미세 단차·스크래치 검사: ‘2.5D CIS’를 선택하는 기준(vs 3D 센서)

대면적 PCB 기판이나 2차전지 배터리 셀처럼 반사가 심하고 미세한 표면 결함(스크래치, 찍힘)을 잡아야 하는 공정에서, 많은 비전 설계팀이 관성적으로 3D 레이저 센서(프로파일러)를 검토 대상에 올리곤 합니다.

2D 조명으로는 결함이 난반사나 배경 무늬에 묻혀 식별되지 않으니, 자연스럽게 ‘높낮이를 읽는 3D 센서’가 유일한 해결책처럼 느껴지기 때문입니다.

하지만 현장 적용 단계에 들어서면 상황이 달라집니다. 두 센서는 대체제가 아니라 검사의 ‘목적’ 자체가 완전히 다른 영역의 센서이기 때문입니다.

• 울퉁불퉁한 시료나 복잡한 입체 구조에서 단차와 깊이(㎛) 수치를 정밀하게 계측해야 한다면 ➔ 3D 센서가 맞습니다.

• 평면 시료(PCB, 배터리 셀, 기능성 필름 등) 표면에 존재하는 미세 찍힘, 스크래치, 이물 등의 결함(디펙)을 선명하게 부각하여 유무(OK/NG)를 판정하는 목적이라면 ➔ 2.5D CIS가 정답입니다.

미세 결함 검출 공정에 2.5D Photometric CIS가 제공하는 평면 표면 검사에서 기술적·경제적 최적화 가치를 정리해 드립니다.

1. 3D 센서 vs 2.5D CIS: 목적과 상황에 맞게 사용

2. 평면 결함 검출에 3D 센서가 ‘과잉 스펙’이 되는 이유

현장에서 깊이 계측이 필요 없음에도 “2D로 안 보인다”는 이유만으로 3D 센서를 도입했을 때 부딪히는 두 가지 현실적 장벽이 있습니다.

1. 무거운 3D 포인트 클라우드 연산과 택타임(Tact Time) 지연:

   • 3D 센서는 수백만 개의 3차원 좌표 점군을 연산해야 하므로 데이터 처리량이 방대합니다. 고성능 산업용 PC가 강제될 뿐만 아니라, 연산 지연으로 인해 고속 인라인 양산 라인의 생산 속도를 추종하지 못하는 병목이 생깁니다.

   • 반면 2.5D Photometric CIS는 4개 내장 광원의 순차 조사를 통해 결함의 경계면만 흑백 명암으로 도드라진 ‘2D 이미지(Derivatemap)’로 즉시 출력합니다. 기존에 보유한 표준 2D 비전 툴(Blob, Threshold 등)로 즉각적인 판정이 가능해 소프트웨어 부담이 없습니다.

2. 단순 불량 판정에 따르는 과도한 시스템 비용:

   • 찍힘이나 스크래치의 절대 깊이(㎛)를 측정할 필요 없이 “불량이 있다/없다(OK/NG)”만 선별하면 되는 공정에 고가의 3D 프로파일러와 전용 제어기를 투입하는 것은 장비 원가 상승의 주원인이 됩니다.

3. 검사 폭(FOV)이 넓다면, 대면적 검사엔 2.5D CIS

특히 2.5D Photometric CIS의 진가는 검사해야 할 시료의 가로 폭(FOV)이 넓어지는 대면적 공정에서 극대화됩니다.

• 기존 고배율 카메라 및 3D 센서의 대면적 한계:

  • 단일 센서의 화각(FOV) 한계로 인해, 가로 폭 300mm, 500mm 이상의 대형 시료를 커버하려면 고가의 센서를 2대~3대 이상 병렬로 멀티 구성해야 합니다.

  • 센서 본체 값뿐만 아니라 멀티 채널 프레임 그래버, 카메라별 조명, 경계면을 이어 붙이는 스티칭(Stitching) 보정 연산까지 복잡해져 시스템 구축 비용과 세팅 공수가 크게 늘어납니다.

• 2.5D Photometric CIS의 광폭 대응력:

  • 1:1 수직 수광 구조를 갖춘 일체형 텔레센트릭 바(Bar) 센서이므로, 여러 대를 살 필요 없이 단 1대의 긴 단일 Bar로 광폭 영역을 한 번에 스캔합니다.

  • 렌즈 중심과 외곽의 상 왜곡(Perspective Distortion)이 없고 스티칭 오차 자체가 원천적으로 발생하지 않아, 대면적 평면 검사 라인을 가장 간결하고 경제적으로 셋업할 수 있습니다.

• 양산 라인 맞춤형 커스터마이징(Customizing) 지원:

  • 기성품 규격에 맞춰 장비 기구를 억지로 수정할 필요 없이, 고객사의 실제 공정 검사 폭(FOV), 기구 내부 설치 공간(Working Distance), 목표 분해능 및 광원 파장대에 맞춘 맞춤형 사양 제작이 가능합니다. 신규 라인 셋업은 물론 기존 협소한 양산 설비에 검사 스테이션을 개조·추가(Retrofit)할 때도 높은 설계 자유도를 제공합니다.

4. 우리 공정에는 어떤 솔루션이 맞을까? (도입 체크리스트)

• 3D 센서 도입이 필수적인 경우:

  • 커넥터 핀 높이, BGA 볼 평탄도, 디스펜싱 실리콘 체적 계측 등 Z축 절대 수치 측정이 검사 규격에 포함된 경우

  • 평면이 아닌 굴곡이 심한 3차원 입체 형상물을 계측해야 하는 경우

• 2.5D Photometric CIS가 가장 적합한 경우:

  • 대면적 PCB 기판, 2차전지 배터리 셀, 기능성 필름, 금속 가공품 등 평면 시료 검사

  • 표면 반사나 배경 무늬에 가려진 미세 스크래치, 찍힘(덴트), 주름, 이물 결함의 유무(OK/NG)를 판정하는 공정

  • 3D 포인트 클라우드 처리 없이 인라인 고속 택타임과 기존 2D 알고리즘을 유지하고 싶은 공정

[제품 문의 및 기술 지원]

입체적인 형상의 절대 깊이 계측에는 3D 센서가 최적이지만, 평면 시료의 표면 결함(스크래치/찍힘)을 빠르고 안정적으로 가려내는 데는 2.5D Photometric CIS가 가장 합리적인 솔루션입니다.

INSNEX 공식 대리점인 바이렉스는 600DPI~1800DPI 표준 모델부터 3600DPI 초고해상도 라인업까지 폭넓은 CIS 카메라를 공급하고 있습니다. 특히 고객사 설비 구조와 공정 특성에 맞춘 커스터마이징(Customizing) 설계 대응이 가능하며, 차세대 2.5D 포토메트릭 CIS 솔루션을 바탕으로 사전 샘플 무상 평가부터 공정별 맞춤 광학계 최적화까지 토탈 엔지니어링을 지원합니다.

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