KR20050041735A - 마이크로칩 감지 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노즐 유닛이 실장부품을 정확하게 파지한 경우와 정확하게 파지하지 못한 경우를 음향파를 이용하여 체크할 수 있는 마이크로칩 감지 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 마이크로칩 감지 시스템은, 적어도 한 개 이상의 노즐 유닛이 설치된 노즐장치와; 상기 노즐 유닛에 설치되며, 노즐 유닛의 내측에 형성된 통로에 일정한 음향파를 발생시킬 수 있는 초음파 스피커와; 상기 초음파 스피커에서 발생되어 실장부품에 전달된 후 반사되는 음향파를 감지할 수 있는 마이크로폰과; 상기 초음파 스피커와 마이크로폰을 제어하며, 마이크로폰에서 수신된 음향파에 대한 신호를 처리할 수 있는 신호처리부를 갖는 제어부로 구성된다. 이와 같이, 구성된 본 발명은 소정의 대역폭을 갖는 음향파를 이용하여 크기가 작은 실장부품에 대한 잘못 흡착된 경우를 정확하게 감지할 수 있는 이점이 있다.

Description

마이크로칩 감지 시스템{Microchip Inspection System}

본 발명은 노즐 유닛이 부품을 정확하게 흡착하지 않은 경우와 정확하게 흡착한 경우를 음향파를 이용하여 감지하여, 부품을 실장위치에 정확하게 실장할 수 있는 신뢰도를 확보할 수 있는 마이크로칩 감지 시스템에 관한 것이다.

표면실장기는 다수의 전자부품 또는 실장부품을 인쇄회로기판에 고속 및 정밀하게 실장하기 위해 사용된다. 실장부품을 인쇄회로기판에 고속 및 정밀하게 실장하기 위해 사용되는 표면실장기의 구성을 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 표면실장기의 개략적인 평면도이고, 도 2는 표면실장장치에 적용되는 일반적인 노즐헤드의 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 표면실장기(1)는 X-Y 갠트리(gantry)(2), 인쇄회로기판 이송장치(3), 모듈헤드(module head)(4), 부품공급장치(5), 및 노즐교환장치(6)와, 카메라(8)로 구성된다.

X-Y 갠트리(2)는 모듈헤드(4)를 X-Y축 방향으로 이송시키며, X-Y 갠트리(2)에 의해 X-Y축 방향으로 이송되는 모듈헤드(4)는 부품공급장치(5)로부터 실장부품을 픽킹하게 된다.

그리고, 인쇄회로기판(7)은 인쇄회로기판 이송장치(3)에 의해 실장작업위치(A)로 이송된다. 인쇄회로기판 이송장치(3)에 의해 실장작업위치(A)로 인쇄회로기판(7)이 이송되면 실장부품을 흡착한 모듈헤드(4)는 실장부품을 인쇄회로기판(7)에 실장하게 된다.

상기 모듈헤드(4)는 실장부품의 파지여부 및 파지상태를 카메라(8)에 의해 확인한 후, 인쇄회로기판(7)에 실장한다.

실장부품을 흡착한 후 인쇄회로기판(7)에 흡착된 실장부품을 실장하는 모듈헤드(4)는 다수개의 노즐장치(47)가 구비된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 모듈헤드(4)는 헤드 플레이트(40)의 상부 일측에 설치된 R축 구동모터(41)와, 상기 R축 구동모터(44)에 의해 회전되도록 설치된 다수의 노즐 샤프트(43)와, 상기 노즐 샤프트(43)가 상하로 이동할 때 일직선으로 움직일 수 있도록 안내하기 위한 다수의 샤프트 가이드(44)와, 상기 헤드 플레이트(40)의 하부 일측에 설치되어 노즐 샤프트(43)를 상하로 구동하기 위해 각각 대응 설치된 다수의 Z축 구동모터(46)로 구성되어 있다.

그리고, 상기 샤프트 가이드(44)에는 상기 노즐 샤프트(43)를 일직선으로 움직이도록 안내하기 위한 장공(45)이 형성되어 있다.

또한, 상기 샤프트 가이드(44)의 단부에는 노즐장치(47)가 설치되어 있고, 상기 노즐장치(47)의 하부에는 노즐 유닛(48)이 설치되어 있고, 상기 노즐 샤프트(43)의 상부에는 공기의 입/출력을 제어하기 위한 다수의 진공발생기(42)가 수평으로 순차적으로 설치되어 있다.

상기 진공발생기(42)는 노즐 샤프트(43)와 샤프트 가이드(44)와 그 하부에 설치된 노즐장치(47)에 설치된 노즐 유닛(48)까지 관통되어 있는 통로로 공기를 입력 또는 출력하여 상기 노즐 유닛(48)이 실장부품을 흡착하여 파지 한 후, 인쇄회로기판(7)(도 1참조)에 실장 하게된다.

그리고, 상기 헤드 플레이트(40)의 후부에 설치된 다수의 Z축 구동모터(46)는 상기 노즐 샤프트(43)를 상하로 이동시킨다.

한편, 상기 노즐 샤프트(43)의 중앙부에는 장공(45)이 세로로 형성된 샤프트 가이드(44)가 각각의 노즐 샤프트(43)에 끼움 결합되어 상기 노즐 샤프트(43)가 Z축 구동모터(46)에 의해 상하로 이동할 때 가이드 역할을 하여 직진성을 부여하게 된다.

그러나, 종래의 실장부품을 감지하는 카메라는 마이크로칩을 파지한 다수개의 노즐 유닛에 대해 1회 사용되므로, 이에 의해 크기가 작은 마이크로칩에 불리한 구조적인 문제점이 있었다.

또한, 종래의 실장부품을 감지하는 카메라는 실시간으로 감지하지 못하는 구조적인 문제점이 있었다.

또한, 종래의 진공압의 차이에 의한 감지법은 크기가 작은 미소칩으로 갈수록 진공압의 차이가 작아져서 미소칩의 경우에는 잡음과 구별되지 않아 부품 감지의 신뢰성이 떨어지는 단점이 있었다.

본 발명의 목적은 노즐 유닛이 부품을 정확하게 흡착하지 않은 경우와 정확하게 흡착한 경우를 음향파를 이용하여 감지하여, 부품을 실장위치에 정확하게 실장할 수 있는 신뢰도를 확보할 수 있는 마이크로칩 감지 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 마이크로칩 감지 시스템은, 적어도 한 개 이상의 노즐 유닛이 설치된 노즐장치와; 상기 노즐 유닛에 설치되며, 노즐 유닛의 내측에 형성된 통로에 일정한 음향파를 발생시킬 수 있는 초음파 스피커와; 상기 초음파 스피커에서 발생되어 실장부품에 전달된 후 반사되는 음향파를 감지할 수 있는 마이크로폰과; 상기 초음파 스피커와 마이크로폰을 제어하며, 마이크로폰에서 수신된 음향파에 대한 신호를 처리할 수 있는 신호처리부를 갖는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 초음파 스피커는 1~10MHz의 주파수 대역을 발생시킬 수 있고, 상기 마이크로폰은 1~10MHz의 주파수 대역을 수신할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명의 마이크로칩 감지 시스템은 다수개의 노즐 유닛이 설치된 노즐장치와; 상기 노즐장치의 일측에 설치되며, 다수개의 노즐 유닛의 내측에 각각 형성된 다수개의 통로에 일정한 음향파를 발생시킬 수 있는 다수개의 초음파 스피커와; 상기 초음파 스피커에서 발생되어 다수개의 통로를 통해 다수개의 실장부품에 전달된 후 반사되는 음향파를 감지할 수 있는 다수개의 마이크로폰과; 상기 초음파 스피커와 마이크로폰을 제어하며, 마이크로폰에서 수신된 음향파에 대한 신호를 처리할 수 있는 신호처리부를 갖는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명의 마이크로칩 감지 시스템은 노즐 유닛과; 상기 노즐 유닛의 내측에 형성되는 통로와; 상기 통로의 일측에 설치되어, 상기 통로에 일정한 음향파를 발생시킬 수 있는 초음파 스피커와; 상기 통로의 타측에 설치되어, 상기 통로를 통해 실장부품에 전달된 후 반사되는 음향파를 감지할 수 있는 마이크로폰과; 상기 초음파 스피커와 마이크로폰을 제어하며, 마이크로폰에서 수신된 음향파에 대한 신호를 처리할 수 있는 신호처리부를 갖는 제어부로 구성되어 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명이 적용된 표면실장기의 개략적인 평면도이고, 도 4는 본 발명의 초음파 스피커와 마이크로폰이 설치된 노즐장치를 보인 도면이고, 도 5는 노즐 유닛의 통로에서 음향파의 진행방향을 보인 도면이고, 도 6은 다수의 노즐유닛에 하나의 초음파 스피커와 마이크로폰이 설치된 상태도, 도 7a 및 7b는 노즐 유닛이 실장부품을 장착 및 오장착한 상태를 보인 도면이고, 도 8은 실장부품을 장착 및 오장착한 때의 음향파의 펄스를 보인 그래프이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 마이크로칩 감지 시스템은, 표면실장기(1)의 베이스프레임(11)의 상부에 복수개의 X-Y갠트리(2)가 서로 직교하여 설치되고, 상기 X-Y갠트리(2)에 대해 이동되는 모듈헤드(4)에 장착된 노즐장치(470)는 그 하부에 설치된 다수개의 노즐 유닛(480)을 이용하여 다수개의 실장부품(101)을 파지하여 이송장치(3)에 이송되는 인쇄회로기판(7)에 실장하게 된다.

상기 실장부품(101)은 부품공급장치(5)에서 공급되고, 다수개의 노즐 유닛(480)은 파지하는 실장부품(101)의 종류에 따라 노즐교환장치(6)에서 교체할 수 있다.

상기 노즐장치(470)의 다수개의 노즐 유닛(480)은 진공원(90)으로부터 전달되는 진공압력을 이용하여 실장부품(101)을 파지하게 된다.

상기 진공원(90)으로부터 전달되는 진공압력은 노즐 유닛(480)의 내측에 형성된 통로(50)를 통해 전달되며, 상기 통로(50)는 다수개의 경로로 분리되어서 다수개의 노즐 유닛(480)의 내측에 형성된다.

상기 통로(50)의 소정부위에는 상기 노즐 유닛(480)에 실장부품(101)이 흡착된 상태를 감지하기 위해 마이크로폰(60)과 초음파 스피커(70)가 설치되어 있다.

상기 마이크로폰(60)과 초음파 스피커(70)는 제어부(80)에 연결되어 있으며, 상기 제어부(80)에 의해 제어되어 상기 초음파 스피커(70)는 음향파(71)를 발생시키고, 상기 마이크로폰(60)은 상기 초음파 스피커(70)에서 발생된 음향파(71)를 수신할 수 있다.

상기 제어부(80)의 일측에는 신호처리부(81)가 구비되어 있으며, 상기 신호처리부(81)는 상기 마이크로폰(60)에 감지된 음향파(71)에 대한 신호를 처리할 수 있다.

상기 초음파 스피커(70)는 1~10MHz 대역의 주파수를 발생시킬 수 있으며, 상기 마이크로폰(60)은 1~10MHz 대역의 주파수를 수신할 수 있다.

상기 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기의 대역폭을 갖는 주파수가 노즐 유닛(480)의 하부에 파지된 실장부품(101)에 전달되는데, 상기 실장부품(101)이 정확하게 파지되지 못하면 상기 노즐 유닛(480)과 실장부품(101)의 사이에서 빈 공간(S)이 형성되게 된다.

이에 의해, 상기 초음파 스피커(70)에서 발생된 본래의 주파수는 상기 빈 공간(S)에 의해 소정의 양만큼 주파수가 손실되고, 이에 의해 변형된 신호가 실장부품(101)에서 상기 마이크로폰(60)에 반사되어 전달된다.

상기 초음파 스피커(70)에서 발생되는 주파수는 10KHz의 대역폭의 주파수를 샘플링 주파수(Sampling frequency)할 수 있는 에이디 컨버젼(AD Conversion Board)(미도시 됨)에 의해 변환되므로, 이에 의해 상기 마이크로폰(60)은 변환된 주파수를 수신할 수 있다.

상기 실장부품(101)을 감지하기 위해 주파수를 이용하는 공식은 다음과 같다.

c = f λ

c = 소리의 속도 = 340m/s

λ= 음파의 파장 0.3mm 3*10^-4m

f = 음파의 주파수 10⁶Hz

상기 음파의 파장은 대략 0.2 x (2~4)mm를 사용할 수 있고, 상기 음파의 주파수는 1~10Hz를 사용할 수 있다.

그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 다수개의 노즐 유닛(480)에 연결되어 있는 통로(50)에 하나의 초음파 스피커(70)와 하나의 마이크로폰(60)이 설치되어 있어, 다수개의 노즐 유닛(480)에 음향파(71)를 전달할 후, 되돌아오는 음향파(71)의 크기를 감지하여 실장부품(101)의 파지된 개수를 파악할 수 있게 된다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 노즐 유닛(480)이 실장부품(101)을 정확하게 장착한 때와, 정확하게 장착하지 못한 때에 상기 초음파 스피커(70)에서 발생된 음향파(71)의 펄스를 보인 것으로, 신호크기(dB)와 주파수(f)를 나타낸다.

상기 펄스의 Y는 실장부품(101)을 장착하였을 때의 펄스의 형상을 보인 것이고, N은 실장부품(101)을 오장착하였을 때의 펄스의 형상을 보인 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작 설명은 다음과 같다.

도 3 내지 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 하나의 진공원(90)으로부터 전달되는 진공압력에 의해 다수개의 노즐 유닛(480)은 임의로 설정된 개수만큼의 실장부품(101)을 흡착 파지하여 실장위치(A)에 실장한다.

상기 노즐 유닛(480)은 크기가 작은 실장부품(101)을 잘못 집는 경우가 있으므로, 이를 감지하기 위해 상기 초음파 스피커(70)에서 1~10MHz 대역의 주파수를 발생시킨다.

상기 발생된 주파수는 상기 노즐 유닛(480)의 내부에 형성된 통로(50)를 따라 전달되면서 상기 노즐 유닛(480)의 하부에 흡착 파지된 실장부품(101)에 전달된다.

상기 마이크로폰(60)은 상기 실장부품(101)에서 반사되어 되돌아오는 1~10MHz 대역의 주파수를 수신하게 된다.

이때, 상기 실장부품(101)의 파지상태가 정확하면 상기 실장부품(101)에 반사되는 음향파(71)는 손실되지 않은 상태로 정확하게 반사되어 상기 마이크로폰(60)에 전달된다.

그러나, 상기 실장부품(101)이 정확하게 파지되지 못하면 통로(50)의 끝단과 실장부품(101)에서 발생된 빈 공간(S)으로 빈 공간(S)의 크기만큼 음향파(71)가 손실된다.(도 7참조)

손실된 음향파(71)는 상기 초음파 스피커(70)에서 발생된 본래의 음향파(71)보다 변형된 파형이므로, 변형된 음향파(71)가 실장부품(101)으로부터 반사되어 상기 마이크로폰(60)에 전달된다.

상기 음향파(71)의 진행 방향은 도 7은 노즐 유닛(480)이 실장부품(101)을 정확하게 장착한 때와, 정확하게 장착하지 못한 때의 음향파(71)의 펄스를 보인 것으로, 노즐 유닛(480)이 실장부품(101)을 장착하였을 때의 펄스는 Y형상의 그래프이고, 노즐 유닛(480)이 실장부품(101)을 오장착하였을 때의 펄스는 N형상의 그래프이다.(도 7참조)

상기 초음파 스피커(70)에서 상기 마이크로폰(60)에 전달된 변형된 음향파(71)는 상기 마이크로폰(60)과 초음파 스피커(70)에 연결되어 있는 제어부(80)에 전달되고, 상기 제어부(80)는 이를 근거로 하여 실장부품(101)을 다시 정확하게 파지하게 된다.

또한, 상기 제어부(80)는 정확하게 파지한 실장부품(101)을 실장위치(A)에 실장하고 난 후, 다시 노즐 유닛(480)이 실장부품(101)을 파지하게 되면 상기 초음파 스피커(70)를 구동시켜 음향파(71)를 주기적으로 실장부품(101)에 전달하여 실장부품(101)의 파지상태를 감지하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작에 의해 노즐 유닛(480)에 실장부품(101)을 픽 앤드 플레이스(Pick and Place)하는 동작에서 발생될 수 있는 실장부품(101)의 오 장착을 방지할 수 있게 된다.

이상과 같이, 구성된 본 발명은, 노즐 유닛의 내부에서 전달되는 음향파를 이용하여 노즐 유닛에 파지된 실장부품을 정밀하게 감지하여, 크기가 작은 실장부품에 대한 파지상태를 정확하게 감지할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 소정의 대역폭을 갖는 음향파를 이용하여 크기가 작은 실장부품을 잘못 흡착한 경우를 정밀하게 감지하고, 이에 의해 실장부품을 정확하게 실장하지 못하는 오 장착을 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 노즐장치에 설치되는 초음파 스피커와 마이크로폰은 좁은 공간에 설치할 수 있어, 노즐장치의 부피가 커지지 않는 이점이 있다.

도 1은 표면실장기의 개략적인 평면도,

도 2는 표면실장장치에 적용되는 일반적인 노즐헤드의 사시도,

도 3은 본 발명이 적용된 표면실장기의 개략적인 평면도,

도 4는 초음파 스피커와 마이크로폰이 설치된 노즐장치를 보인 도면,

도 5는 노즐 유닛의 통로에서 음향파의 진행방향을 보인 도면,

도 6은 다수의 노즐유닛에 하나의 초음파 스피커와 마이크로폰이 설치된 상태도,

도 7a 및 7b는 노즐 유닛이 실장부품을 장착 및 오장착한 상태를 보인 도면,

도 8은 실장부품을 장착 및 오장착한 때의 음향파의 펄스를 보인 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1 : 표면실장기 50 : 통로

60 : 마이크로폰 70 : 스피커

71 : 음향파 80 : 제어부

81 : 신호처리부 90 : 진공원

470 : 노즐장치 480 : 노즐 유닛

Claims (5)

1. 적어도 한 개 이상의 노즐 유닛이 설치된 노즐장치와;

   상기 노즐 유닛에 설치되며, 노즐 유닛의 내측에 형성된 통로에 일정한 음향파를 발생시킬 수 있는 초음파 스피커와;

   상기 초음파 스피커에서 발생되어 실장부품에 전달된 후 반사되는 음향파를 감지할 수 있는 마이크로폰과;

   상기 초음파 스피커와 마이크로폰을 제어하며, 마이크로폰에서 수신된 음향파에 대한 신호를 처리할 수 있는 신호처리부를 갖는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로칩 감지 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 초음파 스피커는 1~10MHz의 주파수 대역을 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로칩 감지 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 마이크로폰은 1~10MHz의 주파수 대역을 수신할 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로칩 감지 시스템.
4. 다수개의 노즐 유닛이 설치된 노즐장치와;

   상기 노즐장치의 일측에 설치되며, 다수개의 노즐 유닛의 내측에 각각 형성된 다수개의 통로에 일정한 음향파를 발생시킬 수 있는 다수개의 초음파 스피커와;

   상기 초음파 스피커에서 발생되어 다수개의 통로를 통해 다수개의 실장부품에 전달된 후 반사되는 음향파를 감지할 수 있는 다수개의 마이크로폰과;

   상기 초음파 스피커와 마이크로폰을 제어하며, 마이크로폰에서 수신된 음향파에 대한 신호를 처리할 수 있는 신호처리부를 갖는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로칩 감지 시스템.
5. 노즐 유닛과;

   상기 노즐 유닛의 내측에 형성되는 통로와;

   상기 통로의 일측에 설치되어, 상기 통로에 일정한 음향파를 발생시킬 수 있는 초음파 스피커와;

   상기 통로의 타측에 설치되어, 상기 통로를 통해 실장부품에 전달된 후 반사되는 음향파를 감지할 수 있는 마이크로폰과;

   상기 초음파 스피커와 마이크로폰을 제어하며, 마이크로폰에서 수신된 음향파에 대한 신호를 처리할 수 있는 신호처리부를 갖는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로칩 감지 시스템.