KR101910375B1 - 부품실장기용 헤드 어셈블리 - Google Patents

부품실장기용 헤드 어셈블리 Download PDF

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Abstract

부품실장기용 헤드 어셈블리가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 부품실장기용 헤드 어셈블리는, 복수의 노즐 스핀들이 방사상 형태로 배치된 스핀들 열을 포함하여 부품실장기의 수평 이동 장치에 회전 가능하게 설치된 헤드부; 및 상기 다수의 노즐 스핀들을 순차적으로 직선 이동시키는 스핀들 구동부를 포함하되, 상기 헤드부는, 상기 스핀들 열을 적어도 2열 이상 포함한다.

Description

부품실장기용 헤드 어셈블리{HEAD ASSEMBLY FOR CHIP MOUNTER}
본 발명은 부품실장기용 헤드 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부품실장기의 헤드 어셈블리에서 노즐 스핀들을 복수열로 배치하여 컴팩트한 크기의 헤드 어셈블리를 구현할 수 있는 부품실장기용 헤드 어셈블리에 관한 것이다.
최근 기술의 급속한 발전에 따른 전기, 전자 제품의 소형화 추세는 전자 부품의 고집적화, 초소형화를 가속화시키고 있으며, 고밀도, 초소형의 부품을 인쇄회로기판에 실장하는 표면실장기술(SMT, Surface Mount Technology)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
일반적으로, 칩마운터(Chipmounter)와 같은 부품실장기는 각종 전자 부품을 공급받아 인쇄회로기판(PCB)의 실장 위치까지 이송시킨 다음에 인쇄회로기판에 부품을 실장하는 작업을 수행한다.
이러한 칩마운터와 같은 부품실장기는 부품을 공급하는 부품 공급 장치, 인쇄회로기판을 이송시키는 컨베이어, 스핀들 노즐들을 구비하여 부품 공급 장치로부터 부품을 픽업하여 인쇄회로기판에 실장하는 헤드 어셈블리, 그리고 헤드 어셈블리를 수직 또는 수평 방향으로 이동시키는 갠트리(Gantry) 등으로 구성된다.
최근에는, 복수개의 전자 부품을 차례로 또는 동시에 흡착하고, 흡착된 전자 부품을 차례로 또는 동시에 인쇄회로기판에 실장하여 실장 효율을 높이기 위한 기술이 개발되고 있다.
종래의 칩마운터 헤드에는 복수의 스핀들을 수직으로 이동시키기 위해 선형모션 액츄에이터(Linear motion actuator)가 이용되고 있다. 이러한 액츄에이터는 단수 스핀들 구동(액츄에이터 하나가 스핀들 하나의 수직운동 구현) 또는 복수 스핀들 구동(액츄에이터 하나가 다수의 스핀들 수직운동 구현)을 구현하고 있으며, 헤드의 바디에 고정 부착된다. 복수 스핀들 구동은 액츄에이터 수를 감소시키면서 칩의 픽 앤 플레이스(Pick and Place) 효율을 높이기 위한 것으로 구동시킬 스핀들 선택을 위하여 일반적으로 회전형 모터를 이용한 회전 매커니즘을 함께 사용하고 있다.
이러한 헤드의 일례로 로터리 헤드(Rotary Head)와 리볼버 헤드(Revolver Head)를 들 수 있다. 로터리 헤드는 기판에 대해 Z축(수직방향)을 중심으로 한 회전체에 스핀들이 구성되고, 리볼버 헤드는 기판에 대해 경사축 또는 Y축 (수평방향)을 기준으로 한 회전체에 다수의 스핀들이 배열된다. 로터리 헤드 또는 리볼버 헤드는 단수의 실렉터(Selector)를 이용하여 원형 형태로 배열된 다수의 스핀들을 단수의 액츄에이터 등으로 수직 구동 시키는 구조를 가지고 있다.
도 1a 및 도 1b는 각각 종래의 리볼버 헤드의 구조를 도시한 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 리볼버 헤드(10, Revolver Head)에서 1개의 회전체(12)는 다수의 스핀들(14)로 구성되어 있고, 스핀들(14)이 부품을 흡착 또는 부품을 기판에 장착시 스핀들(14)을 이동시킬 수 있도록 Z축 액츄에이터(16)로 구성된다. 이러한 리볼버 헤드(10)는 생산 효율을 증가시키기 위해서는 스핀들(14)의 수를 증가시켜야 한다. 그러나, 스핀들(14)의 수를 증가시키기 위해서는 회전체(12)의 사이즈(size)가 원주 방향으로 커져야 하며, 리볼버 헤드(10)의 설치 높이가 높아져서 장비의 높이가 높게 설계되어야 하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 2007-0016761호 (2007.02.08. 공개) 대한민국 공개특허 2006-0022023호 (2006.03.09. 공개) 대한민국 공개특허 2009-0097391호 (2009.09.16. 공개) 일본 공개특허 2013-038358호 (2013.02.21. 공개)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 헤드 어셈블리에서 노즐 스핀들을 복수열로 배치하여 컴팩트한 크기의 헤드 어셈블리를 구현할 수 있는 부품실장기용 헤드 어셈블리를 제공한다.
또한, 헤드 어셈블리의 사이즈가 원주 방향의 수직 방향으로만 커져 헤드 어셈블리의 설치 높이를 그대로 유지할 수 있는 부품실장기용 헤드 어셈블리를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 부품실장기용 헤드 어셈블리는, 복수의 노즐 스핀들이 방사상 형태로 배치된 스핀들 열을 포함하여 부품실장기의 수평 이동 장치에 회전 가능하게 설치된 헤드부; 및 상기 다수의 노즐 스핀들을 순차적으로 직선 이동시키는 스핀들 구동부를 포함하되, 상기 헤드부는, 상기 스핀들 열을 적어도 2열 이상 포함한다.
상기 상기 헤드부는, 상기 스핀들 열의 개수에 대응하여 상기 복수의 노즐 스핀들이 배치되는 적어도 2개 이상의 단위 헤드를 포함할 수 있다.
상기 단위 헤드는, 중공의 원통 형상으로 형성되며, 부품이 실장되는 기판에 대하여 수직으로 배치될 수 있다.
상기 스핀들 구동부는, 상기 스핀들 열의 개수에 대응하여 상기 각 단위 헤드의 중공에 각각 설치되는 적어도 2개 이상의 액츄에이터를 포함할 수 있다.
상기 스핀들 구동부는, 하나의 액츄에이터와, 상기 액츄에이터를 상기 기판에 대하여 수평으로 이동시켜 상기 각 단위 헤드 사이에서 이동시키는 리니어 모터를 포함할 수 있다.
상기 헤드부를 회전시키는 회전 구동부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 헤드 어셈블리에서 노즐 스핀들을 복수열로 배치하여 컴팩트한 크기의 헤드 어셈블리를 구현할 수 있다.
또한, 헤드 어셈블리의 사이즈가 원주 방향의 수직 방향으로만 커져 헤드 어셈블리의 설치 높이를 그대로 유지할 수 있고, 장비의 높이도 그대로 유지할수 있다.
도 1a 및 도 1b는 각각 종래의 리볼버 헤드의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품실장기용 헤드 어셈블리를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부품실장기용 헤드 어셈블리를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부품실장기용 헤드 어셈블리를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품실장기용 헤드 어셈블리가 부품실장기에 장착된 상태를 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품실장기용 헤드 어셈블리를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부품실장기용 헤드 어셈블리(100)는, 부품 공급 장치로부터 공급되는 부품을 픽업하여 기판에 실장하는 것으로, 복수의 노즐 스핀들(105)이 방사상 형태로 배치된 스핀들 열을 포함하여 부품실장기(미도시)의 수평 이동 장치(미도시)에 회전 가능하게 설치된 헤드부(110), 및 상기 다수의 노즐 스핀들(105)을 순차적으로 직선 이동시키는 스핀들 구동부(120)를 포함한다. 특히, 상기 헤드부(110)는 상기 스핀들 열을 적어도 2열 이상 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 부품실장기용 헤드 어셈블리(100)는, 상기 헤드부(110)를 회전시키는 회전 구동부(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 회전 구동부에 의해 각 노즐 스핀들(105)이 소정 각도씩 이동하게 된다.
구체적으로, 헤드부(110)는 중공을 가진 원형의 형상을 가질 수 있으며, 외주면에 복열로 노즐 스핀들(105)이 배치될 수 있다. 도 2에서, 2열의 노즐 스핀들 열이 도시되었으나, 3열 이상으로 배치될 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다. 이러한 헤드부(110)는 부품실장기의 수평 이동 장치에 연결될 수 있으며, 부품이 실장되는 기판(미도시)에 대하여 수직(Z축 방향)으로 배치될 수 있다. 여기에서, 부품실장기의 수평 이동 장치는 헤드부(110)를 기판에 평행한 평면 상에서 상하 좌우로 이동시키는 것으로서 갠트리(Gantry) 등을 예로 들 수 있다.
노즐 스핀들(105)은 부품을 픽업 및 실장하는 역할을 한다. 이러한 노즐 스핀들(105)은 헤드부(110)의 원주면을 관통하여 방사상으로 배치되며, 일단은 헤드부(110)의 내부에 위치하며, 타단은 헤드부(110)의 외부에 위치한다. 스핀들 구동부(120)에 의해 헤드부(110)의 일단이 구동되면 타단이 이동하여 부품을 픽업하게 된다. 또한, 노즐 스핀들(105)은 헤드부(110)의 내부에 위치한 부분에 탄성부재가 마련될 수 있다. 여기에서, 스핀들 구동부(120)의 하강에 의해 하강하는 노즐 스핀들(105)의 탄성부재가 수축된 후, 스핀들 구동부(120)의 상승 시 수축된 탄성부재가 노즐 스핀들(105)을 원 위치로 복귀하는 복원력을 제공할 수 있다. 그리고, 노즐 스핀들(105)은 부품을 진공(vacuum)에 의해 흡착할 수 있다. 이를 위해, 노즐 스핀들(105)의 내부로 진공을 제공하기 위한 진공 라인(vacuum line, 미도시)이 연결될 수 있다.
스핀들 구동부(120)는 헤드부(110)의 회전에 의해 순차적으로 회전 이동하는 다수의 노즐 스핀들(105)을 순차적으로 직선 이동시킨다. 즉, 스핀들 구동부(120)에 의해 노즐 스핀들(105)을 상하 방향으로 수직 구동시킨다. 도 2에서, 하나의 스핀들 구동부(120)가 2개의 노즐 스핀들(105)을 동시에 이동시키는 것으로 도시되었으나, 3개 이상의 노즐 스핀들(105)을 동시에 이동시킬 수도 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다. 또한, 하나의 스핀들 구동부(120)가 여러 개의 노즐 스핀들(105)을 이동시킬 뿐만 아니라, 일대일 대응 관계로 배치될 수도 있으며, 이에 대해서는 후술하여 살펴 보도록 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부품실장기용 헤드 어셈블리를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 부품실장기용 헤드 어셈블리(100a)는, 복수의 노즐 스핀들(105)이 방사상 형태로 배치된 스핀들 열을 포함하여 부품실장기의 수평 이동 장치에 회전 가능하게 설치된 헤드부(110)가 상기 스핀들 열의 개수에 대응하여 상기 복수의 노즐 스핀들(105)이 배치되는 적어도 2개 이상의 단위 헤드(115)를 포함할 수 있다. 즉, 헤드부(110)가 여러 개의 단위 헤드(115)로 구분되며, 각 단위 헤드(115)마다 하나의 스핀들 열이 배치될 수 있다. 이러한 단위 헤드(115)는 중공의 원통 형상으로 형성되며, 부품이 실장되는 기판에 대하여 수직으로 배치된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 부품실장기용 헤드 어셈블리(100a)는, 상기 스핀들 열의 개수에 대응하여 상기 각 단위 헤드(115)의 중공에 각각 설치되는 복수의 액츄에이터(125)를 포함할 수 있다. 즉, 단위 헤드(115)마다 액츄에이터(125)가 설치되며, 회전을 하는 단위체인 단위 헤드(115)마다 액츄에이터(125)가 일대일 대응 관계로 배치되어 각 단위 헤드(115) 별로 실장 작업이 가능하다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부품실장기용 헤드 어셈블리를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부품실장기용 헤드 어셈블리(100b)는, 복수의 노즐 스핀들(105)이 방사상 형태로 배치된 스핀들 열을 포함하여 부품실장기의 수평 이동 장치에 회전 가능하게 설치된 헤드부(110)가 상기 스핀들 열의 개수에 대응하여 상기 복수의 노즐 스핀들(105)이 배치되는 적어도 2개 이상의 단위 헤드(115)를 포함할 수 있음은 전술한 바와 같다.
다만, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부품실장기용 헤드 어셈블리(100b)는, 스핀들 구동부(120)가 하나의 액츄에이터(125)와, 상기 액츄에이터(125)를 기판에 대하여 수평으로 이동시켜 각 단위 헤드(115) 사이에서 이동시키는 리니어 모터(127)를 포함할 수 있다. 즉, 회전체인 단위 헤드(115)는다수이지만, 노즐 스핀들(105)을 Z축 방향으로 구동시키는 액츄에이터(125)의 위치를 이동시켜 단수의 액츄에이터(125)가 다수의 단위 헤드(115)의 노즐 스핀들(105)의 이동(상승/하강)을 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품실장기용 헤드 어셈블리가 부품실장기에 장착된 상태를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부품실장기용 헤드 어셈블리(100)가 부품실장기의 수평 이동 장치에 장착되어 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 부품실장기용 헤드 어셈블리(100)뿐만 아니라, 전술한 다른 부품실장기용 헤드 어셈블리(100a, 100b)가 적용될 수 있음은 물론이며, 다른 구조의 부품실장기용 헤드 어셈블리가 적용될 수도 있음은 당연하다 할 것이다.
구체적으로, 부품실장기용 헤드 어셈블리(100)는 부품실장기의 수평 이동 장치의 X축 이송부(51)에 헤드축(101)으로 연결되어 있다. 여기에서, X축 이송부(51)는 부품실장기용 헤드 어셈블리(100)의 X축 방향 이송을 위해 부품실장기의 플레이트(50)의 X축 방향으로 나란히 장착된다. 또한, 부품실장기용 헤드 어셈블리(100)의 Y축 방향 이송을 위해 부품실장기의 플레이트(50)의 Y축 방향으로 나란히 Y축 이송부(53)가 장착된다. 이러한 X축 이송부(51) 및 Y축 이송부(53)에는 상기 이러한 X축 이송부(51) 및 Y축 이송부(53)를 이동시키는 구동력을 제공하기 위해 각각 X축 구동부(52) 및 Y축 구동부(54)가 연결된다.
그러므로, 부품 공급 장치(40)가 부품(P)을 공급하면, X축 이송부(51) 및 Y축 이송부(53)에 의해 부품실장기용 헤드 어셈블리(100)가 X축 및 Y축 방향으로 소정 거리 이동하여 부품(P)의 픽업을 준비한다. 이후, 스핀들 구동부(120)가 노즐 스핀들(105)을 이동시켜 노즐 스핀들(105)이 부품(P)을 픽업하며, 이때 헤드부(110)의 회전에 의해 순차적으로 각 노즐 스핀들(105)이 부품(P)을 픽업한 후, X축 이송부(51) 및 Y축 이송부(53)에 의해 부품실장기용 헤드 어셈블리(100)가 부품(P)의 실장을 위해 기판(30)의 상부로 이동한다. 그런 후에, 스핀들 구동부(120)가 노즐 스핀들(105)을 이동시켜 노즐 스핀들(105)이 부품(P)을 기판(30)에 실장하며, 이때 헤드부(110)의 회전에 의해 순차적으로 각 노즐 스핀들(105)이 부품(P)을 기판(30)에 픽업하게 된다. 이렇게 실장이 완료된 기판(30)은 기판 운송부(55)에 의해 다음 작업을 위해 이동하게 된다. 특히, 부품실장기용 헤드 어셈블리(100)가 복수의 노즐 스핀들(105)로 이루어진 스핀들 열이 2개 이상이므로, 부품(P)의 픽업 및 실장 작업이 매우 빠르게 이루어질 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 부품실장기용 헤드 어셈블리(100)의 경우, 원주 방향으로의 크기는 변동이 없으므로, 여전히 부품실장기 자체의 높이가 유지된다. 이는 전술한 다른 부품실장기용 헤드 어셈블리(100a, 100b)와, 본 발명의 실시예들에 의해 도출될 수 있는 다른 헤드 어셈블리도 마찬가지이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 부품실장기용 헤드 어셈블리
105: 노즐 스핀들
110: 헤드부
115: 단위 헤드
120: 스핀들 구동부
125: 액츄에이터
127: 리니어 모터

Claims (6)

  1. 복수의 노즐 스핀들이 방사상 형태로 배치된 스핀들 열을 포함하여 부품실장기의 수평 이동 장치에 회전 가능하게 설치된 헤드부;
    상기 헤드부를 회전시켜 상기 복수의 노즐 스핀들을 소정 각도씩 이동시키는 회전 구동부; 및
    상기 다수의 노즐 스핀들을 순차적으로 부품이 실장되는 기판에 대하여 수직 방향으로 직선 이동시키는 스핀들 구동부를 포함하되,
    상기 헤드부는, 상기 스핀들 열을 적어도 2열 이상 포함하며, 상기 스핀들 열의 개수에 대응하여 상기 복수의 노즐 스핀들이 배치되는 적어도 2개 이상의 단위 헤드를 포함하고,
    상기 단위 헤드는, 중공의 원통 형상으로 형성되며, 상기 기판에 대하여 수직으로 배치되고,
    상기 스핀들 구동부는 하나의 액츄에이터와, 상기 액츄에이터를 상기 기판에 대하여 수평방향으로 이동시켜 상기 각 단위 헤드 사이에서 이동시키는 리니어 모터를 포함하며,
    상기 하나의 액츄에이터는 상기 2개 이상의 단위 헤드 사이에서 이동되어 상기 2개 이상의 단위 헤드 각각에 장착된 상기 복수의 노즐 스핀들의 이동을 제어하는 부품실장기용 헤드 어셈블리.
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