전자제품 생산 최적 파트너
머신비전은 이제 선택이 아닌 필수
전자제품이 점차 소형화되면서 이를 검사하고 이력관리 할 수 있는 새로운 차원의 도전과제를 안게 됐다. 머신비전은 더 높은 해상도와 빠른 속도, 향상된 컬러 특성을 제공하면서
전자제품 생산의 최적 파트너가 되고 있다.
코그넥스 코리아
현재 머신비전의 도움 없이 반도체를 생산하는 것은 거의 드문 일이 됐다. 머신비전은 배치, 검사, 식별 등 웨이퍼 제조에서 IC 패키징에 이르기까지 최신 IC의 고밀도 특성을 달성함과 동시에 비용 효과적인 생산을 가능하게 하는 필수조건이 됐다.
전자제품 소재 및 액티브 컴포넌트, IC 패키지, 패시브 컴포넌트, 전자장비 완제품 공급업체들은 모두 낮은 비용으로 높은 품질의 제품을 생산하기 위해 머신비전을 도입하고 있다.
최근에는 2D와 3D 머신비전을 모두 기본으로 제공하는 기술이 전자 어셈블리 애플리케이션에서 주목받고 있다.
특히 비전 시스템은 더 높은 해상도와 빠른 속도, 향상된 컬러 특성을 제공한다.
또한, 생산라인에서 다방향 및 순차적 조명을 보다 비용 효과적으로 구현할 수 있는 LED가 개발되면서 더 뛰어난 능력을 수행하게 됐다.
머신비전 기술
전자부품 생산을 위한 머신비전 기술은 비전 시스템, 비전 센서, 비전 소프트웨어 등 크게 3가지로 나뉜다.
1. 비전 시스템 
머신비전 시스템은 부품 검사 및 식별, 가이드 능력에서 가장 탁월한 솔루션이다.
독립적인 산업용 등급의 비전 시스템은 첨단 및 비전 툴 라이브러리와 고속 이미지 수집 및 프로세싱 기능을 겸비하고 있다.
라인스캔과 컬러 시스템을 비롯한 매우 다양한 종류의 모델을 통해 가격 대비 성능 요건에 부합한다.
2. 비전 센서
비전 센서는 올인원 솔루션으로, 초당 최고 6천 개의 부품을 검사하고 감지할 수 있는 통합 카메라, 프로세서, 조명, 광학부품, 입출력 기능을 갖추고 있으며 생산라인상의 부품 방향을 확인할 수 있다. 비전 센서는 위치와 크기가 변하더라도 안정적인 판독이 가능하다는 장점을 가졌다.
3. 비전 소프트웨어
비전 소프트웨어는 첨단 프로그래밍 성능과 기능 면에서 그래픽적인 프로그래밍 환경의 편의성을 갖추고 있다. 강력한 라이브러리의 비전 툴은 카메라, 프레임 그래버 및 사용 중인 기타 주변기기와 상관없이 완벽한 하드웨어 독립성을 제공한다. VisionPro는 기존 PC와 HMI(Human Machine Inter-face) 하드웨어를 통합하는 애플리케이션이나 첨단 비전 사용자를 포함한 SI(System Integrator) 및 OEM 업체들에게 이상적이다.
전자산업의 검사 과제
트랜지스터, 커패시터, 레지스터 및 기타 여러 부품을 비롯한 SMD(Sur-face Mount Devices)는 보다 높은 밀도와 기능을 PCB(Printed Circuit Boards)상에 구현하기 위해 불과 수 밀리미터 혹은 그 미만으로 크기가 작아졌다. 크기 감소와 더불어 기능이 향상됨에 따라 전자 디바이스의 성능은 크게 향상됐지만, 비용 효과적인 생산 속도의 수동 어셈블리나 검사가 불가능한 문제에 직면하게 됐다.
수년 동안 머신비전은 SMD 부품 피킹 및 배치, 실장 검증, 납땜 확인 등과 같은 디바이스 단위 검사 이전에 PCB의 뒤틀림을 검사하는 중요한 툴이었다. 2D와 3D 솔루션을 이용하는 머신비전은 트레이상에서 PCB의 위치를 확인하고, 피킹을 위해 각각의 SMD 부품으로 고속 픽&플레이스 로봇을 가이드하거나, 다시 PCB로 SMD를 배치하도록 가이드한 다음, 마지막으로 마운팅 홀이나 PCB 비아를 통한 각 SMD 리드의 납땜 접합부를 확인한다.
패시브 SMD와 액티브 마이크로프로세서 부품들 또한 계속해서 소형화됨에 따라 고속 생산라인에서 잘못된 부품이 배치되거나 거꾸로 뒤집히기도 하는데, 이 경우 머신비전 기술을 통해 제공되는 자동 검사 루틴을 통해서만 추적이 가능하다. SMD 디바이스 사례와 마찬가지로 머신비전은 전자 제조업체들이 다른 부가적인 단계로 진입하기 전에 올바르게 부품을 배치하고 검증할 수 있도록 하여 재작업을 줄이고 생산율을 향상시킨다.
지금까지 레이저 스캐닝 장치는 PCB와 연결되는 각 SMD 및 마이크로프로세서 리드상의 아주 작은 납땜 접합부를 검증하는 데 사용되었으며, 이는 소형화되는 디바이스 간의 피치를 자동으로 검사하는 역할을 한다. 반면에 새로운 3D 머신 기법은 레이저 스캐너의 단점을 보완하고 추가 단계로 진입하기 이전에 전기적 접속 상태를 확인할 수 있도록 솔더 페이스트, 볼 등을 대량으로 분석한다.
이는 전자부품 제조 시 납과 같은 유독성 물질 사용을 규제하는 RoHS (Restriction of Hazardous Sub-stances)와 같은 새로운 정부규제를 고려한다면 더 중요한 문제가 된다. 환경에 보다 안전한 주석이나 기타 금속을 이용한 솔더링 소재로의 대체는 전자 제조업체들에게는 위스커(Whis-ker)와 같은 새로운 차원의 도전과제를 안겨준다. 또한, 갭이나 크랙과 같은 보다 보편적인 문제 또한 유발할 수 있다. 따라서 세심한 모니터링과 실시간 머신비전 검사 데이터를 통해 솔더 공정에 대한 제어관리를 실현해야한다.
제품 이력과 공급망 관리
제품의 안전적이고 효율적인 리콜을 위해 제조업체는 문제가 발생할 수 있는 공급망에서 잠재적으로 결함이 있는 부품을 신속하게 찾아내고 확인할 수 있어야 한다.
전자제품의 가격은 제품 소형화와 자동 어셈블리를 통해 비용이 절감되므로 기능이 향상하더라도 상대적으로 안정적으로 유지되는 반면, 제조업체는 수익 마진을 유지하기 위해 생산 현장 전반에 대한 가시성을 확보해야 하는 과제에 직면한다. 이는 결함 제품으로 인해 추가 노동력이나 에너지가 소모되지 않도록 각 제조 노드에서의 제품 검사와 자동 어셈블리 공정의 폐쇄루프 제어가 성공적으로 수행되어야함을 의미한다.
이와 동시에 제조업체는 제품의 이력추적과 관련된 규제 강화 부담에 직면해 있으며, 환경 관련 사항을 준수해야 할 뿐만 아니라 이차 공급업체의 부품 결함으로 인한 리콜 책임을 제한해야만 한다.
머신비전의 제품 이력 추적은 엔터프라이즈 네트워크의 최첨단에 위치하고 있으며, 제조 공정 전반에 걸쳐 모든 제품을 추적하고, 재정적 위험으로부터 기업을 보호하면서도 생산 최적화에 필요한 데이터를 통해 이러한 과제들을 효율적으로 관리한다.
적용 사례 : 롬멜(Rommel GmbH)
PCB(Printed Circuit Boards)는 오늘날 전 세계 거의 모든 전자제어 시스템에 사용되고 있다. 이러한 보드의 형태와 기능은 사용되는 분야에 따라 매우 다양한데, 한 가지 공통점은 모든 PCB는 완제품의 성능에 중요한 영향을 미칠 수 있는 소형의 제어 컴포넌트를 포함하고 있다는 것이다. 따라서 제조과정에서 어떠한 오류나 혼동이 발생해서는 안 된다.
독일 에잉엔(Ehingen)에 위치한 롬멜(Rommel GmbH)은 오류 없이 보드를 생산하기 위해 레이저로 마킹된 Data Matrix 코드를 사용한다. 레이저 기반 코드와 문자가 각인된 애플리케이션은 납땜 도료로 인해 깎이거나 변환될 수 있는데, 이러한 민감한 공정에는 최상의 정밀도가 요구된다.
롬멜의 새로운 레이저 마킹 시스템은 움직이는 편광경과 CO2 레이저, 그리고 목표 정밀도를 달성할 수 있는 In-Sight 비전 시스템을 갖춘 혁신적인 레이저 스캔 헤드를 사용하고 있다.
1. 안정적이고 탄탄한 공정
롬멜의 WL 700 LCS 레이저 마킹 시스템은 코드 및 문자를 새길 뿐만 아니라, 이를 매우 빠른 속도로 재확인할 수 있다. 소형의 인텔리전트 In-Sight 비전 시스템은 보드 계측을 비롯해 코드 및 각인된 문자 판독, 그리고 품질 평가 등 3가지 중요한 기능을 제공한다. 축약된 공정에 따라, 레이저의 성능과 마킹 속도는 일관되게 고품질의 코드를 달성할 수 있도록 쉽고 정확하게 설정이 가능하다. 롬멜의 이 인라인 시스템은 이러한 방법으로 다양한 크기 및 소재, 여러 납땜 도료의 두께를 가진 PCB를 빠르고 안정적으로 처리한다.
2. 통합 시스템
속도는 PCB 제조공정에서 중요한 역할을 수행한다. 출반입 시간과 마킹 및 제어시간은 WL 700 LCS에 영구적으로 최적화되어 있다. 증가하는 속도 및 정확성에 대한 요구는 보드에 레이저 빔을 편광시키고, 동시에 빔의 경로에 통합된 비전 시스템으로 코드를 재확인함으로써 달성할 수 있다. 또한, 새로 개발된 중동 지지력의 컨베이어 벨트를 갖춘 이송 시스템은 PCB의 가장자리까지 전 영역에 걸쳐 문자 각인이 가능하다. 문자를 각인하는 공간은 상당히 큰 400×400mm에 이른다.
3. 짧아진 주기
짧아진 경로는 시간을 절감한다. 따라서 WL 700 LCS는 기존의 XY 테이블을 필요로 하지 않는다. 2개의 회전거울로 구성된 2축 편광 시스템은 넓은 공간에 대한 검사와 작업이 가능하다. 움직이는 렌즈로 Z축에 레이저 빔의 초점을 맞춘다. F-Theta 렌즈는 스캐닝 헤드에 다운스트림 레이저 광 카메라 시스템을 통합하기 위해 사용하지 않았다. In-Sight는 반도금 거울을 통해 통합되었다. 롬멜은 렌즈에 셀렌산 아연(Zinc Selenite) 컴포넌트를 사용했는데, 이는 기존의 유리와 달리 약 10,000nm의 높은 CO2 레이저 파장에서 반응하지 않는다.
4. 안정성 증대
양면에 문자가 식각된 PCB를 위해 이 시스템은 동시에 앞면과 뒷면의 라벨링 및 확인 작업이 가능한 두 번째 레이저 카메라 시스템을 옵션으로 장착하고 있다. 이는 레이저와 지능형 비전 시스템을 단일 스캔 헤드에 결합함으로써 성공할 수 있었다. 롬멜의 마킹과 제어 시스템은 운반 및 기준 측정, 품질 평가를 비롯해 각각 상단과 하단에 3×3mm 크기의 5개의 Data Matrix 코드를 8초 만에 적용함으로써 새로운 표준을 수립했다.
5. 정밀한 결과
롬멜의 개발자들은 자사의 레이저 마킹 시스템 디자인에 필요한 작업을 완벽하게 실행하는 지능형 In-Sight 5100 시스템을 구축하기로 했다. 캡처된 이미지와 데이터는 In-Sight Explorer 소프트웨어 및 입증된 방대한 비전 툴 라이브러리를 통해 쉽게 처리된다.
또한, 높은 진동 스트레스에도 견딜 수 있는 견고한 다이 캐스트 알루미늄 및 스테인리스 스틸 하우징과 지능형 비전 시스템의 자체 내부 기능은 효과적으로 먼지와 잔해로부터 기기를 보호한다. 이는 기업들이 지속적으로 대량생산에서 정밀한 생산 성과를 달성하고자 할 때 가장 먼저 고려되는 것이다.
요약
마이크론 단위로 측정되는 커패시터와 다른 패시브 부품들, 그리고 나노미터로 측정되는 반도체의 중요한 치수들은 머신비전을 통해서만 효율적으로 확인할 수 있다. 자동화된 신호 테스트를 통합할 수 있는 머신비전은 제조업체들이 컴포넌트 검사를 시작으로 어셈블리, 패키징, 선적에 이르기까지 전자 제조공정의 각 단계를 관리할 수 있게 해준다.
또한, 머신비전 부품상에 있는 2D 데이터 코드와 JEDEC 트레이 심볼에 대한 판독 능력은 OEM 업체들이 공급망 전반을 확인하고 관리할 수 있게 해주며, 기업 이윤을 달성할 수 있도록 돕는다. 따라서 이제 머신비전 기술은 최적의 품질을 구현하고 비용을 절감하는 필수요건으로 자리잡게 됐다.
