KR200201149Y1 - 표면실장기의 헤드 - Google Patents

Abstract

본 고안은 표면실장기의 헤드에 관한 것으로, 노즐부를 상,하 운동시키기 위한 공기압 실린더와, 상기 전자부품의 장착 각도를 결정하기 위한 구동 모터와, 헤드 블럭부의 하부에 고정되는 베이스와, 상기 베이스의 하면에 설치되어 전자부품을 파지하기 위한 조(JAW)를 각각 구비한 수개의 보이스 코일 모터와, 상기 헤드 블럭부와 베이스의 사이에 개재되어 보이스 코일 모터에 전자부품을 센터링하기 위해 조의 움직임을 제어하기 위한 전류를 회전부에 전달하는 슬립링으로 구성하여, 입력전류에 비례하는 스트로크를 출력하는 보이스 코일 모터의 특성으로 툴의 교환 없이 다양한 크기와 형상의 소형 전자부품을 장착하도록 한 것이다.

Description

표면실장기의 헤드

제1도는 종래 기술에 의한 표면실장기 헤드를 보인 것으로, 상,하 작동용 공기압 실린더가 구동되어 볼스플라인 축이 하강된 상태의 정단면도.

제2도의 종래 기술에 의한 표면실장기의 툴 자동 교환장치를 보인 것으로,

(a)는 평면도.

(b)는 정면도.

제3도 및 제4도는 종래 기술에 의한 표면실장기의 툴 자동 교환장치를 보인것으로,

제3도는 툴의 분리 동작을 설명하기 위한 측면도.

제4도는 툴의 장착 동작을 설명하기 위한 측면도.

제5도는 본 고안에 의한 표면실장기의 헤드를 보인 정면도.

제6도 및 제7도는 본 고안에 의한 표면실장기의 헤드를 보인 것으로,

제6도는 전자부품을 잡지 않은 상태를 보인 저면도.

제7도는 전자부품을 잡고 있는 상태를 보인 저면도.

제8도는 본 고안에 의한 표면실장기 헤드의 요부 구성을 보인 단면도.

제9도는 본 고안에 의한 표면실장기 헤드를 구성하는 보이스 코일 모터의 내부 구조 및 작용을 보인 단면도.

제10도는 제9도에 도시한 보이스 코일 모터의 작동 원리를 설명하기 위한 도표.

제11도 및 제12도는 본 고안에 의한 표면실장기 헤드의 사용예를 보인 것으로,

제11도는 노즐부에 의하여 전자부품이 흡착된 상태를 보인 정면도.

제12도는 제11도의 저면도.

제13도는 본 고안에 의한 표면실장기 헤드의 노즐부에 QFP가 흡착된 상태를 보인 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 노즐부 22 : 공기압 실린더

23 : 구동 모터 24 : 헤드 블럭부

25 : 에이스 26 : 조

27 : 보이스 코일 모터 28 : 슬립링

본 고안은 표면실장기용 소형 전자부품 장착 헤드에 관한 것으로, 특히 입력 전류에 비례하는 스트로크(strock)를 출력하는 보이스 코일 모터(VCM; Voice Coil Motor)를 이용하여 툴(tool)의 교환 없이 노즐만의 교환으로 다양한 크기와 형상의 소형 전자부품을 장착할 수 있게한 표면실장기의 헤드에 관한 것이다.

최근 전자 제품의 소형화에 대응하여 전자부품의 소형화가 급속히 진행되고 있으며, 이에 대응한 표면실장용 장비가 개발되어 보급되고 있다. 이와 같은 표면실장용 장비에 있어서 부품을 기판위에 장착시키기위한 전자부품 장착 헤드는 매우 중요한 부분으로 부품을 부품 공급장치로부터 흡착하여 센터링하고 기판위에 실장하는 역할을 한다. 일반적인 헤드는 부품을 부품 공급장치로부터 흡착한 후, 실린더의 상하 운동과 연동된 조(JAW)에 의하여 센터링을 하고 있다.

종래 기술에 의한 표면실장기 헤드의 일례를 첨부 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

제1도에 도시한 바와 같이, 헤드 블럭부(1)와, 그 헤드 블럭부(1)의 하부에 착탈 가능하도록 결합되는 툴(2)과, 상기 툴(2)의 회전을 위한 구동 모터(3)와, 상기 툴(2)의 하강을 위한 공기압 실린더(4)로 구성되어 있다.

상기 툴(2)은 볼스플라인 축(5)의 하단부에 결합되어 전자부품(E)을 흡착하는 노즐부(6)와, 상기 전자부품(E)을 지지하기 위한 수개의 조(JAW)(7) 등으로 구성되어 있다.

도면중 미설명 부호 3은 로드를 보인 것이다.

이와 같은 종래 기술에 의한 표면실장기 헤드는, 전자부품(E)을 흡착하기 위하여 전자부품 공급부에서 노즐부(5)를 공기압 실린더(4)로 하강시키게 된다.

이때, 노즐부(5)와 툴(2) 사이의 상대 운동에 의하여 조(7)가 벌어지고 노즐부(5)는 계속 하강하여 진공압으로 전자부품(E)을 흡착시키게된다.

이와 같이 전자부품(E)을 흡착한 노즐부(7)는 다시 공기압 실린더(4)에 의하여 상승하고 하강시와 같이 툴(2) 사이의 상대 운동으로 조(7)가 오므라들게 된다.

상기 노즐부(6)의 상승 동작이 완료됨과 동시에 조(7)는 노즐부(6)의 단부에 부착된 전자부품(E)을 센터링하고 장착하기 위하여 프로그램된 각도 만큼 전자부품(E)을 구동 모터(3)로 회전시키면서 장착 위치로 이동하게 된다.

그 장착 위치에서 표면실장기의 헤드는 공기압 실린더(4)로 노즐부(6)를 하강시키게 되며, 이때 노즐부(6)와 툴(2) 사이의 상대 운동에 의하여 조(7)가 벌어지게 된다.

상기 노즐부(5)는 계속 하강하여 전자부품(E)을 기판위에 장착하고, 다시 공기압 실린더(4)에 의하여 상승함과 동시에 조(7)는 오므라들게 된다.

한편, 제2도 내지 제4도는 종래 기술에 의한 표면실장기의 툴 자동교환장치를 보인 것으로, 2방향의 운동 기구를 가지고 있다. 즉, 전,후 지지판(101)에 사용 툴(2)의 갯수 만름 상,하작동 실린더(102)와, 1개의 전,후작동 실린더(103)가 연결 설치되어 있다.

상기 상,하작동 실린더(102)와, 전,후작동 실린더(103)는 2개씩의 직선 운동 가이드인 볼부쉬(104)(105)에 의하여 안내 및 지지되어 있다.

상기 상,하작동 실린더(102)의 로드(106)의 상단부에는 소정의 높이를 갖는 수납대(107)가 각각 설치되어 있고, 그 수납대(107)의 상단부에는 툴(2)을 지지하기 위한 수납기(108)가 설치되어 있다.

도민중 미설명 부호 109는 근접센서를 보인 것이다.

이와 같은 종래 기술에 의한 툴 자동 교환장치에 의하여 툴(2)을 분리함에 있어서는, 먼저 툴(2)이 결합되어 있는 표면실장기의 헤드가 X-Y 테이블에 의하여 툴(2)을 가지고 있지 않은 수납기(108)의 상측 전면 위치에 정지한다.

이후, 상,하 작동 실린더(102)의 구동으로 로드(106)가 상승하게 되면, 제3도에 도시한 바와 같이, 수납기(108)가 구비된 수납대(107)가 상승하여 툴(2)의 소정 높이에서 정지하게 된다.

이와 같은 상태에서 헤드 블럭부(1)의 증기압 실린더(4)의 구동으로 로드(8)가 하강하게 되면, 볼스플라인 축(5)이 하강하계 되고, 이후, 전,후 작동 실린더(103)의 구동에 의하여 전,후 지지판(101)이 전진 운동을 하여 도민에서 좌측으로 이동하게 되면, 그 전,후 지지판(101)에 지지되어 있는 상,하 작동 실린더(102)와, 수납대(108)와, 그리고 수납기(108)가 같이 전진 운동을 하여 수납기(108)에 툴(2)이 완전하게 결합된후, 멈추게 된다.

이후, 전,후 작동 실린더(103)의 구동으로 전,후 지지판(101)이 후퇴하게 되면, 툴(2)이 수납기(108)로 옮겨가게 되고, 이때, 수납대(107)에 설치된 근접센서(109)의 출력을 확인하여 툴(2)의 분리 동작이 이루어졌는가를 확인하게 되며, 다음동작으로 상,하 작동 실린더(102)의 구동으로 툴(2)이 수납된 수납기(108)가 하강하여 원래의 위치로 복귀하게 된다.

한편, 수납기(108)의 툴(2)을 헤드 불럭부(1)에 장착함에 있어서는, 분리시와 마찬가지로 먼저, 툴(2)을 가지고 있지 않은 헤드 블럭부(1)가 툴(2)을 가지고 있는 수납기(108)의 상측 전면에 X - Y 테이블의 운동에 의하여 이동 및 정지하게 된다.

이후, 제4도에 도시한 바와 같이, 상,하 작동 실린더(102)의 구동에 의하여 수납기(103)를 헤드 블럭부(1)의 소정 높이까지 상승시킨다.

이와 같은 상태에서, 전,후 작동 실린더(103)의 구동에 의하여 전,후 지지판(101)을 전진시키게 되먼, 해드 블럭부(1)에 툴(2)이 결합된다.

이와 갈이, 툴(2)의 결합이 완료된 상태에서 헤드 블럭부(1)의 공기압 실린더(4)의 구동에 의하여 볼스플라인 축(5)이 하강하여, 수납기(108)로부터 분리되면, 툴(2)의 록킹상태가 해제되어, 수납기(108)로부터 구속되었던 전진 방향 운동이 가능하게 되고, 헤드 블럭부(1)는 볼스플라인 축(5)으로 노즐부(6)를 구속하여 툴(2)의 이탈을 잡아주고 있게 된다.

이와 갈은 상태에서 전,후 작동 실린더(103)가 후퇴하게 되면, 툴(2)은 수납기(108)로부터 분리되어 해드 블럭부(1)에 결합되는 것이며, 이때에도 수납대(107)에 설치된 근접센서(109)의 출럭을 확인하여 툴(2)의 장착이 이루어졌는가를 확인하게 된다.

상기 툴(2)의 장착 동작이 정상적으로 이루어지면, 상,하 작동 실린더(102)가 하강하여 수납기(108)는 원래의 위치로 복귀하게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에 의한 표면실장기의 소형 전자부품 장착용 헤드는, 전자부품(E)을 센터링하기 위하여 복잡한 기구부로 구성되어 있으므로, 조립시 많은 시간이 필요하고, 정밀한 기계 부품의 가공이 필요한 단점이 있었다.

또한, 기계 부품 사이의 상대 운동이 일어나는 부분이 많아서 상대운동부에서의 마모와 소음 발생 등의 단점이 있었으며, 부품의 정확한 센터링을 위하여 조(7)를 정확하게 조립하여야 하는 등, 조립 공정 상의 어려움이 있었다.

뿐만 아니라, 부품의 크기와 종류에 따라 툴(2) 부위의 교환이 필요하게 되는 바, 이는 부품의 크기와 형상에 따라 조(7)의 형태가 다르기 때문이다. 이와 갈은 툴(2)의 교환을 위하여는 제2(a),(b)도에 도시한 툴 교환 스테이션이 필요로 하며, 그 툴 교환 스테이션은 기계적으로 매우 복잡하고, 툴 교환 시간에 따른 전자부품 장착 시간의 증가와 여러 종류의 툴을 제작하여야 하는 등, 경제적으로 여러가지 측면에서 매우 불리하였다.

본 고안의 목적은 입력 전류에 비래하는 스트로크(stroke)를 출력하는 보이스 코일 모터(VCM; Voice Coil Motor)를 이용하여 툴(tool)의 교환 없이 노즐만의 교환으로 다양한 크기와 형상의 소형 전자부품을 장착할 수 있도륵 한 표면실장기의 헤드를 제공함에 있다.

상기한 본 고안의 목적을 달성하기 위하여, 노즐부를 상,하 운동시키기 위한 공기압 실린더와, 상기 전자부품의 장착 각도를 결정하기 위한 구동 모터와, 헤드 블럭부의 하부에 고정되는 베이스와, 상기 베이스의 하면에 설치되어 전자부품을 파지하기 위한 조(JAW)를 각각 구비한 수개의 보이스 코일 모터와, 상기 헤드 블럭부와 베이스의 사이에 개재되어 보이스 코일 모터에 전자부품을 센터링하기 위해 조의 움직임을 제어하기 위한 전류를 회전부에 전달하는 슬립링으로 구성함을 특징으로 하는 표면실장기의 헤드가 제공된다.

이하, 본 고안에 의한 표면실장기의 헤드를 첨부 도면에 도시한 실시예에 따라서 설명하면 다음과 같다.

제5도는 본 고안에 의한 표면실장기의 헤드를 보인 정면도이고, 제6도 및 제7도는 본 고안에 의한 표면실장기의 헤드를 보인 저면도이며, 제8도는 본 고안에 의한 표면실장기 헤드의 요부 구성을 보인 단면도이고. 제9도는 본 고안에 의한 표면실장기 헤드를 구성하는 보이스 코일 모터의 내부 구조 및 작용을 보인 단면도이며, 제10도는 제9도에 도시한 보이스 코일 모터의 작동 원리를 설명하기 위한 도표이다.

이에 도시한 바와 갈이, 본 고안에 의한 표면실장기의 헤드는, 노즐부(21)를 상,하 운동시키기 위한 공기압 실린더(22)와, 상기 전자부품(E)의 장착 각도를 결정하기 위한 구동 모터(23)와, 헤드 블럭부(24)의 하부에 고정되는 베이스(25)와, 상기 베이스(25)의 하면에 설치되어 전자부품(E)을 파지하기 위한 조(JAW)(26)를 각각 구비한 수개의 보이스 코일 모터(27)와, 상기 헤드 블럭부(24)와 베이스(25)의 사이에 개재되어 보이스 코일 모터(27)에 전자부품(E)을 센터링하기 위해 조(26)의 움직임을 제어하기 위한 전류를 회전부에 전달하는 슬립링(28)으로 구성되어 있다.

상기 보이스 코일 모터(27)는, 제9(a)도 및 제9(b)도에 도시한 바와 같이, 내부가 비어 있는 케이스(27a)와, 상기 케이스(27a)의 내측벽에 고정되는 영구자석(27b)과, 상기 상기 영구자석(27a)에 슬라이드 가능하도록 결합되는 코일 조립체(27c)와, 상기 코일 조립체(27c)의 전면에 고정되어 케이스(27a)의 외부로 출몰되는 조(26)로 구성되어 있다.

상기 보이스 코일 모터(27)는, 제10도에 도시한 바와 같이, 입력 전류(i₁)(i₂)에 비례하는 스트로크(stroke)(S₁)(S₂)를 출력하는 특성을 갖는다.

상기와 같이 구성되는 본 고안에 의한 표면실장기 헤드의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

제5도 및 제6도에 도시한 상태에서 전자부품(E)을 흡착하기 위하여 전자부품 공급부로 전자부품 장착 헤드가 이동한 후, 보이스 코일 모터(27)가 작동하여 각각의 조(26)를 벌린다.

이와 동시에, 노즐부(21)를 하강시키기 위한 공기압 실린더(22)가 작동하여 전자부품(E)을 진공압으로 흡착한다.

이와 같이, 전자부품(E)을 홉착한 노즐부(21)는 상승하여 부품의 센터링 위치까지 상승하게 되며, 그 노즐부(21)가 정지됨과 동시에 보이스코일 모터(27)가 작동하여 조(26)를 오므려 전자부품(E)을 센터링하게 되는 것이다.

이때, 조(26)의 운동량은 부품의 크기와 형상에 따라 입력된 정보에 의하여 제어된다.

본 고안에 의한 표면실장기의 헤드가 다양한 크기의 형상을 갖는 전자부품(E)을 장착할 수 있는 것은 조(26)의 운동량을 각각 제어 가능한 구조로 되어 있기 때문이다. 이것은 또한 전자부품(E)에 손상을 주지 않는 적정한 파지력으로 전자부품(E)을 센터링할 수 있게 한다.

이와 같이 부품을 흡착하고 센터링한 헤드는 장착 위치로 이동하면서 부품의 자세를 보정한다. 인쇄회로기판상의 장착 위치에 도달한 전자부품 장착 헤드는 조(26)를 벌리고 공기압 실린더(22)에 의해 전자부품(E)을 흡착한 노즐부(21)를 하강시켜, 인쇄회로기판상에 전자부품(E)을 장착한다. 전자부품(E)을 장착한 노즐부(21)는 공기압 실린더(22)에 의해 다시 상승하고 조(26)는 오므라든다.

한편, QFP(Quad Flate Package), PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier), STOP(Thin Small Outline Package)와 같은 전자부품(E)과, 화상처리가 필요한 이형 부품의 장착은 다음과 같은 방법으로 가능하다.

먼저, 조(26)를 완전하게 벌려 노즐부(21)를 하강시키고, 전자부품(E)을 흡착한 후, 자세 보정을 위한 화상 검사를 하기 위한 위치로 이동하여 화상 검사를 한 후, 장착 위치로 이동하면서 부품의 자세를 보정한다.

이와 같이, 장착 위치에 도달하면, 다시 노즐부(21)를 하강시켜, 부품을 인쇄회로기판상에 장착시킨 후, 노즐부(21)를 상승시킨다. 종래의 표면실장기의 헤드는 노즐부와 조가 연동되는 구조로 되어 있으므로 이와 갈은 작업이 이루어지기 어려우나, 본 고안에 의한 표면실장기의 헤드는 조(26)와 노즐부(21)가 별도의 구동원으로 작동되므로 이와 같은 작업이 이루어질 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 의한 표면실면장기의 헤드는, 노즐부를 상,하 운동시키기 위한 공기압 실린더와, 상기 전자부품의 장착 각도를 걸정하기 위한 구동 모터와, 헤드 블럭부의 하부에 고정되는 베이스와, 상기 베이스의 하면에 설치되어 전자부품을 파지하기 위한 조(JAW)를 각각 구비한 수개의 보이스 코일 모터와, 상기 헤드 블럭부와 베이스의 사이에 개재되어 보이스 코일 모터에 전자부품을 센터링하기 위해 조의 움직임을 제어하기 위한 전류를 회전부에 전달하는 슬립링으로 구성하여, 입력 전류에 비례하는 스트로크를 출력하는 보이스 코일모터의 특성으로 툴의 교환 없이 노즐만의 교환으로 다양한 크기와 형상의 소형 전자부품을 장착하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 노즐부(21)를 상,하 운동시키기 위한 공기압 실린더(22)와, 상기 전자부품(E)의 장착 각도를 결정하기 위한 구동 모터(23)와, 헤드 블럭부(24)의 하부에 고정되는 베이스(25)와, 상기 베이스(25)의 하면에 설치되어 전자부품(E)을 파지하기 위한 조(JAW)(26)를 각각 구비한 수개의 보이스 코일 모터(27)와, 상기 헤드 불럭부(24)와 베이스(25)의 사이에 개재되어 보이스 코일 모터(27)에 전자부품(E)을 센터링하기 위해 조(26)의 움직임을 제어하기 위한 전류를 회전부에 전달하는 슬립링(25)으로 구성함을 특징으로 하는 표면실장기의 헤드.