모든 기판제조업자의 목적은 가능한 최저비용에 결점이 없는 제품을 납품하는 것이다.
기판설계와 검사를 하는 엔지니어간의 공동의 노력을 통하여 기판의 무결점을 이룰수 있는 가능성을 높이기 위한 방법들을 이야기하려 한다. 가끔 " 왜 제품검사공정를 집착하는가?"하는 질문을 가끔 받는데 , 그 답은 순전히 경제적인 이유때문이다.
제품을 검사하지 않으면, 생산된 제품은 신뢰할수없게되고, 생산은 제품의 필요을 만족시키지 못하고, 결점이 있는 제품이 고객에게 가게되어 궁극적으로 재고비용이 증가할 것이다. 검사를 하는 또 다른 이유는 공정상의 문제를 빠르게 밝혀내고, 수리나 재작업의 비용을 관리하고, 계속적으로 품질을 향상시키기 위해서 이다.
간단히 말해서 검사를 하지않는 것이 더욱 비용이 많이 든다는 것이다.
하지만, 비용의 증가와 검사의 복잡성은 많은 경우, 기판의 특성에 맞춰서 정형화된 검사를 적용하는 쪽으로 유도하고 있다.
최근의 제조동향인 기판의 소형화로 인하여 검사에 관련된 새로운 문제들이 발생하는가?
비용 및 공간의 감소,더 빨라진 작동속도,기판의 통합에 의한 소형화는 더욱 복잡해진 기판과 이로인해 테스트 패드를 설치위한 공간이 줄어드는 결과를 가져왔다.
이것은 표면실장부품을 적용하여 발생한 공백이 다른 회로에 의하여 채워지는 이유이다.
이러한 문제는 더욱 복잡하고 대형인 집적회로 혹은 파인피치 리드를 사용함으로써 악화되어, 회로일반에서 거의 혹은 전혀 공간을 남기지 못한다.
SMD 장착기술은 두가지 더욱 심각한 결점(Short or Open)을 가지고 있다.
부품크기,리드피치, 많은 다른 물리적인 이형, 구부러진 리드에 대한 부적절한 솔더적용등과 같은 것들은 생산공정에 대한 주요한 어려움으로 작용한다.(그림 1)
결론적으로 주어진 생산환경에서 모든 SMD를 기판위에 정확한 위치에 놓고 연결하는 것은 거의 이루어질수 없다.
생산라인에서 만들어진 기판들은 항상 어떤 결점들이 존재할 것이다.
기판설계자는 그러한 결점을 찾기위한 최적의 검사수단을 제공해야 한다.
제품의 물리적인 설계에 근거한 최적의 검사를 고려해야하고, 제작자의 부품품질,좋은 제품을 조립할수 있는 능력, 가능한 검사방법등을 얻을수 있도록 노력해야한다.(표 1)
표1,검사공정의 비교분석
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공정명 |
비용 |
프로그램의 개발 |
검사속도 |
검사항목 |
프로그램 개발 |
|
ICT |
low |
low |
very fast |
opens,shorts, missing,bypass, tolerance,funct. |
hi-speed parametric |
|
MDA |
low |
low |
very fast |
opens,shorts, tolerance, |
missing bypass, function |
|
Vectorless |
low |
low |
fast |
opens |
shorts, tolerance, function |
|
Vision |
high |
minimal |
slow |
open,shorts on visible parts |
tolerance, function, unviewable connections |
|
X-ray |
high |
low |
slow |
solder opens, shorts, alignment, outline |
tolerance, function |
|
B-Scan |
low |
minimal |
medium/fast |
opens, shorts on boundary cells, internal |
tolerance, function, parts w/o boundary scan |
|
Functional |
medium |
low to very expensive |
fast, except for diagnostics |
specified test parameters |
component parametrics not evident in the circuit |
가능한 검사방법.
In-Circuit Test.
ICT는 기판의 품질정도를 검사하는 가장 대중화된 수단이다. 한개의 검사스테이지를 사용하여 다른 기술들을 적용할수 있다. 이것은 디자인에서 테스트까지의 시간이 짧다. 핀단위의 정확한 분석을 하며 결과도 빠르다.
(ICT 장비는 테스트치구를 통하여 기판과 직접적인 전기적인 연결하는 하드웨어적인 인터페이스를 요구하며, 이것은 각 보드마다 다르게 만들어야 한다.)
테스트기는 관통홀이나 검사용 패드, 드물게는 기판의 솔더위에 까지 모든 기판의 영역에사용된다.
ICT는 검사하고자 하는 부품을 분리시켜 부품 라이브러리를 이용하여 검사를 할수있다.
최소, 완전한 노드를 통한 검사로 쇼트에 대해 100% 검사를 하도록 해주며 수동소자의 변수값을 검사하도록 해준다.
(부품모델에 포함된 검사벡터는 능동소자를 실행한다.)
검사의 범위, 분석의 정확도,개발과 검사속도는 ICT를 공업 표준으로 만드는 특징이다.
ICT는 생산공정의 단계로 통합될수 있다.
한 예는 플래쉬메모리와 같은 시스템에서 프로그램이 가능한 부분의 프로그래밍이다.
비용이 들고 느린 오프라인 프로그램/수동 재작업,돌발적인 설치실패 혹은 부정확한 프로그램 장치는 없어진다. 테잎과 릴이 튜브대신에 장착에 사용되었다.
Manufacturing Defect Analyzers.
MDA는 ICT 검사의 한 부분을 수행한다.
전원을 넣어서 검사할 수는 없으며, Short,Open을 검사하고,저항,콘덴서,인덕터,다이오드,트랜지스터에 관한 아날로그 검사를 한다.
ICT 환경에서 처럼, 기판에 접촉하는것은 MDA 검사에 대한 조건이다.
방향성이 없는 검사는 검사중인 부품위에 놓여진 감지판으로 부품의 리드프레임을 통하여 신호의 연결하여 측정하는 기술이다.
예를 들어서 결점이 솔더링부위에서는 더 작은 신호가 감지되며 그 부분을 확인하도록 한다. 실질적인 검사는 ICT 혹은 MDA로 수행된다. 회로로 구성된 적절한 치구를 사용하며, 장치의 핀에서 나오는 신호를 감지하여 측정한다.
이런 기술의 변화는 감지판이나 조합회로를 요구하지는 않는다.
수동이든 자동이든 확대경을 이용한 검사는 잘못된 솔더부와 생산상의 결함에 대한 것이다.
자동으로 검사를 할때, 검사중인 솔더연결부는 검사조건의 변수를 가진 데이터베이스에서 값을 비교한다.
두가지 종류의 시각적인 검사는 자동광학검사(AOI)와 자동화된 레이저 삼각법을 이용하는 것이다.
X 레이는 두가지 기술을 포함한다. 투과형 X 레이는 기판에 투과시키서 농암이미지로써 빔을 교차시켜서 기판의 밀도를 기록한다. 이 검사는 기판의 솔더연결부의 품질을 결정하는 중요한 수단을 제공한다.
이 과정은 양면기판의 경우 상면의 이미지가 하면에 그림자를 지게함으로써 덜 효과적이다. X 레이 단층영상은 회전하는 빔을 이용하여 빔에 의해서 읽혀진 영역의 수직한 작은 단면의 이미지를 만들어서 검사한다. 이때 이미지는 기판의 상하면의 부품에 대하여 원하는 면에서 솔더연결부의 특징을 고해상도로 상세하게 나타낸다.
초당 30에서 40개의 연결부에 대하여 이미지를 얻는 단층영상은 BGA 부품의 연결부를 검사하는 좋은 방법이다.
경계검색은 검사중인 기판에 검사를 쉽게하기위해서 요구하는 기술이다.
각각의 UUT는 기판의 패턴이 단일입력핀을 통하여 순차적으로 이동하면서 단일출력핀으로 연결되어지는 체인을 형성하는 또 다른 경계영역검사장치에 보통 연결되어진다.
이러한 직렬핀은 네개의 핀을 사용하여 모든 경계영역검색 디바이스에 관한 동작을 조정할수 있다. (두개의 추가적인 핀은 TCK 와 TMS 로 주파수를 바꾸고 콘트롤을 가능하게 한다.)
이 검사기술은 검색순서에서 각각의 부품의 경계검색능력을 표현하는 간단한 표현모델을 필요로 한다. 경계검색의 잇점은 경계검색 핀만을 포함하는 Nets는 직접적인 프로브의 접촉을 필요로하지않는 다는 것이다.
기능 검사는 기판이 시스템에 설치되었을때 잘 작동하는지 검증하는데 사용되기도 한다.
이 검사기법은 가능한 가깝게 제품의 시스템환경을 흉내내어 제품의 완성도를 검사한다.
전체 기능검사사양는 여러가지 인터페이스를 이용하여 이루어질수 있다.
Other Methods
시스템 모형은 부품의 분석없이 혹은 거의없이 빠른 합격/불합격 검사를 제공한다.
검사기는 검사를 위해 입출력장치를 포함하며, 변수에의한 제품검사를 위한 IEEE 나 VXI같은 표준소프트웨어로써 조정가능하다.
검사기기에 더욱 진보된 형태로써 사용되는 시뮬레이션에 근거한 기능검사는 사용자에게 결함을 찾아내도록 해준다. 결함은 기판외부로 전달된다.
이런형태의 검사는 개발과 실행에 많은 비용이 든다.
복합검사는 ICT환경에서 부품들에 대한 기능검사를 수행한다.
비용이 적게들면서 효율적인 검사수단을 사용한다는 것은 적절한 장비가 자동으로 결점에 대한 검사 및 분석을 실행할수 있도록 고려해야만 한다. 다른 단계에서 검사를 고려한 설계는 최적화를 이루기 위해서 이루어져야한다. 다음의 공정을 고려하여, 가장 빠른 개발시간과 최고의 부품과 핀간의 분석속도를 제공하는 가장 싼 검사치구를 만들기위해서는 설계과 레이아웃 엔지니어는 다음을 고려해야한다.
ICT:
각각의 영역에서 바닥면에 적절한 검사용 패드를 준비한다. 기판의 가장자리에서 0.075" 이상 떨어지도록 검사용 패드를 배치한다. 검사용 패드는 최소 0.04"이상이 되도록 하고 부품의 몸체나 가까운 검사용 패드로부터 0.045"이상 떨어지도록 한다. 게이트를 이용하거나 제너레이터를 정지함으로써 클럭을 분리시킬수 있다. 버스(bus)구동 부품에 대한 삼상 콘트롤을 제공한다. 등록된 검사패드를 적용하지 않을수도있다.
만약 프로그램기능 이나 삭제기능에 대한 검사요구가 있는경우 플레쉬 메모리의 전압을 조정할수 있도록 해준다. 검사를 할수 없거나 줄어든 부품에 대해서는 다른 검사방법(경계검색,기능테스트)을 제공한다. 적절한 회로검사 전략은 검사횟수는 감소하고, 설계시 가능한 최적의 검사횟수를 가지도록 하려는 노력이 필요하다.가장빠르고 최고의 검사영역을 확보할수있도록 해야한다. 기능적인 검사영역을 설정하라. 결점의 확인가능한 ICT 검사를 위하여 부품이나 노드의 결점을 빠르게 가려낼수있는 분석방법을 설정하라.
MDA:
주로 기판의 바닥면(웨이브) 에 각 검사를 위한 검사 PAD를 가진다.
기판가장자리로부터 0.075"이상 떨어진 곳에 테스트 PAD를 만들어라.
검사 PAD는 크기가 적어도 0.04"이상으로 하고 부품이나 가까운 검사패드로부터 0.045"이상 떨어진 곳에 만든다.
기능적인 검사영역을 설정하라. 결점의 확인가능한 MDA 검사를 위하여 부품이나 노드의 결점을 빠르게 가려낼수있는 분석방법을 설정하라.
Visual/Optical Tests:
모든 솔더부를 보이도록 배치하라. 모든 부품의 마킹을 보이도록 배치하라.
기능적인 검사영역을 설정하라. 결점의 확인가능한 시각적/광학적 검사를 위하여 부품이나 노드의 결점을 빠르게 가려낼수있는 분석방법을 설정하라.
X-ray Test:
생산량에 대하여 100% 검사가 이루어질수 있는 X-ray 검사기의 대수를 정한다.
만약 투과형검사기가 이용된다면 상하면에 그림자가 생기는것를 피하라.
기능적인 검사영역을 설정하라. 결점의 확인가능한 X-ray 검사를 위하여 부품이나 노드의 결점을 빠르게 가려낼수있는 분석방법을 설정하라.
검사특성 분석(Testability Analysis)
설계자는 기판의 배치에 포함된 특정한 검사특성 변수를 검증하기 위하여 소프트웨어를 이용할수 있다. 이런 소프트웨어는 사용자가 ICT 데이터베이스 형성을 위해 요구되는 초기 소스파일을 만들수 있도록 해주고, 여러 생산공정에 사용된 CAD 데이터를 분석할수도 있고, 후 공정에서 분석할수 있는 유용한 유틸리티를 제공한다.
By Ken MacLean