약 112년간의 노력을 거쳐 자동 광학 검사 시스템(AOI)이 마침내 인쇄 회로 기판(PCB) 생산 라인에 성공적으로 적용되었습니다. 이 기간 동안 AOI 공급업체의 수가 급증했으며 다양한 AOI 기술도 상당한 진전을 이루었습니다. 현재 간단한 카메라 시스템부터 복잡한 3D X선 검사 시스템까지, 많은 공급업체가 거의 모든 자동 생산 라인에 적용할 수 있는 AOI 장비를 제공할 수 있게 되었습니다.
지난 10년 동안 솔더 페이스트 프린터와 SMT 배치기의 성능이 향상되어 제품 조립의 속도, 정확성 및 신뢰성이 향상되었습니다. 따라서 대형 제조업체의 수율이 향상되었습니다. 부품 제조업체에서 제공하는 SMT 패키지 부품의 증가도 인쇄 회로 기판 조립 라인의 자동화 개발을 촉진했습니다. SMT 부품의 자동 배치는 생산 라인에서 수동 조립 중에 발생할 수 있는 오류를 거의 완전히 제거할 수 있습니다.
PCB 제조 산업에서 부품의 소형화 및 변성은 항상 개발 추세였습니다. 이로 인해 제조업체는 생산 라인에 AOI 장비를 설치하게 되었습니다. 더 이상 수동 작업에 의존하여 조밀하게 분포된 부품을 안정적이고 일관되게 감지하고 정확한 감지 기록을 유지하는 것이 불가능하기 때문입니다. 반면에 AOI는 반복적이고 정밀한 검사를 수행할 수 있으며 검사 결과의 저장 및 릴리스도 디지털화할 수 있습니다.
많은 경우, 공정 엔지니어가 솔더 페이스트 프린터 및 조립 공정을 검사하고 조정하면 생산 라인의 솔더 페이스트 오염률(스퍼터율)이 백만 분의 몇(ppm)에 불과하도록 보장할 수 있습니다. 고출력/저혼합 생산 라인의 경우 일반적인 솔더 페이스트 오염률은 백만 분의 20에서 백만 분의 150 사이입니다. 실제 경험에 따르면 인쇄 회로 기판 샘플을 샘플링하고 테스트하는 것만으로는 각 유형의 솔더 페이스트 오염을 감지하기 어렵습니다. 모든 회로 기판에 대해 100% 검사를 수행해야만 더 큰 검사 범위를 보장하여 통계적 공정 관리(SPC)를 달성할 수 있습니다.
대부분의 경우 특정 유형의 솔더 페이스트 오염만 실제로 존재하며, 이러한 솔더 페이스트 오염 물질의 생성은 특정 생산 장비와 연결될 수 있습니다. 많은 경우 특정 장치에 솔더 페이스트 오염 발생을 귀속시킬 수도 있습니다. 그러나 부품 오프셋(리플로우 공정 중 자체 보정 효과로 인해 발생)과 같은 일부 변수의 경우 특정 생산 단계로 추적하는 것이 불가능합니다. 따라서 모든 솔더 페이스트 오염을 감지하려면 생산 라인의 각 생산 단계에 대해 100% 검사를 수행해야 합니다. 그러나 현실적으로 PCB 제조업체는 경제적 고려 사항으로 인해 각 공정이 완료된 후 각 회로 기판을 테스트할 수 없습니다. 따라서 공정 엔지니어와 품질 관리 관리자는 검사에 대한 투자와 생산 증가로 인한 이점 사이에서 최상의 균형을 신중하게 고려해야 합니다.
일반적으로 그림 1과 같이 생산 라인의 4가지 생산 단계 중 하나 후에 AOI를 효과적으로 적용할 수 있습니다. 다음 단락에서는 SMT PCB 생산 라인에서 4가지 다른 생산 단계 후에 AOI를 적용하는 방법을 각각 소개합니다. AOI를 대략적으로 문제 예방과 문제 감지의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 다음 설명에서 솔더 페이스트 인쇄, (표면 실장) 장치 배치 및 부품 배치 후의 검사는 문제 예방으로 분류할 수 있으며, 마지막 단계인 리플로우 솔더링 후의 검사는 문제 감지로 분류할 수 있습니다. 이 단계의 검사는 결함 발생을 방지할 수 없기 때문입니다.
필요한 경우 2, 3, 4단계에서 감지를 위해 OCR(광학 문자 인식) 및 OCV(광학 문자 검증) 방법을 추가할 수도 있습니다.
다양한 감지 방법의 장단점에 대한 엔지니어와 제조업체의 논의는 항상 끝이 없습니다. 실제로 선택의 주요 기준은 부품 및 공정 유형, 결함 스펙트럼 및 제품 신뢰성 요구 사항에 중점을 두어야 합니다. 많은 BGA, 칩 스케일 패키징(CSP) 또는 플립칩 부품이 사용되는 경우 감지 시스템을 첫 번째 및 두 번째 단계에 적용하여 효과를 극대화해야 합니다. 또한 네 번째 단계 후에 검사를 수행하면 저가 소비재의 결함을 효과적으로 식별할 수 있습니다. 항공 우주, 의료 및 안전 제품(자동차 에어백)에 사용되는 PCBS의 경우, 매우 엄격한 품질 요구 사항으로 인해 생산 라인의 여러 위치, 특히 두 번째 및 네 번째 단계 후에 검사를 수행해야 할 수 있습니다. 이러한 유형의 PCB의 경우 X선을 검사에 사용할 수 있습니다.
생산 라인에서 사용되는 AOI를 평가하려면 감지만 수행할 수 있는 시스템과 측정을 수행할 수 있는 시스템을 구분해야 합니다.
부품 누락 및 잘못된 배치와 같은 결함만 찾을 수 있는 감지 시스템은 공정 관리를 위한 도구를 제공할 수 없으므로 PCBS의 생산 공정을 개선하는 데 사용할 수 없습니다. 엔지니어는 여전히 수동으로 생산 공정을 조정해야 합니다. 그러나 이러한 감지 시스템은 빠르고 저렴합니다.
반면에 측정 시스템은 각 부품에 대한 정확한 데이터를 제공할 수 있으며 이는 생산 공정 매개변수를 측정하는 데 매우 중요합니다. 이러한 시스템은 감지 시스템보다 비싸지만 SPC 소프트웨어와 통합하면 측정 시스템은 생산 공정을 개선하는 데 필요한 정보를 제공할 수 있습니다.
전반적으로, 오류 보고의 정확도, 즉 실제 오류(정확한 오류 보고)와 잘못된 경보(잘못된 오류 보고)의 비율을 기준으로 감지 시스템의 품질을 평가하는 것은 포괄적이지 않습니다. 측정 시스템을 평가하려면 더 작은 허용 오차 범위 내에서 측정 시스템의 정확도에 대한 평가 결과에도 의존해야 합니다. 통계적 공정 관리
인쇄 또는 장착 프로세스 중에 AOI 시스템을 설치하면 생산 프로세스 중에 축적된 다른 공정 변수를 제거하는 데 도움이 될 수 있습니다. 리플로우 솔더링 후 부품의 위치가 변경되었는지 측정한다고 가정하면 수집한 데이터는 장착 공정의 정확성을 반영할 수 없습니다. 장착 후와 리플로우 솔더링 후 모두 결과를 측정해야 합니다. 그러나 이 정보는 장치 장착을 제어하는 데 거의 쓸모가 없습니다. 모니터링 개발 추세를 감안할 때, 모니터링해야 하는 프로세스 근처에 AOI 시스템을 설치하면 다음 단계로 진입하려는 매개변수를 신속하게 수정할 수 있습니다. 동시에 근거리 감지는 감지 프로세스 전에 부적합한 PCBS의 수를 줄일 수도 있습니다.
전자 산업의 대부분의 AOI 사용자는 여전히 솔더링 후 검사에만 집중하지만, 부품 및 PCBS의 소형화에 대한 미래 추세는 보다 효과적인 폐쇄 루프 공정 제어가 필요합니다. 효과적인 감지 및 측정 솔루션을 제공할 수 있는 AOI 시스템은 점점 더 많은 사용자를 유치할 것이며, 엔지니어는 이러한 시스템에 대한 투자를 더 가치 있게 여길 것입니다. 모든 고객에게 AOI는 제품 생산 라인을 개선하고 완제품의 수율을 높이는 데 계속 중요한 역할을 할 것입니다.
