KR101017711B1 - 전동 그리퍼, 이를 포함하는 자동화 공정 장비 및 이를 이용한 자재 이송 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동 그리퍼와 이를 포함하는 자동화 공정장비를 개시한다. 본 발명의 전동 그리퍼는, 제1직선운동부재 및 제2직선운동부재; 회전운동을 통해 상기 제1직선운동부재를 제1방향으로 직선운동시킴과 동시에 상기 제2직선운동부재를 상기 제1방향과 반대되는 제2방향으로 직선운동시키는 회전운동수단; 제1연결수단에 의해 상기 제1직선운동부재에 연결되고, 상기 제1방향 및 상기 제2방향과 교차하는 제3방향으로 배치되는 제1레일; 제2연결수단에 의해 상기 제2직선운동부재에 연결되고, 상기 제1레일과 같은 방향으로 배치되는 제2레일을 포함하며, 상기 회전운동수단의 회전운동에 의해 상기 제1레일과 상기 제2레일의 간격을 변화시켜 자재를 픽업한다. 본 발명에 따르면, 자동화 공정 장비를 보다 컴팩트 하게 제작하거나 장비 내부공간의 활용도를 높일 수 있게 된다. 또한 본 발명의 전동 그리퍼는 다양한 크기의 자재에 범용으로 사용할 수 있기 때문에 자재의 종류나 크기에 따라 관련 설비를 교체할 필요가 없어 생산비용을 크게 절감할 수 있게 된다.

전동 그리퍼

Description

전동 그리퍼, 이를 포함하는 자동화 공정 장비 및 이를 이용한 자재 이송 방법{Driving gripper, automatic processing apparatus comprising the same and material transfer method using the same}

본 발명은 자재를 픽업하여 이송하는 전동 그리퍼(driving gripper)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 회전운동을 직선운동으로 변환하는 수단을 구비한 전동 그리퍼와 이를 포함하는 자동화 공정장비에 관한 것이다.

일반적으로 고도의 청정성과 정확성이 요구되는 반도체 생산 및 조립분야에서는 대부분의 장비가 자동화되어 있다. 예를 들어 반도체 패키지를 제조하기 위해서는, 웨이퍼에 회로패턴을 형성하는 패브리케이션 공정, 웨이퍼를 개별 다이(Die)로 분리하는 쏘잉(sawing)공정, 다이를 기판에 탑재하는 다이 본딩 공정, 다이와 기판을 전기적으로 연결하는 와이어 본딩(wire bonding)공정, 몰딩(molding)공정, 솔더링(soldering)공정 등의 수많은 공정을 순차적으로 거쳐야 하는데 이들 공정은 각각 최적화된 공정장비의 내부에서 진행되며, 각 공정장비의 내부로 공정대상물인 자재를 투입 또는 배출하거나 공정장비의 내부에서 자재를 이동시키는 행위는 대부분 자동화된 이송장치에 의해 수행되고 있다.

반도체 제조공정에서는 공정대상물인 자재가 웨이퍼, 다이, 패키지 등 매우 다양한 형태로 변신하게 되며, 따라서 자재의 형태에 따라 이를 이송하는 장치의 형태도 달라지게 된다.

예를 들어 다이본딩이나 솔더볼 마운트 공정에서는 개별 PCB에 대해 다이본딩이나 솔더볼 마운트 공정을 수행하지 않으며, 대부분의 경우 생산성을 높이기 위해 다수의 PCB기판이 형성되어 있는 PCB스트립(도 1 참조)이나 다수의 패키지를 캐리어보트(carrier boat)에 적재한 후에 PCB스트립 또는 캐리어보트를 공정장비의 내부로 투입하여 해당 공정을 수행하고 있다. 따라서 이러한 경우에는 공정장비의 내부에 설치되는 이송장치는 PCB스트립이나 캐리어보트를 픽업 또는 이송할 수 있도록 설계되어 있다.

도 2는 이러한 이송장치를 포함하는 솔더볼 마운트 장비(100)를 나타낸 평면도로서, 다이 본딩과 몰딩 공정을 완료한 PCB스트립(10)의 배면에 솔더볼을 부착하는 장비이다.

이를 살펴보면, 외부와 격리되는 하우징(110)의 내부에 제1 및 제2 공정이송라인(122,124)이 x축 방향(도면상 가로방향)으로 배치되며, 제1 및 제2 공정이송라인(122,124)의 각각에는 PCB스트립(10)이 놓여지는 제1 및 제2 안치테이블(126,128)이 장착된다.

제1 및 제2 공정이송라인(122,124)의 상부에는 투입유닛(130), 볼마운트유닛(140), 배출유닛(160)이 x축 방향을 따라 순차적으로 설치된다.

투입유닛(130)은 반입용 적재함(magzine)(미도시)으로부터 투입된 PCB스트립(10)을 진공 흡착하여 제1 또는 제2 안치테이블(126,128)에 올려 놓는 제1피커(132)와 상기 제1피커(132)의 y축 방향(도면상 세로방향)의 이동을 가이드하는 제1 가이드장치(134)를 포함한다. 제1피커(132)의 일 측부에는 위치제어를 위한 제1카메라(136)가 설치된다.

볼마운트유닛(140)은 PCB스트립(10)의 배면에 플럭스를 도포하는 플럭스 툴(flux tool)(142), 솔더볼을 부착하는 볼 툴(ball tool)(144), 상기 플럭스 툴(142) 및 볼 툴(144)의 y축 방향의 이동을 가이드하는 제2 가이드장치(146)를 포함한다.

제2 가이드장치(146)의 일측 하부에는 플럭스 툴(142)을 위한 플럭스 공급부(152)가 구비되고, 타측 하부에는 볼 툴(144)을 위한 볼 공급부(154)가 구비되며, 볼 툴(144)의 이동경로 하부에는 볼 툴(144)에 솔더볼이 빠짐없이 흡착되었는지 여부를 판단하는 제2카메라(156)가 설치된다.

배출유닛(160)은 볼 마운트 공정이 완료된 후 제1 또는 제2 공정이송라인(122, 124)을 따라 이송된 PCB스트립(10)을 외부로 배출시키는 장치이다. 구체적으로는 제1 및 제2 안치테이블(126,128)에서 PCB스트립(10)을 진공 흡착하여 이송하는 제2피커(162)와 상기 제2피커(162)의 y축 방향의 이동을 가이드하는 제3 가이드장치(164)를 포함한다.

배출유닛(160)의 일 측에는 볼마운트유닛(140)에서 공정을 마친 PCB스트 립(10)에 대해 공정불량여부를 판독하는 제3메라(148)가 설치된다.

그 밖에도 반입용 적재함으로부터 장비 내부로 PCB스트립(10)을 밀어 넣는 제1푸셔(pusher)(172), 제1푸셔(172)에 의해 투입된 PCB스트립(10)이 일시 놓여지는 투입레일(174)이 설치된다.

또한 제3카메라(148)의 판독결과에 따라 양품으로 판정된 PCB스트립(10)을 다음 공정장비로 이송하기 위한 배출 컨베이어(194)와, 불량품으로 판정된 PCB스트립(10)을 수거하기 위한 것으로서 제2피커(162)에 의해 픽업된 PCB스트립(10)이 일시 놓여지는 배출레일(182)과, 배출레일(182)에 놓여진 PCB스트립(10)을 반출용 적재함(192)으로 밀어 넣는 제2푸셔(184) 등을 포함한다.

그런데 종래의 솔더볼 마운트 장비(100)는 제1피커(132) 및 제2피커(162)가 PCB스트립(10)을 진공흡착하여 이송하기 때문에, 투입영역에는 투입레일(174)이 설치되어야 하고 배출 영역에는 배출레일(182)이 설치되어야 한다.

도시하지는 않았지만 투입레일(174)이나 배출레일(182)을 설치하기 위해서는 레일 지지구조물이 필요하고, 특히 투입레일(174)에는 제1푸셔(172)에 의해 투입된 PCB스트립(10)을 픽업위치까지 이동시키기 위한 레일 구동모터와 스토퍼 등도 필요하다.

이와 같이 종래의 장비(100)는 본 공정과는 직접 관련이 없는 투입레일(174)이나 배출레일(182)로 인해서 내부 공간의 활용도가 매우 낮은 편이다. 이것은 결과적으로 설계 자유도를 저하시키고, 장비(100)의 체적을 불가피하게 증가 시키는 원인으로 작용하게 된다.

또한 종래의 장비에서는 PCB스트립의 크기가 달라질 경우에 제1피커(132), 제2피커(162), 투입레일(174), 배출레일(182) 등을 그에 맞게 교체해야 하므로 생산비용이 증가하는 문제점이 있다.

한편 전술한 문제점은 솔더볼 마운트 장비(100)에 국한되는 것이 아니라 자재를 투입레일을 따라 투입하고 이를 진공흡착하여 공정영역으로 이동시키며, 공정을 마친 자재를 진공흡착하여 배출레일을 통해 반출하는 모든 종류의 자동화 장비가 안고 있는 것이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 반도체 제조장비, 카메라 모듈 조립 장비 등의 자동화 공정 장비에서 다양한 크기의 자재에 범용으로 사용할 수 있는 자재 이송장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 또한 이를 통해 자동화 공정 장비를 보다 컴팩트하게 제조할 수 있고 공간 활용도를 높일 수 있는 방안을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 제1직선운동부재 및 제2직선운동부재; 회전운동을 통해 상기 제1직선운동부재를 제1방향으로 직선운동시킴과 동 시에 상기 제2직선운동부재를 상기 제1방향과 반대되는 제2방향으로 직선운동시키는 회전운동수단; 제1연결수단에 의해 상기 제1직선운동부재에 연결되고, 상기 제1방향 및 상기 제2방향과 교차하는 제3방향으로 배치되는 제1레일; 제2연결수단에 의해 상기 제2직선운동부재에 연결되고, 상기 제1레일과 같은 방향으로 배치되는 제2레일을 포함하며, 상기 회전운동수단의 회전운동에 의해 상기 제1레일과 상기 제2레일의 간격을 변화시켜 자재를 픽업하는 전동 그리퍼를 제공한다.

상기 전동 그리퍼에서, 상기 회전운동수단은 구동모터에 의해 회전하는 제1풀리와, 상기 제1풀리와 이격되어 설치되는 제2풀리와, 상기 제1풀리와 상기 제2풀리에 감기는 구동벨트를 포함하며, 상기 제1직선운동부재와 상기 제2직선운동부재는 상기 구동벨트에서 서로 이격하여 평행하게 대향하는 제1영역과 제2영역인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 회전운동수단은 구동모터에 의해 회전하는 피니언기어이고, 상기 제1직선운동부재와 상기 제2직선운동부재는 각각 상기 피니언기어의 반대쪽에 결합하는 제1래크와 제2래크인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 제1연결수단은 상기 제1레일과 동일한 방향으로 설치되는 제1연결플레이트를 포함하고, 상기 제2연결수단은 상기 제2레일과 동일한 방향으로 설치되는 제2연결플레이트를 포함하며, 상기 제1연결플레이트의 일 단부와 상기 제2연결플레이트의 일 단부는 직선운동을 가이드하는 제1가이드수단에 결합하고, 상기 제1연결플레이트의 타 단부와 상기 제2연결플레이트의 타 단부는 상기 제1가이드수단과 평행한 제2가이드수단에 결합하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 전동 그리퍼는, 상기 제1레일과 상기 제2레일의 사이에 위치하는 누름부재; 상기 누름부재를 승강시키는 구동수단; 상기 구동수단의 구동력을 상기 누름부재로 전달하는 동력전달수단을 더 포함하고, 상기 제1레일과 상기 제2레일이 작동하여 상기 자재를 자재안치수단에 올려놓으면 상기 누름부재가 하강하여 상기 자재를 평탄하게 눌러주는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 자동화 공정 장비의 내부로 투입된 자재가 전동 그리퍼의 레일에 직접 안착되므로 종래의 투입레일과 그 구동 및 지지에 필요한 관련 설비를 생략할 수 있다. 배출시에도 전동 그리퍼에 안착된 자재를 배출레일에 안착시키지않고도 반출용 적재함이나 컨베이어로 투입할 수 있기 때문에 배출레일 및 그 구동과 지지에 필요한 관련 설비를 생략할 수 있다.

따라서 본 발명의 전동 그리퍼를 사용하면 자동화 공정 장비를 보다 컴팩트하게 제작하거나 장비의 내부공간의 활용도를 높일 수 있게 된다.

또한 본 발명의 전동 그리퍼는 다양한 크기의 자재에 범용으로 사용할 수 있기 때문에 자재의 종류나 크기에 따라 관련 설비를 교체할 필요가 없어 생산비용을 크게 절감할 수 있게 된다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한 다. 그리고 이하에서는 다수의 유닛을 포함하는 PCB스트립, 다수의 유닛이 적재된 캐리어보트 뿐만 아니라 평행한 측단부를 가지는 대략 직사각 형태의 이송대상물을 모두 자재로 칭하기로 한다.

먼저 본 발명의 실시예에 따른 전동 그리퍼를 설명한다. 본 발명의 실시예에 따른 전동 그리퍼(200)는 도 3의 개략 사시도에 도시된 바와 같이, 하우징(210)과, 하우징(210)의 외부에 서로 대향하도록 설치되고 하우징(210) 내부의 구동수단에 연결되어 자재를 픽업하는 제1 레일(221) 및 제2레일(222)과, 하우징(210)의 내부에 위치하는 제1풀리(231) 및 제2풀리(232)와, 상기 제1풀리(231)와 제2풀리(232)에 감겨있는 구동벨트(240)와, 상기 제1풀리(231)를 회전시키는 구동모터(250)를 포함한다.

제1 및 제2 레일(221,222)은 대향하는 각각의 측단부에 길이방향으로 형성된 삽입홈(224)을 구비한다. 따라서 장비의 내부로 투입되는 자재(10)를 2개의 레일(221,222)이 직접 인계 받아 안치테이블(도 2의 126, 128 참조)로 이송할 수 있고, 이를 통해 투입된 자재(10)가 일시 대기하는 투입레일(도 2의174 참조)과 관련 설비를 생략할 수 있다.

전동 그리퍼(200)의 제1 및 제2 레일(221,222)이 판상체로 도시된 것은 장치의 부피를 줄이기 위한 것이므로, 그 형상이 도시된 바와 같은 판상체로 한정될 필요는 없다. 다만 적어도 각 레일(221,222)의 대향하는 측단부가 서로 평행하고, 측단부에 자재(10)의 가장자리가 삽입되는 삽입홈(224)을 구비해야 한다.

한편 구동벨트(240)에서 서로 이격되어 대향하는 부분을 각각 제1영역과 제 2영역으로 정의하면, 제1레일(221)은 구동벨트(240)의 제1영역에 연결되고 제2레일(222)은 구동벨트(240)의 제2영역에 연결된다. 따라서 본 발명의 전동 그리퍼(200)는 제1풀리(231)의 회전방향에 따라 제1레일(221) 및 제2레일(222)의 간격이 달라지며, 이를 이용하여 PCB스트립(10)을 파지하거나 내려놓을 수 있는 것이다.

하우징(210)은 가이드연결부재(212)에 의해 별도의 가이드장치(134)에 연결되며, 하우징(210)의 저면에는 제1 및 제2레일(221,222)을 하우징(210) 내부의 구동벨트(240)와 연결하는 연결부재가 삽입되는 관통부(미도시)가 형성된다.

이하에서는 도 4를 참조하여 구동벨트(240)와 제1 및 제2레일(221,222)의 결합구조를 보다 상세히 설명한다.

먼저 구동벨트(240)의 서로 대향하는 제1영역(240a)과 제2영역(240b)에는 제1클램프(261)와 제2클램프(262)를 각각 결합한다. 제1 및 제2클램프(261,262)는 각각 서로 분리된 서브부재를 구동벨트(240)를 사이에 두고 볼트체결한 것으로서 구동벨트(240)에 고정된다. 구동벨트(240)가 그 표면에 소정 패턴을 구비하는 경우에는 상기 패턴과 치합할 수 있는 서브부재를이용함으로써 각 클램프(261,262)의 고정력을 높이는 것이 바람직하다.

제1클램프(261)는 제1연결수단에 의해 제1레일(221)과 연결되고, 제2클램프(262)는 제2연결수단에 의해 제2레일(222)과 연결된다.

제1연결수단은 제1클램프(261)에서 제1풀리(231) 방향으로 연장되는 제1연 장부재(263)와, 제1연장부재(263)에 결합된 제1연결플레이트(270)를 포함하며, 제1연결플레이트(270)의 하부에 제1레일(221)을 결합함으로써 제1클램프(261)와 제1레일(221)이 연결된다. 제1연장부재(263)와 제1연결플레이트(270)는 일체로 제작될 수도 있다.

제2연결수단은 제2클램프(262)에서 제2풀리(232) 방향으로 연장되는 제2연장부재(264)와, 제2연장부재(264)에 결합된 제2연결플레이트(280)를 포함하며, 제2연결플레이트(280)의 하부에 제2레일(222)을 결합함으로써 제2클램프(262)와 제2레일(222)이 연결된다. 제2연장부재(264)와 제2연결플레이트(280)는 일체로 제작될 수도 있다.

제1연결플레이트(270)는 구동벨트(240)의 설치방향과 직교하도록 제1풀리(231)의 하부에 설치되며, 중심부가 제1풀리(231)의 하부에 위치한다. 후술하는 바와 같이 제1연결플레이트(270)의 양 단부에는 각각 LM가이드(미도시)의 LM블록이 결합된다.

제1연결플레이트(270)는 직사각형 형태일 수도 있으나 재료절감과 하중을 줄이기 위해 도시된 바와 같이 아령 형태의 평면형상을 가지도록 제작할 수도 있다. 즉, 양 단부에 각각 제1플레이트(271)와 제2플레이트(272)를 구비하고, 제1플레이트(271)와 제2플레이트(272)가 상대적으로 폭이 좁은 중간부재(273)로 연결된 형태로 제1연결플레이트(270)를 제작할 수도 있다. 이 경우에 제1클램프(261)에 연결되는 제1연장부재(263)는 제1플레이트(271)의 상부면에 결합하며, 제1플레이트(271) 및/또는 제2플레이트(272)의 하부에 제1레일(221)을 결합한다. 제1레 일(221)은 제1플레이트(271) 및/또는 제2플레이트(272)의 하부에 직접 결합될 수도 있고 별도의 중간부재를 개재하여 결합할 수도 있다.

제1플레이트(271)와 제2플레이트(272)에는 LM가이드(미도시)의 가이드블록을 체결하기 위한 다수의 볼트홀(274)이 형성된다.

제2연결플레이트(280)는 전술한 제1연결플레이트(270)와 동일한 형태이며, 제2풀리(232)의 하부에 제1연결플레이트(270)과 평행하게 설치된다. 즉, 제2연결플레이트(280)는 제3플레이트(281)와 제4플레이트(282)를 상대적으로 폭이 좁은 중간부재(283)로 연결한 구조를 가지며, 제3플레이트(281)와 제4플레이트(282)에는 LM가이드(미도시)의 가이드블록을 체결하기 위한 다수의 볼트홀(284)이 형성된다. 제2레일(222)은 제3플레이트(281) 및/또는 제4플레이트(282)의 하부에 직접 결합될 수도 있고 별도의 중간부재를 개재하여 결합할 수도 있다.

도 5는 제1 및 제2레일(221,222)의 안정적인 동작을 위하여 제1플레이트(271)와 제3플레이트(281)의 상부에 제1 LM가이드(290a)를 장착하고, 제2플레이트(272)와 제4플레이트(282)의 상부에 제2 LM가이드(290b)를 장착한 모습을 나타낸 도면이다.

제1 및 제2 LM가이드(290a, 290b)는 각각 LM블록(291)과 LM레일(292)로 구성되므로, 제1플레이트(271)와 제3플레이트(281)의 각각에 LM블록(291)을 볼트 체결하고 LM레일(292)을 하우징(210)에 고정시키면 제1플레이트(271)와 제3플레이트(281)는 제1 LM가이드(290a)에 의해 안정적인 수평운동을 한다.

또한 제2플레이트(272)와 제4플레이트(282)의 각각에 LM블록(291)을 볼트 체결하고 LM레일(292)을 하우징(210)에 고정시키면 제2플레이트(272)와 제4플레이트(282)는 제2 LM가이드(290b)에 의해 안정적인 수평운동을 한다.

제1 및 제2 레일(221,222)에 형성되는 삽입홈(224)의 높이와 깊이는 이송대상물인 자재(10)의 두께나 양 측단부의 폭에 따라 적절히 결정될 수 있다.

한편 전동 그리퍼(200)가 자재(10)를 파지할 때는 제1 및 제2레일(221,222)이 자재(10)의 양 측단부를 압박하게 되는데 자재(10)나 각 레일(221,222)에 가공오차가 있으면 자재(10)를 지나치게 압박함으로써 자재(10)가 변형되거나 구동모터(250)에 과도한 부하가 가해질 우려가 있다. 실제 각 레일(221.222)에 형성되는 삽입홈(224)의 깊이는 수 mm 정도에 불과하기 때문에 가공정밀도만으로는 이러한 위험에 대비하기가 어렵다.

따라서 삽입홈(224)의 내부에 가공오차에 대비한 탄성수단을 설치할 필요가 있다. 이하에서는 각각 도 3의 A-A'선에 따른 종단면도 및 횡단면도인 도 6a와 도 6b를 참조하여 이에 대해 설명한다.

도시된 바와 같이 삽입홈(224)의 내벽에 별도의 완충홈(225)을 형성하고, 상기 완충홈(225)의 내부에 완충부재(226)와 완충부재(226)에 탄성력을 부여하는 스프링(227)을 설치하는 것이 바람직하다.

구체적으로는 완충부재(226)의 일단은 회동축(228)을 이용하여 완충홈(225)의 내부에 고정하고, 타단은 완충홈(225)의 내부에 형성된 스프링삽입홈(229)에 설 치된 스프링(227)에 연결한다.

완충부재(226)는 일 측부가 삽입홈(224)의 내부로 약간 돌출되도록 설치하되, PCB스트립(10)이 삽입될 때 저항을 줄이기 위하여 삽입홈(224)쪽으로 돌출되는 단부를 곡면으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한 완충부재(226)로 인해 자재(10)의 정렬상태가 틀어지는 것을 방지하기 위해서 삽입홈(224)의 내부에는 2개 이상의 완충부재(226)를 서로 이격하여 설치하는 것이 바람직하다.

삽입홈(224)으로 삽입되는 자재(10)는 완충부재(226)에 의해 그 측면 단부에 일정한 압력을 받게 되며, 따라서 다소의 가공오차가 있는 경우에도 자재(10)의 흔들림이 방지됨은 물론이고 구동모터에 지나친 부하가 가해지는 것이 방지된다.

이러한 완충부재(226)는 제1 및 제2레일(221,222)의 삽입홈(224)에 모두 설치할 수도 있으나, 자재(10)의 양 측단부에서 탄성력이 가해지면 자재(10)의 정렬이 흐트러질 위험이 있으므로 제1레일(221) 또는 제2레일(222) 중 어느 하나에만 완충부재(226)를 설치하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 예를 들어 완충부재(226)가 설치되지 않은 제1레일(221)의 삽입홈(224)의 내벽이 기준면이 되고 반대쪽의 제2레일(222)의 완충부재(226)가 자재(10)를 기준면쪽으로 밀어주기 때문에 자재(10)를 정렬하는 효과를 얻을 수 있다.

한편 삽입홈(224)에 설치되는 탄성수단은 전술한 바와 같이 완충부재(226)와 스프링(227) 등으로 구현될 수도 있으나, 필요에 따라서는 볼 플런저, 토션스프링 또는 고무블럭 등을 완충홈(225)에 장착함으로써 구현될 수도 있다.

도 7a 및 도 7b는 각각 전동 그리퍼(200)의 각 레일(221,222)가 열리고 닫히는 모습을 나타낸 것이다. 즉, 구동모터(250)가 제1풀리(231)를 반시계방향으로 회전시키면 각 레일(221,222)이 바깥쪽으로 움직이면서 그 간격이 넓어지고, 시계방향으로 회전시키면 각 레일(221,222)가 안쪽으로 움직이면서그간격이 좁아지게 된다.

전술한 바와 같이 각 레일(221,222)에 별도의 삽입홈(224)을 형성하지 않고 투입되는 자재(10)의 양 측단부를 각 레일(221.222)의 상부에 거치할 수도 있다. 이 경우 각 레일(221,222)을 L 형태의 단면을 가지도록 제작하고 각 레일(221,222)의 내측면이 자재(10)의 양 측단부를 지지하도록 할 수 있다. 이 때에도 각 레일(221,222)의 내측면에 전술한 탄성수단을 설치하여 자재(10)의 측단부에 탄성력을 인가할 수도 있다.

이상에서는 제1레일(221)과 제2레일(222)의 간격을 조절하기 위하여 제1 및 제2풀리(231,232)와 구동벨트(240)를 이용하였으나 회전운동을 직선운동으로 변환하는 수단이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 도 8에 도시된 바와 같이 피니언기어(pinion gear)(300)의 서로 반대측에 제1래크(rack)(310)와 제2래크(320)를 각각 평행하게 설치하고, 제1래크(310)와 제2래크(320)에 각각 제1레일(221)과 제2레일(222)을 결합하면 피니언기어(300)을 회전시켜 제1레일(221)과 제2레일(222)의 간격을 조절할 수 있다. 이와 달리 기어물림이 없는 마찰차를 이용하여 회전운동을 직선운동으로 바꿀 수도 있다.

한편 자재(10)가 도 1에 도시된 바와 같이 대략 직사각 형태의 평판체인 경우에는 다소간의 변형이 있을 수 있다. 예를 들어 솔더볼 마운트 공정에 투입되는 PCB스트립은 정확한 볼 마운트 공정을 위해서 일정 수준의 평탄도를 유지해야 하는데 이전 공정(패키지 몰딩공정)을 수행하는 과정에서 허용오차를 벗어날 정도로 휘어지거나 구부러지는경우가 있다.

솔더볼 마운트 장비(100)에서 PCB스트립이 안치되는 제1 및 제2안치테이블(126,128)에는 진공흡착수단이 구비되어 있기는 하지만, 실제로는 안치테이블(126,128)의 진공흡입력만으로는 흡착하기 어려울 정도로 PCB스트립이 휘어지거나 구부러지는 경우가 빈번하게 발생한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도 9의 측면도 및 도 10의 종단면도에 도시된 바와 같이 본 발명의 전동 그리퍼(200)에 PCB스트립 등의 자재(10)를 눌러서 평탄하게 만들어주는 누름부재(400)를 설치할 수 있다.

상기 누름부재(400)는 자재(10)를 평탄하게 누를 수 있을 정도의 크기를 가지는 평판체로서 하우징(210) 하부의 제1레일(221)과 제2레일(222)의 사이에 위치한다.

누름부재(400)를 승강시키기 위해서는 구동수단이 필요하며, 본 발명의 실시예에서는 하우징(210)의 상부에 실린더, 모터 등의 누름부재용 구동수단(410)을 설치하고, 소정의 동력전달수단을 이용하여 상기 누름부재용 구동수단(410)과 누름부재(400)를 연결한다.

구체적으로는, 누름부재용 구동수단(410)의 구동축에 수평연결부재(420)를 연결하고, 수평연결부재(420)의 양 단부마다 적어도 하나의 수직연결부재(430)를 연결하며, 각 수직연결부재(430)의 하단부와 누름부재(400)를 결합한다.

수평연결부재(420)는 하우징(210)의 상부에 제1 및 제2레일(221,222)과 같은 방향으로 설치되며, 하우징(210)보다 긴 길이를 가진다. 따라서 각 수직연결부재(430)는 하우징(210)의 양 측면으로부터 이격되어 설치된다.

수직연결부재(430)는 단순한 막대형 연결봉일 수도 있으나, 본 발명의 실시예에서는 누름부재용 구동수단(410)으로부터 과도한 힘이 가해지더라도 이를 완충시켜 자재(10)의 파손을 방지하기 위하여 탄성력을 가지는 연결수단을 사용한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 수직연결부재(430)는 수평연결부재(420)의 양 단부마다 결합되고 하단이 개구된 가이드홈을 가지는 실린더 형태의 가이드부싱(431)과, 상단부는 상기 가이드부싱(431)의 내부에 삽입되고 하단부는 누름부재(400)에 결합하는 가이드봉(432)과, 가이드부싱(431)의 하단부에 결합하고 가이드봉(432)에 의해 관통되는 스프링(433)을 포함한다.

따라서 누름부재용 구동수단(410)이 작동하여 수평연결부재(420)를 하강시키면, 수평연결부재(420)의 양단부에 연결된 수직연결부재(430)와 그에 연결된 누름부재(400)도 함께 하강한다. 이어서 누름부재(400)가 자재(10)에 닿은 이후에는 수평연결부재(420)가 계속 하강하더라도 스프링(433)이 압축되면서 그 복원력만이 누름부재(400)에 미치게 된다.

한편 각 수직연결부재(430)의 하단부 - 구체적으로는 가이드봉(432)의 하단 부 - 에 직접 누름부재(400)를 장착할 수도 있으나, 누름부재(400)의 크기는 자재(10)의 크기에 따라 달라질 수 있으므로 도시된 바와 같이 각 수직연결부재(430)의 하단부에는 마운트플레이트(450)만을 고정적으로 결합해두고, 누름부재(400)는 자재(10)의 크기 등에 따라 교체할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 마운트플레이트(450)의 저면에 자석(452)을 설치하여 누름부재(400)를 간단히 교체 및 결합할 수 있도록 하였으며, 이 경우 누름부재(400)가 금속재질이거나 자석과 대응하는 부분이 금속재질이어야 함은 물론이다.

또한 결합시에 정확한 위치결정을 위하여 마운트플레이트(450)의 저면에 가이드핀(454)을 설치하고, 누름부재(400)에는 가이드핀(454)에 대응하는 가이드홈(도시하지는 않았음)을 형성할 수도 있다. 반대로 누름부재(400)에 자석과 가이드핀을 형성하고, 마운트플레이트(450)에 가이드홈을 형성할 수도 있다.

한편 본 발명의 실시예에서는 전동 그리퍼용 구동수단(500)에 의해 움직이는 이동프레임(510)에 전동 그리퍼의 하우징(210)과 누름부재용구동수단(410)을 각각 장착한다. 따라서 전동 그리퍼(200)가 움직이면 누름부재(400), 누름부재용구동수단(410) 등도 함께 이동하게 된다.

이하에서는 본 발명의 전동 그리퍼(200)가 장착된 자동화 공정 장비를 설명한다. 도 10은 자동화 장비의 일 예로서 솔더볼 마운트 장비를 나타낸 평면도이며, 설명의 편의를 위하여 종래와 동일한 구성에 대해서는 도 2와 동일한 부호를 사용하기로 한다.

먼저 자재(10)를 장비 내부로 투입시키기 위해서 전동 그리퍼(200)를 제1가이드장치(134)를 따라 이동시켜 다수의 자재(10)가 적재되어 있는 반입용 적재함(미도시)의 앞쪽에 대기시킨다. 이때 전동 그리퍼(200)의 제1 및 제2레일(221, 222)은 그 삽입홈(224)의 내벽 사이의 간격이 자재(10)의 폭보다 넓은 상태를 유지한다.

이어서 제1푸셔(172)가 반입용 적재함으로부터 자재(10)를 밀어내면 자재(10)의 양 측단부가 각 레일(221,222)의 삽입홈(224)의 내부로 진입한다.

자재(10)가 삽입홈(224)으로 완전히 삽입되면 전동 그리퍼(200)는 제1풀리(231)를 예를 들어 시계방향으로 회전시킴으로써 각 레일(221,222)을 안쪽으로 이동시켜 자재(10)를 삽입홈(224)의 내부에서 정렬시킨다.

자재(10)를 파지한 전동 그리퍼(200)는 제1 또는 제2안치테이블(126,128)의 상부로 이동하고, 이어서 제1풀리(231)를 반시계 방향으로 회전시킴으로써 제1 및 제2레일(221,222)을 벌려 자재(10)를 제1 또는 제2안치테이블(126,128)의 상부에 내려 놓는다. 자재(10)를 내려 놓는 과정에서 정렬이 흐트러지는 것을 방지하기 위해서 각 안치테이블(126,128)에는 정렬돌기(미도시)를 형성하고 자재(10)에도 이에 대응하는 정렬홈(미도시)을 형성하여 안치테이블(126,128)을 상승시키거나 전동 그리퍼(200)를 상승시켜 정렬돌기를 정렬홈에 삽입시키는 것이 바람직하다.

이어서 전동 그리퍼(200)가 제1 및 제2레일(221,222)의 간격을 벌리면 자재(10)가 안치테이블(126,128)에 놓여진다. 만일 전동 그리퍼(200)에 누름부재(400)가 장착되어 있는 경우에는, 안치테이블(126,128)에 자재(10)가 놓여진 후 에 누름부재(400)를 하강시켜 자재(10)를 평탄하게 누르고 안치테이블(126,128)에 구비된 진공흡착수단을 이용하여 자재(10)를 평탄하게 흡착하는 것이 바람직하다.

자재(10)가 놓여진 안치테이블(126,128)은 제1 또는 제2공정이송라인(122,124)을 따라 공정영역까지 이동한다.

공정영역에서는 플럭스 툴(142)과 볼 툴(144)에 의해 솔더볼 마운트 공정이 진행되며, 공정이 완료된 자재(10)는 공정이송라인(126,128)을 따라 배출 영역으로 이송된다.

배출 영역에 도달한 자재(10)도 전동 그리퍼(200)에 의해 배출될 수 있다. 예를 들어 전동 그리퍼(200)를 제1 및 제2레일(221,222)을 벌린 상태로 배출 영역에 대기시킨 후에 자재(10)가 도착하면 양 레일(221,222)의 간격을 좁혀서 자재(10)를 파지할 수 있다. 이어서 전동 그리퍼(200)를 상승시킴으로써 자재(10)를 안치테이블로부터 분리하고 반출용 적재함(192)이나 컨베이어(194)쪽으로 이송한다.

반출용 적재함(192)으로 배출하는 경우에는 전동 그리퍼(220)가 반출용 적재함(192)의 앞쪽에 위치한 상태에서 제1 및 제2레일(221,222)을 약간 벌린 후에 제2푸셔(184)가 자재(10)를 반출용 적재함(192)으로 직접 밀어 넣음으로써 자재(10)를 반출한다. 다른 방법으로서 전동 그리퍼(220)가 반출용 적재함(192)의 직상부로 이동한 후 제1레일 및 제2레일(221,222)을 벌려서 반출용 적재함(192)에 자재(10)를 직접 올려 놓을 수도 있다. 이와 같이 전동 그리퍼(200)를 반출용으로 사용하면 종래의 배출레일(182)과 관련 설비를 생략할 수 있는 장점이 있다.

한편 이상에서는 솔더볼 마운트 장비를 예를 들어 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않으며 다른 종류의 반도체 제조장치는 물론이고 카메라모듈 조립장치, 평판표시장치(FPD) 제조장치 등 광범위한 분야의 자동화 공정장비에 적용할 수 있다.

또한 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형 또는 수정되어 실시될 수 있으며, 이와 같이 변형 또는 수정된 실시예가 후술하는 특허청구범위에 포함된 본 발명의 기술적 사상을 포함한다면 본 발명의 권리범위에 속함은 당연하다.

도 1은 PCB스트립을 예시한 도면

도 2는 종래 솔더볼 마운트 장비의 평면도

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전동 그리퍼의 사시도

도 4는 전동 그리퍼의 구동벨트와 레일의 결합관계를나타낸 도면

도 5는 LM가이드가 장착된 모습을 나타낸 도면

도 6a 및 도 6b는 레일 내부에 장착된 완충부재의 측단면도 및 횡단면도

도 7a 및 도 7b는 각각 레일의 개폐과정을 나타낸 도면

도8은 피니언기어와 래크를 이용한 전동 그리퍼를 나타낸 도면

도9 및 도 10은 누름부재를 가지는 전동 그리퍼를 나타낸 측면도 및 종단면도

도11은 본 발명의 실시예에 따른 전동 그리퍼가 설치된 솔더볼 마운트 장비를 예시한 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

200: 전동 그리퍼 210: 하우징

221,222: 제1, 제2레일 224: 삽입홈

225: 완충홈 226: 완충부재

227: 스프링 228: 회동축

229: 스프링삽입홈 231,232: 제1, 제2풀리

240: 구동벨트 261,262: 제1, 제2클램프

263,264: 제1, 제2 연장부재270: 제1연결플레이트

280: 제2연결플레이트 271,272: 제1, 제2플레이트

281,282: 제3, 제4플레이트290a,290b: 제1, 제2가이드수단

400: 누름부재 410: 누름부재용 구동수단

420: 수평연결부재 430: 수직연결부재

431: 가이드부싱 432: 가이드봉

433: 스프링 450: 마운트플레이트

452: 자석 500: 전동 그리퍼용 구동수단

Claims (14)

1. 적재함(Magazine)에 적재된 자재를 장비 내부로 반입하는 자재공급수단;

   자재를 공정영역으로 이송하는 공정이송라인;

   상기 자재공급수단에 의해 상기 적재함으로부터 반입된 자재를 자재의 크기에 따라 레일의 폭을 조절하여 직접 인수하고 인수한 자재를 상기 공정이송라인의 적재위치에 정확하게 내려놓는 수단으로서, 자재의 양 측단부를 각각 지지하는 제1레일 및 제2레일과, 상기 제1레일과 상기 제2레일의 간격을 조절하는 간격조절수단을 구비하며, 상기 제1레일과 상기 제2레일은 자재의 양 측단부가 삽입되는 제1삽입홈과 제2삽입홈을 각각 구비하고, 상기 제1삽입홈과 상기 제2삽입홈 중 적어도 하나의 내부에는 삽입된 자재의 흔들림을 방지하고 자재에 가해지는 압력을 완충시키는 탄성수단이 설치된 전동그리퍼;

   상기 전동그리퍼를 대기위치와 상기 공정이송라인의 적재위치에 이동시키는 전동그리퍼 이동수단;

   을 포함하는 자동화 공정장비
2. 제1항에 있어서,

   상기 공정영역에서 공정을 마친 자재를 반출하는 자재반출수단;

   상기 공정이송라인에 정의된 픽업위치에서 공정을 마친 자재를 픽업하여 상기 자재반출수단에 인계하는 수단으로서, 상기 전동 그리퍼와 동일한 구조를 갖는 제2의 전동그리퍼;

   상기 제2의 전동그리퍼를 상기 픽업위치와 자재반출 적재함으로 직접 이송하여 적재시킬 수 있는 위치로 이동시키는 제2의 전동그리퍼 이동수단;

   을 포함하는 자동화 공정장비
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