KR100573583B1 - 칩 마운터의 정렬 장치 - Google Patents

Abstract

이 발명의 특징에 따른 칩 마운터의 정렬 장치는 광원, 제1 렌즈부, 반사형 프리즘, 제2 렌즈부, 반사부, 및 광 검출부를 포함한다. 상기 광원은 상기 제1 렌즈부로 광을 조사하고, 상기 제1 렌즈부는 입사하는 광을 광축에 평행한 광 즉, 콜리메이션 광이 되도록 한다. 반사형 프리즘은 광 조사부로부터 입사하는 광의 광축 상에 위치하여 입사 광의 경로를 90°전환시킨다. 제2 렌즈부는 반사형 프리즘에 의해 반사된 광을 일정 굴절력으로 굴절시킨다. 반사부는 렌즈부에 의해 굴절된 각도에 대응하는 반사각으로 입사 광을 상기 렌즈부로 반사시킨다. 광 검출부는 상기 반사부에 의해 반사되어 상기 렌즈부를 통과하여 입사하는 광을 전기적 신호로 변환시켜 출력한다.

이 발명의 실시예에 따르면, 이 발명은 종래와 동일한 효과를 가지면서 구성되는 부품의 수가 적고, 원가를 줄이는 효과가 있다.

미러, 칩 마운터, 얼라이너, 렌즈, 광학

Description

칩 마운터의 정렬 장치{A DEVICE FOR ARRANGING A CHIP MOUNTER}

도1은 종래의 칩 마운터에 장착된 얼라이너의 구성도이다.

도2a와 도2b는 이 발명의 실시예에 따른 칩 마운터의 정렬 장치에 적용된 광학 원칙을 설명하기 위한 도면이다.

도3은 이 발명의 제1 실시예에 따른 칩 마운터의 정렬 장치에 대한 평면도이다.

도4는 이 발명의 제1 실시예에 따른 칩 마운터의 정렬 장치에 대한 정면도이다.

도5는 도4의 슬릿을 통과한 광이 미러에 의해 경로를 전환하는 것을 보인 도면이다.

도6은 이 발명의 제2 실시예에 따른 칩 마운터의 정렬 장치의 평면도이다.

이 발명은 칩 마운터에 관한 것으로, 특히 칩 마운터의 픽업 장치에 픽업되는 부품을 센터링하기 위한 칩 마운터의 정렬 장치에 관한 것이다.

칩 마운터는 픽업 장치를 이용하여 작은 전기 및 전자 부품을 전자회로기판 에 실장하는 장치로서, 선행 기술로서 미국특허공개공보 USP 5,559,727호, USP 5,429,356호, USP 5,491,888호 등이 알려져있다.

이러한 칩 마운터는 픽업 장치에 의해 픽업된 전자 부품을 센터링하기 위한 장치(이하 얼라이너(aligner)라 한다.)를 장착하고 있는데, 얼라이너는 전자 부품의 센터링을 통해 픽업된 전자 부품이 전자회로기판의 실장될 위치에 정확히 실장되도록 한다.

도1은 종래의 칩 마운터에 장착된 정렬 장치의 구성도이다.

도1에 도시되어 있듯이, 종래의 정렬 장치는 크게 LD(Laser Diode)(11), 확산 렌즈(12) 및 콜리메이팅(collimating) 렌즈(13)를 포함하는 광 조사부(10)와, 프리즘(21), 오브젝트(object) 렌즈(22), 슬릿(23), 루프(roof) 프리즘(24), 릴레이(relay) 렌즈(25) 및 광 검출 센서(26)를 포함하는 광 검출부(20)로 이루어져 있다. 여기서, 광 조사부(10)와 광 검출부(20) 사이에 위치한 부분에는 픽업 헤드(30)가 위치하고, 픽업 헤드(30)의 끝단에 노즐(31)이 장착되고, 노즐(31)에 의해 반도체 부품(40)이 흡착 고정된다.

따라서, 정렬 장치의 광 조사부(10)는 광원인 LD(11)에 의해 조사된 광이 확산 렌즈(12)에 의해 부채꼴 형태로 펼치지고, 콜리메이팅 렌즈(13)에 의해 평행하게 조사되어 반도체 부품(40)을 조사한다. 여기서, LD(11)는 이 발명의 실시예에서따른 가장 바람직한 실시예로 사용하고 있을뿐, 이 발명은 광원으로서 LD(11)에 한정하되지 않고, LD 이외에 LD와 같이 광을 한방향으로 조사하는 소자를 사용할 수 있다.

이렇게 반도체 부품(40)을 조사한 광은 프리즘(21)에 의해 90°방향이 전환되고, 오브젝트 렌즈(22)과 슬릿(23)을 통과하여 루프 프리즘(24)에 의해 180°방향 전환되어 릴레이 렌즈(25)를 통해 광 검출 센서(26)에 결상된다. 광 검출 센서(26)는 결상된 전자 부품의 상에 대한 전기적 신호를 케이블 커넥터(27)를 통해 도시하지 않은 컴퓨터 프로세서로 출력하고, 컴퓨터 프로세서는 광 검출 센서(26)로부터 입력되는 신호를 디지털 신호 처리하여 밝기에 대한 레벨차로 디스플레이되도록 제어한다. 따라서, 사용자는 픽업된 전자 부품의 상태를 확인하는 것이 가능하고, 이에 따라 픽업된 전자 부품의 상태를 가변시켜 전자 부품을 센터링할 수 있다.

그러나, 종래의 칩 마운터의 얼라이너는 구성되는 부품의 수가 많아 원가 부담이 크고, 장치내 차지하는 면적이 큰 단점이 있다.

이 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 간단한 구성으로 컴팩트한 칩 마운터의 정렬 장치를 제공한다.

이 발명의 특징에 따른 칩 마운터의 정렬 장치는 광원, 제1 렌즈부, 반사형 프리즘, 제2 렌즈부, 반사부, 및 광 검출부를 포함한다.

상기 광원은 상기 제1 렌즈부로 광을 조사하고, 상기 제1 렌즈부는 입사하는 광을 광축에 평행한 광 즉, 콜리메이션 광이 되도록 한다. 반사형 프리즘은 광 조사부로부터 입사하는 광의 광축 상에 위치하여 입사 광의 경로를 90°전환시킨다. 제2 렌즈부는 반사형 프리즘에 의해 반사된 광을 일정 굴절력으로 굴절시킨다. 반사부는 렌즈부에 의해 굴절된 각도에 대응하는 반사각으로 입사 광을 상기 렌즈부로 반사시킨다. 광 검출부는 상기 반사부에 의해 반사되어 상기 렌즈부를 통과하여 입사하는 광을 전기적 신호로 변환시켜 출력한다.

이상과 같이 구성된 이 발명의 특징에 따른 칩 마운터의 정렬 장치는 렌즈에 대한 초점과 평행 광선과의 관계를 이용한다. 즉, 상기 관계는 렌즈를 대칭으로 초점위치와 광원이 동일거리에 있으면 광원으로부터 조사되는 광은 상기 렌즈에 의해 평행광이 되고, 무한 광원으로부터 입사하는 평행 광은 상기 렌즈에 의해 초점을 형성하는 것이다.

따라서, 이 발명은 상기 제2 렌즈부와 반사부 간의 거리와 상기 광원과 제1 렌즈부간의 거리가 같도록 위치시킨다. 그리고, 상기 제2 렌즈부의 초점 거리에 반사부를 위치시켜 상기 제2 렌즈부를 통해 상기 반사부에 입사한 광이 상기 반사부에 의해 반사되어 다시 상기 제2 렌즈부로 입사되어 광축에 평행한 광이 되도록 한다.

이하, 첨부한 도2 내지 도5를 참조로 이 발명의 제1 실시예에 따른 칩 마운터의 정렬 장치를 설명한다.

우선, 도2를 참조로 이 발명에 적용되는 렌즈에 대한 초점과 평행 광선과의 관계 및 기본적인 광학 법칙을 설명한다.

도2a와 도2b는 이 발명의 실시예에 따른 칩 마운터의 정렬 장치에 적용된 광학 원칙을 설명하기 위한 도면이다. 도2a는 이 발명에 적용된 렌즈에 대한 초점과 평행광선과의 관계를 나타낸 도면이고, 도2b는 이 발명에 적용된 기하광학의 기본법칙이다.

도2a에 도시되어 있듯이, 렌즈(10)는 광축을 중심으로 좌우 대칭이고, 좌측의 무한 광원에서 입사하는 광은 렌즈(10)에 의해 초점 거리인 f2에 초점을 맺는다. 또한, 렌즈(10)의 초점 거리(f2)와 같은 거리에 있는 좌측 지점(f1)에 점광원을 둘 경우, 이 점광원에서 조사하는 광은 렌즈(10)로 입사하여 점선으로 도시한 평행광을 만들어 진행하게 된다.

도2b는 서로 다른 매질의 경계면에서는 반사의 법칙과 굴절의 법칙에 따라 경계면에 입사하는 광선(P1)의 광로가 변경됨을 보여준다.

N1과 N2는 굴절율을 나타내며, 경계면(AB)을 경계로 상측(N1측)와 하측(N2측)은 서로 다른 매질로 되어 있고, 입사 광선(P1)이 경계면(AB)에서 θ1의 각도로 입사할 때 θ2의 각도로 굴절되고, θ3의 각도로 반사된다. 도2에서 CD는 매질의 경계면의 법선이다.

이상을 통해 굴절의 법칙은 입사 매질의 굴절율과 입사각의 곱은 굴절매질의 굴절율과 굴절각을 곱한 것임을 알수 있으며, 이를 수식으로 나타내면, N1×SINθ1=N2×SINθ2이다. 또한, 반사의 법칙은 입사각과 반사각은 같음을 알 수 있는데, 이를 수식으로 나타내면, θ1=θ2이다.

상기 도2a와 도2b에 도시된 광학 기본 원리에 따라 이 발명의 제1 실시예에 따른 칩 마운터의 정렬 장치는 구성되는 부품의 수 즉, 렌즈 및 프리즘의 수를 줄이기 위해 도3과 같은 구성을 가진다.

도3은 이 발명의 제1 실시예에 따른 칩 마운터의 정렬 장치에 대한 평면도이다. 도3에 도시되어 있듯이, 이 발명은 LD(100), 제1 콜리메이션 렌즈(200), 슬릿(300), 반사형 프리즘(400), 제2 콜리메이션 렌즈(500), 반사 미러(600), CCD(700)를 포함한다.

LD(100)는 제2 콜리메이션 렌즈(500)의 초점 거리(Y2)만큼 제1 콜리메이션 렌즈(200)와 간격을 이루고 있고, 제2 콜리메이션(500)의 초점 위치에 반사 미러(600)를 위치시켜 제2 콜리메이션(500)로부터 입사하는 광을 다시 제2 콜리메이션 렌즈(500)에 입사하도록 한다. 이때, 제1 콜리메이션(200)의 우측에 슬릿(300)을 위치시켜 주변의 잡광을 제거하고 제1 콜리메이션(200)을 통과한 광이 광축에 나란하게 진행하도록 한다. 여기서, 제2 콜리메이션 렌즈(500)을 투과한 광이 반사 미러(600)에 의해 다시 제2 콜리메이션 렌즈(500)로 입사하는 광의 경로를 점선으로 표기하였다. 반사 미러(600)는 제2 콜리메이션 렌즈(500)와 같이 광축상에 대해 수직으로 설치되어 있다.

따라서, LD(100)에서 발광한 광은 부채꼴 형태로 제1 콜리메이션 렌즈(200)에 입사하고, 제1 콜리메이션 렌즈(200)는 입사하는 광을 광축에 평행하도록 굴절시킨다. 이때, 제1 콜리메이션 렌즈(200)는 광축을 중심으로 좌우 대칭을 이룬다. 반사형 프리즘(400)은 제1 콜리메이션 렌즈(200)를 통해 입사하는 광로를 전환시키고, 제2 콜리메이션 렌즈(500)는 입사하는 광을 광축에 평행하도록 하고, 반사 미러(600)를 입사하는 광을 반사형 반사형 프리즘(400) 쪽으로 반사시키고, 반사형 프리즘(400)은 반사 미러(600)에 의해 반사되어 입사하는 광을 CDD(700)에 결상하 도록 한다.

이하, 도3에 도시된 이 발명의 제1 실시예에 따른 칩 마운터의 정렬 장치는 도4에 따른 설명에 의해 그 동작 및 구성이 명백해질 것이다.

도4는 이 발명의 제1 실시예에 따른 칩 마운터의 정렬 장치에 대한 정면도이다. 도4에 도시되어 있듯이, 반사형 프리즘(400)는 슬릿(300)을 통과한 광의 축상에 위치하고 있으며, 입사하는 광의 경로를 90°전환시킨다. 제2 콜리메이션 렌즈(500)는 슬릿(300)을 통과한 광의 축에 대해 수직을 이루는 반사형 프리즘(400)의 상측에 위치하며, 반사형 프리즘(400)에 의해 반사된 광을 일정 굴절력으로 굴절시킨다. 즉, 제2 콜리메이션 렌즈(500)는 반사 미러(600)에 입사하는 광이 일정 각도를 가지도록 한다. 그러면, 반사 미러(600)는 도2b에 도시한 바와같이 입사하는 광의 각도에 대응하여 광을 반사시킨다. 이때, 제2 콜리메이션 렌즈(500)의 굴절력은 반사 미러(600)에 의해 반사된 광이 다시 제2 콜리메이션 렌즈(500)로 입사하도록 조절한다.

이상과 같이 슬릿(300)을 통과한 광이 반사 미러(600)에 의해 제2 콜리메이션 렌즈(600)로 다시 입사하는 것은 도5에 상세히 도시되어 있다.

도5는 도4의 슬릿을 통과한 광이 미러에 의해 경로를 전환하는 것을 보인 도면이다. 도5에 도시되어 있듯이 슬릿(300)을 통과한 광은 제2 콜리메이션 렌즈(500)에 입사되어 θ1의 각도로 반사 미러(600)에 입사하고, θ1의 각도로 반사하여 다시 제2 콜리메이션 렌즈(500)에 입사한다. 여기서. 제2 콜리메이션 렌즈(500)는 도2a와 같이 광축에 평행한 광은 일정 굴절력으로 굴절시키고, 일정 각도로 입사하는 광은 광축에 평행하도록 한다.

한편, 도4와 도5와 같이 반사 미러(600)에 의해 반사되어 제2 콜리메이션 렌즈(500)를 통과한 광은 CCD(700)에 입사하고, CCD(700)는 입사하는 광 신호를 전기적 신호로 변환하여 도시하지 않은 컴퓨터 프로세서로 출력한다.

여기서, 도4에 빗금친 부분(H)은 픽업 헤드가 위치하는 부분이며, 픽업 헤드에 의해 흡착 고정된 전자 부품은 슬릿(300)을 통과한 광의 축상에 놓여지게 된다. 그러므로, CCD(700)에 결상되는 상은 픽업 헤드에 의해 고정되어있는 전자 부품에 대한 상이고, 이러한 전자 부품의 상은 CCD(700)의 전기적 신호에 의해 화상으로 나타나게 된다.

이하, 도6을 참조로 이 발명의 제2 실시예에 따른 칩 마운터의 정렬 장치를 설명한다.

도6은 이 발명의 제2 실시예에 따른 칩 마운터의 정렬 장치의 평면도이다. 도6에 도시되어 있듯이, 이 발명의 제2 실시예에 따른 칩 마운터의 정렬 장치는 LD(100), 제1 콜리메이션 렌즈(200), 슬릿(300), 반사형 프리즘(400), 제2 콜리메이션 렌즈(500), 제1 미러(610), 제2 미러(620) 및 CCD(700)로 이루어진다.

도6에 도시되어 있듯이, 이 발명의 제2 실시예에 따른 칩 마운터의 정렬 장치는 제1 실시예에 따른 구성과 전반적으로 동일하고, 적용되는 원리 또한 동일하다. 여기서, 제2 실시예에 따른 이 발명의 구성 중 동일한 기능을 하는 구성은 제1 실시예와 동일한 도면 부호를 부여하였다.

그러나, 이 발명의 제2 실시예에 따른 칩 마운터의 정렬 장치는 제1 실시예 가 입사하는 광축에 대해 수직으로 설치된 하나의 반사 미러를 가지는 것과 달리, 제1 및 제2 반사 미러(610, 620)인 2개의 반사 미러를 가진다. 여기서, 제1 반사 미러(610)는 입사하는 광의 축에 대해 비스듬이 설치되어 있고, 제2 반사 미러(620)는 제1 반사 미러(610)에 의해 반사된 광을 반사하여 다시 제1 반사 미러(610)로 입사되도록 설치된다. 즉, 제1 미러(610)는 제2 미러(620)에 의해 반사되는 광을 반사하여 제2 콜리메이션 렌즈(500)에 의해 광축에 나란한 콜리메이션 광선이 되도록 설치된다.

결국, 제2 콜리메이션 렌즈(500)과 반사형 프리즘(400)을 통과하여 CCD(700)에 입사하는 광은 이 발명의 제1 실시예와 동일해진다.

여기서, 이 발명의 제2 실시예에 따른 칩 마운터의 정렬 장치는 제1 및 제2 반사 미러(610)의 위치를 제2 콜리메이션 렌즈(500)의 초점 거리에 따르지 않도록 구성할 수 있어 제1 실시예에 비해 좀더 컴팩트화를 실현할 수 있다.

이 발명은 렌즈에 대한 초점과 평행광선과의 원리 및 미러의 반사 법칙을 이용하여 종래와 동일한 효과를 가지면서 구성되는 부품의 수가 적고, 원가를 줄이는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 광을 조사하는 광원;

   제1 콜리메이션 렌즈와, 슬릿을 포함하여 상기 광원에서 조사하는 광을 콜리메이션 광으로 만드는 제1 렌즈부;

   상기 제1 렌즈부로부터 입사하는 콜리메이션 광의 90°전환시키는 반사형 프리즘;

   상기 반사형 프리즘으로부터 입사하는 광을 일정 굴절력으로 굴절시킨는 제2 콜리메이션 렌즈;

   상기 제2 콜리메이션 렌즈로부터 입사하는 광을 반사시켜 상기 제2 콜리메이션 렌즈에 입사시키는 반사부;

   상기 반사부에 반사되어 상기 제2 콜리메이션를 통과한 광을 결상하여, 광 신호를 전기적 신호로 출력하는 광전 소자를

   포함하는 칩 마운터의 정렬 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 광원은,

   상기 제2 콜리메이션 렌즈의 초점 거리만큼 상기 제1 콜리메이션 렌즈와 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 칩 마운터의 정렬 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 반사부는

   상기 제2 콜리메이션 렌즈로부터 입사하는 광의 축에 대해 수직으로 설치된 하나의 반사 미러인 것을 특징으로 하는 칩 마운터의 정렬 장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 반사 미러는

   상기 제2 콜리메이션 렌즈의 초점 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 칩 마운터의 정렬 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 반사부는

   상기 제2 콜리메이션 렌즈로부터 입사하는 광의 축에 비스듬이 위치하여 입사하는 광을 90°이상 반사시키는 제1 반사 미러와,

   상기 제1 반사 미러로부터 반사된 광을 반사하여 다시 제1 반사 미러를 통해 상기 제2 콜리메이션 렌즈로 입사되도록 하는 제2 반사 미러로

   이루어진 것을 특징으로 하는 칩 마운터의 정렬 장치.

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