KR100627065B1 - 부품 실장기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 하나의 카메라를 사용하면서 피듀셜 마크 및 픽업된 전자 부품을 촬영할 수 있는 구조를 가진 부품 실장기를 제공하는 것을 목적으로 하며, 이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전자 부품을 공급하는 부품 공급부와 인쇄회로기판을 이송시키는 컨베이어를 구비한 프레임과, 프레임에 결합되고 부품 공급부로부터 전자 부품을 픽업하여 인쇄회로기판 상에 실장시키는 복수의 노즐 및 노즐에 픽업된 전자 부품 및 인쇄회로기판의 피듀셜 마크를 촬영하는 카메라들을 구비하는 헤드부와, 헤드부를 수평 이동시키는 X-Y축 작동기구와, 상기 프레임에 설치되며 노즐에 픽업된 전자 부품의 영상을 카메라의 결상 위치에 결상시키도록 하는 광학 모듈을 구비한다.

Description

부품 실장기{Chip mounter}

도 1은 종래의 부품 실장기를 도시한 사시도이고,

도 2는 본 발명에 따른 부품 실장기를 도시한 평면도이고,

도 3은 도 2의 헤드부 및 광학 모듈을 확대 도시한 단면도이고,

도 4는 도 3의 변형예이고,

도 5는 도 4의 A부를 도시한 단면도이고,

도 6은 도 2의 부품 실장기의 작용을 도시한 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 부품 실장기 20: 프레임

21: 부품 공급부 23: 컨베이어

30: 헤드부 32: 노즐

40: X-Y축 작동기구 50: 카메라

60: 광학 모듈 61: 광학 케이스

63: 유입 반사경 67: 유출 반사경

70: 렌즈계 72: 회전판

C: 전자 부품 P: 인쇄회로기판

Pm: 피듀셜 마크

본 발명은 부품실장기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전자 부품을 부품 공급부에서 공급받아서 인쇄회로기판에 실장하는 것으로서, 피듀셜 마크 및 노즐에 장착된 전자 부품의 위치를 인식하여 불량여부를 감지하는 부품인식장치를 구비하는 부품 실장기에 관한 것이다.

부품 실장기는 인쇄회로기판(PCB)에 반도체 패키지 등의 부품을 장착하는 작업을 수행하는 장치이다. 최근에는 인쇄회로기판이 고밀도, 고기능을 가지며, 이에 따른 개별적인 집적 회로 전자 부품 또한 마찬가지로 고기능을 가진다. 이로 인하여 전자 회로 기판에 실장되는 출력 핀은 증가하고, 출력 핀들 사이의 간격은 보다 좁아지게 된다.

따라서, 전자 부품을 실장하기 이전에, 전자 부품이 정확한 각도로 회전됨으로써 전자 회로 기판 상에 정확하게 실장되는 것이 요구된다. 상기 부품을 소정 위치에 정확히 장착하기 위해서는, 부품 공급부로부터 공급된 부품이 상기 기판에 장착되기 전에 부품의 흡착상태 및 중심위치가 정확히 확인되어야 할 필요가 있으며, 이를 위하여 부품인식장치가 사용된다.

도 1에는 한국특허공개번호 제1998-0025041호에 개시된 종래의 부품실장기가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 부품 실장기(1)는 베드(2)와, 인쇄회로기판(P)을 소정 위치로 안내하는 동시에 기판 지지 스테이지로서 기능하는 가이드레일(3)과, 인쇄회로기판에 실장될 각종 전자 부품을 지지하는 부품 공급부(4)와, 상기 부품 공급부(4)에 지지되어 있는 전자 부품(C)을 인쇄회로기판(P)에 실장시키기 위해 수직이동을 하여 부품을 흡착 또는 착탈하는 헤드부(8)를 구비한다.

상기 부품 실장기(1)는, 제1카메라(5a) 및 제2카메라(5b)로 이루어진 부품인식장치를 구비한다. 상기 제1카메라(5a)는 베드(2)에 고정되도록 장착되고, 제2카메라(5b)는 헤드부(8)에 고정되어서 헤드부(8)와 함께 이동된다.

상기 헤드부(8)에 구비된 노즐(8a)이 전자 부품(C)을 픽업하기 위해서는, 먼저 제1카메라(5a)의 위치로 헤드부(8)가 이동하여서, 상기 제1카메라(5a)가 노즐(8a)들의 위치를 인식하도록 한다. 그 후에 상기 헤드부(8)가 X축 작동기구(6) 및 Y축 작동기구(7)에 의하여 인쇄회로기판(P) 상으로 이동된 후에 상기 제2카메라(5b)로 인쇄회로기판(P) 상의 피듀셜(fiducial) 마크를 촬영하여서 인쇄회로기판을 정렬하고, 그 후 상기 헤드부(8)가 부품 공급부로 이동하여 헤드부(C)에 구비된 노즐이 전자 부품(C)을 픽업한 후 헤드부(8)가 제1카메라(5a) 상으로 이동하여 촬상하여 보정한 후, 전자 부품(C)이 인쇄회로기판(P)에 장착된다. 이 경우, 제2카메라(5b)에는, 작은 크기의 피듀셜 마크 등을 촬영하기 위하여 시야(FOV;Field Of View)가 협소한 렌즈가 구비되고, 제1카메라(5a)는 전자 부품을 촬영하기 위하여 제2카메라보다 상대적으로 넓은 시야를 가진다.

그런데, 상기와 같은 구조의 부품 실장기용 부품인식장치를 사용하면, 제1카메라(5a)가 베드(2)에 고정되어 있음으로써, 헤드부(8)가 전자 부품(P)을 흡착한 뒤에 바로 인쇄회로기판(P) 상으로 이동하지 않고, 부품을 인식하기 위하여 제1카 메라(5a)의 상측으로 이동되어야 한다. 이로 인하여, 부품장착시간에 지연이 발행하게 되어, 부품실장기의 효율이 감소한다는 문제점이 있다.

이와 더불어, 이러한 종래의 부품 실장기의 부품인식장치들은 각각 베드 및 헤드부에 별도로 배치되고, 이와 더불어 그 용도에 맞게 각각 FOV가 다른 렌즈를 장착함으로 인하여, 부품의 공용화가 되지 않아서 부품인식장치가 모듈화되기 어려우며, 생산부품의 다양화로 원가가 증가한다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점 등을 포함하여 여러 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하나의 카메라를 사용하면서 피듀셜 마크 및 픽업된 전자 부품을 촬영할 수 있는 구조를 가진 부품인식장치를 구비한 부품 실장기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 더불어, 본 발명의 다른 목적은, 노즐에 픽업된 전자 부품이 부품인식을 위하여 불필요하게 이동되지 않도록 하는 부품 실장기를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부품 실장기는: 전자 부품을 공급하는 부품 공급부와 인쇄회로기판을 이송시키는 컨베이어를 구비한 프레임; 상기 프레임에 결합되고, 상기 부품 공급부로부터 전자 부품을 픽업하여 인쇄회로기판 상에 실장시키는 복수의 노즐과, 상기 노즐에 픽업된 전자 부품 및 상기 인쇄회로기판의 피듀셜 마크를 촬영하는 카메라들을 구비하는 헤드부; 상기 헤드부를 수평 이동시키는 X-Y축 작동기구; 및 상기 프레임에 설 치되며, 상기 노즐에 픽업된 전자 부품의 영상을 상기 카메라의 결상 위치에 결상시키도록 하는 광학 모듈을 구비한다.

상기 광학 모듈은: 상기 프레임에 결합된 광학 케이스와; 상기 전자 부품의 영상을 상기 광학 케이스 내부로 반사하는 유입 반사경과; 상기 광학 케이스 내부로부터의 전자 부품의 영상을 카메라로 반사하는 유출 반사경과; 상기 광학 케이스 내부의 상기 유입 반사경 및 유출 반사경 사이의 광로에 배치되어 상기 전자 부품의 초점이 상기 카메라의 작동거리(WD;Working Distance)내에 위치되도록 하는 렌즈계를 구비한 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 렌즈계는 릴레이 렌즈를 구비한 것이 바람직하다.

렌즈계는 상기 유입 반사경 또는 유출 반사경 쪽으로 이동 가능할 수 있다.

한편, 상기 카메라에 구비된 카메라 렌즈는, 상기 피듀셜 마크를 촬영하도록 고정된 시야(FOV) 및 작동거리(WD;Working Distance)를 가질 수 있다.

여기서, 상기 렌즈계는: 상기 유입 반사경 및 유출 반사경 사이에 배치된 회전판; 및 상기 회전판의 중심으로부터 동일한 원주 상에 설치되고, 상기 전자 부품 영상 광로 상에 배치될 수 있으며, 서로 시야(FOV)가 다른 복수의 렌즈들을 구비할 수 있다.

한편, 상기 프레임은, 상기 부품공급부와 컨베이어 사이에 상기 컨베이어와 나란히 배치된 적어도 하나의 광학 모듈 이동부를 구비하고, 상기 광학 모듈은, 상기 광학 모듈 이동부를 따라서 이동 가능한 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 실시예들을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 부품 실장기의 평면도가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 부품 실장기(10)는 프레임(20)과, 헤드부(30)와, X-Y축 작동기구(40)와, 카메라(50)와, 광학 모듈(60)을 구비한다.

프레임(20)은, 전자 부품을 공급하는 부품 공급부(21)와, 인쇄회로기판(P)을 X축 방향으로 이송시키는 컨베이어(23)를 구비한다.

상기 프레임(20)에는 헤드부(30)가 장착되어 있다. 상기 헤드부(30)에는 복수의 노즐(32)들을 구비하고, 도면에 도시되어 있지는 않으나 상기 노즐(32)들을 상하 이동시키는 Z축 작동기구와, 상기 노즐(32)들을 회전시키는 회전 작동기구들이 구비된다. 노즐(32)은 상기 부품 공급부(21)로부터 전자 부품(C)을 픽업하여서, 컨베이어(23) 상에 배치된 인쇄회로기판(P)에 실장시킨다.

상기 헤드부(30)에는 카메라(50)가 구비된다. 상기 카메라(50)는 노즐(32)의 상하운동에 간섭되지 않도록 형성되는데, 통상 상기 카메라(50)는 노즐(32)과 나란히 배치될 수 있다. 이 카메라(50)는 인쇄회로기판의 피듀셜 마크(Pm) 및 상기 노즐에 픽업된 전자 부품의 위치를 촬영하는 기능을 한다.

상기 카메라(50)는 인쇄회로기판의 미소한 크기의 좌표 인식용 피듀셜 마크 등을 촬상하기 위하여 초점거리가 짧은 렌즈를 장착한다. 따라서 상기 카메라(50)는 시야(FOV;Field Of View) 및 작동거리(WD;Working Distance)가 협소한 카메라 렌즈를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 이 카메라(50)가 피듀셜 마크(Pm)를 촬영하는 동시에 노즐(32)에 픽업된 전자 부품(C)의 위치를 촬영하기 위해서, 광학 모듈(60)이 설치된다. 이 광학 모듈(60)은 프레임(20)에 설치되고, 이를 통하여 상기 전자 부품(C)의 영상을 상기 카메라(50)의 결상 위치에 결상시키도록 한다. 이로 인하여 하나의 시야 및 작동거리를 갖는 카메라(50)로서 각기 다른 위치에 있는 피듀셜 마크(Pm) 및 전자 부품(C)을 촬영할 수 있게 된다.

따라서, 종래의 부품 실장기의 부품인식장치처럼 용도에 맞게 각각 시야가 다른 렌즈를 장착한 카메라들을 각각 프레임 및 헤드부에 별도로 배치할 필요가 없게 되어서, 전자 부품의 공용화가 가능하여 부품인식장치가 모듈화될 수 있다.

상기 헤드부(30)는 X-Y축 작동기구(40)에 의하여 수평 이동된다. X-Y측 작동기구(40)는 X축 작동기구(41) 및 Y축 작동기구(42)로 이루어질 수 있다. 예를 들어서, 도 2에 도시된 바와 같이 컨베이어(23)가 X축 방향으로 상기 프레임(20)에 걸쳐져서 장착되고, 상기 헤드부(30)가 X축 작동기구(41)와 슬라이드 가능하도록 결합되고, 상기 X축 작동기구(41)는 이와 직교하여 형성된 Y축 작동기구(42)에 슬라이드 가능하도록 장착된다.

따라서 상기 Y축 작동기구(42)를 따라서 X축 작동기구(41)가 이동되면, 상기 X축 작동기구(41)에 장착된 헤드부(30)가 Y축 방향으로 수평 이동하게 된다. 이와 더불어 헤드부(30)가 X축 작동기구(41)를 따라서 슬라이드 하면서 X축 방향으로 수평 이동하게 된다.

이 경우, 상기 프레임(20)은, 상기 부품 공급부(21)와 컨베이어(23) 사이에 상기 컨베이어(23)와 나란히, 즉 도 2에서 X축 방향으로 배치된 적어도 하나의 광학 모듈 이동부(25)를 구비하고, 상기 광학 모듈(60)은, 상기 광학 모듈 이동부(25)를 따라서 이동 가능한 것이 바람직한데, 이는 상기 노즐(32)이 전자 부품(C)을 픽업한 상태에서, 인쇄회로기판(P)으로 가는 경로 상으로 광학 모듈(60)을 미리 이동시켜서 대기한 후에 상기 노즐(32)에 픽업된 전자 부품(C)을 촬영할 수 있음으로써, 전자 부품의 실장 시간이 단축되기 때문이다.

도 3을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부품 실장기에 구비된 광학 모듈(60)의 구조를 상세히 설명하면, 광학 모듈(60)은 광학 케이스(61)와, 유입 반사경(63)과, 유출 반사경(67) 및 렌즈계(70)를 구비한다.

프레임(20;도 2참조)에 결합되는 광학 케이스(61)의 상기 노즐(32) 하측에는 상기 전자 부품(C)의 영상을 상기 광학 케이스(61) 내부로 반사하는 유입 반사경(63)이 배치된다. 이 유입 반사경(63)을 통하여 광학 케이스(61)로 유입된 전자 부품(C)의 영상은 유출 반사경(67)을 통하여 카메라(50) 방향으로 반사된다.

이 경우, 광학 케이스(61) 내부의 상기 유입 반사경(63) 및 유출 반사경(67) 사이의 광 경로 상에 렌즈계(70)가 배치된다. 이 렌즈계(70)는 상기 전자 부품(C)의 초점이 상기 카메라의 작동거리(WD;Working Distance)내에 위치되도록 하여서, 결과적으로 상기 전자 부품(C)의 영상을 상기 카메라(50)의 결상 위치에 결상시키도록 한다. 이런 구조를 통하여, 상기 카메라(50)의 작동거리가 연장되는 효과를 가져오게 된다. 이 경우, 조명 광량의 조정을 위하여 헤드부(30)에 장착된 카메라(50)에 구비된 조리개(52)가 자동 조정된다.

상기 렌즈계(70)는 릴레이 렌즈(relay lens)인 것이 바람직하다. 이 릴레이 렌즈가 상기 전자 부품을 상기 카메라에 구비된 카메라 렌즈의 초점 위치의 공간에 결상시킨다. 본 발명은 렌즈계가 릴레이 렌즈뿐만 아니라, 단초점 렌즈(sing focus lens) 또는 이초점 렌즈(double focus lens)를 구비할 수도 있다.

이 렌즈계(70)는 상기 유입 반사경(63) 및 유출 반사경(67) 쪽으로 이동 가능하도록 광학 케이스(61)에 결합된다. 렌즈계(70)가 이동함에 따라서 상기 전자 부품(C)의 초점위치가 변경된다. 즉, 전자 부품(C)의 크기에 따라서 또는 촬영하는 전자 부품(C)의 수에 따라서 상기 렌즈계(70)를 유입 반사경(63) 또는 유출 반사경(67)이동시켜서, 상기 전자 부품(C)의 초점이 상기 광학 케이스 외부의 상기 카메라의 작동거리(WD;Working Distance)내에 위치시킬 수 있다.

상기 광학 케이스(61)의 유입 반사경(63) 상측에는 전자 부품을 조명하는 제1 조명 장치(69)가 설치될 수 있으며, 상기 카메라 주위에는 상기 카메라의 작동거리 내에 위치한 초점을 조명하는 제2 조명 장치(59)가 형성될 수 있다.

한편, 상기 렌즈계(70)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 회전판(72)과 복수의 렌즈(75)들을 구비할 수도 있다. 회전판(72)은 상기 유입 반사경(63) 및 유출 반사경(67) 사이에서, 상기 전자 부품(C)의 영상 광 경로로부터 편심을 갖는 중심(Ro)을 가지고 있다.

이 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 회전판(72)의 중심으로부터 동일한 원주 상에 복수의 렌즈(75)들이 설치된다. 상기 렌즈(75)들은 회전판(72)과 함께 회전하고, 일정한 각도 하에서 전자 부품 영상 광 경로 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 각각의 렌즈(75_a, 75_b, 75_c)는 서로 다른 시야(FOV)를 가진다. 따라서 상기 렌즈계(70)를 유입 반사경(63) 또는 유출 반사경(67) 방향으로 이동하지 않고서도, 전자 부품(C)의 크기 또는 동시에 촬영되는 전자 부품의 수에 따라서, 상기 전자 부품의 초점이 상기 카메라(50)의 작동거리(WD;Working Distance)내에 위치시킬 수 있다.

도 2 및 도 6을 참조하여 상기와 같은 구조를 가진 부품 실장기의 작용을 설명하면, 노즐(32)과 카메라(50)가 장착되어 있는 헤드부(30)가 이동하여(S1), 상기 헤드부(30)에 장착된 카메라(50)가 컨베이어(23)로 이동된 인쇄회로기판(P) 상의 피듀셜 마크(Pm)를 인식한다(S2). 이 경우, 이 피듀셜 마크(Pm)의 인식을 위하여 카메라(50)에 구비된 카메라렌즈의 조리개가 특정 위치로 조정된다. 그 후에 각 전자 부품(C)의 흡착을 위하여 헤드부(30)가 부품 공급부(21)로 이동하며(S3), 이 경우 각 노즐(30)들이 전자 부품(C)을 흡착하여 픽업하는 사이(S4) 광학 모듈(60) 내의 렌즈계(70)와 연동한 필요 조리개 사이즈가 카메라렌즈에서 재조정된다. 이와 함께 광학 모듈(60)이 부품 픽업 후 부품 장착으로 이동하는 궤적으로 미리 이동하여 대기하고 있게 된다(S5).

노즐(32)에 픽업된 전자 부품(C)은 인쇄회로기판(P)으로 이동하는 궤적 안에서 미리 대기하고 있는 광학 모듈(60)에 의거하여 조명과 연동되어 촬영된다(S6). 이 전자 부품의 영상은 인쇄회로기판 상에 부품을 장착하기 위하여 재 이동하는 동안(S7) 스캔닝되고 이미지 프로세싱(Image Processing)을 마쳐 요구되는 위치에 해당 부품을 장착하게 된다(S8).

이로 인하여, 종래의 피듀셜 마크(Pm)를 촬영하기 위한 피듀셜 카메라(5a, 도 1참조)의 역할을 헤드부에 구비된 카메라(50)가 그 역할을 함으로써, 상기 제1카메라(5a, 도 1참조)가 불필요하게 된다.

상기와 같은 구조를 가진 본 발명에 의하면, 하나의 시야 및 동작위치를 가진 카메라로 피듀셜 마크 및 노즐에 흡착된 전자 부품을 촬영할 수 있게 되어서, 부품 실장기에 서로 다른 시야를 가진 카메라를 별도로 설치할 필요가 없게 된다. 이로 인하여 부품 실장기의 사이즈를 감소시킬 수 있으며, 생산 부품이 단순화되어서 원가가 절감된다.

이와 더불어, 전자 부품의 크기 및 촬영되는 전자 부품의 수에 따라서 간단히 시야를 조절할 수 있고, 이로서 부품인식장치가 모듈화가 가능하게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

1. 전자 부품을 공급하는 부품 공급부와, 인쇄회로기판을 이송시키는 컨베이어를 구비한 프레임;

   상기 프레임에 결합되고, 상기 부품 공급부로부터 전자 부품을 픽업하여 인쇄회로기판 상에 실장시키는 노즐과, 상기 노즐에 픽업된 전자 부품 및 상기 인쇄회로기판의 피듀셜 마크를 촬영하는 적어도 하나의 카메라를 구비하는 헤드부;

   상기 헤드부를 수평 이동시키는 X-Y축 작동기구; 및

   상기 프레임에 설치되며, 상기 노즐에 픽업된 전자 부품의 영상을 상기 카메라의 결상 위치에 결상시키도록 하는 광학 모듈을 구비하는 부품 실장기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 광학 모듈은: 상기 프레임에 결합된 광학 케이스와; 상기 전자 부품의 영상을 상기 광학 케이스 내부로 반사하는 유입 반사경과; 상기 광학 케이스 내부로부터의 전자 부품 영상을 카메라로 반사하는 유출 반사경과; 상기 광학 케이스 내부에서 상기 유입 반사경 및 유출 반사경 사이의 광 경로에 배치되어 상기 전자 부품의 초점이 상기 카메라의 작동거리(WD;Working Distance) 내에 위치되도록 하는 렌즈계를 구비한 것을 특징으로 하는 부품 실장기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 렌즈계는 릴레이 렌즈(relay rens)를 구비한 것을 특징으로 하는 부품 실장기.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 렌즈계는 상기 유입 반사경 또는 유출 반사경 쪽으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 부품 실장기.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 카메라에 구비된 카메라 렌즈는, 상기 피듀셜 마크를 촬영하도록 고정된 시야(FOV) 및 작동거리(WD;Working Distance)를 가지는 것을 특징으로 하는 부품 실장기.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 렌즈계는:

   상기 유입 반사경 및 유출 반사경 사이에 배치된 회전판; 및

   상기 회전판의 중심으로부터 동일한 원주 상에 설치되고, 상기 전자 부품 영상 광 경로 상에 배치될 수 있으며, 서로 시야(FOV)가 다른 복수의 렌즈들을 구비하는 것을 특징으로 하는 부품 실장기.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 프레임은, 상기 부품공급부와 컨베이어 사이에 상기 컨베이어와 나란히 배치된 적어도 하나의 광학 모듈 이동부를 구비하고,

   상기 광학 모듈은, 상기 광학 모듈 이동부를 따라서 이동 가능한 것을 특징으로 하는 부품 실장기.

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