KR100318875B1 - 전자부품실장장치 - Google Patents

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KR100318875B1
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모리시타 요이찌
마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 전자부품 실장장치는, 실장대상 전자부품(2)을 공급하기 위한 트레이 공급부(4)와; 상기 실장대상 전자부품(2)을 이동시키기 위한 x-축 로봇(5) 및 y-축 로봇(6)과; 상기 전자부품을 잡아주고 이동시키기 위한 헤드부(8)와; 3D 센서(8)와; 3차원 화상데이터로서의 높이데이터를 저장하기 위한 화상메모리를 포함함으로써, 전자부품(2)의 위치결정 및 3차원 부품 형상 검사가 한 공정내에서 동시 실행된다.

Description

전자부품 실장장치{ELECTRONIC COMPONENT MOUNTING APPARATUS}
좁은 리드피치(lead pitch) 및 리드폭(lead width)을 갖는 QFP 또는 커넥터와 같은 전자부품을 실장하기 위한 실장장치에 있어서, 인쇄회로기판상에 부품들을 장착하기 앞서 해당 부품들의 리드부상(lead float)에 대한 자동검사를 행하는 것이 보편화되어 있다.
본 발명이 나오게 되는 가장 가까운 선행기술인 US-A-5 200 799에 따르면, 인쇄회로기판상에 레이저빔을 방사하고 그 반사광들을 모아 하나의 위치신호로 변환하는 위치감지장치를 포함하는, 인쇄회로기판상에 패키지화 된 부품상태를 검사하기 위한 시스템이 공개되어 있다. 이 위치신호는 휘도데이터 및 상기 인쇄회로기판상 부품들에 관한 적어도 두 개의 높이데이터를 입수하는데 사용된다. 상기 부품들에 관한 적정 높이데이터는 이들 두 높이데이터간 차이를 근거로 결정된다. 상기 검사시스템은 최종 높이데이터를 기설정된 기준데이터와 비교함으로써, 상기 패키지 상태를 결정한다.
따라서, 그러한 광학적 검사시스템은 인쇄회로기판상 실장부품들의 위치오차, 누락, 부상 또는 납땜불량 등, 해당 인쇄회로기판상의 불량 유무를 검사하게 된다.
도 9A∼9D는 종래 기술에 따른 전자부품 실장장치의 실장공정도이다. 대부분의 종래 전자부품 실장장치에 있어서는 좁은 리드피치를 갖는 전자부품들을 도 9A ∼9D에 나타낸 일련의 공정을 통해 실장했다. 보다 구체적으로 언급하면, 도 9A에서와 같이, 트레이(tray)상에 수납된 하나의 전자부품(2)을 실장장치의 헤드부(7)가 흡착하여 픽업한다. 이어, 도 9B의 단계에서, 상기 흡착 픽업된 전자부품(2)의 화상이 위치결정 카메라(47)에 의해 픽업되어, 화상처리장치를 이용하여 상기 전자부품(2)이 위치결정되고, 이에 의해 전자부품에 관한 위치결정 정보를 얻게 된다.
도 9C의 단계에 있어서는 상기 도 9B의 단계에서 구한 위치결정 정보를 이용함으로써, 전동형 리드부상 센서(48)를 통해 상기 전자부품(2)의 동일평면성(coplanarity)을 검사하거나, 또는 그렇지 않으면, 동일평면성 검사 카메라(49)에 의해 리드의 선단부 또는 선단부 그늘(shadow)에서 픽업된 화상을 얻어서 그 화상을 근거로 상기 화상처리장치에 의해 동일평면성에 대한 검사를 하게 된다.
검사결과, 문제가 없으면, 도 9D에 나타낸 바와 같이, 상기 도 9B에서의 위치결정 정보를 근거로 상기 전자부품(2)뿐 아니라 인쇄회로기판(9)에 대한 보정계산(corrective calculation)을 실행한다. 이어서, 상기 인쇄회로기판(9)상의 특정위치에 해당 전자부품(2)을 실장하게 된다.
그러나, 앞서 설명한 종래 기술에 따른 전자부품 실장장치에 따르면, 상기 도 9A∼9D에 나타낸 일련의 공정을 거쳐 전자부품들을 실장하는 경우, 도 9B 단계의 상기 위치결정 카메라(47) 및 도 9C 단계의 상기 리드부상 센서(48) 또는 상기 동일평면성 검사 카메라(49)가 물리적으로 서로 떨어져 있기 때문에, 도 9C 단계에 있어서는, 상기 도 9B 단계에서 구한 위치결정 정보를 이용하여 해당 부품들을 기계적으로 위치 결정할 필요가 있게 되어, 각 단계별 공정이 동시에 진행되지 않아 일련의 연속적 처리가 불가피한 관계로, 실장대상 부품들은 각 단계별로 이동, 정지, 상승/하강 또는 기타 동작들을 수행하게 된다. 결과적으로, 상기 실장부품의 이동, 정지, 상승/하강 또는 기타 이동에 대한 동작시간을 포함한 상기 도 9B 및 도 9C 단계에서의 처리시간은 전체 실장시간에 직접적 영향을 미치게 되어, 이들 이동을 위한 동작시간으로 인해 전체 실장시간이 길어지는 불합리가 초래된다.
더욱이, 도 9C 단계에서와 같은 전동형 리드부상 센서(48)에 의해 동일평면성 검사가 실행되는 경우, 실장대상 부품 각각의 4개 물리적 모서리부를 개별적으로 스캐닝(scanning)할 필요가 있게 되는데, 그 처리시간은 1초 내지 3초 정도이다. 이 처리시간은 상기 경우에 있어 부품실장시간 지연의 원인이 된다. 이는 다량의 QFP 또는 커넥터를 실장하는 경우 특히 큰 결점으로 작용하게 된다. 한편, 상기 동일평면성 검사 카메라(49)를 이용하여 동일평면성을 검사하는 경우, 카메라 초점 맞추기, 또는 해상도가 낮음으로 인한 분할 화상(divisional image)포착 등으로 말미암아, 앞에서와 같이, 동일평면성 검사에 또한 장시간이 소요되는 결과를 가져온다. 이 역시 상기 실장 주기시간(cycle time)에 있어서 하나의 문제점으로 된다.
본 발명은 인쇄회로 기판, 액정 디스플레이(liquid crystal display) 또는 플라즈마 디스플레이패널 기판(plasma display panel board) 등의 기판상에 자동으로 전자부품을 실장(實裝)하기 위한 전자부품 실장장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명 실시예에 따른 전자부품 실장장치의 개략적 전체 구조도.
도 2A, 2B, 2C, 2D, 2E 및 2F는 상기 실시예에 있어 3차원 화상을 입수하는 과정을 나타낸 예시도.
도 3A, 3B 및 3C는 상기 실시예에 있어서의 부품 실장동작을 나타낸 예시도.
도 4는 상기 실시예에 있어서의 3차원 센서를 나타낸 x-축방향 배치 단면도.
도 5는 상기 실시예에 있어서의 3차원 센서를 나타낸 y-축방향 배치 단면도.
도 6은 상기 실시예에 있어서의 3차원 센서로부터의 출력신호들을 나타낸 예시도.
도 7은 상기 실시예에 있어서의 주제어부를 나타낸 내부 배치도.
도 8은 상기 실시예에 있어서의 높이계산회로를 나타낸 내부 배치도.
도 9A, 9B, 9C 및 9D는 종래 기술에 따른 전자부품 실장장치의 실장 공정도.
도 10A, 10B 및 10C는 본 발명 실시예에 따른 전자부품 실장장치의 실장 공정도.
도 11은 상기 실시예에 따른 높이측정방법을 나타낸 예시도.
도 12는 상기 실시예에 있어서의 주제어부 및 개별적 장치간 상호관계를 나타낸 예시도.
도 13은 상기 실시예에 있어서의 화상확보 타이밍을 나타낸 타이밍 차트.
도 14는 상기 실시예에 따른, 화상입수로부터 화상처리까지를 나타낸 흐름도.
도 15A, 15B 및 15C는 순서에 따른 부품별 리드인식(lead recognition)에 관한 예의 알고리즘을 나타낸 예시도.
도 16A, 16B 및 16C는 부품별 리드부상 측정방법을 나타낸 예시도.
도 17은 각 리드별 높이계산을 나타낸 예시도.
도 18은 다수의 전자부품 화상이 입수되고 처리되는 상기 실시예를 나타낸 타이밍도.
따라서, 본 발명의 목적은 동일평면성 검사 같은 3차원 형상 검사를 요하는 부품들을 실장함에 있어 그 실장 처리시간을 줄일 수 있고, 상기 부품실장시의 픽업화상에 대한 수평 및 수직 픽셀 사이즈(해상도)를 보장할 수 있으며, 나아가, QFP 또는 커넥터 등 좁은 피치 전자부품들을 실장함에 있어 보다 빠른 속도 및 높은 해상도(높은 정확도)에 유연하게 적용할 수 있는 전자부품 실장장치를 제공하는데 있다.
상기 및 기타 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1실시예에 따르면,
실장대상 전자부품을 기판상으로 공급하기 위한 부품공급부;
상기 부품공급부로부터 공급된 상기 전자부품을 잡아주는 헤드부;
전자부품을 잡고 있는 상기 헤드부를 이동시키는 헤드부 이동장치;
상기 헤드부의 이동영역 하방에 위치하여, 헤드부에 잡힌 상기 부품을 레이저빔으로 라인 스캐닝하여, 각각의 스캐닝 라인으로부터, 부품이 기판에 실장되기 이전에 상기 부품이 현재 위치한 위치의 위치데이터 및 그 위치데이터에 대응하는 부품의 높이데이터를 입수하는 3차원 화상입수장치;
상기 3차원 화상입수장치로부터 얻은 상기 높이데이터를 3차원 화상데이터로서 저장하기 위한 화상메모리; 및
상기 전자부품의 3차원 화상데이터에 대해 화상처리를 실행하여, 상기 전자부품의 위치결정 및 상기 전자부품의 3차원 부품 형상 검사를 위한 정보를 획득하는 제어부를 포함하는데, 상기 부품은 상기 위치의 상기 입수높이데이터 및 상기입수위치데이터 그리고 3차원 화상데이터의 화상처리결과로서 상기 전자부품의 위치결정 및 상기 전자부품의 3차원 부품 형상 검사를 위한 정보에 의거하여 헤드부에 의해 상기 기판에 실장된다.
상기 구조에 의해, 상기 실장부품의 3차원 화상이 상기 3차원 화상입수장치를 통해 얻어지며, 또한 이 3차원 화상에 대한 화상처리를 실행할 수 있음으로써, 상기 전자부품의 위치결정 및 3차원 부품 형상 검사가 동시에 이루어질 수 있다.
이 결과, 도 9에 나타낸 종래 기술의 경우라면 동일평면성 검사 같은 3차원 구성 검사 및 카메라에 의한 위치결정이 연속적으로(별도 공정에서) 실행되지만, 상기 위치결정 및 3차원 검사가 도 10에서와 같이, 동시처리가 가능하므로 궁극적으로 상기 부품 실장시간이 현저히 단축될 수 있다. 여기서, 도 10A∼10C를 참조로 하여, 상기 도 9A∼9D에 나타낸 종래 기술과 본 발명의 다른 점을 설명한다.
도 10A∼10C는 본 발명의 제1실시예의 보다 구체적인 예에 따른 전자부품 실장장치의 실장공정도이다. 이들 도면에 의하면, 참조번호 '2'는 전자부품을 나타내며, '3'은 전자부품(2)이 놓이는 트레이를 나타내며, '7'은 해당 전자부품(2)을 이동시키기 위한 헤드부를 나타내며, '8'은 3차원 화상을 픽업하는 3차원 화상 픽업수단으로서 3차원 센서를 나타내고, '9'는 상기 전자부품(2)이 실제 장착되는 물품인 인쇄회로기판을 나타낸다.
도 10A의 단계에 있어서, 전자부품(2)은 상기 헤드부(7)에 의해 트레이(3)로부터 픽업(흡착)된다. 도 10B의 단계의 경우, 헤드부(7)의 이동과 함께 상기 전자부품(2)이 3차원 센서(8) 위로 이동함에 따라, 흡착, 이동된 전자부품(2)의바닥부(2a)의 3차원 화상이 3차원 센서(8)로부터 방사된 레이저빔(8a)의 스캐닝과 상기 헤드부의 이동에 의해 전자부품(2)의 화상처리장치(G1)내 화상메모리(M1)에 기록된다. 이어서, 상기 3차원 화상에 대한 화상처리가 실행되는데, 이에 의해, 상기 전자부품(2)에 대한 위치결정 및 전자부품(2)의 3차원 형상 검사가 실행된다. 도 10C의 단계에 있어서는 상기 화상처리장치(G1)의 화상처리에 의해 결정된 위치결정 정보를 근거로, 상기 전자부품(2)이 인쇄회로기판(9)상에 실장된다.
본 발명의 제2실시예에 따르면, 상기 제1실시예에 따른 전자부품 실장장치가 제공되는데, 상기 제어부는 상기 전자부품이 상기 3차원 화상입수장치 위에서 이동하는 방향에 수직인 방향에서 레이저빔 스캐닝에 의해 입수한 전자부품의 3차원 화상데이터가 상기 화상메모리에 기록되며, 상기 전자부품을 이동시키는 이동장치의 동작속도가 일정하게 되도록 배치된다.
이러한 구성에 의해, 상기 제1실시예의 전자부품 실장장치에 있어서, 이동축의 동작속도가 일정하고, 또한, 공정 전후의 실장공정에 있어서, 불필요한 부품 이동축 정지가 제거된다. 따라서, 상기 실장공정에 있어서의 처리시간이 단축될 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따르면,
실장대상 전자부품을 기판상으로 이동시키는 이동장치;
상기 이동장치 아래의 한 위치에 배치된 다각형 거울;
상기 다각형 거울을 향해 레이저빔을 방사하는 반도체 레이저;
상기 다각형 거울 주위의 한 위치에 배치된 위치감지장치; 및
상기 전자부품 바닥면에 부딪힌 레이저빔으로부터 상기 위치감지장치 위에 화상을 형성시키기 위한 화상형성렌즈를 포함하여 구성된 전자부품 실장장치가 제공되는데,
상기 반도체 레이저는 그 레이저빔이 회전하는 상기 다각형 거울에 부딪혀서 반사되어, 다각형 거울 위를 통과하는 전자부품 바닥면에 부딪히도록 배치되며, 상기 위치감지장치를 통해 출력된 계산데이터에 의해 입수한 전자부품의 3차원 화상은 상기 이동장치에 의한 다각형 거울 위의 전자부품의 통과동작과 상기 다각형 거울의 회전동작에 의해 개시되는 레이저 스캐닝에 의해 화상메모리에 기록되어, 상기 전자부품의 위치결정 및 형상 검사가 3차원 화상을 통해 실행된다.
이 구성에 의하면, 상기 전자부품의 3차원 화상은 상기 다각형 거울, 상기 위치감지장치, 상기 반도체 레이저 등으로 이루어진 3차원 화상입수장치에 의해 입수될 수 있으므로, 상기 전자부품의 위치결정 및 3차원 형상 검사를 동시에 실행할 수 있게 된다.
본 발명의 제4실시예에 따르면, 상기 제3실시예에 따른 전자부품 실장장치가 제공되는데,
상기 이동장치의 기준위치로부터 이 이동장치의 이동량을 계산하는 이동량 검출회로;
상기 다각형 거울의 회전량신호를 수신하여 이 다각형 거울의 기준위치로부터 다각형 거울의 회전량을 계산하는 회전량 검출회로; 및
상기 이동장치의 이동량과 상기 다각형 거울의 회전량을 상호 비교하는 제1비교회로를 추가로 포함하여 구성되며,
상기 제1비교회로로부터 입수한 비교결과, 상기 이동장치의 이동량과 상기 다각형 거울 회전량간의 차이가 허용가능 범위에 있는 경우, 상기 화상메모리내 저장된 데이터는 유효 데이터로 처리되는 한편, 그 차이가 상기 허용가능 범위를 벗어나는 경우, 상기 화상메모리에 저장된 데이터는 무효 데이터로 처리된다.
본 발명의 제5실시예에 따르면, 상기 제3 또는 제4실시예에 따른 전자부품 실장장치가 제공되는데,
각 시간의 상기 이동장치의 이동속도를 계산하는 이동속도 검출회로;
상기 다각형 거울의 회전량신호를 수신하여, 각 시간의 상기 다각형 거울의 회전속도를 계산하는 회전속도 검출회로; 및
상기 이동장치의 이동속도 및 상기 다각형 거울의 회전속도를 상호 비교하는 제2비교회로를 추가로 포함하여 구성되며,
상기 제2비교회로로부터 얻어진 비교결과, 상기 이동장치의 이동속도 및 상기 다각형 거울 회전속도간 차이가 허용가능 범위에 있는 경우, 상기 화상메모리에 저장된 데이터는 유효 데이터로 처리되는 한편, 그 차이가 상기 허용가능 범위를 벗어나는 경우, 상기 화상메모리에 저장된 데이터는 무효 데이터로 처리된다.
이 구조에 의하면, 상기 제3 및/또는 제4실시예를 통해 설명한 바의 전자부품 실장장치에 있어서, 상기 다각형 거울의 회전량뿐이 아닌 실장대상 부품을 이동시키는 상기 이동장치의 이동량, 그리고 다각형 거울 회전속도뿐이 아닌 이동장치의 이동속도 중 어느 일방 또는 양자가 모두 회로를 통해 감지됨으로써, 독립적으로 동작하는 이들 이동장치와 다각형 거울의 스캐닝 동작으로 입수한 3차원 화상의 정상상태[임의의 부분적 왜곡이 없는 화상 수평비(lateral ratio)의 일치]가 보장된다. 즉, 상기 3차원 화상을 처리하는 과정에서 입수한 계산결과의 정확도 및 신뢰도가 보장되는 것이다.
본 발명의 제6실시예에 따르면, 상기 제3 또는 제4실시예에 따른 전자부품 실장장치가 제공되는데,
상기 3차원 화상이 입수된 기본 클록속도를 변경하는 클록속도 변경수단을 추가로 포함하며,
상기 3차원 화상을 위해 고해상도가 필요한 경우, 상기 이동장치의 이동속도를 보다 늦추는 한편, 상기 클록속도 변경수단에 의해 상기 기본클록속도를 빠르게 하고, 상기 3차원 화상입수를 위해 고속도가 필요한 경우, 상기 이동장치의 이동속도를 빠르게 하는 한편, 상기 클록속도 변경수단에 의해 상기 기본 클록속도를 늦춘다.
이 구성에 의하면, 상기 제3 또는 제4실시예를 통해 설명한 바의 전자부품 실장장치에 있어서, 상기 장치는 하나의 3차원 화상을 얻도록 상기 기본클록속도(주파수)를 변경하고, 또한 물품이 이동되는 이동장치의 이동속도를 가속 또는 감속하여 동작시킬 수 있다. 이와 같이, 실장대상 전자부품에 대응하여 그리고 입수한 화상의 정상상태를 손상하지 않고 상기 위치결정 및 3차원 형상 검사를 실행하는 공정에 있어서, 위치결정 또는 검사 정확도를 우선하여 해상도를 향상시키는 동작과, 속도를 우선하여 스캐닝속도를 향상시키는 동작간의 절환이 간단히 이루어지게된다.
본 발명의 제7실시예에 따르면, 상기 제3 또는 제4실시예에 따른 전자부품 실장장치가 제공되는데,
상기 부품이 화상데이터 입수 시작위치에 위치한 후, 라인 스캐닝의 유효 레이저빔 시작위치에 이르기까지의 시간동안, 상기 부품이 이동한 거리를 계산하는 장치를 추가로 포함하여 구성되며,
상기 계산수단에 의해 계산된 상기 거리를 고려하여, 상기 부품의 위치결정이 상기 3차원 화상을 이용하여 실행된다.
상기 구성에 따르면, 상기 계산수단에 의한 계산결과에 의거하여 상기 전자부품 위치결정을 실행하는 경우, 시간경과로 인해 위치결정 정확도가 저하되는 것을 방지할 수 있어서, 보다 높은 정확도로 위치결정을 이룰 수 있다.
상기 본 발명 실시예의 전자부품 실장장치에 따르면, 동일평면성 검사 등 3차원 형상 검사를 필요로 하는 전자부품들을 실장함에 있어서의 실장 처리시간을 단축시킬 수 있으며, 또한, 부품 실장시의 픽업화상에 대한 수평 및 수직 픽셀 사이즈(해상도)를 보장할 수 있고, 나아가, QFP 또는 커넥터 등의 좁은 피치 전자부품을 실장함에 있어 보다 빠른 속도 또는 보다 높은 해상도를 유연하게 적용할 수 있게 된다.
이하, 첨부도면을 참조로 한 바람직한 실시예의 설명을 통해 본 발명의 상기 구조 및 기타 특징 등을 명확히 한다.
설명에 앞서, 같은 부분에 대해서는 도면 전체를 통해 동일부호가 부여됨을 밝혀둔다.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 하나의 전자부품 실장장치에 관하여 첨부도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 전자부품 실장장치의 전체적 외관도이다. 도면상에 있어서, 참조번호 '1'은 상기 전자부품 실장장치의 실장장치 본체를 표시하며, '2'는 해당 실장장치에 의해 실장될 전자부품(이하, 부품이라 함)을 표시하며, '3'은 이들 부품들이 놓이는 트레이를 표시하며, '4'는 트레이(3)상의 부품들(2)을 자동으로 공급하기 위한 부품공급장치로서의 트레이 공급장치(tray feeder)를 표시하고, '7'은 상기 부품(2)을 흡착하여 실장 공정에 투입하기 위한 헤드를 표시하고, '5'는 부품 또는 헤드부 이동장치 역할을 하여, 상기 헤드(7)를 상기 X-축을 따라 이동시키는 X-Y로봇의 한 부분인 x-축 측 로봇(이하, x-축 로봇이라 함)을 표시하고, '6a' 및 '6b'는 역시 X-Y로봇의 한 부분으로서 상기 헤드(7)를 y-축을 따라 이동시키는 y-축 측 로봇(이하, y-축 로봇이라 함)이고, '8'은 상기 부품(2)의 높이화상을 확보하는 3차원(이하, 3D 라 함) 센서를 표시한다. '9'로 표시된 것은 상기 부품(2)이 장착될 인쇄회로기판이다.
상기 트레이(3)상에 놓인 부품(2)은 상기 헤드(7)에 의해 흡착되어 상기 x-축 로봇(5)을 따라 이동하며, 상기 3D 센서(8)에 의해 그 3차원(높이) 화상이 입수된다. 3D 센서(8)에 의해 입수된 상기 (높이)화상은 소프트웨어를 통해 처리됨으로써, 해당 부품(2)의 위치결정, 리드부상 또는 기타 항목의 3D 형상 검사를 거친다. 이어서, 상기 위치결정 정보에 따라, 부품(2)을 상기 인쇄회로기판(9)상의 특정위치에 놓는다.
도 2A∼2F는 본 발명의 실시예에 따른 전자부품 실장장치에 있어서, 상기 3D 화상입수과정을 나타낸 예시도이다. 도면상에서, 참조번호 '2'는 X-축 로봇(5)의 동작에 따라 이동하는 부품을 표시하며, '8'은 상기 3D 센서를 표시하고, '44'는 다각형 거울에 의해 스캐닝되는 레이저빔을 표시하고, '45'는 상기 부품(2)의 리드들 중 하나로서 장착면 반대쪽을 향해 굽은 [부상한(floated)] 하나의 리드를 표시하고, 또한, '46'은 상기 3D 센서(8)에 의한 리드(45)의 화상입수를 통해 얻어진 높이데이터를 표시한다.
도 2A∼2C는 상기 부품(2)을 3D 센서(8)상으로 이동시키는 단계와, 부품(2) 이동방향에 수직한 방향으로의 레이저빔(44) 스캔을 통하여 상기 부품(2) 바닥면에 레이저빔을 방사함으로써, 반도체 위치감지장치상에 상기 레이저빔(44)의 반사화상을 형성하는 단계와, 상기 반도체 위치감지장치의 출력을 계산하여 높이를 연속적으로 구하는 단계를 거쳐 상기 부품(2)의 3D 화상이 화상메모리(35)에 어떻게 기록되는지를 나타낸다.
상기 화상메모리(35)의 각각의 수평선에 입수된 데이터는 상기 3D 센서(8)측에서 나타낸 바와 같이, 각각의 레이저 스캐닝 라인상에 위치한 높이-계산 물체(이 경우, 상기 부품(2)의 리드들 및 패키지)에 대한 높이데이터이다. 이들 높이데이터는 X-Y 단면도에 나타낸 바와 같다.
도 2D∼2F는 상기 부품(2)이 3D 센서(8)위를 통과하는 시점에 있어 상기 화상메모리(35)의 상태를 나타낸 것이다. 특히, 상기 리드(45)가 부상하고 있는 경우라면, Z-W 단면도상에 있어 상기 리드(45)에 대응하는 높이데이터(46)는 다른 리드에 비해 큰 값을 갖는다. 이러한 데이터 비교에 의해 리드의 상기 리드부상 검사 같은 3D 형상에 대한 검사가 가능하다.
또한, 상기 화상메모리(35)는 부품(2)에 관한 2차원 화상데이터를 수신하기 때문에, 상기 정보를 화상처리함으로써, 비록 휘도데이터 및 높이데이터에 있어서 차이는 있지만, 카메라 등의 촬상장치를 사용하는 경우와 동일한 방식으로 부품의 위치결정이 가능하게 된다.
도 3A∼3C는 본 발명의 실시예에 따른 상기 전자부품 실장장치의 실장동작을 나타낸 예시도이다. 도면상에서, 참조번호들 '2', '3', '4', '8' 및 '9'는 흡착대상 부품, 트레이, 트레이 공급장치, 3D 센서, 및 상기 부품들이 장착되는 인쇄회로기판을 각각 표시한다.
도 3A에 있어서, 지점(A)으로부터 지점(B)으로, 지점(B)으로부터 지점(C)으로, 또한, 지점(C)으로부터 지점(D)으로의 화살표로 도시된 궤적은 트레이(3)로부터 상기 부품(2)을 픽업하는 단계와, 부품(2)을 상기 3D 센서(8)위로 통과시켜 3D 센서에 의해 부품에 대한 3D 화상을 입수하는 단계와, 이 화상데이터를 화상처리함으로써, 상기 부품의 위치결정 및 검사를 실행하여 장착위치를 계산 및 수정하는 단계를 포함하는, 상기 전자부품 실장장치의 여러 동작을 거쳐 부품(2)이 인쇄회로기판(9) 위의 필요한 위치에 배치되는 동작순서를 나타낸다.
도 3B 및 도 3C는 x-축 및 y-축 방향에서의 각각의 로봇의 이동동작이 상기 도 3A에 표시된 상기 부품(2)의 궤적을 따라 어떻게 가속 또는 감속되는지를 나타낸다. 이 경우, 상기 부품(2)은 지점(B) 및 지점(C) 사이에서 얻어진 상기 x-축 이동 중 상기 3D 센서(8) 위를 통과하게 되어, 3D 화상이 입수된다. 이 공정이 진행되는 동안, 상기 x-축 로봇의 동작속도는 일정하며, 상기 y-축 로봇은 정지상태를 유지한다.
나머지 동작과정에 있어서는, 전체 실장시간을 최소화하기 위하여, 상기 지점(A) 및 지점(B)간 동작으로부터 지점(C) 및 지점(D)간 동작으로, 또한, 지점(B) 및 지점(C)간 동작으로부터 지점(C) 및 지점(D)간 동작으로의 속도변화점에 있어서의 일시적 정지를 포함한 가속 및 감속동작을 배제함으로써, 실장기의 실장동작이 촉진된다.
상기 3D 센서(8)의 구조 및 기능을 이하에서 상세히 설명한다.
도 4는 상기 x-축을 따라 나타낸 3D 센서(8)의 배치도(단면도)이며, 또한, 도 5는 상기 y-축을 따라 나타낸 3D 센서(8)의 배치도(단면도)이다. 도 4 및 도 5에 있어서, 참조번호 '5'는 상기 x-축 로봇을 표시하며, '7'은 헤드를 표시하고,'2'는 흡착된 부품을 표시하고, '10'은 레이저빔을 방사하기 위한 반도체 레이저를 표시하고, '11'은 상기 레이저빔을 집속 및 형상화하기 위한 집속ㆍ형상화 렌즈를 표시하고, '12'는 기계적 회전에 의해 부딪히는 레이저빔을 스캐닝하기 위한 다각형 거울을 표시하고, '13'은 상기 레이저빔 일부는 통과시키고 다른 일부는 반사시키는 반거울을 표시하고, 또한 '14'는 빛을 반사시키는 거울을 표시한다.
또한, 참조번호 '15'는 다각형 거울(12)에 의해 기계적으로 선회된 레이저빔이 피사체인 상기 부품(2)상에 수직으로 방사되도록, 광로를 변경시키기 위한 F-θ렌즈를 표시하며, '16a' 및 '16b'는 부품(2)상에 방사된 상기 레이저빔의 반사(분산광)를 화상화하는 화상형성렌즈를 나타내며, '17a' 및 '17b'는 상기 부품(2)상에서 부딪힌 레이저빔의 반사광이 상기 화상형성렌즈(16a, 16b)를 통해 화상을 형성하는 위치검출요소로서의 반도체 위치감지장치(position sensing devices)(이하, PSD라 함)를 나타내는데, 여기서, PSD(17a, 17b) 각각은 상기 화상이 형성된 빔의 위치와 상관된 전기적 신호를 생성하는 기능을 갖는다.
이 경우, 상기 반도체 레이저(10)로부터 방출된 레이저빔은 상기 집속ㆍ형상화 렌즈(11)에 의해 빔 형태로 집속 및 형상화되고, 이어서, 상기 반거울(13)을 통과하여 거울(14)에 반사되며, 상기 다각형 거울(12)상에 부딪힌다. 상기 다각형 거울(12)은 일정 회전동작 중에 있는 관계로, 거울면상에 부딪힌 레이저빔은 선회하게 된다. 더욱이, 상기 F-θ 렌즈(15)에 의해 광로가 변경된 레이저빔은 상기 부품(2)상에 수직으로 부딪히도록 만들어지며, 그 결과, 반사광이 상기 화상형성렌즈(16a, 16b)를 통해 상기 각각의 PSD(17a, 17b)상에 화상을 형성하여, 이들PSD(17a, 17b)가 상기 부품(2)의 레이저 반사면의 높이가 측정되도록 출력신호(18a, 18b)를 생성한다.
또한, 참조번호 '19'는 광입사를 검출하기 위한 광센서를 표시하며, '20'은 상기 광센서(19)에 빛이 입사되었음을 외부에 알려주는 신호이다. 상기 다각형 거울(12)을 구성하는 각각의 거울면이 특정각도를 이룰 때 상기 신호(20)는 변화하며, 이 신호는 다각형 거울(12)의 각 거울면에 대한 기점신호[면기점(surface origin)을 나타내는]에 상당한다. 예컨대, 상기 다각형 거울(12)이 18개의 거울면을 갖는다면, 이 거울이 동일각도 간격(18개 거울면이 모두 20°간격으로)으로 회전하는 경우, 매 회전 당 18회의 신호가 출력된다. 이들 신호를 다각형 거울(12)의 회전량신호(rotation-amount signal)라 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 3D 센서(8)는 두 시스템의 PSD 회로를 갖는다. 이러한 구성은 한 시스템의 PSD 회로에 있어서, 상기 부품(2) 위에서 레이저빔의 반사시 그 반사된 레이저빔이 각도적으로 PSD로 되돌아오지 않을 때의 단락을 일차적으로 보상하도록 설계되어 있다. 3개 또는 그 이상의 시스템이 가능하지만, 기술적으로 상기 두 시스템의 경우와 유사하므로, 본 명세서상에서는 상기 두 시스템에 대해서만 설명한다.
여기서는, 상기 PSD(17a, 17b)에 의해 측정되는 부품의 높이측정방법의 일례를 도 11에 도시한 PSD(17a)의 경우를 대표로 하여 설명한다.
도 11에 있어서, 도면의 용지에 수직인 방향으로의 스캐닝을 통해 상기 F-θ렌즈로부터 부품(2)상으로 방사된 레이저빔은 해당 부품(2)으로부터 불규칙적으로반사된다. 이 경우, 방사점은 상기 부품 바닥면으로부터의 높이가 0인 지점(A1), 및 높이가 H인 지점(B1)이며, 분산된 레이저빔들은 상기 화상형성렌즈(16a)에 의해 화상으로 형성된 다음 PSD(17a)상의 지점(A2, B2)에서 각각 화상을 형성한다. 그 결과, 이들 지점(A2, B2)에서는 기전력이 발생하게 되고, 지점(C)으로부터는 전류(I1, I2)가 취출되는 한편, 지점(D)으로부터는 전류(I3, I4)가 취출된다. 이들 전류값(I1, I3)은 상기 지점(A2, C)간 거리(xA)와 상기 지점(A2, D)간 거리에 비례하는 저항요소에 의해 결정되는 반면, 상기 전류값(I2, I4)은 상기 지점(B2, C)간 거리(xB)와 상기 지점(B2, D)간 거리에 비례하는 저항요소에 의해 결정된다. 다음으로, 상기 PSD(17a)의 길이를 'L'이라 할 때, 도 11상의 상기 xA및 xB는 다음 식으로 구해진다.
xA= L × I3/ (I1+ I3)
xB= L × I4/ (I2+ I4)
따라서, 도 11의 상기 PSD(17a)상의 두 지점(A2, B2)간 거리(H')는 다음 식으로 계산된다.
H' = xA- xB
상기 높이(H)는 PSD상에서 구한 높이(H')로부터 결정된다.
이어서, 도 6 및 도 7을 참조로 하여, 본 실시예에 따른 전자부품 실장장치상에 3D 화상이 형성되는 동작원리를 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전자부품 실장장치내 상기 3D 센서(8)로부터의 출력신호를 나타낸 예시도이고, 도 7은 상기 주제어부의 내부 배치도이다. 도 6에 있어서, 참조번호 '2'는 부품을 표시하며, '5'는 x-축 로봇을 표시하고; '7'은 헤드를 표시하고, '8'은 3D 센서를 표시하고, '18a, 18b'는 PSD 출력을 표시하고, '20'은 회전량신호를 표시하고, '21'은 상기 전자부품 실장장치의 주제어부를 표시하고, '22'는 상기 x-축 로봇(5)에 의한 3D 화상 화상입수를 위한 기준위치를 상기 주제어부(21)에 알려주기 위한 기준위치센서를 표시하고, '23'은 상기 헤드(7)가 기준위치센서(22)를 통과하는 경우, 이를 상기 주제어부(21)에 알려주기 위한 기준위치신호를 표시하고, '24'는 상기 x-축 로봇을 이동시키는 모터의 엔코더를 표시하고, 또한, '25'는 상기 엔코더(24)로부터 출력되는 엔코더신호를 표시한다.
상기 트레이(3)로부터 취출된 상기 부품(2)이 x-축 로봇(5)에 의해 이동하는 경우, 상기 엔코더(24)는 주제어부(21)에 정상적으로 엔코더신호[AB 위상, Z 위상 또는 동등 신호]를 보낸다. 따라서, 상기 부품(2)이 기준위치센서(22)를 통과하는 경우, 상기 주제어부(21)로 기준위치신호(23)가 제공되기 때문에, 이들 두 신호에 의해 상기 주제어부(21)는 상기 x-축 로봇(5)상의 기준위치로부터 부품(2)의 상대위치를 계산할 수 있게 된다.
한편, 상기 3D 센서(8)내 다각형 거울(12)의 회전량은 이 거울(12)이 회전하는 동안, 통상 상기 회전량신호(20)로서 상기 주제어부(21)에 정상적으로 제공된다. 따라서, 상기 기준위치신호(23)뿐 아니라 회전량신호(20)에 의해, 기준위치 통과 이후의 상기 다각형 거울(12)의 회전량이 계산될 수 있다.
다각형 거울(12)의 회전량이 그 속도에 비례하여 증가함에 따라, 상기 x-축 로봇(5)의 이동량 역시 증가하게 된다. 한편, 본 실시예의 3D 센서(8)에 있어서, 다각형 거울(12)이 회전하며, x-축 로봇(5)은 이 거울의 회전속도와 동일한 속도로 상기 3D 화상의 화상입수에 있어서, 직진 이동한다. 이 조건이 방해되면, 상기 입수한 3D 화상의 픽셀당 수평 및 수직 해상도(픽셀 사이즈)는 속도변화에 응답적으로 변동한다. 이는 측정정확도에 있어서 에러 요인으로 작용한다. 따라서, 본 발명 실시예의 전자부품 실장장치에 있어서, 상기 구조의 3D 센서(8)에 의해 주제어부(21)내에 위치한 화상메모리(35)에 3D 화상이 기록되는 한편, 상기 장치는 기본적으로 동일속도 회전운동을 실행하는 상기 다각형 거울(12)과 서보모터(servo motor) 등의 모터에 의해 구동되는 상기 헤드(7) 사이의 일치(matching)를 감시하고 제어하기 위하여, 상기 모터 엔코더신호(25)뿐 아니라 다각형 거울(12)의 회전량신호(20)를 이용한다.
도 7에 있어서, 참조번호 '26'은 상기 엔코더신호(25)의 수신시, 기준위치에 대한 상기 x-축 로봇(5)의 이동량(거리)을 계산하기 위한 이동량 검출회로를 표시하며, '27'은 상기 엔코더신호(25)의 수신시마다, 상기 x-축 로봇(5)의 이동속도를 계산하기 위한 이동속도 검출회로를 표시하고, '28'은 상기 다각형 거울(12)의 회전량신호(20)를 수신하면, 기준위치에 대한 상기 x-축 로봇(5)의 회전량을 계산하기 위한 회전량 검출회로를 표시하고, '29'는 상기 회전량신호(20)의 수신시마다,상기 다각형 거울(12)의 회전속도를 계산하기 위한 회전속도 검출회로를 표시하고, '30'은 상기 x-축 로봇(5)의 이동 및 상기 다각형 거울(12)의 회전간의 이동량을 비교하기 위한 제1비교회로를 표시하고, '31'은 상기 x-축 로봇(5)의 이동 및 상기 다각형 거울(12)의 회전간의 이동속도를 비교하기 위한 제2비교회로를 표시하고, '32, 33'은 상기 비교회로(30, 31)의 비교결과를 각각 저장하기 위한 저장회로를 표시하고, '34'는 상기 주제어부(21) 전체를 제어하고 관리하기 위한 처리회로를 표시하고, '35'는 상기 3D 화상(높이화상)을 기록 및 저장하기 위한 화상메모리를 표시하고, '36'은 다양한 형태의 타이밍신호를 생성하여, 상기 3D 센서(8)에 의해 전달된 PSD 출력(18a, 18b)을 입수하기 위한 타이밍 발생회로를 표시하고, '37'은 상기 주제어부(21)에 의해 PSD 출력(18a, 18b)을 수신케 하는 인터페이스회로를 표시하며, 또한, '38'은 상기 PSD 출력(18a, 18b)을 높이신호로 변환, 보정하는 높이계산회로를 표시한다.
상기 3D 센서(8)에 의해 생성된 PSD 출력(18a, 18b)은 인터페이스회로(37)를 통해 상기 주제어부(21)로 입력된다. 이들 입력된 PSD 출력(18a, 18b)은 기본적으로는 상기 PSD(17a, 17b)에 의해 생성된 생신호(raw signal)이다. 상기 높이화상을 소프트웨어류 방식(software-like manner)으로 처리하기 위해서는, 상기 PSD 출력(18a, 18b)에 대한 높이변환 및 보정계산 등 다양한 형태의 계산이 반드시 필요하며, 이는 상기 높이계산회로(38)에 의해 실시된다. 높이계산회로(38)에 의해 계산된 신호는 상기 화상메모리(35)내에 하나의 높이데이터로서 기록되며, 상기 처리회로(34)에 의한 다양한 형태의 소프트웨어 처리를 받게 된다.
상기 화상메모리(35)로의 높이데이터 입수는 화상메모리(35)내의 각각의 수평선상에서 연속적으로 실행된다. 이 경우, 상기 다각형 거울(12)의 회전량신호(20)는 각각의 다각형 거울면에 대한 동기화신호(기준신호)로 이용된다.
상기 화상입수동작 순서에 있어서, 상기 x-축 로봇(5)의 동작(화상입수 대상 부품의 이동) 및 상기 다각형 거울(12)의 동작은 각각 독립적으로 이루어진다. 보다 상세히 설명하면, 상기 엔코더신호(25)에 의거하여, 상기 x-축 로봇(5)의 이동량 및 이동속도가 상기 이동량 검출회로(26) 및 이동속도 검출회로(27)에 의해 각각 계산된다. 이어서, 상기 다각형 거울(12)의 회전량신호(20)에 의거하여, 다각형 거울(12)의 회전량 및 회전속도가 상기 회전량 검출회로(28) 및 회전속도 검출회로(29)에 의해 각각 계산된다. 상기 x-축 로봇(5) 및 다각형 거울(12)의 이동량과 이동속도는 상기 비교회로(30, 31)에 의해 상호 각각 비교되며, 이 비교결과는 상기 저장회로(32, 33)에 저장된다. 이처럼, x-축 로봇(5)의 이동과 다각형 거울(12)의 회전 사이의 동기화동작은 감시 및 제어된다.
상기 감시의 일례로서, 각 비교회로(30, 31)에 있어, 상기 비교결과로서 얻어진 차이가 허용 가능한 범위 이내에 있는 경우, 상기 화상메모리에 저장된 데이터는 유효 데이터로 취급되며, 그 차이가 허용가능 범위를 벗어난 경우, 화상메모리에 저장된 데이터는 무효 데이터로 취급된다. 즉, 소정 레벨 이상의 임의의 비교오차는 화상입수실패로 취급하여 다른 화상입수 방법에 따르던가, 또는 상기 비교결과를 참고로, 소프트웨어 또는 설치된 부가회로를 통해 상기 화상메모리(35)내의 3D 화상이 정규화(normalization), 보정(correction) 또는 기타 처리를 거친다.
여기서, 다각형 거울(12)의 회전량을 이동량으로 변환하는 일례를 설명하면 다음과 같다.
상기 다각형 거울(12)은 12면체로 하며, 상기 부품(2)은 다각형 거울(12)이 30°(= 360°/12) 회전할 때 40㎛ 이동하도록 설계되어 있다. 이때, 상기 화상입수가 시작된 후 다각형 거울(12)의 회전량이 125.5회전인 경우, 상기 부품(2)은 60, 240㎛ [=125.5(회전)×12(거울면/회전)×40(㎛)] 이동하게 된다.
회로내에서의 이 동작을 인식하기 위하여, 상기 다각형 거울(12)로부터의 상기 회전량신호(20)의 파동수[다각형 거울(12)의 각 거울면의 기준점인 각 면기점으로부터의 신호수]를 상기 화상입수동작중 카운트한다. 상기 예의 경우, 다각형 거울(12)이 125.5회전 회전한 때, 상기 거울면 면기점의 수는 1,506 [=125.5(회전)×12(면기점의 수)]으로 카운트된다. 따라서, 상기 회전량신호(20)의 파동수가 1,506이면 상기 부품은 40㎛ 이동되어서, 상기 다각형 거울(12)의 회전량이 이동량으로 환산될 수 있다.
도 8은 상기 높이계산회로(38)의 내부 배치도이다. 참조번호 '41'은 상기 PSD 출력(18a, 18b)상에서의 아날로그/디지털 변환을 위한 A-D변환회로를 표시하며, '42'는 클록생성회로를 표시하고, '43'은 상기 클록생성회로(42)에 의해 생성된 다수의 클록 중 하나를 선택함으로써 상기 A-D변환회로(41) 또는 상기 화상메모리(35)에 대해 한 속도(주파수)의 클록을 제공하기 위한 클록속도 변경수단으로서의 클록선택회로를 표시하고, '44'는 삼각측정(triangulation) 원리에 의해 상기 PSD 출력(18a, 18b)에 대한 계산을 실행하기 위한 높이변환회로를 표시하고, 또한'45'는 상기 PSD(17a, 17b)상에 화상을 형성하는 상기 빔의 위치와 상기 측정 물체상에 부딪힌 상기 레이저빔 위치 사이의 비선형(non-linear) 관계를 보정하기 위한 높이보정회로를 표시한다. 이 경우, 상기 클록생성회로(42)에 의해 생성된 둘 또는 그 이상의 클록들이 상기 클록선택회로(43)에 의해 선택되며, 이들 선택된 클록들은 상기 A-D변환회로(41) 및 상기 화상메모리(35) 같은 상기 신호를 필요로 하는 상기 주제어부(21)내 필요회로에 제공되는데, 이때, 상기 x-축 로봇의 동작속도는 상기 클록들의 속도에 비례하여 증가 또는 감소한다. 따라서, 임의의 특별회로를 추가하지 않고서도, 상기 입수된 화상(3D 화상)의 수평 및 수직 픽셀 사이즈를 유지하는 상태에서 그 해상도를 변경하는 것이 가능하다. 예컨대, 상기 A-D변환이 4MHz에서 실행되며, 상기 x-축 로봇이 100mm/s로 동작하는 경우, 상기 수직 및 수평 픽셀 사이즈가 각각 50㎛로 동일한 것으로 가정한다. 이 경우, 8MHz 클록이 선택되어 상기 필요회로에 제공되고, 상기 x-축 로봇이 50mm/s로 동작한다면, 요구되는 상기 화상의 픽셀 사이즈(해상도)는 25㎛ 픽셀이 된다.
상기 예에 있어서, 라인(수평라인)별 데이터량은 두배가 되며, 이는 수직방향에 있어서도 동일하다. 따라서, 동일 시계 사이즈(field-of-view size)에 2배 해상도를 갖는 화상을 얻기 위해서는 4배 용량의 화상메모리(35)를 필요로 한다. 이는 상기 향상된 해상도로 사용함에 있어서, 화상메모리(35)의 시계 사이즈를 제한하던가, 또는 이 화상메모리(35)의 확장을 선택하느냐에 따른다.
다음으로, 각각의 신호, 상기 도 7 및 도 8의 주제어부(21)에 의해 실행되는 화상입수 및 화상처리 속도간 관계에 관하여 도 7, 도 8, 도 12 및 도 13을 참조로설명한다.
부품(2) 흡착하는 상기 헤드부(7)를 이동시키는 상기 x-축 로봇(5)에는 모터가 구비되어 있다. x-축 로봇(5)의 정상 이동거리를 나타내는 AB 위상신호와 고정위치(모터의 임의의 회전각)를 나타내는 Z 위상신호가 상기 모터에 장착된 상기 엔코더로부터 출력된다.
상기 Z 위상신호 및 상기 기준위치검출을 위한 위치검출센서(일례로, 포토센서, 홀 소자 등으로 구성됨)로부터의 위치검출센서 신호의 수신시, 상기 화상데이터 입수동작이 시작된다.
상기 Z 위상신호 및 센서신호가 수신된 후 상기 화상데이터 입수동작이 시작될 때까지의 시간, 즉 주기가 매우 짧기 때문에, 도 13에 나타낸 바와 같이, 상기 레이저빔 방사의 연속동작과 화상데이터 입수동작이 상기 처리회로(34)가 아닌 하드웨어에 의하여, 상기 다각형 거울(12)면의 면기점을 나타내는 회전량신호와 동기하여 자동적으로 실행된다. 이러한 동작을 실행하기 위하여, 상기 타이밍 생성회로(36)는 화상데이터 입수타이밍을 출력한다. 이 화상데이터 입수타이밍의 출력에 의하여, 예를 들면, 1,000 라인의 화상데이터가 입수된다. 이처럼, 상기 회전량신호(20)를 입수하는 시간은 상기 기준위치[다각형 거울(12)의 각 거울면의 면기점]로 취급되어, 상기 화상데이터 입수를 위한 시작기준값으로 정해진다. 예를 들면, 부품당 1,000 라인의 화상데이터가 입수되는 경우, 1,000 라인의 화상데이터를 입수함으로써 상기 부품에 대한 상기 화상입수동작이 자동적으로 완료된다.
상기 두 개의 아날로그신호는 이러한 방식으로, 상기 각각의 PSD 출력(18a,18b)으로부터 입력되며, 또한, 도 12에 나타낸 바와 같이, 증폭회로(202)에 의해 증폭된다. 이후, 이들 두 개 아날로그신호는 상기 인터페이스회로(37)를 거쳐 상기 높이계산회로(38)의 A-D변환회로(41)에 의해 아날로그-디지털 변환된다. 다음으로, 리드높이위치를 계산하기 위하여, 상기 PSD 출력(18a, 18b)으로부터 디지털화된 상기 두 신호 각각에 의거하여 상기 높이계산이 실행된다. 여기서, 상기 디지털화된 신호값이 허용가능 범위에 있으면, 상기 데이터는 정상 데이터로 취급되어 이 데이터를 연속적으로 처리한다. 상기 값이 허용가능 범위내에 있지 않으면, 이 데이터는 무시된다. 즉, 상기 두 PSD 출력(18a, 18b)에 있어서, 어느 하나만이 허용가능 범위에 있는 경우, 해당 범위내의 PSD 출력만을 사용한다. 상기 두 개의 PSD 출력이 모두 허용가능 범위에 있는 경우, 이들 값의 평균값을 취한다. 상기 PSD 출력이 모두 허용가능 범위에 있지 않으면, 이들 PSD 출력은 연속 처리를 거치지 않고 에러발생으로 처리된다.
상기 리드높이 데이터가 상기 방식으로 계산된 이후, 상기 높이보정회로(45)를 통해 높이보정이 실행된다. 이 높이보정은 PSD(17a, 17b)에 입사하는 빔의 위치가 선형적으로 변하더라도, PSD(17a, 17b)상의 해당 위치가 선형적으로 변하지 않는 사실때문에, 반드시 실행되어야 한다. 상기 높이보정은 보정을 위한 테이블 또는 곡선방정식을 미리 저장하고 이에 의해 계산된 높이데이터를 보정함으로써 실행되어, 정확한 높이데이터를 얻을 수 있다.
상기 높이가 보정된 높이데이터는 상기 타이밍 생성회로(36)로부터 얻어진 타이밍이 어드레스로서 저장되는 동안, 상기 화상메모리(35)에 입력된다.
이어서, 상기 회전량 검출회로(28)와 상기 이동량 검출회로(26)에 대한 상기 비교회로(30)에서의 비교결과로서 상기 저장회로(32)에 저장된 데이터에 의거하여 상기 화상데이터가 허용가능 범위내에 있는지 여부를 결정하게 된다. 허용가능 범위내에 있지 않으면, 상기 화상메모리(35)에 저장된 화상데이터는 무효 데이터로 처리된다. 상기 화상데이터가 허용가능 범위에 있는 경우, 이 화상메모리(35)에 저장된 데이터는 상기 처리회로(34)에 의해 판독되어 상기 부품의 위치결정 같은 화상처리가 실행된다.
다음, 보다 상세한 설명을 위하여, 상기 화상입수동작의 흐름의 일례와 하나의 부품(2)에 대한 입수한 화상처리동작을 흐름도로서 도 14에 도시했다.
도 14에서 보는 바와 같이, 우선, 상기 부품(2)에 대한 화상입수가 스텝(＃60)에서 실행된다.
다음으로, 스텝(＃61)에서, 화상이 입수된 상기 부품(2)의 리드들의 위치결정이 실행된다. 상기 위치결정에 관해서는 다양한 방법(알고리즘)들이 있지만, 하나의 대표적 예를 아래에 설명한다. 위치결정은 다음과 같은 방법으로 행하는 것이 바람직하다. 먼저, 도 15A에 나타낸 바와 같이, QFP같은 상기 4각형 부품(2)의 일측에서 상기 리드 기울어짐을 대략 검출한다. 다음, 도 15B와 같이, 검출된 이들 리드 가운데 임의로 선택된 두 리드의 위치를 대략 검출한다. 끝으로, 도 15C에 나타낸 바와 같이, 상기 대략 검출된 리드위치에 의거하여 상기 부품 일측에서의 리드위치들을 정확하게 검출한다. 이러한 방식으로 QFP같은 4각형 부품의 일측에서 리드위치가 검출되면, 도 15C에서와 같이, 상기 검출된 일측의 리드위치들에 의거하여 나머지 리드위치들 또한 정확하게 검출한다.
뒤이어, 스텝(＃62)에서는 상기 리드 피치를 수용할 수 있는지를 결정한다. 수용 가능한 경우, 스텝(＃63)에서, 각각의 리드높이를 다음과 같은 방법으로 계산한다. 상기 높이계산에 있어서는, 도 17에 나타낸 바와 같이, 스텝(＃61)에서 구한 리드위치 정보에 의거하여 각각의 리드의 리드 선단부(204)(도 17상에서 빗금 친 부분) 주위 다수 픽셀(도 17상의 작은 정사각형 각각에 해당함)의 높이정보(상기 화상메모리에 저장된 데이터 자체임)를 평균함으로써 리드높이를 얻을 수 있다. 각 리드의 3차원 위치는 상기 위치결정동작을 통해 구한 각각의 리드위치에 상기 리드높이를 부가함으로써 구한 정보(xi, yi, zi)이며, 이때, i = 1, …, n(n은 리드수임)이다.
이어서, 스텝(＃64)에서, 가상면(장착면)이 계산된다. 여기서, 이 가상면에 관해 설명한다. 일반적으로, QFP 등 다수의 리드를 갖는 각 부품을 기판상에 실장하는 경우, 이 부품의 리드의 일부가 상기 기판의 전극으로부터 분리될 수 있는데, 이를 리드부상 상태라 한다. 기판상에 부품을 실장하기에 앞서 부품의 리드부상을 검출하기 위한 리드부상 검출동작이 스텝(＃65)에서 실행된다. 이러한 처리가 도 16A에 도시한 바와 같이, 노즐(7a)에 의해 상기 부품(2)이 흡착되는 상태에서 실행되는 경우, 부품(2)을 기울어진 상태로 흡착할 수도 있다. 따라서, 이러한 부품의 기울어짐으로 인하여, 각 리드의 높이계산을 통해 정확한 리드부상을 간단하게 구하지 못할 수도 있다. 따라서, 부품이 실장되는 접촉면인 가상면을 구하고, 가상거리부터 각 리드까지의 거리를 구해 상기 리드부상량을 계산할 필요가 있게 된다. 도 16A에 있어서, 참조번호 '201'은 기준면을 표시하며, '200'은 상기 노즐(7a)에 의해 흡착된 부품(2)의 기울어짐에 따른 두 리드높이 사이의 에러(H1∼H2)를 표시한다.
상기 가상면(202)은 부품(2)의 3 리드위치로 구성된 면이며, 다음의 두 조건을 만족하는 면이 상기 가상면(202)의 구성점으로서 될 수 있다.
(1) 도 16B에 나타낸 바와 같이, 모든 리드위치들이 상기 가상면(202)상 또는 그 위쪽에 있을 것.
(2) 도 16C에 나타낸 바와 같이, 상기 부품(2)의 무게중심이 가상면(202)상에 방사된 지점(무게중심 방사점)(203)이 가상면(202)을 구성하는 리드위치의 3지점으로 형성된 삼각형내에 있을 것.
다음, 스텝(＃63)에서 계산된 상기 높이와 스텝(＃64)에서 구한 상기 가상면에 의거하여, 스텝(＃65)에서는 상기 리드부상량이 허용가능 범위에 있는지 여부를 결정하게 된다. 상기 리드부상량은 전체 리드들의 3차원 위치로부터 구한 가상면과 상기 리드간의 거리를 계산함으로써 얻어진다. 이 거리는 상기 가상면으로부터 각 리드의 리드부상량을 의미한다. 리드부상량이 허용가능 범위에 있으면, 화상처리동작은 완료된다. 반대로, 그 값이 허용가능 범위에 있지 않으면, 화상처리동작은 스텝(＃67)에서 리드부상 에러발생으로 종료된다. 스텝(＃62)에서의 경우, 상기 리드피치가 허용범위에 있지 않으면, 상기 화상처리동작은 스텝(＃66)에서의 피치 에러발생으로 종료된다.
다음으로, 상기 화상입수타이밍 이동을 보정하는 보정처리의 일례를 설명한다.
도 12는 상기 도 7의 주제어부(21)와 상기 각각의 장치들간의 상호관계를 나타낸 도면으로서, 여기서는, 상기 검출회로(26∼29), 비교회로(30, 31), 저장회로(32, 33) 및 처리회로(34)를 하나의 다각형 거울 제어부(200)로 나타낸다. 도 13은 화상입수타이밍을 나타내는 타이밍도이다.
도 12 및 도 13에 있어서, 상기 헤드부(7)의 이동을 따라 상기 부품(2)이 소정위치에 놓이면, 상기 3D 센서(8)는 위치검출센서 신호를 출력하고, 또한, 상기 다각형 거울 제어부(200)는 상기 부품 이동용 모터의 엔코더로부터의 출력중 하나로서 고정위치를 보장하는 상기 Z 위상 생성타이밍에서 화상데이터를 입수하기 위한 예비동작을 한다.
상기 제어부(200)가 예비동작에 들어간 후, 상기 다각형 거울(12)의 면기점의 검출동작과 동기하여 각 라인별로 실제 화상데이터가 입수된다. 즉, 다각형 거울(20)의 면기점을 나타내는 상기 회전량신호(20)가 검출되고, 이어서, 상기 반도체(10)의 레이저빔 방사와 동시에 상기 화상입수가 실행된다.
이때, 도 13에 나타낸 바와 같이, 헤드부(7)가 화상데이터 입수위치에 위치한 후, 화상데이터 입수가 실제로 개시되기까지 시간지연이 있게 된다. 이 시간지연에는 상기 헤드부(7) 및 상기 다각형 거울(12)의 동기화동작으로 인해 화상입수동작 전까지 상기 부품(2)이 이동하는 량(t)과, 상기 회로들의 셋업으로 인한 고정시간인 준비기간에 따른 지연이 포함된다.
상기 시간지연이 지나면, 상기 다각형 거울(12)과 동기하여 한 프레임의 화상이 입수된다.
따라서, 상기 부품(2)이 상기 3D 센서(8)의 화상입수 시작위치에 놓인 후, 3D 센서(8)의 상기 다각형 거울(12)이 스캐닝 시작위치에 이르기까지, 상기 부품(2)이 이동한 거리는 카운팅회로(300)를 통하여 부품(2) 이동용 모터의 엔코더출력(AB 위상)을 카운트함으로써 구해지며, 그 결과는 상기 처리회로(34)로 출력된다. 이어서, 상기 결과를 근거로 하여 상기 부품(2)의 위치결정이 실행됨으로써, 상기 타이밍 이동의 변화로 인한 위치결정 정확도 저하를 방지하는 결과를 얻게 된다. 따라서, 높은 정확도에서 위치결정을 실행할 수 있다.
상기 부품(2)이 비록 실시예의 헤드부(7)의 단일 흡입노즐에 의해 흡착되지만, 본 발명은 상기 헤드부(7)가 다수의 노즐을 갖는 경우에도 적용할 수 있다. 이들 다수의 노즐에 의해 다수의 부품이 각각 흡착되는 경우, 위치결정 및 부품 형상 검사는 연속적으로 실행되며, 예를 들어, 부품당 1,000 라인의 화상데이터가 입수되고, 4개 노즐에 대해 4,000 라인의 화상데이터가 입수되는 한편, 각각의 1,000 라인의 화상데이터가 한 부품의 화상데이터로 처리된다.
상기 위치결정 및 3차원 형상 검사에 소요되는 시간은 처리시간에 있어 큰 비중을 차지한다. 그러나, 본 발명에 따르면, 상기 다수의 노즐에 의해 흡착된 다수 부품의 3차원 화상이 상기 3D 센서에 의해 연속적으로 입수됨에 이어 이 부품들이 노즐에 의해 기판상에 차례로 실장되는 경우, 상기 부품 흡착위치로부터 부품실장위치까지의 부품이동에 소요되는 시간은 하나의 부품이 하나의 노즐에 의해 흡착, 이동하는 경우이든, 다수의 부품이 다수 노즐에 의해 흡착, 이동하는 경우이든 거의 일정하며, 처리시간 감소면에서는 특히 큰 효과를 얻을 수 있다.
도 18에 나타낸 바와 같이, 상기 연속적 화상처리의 순서는 다수의 노즐을 갖는 상기 헤드부(7)내에서 부품(2)들의 실장순서에 따라 적절히 변경할 수 있다. 즉, 예를 들면, 네 개의 노즐(N0.1∼No.4)이 번호순서대로 상기 부품들(2)을 흡착하며, 그 입수된 화상데이터가 상기 화상메모리(35)에 저장되고, 이들 부품들이 역시 No.1부터 No.4의 순서로 상기 네 개 노즐에 의해 기판상에 실장되는 경우를 가정한다. 이 경우, 각각의 화상데이터가 입수될 때마다, 입수된 화상데이터의 화상처리를 다른 부품의 화상데이터의 화상처리보다 우선적으로 실행해야 할 것인지를 결정한다. 그렇게 되면, 최고 우선 순위를 갖는 부품의 화상처리를 기타 부품의 화상처리에 앞서 실행할 수 있게 된다. 상기 경우에 있어서는 실장동작 중 최우선으로 화상처리가 실행되기 때문에, 다른 부품들의 화상처리가 실행되는 중이라 하더라도, 상기 우선적 화상처리가 완료된 후에 상기 실장동작을 실행할 수 있다.
나아가, 상기 설명을 통해서도 명백하듯이, 해상도를 향상시킴에 있어서는 상기 클록속도의 향상뿐 아니라 동시에 상기 x-축 로봇(5)의 감속을 필요로 한다.
어느 경우든, QFP 또는 커넥터 같은 좁은 피치의 부품을 유지하기 위해서는 다소 낮은 해상도하에서 측정될 수 있는 부품이 가장 빠른 가능한 스캐닝으로 화상을 형성하는 동안, 화상의 해상도를 향상시키는 것이 필수적이다. 이 경우, 상기 해상도를 향상시키는 수단이 아주 효과적이다.
앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 3차원 화상입수장치를 이용함으로써 하나의 높이화상이 입수되며, 또한, 상기 3차원 화상입수장치에 의해 입수된 3차원 화상에 대한 화상처리가 실행된다. 결과적으로, 실장대상 전자부품들의 위치결정, 및 동일평면성 검사로 대표되는 상기 3차원 부품 형상 검사를 한 공정내에서 동시에 실행할 수 있다.
따라서, 동일평면성 검사 등 3차원 형상 검사를 요하는 부품들을 실장하는 공정에 있어 실장 처리시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 상기 헤드부를 이동시키기 위한 일례로, x-축 로봇 또는 y-축 로봇 같은 헤드부 이동장치의 동작속도를 일정하게 할 수 있으며, 상기 부품의 이동에 있어 그 이동동작 전후 실장동작 사이의 정지를 없앨 수 있다. 이외에, 비동기의 두 축(상기 헤드부 이동장치 구동축 및 상기 다각형 거울 구동축)을 기본적으로 기계식으로 동작시켜도 무방하다. 따라서, 상기 3차원 화상입수장치를 통해 3차원 화상을 입수함으로써 상기 수직 및 수평 픽셀사이즈(해상도)가 보장되는 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 이에 의해 부품실장 중 입수한 화상에 있어 수평 및 수직 픽셀 사이즈(해상도)를 보장할 수 있게 된다.
나아가, QFP 및 커넥터 등 좁은 피치 부품들을 실장함에 있어서, 부품의 입수화상에 있어 해상도가 향상된 부품 화상을 입수할 수 있다. 한편, 다소 낮은 해상도에서 측정 가능한 부품들을 실장함에 있어서는, 실장부품의 입수화상에 있어서, 픽셀 정상도를 유지하는 가운데, 낮은 해상도(상기 향상된 해상도와 비교시)로빠른 스캐닝에 의해 화상입수를 할 수 있다.
따라서, QFP 및 커넥터와 같은 좁은 피치 부품들을 실장함에 있어서, 전자부품 실장장치는 실장에 있어 빠른 속도 및 높은 해상도(높은 정확도)에 대해 유연하게 적용할 수 있다.
상기 실시예들에서는 헤드부(7)의 x-축 로봇(5)위의 기준위치로부터의 상대위치 검출에 상기 엔코더(24) 출력을 이용하고 있지만, 상기 헤드부(7)의 위치는 상기 x-축 로봇(5)에 리니어스케일(linear scale)을 직접 갖다대고 검출할 수 있다.
1996년 4월 23일 출원된 일본특허출원 제8-100744호의 명세서, 청구범위, 도면 및 요약서를 포함한 전문을 여기서는 참고문헌으로 인용한다.
이상, 첨부도면을 참조로 한 바람직한 실시예와 관련지어 본 발명을 상세히 설명했으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변경 및 수정이 명백히 가능한 것임을 주목해야 한다. 첨부 특허청구범위에 의해 한정된 발명의 기본취지를 벗어나지 않는 한, 그러한 변경 및 수정 역시 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
상기와 같이, 본 발명의 전자부품 실장장치는, QFP 및 커넥터 등 좁은 피치 전자부품들을 신속 정확하게 기판상에 실장할 수 있는 장치로서, 관련 전자산업 분야의 품질 및 생산성 향상에 크게 기여할 수 있다.

Claims (7)

  1. 실장대상 전자부품(2)을 기판상으로 공급하기 위한 부품공급부(4);
    상기 부품공급부(4)로부터 공급된 상기 전자부품(2)을 잡아주는 헤드부(7);
    전자부품(2)을 잡고 있는 상기 헤드부(7)를 이동시키는 헤드부 이동장치(5, 6);
    상기 헤드부(7)의 이동영역 하방에 위치하여, 헤드부(7)에 잡힌 상기 부품(2)을 레이저빔으로 라인 스캐닝하여, 각각의 스캐닝 라인으로부터, 부품이 기판에 실장되기 이전에 상기 부품이 현재 위치한 위치의 위치데이터 및 그 위치데이터에 대응하는 부품(2)의 높이데이터를 입수하는 3차원 화상입수장치(8);
    상기 3차원 화상입수장치(8)로부터 얻은 상기 높이데이터를 3차원 화상데이터로서 저장하기 위한 화상메모리(35); 및
    상기 전자부품(2)의 3차원 화상데이터에 대해 화상처리를 실행하여, 상기 전자부품의 위치결정 및 상기 전자부품의 3차원 부품 형상 검사를 위한 정보를 획득하는 제어부(21)를 포함하는데, 상기 부품은 상기 위치의 상기 입수높이데이터 및 상기 입수위치데이터, 그리고 3차원 화상데이터의 화상처리결과로서 상기 전자부품의 위치결정 및 상기 전자부품의 3차원 부품 형상 검사를 위한 정보에 의거하여 헤드부에 의해 상기 기판에 실장되는 것을 특징으로 하는 전자부품 실장장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 전자부품이 상기 3차원 화상입수장치위에서 이동하는 방향과 수직인 방향에서 상기 레이저빔 스캐닝으로 획득한 전자부품의 3차원 화상데이터가 상기 화상메모리에 기록되며, 상기 전자부품을 이동시키기 위한 상기 이동장치의 동작속도가 일정하도록 배치된 것을 특징으로 하는 전자부품 실장장치.
  3. 실장대상 전자부품(2)을 기판위로 이동시키는 이동장치(5, 6);
    상기 이동장치 하방의 한 위치에 위치한 다각형 거울(8);
    상기 다각형 거울에 대해 레이저빔을 방사하는 반도체 레이저(10);
    상기 다각형 거울 주위의 한 위치에 배치된 위치감지장치(17a, 17b); 및
    상기 전자부품 바닥면에 부딪히는 레이저빔을 상기 위치감지장치상의 한 화상으로 형성하기 위한 화상형성렌즈(16a, 16b)를 포함하며,
    상기 반도체 레이저는 그 레이저빔이 회전하는 상기 다각형 거울에 부딪혀서 반사되어, 다각형 거울 위를 통과하는 전자부품 바닥면에 부딪히도록 배치되며, 상기 위치감지장치를 통해 출력된 계산데이터에 의해 입수한 전자부품의 3차원 화상은 상기 이동장치에 의한 다각형 거울 위의 전자부품의 통과동작과 상기 다각형 거울의 회전동작에 의해 개시되는 레이저 스캐닝에 의해 화상메모리에 기록되어, 상기 전자부품의 위치결정 및 형상 검사가 3차원 화상을 통해 실행되며, 상기 부품이 그 위치결정 및 형상 검사 결과에 의거하여 상기 기판상에 실장되는 것을 특징으로 하는 전자부품 실장장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 이동장치의 기준위치로부터 이 이동장치의 이동량을 계산하는 이동량 검출회로(26);
    상기 다각형 거울의 회전량신호를 수신하여 이 다각형 거울의 기준위치로부터 다각형 거울의 회전량을 계산하는 회전량 검출회로(28); 및
    상기 이동장치의 이동량과 상기 다각형 거울의 회전량을 상호 비교하는 제1 비교회로(30)를 추가로 포함하며,
    상기 제1비교회로로부터 입수한 비교결과, 상기 이동장치의 이동량과 상기 다각형 거울 회전량간의 차이가 허용가능 범위에 있는 경우, 상기 화상메모리내 저장된 데이터를 유효 데이터로 처리하는 한편, 그 차이가 상기 허용가능 범위를 벗어나는 경우, 상기 화상메모리에 저장된 데이터를 무효 데이터로 처리하는 것을 특징으로 하는 전자부품 실장장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 각 시간의 상기 이동장치의 이동속도를 계산하는 이동속도 검출회로(27);
    상기 다각형 거울의 회전량신호를 수신하여, 각 시간의 상기 다각형 거울의 회전속도를 계산하는 회전속도 검출회로(29); 및
    상기 이동장치의 이동속도 및 상기 다각형 거울의 회전속도를 상호 비교하는 제2비교회로(31)를 추가로 포함하며,
    상기 제2비교회로로부터 얻어진 비교결과, 상기 이동장치의 이동속도 및 상기 다각형 거울 회전속도간 차이가 허용가능 범위에 있는 경우, 상기 화상메모리에저장된 데이터를 유효 데이터로 처리하는 한편, 그 차이가 상기 허용가능 범위를 벗어나는 경우, 상기 화상메모리에 저장된 데이터를 무효 데이터로 처리하는 것을 특징으로 하는 전자부품 실장장치.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 3차원 화상이 입수된 기본 클록속도를 변경하는 클록속도 변경수단을 추가로 포함하며,
    상기 3차원 화상을 위해 고해상도가 필요한 경우, 상기 이동장치의 이동속도를 보다 늦추는 한편, 상기 클록속도 변경수단에 의해 상기 기본클록속도를 빠르게 하고, 상기 3차원 화상입수를 위해 고속도가 필요한 경우, 상기 이동장치의 이동속도를 빠르게 하는 한편, 상기 클록속도 변경수단에 의해 상기 기본클록속도를 늦추는 것을 특징으로 하는 전자부품 실장장치.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 부품이 화상데이터 입수 시작위치에 위치한 후, 라인 스캐닝의 유효 레이저빔 시작위치에 이르기까지의 시간동안, 상기 부품이 이동한 거리를 계산하는 장치(300)를 추가로 포함하며,
    상기 계산수단에 의해 계산된 상기 거리를 고려하여, 상기 부품의 위치결정이 상기 3차원 화상을 이용하여 실행되는 것을 특징으로 하는 전자부품 실장장치.
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