KR20060123672A - 기판들에 전기 소자들을 장착하기 위한 파지 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판(3) 상에 배치될 수 있는 전기 소자들(10)을 위한 회전가능 홀더(9)를 포함하는 파지 유닛(5)에 관한 것이다. 홀더(9)는 축 방향으로 연결해제될 수 있는 연결 엘리먼트들(12, 13)을 연결하는 것을 포함하는 분리가능한 연결을 통해서 파지 장치의 회전 드라이브(7)에 연결된다. 소자(10)가 기판(3) 상에 위치할 때, 상기 연결은 완전히 분리되고, 따라서 홀더(9)를 회전 드라이브(7)로부터 완전히 연결해제한다. 홀더(9)는 조정가능한 압력 장치에 의해서 회전 드라이브(7)에 마주하고 있는 소자(10)를 향해 축 방향으로 압축응력되고, 상기 연결 표면(18)은 홀더(9)에 작용하면서 축방향 압축응력에 비해 우세한 축 방향 적용력에 의해서 서로 분리된다. 상기 적용력은 따라서 다른 소자들에 대해서 더욱 정확한 방식으로 개별적으로 조정될 수 있다.

Description

기판들에 전기 소자들을 장착하기 위한 파지 유닛{PLACEMENT UNIT FOR MOUNTING ELECTRIC COMPONENTS ONTO SUBSTRATES}

본 발명은 기판들에 전기 소자들을 장착하기 위한 파지 유닛에 관한 것으로서, 상기 파지 유닛은 하우징, 상기 소자들을 위한 내장형의 회전가능한 홀더, 및 상기 하우징 내에 장착되면서 상기 홀더를 위한 회전 드라이브를 구비하고, 상기 홀더는 축 방향으로 탄성적인 커플링을 통해서 내비틀림성 방식으로(torsionally rigid manner) 회전 드라이브에 연결된다.

이러한 파지 유닛은 예컨대 US 6178621B호에서 개시되었다. 이러한 파지 유닛은 픽-엔드-플레이스 시스템(pick-and-place system)의 일부인데, 상기 픽-엔드-플레이스 시스템에서는 전기 소자들이 픽킹 영역에서 획득되어 전기 인쇄회로기판 상의 소자 배치 영역에 배치된다. 변경가능한 가동 압력을 갖는 공기 완충기가 회전 드라이브와 소자 홀더 사이에 제공된다. 이러한 완충기는 해당 소자에 따라서 적용력(application force)을 상이한 최대 값들로 설정할 수 있다.

또한 WO 03/001572A에는 파지 유닛이 개시되어 있는데, 상기 파지 유닛에서는 회전 드라이브가 금속 벨로우즈(metal bellows)를 통해서 내비틀림성 방식으로 홀더에 연결되고, 상기 금속 벨로우즈는 축 방향으로 재배치될 수 있을 뿐만 아니 라 그 배치 방향으로 압축될 수 있다. 그것의 내부 단부에서는, 홀더가 전자석들이 자기력을 인가하는 고정 엘리먼트(anchoring element)를 구비하는데, 상기 자기력의 세기는 미리 설정될 수 있다. 상기 자기력은 전자석들로의 전류 공급을 변경함으로써 상이한 소자들의 최대 허용 제한에 적응될 수 있다. 홀더는 또한 공기 베어링으로서 설계되는 방사상 아버 요크에 삽입되며, 따라서 어떠한 정지마찰도 갖지 않는다. 적용력을 조율할 때는, 자기력뿐만 아니라 금속 벨로우즈에 적용되는 스프링력을 고려해야 할 필요가 있을 뿐 아니라 홀더의 고유한 무게도 고려해야할 필요가 있다. 적용력의 한계는 작은 압력-감응 소자들의 경우에 특히 중요하다.

US 5029383호에 개시되어 있는 파지 유닛의 경우에는, 배치 팁(placement tip)이 공동 구체와 같은 모양을 갖는 공기 베어링에서 홀더에 상반되는 마찰없이 느슨하게 실질적으로 유지되며, 그럼으로써 상기 배치 팁은 픽업될 필요가 있는 소자의 모양으로 배치 동안에 조정할 수 있다. 따라서, 단지 배치 팁의 중량만이 소자에 영향을 준다. 소자를 픽업하기 위해서, 공기 베어링 및 배치 팁에는 부분적인 진공이 적용되고, 그 결과로 소자를 갖춘 배치 팁이 홀더에 고정된다.

그러나 특별히 적당히 많은 수의 연결부들을 갖는 소자들의 경우에는, 모든 연결부들이 납땜을 통해 디핑(dip)되도록 보장하기 위해서 특정의 최소 힘이 필요하다. 따라서 허용되는 힘은 좁은 허용 범위 내에 있을 수 있다.

본 발명의 목적은 소자에 직접적으로 영향을 주는 적용력을 매우 정확하게 유지하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 제 1항을 통해 알게 될 특징들을 갖는 본 발명에 의해서 달성된다. 분리가능한 연결은 연결 엘리먼트들이 소자가 기판 상에 배치되자마자 안전하게 연결해제되도록 보장한다. 배치 순간에 회전 드라이브로부터 홀더의 이러한 완전한 연결해제는 임의의 다른 힘들이 그 방향으로부터 홀더에 인가되는 것을 방지한다. 특별히 유용한 점성 납땜용 페이스트가 존재하는 경우에 소자가 배치되어진 이후에는 계속해서 비틀리지 않는다는 것이 먼저 가정된다. 적용력을 설정할 때, 접속력 및 스프링력은 무시될 수 있어서 설정 속도 및 정확도를 향상시킨다. 특히, 스프링력의 증가를 보상하기 위한 경우에 다른 제어 수단들이 필요하지 않다. 회전 드라이브는 예컨대 기어 박스를 통해서 드라이브 모터에 연결되는 예컨대 드라이브 섀프트의 직접적인 드라이브 또는 간단히 드라이브 섀프트로서 설계될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예들은 청구항 제 2항 내지 제 11항으로부터 확인될 것이다.

정확한 배치 위치에 소자를 트위스트하기 위해서는 단지 작은 크기의 토크만이 필요하고, 실제로 이러한 토크는 약간 압축응력을 받은 마찰 연결에 의해서 신뢰적으로 전송될 수 있다. 상응하게 약간의 압축응력은 또한 회전 드라이브의 회전 축들과 홀더를 서로 연결해제하고, 그럼으로써 상기 홀더는 회전 드라이브에 의해서 영향을 받지 않는 고의적으로 제공되는 피벗 베어링에 정확히 유도될 수 있다.

청구항 제 3항 및 제 4항에 따른 실시예에 있어서, 홀더는 신속하게 변경될 수 있다. 이러한 홀더들에는 직접 픽업되어야 하는 소자들에 적응되는 상이한 프론트 엔드들이 제공될 수 있다.

그러나, 신속하게 변경되어 홀더 상의 어댑터에 고정될 수 있는 특별히 적응된 흡입 피펫(suction pipette)을 통해서 소자들을 또한 픽킹할 수 있다.

청구항 제 6항에 따른 실시예에서는, 홀더의 회전 각도가 소자의 바로 인접한 곳에서 검사될 수 있다.

청구항 제 7항에 따른 실시예에서는, 픽-엔드-플레이스 장치의 성능이 상당히 증가된다.

청구항 제 8항에 따른 실시예에서는 적용력이 더욱 정확하게 검사될 수 있도록 의도된다. 공동의(hollow) 얇은 벽을 갖는 원통형 홀더는 그것의 고유한 무게가 필요한 적용력 및 상응적으로 낮게 계속해서 발생하는 임의의 벌크 힘(bulk force)보다 훨씬 작게 되도록 제작될 수 있고, 그럼으로써 대부분에 대해서 상기 적용력은 조정가능한 압력 장치에 의해서 정해진다. 기판 상에 소자를 배치한 이후에는, 소자가 기판에 견고히 고정되도록 보장하기 위해서 진공을 짧은 압력 펄스로 변경하는 것이 유용하다. 또한 홀더의 중앙에 뚫린 구멍을 통해서 흡입 팁에 공기 선로(pneumatic line)를 제공하는 것이 더 일반적이다. 홀더의 내부를 확장함으로써 압력 펄스의 전송을 지연시키며 그로 인해 배치 효과를 감소시킬 버퍼 부피를 유발한다. 본 발명이 관련한 공기 선로는 상기 내부로부터 분리되도록 보장함으로써, 내부 부피는 상당히 감소되고, 홀더 팁에서의 진공은 매우 빠르게 계획된 압력 펄스로 될 수 있다.

청구항 제 9항에 따른 본 발명은 마찬가지로 적용력이 더욱 정확하게 설정될 수 있도록 의도된다. 공기 베어링이 회전 방향 및 축 이동 방향 모두에 있어서 이력현상 및 마찰이 완전히 제거된다. 홀더는 자신의 부피를 증가시킬 수 있는 추가적인 지지 엘리먼트들을 필요로 하지 않는다. 압력이 가해진 가스(압력 장치에 의해 생성됨)에 의한 축 방향 압력 작용은 홀더 상에 어떠한 추가 연결 엘리먼트도 필요로하지 않는다. 가스 압력은 홀더의 전체적인 표면 단부에 걸쳐 균일하게 분산되고, 따라서 힘이 균형을 이루는 지점이 중앙에 있게 되며 어떠한 기울어진 움직임도 발생할 수 없다. 배치하기 이전에 미리 설정된 값으로 가스 압력을 정확하게 설정하기 위해서 압력 센서가 사용될 수 있다. 이러한 종류의 결합에 있어서는, 약간 큰 홀더가 단지 간섭이 가변적이지만, 이는 본질적으로 파지 유닛의 하강 속도를 제어함으로써 쉽게 극복될 수 있다. 스프링 현가장치가 없는 보다 큰 무게의 부품들 경우에는, 위에서 설명한 US 6178621B에 따른 경우에, 압력 제어 장치는 배치 절차 동안에는 필요할 것이지만 본 발명에 따르면 필요하지 않다.

청구항 제 10항에 따른 통풍 슬롯은 공기 베어링을 홀더의 작동 압력으로부터 공기를 통해 효과적으로 연결해제한다.

청구항 제 11항에 따른 실시예에서는, 홀더 위의 압력 부피가 증가됨으로써 홀더가 움직이는 경우에는 압력의 어떠한 증가도 무시될 ㅅ 있다.

본 발명은 도면들에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 아래에서 더욱 상세히 설명될 것이다.

도 1은 파지 유닛의 시작 지점에서 본 발명에 따라 상기 파지 유닛의 세로방향 단면을 나타내는 도면.

도 2는 동작 지점에서 도 1의 라인 Ⅱ-Ⅱ을 따른 파지 유닛의 부분 단면도를 나타내는 도면.

도 3은 도 2에서 라인 Ⅲ-Ⅲ을 다른 파지 유닛의 단면도를 나타내는 도면.

도 1, 2 및 3에 따르면, 배치 헤드(2)의 캐리어(1)는 기판(3)에 평행한 두 수평 좌표 방향 X 및 Y로 조종가능하다. 캐리어에는 파지 유닛(5)이 캐리어(1)의 리프팅 드라이브(28)에 의해 다른 좌표 방향 Z으로 이동될 수 있는 수직 선형 가이드(4)가 제공된다. 파지 유닛(5)의 하우징(6)에 위치하는 전기 회전 드라이브(7)가 전기 소자(10)로 향하는 동축을 따라 배치되는 피스톤-타입 홀더(9) 내의 드라이브 섀프트(8)와 아래쪽에서 만난다. 홀더(9)는 원통형 공기 베어링(11) 내에서 회전하여 세로방향으로 이동될 수 있다.

회전 드라이브(7)와 면하고 있는 그것의 단부에서는, 대부분 공동의 원통형 홀더(9)가 단부 벽(12)을 구비하고, 그 단부 벽(12)을 통해서 드라이브 섀프트(8)가 돌출한다. 회전 드라이브로부터 떨어져서 면하고 있는 단부 벽(12)의 측면에서는, 와셔 디스크(washer disk)(13)가 드라이브 섀프트(8) 상에 고정되며 측방향으로 돌출하는 날개모양의 팔들을 통해 단부 벽에 유지된다. 도 1에 도시된 동작 위치에서는, 단부 벽(12)의 하부면이 와셔 디스크(13)의 측방향으로 돌출하는 팔들의 상부면 상에서 측방향 압축응력 하에 있다. 마찰력은 회전 드라이브(7)의 회전을 홀더(9)에 신뢰적으로 전송하기에 충분할 정도로 강하고, 그로 인해 소자(10)는 기판(3) 상의 필요한 위치로 향하여 위치될 수 있다.

단부 벽(12)은 동작할 때 외형이 와셔 디스크(13)에 적응되는 개구부(15)를 구비하며, 와셔 디스크(13)의 세로방향에 수직으로 연장한다. 90°까지 회전되는 배치 위치에 있어서, 부착된 와셔 디스크(13)를 갖는 드라이브 섀프트(8)의 단부를 단부 벽(12)을 통과시키는 것이 가능하다. 다음으로, 드라이브 섀프트(8)는 와셔 디스크(13)의 측면 팔들이 단부 벽(12)의 회전 스톱들(14)(도 1 및 3에는 미도시) 상에 위치할 때까지 홀더(9)에 대해 회전되고, 그럼으로써 드라이브 섀프트를 구비한 홀더(9)가 삽입 고정 방식으로 고정되며, Z 좌표 방향으로 강하하는 것이 방지된다.

단부 벽(12) 위에는, 폐쇄 공동 스페이스(16)가 파지 유닛(5)에 형성되며 연결된 압축 공기 선로(17)에 링크된다. 들어오는 압축된 공기는 와셔 디스크(13)에 마주하는 단부 벽(12)에 압력을 가하는 압력 장치를 구성한다. 단부 벽(12) 및 와셔 디스크(13)는 서로 면하고 있는 측면들이 연결 표면들(18)로서 기능하는 마찰 클러치의 연결 엘리먼트들을 구성한다. 상기 표면들은 공기 압축력에 의해 강하게 변형됨으로써 그것들은 소자(10)를 갖춘 홀더(9)를 회전시키기 위해 필요한 약간의 토크를 신뢰적으로 전송한다.

공기 베어링(11)은 공동 스페이스(16) 위에서 연장하는 가이드 부싱(guide bushing)(19) 내에 형성되며, 다른 압축된 공기 선로(20)에 연결되는 방사상으로 뚫린 좁은 구멍들(미도시)이 제공된다. 이 영역과 홀더(9)의 상부면 사이의 가이드 부싱(19)에는 주변 통풍 슬롯(27)이 배치되고, 상기 통풍 슬롯(27)은 압축된 두 공기 영역들 사이에서 소모된 공기의 유출이 검사되지 않는 것을 방지하고, 그럼으로써 두 영역들이 계속해서 서로 압력 상호작용을 하지 않는다.

그것의 가이드웨이 영역에 있어서, 홀더(9)는 공동의 얇은 벽 원통형이고, 그것의 내부(21)는 그에 상응하여 큰 부피를 갖는데, 그로 인해서 홀더(9)의 무게는 매우 낮게 유지될 수 있다. 내부(21)는 소자(10)를 홀더(9) 상에 끌어당기기 위해서 폐쇄식 하단 플레이트에 의해 진공 선로(22)로부터 공기식으로 분리된다. 그것의 하단부에서는, 홀더(9)가 어댑터(23)를 구비하는데, 상기 어댑터(23)에는 흡입 피펫(4)이 부착되고, 그것의 기능은 홀더(9)에 지정된다. 그러나, 홀더 팁 자체를 흡입 피펫으로서 설계하는 것이 또한 가능한데, 이는 소자(10)를 직접적으로 끌어올릴 것이다.

어댑터(23)를 통해서 디스크 형태의 앵글 스케일(25)이 홀더(9)에 부착되고, 상기 스케일은 하우징(6)에 부착된 고정 센서(26)에 의해서 검출된다. 이러한 수단에 의해서, 회전 드라이브(7)에 의한 홀더(9)의 회전은 소자(10)의 바로 인접한 곳에서 측정될 수 있고, 따라서 가능한 전송 에러가 아무런 영향도 주지 않는다.

도 2에 따르면, 파지 유닛(2)은 소자(10)가 기판(3) 상에 위치할 때까지 Z 방향으로 리프팅 드라이브(28)에 의해서 낮추어진다. 이 순간에, 홀더(9)는 효과적인 가스 압력이 최대 적용력을 한정하도록 공동 스페이스(16)에 푸시된다. 그러므로, 미리 정확하게 제어가능한 가스 압력을 설정할 수 있도록 하는 것이 유리하 다. 다른 소자들은 상이한 적용력들을 필요로 하고, 상기 적용력들은 상이한 압력을 가함으로써 획득된다. 홀더(9)가 이동하는 순간에, 그것은 중단되고 파지 유닛의 나머지 부분으로 가해진다. 이러한 상대적인 움직임은 적절한 센서에 의해서 검출될 수 있고, 수직 움직임의 즉각적인 제동을 트리거시킨다. 배치되는 즉시, 단부 벽(12)은 와셔 디스크(13)로부터 완전히 분리되고, 그럼으로써 어떠한 추가적인 벌크 힘 및 연결 힘도 홀더(9)에 영향을 주지 않는다.

참조 문자들

X, Y, Z 좌표 방향

1 캐리어

2 배치 헤드

3 기판

4 선형 가이드

5 파지 유닛

6 하우징

7 회전 드라이브

8 드라이브 섀프트

9 홀더

10 소자

11 공기 베어링

12 단부 벽

13 와셔 디스크

14 회전 스톱

15 개구부

16 공동 스페이스

17, 20 압축된 공기 선로

18 연결 표면

19 가이드 부싱

21 내부

22 진공 선로

23 어댑터

24 흡입 피펫

25 앵글 스케일

26 센서

27 통풍 슬롯

28 리프팅 드라이브

Claims (11)

1. 기판들(3) 상에 전기 소자들(10)을 장착하기 위한 파지 유닛(5)으로서,

   상기 기판에 수직으로 이동될 수 있는 상기 파지 유닛은 하우징(6), 상기 소자들(10)을 위한 내장형의 회전가능한 홀더(9), 및 상기 하우징(6) 내에 장착되면서 상기 홀더(9)를 위한 회전 드라이브(7)를 구비하고, 상기 홀더(9)는 축 방향으로 탄성적인 커플링을 통해서 일시적으로 적어도 내비틀림성 방식으로(torsionally rigid manner) 상기 회전 드라이브(7)에 연결되는, 상기 파지 유닛(5)에 있어서,

   상기 연결은 축 방향으로 연결해제될 수 있는 연결 엘리먼트들(12, 13)을 갖는 분리가능한 연결로서 설계되고,

   상기 홀더(9)는 조정가능한 압력 장치에 의해서 상기 회전 드라이브(7)에 마주 향하고 있는 상기 소자(10)를 향해 축 방향으로 압축응력되고,

   상기 연결 엘리먼트들(12, 13)의 연결 표면들(18)은 상기 홀더(9)에 대한 축 방향 스톱(axial stop)을 형성하며,

   상기 연결 표면들(18)은 상기 홀더(9)에 대해 작용하며 축 방향 압축응력에 비해 우세한 축 방향 적용력(axial application force)에 의해서 서로 분리되는 것을 특징으로 하는 파지 유닛.
2. 제 1항에 있어서, 상기 연결은 회전 축에 수직으로 연장하는 상기 연결 엘리먼트들(12, 13)의 연결 표면들(18)을 구비하는 마찰 클러치(friction clutch)로서 설계되는 것을 특징으로 하는 파지 유닛.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 연결은 자신이 신속하게 분리될 수 있고 또한 상기 홀더(9)가 교체될 수 있도록 설계되는 것을 특징으로 하는 파지 유닛.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홀더(9)는 자신이 축 방향으로 이동될 수 있도록 상기 하우징(6) 내에 장착되며 또한 상기 회전 드라이브(7)의 드라이브 섀프트(8)에 삽입 고정(bayonet fastening) 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 파지 유닛.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홀더(9)는 상기 소자(10)를 위한 탈착가능 흡입 피펫(detachable suction pipette)(24)을 부착하기 위해 어댑터(23)를 구비하는 것을 특징으로 하는 파지 유닛.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홀더(9)에는 앵글 스케일(angle scale)(25)이 제공되고, 상기 앵글 스케일(25)을 위한 센서(26)가 상기 하우징(6) 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 파지 유닛.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 개별적으로 제어가능한 다수의 파지 유닛들(5)이 이동성 배치 헤드(2)에 평행하게 배열되는 것을 특징으로 하는 파지 유닛.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 주로 공동(hollow)의 원통형 홀더(9)가 자신의 원통형 표면 영역에서 얇은 벽을 갖도록 설계되고, 상기 홀더의 자유 단부로의 진공 선로(22)가 상기 홀더(9)의 공동 원통형 내부(21)로부터 공기식으로(pneumatically) 분리되는 것을 특징으로 하는 파지 유닛.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따라 전기 소자들(10)을 기판들(3)에 장착하기 위한 전기 소자용 파지 유닛으로서,

   상기 파지 유닛은 하우징(6), 상기 소자들(10)을 위한 내장형의 회전가능한 홀더(9), 및 상기 하우징(6) 내에 장착되면서 상기 홀더(9)를 위한 회전 드라이브(7)를 구비하고, 상기 홀더(9)는 축 방향으로 탄성적인 커플링을 통해서 내비틀림성 방식으로(torsionally rigid manner) 상기 회전 드라이브(7)에 연결되는, 상기 파지 유닛(5)에 있어서,

   피벗 베어링(pivot bearing)이 상기 홀더(9)가 축 방향으로 이동될 수 있는 원통형 공기 베어링(11)으로서 설계되고,

   상기 회전 드라이브(7)에 면하고 있는 단부에서의 상기 홀더(9)가 압력 피스톤 방식으로 압축-조정가능 가스에 의해서 임핑되는(impinged) 것을 특징으로 하는 파지 유닛.
10. 제 9항에 있어서, 상기 공기 베어링(11)의 공기 갭과 가스에 의해 임핑된 상기 홀더(9) 부분 사이에는 주변 통풍 유닛(27)이 제공되는 것을 특징으로 하는 파지 유닛.
11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 상기 홀더(9)의 공동 원통형 내부(21)가 상기 홀더(9)의 압력이 가해진 단부에 공기식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 파지 유닛.

Images