KR20090103168A - 리워크 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리워크장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인쇄회로기판 상에 실장된 부품을 분리 내지 교환하는 작업 즉, 리워크작업을 보다 정밀하고 신속하게 진행할 수 있는 리워크장치에 관한 것이다.

본 발명에 의한 리워크장치는, 개폐가능한 덮개 및 개구를 가진 하우징; 상기 하우징 내에서 3축방향으로의 이동 및 회전가능하게 설치되고, 상부히터, 실장 및 제거 노즐을 가진 리플로우헤드; 상기 하우징 내에서 기판을 이송시키는 컨베이어유닛; 상기 리플로우헤드의 하부에 배치되고, 프리히터 및 쿨러를 가진 프리히팅 및 쿨링 유닛; 리플로우 공정을 실시간으로 관찰하는 실시간 공정카메라; 및 상기 리플로우헤드에 근접하여 이동가능하게 설치된 부품정렬 카메라를 포함한다.

Description

리워크 장치{REWORK STATION}

본 발명은 리워크장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인쇄회로기판 상에 실장된 부품을 분리 내지 교환하는 작업 즉, 리워크작업을 보다 정밀하고 신속하게 진행할 수 있는 리워크장치에 관한 것이다.

집적회로칩(IC), 표면실장부품(SMC/SMD) 등과 같은 전자부품은 솔더링(soldering)에 의해 인쇄회로기판, 인쇄회로카드 등과 같은 기판(substrate)에 부착된다. 때때로, 이러한 전자부품들에 결합이 발견되고, 이에 따라 이 결함 전자부품은 리워크공정을 통해 제거된 후에 정상적인 전자부품으로 교체되어야 한다.

이러한 리워크공정에서, 먼저 기판의 솔더 패드에 대응하는 솔더를 용융점 즉, 리플로우(reflow) 온도로 히팅함으로써 결함 부품을 분리한다. 그리고, 결함 부품은 기판으로부터 제거된 후에 정상적인 부품으로 교체된다. 리워크 장치는 상기의 리워크 공정을 정밀하게 하도록 자동화된 설비이다.

하지만, 종래의 리워크장치는 기판으로부터 결함 부품의 분리 내지 교체 작업시 근접한 타측 부품에 열손상 또는 기계적 손상을 주는 단점이 있었다. 또한, 전체적으로 그 리워크 공정의 정밀화 내지 신속화를 기대할 수 없는 단점이 있었다.

또한, 종래의 리워크장치는 그 공정 도중에 기판의 휨 등과 같은 손상발생 위험이 높은 단점이 있었다.

그리고, 종래의 리워크장치는 부품의 분리 또는 실장시에 부품의 정렬이 정밀하게 진행되지 않을 뿐만 아니라 전체적인 공정의 모니터링이 정밀하게 제어되지 못하는 단점이 있었다.

또한, 종래의 리워크장치는 부품의 제거, 부품의 준비, 부품의 실장, 부품의 리플로우 등과 같은 각 단계 사이의 작업이 매우 번거롭게 진행되는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 부품의 제거, 부품의 준비, 부품의 실장, 부품의 리플로우 등과 같은 각 공정 사이의 작업을 최소화함으로써 작업자의 사용편의성을 대폭 증진시킨 리워크장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 리워크장치는,

개폐가능한 덮개 및 개구를 가지고, 내부에 제어부를 가진 하우징;

상기 하우징 내에서 3축방향으로의 이동 및 회전가능하게 설치되고, 상부히터, 실장 및 제거 노즐을 가진 리플로우헤드;

상기 하우징 내에서 기판을 이송시키는 컨베이어유닛;

상기 리플로우헤드의 하부에 배치되고, 프리히터 및 쿨러를 가진 프리히팅 및 쿨링 유닛;

리플로우 공정을 실시간으로 관찰하는 실시간 공정카메라; 및

상기 리플로우헤드에 근접하여 이동가능하게 설치된 부품정렬 카메라를 포함한다.

상기 리플로우헤드는 X축 이송기구, Y축 이송기구, Z축 이송기구에 의해 X축, Y축, Z축으로 이동가능하고, 회전기구에 의해 θ방향으로 회전가능하게 설치된다.

상기 X축 이송기구, Y축 이송기구, Z축 이송기구는 나선축에 의해 상기 리플로우헤드를 이동시키고, 회전기구는 전동기구를 통해 리플로우를 회전시킨다.

상기 컨베이어유닛은 전후방향으로 이격된 전후 한 쌍의 지지프레임, 상기 지지프레임을 따라 안내되며 이동하는 전후 한 쌍의 기판지지체, 상기 기판지지체를 구동시키는 구동모터 및 전동기구를 포함한다.

상기 프리히팅 및 쿨링 유닛은 조절유닛에 의해 X축 및 Y축 방향으로 그 위치가 조절되고,

상기 조절유닛은,

프리히터 및 쿨러가 설치되고, X축 방향으로 이동가능한 제1조절플레이트; 및

상기 제1조절플레이트의 이동을 지지하고, Y축 방향으로 이동가능한 제2조절플레이트를 포함한다.

상기 제어부에는 상기 리플로우헤드의 상부히터, 상기 프리히팅 및 쿨링 유닛의 프리히터, 비접촉식 적외선센서 및 써머커플로 구성된 열전대시스템이 접속된다.

이상과 같은 본 발명은 기판으로부터 결함 부품의 분리 내지 교체 작업시 근접한 타측 부품에 열손상 또는 기계적 손상을 주지 않고, 또한 전체적으로 리워크 공정의 정밀화 내지 신속화를 도모할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 그 공정 도중에 기판의 휨 등과 같은 손상발생을 방지할 수 있다.

그리고, 본 발명은 부품의 분리 또는 실장시에 부품의 정렬이 정밀하게 진행할 뿐만 아니라 전체적인 공정의 모니터링이 정밀하게 제어할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 그 성능 대비 제조단가를 매우 저렴하게 할 뿐만 아니라, 유지보수, 생산성 및 신뢰성 등이 탁월한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리워크장치를 도시한 외관사시도이다.

도 2는 본 발명의 리워크장치의 내부구조(하우징 제외)만을 도시한 사시도이다.

도 3은 도 2의 정면도이다.

도 4는 도 2의 측면도이다.

도 5는 도 2의 평면도이다.

도 6은 본 발명에 의한 프리히팅 및 쿨링 유닛을 도시한 사시도이다.

도 7은 본 발명의 제어부 및 열전대시스템을 도시한 개념적인 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *

100: 하우징 110: 리플로우헤드

120: 컨베이어유닛 130: 프리히팅 및 쿨링 유닛

140: 실시간 공정카메라 150: 부품정렬 카메라

도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리워크장치를 도시한다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 리워크장치는 하우징(100), 하우징(100) 내에서 3축방향으로의 이동 및 회전가능한 리플로우헤드(110), 기판을 이송시키는 컨베이어유닛(120), 리플루오헤드(110)의 하부에 배치된 프리히팅 및 쿨링 유닛(130), 리플로우 공정을 실시간으로 관찰하는 실시간 공정카메라(140), 리플로우헤드(110)에 근접하여 설치된 부품정렬 카메라(150)를 포함한다.

하우징(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 그 전후방향에서 한 쌍의 덮개(101, 102)가 개폐가능하게 설치되고, 그 측면에는 하나 이상의 개구(103)가 구비될 수 있다. 이 개구(103)를 통해 기판이 투입 및 배출될 수 있다. 그리고, 개구(103)는 좌우 한 쌍이 상호 대응되게 형성될 수도 있다.

하우징(100)의 전면에는 전체 작동을 조작할 수 있는 조작부(104) 및 모니터(105)가 배치되고, 하우징 내에는 리플로우의 프로파일, 각 구성요소의 작동 등을 제어할 수 있는 제어부(도 7 참조)가 설치된다.

리플로우헤드(110, reflow head)는 X축 이송기구(160), Y축 이송기구(170), Z축 이송기구(180), 회전기구(190)에 의해 3축(X, Y, Z)방향으로 이동함과 더불어 θ방향으로 회전하도록 구성된다.

리플로우헤드(110)는 장착플레이트(116)에 설치되고, 이 장착플레이트(116)는 X축 이송기구(160)에 연결되며, X축 이송기구(160)에는 Y축 이송기구(170)가 연결된다. X축 이송기구(160) 및 Y축 이송기구(170)에 의해 리플로우헤드(110)는 X축 및 Y축 방향으로 이동한다. 그리고, 장착플레이트(116)에는 Z축 이송기구(180) 및 회전기구(190)가 설치되며, 이 Z축 이송기구(180) 및 회전기구(190)에 의해 리플로우헤드(110)는 Z축 방향으로 이동함과 더불어 θ방향으로 회전한다.

X축 이송기구(160)는 구동모터(161), 구동모터(161)에 연결된 나선축(162), 나선축(162)을 회전지지하는 X축 프레임(163)을 포함하고, X축 프레임(163)은 길이방향으로 배치된 하나 이상의 가이드(164)를 가진다. 나선축(162a)은 장착플레이트(116)에 맞물리고, 장착플레이트(116)에는 리플로우헤드(110)가 설치됨으로써 리플로우헤드(110)는 X축 이송기구(160)를 통해 X축 방향으로 이동한다. 장착플레이트(116)는 가이드(164)를 따라 그 이동이 안내된다.

Y축 이송기구(170)은 구동모터(171), 구동모터(171)에 연결된 나선축(172a), 이 나선축(172a)의 회전을 통해 Y축 방향으로 이동하는 좌우 한 쌍의 Y축 프레임(173), Y축 프레임(173)의 이동을 안내하는 좌우 한 쌍의 가이드(174), 가이드(174)를 지지하는 좌우 한 쌍의 서포트(175)를 포함한다. 나선축(172)은 X축 프레임(163)의 일측에 맞물리고, 이 나선축(172)의 회전에 의해 X축 프레임(163)이 Y축 방향으로 이동하며, 좌우 한 쌍의 Y축 프레임(173)은 X축 프레임(163)에 고정됨에 따라 X축 프레임(163)과 함께 이동한다.

Z축 이송기구(180)은 구동모터(181), 구동모터(181)에 연결된 나선축(182)을 포함하고, 나선축(182)은 리플로우헤드(110)의 일측에 맞물린다. 이에 의해 리플로우헤드(110)는 Z축 방향으로 이동한다.

회전기구(190)는 구동모터(191)를 가지고, 구동모터(191)의 구동력은 장착플레이트(116)측에 설치된 전동기구(미도시)를 통해 리플로우헤드(110)를 θ방향으로 회전시키도록 구성된다.

리플로우헤드(110)는 상부 히터(111)를 구비하고, 이 상부히터(111)는 다수의 히팅영역으로 구분된 중적외선 히터로 구성될 수 있다. 그리고, 상부 히터(111)에 근접하여 부품의 실장 내지 제거를 위한 실장 및 제거 노즐(112)이 배치된다. 이 실장 및 제거 노즐(112)을 그 용도 내지 크기에 따라 다양한 종류로 교체될 수도 있다. 이러한 노즐의 교체는 자동노즐교환기구(117)를 통해 이루어질 수 있다.

리플로우헤드(110)에는 부품의 제거작업 후에 남아 있는 잔여 솔더볼 또는 솔더페이스트를 제거할 수 있는 솔더 크리닝노즐 또는 디스펜싱 노즐 등이 교체가능하게 부착될 수 있다. 이러한 노즐의 교체는 리플로우헤드(110)의 하부에 배치된 자동 노즐교환기구(117)을 통해 이루어질 수 있다.

자동 노즐교환기구(117)의 일측에는 부품트레이(118)가 배치되고, 이 부품트레이(118)의 측면에는 더미박스(119)가 배치된다.

컨베이어유닛(120)은 전후방향으로 이격된 전후 한 쌍의 지지프레임(121), 지지프레임(121)을 따라 안내되며 이동하는 전후 한 쌍의 기판지지체(122), 기판지지체(122)를 구동시키는 구동모터(123) 및 전동기구(124)를 포함한다.

전동기구(124)는 벨트 또는 체인 등과 같은 감기전동절을 가지고, 이 감기전동절의 일측이 상기 기판지지체(122)에 연결됨으로써 구동모터(123)의 구동력을 기판지지체(122)로 전달된다.

프리히팅 및 쿨링 유닛(130)은 리플로우헤드(110)의 하부에 배치되고, 프리히터(131) 및 쿨러(132)를 가진다. 프리히터(131)는 케이스(131a)에 고정설치되고, 다수의 히팅영역으로 구분된 중적외선 히터가 적용되며, 이 프리히터(131)는 부품의 제거 내지 리플로우시에 기판 측에 열을 가한다. 쿨러(132)는 부품의 리플로우시에 기판을 냉각시킨다.

프리히팅 및 쿨링 유닛(130)은 도 6에 도시된 바와 같이 조절유닛(135)에 의해 X축 및 Y축 방향으로 그 위치가 조절된다. 조절유닛(135)은 프리히터(131) 및 쿨러(132)가 설치된 제1조절플레이트(136), 제1조절플레이트(136)에 대해 직교하는 방향으로 상대이동가능한 제2조절플레이트(137)를 포함한다.

제1조절플레이트(136)의 상부에는 프리히터(131) 및 쿨러(132)가 고정되고, 제1조절플레이트(136)는 제1조절손잡이(136a) 및 제1조절손잡이(136a)에 연결된 회전축(136b)를 통해 X축 방향으로 이동한다. 회전축(136b)은 벨트기구, 체인기구, 또는 기어기구(미도시) 등을 통해 제1조절플레이트(136)에 연결되고, 제1조절손잡이(136a)를 돌림으로써 제1조절플레이트(136)를 X축 방향으로 이동시켜 그 위치를 조절한다.

제1조절플레이트(136)의 하부에는 가이드블럭(138a)이 설치되고, 이 가이드블럭(138a)에 대응하는 가이드부(138b)는 제2조절플레이트(137)의 상면에 고정된다. 제1조절플레이트(136)가 X축 방향으로 이동할 때, 가이드블럭(138a)이 가이드부(138b)를 따라 안내된다.

제2조절플레이트(137)는 Y축 방향으로 배치된 좌우 한 쌍의 가이드부(138c)를 따라 안내되도록 설치되고, 제2조절플레이트(137)는 제2조절손잡이(137a) 및 제2조절손잡이(137a)에 연결된 나선축(137b)에 의해 Y축 방향으로 이동한다. 나선축(137b)은 제2조절플레이트(137)의 하부에 맞물리고, 제2조절손잡이(137a)를 돌림으로써 제2조절플레이트(137)를 Y축 방향으로 이동시켜 그 위치를 조절한다.

이와 같이 본 발명은 프리히팅 및 쿨링 유닛(130)을 조절유닛(135)에 의해 X축 및 Y축 방향으로 그 위치를 적절히 조절함으로써 결함 부품의 분리 내지 교체 작업시 근접한 타측 부품에 열손상 또는 기계적 손상을 주지 않고, 또한 전체적으로 리워크 공정의 정밀화 내지 신속화를 도모할 수 있는 장점이 있다.

실시간 공정카메라(140)는 컨베이어유닛(120)의 지지프레임(121)들 사이에 배치되고, 리플로우 공정을 실시간으로 관찰하도록 구성된다.

부품정렬 카메라(150)는 리플루우헤드(110)에 근접하여 설치되고, 부품의 위치를 정렬할 때는 리플로우헤드(110)의 하부로 이동하며, 리플로우헤드(110)에 의해 부품의 제거 내지 실장 작업시에는 원위치로 복귀하도록 구성된다.

이와 같이, 본 발명은 부품정렬 카메라(150)를 이용하여 부품의 위치를 정밀하게 정렬한 후에 부품의 제거 내지 실장 작업을 수행할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 컨베이어유닛(120)의 지지프레임(121)에 의해 기판의 상하 위공간에 충분한 여유공간을 확보할 수 있고, 이에 의해 부품의 제거 또는 리플로우시에 상부 히터(111) 및 프리히터(131)에 의한 열영향으로 인해 기판이 휘거나 손상됨을 충분히 방지할 수 있다.

본 발명의 제어부(200)는 도 7에 도시된 바와 같이, 상부 히터(111) 및 프리히터(131)에 접속되어 그 열량을 조절할 수 있고, 또한 제어부(200)에는 비접촉식 적외선센서(201) 및 써머커플(202)로 구성된 열전대시스템이 접속되어 있다.

특히, 열전대시스템은 작업 대상 부품(211), 기판(212), 인접한 타부품(214) 등의 온도를 측정하고, 그 측정결과를 통해 제어부(200)는 기판(212)의 정확한 프로파일(profile)을 생성할 수 있다. 이러한 프로파일은 무연납 솔더페이스트를 부품에 사용하거나 작은 윈도우프로세스로 인해 온도 측정의 정확도에 특별히 요구된다.

비접촉식 적외선센서(201)는 부품(211)의 제거 및 리플로우 작업시에 부품의 온도를 측정하기 위하여 연속적으로 사용되고, 각 작업 사이에 부품의 과열을 방지하기 위한 감시 역할 뿐만 아니라 적정한 프로파일을 생성하는 데 이용된다. 이러한 센서를 이용하여 제어부(200)는 클로우즈 루프(closed loop) 온도 제어를 수행할 수 있고, 이러한 클로우즈 루프 온도제어는 전 공정에 적용될 수 있다.

써머커플(202, thermocouples)은 기판(212)의 프로파일 생성시에 솔더볼, 기판(212), 인접한 타부품(214)의 온도를 측정한다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 작동을 다음과 같이 설명한다.

먼저, 부품의 제거 내지 실장 작업을 위해서는 부품 내지 기판 등에 대한 기본정보를 조작부(104)를 통해 입력한다. 예를 들어, 기판 상의 부품 위치, 참고이름, 기판의 정보, 하부의 프리히터(131)의 히팅영역 갯수(이러한 히팅영역은 부품의 크기에 따라 결정된다) 등을 입력한다.

그리고, 리플로우헤드(110)의 이송속도, 조명조절, 실시간 관찰카메라(140)의 초점(focou) 내지 줌(zoom) 등을 설정한다. 제어부(200)에 의한 프로파일 생성을 위해, 부품, 솔더 페이스트, 솔더 플럭스 등에 대한 프로파일 데이터를 설정한다. 보통 솔더링을 위한 열 요구조건은 리플로우할 부품의 크기, 기판의 두께 및 크기, 솔더 페이스트의 용융점 등에 따라 증가될 수도 있다. 그런 다음, 리플로우헤드(110)를 작동시켜 기판으로부터 부품을 제거하거나 새로운 부품을 기판에 실장한다.

Claims (6)

1. 개폐가능한 덮개 및 개구를 가지고, 내부에 제어부를 가진 하우징;

   상기 하우징 내에서 3축방향으로의 이동 및 회전가능하게 설치되고, 상부히터, 실장 및 제거 노즐을 가진 리플로우헤드;

   상기 하우징 내에서 기판을 이송시키는 컨베이어유닛;

   상기 리플로우헤드의 하부에 배치되고, 프리히터 및 쿨러를 가진 프리히팅 및 쿨링 유닛;

   리플로우 공정을 실시간으로 관찰하는 실시간 공정카메라; 및

   상기 리플로우헤드에 근접하여 이동가능하게 설치된 부품정렬 카메라를 포함하는 리워크장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 리플로우헤드는 X축 이송기구, Y축 이송기구, Z축 이송기구에 의해 X축, Y축, Z축으로 이동가능하고, 회전기구에 의해 θ방향으로 회전가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 리워크장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 X축 이송기구, Y축 이송기구, Z축 이송기구는 나선축에 의해 상기 리플로우헤드를 이동시키고, 회전기구는 전동기구를 통해 리플로우를 회전시키는 것을 특징으로 하는 리워크장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 컨베이어유닛은 전후방향으로 이격된 전후 한 쌍의 지지프레임, 상기 지지프레임을 따라 안내되며 이동하는 전후 한 쌍의 기판지지체, 상기 기판지지체를 구동시키는 구동모터 및 전동기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 리워크장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 프리히팅 및 쿨링 유닛은 조절유닛에 의해 X축 및 Y축 방향으로 그 위치가 조절되고,

   상기 조절유닛은,

   프리히터 및 쿨러가 설치되고, X축 방향으로 이동가능한 제1조절플레이트; 및

   상기 제1조절플레이트의 이동을 지지하고, Y축 방향으로 이동가능한 제2조절플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 리워크장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제어부에는 상기 리플로우헤드의 상부히터, 상기 프리히팅 및 쿨링 유닛의 프리히터, 비접촉식 적외선센서 및 써머커플로 구성된 열전대시스템이 접속되는 것을 특징으로 하는 리워크장치.