 위에서 부품이 쉽게 미끄러질 수 있기 때문입니다. 납땜의 표면 장력 때문에 부품이 쉽게 미끄러질 수 있습니다.
정렬 불량 또는 잘못 배치된 부품이 있으면 PCB는 여전히 작동할 수 있지만 느리게 수행될 수 있습니다. 또는 전혀 작동하지 않을 수 있습니다. 정렬 불량은 육안으로는 너무 미세하여 볼 수 없을 수 있으므로, 신뢰할 수 있는 AOI 스캐너가 이러한 결함을 포착하는 데 필수적입니다.
다른 공정과 비교했을 때 AOI는 PCB 결함 감지에 여러 이점을 제공합니다. 아래는 AOI가 다른 검사 방법과 어떻게 비교되는지 분석한 것입니다.
AXI는 빛 이미징 대신 X선을 사용하여 PCB를 검사합니다. 기업은 특히 복잡하거나 조밀하게 구성된 보드를 평가하기 위해 AXI를 자주 사용합니다. 이유는 X선이 소재를 투과하여 이미징하기 때문입니다. AOI에 사용되는 빛은 표면에서 반사되므로 한 부품이 다른 부품을 가릴 수 있습니다. 그러나 X선은 다양한 소재 층을 투과하여 모두 정확하게 이미징합니다.
AXI는 새롭고 정교한 기술이며, 주요 단점은 비용입니다. AXI가 너무 비싸기 때문에 특히 복잡하거나 고도로 클러스터된 보드가 아닌 이상 종종 사용할 가치가 없습니다.
ALT 측정은 전통적인 빛 이미징 대신 레이저를 사용하여 PCB를 스캔하고 측정합니다. 레이저 빛이 PCB 부품에서 반사되면 ALT 시스템은 레이저 위치를 사용하여 다양한 부품의 위치와 높이를 정확히 파악하고 반사율을 평가합니다. AOI와 마찬가지로 ALT 시스템은 경험적 측정치를 회로도나 사양 세트와 비교하여 결함을 감지할 수 있습니다.
ALT 측정은 납땜 페이스트의 위치와 양을 평가하는 데 특히 유용하지만, 간섭이 때때로 측정을 부정확하게 만들 수 있습니다.
인서킷 테스트는 전기 프로브를 사용하여 조립된 PCB가 어떻게 작동할지 평가합니다. 전기 전류를 사용하여 각 부품이 제자리에 있고 올바르게 작동하는지 확인합니다. 단락과 개방 회로를 테스트하고 정전용량과 저항 같은 필수 전기적 특성을 평가합니다.
전기 전류를 이미징 대신 사용하므로 ICT는 AOI보다 제한된 납땜 정보를 제공하는 경향이 있습니다. 전기 부품 품질을 평가하고 회로에 영향을 주는 납땜 결함에 대한 정보를 제공할 수 있지만, 불충분하거나 과도한 납땜에 대한 많은 세부 정보를 제공할 수는 없습니다.
AOI는 일반적으로 인서킷 테스트보다 더 신뢰할 수 있습니다. 특히 오늘날 개발되는 더 작은 PCB에 대해서는 더욱 그렇습니다.
대부분의 PCB 회사는 AOI를 수동 육안 검사보다 선호합니다. AOI는 보드를 만질 필요가 없기 때문입니다. 인간 검사원은 보드를 다뤄야 하며, 다루는 행위가 그렇지 않으면 완벽한 보드에 결함을 유입시킬 수 있습니다. AOI는 섬세한 부품을 방해하지 않고 구조적 무결성을 보존하면서 PCB를 스캔할 수 있습니다.
AOI는 인간 육안 검사보다 더 신뢰할 수 있습니다. 사람은 PCB의 작은 결함을 쉽게 놓칠 수 있습니다. 하지만 AOI는 가장 작은 오류도 포착할 수 있습니다. 엄격한 예리함이 결코 줄어들지 않으며, 사람의 눈이 허용하는 것보다 더 세밀한 디테일로 보드를 스캔할 수 있고, 생산 공정의 모든 단계에서 일관되게 신뢰할 수 있습니다.
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산업기술
제조사를 위한 영향력 있는 자동화의 첫 번째 물결(진행 중)은 소규모부터 대규모까지 숍과 공장에 유연 제조 시스템(FMS) 설치 및 통합이었습니다. 이 시스템은 주로 팔레트 핸들러와 여러 층까지 도달할 수 있는 팔레트 및 원자재 보관으로 구성되며, 한 대에서 여러 대의 공작기계를 지원합니다. 생산성 추가 향상 방법 FMS에는 공작물 로딩용 수동 팔레트 로딩 스테이션이 최소 하나 포함되며, 물론 생산을 계획하고 전체 시스템을 제어하는 제조 관리 소프트웨어(MMS)를 실행하는 스테이션 커맨더가 있습니다. 유연 제조 시스템과 소프트웨어
제품 제조 정보(PMI)는 디지털 검사 리포팅에 필수적입니다. PMI는 3D CAD 파일에 포함된 비기하학적 데이터입니다. 2D 도면이나 디지털 문서에 의존하여 엔지니어링 또는 제조 데이터를 전달하는 대신, 모든 것을 원래 CAD 파일 내에 임베드할 수 있습니다. 디지털 검사를 수행하기 위해 고객에게 필요한 것은 설계의 가장 중요한 특징을 식별하고 해당 치수에 대한 공차를 지정하는 적절한 PMI 데이터뿐입니다. PMI는 디지털 스레드를 생산을 넘어 검사까지 확장하는 데 도움이 되지만, 품질 검사 리포팅을 넘어 더 큰 파급 효과가