KR20100086585A

KR20100086585A - 자동화 장비의 자재 정렬장치 및 이를 이용한 솔더볼 마운트 방법

Info

Publication number: KR20100086585A
Application number: KR1020090005882A
Authority: KR
Inventors: 진광우
Original assignee: (주) 에스에스피
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2010-08-02
Also published as: KR101029369B1

Abstract

본 발명은 자동화 공정장비에서 자재를 정렬하는 장치를 개시한다. 본 발명의 자재정렬장치는, 내부에 공간을 가지는 하우징; 상기 하우징의 내부에 설치된 승강부재; 상기 승강부재를 승강시키는 구동수단; 상기 승강부재의 하부에 설치되며, 수평방향의 회전축에 의해 상기 하우징에 회동 가능하게 결합되고 상기 하우징의 하부로 돌출되는 핑거를 구비한 다수의 정렬부재; 상기 정렬부재와 상기 하우징의 사이에 설치되어 상기 정렬부재에 복원력을 부여하는 탄성수단을 포함하며, 상기 승강부재가 상기 다수의 정렬부재의 헤드부를 동시에 눌러서 상기 정렬부재를 회동시키고, 상기 다수의 정렬부재의 각 핑거가 자재의 측면을 둘러싸서 상기 자재를 정렬시키는 점에 특징이 있다.

본 발명에 따른 자재정렬장치는 승강하는 승강부재에 의해 핑거를 작동시키므로 그 작동이 매우 안정적인 장점이 있다. 또한 자재의 크기에 따라 정렬유닛의 일부만을 교체할 수 있기 때문에 다양한 크기의 자재에 범용으로 사용할 수 있다. 또한 자재에 과도한 힘이 가해지지 않도록 함으로써 정렬과정에서 자재의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

자동화 장비의 자재 정렬장치 및 이를 이용한 솔더볼 마운트 방법{Material aligner of automatic apparatus and solder ball mounting method using the same}

본 발명은 반도체 장비 등과 같이 정밀 작업이 요구되는 자동화 장비에서 공정을 진행하기 전에 자재를 정확히 정렬해주는 정렬장치에 관한 것이다.

전자제품이 갈수록 소형화, 슬림화됨에 따라 이에 사용되는 반도체패키지도 BGA(Ball Grid Array), FCBGA(Flip Chip Ball Grid Array), CSP(Chip Scale Package) 등의 고밀도 패키지가 많이 사용되고 있다.

도1은 FCBGA패키지(10)의 일반적인 구성을 나타낸 것으로서, FCBGA패키지(10)는 기판(1), 기판(1)의 상부에 실장된 반도체칩(2), 기판(1)과 반도체칩(2)을 전기적으로 연결하는 와이어(3), 반도체칩(2)과 와이어(3)를 보호하는 몰딩부(4)를 포함한다. 또한 기판(1)의 하부에는 기판(1) 회로패턴과 전기적으로 연결된 볼패드(5)가 형성되며, 상기 볼 패드(5)에 플럭스(flux)를 이용하여 솔더볼(6) 을 부착함으로써 FCBGA패키지(10)가 완성된다. FCBGA패키지(10)의 기판(1)은 세라믹 재질이 주로 사용되며, 필요에 따라서는 방열판(도시하지는 않았음)이 몰딩부(4)의 상부에 부착되기도 한다.

이렇게 제조된 FCBGA패키지(10)는 전자제품의 메인기판에 탑재되며, 이때 패키지 내부의 반도체칩(2)은 솔더볼(6)을 통해 메인기판과 전기적으로 연결된다.

따라서 FCBGA패키지(10)를 제조하기 위해서는 기판(1)에 반도체 칩(2)을 실장하는 공정, 와이어본딩 공정, 몰딩공정, 솔더볼 마운트 공정을 순차적으로 진행해야 하며, 이들 공정은 각 공정에 맞게 최적화된 공정장비의 내부에서 진행된다.

그런데 개별 패키지(10) 단위로 공정을 수행하면 생산성이 떨어지기 때문에 실제 공정에서는 다수의 패키지(10)를 캐리어보트에 탑재하여 공정장비로 반입한 후에 다수의 패키지(10)에 대해 동시에 공정을 진행하는 경우가 대부분이다.

도 2는 패키지를 탑재하는 캐리어보트(20)를 예시한 것으로서, 길이방향을 따라 소정 간격 이격된 다수의 관통부(22)를 구비하는 대략 직사각 형상의 프레임(21), 상기 프레임(21)의 상면에서 각 관통부(22)의 주변에 형성된 다수의 정렬돌기 쌍(23a, 23b)을 포함한다. 또한 프레임(21)의 측면 테두리 부분에는 다수의 정렬홀(24)이 형성된다.

따라서 패키지(10)를 캐리어보트(20)의 관통부(22)의 상부에 탑재하면 패키지(10)의 각 꼭지점이 정렬돌기 쌍(23a,23b)의 사이에 위치하면서 자체 정렬이 이루어지게 된다.

그런데 솔더볼 마운트 공정과 같이 매우 정밀한 공정을 진행하는 경우에는 정렬돌기 쌍(23a,23b)만으로는 정확한 위치에 패키지(10)를 정렬시킬 수 없다.

이에 따라 공정을 수행하기 전에 패키지(10)를 보다 정확히 정렬시키기 위한 여러 형태의 자재정렬장치가 제안된 바있다. 그런데 종래에 제안된 자재정렬장치들은 패키지(10)에 과도한 부하를 가하여 파손을 초래하거나 작동과정에서 특정부분에 과도한 힘이 집중되어 작업안정성 및 내구성이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한 종래의 자재정렬장치는 한정된 크기의 패키지에만 적용될 수 있을 뿐이고 자재의 사이즈가 달라지면 자재정렬장치 전부를 새것으로 교체해야 하므로 장비의 운용비용이 증가하는 문제점이 있다.

그리고 이러한 문제점은 FCBGA 패키지를 취급하는 공정장비에만 국한되는 것은 아니며, 캐리어보트에 자재를 탑재하여 공정을 진행하는 대부분의 자동화 공정장비에서 나타나는 문제점이기도 하다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자동화 공정장비로 반입된 자재를 안정적으로 정렬시킬 수 있는 자재정렬장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 또한 자재에 과도한 힘이 가해지지 않도록 함으로써 정렬과정에서 자재의 파손을 방지할 수 있는 자재정렬장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 다양한 크기의 자재에 범용으로 사용할 수 있는 자재정렬장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 내부에 공간을 가지는 하우징; 상기 하우징의 내부에 설치된 승강부재; 상기 승강부재를 승강시키는 구동수단; 상기 승강부재의 하부에 설치되며, 수평방향의 회전축에 의해 상기 하우징에 회동 가능하게 결합되고 상기 하우징의 하부로 돌출되는 핑거를 구비한 다수의 정렬부재; 상기 정렬부재와 상기 하우징의 사이에 설치되어 상기 정렬부재에 복원력을 부여하는 탄성수단을 포함하며, 상기 승강부재가 상기 다수의 정렬부재의 헤드부를 동시에 눌러서 상기 정렬부재를 회동시키고, 상기 다수의 정렬부재의 각 핑거가 자재의 측면을 둘러싸서 상기 자재를 정렬시키는 자동화 장비의 자재정렬장치를 제공한다.

상기 자재정렬장치에서, 상기 다수의 정렬부재는 상기 하우징에 회동가능하게 결합된 바디를 포함하며, 상기 헤드부는 상기 바디의 일 측부로 돌출되고, 상기 핑거는 상기 바디의 하단부로 돌출 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 하우징은 저면에서 내측으로 돌출된 마운트블록을 포함하고, 상기 다수의 정렬부재의 상기 바디는 상기 마운트블록의 측면에 회동가능하게 결합하고, 상기 헤드부는 상기 마운트블록의 중심부를 향해 돌출되어 상기 마운트블록의 상부에 위치하며, 상기 탄성수단은 상기 헤드부와 상기 마운트블록의 사이에 설치된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 마운트블록은, 상기 하우징과 일체로 형성된 제1마운트블록; 상기 제1마운트블록의 상부에 분리 가능하게 결합하는 제2마운트블록을 포함하고, 상 기 다수의 정렬부재는 상기 제2마운트볼록의 측면에 회동가능하게 결합하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 하우징은, 내부에 상기 승강부재를 수용하고 하부가 개구된 제1하우징 상기 제1하우징의 하부에 분리 가능하게 결합되고, 내부에 상기 다수의 정렬부재가 장착된 제2하우징을 포함하고, 상기 다수의 정렬부재의 상기 핑거는 상기 제2하우징의 하부로 돌출되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명은, 전술한 자재정렬장치; 저면에 진공흡입홀이 형성된 자재안착부를 구비하는 진공흡착블록; 자재의 위치데이터를 획득하는 위치판독카메라; 자재의 상면에 플럭스를 도포하는 플럭스툴; 플럭스가 도포된 자재에 솔더볼을 부착하는 볼툴; 자재를 이송하는 이송수단을 포함하는 솔더볼 마운트 장비를 제공한다.

또한 본 발명은, 전술한 솔더볼 마운트 장비를 이용한 솔더볼 마운트 방법에 있어서, 상기 자재안착부의 상부에 자재가 놓여지는 단계; 상기 자재정렬장치의 상기 승강부재를 하강시켜 상기 핑거를 바깥쪽으로 벌린 후에 상기 핑거를 상기 자재의 측면 부근에 위치시키는 단계; 상기 승강부재를 상승시켜 상기 탄성수단의 복원력에 의해 상기 핑거가 회동하여 상기 자재를 정렬시키는 단계; 상기 진공흡입홀을 통해 진공압력을 인가하여 상기 자재를 상기 자재안착부에 흡착하는 단계; 상기 승강부재를 하강시켜 상기 핑거를 바깥쪽으로 벌리는 단계; 상기 자재안착부에 흡착된 상기 자재에 플럭스를 도포하고 솔더볼을 부착하는 단계를 포함하는 솔더볼 마운트 방법을 제공한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 먼저 이하에서는 반도체패키지 등 정렬이 요구되는 대상물체를 자재로 통칭하기로 한다.

도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 실시예에 따른 자재정렬장치(100)의 측면도 및 정면도이다. 본 발명의 자재정렬장치(100)는 크게 수직구동유닛(110), 회전구동유닛(120) 및 정렬유닛(130)을 포함한다.

수직구동유닛(110)은 메인프레임(111), 메인프레임(111)에 장착된 수직구동부(112), 메인프레임(111)에 설치된 수직방향의 가이드레일(113), 상기 수직구동부(112)의 구동축에 연결되어 상기 가이드레일(113)을 따라 이동하는 이동프레임(114)을 포함한다.

수직구동부(112)에는 자재의 두께에 따라 높이조절이 용이한 서보모터가 사용되는 것이 바람직하다. 다만 캐리어보트(20)가 놓여지는 진공흡착블록(도 7a의 200 참조)의 높이조절이 가능하다면 공압 또는 유압실린더 등이 사용될 수도 있다. 가이드레일(113)에는 LM가이드가 사용될 수 있다.

메인프레임(111)은 미도시된 구동수단을 통해 x축 및/또는 y축 방향으로 이동할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 캐리어보트(20)가 놓여지는 진공흡착블록(도 7a의 200 참조)은 x축 방향으로만 이동하도록 하고, 메인프레임(111)은 y축 방향으로만 이동하도록 제작하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

회전구동유닛(120)은 하부에 연결된 정렬유닛(130)을 θ축을 중심으로 수평방향으로 회전시키는 유닛으로서, 수직구동유닛(110)의 이동프레임(114)에 연결되는 연결프레임(121), 연결프레임(121)의 상부에 장착된 회전구동부(122), 연결프레임(121)의 하부에 장착된 회전프레임(123), 연결프레임(121)을 관통하여 설치되며 회전구동부(122)와 회전프레임(123)을 연결하는 회전축(124)을 포함한다.

회전구동유닛(120)은 수직구동부(112)의 작동에 의해 수직방향으로 승강한다. 이러한 회전구동유닛(120)은 필요에 따라 생략될 수도 있으며, 이 경우에는 수직구동유닛(110)의 이동프레임(114)에 후술하는 정렬유닛(130)을 직접 결합하면 된다.

정렬유닛(130)은 회전구동유닛(120)의 회전프레임(123)에 결합된 제1유닛(130a)과 제1유닛(130a)의 하부에 탈부착 가능하도록 결합된 제2유닛(130b)을 포함한다.

제1유닛(130a)은 회전구동유닛(120)의 회전프레임(123)에 결합된 제1하우징(131a)과 제1하우징(131a)의 내부에 설치되는 승강부재(132), 제1하우징(131a)의 상부에 설치되어 승강부재(132)를 승강시키는 제1 및 제2구동실린더(133a, 133b) 등을 포함한다.

제1하우징(131a)은 하부가 개구된 박스형태로서 평면형상이 대략 직사각형이다. 승강부재(132)는 후술하는 툴유닛의 상단부를 눌러주는 역할을 한다.

제1하우징(131a)의 중앙부의 상면에는 회전구동유닛(120)의 회전프레임(123)이 결합된다. 제1 및 제2구동실린더(133a, 133b)는 제1하우징(131a)의 상면에 장착되는 한편 각각 회전프레임(123)의 연결지점을 중심으로 대칭적으로 위치한다. 다만 제1 및 제2구동실린더(133a, 133b)는 승강부재(132)를 승강시키기 위한 것이므로 도시된 것과 다른 위치(예, 제1하우징의 내부)에 설치될 수도 있다.

제1 및 제2구동실린더(133a, 133b)는 제1하우징(131a)의 상면부를 관통하는 제1 및 제2구동축(134a, 134b)에 의해 승강부재(132)와 연결된다. 따라서 제1 및 제2구동실린더(133a, 133b)의 작동에 의해 제1하우징(131a)의 내부에서 승강부재(132)가 승강하게 된다.

또한 제1하우징(131a)의 양측 주변부에는 승강부재(132)의 승강높이를 감지하기 위하여 제1 및 제2센서(135a, 135b)가 각각 설치된다. 또한 본 발명의 실시예에서는 제1 및 제2센서(135a, 135b)의 주변에 제1하우징(131a)의 상면부를 관통하는 제1 및 제2센서봉(136a, 136b)을 설치한다. 상기 제1 및 제2센서봉(136a, 136b)의 상단부는 제1하우징(131a)을 관통하여 상부로 돌출되고, 하단부는 승강부 재(132)에 결합된다.

따라서 승강부재(132)의 승강높이에 따라 제1하우징(131a)의 상부로 돌출되는 제1 및 제2센서봉(136a, 136b)의 높이가 달라지므로 제1 및 제2센서(135a, 135b)에서 검출된 제1 및 제2센서봉(136a, 136b)의 높이정보 또는 감지유무를 이용하여 미도시된 장치제어부에서 승강부재(132)의 승강 정도를 판단하여 제1 및 제2구동실린더(133a, 133b)를 제어할 수 있다.

한편 제1하우징(131a)에 2개의 구동실린더(133a, 133b)를 장착한 것은 긴 직사각 형태의 승강부재(132)의 양단부를 동일한 높이로 안정적으로 승강시키기 위한 것이다. 따라서 승강부재(132)의 길이가 더 길어지면 구동실린더를 더 설치할 수 있으며, 반대로 승강부재(132)의 길이가 더 짧아지면 구동실린더를 1개만 사용할 수도 있다. 이것은 제1 및 제2센서(135a, 135b)와 제1 및 제2센서봉(136a, 136b)의 경우에도 마찬가지이다.

제1하우징(131a)의 측벽에는 다수의 체결볼트(137)가 수직방향으로 관통하여 결합되며, 후술하는 제2하우징(131b)과 제1하우징(131a)을 결합할 때 상기 체결볼트(137)의 단부가 제2하우징(131b)의 체결홀(도 5의 137-1)에 삽입되어 결합된다.

또한 제1하우징(131a)의 측벽 하단부에는 다수의 위치결정핀(138)이 돌출되고, 상기 다수의 위치결정핀(138)은 제2하우징(131b)의 측벽 상단부에 형성된 다수의 위치결정홀(도 5의 139)에 각각 대응되는 위치에 형성된다. 상기 다수의 위치결정핀(138)과 위치결정홀(139)은 일부를 비대칭적으로 형성함으로써 제1하우 징(131a)과 제2하우징(131b)이 정해진 방향으로만 조립되도록 하는 역할을 한다.

제2유닛(130b)은 제1하우징(131a)의 하부에 분리 가능하게 결합하는 제2하우징(131b)과, 제2하우징(131b)의 내부에 장착되는 다수의 툴유닛(140)을 포함한다.

툴유닛(140)은 다수의 정렬부재(141)를 구비하며, 각 정렬부재(141)는 제1유닛(130a)의 승강부재(132)의 작용으로 그 하단부의 핑거(144)가 개폐동작을 한다. 본 발명의 실시예에서는 각 툴유닛(140)에 4개의 정렬부재(141)를 설치하되, 각 정렬부재(141)가 인접된 것과 서로 직각으로 배치되도록 함으로써 사각형의 자재를 정렬할 수 있도록 하였다. 따라서 자재의 형상에 따라 정렬부재(141)의 개수나 배치각도가 달라질 수 있다.

이하에서는 도 5의 분해사시도를 참조하여 제2유닛(130b)의 구조를 보다 자세히 설명한다.

제2하우징(131b)의 내부에는 납작한 사각기둥 형상의 다수의 제1마운트블록(151)이 저면으로부터 돌출되어 있고, 제1마운트블록(151)의 상부에 툴유닛(140)이 장착된다. 또한 도 6의 저면도에 도시된 바와 같이 제2하우징(131b)의 저면에는 각 제1마운트블록(151)의 하단 꼭지점 부근을 따라 다수의 관통부(155)가 형성된다. 정렬유닛(141)의 핑거(144)는 상기 관통부(155)를 통해 하단으로 돌출된다.

툴유닛(140)은 대략 사각판형의 제2마운트블록(152)과 제2마운트블록(152) 의 각 측면에 장착된 정렬부재(141)를 포함한다. 제2마운트블록(152)에는 정렬부재(141)가 회동 가능하게 결합된다.

제2마운트블록(152)은 볼트 등을 이용하여 제1마운트블록(151)의 상면에 분리 가능하게 결합되며, 필요에 따라서는 위치결정핀(미도시)을 이용하여 결합될 수도 있다. 이와 같이 제2마운트블록(152)과 제1마운트블록(151)을 분리 가능하게 결합한 이유는 유지보수나 부품교체의 편의를 위한 것이다. 따라서 경우에 따라서는 제2마운트블록(152)과 제1마운트블록(151)이 일체로 형성될 수도 있다.

정렬부재(141)는 바디(142), 바디(142)의 하부로 돌출되어 정렬작업 중에 내측 하단부가 자재와 직접 접촉하는 핑거(144), 바디(142)의 상단부에서 툴유닛(140)의 중심부를 향해 돌출된 헤드부(145)를 포함한다. 도면에서 하나의 정렬부재(141)에 서로 이격된 2개의 핑거(144)가 형성된 것은 자재를 안정적으로 정렬하기 위한 것이므로, 필요에 따라서는 1개만 형성하거나 3개 이상을 형성할 수도 있다.

바디(142)에는 회동축(159)을 결합하기 위한 수평방향의 축홀(143)이 형성된다. 또한 헤드부(145)에는 승강부재(132)와의 마찰을 줄이기 위한 베어링(146)이 장착되며, 베어링(146)의 상단부는 헤드부(145)의 상면보다 상부로 돌출된다.

하나의 정렬부재(141)에 2개의 베어링(146)을 설치한 것은 예시에 불과한 것이므로 이와 다른 개수로 설치할 수도 있다. 또한 설치되는 베어링(146)의 형태나 장착구조는 다양한 형태로 변형될 수 있다. 다만 마찰저감이라는 목적을 달성하 기 위해서는 적어도 베어링(146)의 상단부가 헤드부(145)의 상면으로 돌출되어야 한다.

본 발명에서는 제2마운트블록(152)의 각 측면에 수직방향의 오목홈(153)을 형성하고, 정렬부재(141)의 바디(142)를 상기 오목홈(153)에 삽입한 후 제2마운트블록(152)의 측부에 형성된 결합홀을 통해 회동축(159)을 관통시켜 정렬부재(141)의 축홀(143)에 삽입하였다. 정렬부재(141)를 제2마운트블록(152)에 대해 회동 가능하게 결합하는 방법은 다양한 형태로 변형될 수 있다.

제2마운트블록(152)의 오목홈(153)의 내부에 정렬부재(141)를 장착하였을 때 하부에 위치하는 제1마운트블록(151)이 정렬부재(141)의 회동을 방해하지 않으려면 제1마운트블록(151)보다 면적이 큰 제2마운트블록(152)을 장착하고, 오목홈(153)의 바닥면과 하부의 제1마운트블록(151)의 측면이 대략 동일한 수직 평면상에 위치하도록 오목홈(153)을 형성하는 것이 바람직하다.

정렬부재(141)의 헤드부(145)는 제2마운트블록(152)의 상부에 위치하며, 헤드부(145)의 하부와 제2마운트블록(152)의 사이에는 스프링(도면에는 보이지 않음)이 장착된다. 제2마운트블록(152)의 상면에는 상기 스프링의 일단이 삽입되는 스프링삽입홈(158)이 형성되며, 정렬부재(141)의 헤드부(145)의 저면에도 스프링삽입홈(도면에는 보이지 않음)이 형성될 수 있다. 스프링을 대신하여 복원력을 가지는 다른 형태의 탄성수단이 사용될 수도 있다.

각 정렬부재(141)의 핑거(144)는 제2하우징(131b)의 관통부(155)를 통해 하부로 돌출된다.

또한 제2하우징(131b)의 저면에는 자재의 정렬범위를 정해주는 스토퍼(160)가 장착된다. 스토퍼(160)는 대략 자재와 동일한 크기의 평면형상을 가지는 다수의 스토퍼유닛(162)이 일체로 연결된 것으로서 각 스토퍼유닛(162)의 사이에는 핑거(144)가 삽입되는 소정 폭의 관통부(164)가 형성된다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이 핑거(144)는 제2하우징(131b)의 관통부(155)에 삽입되어 승강부재(132)의 작동에 따라 그 하단 내측면이 각 스토퍼유닛(162)의 측면에 접하거나 이격된다.

스토퍼유닛(162)을 일체로 연결하지 않고 각 제1마운트블록(151)의 하부마다 스토퍼유닛(162)을 하나씩 결합할 수도 있다. 스토퍼(160)는 자재의 정렬범위를 결정하는 역할을 하므로 매우 정밀하게 가공되어야 한다.

한편 스토퍼(160)가 없어도 제1마운트블록(151)의 하단부에 형성된 관통부(155)의 내벽이 스토퍼의 기능을 수행할 수도 있다. 따라서 관통부(155)의 폭이나 위치를 적절히 조절하면 스토퍼를 생략할 수도 있다. 그런데 제2하우징(130b)의 저면에 형성되는 관통부(155)는 그 크기를 변형시킬 수 없기 때문에 본 발명의 실시예와 같이 별도의 스토퍼(160)를 분리가능하게 결합하고 자재의 크기에 따라 교체하여 사용하는 것이 범용성 면에서 유리하다.

이러한 튤유닛(140)의 상부에서 승강부재(132)가 하강하여 각 정렬부재(141)의 헤드부(145) - 구체적으로는 베어링(146) - 를 누르면, 정렬부재(141)가 회동축(159)을 중심으로 회전하면서 각 핑거(144)가 바깥쪽으로 벌어지며, 이때 제2마운트블록(152)과 헤드부(145) 사이의 스프링이 압축된다.

다시 승강부재(132)를 상승시키면 압축된 스프링의 복원력에 의해 헤드부(145)가 상부로 밀어올려지면서 각 핑거(144)가 안쪽으로 회동하여 가운데 놓여진 자재의 측면부에 접하거나 근접하게 된다. 핑거(144)는 스토퍼(160)에 의해 정지된다.

한편 제2하우징(131b)의 측벽에는 다수의 누름부재(171)가 수직으로 관통하여 설치되고, 각 누름부재(171)의 하단부는 제2하우징(131b)의 하부로 돌출된다. 도 7c에 도시된 바와 같이 누름부재(171)는 자재를 탑재한 캐리어보트(20)를 눌러주는 역할을 하며, 그 상부에 스프링부재(172)가 설치된다. 스프링부재(172)의 상부에는 스프링부재(172)가 빠지지 않도록 막아주는 고정수단(174)이 장착된다.

또한 제2하우징(131b)의 외측에는 클램프돌기(180)가 형성되며, 클램프돌기(180)는 제1유닛(130a)의 제1하우징(131a)의 외측에 결합된 클램프(도시하지 않았음)와 결합되는 부분이다.

제1하우징(131a)과 제2하우징(131b)을 조립하기 위해서는, 제1하우징(131a)의 체결볼트(137)를 제2하우징(131b)의 체결홀(137-1)에 삽입하여 볼트체결한 후에 제1하우징(131a)의 클램프(도시하지 않았음)를 제2하우징(131b)의 클램프돌기(180)에 걸어야 한다. 이때 위치결정핀(138)이 위치결정홀(139)에 삽입되어야 함은 물론이다.

이와 같이 체결볼트(137)와 클램프 등을 이용하면 제1 및 제2하우징(131a,131b)을 간편하게 결합 및 분리할 수 있는 장점이 있다. 이와 달리 볼트 등의 다른 수단을 이용하여 제1 및 제2하우징(131a,131b)을 분리 가능하게 결합하 는 것도 가능하다.

이하에서는 도 7a 내지 도 7e를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 자재정렬장치(100)를 이용하여 자재를 정렬하는 과정을 순서대로 설명한다. 설명의 편의를 위하여 솔더볼 마운트 장비에서 솔더볼 마운트 공정을 진행하기 전에 자재를 정렬하는 경우를 예를 들어 설명한다.

솔더볼 마운트 공정을 진행하기 위해서는 몰딩 공정을 마친 다수의 자재(10)가 탑재된 캐리어보트(20)를 솔더볼 마운트 장비의 내부로 반입한 후에 이를 픽업하여 도 7a에 도시된 바와 같이 진공흡착블록(200)의 상부에 위치시킨다.

진공흡착블록(200)은 폭방향을 기준으로 그 중앙부에 돌출된 자재안착부(210)를 구비한다. 자재안착부(210)는 캐리어보트(20)의 관통부(22)에 삽입되는 부분으로서 중앙부에 오목홈이 형성되고 오목홈의 저면에 진공흡입홀(220)을 구비한다. 또한 진공흡착블록(200)의 주변부에는 길이방향을 따라 캐리어보트(20)의 정렬홀(24)에 삽입되는 정렬핀(230)이 형성된다.

따라서 캐리어보트(20)를 진공흡착블록(200)의 상부에 내려 놓으면, 도 7b에 도시된 바와 같이 정렬핀(230)이 캐리어보트(20)의 정렬홀(24)에 삽입되는 한편 자재안착부(210)가 캐리어보트(20)의 관통부(22)를 통과하여 자재(10)를 상부로 들어올리게 된다. 이와 반대로 캐리어보트(20)는 고정시키고 진공흡착블록(200)을 상승시켜 자재(10)를 들어올릴 수도 있다.

진공흡착블록(200)의 자재안착부(210)에 자재(10)가 놓여지면, 자재정렬장 치(100)를 진공흡착블록(200)의 상부로 이동시키고 수직구동부(112)를 작동시켜 정렬유닛(130)을 하강시킨다. 이와 반대로 정렬유닛(130)은 고정시키고 진공흡착블록(200)을 상승시킬 수도 있다.

이때 정렬부재(141)의 핑거(144)가 자재(10)에 근접하기 전에 정렬유닛(130)의 승강부재(132)를 하강시켜 핑거(144)를 바깥쪽으로 벌려야 함은 물론이다. 핑거(144)의 하단부가 자재(10)의 측면을 파지할 수 있는 높이까지 정렬유닛(130)이 하강하면 승강부재(132)를 다시 상승시킨다.

정렬유닛(130)이 하강하면 도 7c에 도시된 바와 같이 누름부재(171)가 캐리어보트(20)의 상면을 눌러주므로 정렬핀(230)이 캐리어보트(20)의 정렬홀(24)에 완전히 삽입되어 캐리어보트(20)의 흔들림이 방지된다.

이어서 승강부재(132)를 상승시키면 핑거(144)가 내측으로 회동하여 자재(10)의 측면을 파지한다. 자재(10)가 사각형이면 4개 정렬부재(141)의 핑거(144)가 자재(10)의 네 측면에 동시에 접촉 또는 근접하여 자재를 설정된 범위내로 정렬시킨다. 그리고 자재(10)가 정렬된 직후에 진공흡입홀(220)을 통해 진공압력을 인가하여 자재(10)를 자재안착부(210)의 상부에 단단히 고정시킨다.

전술한 과정을 거쳐 자재(10)의 정렬이 완료되면 본격적으로 솔더볼 마운트 공정을 진행한다.

이를 위해 먼저 도 7d에 도시된 바와 같이 위치판독카메라(250)을 이용하여 진공흡착블록(200)의 상부에 안착된 개별 또는 전체 자재(10)에 대한 위치데이터를 획득한다.

이어서 이송라인을 따라 진공흡착블록(200)을 공정영역으로 이송한다. 공정영역에서는 플럭스 툴(flux tool)을 이용하여 자재(10)의 볼패드에 플럭스를 도포한 후에 볼 툴(ball tool)을 이용하여 솔더볼을 부착한다. 도 7e는 이러한 볼마운트 공정을 마친 후의 모습을 나타낸 것이다.

볼마운트 공정을 마친 이후에는 진공흡착블록(200)을 반출영역으로 이동시키고. 반출영역에서 진공흡착블록(200)을 하강시키면 자재(10)가 다시 캐리어보트(20)의 상부에 안착된다. 이어서 후공정(예, 리플로우 공정)을 위해 캐리어보트(20)를 반출한다.

한편 이상에서는 본 발명의 자재정렬장치(100)가 솔더볼 마운트 장비에 사용되는 경우를 설명하였으나 다른 종류의 장비에도 적용될 수 있음은 당연하다.

또한 본 발명의 자재정렬장치(100)는 자재안착부(210)에 올려진 자재(10)를 공정을 진행하기 전에 정렬하기 위한 것이므로 그 사용범위가 캐리어보트(20)에 탑재되어 반입된 자재(10)를 정렬하는 것으로 한정되지 않는다. 예를 들어 자재를 직접 자재안착부(210)에 올려놓은 후에 이를 정렬하는 수단으로 사용될 수도 있다.

또한 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형 또는 수정되어 실시될 수 있으나, 이와 같이 변형 또는 수정된 실시예가 후술하는 특허청구범위에 포함된 본 발명의 기술적 사상을 포함한다면 본 발명의 권리범위에 속함은 당연하다.

도 1은 FCBGA패키지의 단면 구성도

도2는 캐리어보트를 예시한 도면

도3은 본 발명의 실시예에 따른 자재정렬장치의 측면도

도4는 본 발명의 실시예에 따른 자재정렬장치의 정면도

도 5는 정렬유닛의 제2유닛을 분해 사시도

도 6은 정렬유닛의 저면도

도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 자재정렬장치를 이용하여 볼마운트 공정을 진행하는 과정을 순서대로 나타낸 공정도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 자재 20: 캐리어보트

100: 자재정렬장치 110: 수직구동유닛

120: 회전구동유닛 130: 정렬유닛

131a, 131b: 제1, 제2하우징 132: 승강부재

133a, 133b: 제1, 제2구동실린더

134a, 134b: 제1, 제2구동축 135a, 135b: 제1, 제2센서

136a, 136b: 제1, 제2센서봉

137: 체결볼트 137-1: 체결홀

140: 툴유닛 141: 정렬부재

142: 바디 143: 축홀

144: 핑거 145: 헤드부

146: 베어링 151: 제1마운트블록

152: 제2마운트블록 153: 오목홈

158: 스프링삽입홀 159: 회전축

160: 스토퍼 161: 스토퍼유닛

171: 누름부재 172: 스프링부재

180: 클램프돌기 200: 진공흡착블록

210: 자재안착부 220: 진공흡입홀

230: 정렬핀

Claims

내부에 공간을 가지는 하우징;

상기 하우징의 내부에 설치된 승강부재;

상기 승강부재를 승강시키는 구동수단;

상기 승강부재의 하부에 설치되며, 수평방향의 회전축에 의해 상기 하우징에 회동 가능하게 결합되고 상기 하우징의 하부로 돌출되는 핑거를 구비한 다수의 정렬부재;

상기 정렬부재와 상기 하우징의 사이에 설치되어 상기 정렬부재에 복원력을 부여하는 탄성수단;

을 포함하며, 상기 승강부재가 상기 다수의 정렬부재의 헤드부를 동시에 눌러서 상기 정렬부재를 회동시키고, 상기 다수의 정렬부재의 각 핑거가 자재의 측면을 둘러싸서 상기 자재를 정렬시키는 자동화 장비의 자재정렬장치
제1항에 있어서,

상기 다수의 정렬부재는 상기 하우징에 회동 가능하게 결합된 바디를 포함하며, 상기 헤드부는 상기 바디의 일 측부로 돌출되고, 상기 핑거는 상기 바디의 하단부로 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 자동화 장비의 자재정렬장치
제2항에 있어서,

상기 정렬부재의 상기 헤드부에는 마찰저감을 위한 베어링이 장착되고, 상기 베어링은 상단부가 상기 헤드부보다 상부로 더 돌출된 것을 특징으로 하는 자재정렬장치
제2항에 있어서,

상기 하우징은 저면에서 내측으로 돌출된 마운트블록을 포함하고,

상기 다수의 정렬부재의 상기 바디는 상기 마운트블록의 측면에 회동가능하게 결합하고, 상기 헤드부는 상기 마운트블록의 중심부를 향해 돌출되어 상기 마운트블록의 상부에 위치하며,

상기 탄성수단은 상기 헤드부와 상기 마운트블록의 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 자동화 장비의 자재정렬장치
제4항에 있어서,

상기 하우징의 저면에서 상기 마운트블록의 하단부의 주변에는 다수의 관통부가 형성되고, 상기 다수의 관통부에 상기 다수의 정렬부재의 핑거가 삽입되는 것을 특징으로 하는 자동화 장비의 자재정렬장치
제4항에 있어서,

상기 마운트블록은,

상기 하우징과 일체로 형성된 제1마운트블록;

상기 제1마운트블록의 상부에 분리 가능하게 결합하는 제2마운트블록;

을 포함하고, 상기 다수의 정렬부재는 상기 제2마운트볼록의 측면에 회동 가능하게 결합하는 것을 특징으로 하는 자동화 장비의 자재정렬장치
제4항에 있어서,

상기 마운트블록은 다수 개가 형성되고, 상기 다수의 마운트블록마다 그 측면에 상기 다수의 정렬부재가 회동 가능하게 결합한 것을 특징으로 하는 자동화 장비의 자재정렬장치
제2항에 있어서,

사각의 자재를 정렬하기 위하여 상기 다수의 정렬부재는 4개가 설치되며, 각 정렬부재는 인접한 정렬부재와 직각으로 배치된 것을 특징으로 하는 자동화장비의 자재정렬장치
제1항에 있어서,

상기 구동수단은,

상기 하우징의 상부면에 결합된 구동부;

상기 하우징의 상부면을 관통하여 상기 구동부와 상기 승강부재를 연결하는 구동축;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 장비의 자재정렬장치
제1항에 있어서,

상기 하우징에는 상기 승강부재의 승강 정도를 감지하는 감지수단이 설치된 것을 특징으로 하는 자동화 장비의 자재정렬장치
제1항에 있어서,

상기 하우징을 승강시키는 수직구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 장비의 자재정렬장치
제1항에 있어서,

상기 하우징은,

내부에 상기 승강부재를 수용하고 하부가 개구된 제1하우징;

상기 제1하우징의 하부에 분리 가능하게 결합되고, 내부에 상기 다수의 정렬부재가 장착된 제2하우징;

을 포함하고, 상기 다수의 정렬부재의 상기 핑거는 상기 제2하우징의 하부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 자동화 장비의 자재정렬장치
제12항에 있어서,

상기 제1하우징의 측벽에는 수직방향의 다수의 체결볼트가 장착되어 하부로 돌출되고,

상기 제2하우징의 측벽에는 상기 다수의 체결볼트의 단부가 삽입되는 체결홀이 형성된 것을 특징으로 하는 자동화 장비의 자재정렬장치
제1항에 있어서,

상기 하우징의 하부에는 상기 핑거를 정지시켜서 상기 자재의 정렬범위를 결정하는 스토퍼가 장착된 것을 특징으로 하는 자동화 장비의 자재정렬장치
내부에 공간을 가지는 하우징과,

상기 하우징의 내부에 설치된 승강부재와,

상기 승강부재를 승강시키는 구동수단과,

상기 승강부재의 하부에 설치되며, 수평방향의 회전축에 의해 상기 하우징에 회동 가능하게 결합되고 상기 하우징의 하부로 돌출되는 핑거를 구비한 다수의 정렬부재와,

상기 정렬부재와 상기 하우징의 사이에 설치되어 상기 정렬부재에 복원력을 부여하는 탄성수단을 포함하며, 상기 승강부재가 상기 다수의 정렬부재의 헤드부를 동시에 눌러서 상기 정렬부재를 회동시키고, 상기 다수의 정렬부재의 각 핑거가 자재의 측면을 둘러싸서 상기 자재를 정렬시키는 자재정렬장치;

저면에 진공흡입홀이 형성된 자재안착부를 구비하는 진공흡착블록;

자재의 위치데이터를 획득하는 위치판독카메라;

자재의 상면에 플럭스를 도포하는 플럭스툴(flux tool);

플럭스가 도포된 자재에 솔더볼을 부착하는 볼툴(ball tool);

자재를 이송하는 이송수단;

을 포함하는 솔더볼 마운트 장비
제15항의 솔더볼 마운트 장비를 이용한 솔더볼 마운트 방법에 있어서,

상기 자재안착부의 상부에 자재가 놓여지는 단계;

상기 자재정렬장치의 상기 승강부재를 하강시켜 상기 핑거를 바깥쪽으로 벌린 후에 상기 핑거를 상기 자재의 측면 부근에 위치시키는 단계;

상기 승강부재를 상승시켜 상기 탄성수단의 복원력에 의해 상기 핑거가 회동하여 상기 자재를 정렬시키는 단계;

상기 진공흡입홀을 통해 진공압력을 인가하여 상기 자재를 상기 자재안착부에 흡착하는 단계;

상기 승강부재를 하강시켜 상기 핑거를 바깥쪽으로 벌리는 단계;

상기 자재안착부에 흡착된 상기 자재에 플럭스를 도포하고 솔더볼을 부착하는 단계;

를 포함하는 솔더볼 마운트 방법