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OSP 표면처리된 PCB 볼 패드용 CIELAB 색좌표 기반 검사 시스템
Inspection System using CIELAB Color Space for the PCB Ball Pad with OSP Surface Finish 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.22 no.1, 2015년, pp.15 - 19  

이한주 (부산대학교 차세대기판학과) ,  김창석 (부산대학교 인지메카트로닉스공학과)

초록
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본 연구에서는 OSP (organic solderability preservative) 표면처리된 PCB (printed circuit board) Cu 볼 패드의 변색을 검사하는 측정 시스템을 제안하였다. PCB 표면처리 중에서 OSP는 친환경적, 낮은 생산 비용 등의 장점으로 널리 이용되고 있으나 온도공정에 따른 변색이 발생하는 문제점이 있어서 접합 신뢰성 불량의 한 원인이 되고 있다. 이러한 변색 불량을 장치 비의존적 CIELAB 색좌표를 도입하여 분석하였다. 먼저, PCB 샘플을 검사하기 위해 적합한 측정 시스템을 표준 조명과 CCD 카메라를 이용하여 제작하고, 랩뷰 (labview) 프로그램을 이용하여 Cu 볼 패드의 변색을 검사하기 위한 이미지를 얻는 알고리즘을 제작하였다. 전체 PCB 이미지에서 이진화 (binarization) 및 외곽영역 추적 (edge detection) 영상처리 과정을 통하여 Cu 볼 패드만의 이미지를 획득하고, 장치 의존적인 RGB 색좌표에서 $3{\times}3$ 변환 행렬을 이용하여 CIELAB 색좌표로 변환하는 과정을 거친다. 본 측정 시스템을 이용하여 변색이 발생한 PCB 샘플을 분석한 결과 Cu 볼 패드 만의 이미지를 대상으로 분석하면 연산에 소요되는 시간이 감소하고 측정 시스템의 오인식률을 감소 시킬 수 있음을 실험적으로 증명하였다. 또한 CIELAB 색좌표 중 $L^*$ (밝음-어두움의 정도), $b^*$ (노랑-파랑의 정도)의 두 가지 기준의 조합이 Cu 볼 패드의 변색 검사에 적합한 색좌표로 분석되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We demonstrated an inspection system for detecting discoloration of PCB Cu ball pad with an OSP surface finish. Though the OSP surface finish has many advantages such as eco-friendly and low cost, however, it often shows a discoloration phenomenon due to a heating process. In this study, the discolo...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러나 OSP는 저분자의 유기물로 다양한 온도공정으로 구성된 전자 패키징 공정에서 OSP 처리된 PCB Cu 볼패드는 변색이 발생하는 불량이 존재하며 이는 접합 신뢰성과 상관관계를 가지므로 전체 생산의 양산 수율에 미치는 영향이 매우 크다.1,2) 따라서 본 연구에서는 CIELAB 색좌표 이용하여 Cu 볼 패드의 변색 불량을 검사하기 위한 측정시스템을 제안하였다. CIELAB 색좌표는 국제조명위원회(Commission Internationale de I'Eclairage: CIE)에서 개발되어 조명과 관찰자에 대한 정보를 표준화하고, 표준 조명하에서 표준관찰자에 의해 관찰되는 색을 수치화한 것으로 보색이론과 3원색 이론을 바탕으로 하는 X, Y, Z 3자극치로부터 계산되며, 임의의 색은 명도(lightness)를 나타내는 L*, 빨강-초록(redness-greenness)을 나타내는 a*와 노랑-파랑(yellowness-blueness)의 정도를 나타내는 b*로 나타나는 색좌표이다.
  • 본 연구에서는 OSP 표면처리된 PCB Cu 볼패드의 변색을 검사하는 측정시스템을 제안하였다. 측정시스템은 하드웨어 부분과 소프트웨어 부분으로 구성되어 있다.

가설 설정

  • 3) 왜냐하면 조명 환경이나 촬영 조건에 따라 변하는 CCD 카메라에서 얻어지는 RGB 색좌표에 비하여 표준 색도계(Chromameter)에 의하여 얻어지는 CIELAB 색좌표는 원리적으로 장치 비의존적 신뢰성 확보가 가능하기 때문이다. CIELAB 색좌표로 변환하기 위해서는 색좌표 변환식이 필요하며 (1)을 이용하여 CCD 카메라에서 얻은 RGB 색좌표를 CIEXYZ 색좌표로 변환하는 과정을 거친다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CIELAB 색좌표를 이용하는 경우 높은 신뢰성을 가지는 이유는 무엇인가? 본연구에서제안하는 PCB Cu 볼패드검사를위한측정 시스템은 CIELAB 색좌표를 이용하여 Cu 볼 패드의 변색 여부를 검사함으로써 높은 신뢰성을 가지는 것을 가장 큰 특징으로 한다.3) 왜냐하면 조명 환경이나 촬영 조건에 따라 변하는 CCD 카메라에서 얻어지는 RGB 색좌표에 비하여 표준 색도계(Chromameter)에 의하여 얻어지는 CIELAB 색좌표는 원리적으로 장치 비의존적 신뢰성 확보가 가능하기 때문이다. CIELAB 색좌표로 변환하기 위해서는 색좌표 변환식이 필요하며 (1)을 이용하여 CCD 카메라에서 얻은 RGB 색좌표를 CIEXYZ 색좌표로 변환하는 과정을 거친다.
OSP를 이용한 표면처리방법의 장점은 무엇인가? 부품이 실장 되는 SMT (surface mount technology) 공정이전에 Cu 볼패드의산화를막고물리/기계적, 화학적 특성을 향상시키기 위하여 Cu 볼 패드 상에 OSP (organic solderability preservative), HAL (hot air leveling), ENIG (electroless Ni & imersion gold), ENEPIG (electroless Ni & electroless palladium & immersion gold) 등의 다양한 표면처리를 선택적으로 사용한다. 특히 OSP를 이용한 표면처리방법은 친환경적이며 재 작업의 용이성, 낮은 생산비용 및 Cu 볼 패드와 솔더(solder) 계면특성에 따른 충격특성 향상 등의 장점으로 표면처리 시장에서의그 규모가 증가하고있다. 그러나 OSP는 저분자의 유기물로 다양한 온도공정으로 구성된 전자 패키징 공정에서 OSP 처리된 PCB Cu 볼패드는 변색이 발생하는 불량이 존재하며 이는 접합 신뢰성과 상관관계를 가지므로 전체 생산의 양산 수율에 미치는 영향이 매우 크다.
OSP 작업을 실시하는 이유는 무엇인가? 이러한 PCB는 전자부품이나 칩 사이의 전기적인 접속을 위하여 Cu 볼패드가 존재한다. 부품이 실장 되는 SMT (surface mount technology) 공정이전에 Cu 볼패드의산화를막고물리/기계적, 화학적 특성을 향상시키기 위하여 Cu 볼 패드 상에 OSP (organic solderability preservative), HAL (hot air leveling), ENIG (electroless Ni & imersion gold), ENEPIG (electroless Ni & electroless palladium & immersion gold) 등의 다양한 표면처리를 선택적으로 사용한다. 특히 OSP를 이용한 표면처리방법은 친환경적이며 재 작업의 용이성, 낮은 생산비용 및 Cu 볼 패드와 솔더(solder) 계면특성에 따른 충격특성 향상 등의 장점으로 표면처리 시장에서의그 규모가 증가하고있다.
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참고문헌 (7)

  1. H. S. Lee and M. S. Yi, "Fabrication Process and CTQ Analysis of Organic Solderability Preservatives (OSP) Finish on Cu Pad for SMT", J. Microelectron. Packag. Soc., 14(1), 1 (2007). 

  2. M. Y. Kim, "Three-dimensional Machine Vision System based on moire Interferometry for the Ball Shape Inspection of Micro BGA Packages", J. Microelectron. Packag. Soc., 19(1), 81 (2012). 

  3. C. H. Son, K. H. Park, C. H. Lee and Y. H. Ha, "Implementation of the Color Matching Between Mobile Camera and Mobile LCD Based on RGB LUT", J. Inst. Electron. Eng. Korea S., 43(3), 25 (2006). 

  4. F. Pedreschi, J. Leon, D. Mery and P. Moyano, "Development of a computer vision system to measure the color of potato chips", Food Res. Int., 39(10), 1092 (2006). 

  5. C. S. Kim, M. K. Kim, B. J. Jung, B. Choi, W. Verkruysse, M. Y. Jeong and J. S. Nelson, "Determination of an Optimized Conversion Matrix for Device Independent Skin Color Image Analysis", Lasers Surg. Med., 37(2), 138 (2005). 

  6. F. Wang, L. Man, B. Wang, Y. Xiao, W. Pan and X. Lu, "Fuzzy-based algorithm for color recognition of license plates", Pattern Recogn. Lett., 29(7), 1007 (2008). 

  7. S. Singh and M. Bharti, "Image Processing Based Automatic Visual Inspection System for PCBs", IOSR J. En., 2(6), 1451 (2012). 

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