KR100287786B1 - 부품위치정렬장치및이를이용한부품정렬방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부품을 흡착하는 흡착수단; 상기 부품에 대하여 상하부중 어느 한 곳에 설치되어 광을 조사하는 광원; 상기 부품을 기준으로 상기 광원과 대향되는 위치에 설치되어 조사된 광을 검출하는 광검출기; 및 상기 검출된 광으로 상기 부품의 위치 및 각도 좌표를 측정하는 제어기;를 포함하는 부품위치정렬장치와 이를 이용한 부품정렬방법에 관한 것으로서, 부품의 상하부에서 광을 입사시켜 인접하는 변의 음영부를 측정하여 부품의 위치좌표 및 각도좌표를 구함으로써, 부품의 위치오차를 보정할 수 있을 정도의 각도 변위만큼의 스트로크만 확보하면 된다.

Description

부품위치정렬장치 및 이를 이용한 부품정렬방법{Apparatus for determining the position of a component and method using such}

본 발명은 부품위치정렬장치 및 이를 이용한 부품정렬방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자부품이 오차없이 인쇄회로기판의 부품장착부에 실장가능하도록 구조와 이에 따른 방법이 개선된 부품위치정렬장치 및 이를 이용한 부품정렬방법에 관한 것이다.

통상적으로 칩 마운터(chip mounter)와 같은 표면실장기(surface mounting device)는 IC 칩이나 저항 칩과 같은 소형의 전자부품을 인쇄회로기판상에 실장하는 장치이다. 이것은 부품공급장치를 통하여 공급되는 전자부품을 흡착하여 부품이송장치에 의하여 이송되는 인쇄회로기판상에 실장가능하게 한다.

상기 칩 마운터에는 부품을 진공으로 흡착하여 이송가능하도록 헤더부의 일단부에 노즐같은 흡착수단이 설치되고, 픽업장치(pick-up tool)에 의하여 수평, 수직 및 회전운동을 하여 부품을 인쇄회로기판상의 부품장착부에 실장한다.

이렇게 전자부품을 인쇄회로기판상에 실장시, 부품장착부의 기준점과 전자부품의 중심을 일치시켜 정확하게 정렬하는 것이 무엇보다도 중요하다. 부품의 위치정렬방법에는 비젼시스템(vision system)을 이용하거나, 광의 회절현상을 이용하는 방법 등이 있다.

비젼 시스템을 이용하는 경우에는 부품이 실장될 인쇄회로기판을 카메라로 촬상한 다음, 그 영상을 컴퓨터에 입력한다. 그리고, 모니터에 디스플레이되는 인쇄회로기판의 기준점과, 동일한 형태의 템플릿 패턴(template pattern)을 설정하여 상호 매칭을 시도하여 일치하는 곳의 중심을 찾아 실장하는 방식이다.

그런데, 상기 방식은 노즐에 흡착된 부품을 픽업한 후 정렬을 위하여 비전 시스템이 있는 영역으로 이동시켜야 하는 번거로움이 있고, 반도체 칩에 설치된 다수개의 리이드등에 의해 이송과정의 방해를 받을 수 있다.

이러한 점을 방지하기 위하여 미국 특허5278634호 등에서는 비전시스템을 이용하지 않고, 픽업 장치의 헤더부로부터 직접 전자부품의 위치오차의 측정이 가능한 방식을 채택하고 있다.

상기 특허에서는 부품의 측면에서 광을 조사하고, 전하결합소자(charge-coupled device,이하 CCD)를 이용하여 부품으로 인한 음영부의 폭을 측정하여 부품의 위치좌표와 각도좌표를 구한 다음, 부품의 오차 여부를 검사하게 된다.

이와 같이 전자부품을 인쇄회로기판상에 실장하기 위해서는 부품의 위치좌표 및 각도좌표를 측정하여 위치오차값을 보정한 후에 실장하게 되는데, 상기한 방법은 헤더부의 일단부에 장착된 노즐에 부품을 흡착하고, 위치좌표를 구하고, 부품을 일정각도 회전시킨후 각도 좌표를 측정하게 된다. 이러한 방법에서는 헤더부의 노즐이 부품의 정렬기준이 된다.

그런데, 부품의 정렬위치를 측정하는 과정에서, 수직축을 중심으로 θ 각도만큼 이동시켜야 하므로 과다한 부하가 걸려 픽업 장치의 회전부위의 마모가 발생하게 되고, 이 마모로 인하여 정렬의 기준이 되는 노즐의 위치측정을 수시로 수행하여 위치오차값을 보정해주는 기능이 있어야 한다. 또한, 노즐이 최소한 90도의회전이 가능해야 하므로 θ 방향으로의 회전운동에 대한 충분한 스트로크(stroke)를 가져야 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 인쇄회로기판상의 부품장착부에 전자부품을 실장하기전에 부품의 위치좌표 및 각도좌표의 측정하여 보정을 용이하게 할 수 있도록 구조와, 이에 따른 방법이 개선된 부품위치정렬장치 및 이를 이용한 부품정렬방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 부품정렬장치를 개략적으로 도시한 구성도,

도 2는 도 1을 도시한 평면도,

도 3은 본 발명에 따른 부품의 좌표를 측정하는 것을 개략적으로 도시한 구성도,

도 4는 도 3에 따른 부품의 회절강도를 도시한 그래프,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품에 광이 조사된 것을 도시한 평면도,

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부품에 광이 조사된 것을 도시한 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10. 부품정렬장치 11. 헤더부

12. 노즐 13. 전자부품

14. 프레임 15. 광원

15a. 광 16,61. 광검출기

21. 조명광 31. 스크린

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 부품위치정렬장치 및 이를 이용한 부품정렬방법은, 부품을 흡착하는 흡착수단; 상기 부품에 대하여 상하부중 어느 한 곳에 설치되어 광을 조사하는 광원; 상기 부품을 기준으로 상기 광원과 대향되는 위치에 설치되어 조사된 광을 검출하는 광검출기; 및 상기 검출된 광으로 상기 부품의 위치 및 각도 좌표를 측정하는 제어기;를 포함한다.

이때, 상기 광원은 레이저광, 발광소자, 백색광원중에서 어느 하나로 이루어지고, 상기 광검출기는 전자결합소자(CCD)인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 광원과 광검출기는 상기 부품의 크기가 작을 경우에는 상기 부품을 중심으로 대각선 방향으로 설치되고, 상기 광원과 광검출기는 상기 부품의 크기가 클 경우에는 상기 부품을 중심으로 상하부에 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 흡착수단으로 전자부품을 흡착하는 단계; 상기 부품의 상하부중 어느 한 곳에 설치된 광원으로부터 광을 조사하는 단계; 상기 부품으로 인하여 회절된 광을 상기 부품을 중심으로 상기 광원과 대향되는 위치에 설치된 광검출기로 검출하는 단계; 및 상기 광검출기로 검출된 광을 제어기로 측정하여 상기 부품의 위치를 구하는 단계;를 포함한다.

이때, 광을 조사하는 단계에 있어서, 상기 부품의 전체가 조명되도록 광경로를 설정하는 단계를 더 포함한다.

또한, 광검출기로 검출하는 단계에 있어서, 상기 부품의 각 변에 회절된 광을 검출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 광을 조사하는 단계에 있어서, 상기 부품의 일부가 조명되도록 광경로를 설정하는 단계를 더 포함한다.

나아가, 광검출기로 검출하는 단계에 있어서, 상기 부품의 적어도 한 변에 회절된 광을 검출하는 것을 특징으로 한다.

또는, 부품의 위치를 구하는 단계에 있어서, 상기 부품에 조사된 광을 검출하여 부품을 인식하고, 상기 부품의 불량여부를 판정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 부품위치정렬장치 및 이를 이용한 부품정렬방법을 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부품정렬장치(10)를 개략적으로 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 상기 부품정렬장치(10)에는 헤더부(11)가 마련되고, 상기 헤더부(11)의 일단부에는 노즐(12)이 장착된다. 상기 노즐(12)은 반도체 칩과 같은소형의 전자부품(13)을 진공으로 흡착가능하다.

그리고, 프레임(14)의 하부에는 상기 부품(13)을 향하여 광(15a)을 조사하는 광원(15)이 설치된다. 상기 광원(15)으로는 레이저광이나, 발광소자(light-emitting diode)나, 백색광원중 어느 것 하나를 선택하여 사용할 수 있다. 한편, 프레임(14)의 상부 일측에는 상기 광원(15)으로부터 조사된 광(15a)을 검출하는 광검출기(16)가 장착된다.

여기서, 상기 광원(15)과 광검출기(16)는 상반되는 위치에 설치가능하다. 즉, 상기 광원(15)이 프레임(14)의 상부에 설치되어 부품(13)을 향하여 아래 방향으로 광(15a)을 조사하고, 상기 광검출기(16)가 상기 프레임(14)의 하부에 설치되어 회절된 광(15a)을 검출하도록 할 수 있다.

특히, 상기 부품(13)의 크기가 작을 경우에는 상기 광원(15)은 부품(13)과 대각선 방향으로 설치되고, 광검출기(16)도 상기 부품(13)을 기준으로 대향되는 지점에 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만 상기 광검출기(16)로부터 검출된 회절광을 해석하는 제어기가 구비된다.

도 2는 도 1의 평면도이다.

도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 부품정렬장치(10)의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

우선, 상기 노즐부(12)의 일단부에 흡착된 전자부품(13)을 향하여 상기 광원(도 1,15)로부터 광(15a)이 조사된다. 상기 광(15a)은 상기 부품(13)의 하부를 조명하게 된다.

상기 광원(15)으로부터 광(15a)이 조사되어 부품(13)의 일부 또는 전부를 조명하면, 상기 부품(13)에 의하여 조명된 조명광(21)은 부품(13)으로 인하여 회절하게 된다. 이 회절된 광을 광검출기(16)가 검출하게 된다. 이때, 상기 광검출기(16)에서는 검출된 회절광의 일부 또는 회절광 전체를 이용한 신호처리과정을 거쳐서 부품(13)의 위치좌표와 각도좌표를 검출하게 된다. 상기 광검출기(16)에서 검출된 정렬신호는 상기 부품(13)에 의하여 회절된 광(15a)의 강도 분포와 동일한 패턴을 가진다.

여기서, 상기 광원(15)과 광검출기(16)의 위치가 서로 바뀌는 경우, 즉, 광원(15)이 프레임(14)의 상부에 위치하고 광검출기(16)가 부품(13)의 하부에 위치하는 경우에도 동일한 정렬신호를 검출할 수 있다.

도 3은 상기 부품정렬장치(10)를 이용하여 부품(13)의 위치를 측정는 것을 개략적으로 도시한 것이고, 도 4는 도 3에 의하여 회절된 광의 강도분포를 도시한 그래프이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 광원(15)으로부터 광원(15a)이 조사되면, 상기 광원(15a)은 부품(13)에 의하여 회절하게 된다. 상기 회절된 광(15a)은 광검출기(16)에 의하여 정렬신호로 검출된다.

이어서, 상기 광검출기(16)가 놓일 위치에 스크린(31)을 두고, 상기 스크린(31) 상에는 부품(13)의 음영부(32)가 나타난다. 상기 음영부(32)는 가로축인 X축을 따라 AA'선과 BB'으로, 세로축인 Y축을 따라 CC'선과 DD'으로 절개한다. 이때, 상기 AA'선과 BB'선 사이의 간격은 ΔY로 정의한다.

그리고, 상기 AA'선, BB'선, CC'선 및 DD'선에서의 회절광의 강도분포는 도4에 도시된 바와 같은 형태를 가지게 된다.

여기서, 상기 부품(13)이 수직축인 Z축을 기준으로 Δθ만큼 회전되었다면, 이들 신호중에서 AA'선과 BB'선에서의 정렬신호의 강도분포는 X축 방향으로 ΔX 만큼 이동되어 나타난다. 한편, CC'선과 DD'선에서의 강도분포도 동일한 형태를 나타낼 것이다.

이에 따라, 부품(13)이 회전된 값 θ는 ΔX와 ΔY와의 관계에서 수직축을 기준으로 하여 다음 식으로 얻을 수 있다.

θ=arctan(ΔX/ΔY)

이렇게 상기 광검출기(16)으로부터 검출된 부품(13)의 회절광(15a)의 강도분포를 제어기로 해석하여 부품(13)의 음영부(31)의 위치를 측정하고, 이를 통하여 상기 부품(13)의 중심좌표를 구하여 공간에서의 부품(13)의 위치를 찾을 수 있다.

따라서, 상기 노즐(12)이 부품(13)을 흡착하면 진공으로 인하여 부품(13)에는 소정의 위치 오차가 발생하게 되고, 상기 설명한 방법으로 부품의 위치를 구하고, 이 값을 통하여 부품(13)의 위치오차를 보정한후 인쇄회로기판의 부품장착부에 실장한다.

그런데, 인쇄회로기판에 실장되는 부품(13), 예컨대 반도체 칩의 리이드에 불량이 있을 경우에는 검사 과정을 통하여 식별하는 과정이 필요하다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 노즐(12)의 일단부에 진공으로 부품(13)을 흡착하고 일정한 각도를 가지고 회전시키면서, 상기 광원(15)으로부터 광(15a)을 조사하고, 부품(13)으로 인한 회절광을 검출기(16)로 검출하여 상기 부품(13)의 각 변에 있는 리이드(51)의 상태를 검사하게 된다. 이 결과에 따라 부품(13)의 불량 여부를 식별하게 된다.

도 6은 도 5의 경우와 달리, 상기 부품(13)을 흡착하고 있는 노즐(12) 주위의 네 변에 광검출기(61)를 각각 설치하여 리이드(51)의 불량 여부를 검출하는 방식이다. 즉, 부품(13)을 회전시키지 않고, 네 변에 설치된 광검출기(16)를 이용하여 리이드(51)의 상태를 검사하게 된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명의 부품위치정렬장치 및 이를 이용한 부품정렬방법은 부품의 상하부에서 광을 입사시켜 인접하는 변의 음영부를 측정하여 부품의 위치좌표 및 각도좌표를 구함으로써, 부품의 위치오차를 보정할 수 있을 정도의 각도 변위만큼의 스트로크만 확보하면 된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

1. 부품을 흡착하는 흡착수단;

   상기 부품에 대하여 상하부중 어느 한 곳에 설치되어 상기 부품을 향해 광을 조사하는 광원;

   상기 부품을 중심으로 하여 상기 광원에 대하여 대향되는 위치에서 상기 부품의 크기에 따라 선택적으로 그 위치를 설정하여 조사된 광을 검출하는 광검출기; 및

   상기 검출된 광으로 상기 부품의 위치 및 각도좌표를 측정하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품위치정렬장치.
2. 흡착수단으로 전자부품을 흡착하는 단계;

   상기 부품의 상하부중 어느 한 곳에 설치된 광원으로부터 상기 부품의 전체 또는 일부가 조명되도록 선택적으로 광경로를 설정하여 상기 부품을 향하여 조사하는 단계;

   상기 부품의 적어도 어느 한 변에 조사된 광을 상기 부품을 중심으로 상기 광원과 대향되는 위치에 설치되는 광검출기로부터 검출하는 단계; 및

   상기 광검출기로 검출된 광을 제어기로 측정하여 상기 부품의 위치정보를 구하며, 상기 부품의 불량여부를 판정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품정렬방법.