KR20120120933A - 부품 실장기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 집어올림 위치에서 부품들을 집어올리고 실장 위치에서 상기 부품들을 배치하도록 배열된 부품 실장 헤드이며, 상기 부품 실장 헤드는 상기 집어올리기 및 배치하기를 가능하게 하는 수직방향 하향 및 상향으로 이동 가능한 복수의 노즐을 포함하고, 각각의 노즐로 적어도 단일 부품을 집어올리는 것과 적어도 2개의 노즐로 함께 단일 부품을 집어올리는 것을 포함하는 복수의 집어올리기 작업을 제어하도록 배열된다.

Description

부품 실장기{A COMPONENT MOUNTING MACHINE}

본 발명은 픽 앤 플레이스(pick and place) 기술을 채용하는 부품 실장기, 실장 헤드 및 부품 실장 방법에 관한 것이다.

인쇄 회로 기판(PCB) 등의 기판, 또는 시스템 인 패키지(SiP) 부품용 기판상에 부품을 픽 앤 플레이스 실장하는 기기는 실장 속도, 실장 정밀도, 사이즈, 프라이즈(prize) 등의 상이한, 종종 모순된 요구를 받는다. 당업자는 "픽 앤 플레이스(pick and place)"라는 표현을, 실장 헤드가 부품 피더 영역으로 이동하고, 실장 헤드가 하나 이상의 부품 피더(component feeder)로부터 하나 이상의 부품을 집어올리고(픽), 그리고 실장 헤드가 그 부품 또는 부품들을 기판상에 배치(플레이스)하는 실장 영역으로 이동하는, 바로 그 실장 작업을 기술하는 것으로 이해한다. 종래 기술의 부품 실장기의 주된 일례가 첨부 도면의 도 1에 도시된다. 상기 실장기는 기기 프레임(1), 복수의 부품 피더를 구비하며 기기 프레임(1)의 부품 피더 영역에 배열되는 부품 이송 장치(3), 기기 프레임(1)에 부착된, 제 1 빔 또는 X 빔(7) 및 제 2 수직 빔 또는 Y 빔(9)을 갖는 갠트리 시스템(gantry system)(5), X 빔(7)에 이동 가능하게 부착된 실장 헤드(11), 및 기기 프레임(1)에 부착된 기판 운반 시스템(board transportation system)(13)을 포함한다. 부품 이송 장치(3)는 전자 부품을 실장 헤드(11)에 제공한다. 기판 운반 시스템(13)은 부품 실장기의 작업 영역과 컨베이어 라인 사이에서 기판을 운반한다. 실장 헤드(11)는 X 빔(7)을 따라 이동 가능하며, X 빔(7)은 Y 빔(9)을 따라 이동 가능하다. 그 때문에, 갠트리 시스템(5)은 부품 이송 장치(3)와 기판 사이에서 실장 헤드(11)를 이동시키는 것을 가능하게 한다. 또한, 실장 헤드(11)는 수직 방향으로 이동 가능하며, 수직 축선을 중심으로 회전할 수도 있다. 상기 실장 헤드는 흡입 장치도 내포한다. 이는 흡입 장치를 작동함으로써 부품 이송 장치(3)로부터 전자 부품을 집어올리고, 기판으로 운반하고 나서, 기판상의 정확한 위치에 내려놓을 수 있게 한다. 집어올리고 나서 기판에의 운반 중에, 집어올려진 부품이 정밀한 위치로 되도록 시각 중심맞춤 장치(vision centering device)(15)가 통과된다.

부품 이송 장치(3)는 큰 용량을 가지게 되는 것이 보통이다, 즉, 다수의 상이한 부품 릴(component reels)을 장치 내에 장착할 수 있어야 한다. 이는 부품 이송 장치를 위해 상당히 넓은 공간을 필요로 한다. 또한, 갠트리 시스템 및 실장 헤드는 신속하고 매우 정확한 것이 바람직하다. 그러므로, 대형 시스템은 보다 무거운 무게를 가지게 되어 더욱 강력한 모터를 필요로 하는 한편 시스템에 더욱 많은 열을 발생시키기 때문에, 되도록 소형의 갠트리 시스템을 가지는 것이 바람직하다. 열 팽창의 영향은 어떤 식으로든 다루어질 필요가 있기 때문에, 상기 열 발생은 매우 정확한 시스템을 얻기 어렵게 만든다.

한편, 종래의 픽 앤 플레이스 기기에 있어서, 겐트리 시스템은 부품 이송 장치의 모든 부위에 도달할 수 있을 만큼 클 필요가 있다. 다른 양태는 실장 헤드가 때때로 사이즈, 형상, 및 무게 있어서 상당히 다를 수 있는 모든 종류의 부품을 집어올릴 수 있게 할 때마다 집어올림 툴(picking tool)을 교체해야 할지도 모른다는 점이다.

본 발명의 목적은 보다 융통성 있으며 유효한 픽 앤 플레이스 작업을 가능하게 하는 해법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 첨부된 특허청구범위에서 규정하는 바와 같은 부품 실장 헤드, 부품 실장기, 및 부품 실장 방법에 의해 달성된다.

따라서, 본 발명의 일 양태에 따르면, 집어올림 위치(picking position)에서 부품을 집어올리고 실장 위치(mounting position)에서 부품을 배치하도록 배열된 부품 실장 헤드가 제공된다. 상기 부품 실장 헤드는 상기 집어올리기 및 배치하기가 가능하도록 하향 및 상향으로 수직 방향으로 이동 가능한 복수의 노즐을 포함한다. 상기 부품 실장 헤드는 적어도 각각의 노즐로 단일 부품을 집어올리기 및 적어도 2개의 노즐로 함께 단일 부품을 집어올리기를 포함하는 복수의 집어올리기 작업을 제어하도록 배열된다. 단일 부품을 집어올리기 위해 하나 이상의 노즐을 사용하는 가능성을 가짐으로써, 노즐들의 사이즈는 대형 부품을 집어올리기 전에 교환하지 않고도 소형 부품에 적용될 수 있다. 결국, 부품 실장 헤드는 집어올림 툴, 예컨대 노즐 툴팁(nozzle tooltip) 또는 노즐을 교체할 필요 없이 사이즈가 상당히 상이한 부품의 취급 성능을 제공함으로써, 부품 실장기의 픽 앤 플레이스 작업을 보다 융통성 있고 유효하게 만든다.

도 1은 종래의 부품 실장기를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 실장 작업의 일부를 개략적으로 도시하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 실장 헤드의 일 실시예의 개략적인 사시도.
도 4는 도 3의 실장 헤드의 일부분의 개략적인 단면도.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 상이한 부품 집어올림 상태들 및 실장 헤드의 상이한 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명에 따른 실장 헤드의 일 실시예에 의해 수행된 작업 수순을 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 따른 부품 실장기의 일 실시예의 개략적인 사시도.
도 10 내지 도 12는 상기 부품 실장기의 일 실시예의 개략적인 평면도.
도 13은 본 발명에 따른 실장 헤드의 일 실시예의 개략적인 사시도.
도 14 및 도 15는 다른 부품 집어올림 상태를 개략적으로 도시하는 도면.

첨부 도면을 참조로 본 발명의 예시적인 실시예를 후술한다.

본 발명의 목적은 보다 융통성 있으며 유효한 픽 앤 플레이스 작업을 가능하게 하는 해법을 제공하는 것이다. 상기 목적은 첨부된 특허청구범위에서 규정하는 바와 같은 부품 실장 헤드, 부품 실장기, 및 부품 실장 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 유연하고 융통성 있는 부품 실장 헤드는 각각의 노즐로 적어도 단일 부품을 집어올리기 및 적어도 2개의 노즐로 단일 부품을 집어올리기를 포함하는 복수의 집어올리기 작업을 제어하도록 배열된다. 단일 부품을 집어올리기 위해 하나 이상의 노즐을 사용하는 가능성을 가짐으로써, 노즐들의 사이즈는 대형 부품을 집어올리기 전에 교환하지 않고도 소형 부품에 적용될 수 있다. 결국, 부품 실장 헤드는 집어올림 툴, 예컨대 노즐 툴팁 또는 노즐을 교체할 필요 없이 상이한 사이즈의 부품의 취급 성능을 제공하고, 그에 따라 상기 실장기의 전체 수율을 증가시킴으로써 융통성 있는 작업에 대하여 부품 실장기의 픽 앤 플레이스 작업을 보다 유연하고 유효하게 만든다.

상기 부품 실장 헤드의 일 실시예에 따르면, 표면에 대한 노즐 팁의 충돌을 검출하기 위해 노즐 팁 충돌 검출기가 배열되고, 상기 노즐 팁은 상기 노즐의 하단부이다.

상기 부품 실장 헤드의 일 실시예에 따르면, 상기 헤드는 수직 방향으로 이동 가능한 노즐 가이드를 구비하는 노즐 홀더를 포함하고, 상기 노즐 팁 충돌 검출기는 상기 노즐 가이드에 부착되며 상기 노즐 가이드에 대한 노즐 이동을 검출한다.

상기 부품 실장 헤드의 일 실시예에 따르면, 상기 헤드는 각각의 노즐 팁의 수직 방향 위치를 검출하도록 배열된 노즐 팁 위치 검출기를 더 포함하고, 상기 노즐 팁은 상기 노즐의 하단부이다.

상기 부품 실장 헤드의 일 실시예에 따르면, 상기 헤드는 단일 부품을 집어올리기 위한, 적어도 2개의 노즐로 구성되는, 적어도 하나의 노즐 그룹의 노즐들을 동기시키는 노즐 그룹 싱크로나이저(synchronizer)를 더 포함한다. 상기 노즐들은, 예컨대 그 수직 방향 이동 또는 상기 부품의 표면에 대한 거리를 고려할 때 완전히 동기되지 않거나, 또는 표면이 완전히 평면으로 되지 않는 일이 벌어질 수도 있다. 그럴 경우에, 상기 노즐 그룹 싱크로나이저가 유리하다.

상기 부품 실장 헤드의 일 실시예에 따르면, 상기 동기화를 수행하는 한가지 방식은 각각의 개별 노즐에 대한 개개의 수직 이동 서보 모터 및 상기 서보 모터를 제어하는 서보 제어기에 의하는 것이다.

상기 부품 실장 헤드의 일 실시예에 따르면, 상기 헤드는 수직 방향으로 이동 가능한 노즐 가이드를 구비하는 노즐 홀더를 포함하고, 상기 노즐들은 정지 위치 및 동작 위치 중 한 위치에 유지되며, 상기 동작 위치에 있을 때의 노즐은 상기 노즐 가이드의 시트(seat)에 대하여 하향으로 탄성 편위(spring bias)된다. 따라서, 상기 탄성 편위는 상기 노즐들이 상기 노즐 가이드에 추종하도록 하향으로 힘을 가하고, 상기 부품 표면에 충돌할 때, 상기 탄성 편위는 상기 노즐이 하향 이동을 지속하면 상기 노즐 가이드로부터 퇴피되게 하여, 노즐 손상의 위험을 제거한다.

상기 부품 실장 헤드의 일 실시예에 따르면, 상기 헤드는, 복수의 노즐 팁에 부착되며, 상기 노즐들을 제어하는 것에 의해 수직 이동 및 파지 작업을 제어 가능한 부품 파지 툴을 포함하고, 상기 노즐 팁들은 상기 부품 파지 툴에 부착된다. 이 파지 툴은 흡입 노즐로 집어올리기에 적합하지 않은 특이한 형상을 갖는 부품을 집어올리는데 유용하다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 집어올림 위치에서 부품들을 집어올리고 실장 위치에서 상기 부품들을 배치하도록 배열된 실장 헤드의 노즐 제어 방법으로서, 상기 집어올리기 및 배치하기를 수행하기 위해 상기 노즐들을 하향 및 상향으로 수직 방향으로 이동시켜서, 하나의 노즐로 단일 부품을 집어올리기 및 적어도 2개의 노즐로 함께 단일 부품을 집어올리기를 포함하는 복수의 집어올리기 작업 중 하나 이상의 작업을 수행하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.

상기 방법의 일 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 부품 집어올리기를 수행한 후에 상기 실장 헤드를 회전시키고, 상기 실장 위치로의 이동 중에 시각 중심맞춤 장치를 통과시키는 단계를 포함한다. 이는 몇 개의 부품을 일렬로 집어올릴 때 유리하다. 상기 실장 헤드를 회전시킴으로써, 상기 부품들은 병렬이 아닌 직렬로 상기 시각 중심맞춤 장치를 통과해서 이동될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 부품 피더 영역, 부품 실장기의 작업 영역 내의 실질적으로 고정된 위치에 기판을 유지하도록 배열된 기판 운반 시스템, 상술한 바와 같은 부품 실장 헤드, 및 상기 실장 헤드를 지지하며 부품들의 집어올리기 및 배치하기를 수행하기 위해 상기 실장 헤드를 이동시키도록 배열되는 갠트리 시스템을 포함하는 부품 실장기가 제공된다.

본 발명의 추가적인 목적 및 장점은 예시적인 실시예들에 의해 후술된다.

도 3을 참조하면, 부품 실장 헤드(300)의 일 실시예는 실장 헤드 본체(301)와, 상기 실장 헤드 본체(301)에 회전 가능하게 부착되는 진공 제어기(303)와, 상기 진공 제어기(303)에 부착되는 노즐 선택 유닛(307) 및 수직 방향으로 이동 가능한 프레임 요소(311)에 의해 회전 가능하게 지지되는 노즐 가이드(309)를 포함하는 회전식 노즐 홀더(305)와, 상기 노즐 홀더(305)에 의해 유지되는 복수의 노즐(313)을 포함한다. 상기 노즐 가이드(309)는 상기 프레임 요소(311)에 의해 수직 방향으로 이동 가능한 반면, 상기 노즐 선택 유닛(307)은 수직 방향으로 고정된다.

도 4로부터 분명해지는 바와 같이, 상기 노즐들은 상기 노즐 가이드(309) 내의 구멍들을 통해 연장된다. 각각의 노즐(313)의 상단부는 상기 노즐 선택 유닛(307)에 삽입된다. 각각의 노즐(313)에는, 상기 노즐 선택 유닛(307)의 바닥면(317)과, 상기 노즐을 에워싸는 플랜지(321)에 의해 제공되는 한편, 상기 노즐 선택 유닛(307)의 바닥면 및 상기 노즐 가이드(309)의 상부면 사이에 위치되는 스프링 시트(319)와의 사이에서 연장되는 스프링(315)이 제공된다. 상기 노즐(313)은 상기 스프링(315)으로 인해 상기 노즐 가이드(309)쪽으로 탄성 편위되며, 상기 노즐 가이드(309)의 시트에 대하여 탄성 편위되는 것으로서 고려될 수 있다. 정지 상태에서의 상기 노즐(313)은 상기 노즐 선택 유닛(307)에 의해 유지된다. 동작 상태에서의 상기 노즐(313)은 상기 노즐 선택 유닛(307)으로부터 해제된다. 결국, 상기 노즐 가이드(309)를 하향 이동시킬 때, 도 4에서 가장 좌측의 노즐과 같이 정지 상태에 있는 노즐들은 상기 노즐 선택 유닛(307)에 의해 유지되는 반면, 동작 상태에 있는 노즐(313)들은 상기 노즐 가이드(309)를 하향으로 추종한다. 이 노즐 이동은 실제로는 중력만에 의해 야기되지만, 상기 노즐이 고착되지 않게 하기 위해 탄성 편위는 동일한 방향으로 노즐에 힘을 가한다. 또한, 부품 실장 헤드(300)는 부품(327)의 표면에, 통상은 상부면에 대한 노즐 팁 충돌을 검출하도록 배열된 충돌 검출기(323)를 포함한다. 이 실시예에 있어서, 상기 충돌 검출기는, 예컨대 상기 플랜지(321)에 또는 상기 노즐 가이드(309)에 탑재되는 노즐 이동 검출기(323)이다. 각각의 노즐(313)은 그 바닥 단부를 구현하는 노즐 팁, 또는 툴팁(325)을 갖는다. 상기 툴팁(325)은 교환 가능하며, 통상 마모될 경우에 교환된다. 부품 집어올리기를 개시하면, 수직 방향으로 이동 가능한 프레임 요소(311)는 그 상부 위치에 있게 되고, 여기서 노즐 선택 유닛(307)을 사용하여 노즐(313)들이 선택된다. 부품 집어올리기를 위한 수직 이동 전에, 상기 노즐 홀더(305)는 원하는 각도로 회전된다. 이후, 사용될 노즐들이 노즐 선택 유닛(307)을 사용하여 수직 방향으로 해제된다. 선택된 노즐들은 상기 노즐 가이드(309)상으로 상기 해제된 노즐(313)들에 하향으로 힘을 가하는 개개의 노즐 스프링(315)에 의해 상기 이동 가능한 프레임 요소, 또는 Z-프레임(311)의 수직 방향 이동을 추종하게 된다. 상기 Z-프레임이 하향으로 이동하면, 상기 이동 검출기(323)는 노즐(313)과 노즐 가이드(309) 사이의 상대 이동에 대하여 어떤 노즐(313)이 정지되어 있는지를 검지하게 된다. 상기 Z-프레임(311)의 하향 이동은, 하나 이상의 노즐(313)이 부품(부품들)(327)을 들어올리는데 사용될 것인지가 결정되었는지에 따라, 하나 이상의 노즐(313)이 부품(327)과 기계적인 접촉을 하게 될 때 정지되게 된다. 노즐이 정지되면, 상기 진공 제어기(303)에 구비된 관련되어 있는 진공 밸브가 동작하고, 하나 이상의 부품이 하나 이상의 노즐에 흡착된다. 복수 부품의 집어올리기가 동시에 또는 개별적인 수순으로 수행될 수 있다. 하나의 부품(327)의 집어올리기는 하나 이상의 노즐을 사용하여 수행될 수 있고, 노즐 그룹 싱크로나이저에 의해 동기될 수 있다. 집어올리기가 행해지면, 실장 헤드(300)는 수직 방향으로 들어올려진 모든 부품을 가지고 상기 기판, 예컨대 PCB(329) 위의 배치 영역까지 수평 방향으로 이동된다. 이 이동 중에, 도 2에 도시된 바와 같은 시각 중심맞춤 장치(203) 등의 중심맞춤 장치는 집어올려진 부품들의 위치가 각각의 부품의 정확한 실장 위치로 되는지를 검출하게 된다. 집어올리기와 유사한 방식으로 실장이 수행된다. 상부 위치에 있어서, 사용될 노즐들이 선택되고 상기 PCB(329)상으로 수직 하향 이동하기 전에 회전된다. 부품(327)이 PCB(329)와 접촉하게 되면, 상기 진공 제어기(303)의 진공 밸브가 정지되고, 부품(327)이 PCB(329)상으로 해제된다.

이러한 다중 노즐 실장 헤드(300)에 의하면, 취급되는 부품마다 다수의 노즐(313)이 사용될 수 있다. 이는 소형 부품에서 대형 부품에 이르기까지 폭넓은 부품 범위를 취급하는데 필요한 상이한 툴팁(325)의 개수를 감소시키게 된다. 통상적으로 상기 툴팁의 사이즈는 부품의 사이즈에 일치될 필요가 있다. 대형 부품을 단일 노즐로 취급할 경우에는, 상기 툴팁은 충분한 진공력과 충분히 큰 접촉 면적을 취하는 사이즈로 될 필요가 있다. 상기 진공력은 부품을 이동 및 회전시킬 수 있게 하는데 필요하다. 지지 영역은 질량에 의한 힘이 부품을 기울여서 흡입을 해제할 위험 없이 안정적인 수직 이동을 취하는데 필요하다. 소형 부품의 취급에 대형 툴팁을 사용할 경우에는, 그 부품이 툴팁 내의 진공 구멍 내로 부분적으로 들어갈 수 있는 위험이 존재하고, 이로 인해 기기가 부품을 정확히 배치하지 못하게 될 수 있기 때문에, 상기 툴팁은 너무 크지 않아야 한다. 픽 앤 플레이스 기기에서의 툴팁의 교체에는 시간이 소요되기 때문에, 툴팁의 교체는 기기의 실장 속도를 저하시키게 된다. PCB상에 모든 부품을 배치할 수 있도록 하는 데 많은 상이한 툴팁이 필요하면, 이로 인해 배치를 위한 여분의 툴팁 비용도 추가되게 된다. 따라서, 필요한 툴의 개수 및 그에 따른 필요한 툴의 교체를 감소시키는 것은 실장 속도의 증가 및 비용 절감에 있어서 중요하다.

본 발명에 따르면, 대형 툴팁을 사용하는 대신에, 소형 툴팁을 갖는 2개 이상의 노즐을 사용하는 것이 가능하다. 다수의 소형 툴팁을 사용함으로써, 진공 및 지지 영역은 대형 툴팁을 갖는 하나의 노즐에서의 경우와 동등해지게 된다. 노즐 그룹에 의해 단일 부품을 집어올리는 것은 노즐 그룹 싱크로나이저에 의해 동기될 수 있다.

픽 앤 플레이스 부품 실장기로 보다 단시간에 더 많은 부품을 배치하기 위해, 다수의 노즐이 사용될 수 있다. 다수의 노즐을 사용함으로써, 부품을 집어올리는 것으로부터, 시각 중심맞춤 장치를 통과하고, 부품을 배치하기까지의 사이클마다 복수의 부품을 집어올려서 배치하는 것이 가능하다. 사이클마다 복수의 부품으로 하면, 각 부품에 대한 시간 소비가 감소되므로 기기는 부품을 보다 신속하게 실장하게 된다. 집어올리기 동안 다수의 노즐을 사용하는 경우에, 부품을 집어올리는 가장 신속한 방식은 모든 노즐로 동시에 집어올리는 것이며, 이제부터 다중 집어올리기(multiple pick)라고 부른다. 다중 집어올리기를 수행할 수 있도록 하기 위해, 노즐들과 상기 이송 장치에서의 부품들 사이의 거리는 본질적으로 동일해질 필요가 있으며, 실장 헤드의 노즐들 및 상기 부품 이송 장치에서의 부품들에 의한 라인의 방위는 본질적으로 동일해질 필요가 있다. 기존에, 다중 집어올리기를 위해 많은 수의 실장 헤드 노즐이 배열되는 한편, 라인 센서 시각 장치를 사용하는 경우에는, 상기 라인 센서는 집어올려진 모든 부품의 윤곽을 포착할 만큼 길어질 필요가 있다. 이는 부품 이송 장치에서의 상기 부품들의 라인의 방위가 부품 이송 장치로부터 PCB까지의 바람직한 이동 방향에 직교하기 때문이다. 길이가 긴 라인 센서는 고가이며 공간을 많이 차지한다. 본 발명에 따르면, 노즐들의 거리는 최소화될 수 있고, 개개의 노즐마다 개별적인 회전 기구를 필요로 하지는 않아, 공간을 절약한다. 다른 장점은 상기 시각 중심맞춤 장치 내의 라인 센서의 방위와 비교하여 수직 방향으로 배향된 노즐들을 회전시킬 수 있다는 점이다. 이 방위에 의하면, 상기 시각 중심맞춤 장치를 통과할 때, 모든 부품의 윤곽을 포착하는데 필요한 라인 센서 길이는 오늘날의 부품 실장기에서 가능한 것보다 더 융통성 있는 작업을 위해 최소화되거나 또는 최적화되어, 공간을 절약하는 한편 장치의 비용을 감소시킨다. 또한, 이 방위를 사용하는 경우에, 상기 시각 중심맞춤 장치에 의해 사용된 광의 레벨은 부품마다 개별적으로 조절될 수 있어, 더욱 유연하며 융통성 있는 부품 실장기의 픽 앤 플레이스 작업에 역시 기여한다. 이것은 도 2에 도시되어 있으며, 여기서 실장 헤드(201)는 집어올림 위치(207)에서 나란히 몇 개의 부품을 집어올리고, 시각 중심맞춤 장치(203)를 통과하기 전에 90도 회전하고 나서, 실장 위치(209)에서 각각의 부품을 배치하게 되는 위치인 PCB(205)로 가는 도중에 회전 자세로 상기 시각 중심맞춤 장치를 통과한다. 이는 집어올려진 부품들이 시각 중심맞춤 장치(203)를 병렬이 아닌 직렬로 통과한다는 것을 의미한다.

회전 기구를 공유하는 장점은 실장 헤드 내에 더 많은 공간이 존재하고 비용이 절감된다는 점이다. 이들 절감된 자원은 높은 정확도 및 성능을 달성하는데 사용될 수 있다. 예컨대:

● 회전 위치 엔코더의 보다 높은 해상도

● 기계적인 유격(mechanical play)을 방지하기 위해 예압(preload)이 가해진 대형 회전 베어링

● 회전을 수행하는 대형 모터 및 기어.

요컨대, 다중 노즐 실장 헤드는 하나의 회전 이동만을 가지며, 모든 노즐은 동일한 축선을 중심으로 회전하고, 노즐들의 개별적인 회전 이동은 없다.

노즐들의 수직 방향 이동은 하기의 것들에 의해 실행될 수 있다.

● 개별 액추에이터

● 노즐 선택 유닛과 조합된 공통 이동 액추에이터

● 개별 이동 액추에이터 및 공통 이동 액추에이터의 조합.

기존에, 노즐간 거리가 좁은 다수의 노즐을 갖는 다중 노즐 실장 헤드는 높은 속도 및 제한된 정확도로 소형 부품을 실장하는데 적합하다. 상술한 바와 같이, 다중 노즐 실장 헤드는 높은 정확도로 대형 부품을 배치하는데 사용될 수도 있다.

부품을 집어올려서 배치하기 위해 다수의 노즐을 이용하는 경우에는, 사용된 노즐들의 레벨 편차가 작은 것이 중요하다. 노즐 레벨의 편차가 큰 경우에는 노즐들과 부품 사이의 흡착력이 작아지게 된다.

도 5를 참조하면, 노즐 레벨 편차는, 즉 노즐(325)들이 약간의 부정확도로 인해 상이한 높이로 이동되었을 경우에는, 노즐(325)들과 부품(327) 사이에 공기 누출을 야기할 수 있고, 노즐(325)들과 부품(327) 사이의 접촉 면적도 감소하게 되며, 이는 노즐 표면과 부품 표면 사이에 각도 에러가 존재할 수 있기 때문이다. 최악의 경우에는, 부품(327)이 그 실장 전에 떨어지거나, 또는 부품(327)을 집어올릴 수 없게 된다. 이와 같은 부정적인 영향을 최소화하기 위해, 기계적인 노즐 동기화를 제공하는 노즐 그룹 싱크로나이저를 사용할 경우에는, 노즐 길이와 사용된 툴팁의 기계적인 허용오차는 높아야만 한다. 서보 동기된 노즐 이동을 사용할 경우에는, 서보 제어기는 높은 정확도로 작동되어야만 한다. 서보 동기된 노즐 이동은 노즐들과 부품들의 상부면 사이의 임의의 기계적인 차이에 적응할 수 있고, 이는 노즐들의 기계적인 동기화에 비해 유리하다. 서보 동기화에 의하면, 개개의 노즐 길이들, 상부면의 높이가 상이한 부품들, 길이가 상이한 툴팁들을 보상할 수 있고, 또한 툴팁들의 마모도 보상할 수 있다. 툴팁을 구비하는 노즐들은 툴팁 교체 중에 측정될 수 있으며, 동기된 픽 앤 플레이스를 수행할 때 임의의 차이가 보상될 수 있다. 상기 서보 동기화는, 예컨대 도 13에 개략적으로 도시된 바와 같이, 각각의 노즐(1303)에 수직 방향 이동을 위한 개별 서보 모터(1305)를 제공하고, 서보 모터(1305)를 제어하는 서보 제어기(1307)를 제공함으로써 얻어진다. 서보 모터(1305)들은 회전 가능한 상태로 수직 방향으로 고정되는 노즐 가이드(1309) 위쪽의 상기 실장 헤드의 적정한 위치에 배열된다. 이 실시예에서는, 상술한 노즐 팁 충돌 검출기는 통상 노즐 작동의 정지에 이르는 것을 검출하도록 배열된다. 예를 들어, 서보 모터(1305)가 경험한 제동 토크의 급격한 증가가 검출될 수 있거나, 또는 서보 모터(1305)를 구동하는 상태에서의 노즐 이동의 완전한 정지 또는 상기 모터의 출력 축선의 회전 정지가 검출될 수 있다.

또한, 노즐 이동 제어를 증가시키기 위해, 잘못된 조건 등을 검출하기 위한 수단을 제공하고, 노즐 팁 위치 검출기(1313)는 각 노즐 팁의 수직 방향 위치를 검출하도록 배열된다. 상기 노즐 팁 위치 검출기는 상기 실장 헤드의 모든 실시예에서 유용하다. 예를 들어, 상이한 높이의 부품 표면부들의 경우에, 이들 높이는 미리 프로그램될 수 있으며, 그에 따라 모든 노즐이 각자의 표면부에 도달되어 정확한 표면부에 도달되었다는 정확한 결정을 더욱 보증하게 된다. 부가적으로, 위치 검출기에 의해, 부품(들)과 접촉하는 노즐(들)의 이동 작업의 속도를 올리는 것이 가능하고, 이 경우에 상기 이동은 부품으로부터 원거리에서는 보다 빨라지고, 부품에 접금함에 따라 느려지도록 다각화될 수 있다. 다른 예로서, 서보 모터 및 서보 제어기를 사용하는 실시예에 대하여, 상기 서보 제어기는 적어도 2개의 노즐 팁을 노즐 팁 위치 검출기(1313)로부터의 입력에 의해 서로 정렬하도록 배열될 수 있다.

이제 도 6을 참조하면, 동기화 노즐들의 다른 방식은 다수의 노즐에 대하여 적용되는 툴팁을 가지는 것이고, 이 방식에서 다수의 노즐은 공통의 툴팁을 통해 동기되게 된다. 따라서, 예를 들어 2개의 노즐(601)이, 조합된 노즐(601)들보다 직경이 큰 출력 노즐(605)을 갖는 2대 1 툴팁(603), 즉 일종의 Y-커플링에 의해, 하나로 조합된다. 결국, 부품(607)은 2개의 조합된 노즐(601)에 의해 유지되는 경우보다 큰 단일의 노즐(605)에 의해 유지된다.

도 7을 참조하면, 특이한 형상의 부품의 픽 앤 플레이스에 대해서는 파지 툴(703)이 필요해질 수 있다. 서보 제어된 동기화로 다수의 노즐(701)을 사용하는 경우에, 파지 기구를 제어하기 위해 몇 개의 노즐을 사용할 수 있다. 예컨대, 3개의 정렬된 노즐(701)은, 부품(707)을 그 측면들로부터 파지하는 2개의 클로(claw)(705)를 가지며 2개의 외측 노즐(701)의 상승 및 하강에 의해 작동되는 파지 툴(703)로 사용된다.

도 8a 내지 도 8d에 도시된 바와 같이, 노즐들의 수직 방향 이동이 개별적으로 제어되는 파지 툴을 사용하여 부품을 집어올릴 때 수행되는 수순은 다음과 같다:

1. 툴 개방. 2개의 측부 노즐(801 및 803)이 중간 노즐(802)에 대하여 하향 이동되고, 이 상대 이동은 파지 툴의 클로(805)들을 개방하게 된다.

2. 하향 이동. 이후, 3개의 노즐 모두가 동기하여 부품(807)을 파지할 수 있는 레벨로 하향 이동된다.

3. 툴 폐쇄. 부품(807)이 클로(805)들에 의해 파지될 때까지, 측부 노즐(801 및 803)이 중간 노즐(802)에 대하여 상향으로 이동된다. 부품(807)을 유지하기 위해, 측부 노즐(801 및 803)에 지속적으로 상향으로 힘이 가해져서 부품(807)의 측면들에 파지력을 제공한다. 이 단계 도중에는, 중간 노즐(802)은 그대로 유지된다.

4. 부품과 함께 상향 이동. 3개의 노즐(801, 802, 803) 모두가 동기하여 상향으로 이동된다. 부품(807)에 대하여 파지력을 유지하기 위해, 측부 노즐(801 및 803)에는 여전히 중간 노즐(802)에 대하여 상향으로 힘이 가해진다.

도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 부품 실장 헤드의 다른 실시예에 따르면, 부품 실장 헤드는 불균일한 상부면을 갖는 부품을 집어올리도록 배열된다. 이는 현저하게 상이한 높이에서 상이한 노즐들이 부품과 맞물린다는 것을 의미한다. 상술한 실시예들에 대응하여, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 실장 헤드는 회전 가능한 노즐 홀더(1405), 및 상기 노즐 홀더(1405)에 의해 유지된 복수의 탄성 편위된 노즐(1411)을 포함한다. 다음으로, 상기 노즐 홀더(1405)는 수직 방향으로 고정된 노즐 선택 유닛(1407) 및 수직 방향으로 이동 가능한 노즐 가이드(1409)를 포함한다.

제 1 예에 있어서, 부품(1415)은 제 1의 낮은 평면부(1417), 제 2의 높은 평면부(1421), 및 상기 낮은 평면부(1417)로부터 높은 평면부(1421)까지 연장되는 제 3의 경사면부(1419)를 갖는다. 집어올리기 위치에 위치될 때, 상기 부품의 길이는 각각 표면부들(1417, 1419 및 1421) 중 하나의 위에 개별적으로 배열되는 제 1, 제 2, 및 제 3 노즐(1423, 1425, 1427)을 포함하는 길이로 한다. 부품(1415)을 집어올리기 위해, 제 1 노즐(1423) 및 제 3 노즐(1427)은 노즐 선택 유닛(1407)으로부터 해제됨으로써, 동작 상태에 들어간다.

양호한 파지를 어렵게 만드는 경사면으로 인해 제 2 노즐(1425)은 동작되지 않아야 한다는 것을 기기가 알기 위해서는, 상이한 해법들이 존재한다. 한 가지 해법은 어떤 식으로든 기기에 프로그램되는 패키지 데이터 중에서 상기 부품의 형상을 고려하는 데이터를 사용하는 것이다. 사용자는 상기 패키지 데이터의 일부로서 상기 패키지의 평면들을 지시한다.

결국, 노즐 가이드(1409)의 하향 이동시에, 정지 상태에 있는 제 2 노즐(1425)은 노즐 선택 유닛(1407)에 의해 유지되지만, 동작 상태에 있는 제 1 및 제 3 노즐(1423, 1427)은, 높이차로 인해 상이한 시간에, 개개의 평면부(1417, 1421)와 맞물릴 때까지 노즐 가이드(1409)를 하향 추종한다. 이후, 제 1 및 제 3 노즐(1423, 1425)은 그들의 서로에 대한 높이 위치를 보증하기 위해, 노즐 가이드(1409)에 관하여 로킹된다. 마지막으로, 부품(1415)은 노즐 가이드(1409)를 상향 이동함으로써 들어올려진다.

도 15에 도시된 바와 같이, 제 2 예에 있어서, 부품(1430)은 제 1 노즐(1423)을 포함하는 제 1의 작은 표면부(1431)와 제 2 및 제 3 노즐(1425, 1427)을 포함하는 제 2의 큰 표면부(1432)를 갖는 단차면을 구비한다. 부품(1430)이 집어올려질 때, 3개의 노즐(1423, 1425, 1427)이 모두 해제되며, 노즐 가이드는 3개의 노즐 모두가 부품(1430)의 상부면과 맞물릴 때까지 하강된다. 이후, 상기 부품은 상술한 바와 같이 들어올려져서 배치된다.

도 9 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 부품 실장기의 일 실시예에 따르면, 부품 실장기(901)는 기기 프레임(903), 이동식 갠트리 시스템(905), 및 상기 기기 프레임(903)에 부착된 고정식 세장형 부품 이송 장치(907)를 포함한다. 상기 갠트리 시스템(905)은 기기 프레임(903)에 의해 선형 가이드(909a 및 909b)상에 지지되고, 그 위에서 상기 갠트리 시스템(905)은 X 방향으로, 즉 부품 이송 장치(907)의 길이를 따라 이동할 수 있다. 따라서, 상기 갠트리 시스템(903)은 기기 프레임(903)의 제 1 단부, 또는 기판 수용 단부(911)와 기기 프레임(903)의 맞은 편의 제 2 단부, 또는 기판 전달 단부(913) 사이에서 이동 가능하다. 이 실시예에 있어서, 상기 갠트리 이동은 볼 스크루(917), 볼 조립체(919), 및 모터(921)를 포함하는 갠트리 시스템 이동 장치(915)에 의해 실현된다. 상기 갠트리 이동은 선형 모터, 래크 및 피니언, 벨트 드라이브 등의 다른 유형의 구동 기구를 사용하여 마찬가지로 실현될 수 있다.

도 12는 상기 갠트리 시스템 및 상기 부품 이송 장치의 상세도를 도시한다. 갠트리 시스템(905)에는, 서로에 대하여 고정된 관계를 가지지만, X 및 Y 방향으로 이동 가능한 카메라(1209) 및 실장 헤드(1207)가 존재한다. 상기 카메라(1209) 및 실장 헤드(1207)의 X/Y 방향으로의 이동은 X 및 Y 빔(1203 및 1205)을 사용하여 실현된다. 상기 Y 빔(1205)은 갠트리 시스템(905)의 천장에 부착되며 이동할 수 없다. Y 빔의 아래에는, 예컨대 선형 가이드를 사용하여 X 빔(1203)이 부착된다. 상기 X 빔(1203)은, 예컨대 선형 모터에 의해, Y 방향으로, 즉 Y 빔(1205)을 따라 이동될 수 있다. X 빔(1203)의 전방측에는, 카메라(1209) 및 실장 헤드(1207)를 지지하는 X 웨건(1208)이, 예컨대 선형 가이드를 사용하여 부착된다. 상기 X 웨건은, 예컨대 선형 모터를 사용하여 X 방향으로 이동될 수 있다. 선형 가이드 및 선형 모터 대신에 볼 스크루 및 회전 모터를 사용할 수도 있다. X 및 Y 방향으로의 이동은 동시에 수행될 수 있고, 그에 따라 X-Y 평면의 임의의 방향으로의 실장 헤드(1207)의 이동이 얻어진다는 점에 유의해야 한다.

상기 이송 장치(907)는 이송 뱅크(1221)를 유지하고, 부품 포켓(1215) 내에 위치된 전자 부품(1213)을 포함하는 캐리어 테이프(1211)를 실을 수 있게 한다. 상기 캐리어 테이프(1211)는, 캐리어 테이프(1211) 및 그에 따른 내부의 부품(1213)을 실장 헤드(1207)에 의해 집어올려질 수 있게 Y 방향으로 이동시키는데 사용되는 스티어링 홀(1217)들을 또한 포함한다. 상기 카메라(1209)는 X 및 Y 방향에 수직한 Z 방향으로 하향을 바라보며, 기준 마크를 PCB에 배치하는데 사용되고, 또한 기준 마크(1219) 및 부품(1213)과 같은 대상물을 부품 이송 장치 내에 배치하는데 사용된다.

부품 실장기의 작동의 일례로서, 여기서는 3개의 갠트리 시스템 위치, 즉 부품 실장을 수행하기 위해 상기 갠트리 시스템이 정지되는 위치들이, 제공된 모든 부품들 중 어느 하나를 집어올릴 수 있게 하기 위해 부품 이송 장치(907)의 모든 부위에 도달하는데 필요해지는 경우에 대하여, 부품 실장기(901)의 작동 수순을 아래에 기재한다. 물론, 정지 위치들의 개수가 다른 경우에 대해서도 유사한 수순을 적용할 수 있다.

1. 상기 갠트리는 가장 좌측의 갠트리 시스템 위치(1a)로 이동된다.

2. 위치(4a)에서 PCB(1107)는 진입 컨베이어(1102)로부터, 기판 수용 단부(911)에 있는 기판 수용 위치에서 수용되고, 기판 운반 시스템(1105)의 진입 컨베이어(1102) 및 내부 컨베이어의 운반 벨트를 사용하여, 위치(4b)까지, 갠트리 시스템(905)의 작업 영역으로 기판 운반 시스템(1105)에 의해 운반된다.

3. 상기 갠트리 시스템(905) 내의 PCB의 정밀한 위치는 X 웨건(1208)에 부착된 카메라(1209)에 의해 결정된다.

4. 부품 이송 장치(907)의 제 1 부분(6a)의 위치는, 예컨대 상기 X 웨건(1208)에 부착된 카메라(1209)를 사용함으로써 갠트리 시스템(905)에 관하여 결정된다.

5. 실장 헤드(1207)는 모든 부품을 부품 이송 장치(907)의 제 1 부분(6a)으로부터 PCB(1107)까지 운반한다.

6. 갠트리 시스템(905)은, PCB(1107)와 갠트리 시스템(905) 사이의 상대 위치를 변경하지 않는 방식으로, 갠트리 시스템 이동 장치(915)에 의해 제 2 갠트리 시스템 위치(1b)까지 이동된다.

7. 상기 부품 이송 장치의 제 2 부분(6b)의 위치는, 예컨대 상기 X 웨건(1208)에 부착된 카메라(1209)를 사용함으로써, 갠트리 시스템(905)에 관하여 결정된다.

8. 실장 헤드(1207)는 모든 부품을 상기 부품 이송 장치의 제 2 부분(6b)으로부터 PCB(1107)까지 운반한다.

9. 갠트리 시스템(905)은, PCB(1107)와 갠트리 시스템(905) 사이의 상대 위치를 변경하지 않는 방식으로, 제 3 위치(1c)까지 이동된다.

10. 상기 부품 이송 장치(907)의 제 3 부분(6c)의 위치는, 예컨대 상기 X 웨건(1208)에 부착된 카메라(1209)를 사용함으로써, 갠트리 시스템(905)에 관하여 결정된다.

11. 실장 헤드(1207)는 모든 부품을 상기 부품 이송 장치(907)의 제 3 부분(6c)으로부터 PCB(1107)까지 운반한다.

12. 갠트리 시스템(905) 내의 위치(4b)에 있는 PCB(1107)는 기판 운반 시스템(1105)에 의해 내부 컨베이어(1105)로부터, 상기 내부 컨베이어와 진출 컨베이어의 운반 벨트를 사용하여, 상기 작업 영역 외측의 위치(4c)까지, 부품 실장기(901)의 기판 전달 단부(913)에 있는 기판 전달 위치에서 진출 외부 컨베이어(1103)로 운반된다.

이동식 갠트리 발명은, 부품 이송 장치의 상이한 부위들 사이에서 이동할 수 있도록 갠트리 시스템 전체를 이동 가능하게 만드는 것에 의해, 갠트리 시스템의 상충하는 필요조건, 즉 빠르고, 정확하며, 큰 피더 용량 및 비용면에서 효율적인 설계를 해결한다. 전체 갠트리 시스템의 이동은 매우 정확할 필요는 없으며, 매우 신속할 필요도 없다. 이는, 갠트리 이동 기구를, 전체 부품 이송 장치에 이를 수 있을 만큼 큰 갠트리로 구성하는 기존의 해법에 비해, 비용면에서 매우 효율적으로 만든다.

상기 부품 실장기의 상술한 작업 수순의 스텝 4, 7 및 10에 있어서, 부품 이송 장치(907)의 현재 액세스 가능한 부위는 갠트리 시스템(905)에 관하여 위치될 필요가 있다. 이 관계를 결정하기 위한 몇 가지 가능성이 존재한다:

1. 피더 뱅크(1221)상에 기준 마크를 위치시키기 위해 상기 X 웨건(1208)에 부착된 카메라(1209)를 사용.

2. 피더 뱅크(1221) 내의 개개의 피더(1223)상에 기준 마크(1219)를 위치시키기 위해 상기 X 웨건(1208)에 부착된 카메라(1209)를 사용. 방법 1에 비한 차이점은, 여기서는 기준 마크와 캐리어 테이프가 1대 1로 대응한다는 점이다. 이 경우에, 스티어링 홀(1217)을 기준 마크로서 사용할 수도 있다.

3. 부품 캐리어 테이프(1211) 내에 부품 포켓(1215)을 위치시키기 위해 상기 X 웨건(1208)에 부착된 카메라(1209)를 사용.

4. 매우 정확한 기계식 정지 기구를 사용.

5. 상기 이동 가능한 갠트리의 정지 위치를 결정하기 위해 선형 스케일(linear scale)을 사용.

6. 상기 이동 가능한 갠트리의 정지 위치를 결정하기 위해 상기 갠트리의 구동 기구에 접속되는 회전 위치 센서.

상기 X 웨건에 부착된 카메라를 사용하는 처음 3가지 방법은, 부품이 배치될 PCB상에 기준 마크를 위치시키기 위해 어떤 식으로든 카메라가 필요해지기 때문에, 비용이 적게 든다는 이점을 갖는다. 부품 피더 또는 부품 릴상의 임의의 기계 시각 식별가능 부위를 필요로 하지 않는 제 1 방법이 방법 2 및 3에 비해 유리하다. 이는 상기 기기가 표준적이지 않은 상이한 유형의 다수의 피더를 취급하게 되어 있는 경우에 상기 제 1 방법을 바람직하게 만든다. 한편, 피더 뱅크상에 기준 마크용 공간을 제공하는 것이 곤란할 경우에는, 방법 2 또는 3이 바람직할 수 있다.

방법 4, 5 및 6은, 처음 3가지 방법에 비해, 상기 이동 가능한 갠트리의 정지 후에, 이미지 획득을 위한 추가 시간이 불필요하다는 이점을 갖는다. 한편, 방법 4, 5 및 6은 처음 3가지 방법에 비해 추가적인 하드웨어를 필요로 하기 때문에, 처음 3가지 방법이 비용면에서 유리할 수 있다. 기계식 정지 기구는, 정확한 정지 위치를 결정하는 것 및/또는 갠트리의 위치를 일정하게 유지하는 것이라는 2가지 목적을 가질 수 있다. 상기 기계식 정지 기구는 아래의 어느 하나에 의해 실현될 수 있다:

1. 부위들이 함께 이동될 때, 임의의 형상을 갖는 이동 부위가 다른 부위에 대하여 인터로크(interlock)를 생성.

2. 일방향으로만 정지부로서 작용하며, 갠트리를 이 정지부상에서 고정 상태로 유지하기 위해 구동 기구를 사용하는 이동 가능한 기계식 부위.

3. 종래의 브레이크로서 설계된 마찰식 정지 기구, 및 정확한 위치를 결정하기 위한 위치 센서.

상기 시각 중심맞춤 장치(203)(도 2 참조)는 상기 이동 가능한 갠트리에 대하여 상이한 방식들로 배열될 수 있다:

1. 상기 시각 중심맞춤 장치는 이동 가능한 갠트리 모듈 내에 견고하게 부착될 수 있다.

2. 시각 중심맞춤 장치(1227)는 이동 가능한 갠트리 모듈과는 독립적으로 X 방향으로 이동할 수 있다.

3. 시각 중심 맞춤 장치는 피더 뱅크에 대하여 일정한 위치에 위치된다. 이 경우에, 양호한 실장 속도를 얻기 위해 통상적으로 하나 이상의 시각 중심맞춤 장치가 필요하다.

내부 컨베이어(1105)(도 11 참조)는 이동 가능한 갠트리의 일부로서 짧은 이동식 컨베이어이거나, 또는 피더 뱅크에 대하여 고정된 긴 컨베이어일 수 있다. 상기 내부 컨베이어가 고정되어 있을 경우에는, PCB가 진입할 수 있게 하는 한편, PCB가 진출할 수 있게 할 만큼 길어야만 한다. 이동식 또는 고정식 내부 컨베이어를 갖는 양자간의 주된 차이점은 다음과 같다:

1. 고정식 내부 컨베이어는 보다 대형일 필요가 있기 때문에, 비용면에서 효율적이지 못한 해법이다.

2. 고정식 컨베이어에 의하면, PCB는 느린 작업이며 결국 시간 소모적인 작업으로 되는 몇 차례에 걸친 클램핑 및 위치결정이 필요하다.

3. 고정식 컨베이어에 의하면, 이동 가능한 갠트리보다 길이가 긴 PCB상에 부품을 실장할 수 있다.

4. 고정식 컨베이어에 의하면, 소위 듀얼 레인 컨베이어(Dual Lane conveyor)를 이용할 수 있다. 듀얼 레인 컨베이어는 기판 교체 주기를 줄이기 위해 2개의 별개의 레인을 갖는다.

기본적인 이동 갠트리 발명은 시간을 절약하여 기기의 스루풋을 증가시키기 위해 몇 가지 방식으로 개선될 수 있다. 몇 가지 예는 다음과 같다:

1. 공통적인 상황은, 갠트리가 하나의 정지 위치로부터 다음 정지 위치까지 이동할 때, 상이한 피더 뱅크들이 확실한 집어올리기를 위해 상이한 실장 툴들을 필요로 하는 마찬가지로 상이한 부품 유형들을 포함하게 되기 때문에, 하나 이상의 실장 툴의 교환을 필요로 하게 된다는 점이다. 이 상황에서, 상기 실장 툴들의 교환은 상기 이동 가능한 갠트리가 상기 다음 정지 위치로 이동할 때와 동시에 수행될 수 있다.

2. 상기 피더 뱅크상의 기준 마크 또는 참조 마크가 상기 이동 가능한 갠트리의 정확한 정지 위치를 결정하기 위해 분석될 필요가 있으면, 상기 갠트리의 XY 축선은 상기 이동 가능한 갠트리와 동시에 이동될 수 있다. 상기 XY 축선은, 상기 이동 가능한 갠트리가 정지할 때, 상기 실장 헤드에 부착된 카메라가 상기 기준 또는 참조 마크에 대하여 이미 중심이 맞춰지는 위치로 이동된다. 또한, 상기 카메라가 최대 광 강도에 이르기 전에 예열을 필요로 하는 조명 유닛(전구 등)을 가지는 경우에는, 이 조명 유닛은 상기 이동 가능한 갠트리가 정지하기 전에 작동될 수 있다.

3. 어떤 정지 위치에 있는 피더 뱅크로부터 최종 부품이 집어올려졌을 때, 상기 갠트리는 즉시 상기 다음 정지 위치쪽으로 이동을 개시할 수 있다. 동시에, 상기 실장 헤드는 상기 최종 부품(들)을 중심맞춤 카메라까지 운반하고 나서, 그것들을 PCB상에 배치하게 된다. 따라서, XYZ 축선이 이동할 때 상기 이동식 갠트리가 동시에 이동하기 때문에 시간이 절약된다.

4. 상기 이동 가능한 갠트리가 상기 이동식 갠트리의 정지 위치를 결정하기 위해 상술한 방법 4, 5 또는 6을 사용하거나, 또는 상기 정지 위치를 결정하기 위해 후속하는 시간 소모적인 스텝 없이 상기 이동 가능한 갠트리를 이동할 수 있게 하는 몇몇 다른 방법을 사용하면, 모든 피더 위치에 도달하기 위해 엄밀하게 필요한 것보다 더한 횟수로 상기 이동 가능한 갠트리를 이동시킬 수 있다. 예컨대, 상술한 도 11에 있어서, 상기 이동 가능한 갠트리는 필요한 3곳의 위치 대신 7곳의 다른 위치에서 정지될 수 있다. 기기가 부품의 분주한 중심맞춤 및/또는 PCB상에의 부품의 배치를 행하여, 본질적으로 소량 이동을 "자유"롭게 만드는, 즉 상기 PCB상에의 모든 부품의 실장을 마무리하는데 필요한 시간을 늘리지 않는 상태에서, 때때로 소량 이동이 일어날 수 있다는 점이 장점이다. 물론, 이러한 소량 이동은, 상기 피더 뱅크의 필요한 부위들에 적시에 상기 실장 헤드가 액세스할 수 있도록, 실장 수순 동안 적시에 일어날 필요가 있다. 상기 이동 가능한 갠트리의 소량 이동을 상기 실장 수순에 삽입할 방법 및 시기를 계산할 때에는 최적화 소프트웨어를 사용하는 것이 바람직하다.

상기로부터 분명한 바와 같이, 일반적으로, 부품 실장기는 기기 프레임, 상기 기기 프레임에 의해 제공되는 세장형의 부품 피더 영역, 및 기판상에 부품들을 실장하는 상기 부품 실장기의 작업 영역 내의 적어도 하나의 소정의 위치에서 상기 기판을 정지시킨 상태로 기판 수용 위치로부터 기판 전달 위치까지 상기 부품 실장기를 통해 기판을 운반하도록 배열된 기판 운반 시스템을 포함한다. 상기 실장기는 상기 부품 피더 영역에서 부품들을 집어올려서 상기 기판상에 부품들을 배치하도록 배열되며 제 1 축선을 따라, 또한 상기 제 1 축선에 수직한 제 2 축선을 따라 이동 가능한 실장 헤드, 및 상기 기기 프레임에 의해 이동 가능하게 지지되며 상기 실장 헤드를 지지하는 갠트리 시스템을 더 포함하고, 상기 갠트리 시스템은 상기 제 1 및 제 2 축선을 따라 상기 실장 헤드를 이동시키는 것을 포함하여 부품들의 집어올리기 및 배치하기를 수행하기 위해 상기 실장 헤드를 작동시키도록 배열된다. 부가적으로, 상기 실장기는, 상기 기기 프레임에 부착되며 상기 제 1 축선에 평행한 제 3 축선을 따라 상이한 갠트리 시스템 위치들 사이에서 상기 갠트리 시스템을 이동시키도록 배열됨으로써 상기 피더 영역을 따르는 상기 갠트리 시스템의 이동을 제공하는 갠트리 시스템 이동 장치, 및 갠트리 시스템 위치결정 장치를 포함한다. 상기 갠트리 시스템의 실장 헤드 이동 범위는 상기 부품 피더 영역의 일부분을 커버하고, 상기 갠트리 시스템 위치들은 상이한 피더 영역 부분들이 상기 실장 헤드에 액세스 가능해지도록 선택되고, 상기 갠트리 시스템과 상기 기판 사이의 상호간의 위치결정은 상기 상이한 갠트리 시스템 위치들에 유지된다. 상기 갠트리 시스템을 상기 피더 영역의 길이보다 짧게 만드는 한편, 상기 갠트리 시스템 이동 장치를 제공함으로써, 다수의 부품 피더를 수용하는 대형 기기의 장점을 갖는 반면, 상대적으로 적은 질량 및 작은 사이즈의 갠트리 시스템의 소형 기기의 장점도 갖는다.

상기 부품 실장기의 일 실시예에 따르면, 상기 갠트리 시스템 위치결정 장치는 시각 유닛을 포함한다.

상기 부품 실장기의 일 실시예에 따르면, 상기 갠트리 위치결정 장치는 상기 피더 영역 내에 제공된 기준 마크들을 포함하고, 상기 시각 유닛은 상기 실장 헤드에 부착되며, 상기 갠트리 시스템은 상기 기준 마크들을 상기 시각 유닛에 의해 국한시킴으로써 상기 갠트리 시스템 위치들에 위치되게 배열된다. 상기 기준 마크들은 상기 피더들을 유지하도록 배열되는 피더 뱅크상, 또는 피더상과 같은, 상기 피더 영역 내의 임의의 적절한 부위에 배열될 수 있다.

상기 부품 실장기의 일 실시예에 따르면, 상기 시각 유닛은 상기 실장 헤드에 부착되고, 상기 피더 영역에 제공되는 부품 캐리어 테이프들의 부품 포켓들에는 부품들이 제공되며, 상기 부품 실장기는 상기 시각 유닛에 의해 상기 부품 포켓들을 위치시키도록 배열된다.

상기 부품 실장기의 실시예들에 따르면, 상기 시스템 위치결정 장치는 기계식 정지 기구와 같은 정지 기능을 달성하기 위한 다양한 종류의 수단, 상기 갠트리 시스템 위치를 결정하도록 배열된 선형 스케일 및 선형 스케일 검출기, 또는 상기 갠트리 시스템 이동 장치에 접속되며 상기 갠트리 시스템 위치를 결정하도록 배열되는 회전 위치 센서를 포함한다.

상기 부품 실장기의 실시예들에 따르면, 상기 갠트리 시스템은 고정된 위치에 부착되는 시각 중심맞춤 장치를 포함한다.

상기 부품 실장기의 실시예들에 따르면, 상기 실장기는 상기 제 3 축선과 평행한 이동을 위해 상기 기기 프레임에 이동 가능하게 부착된 시각 중심맞춤 장치를 포함한다.

상기 부품 실장기의 실시예들에 따르면, 상기 기판 운반 시스템은 상기 실장기의 기판 수용 단부에서 상기 기기 프레임에 배열되는 기판 수용 부위, 상기 부품 실장기의 상기 기판 수용 단부 반대측의 기판 전달 단부에서 상기 기기 프레임에 배열되는 기판 전달 부위, 및 상기 갠트리 시스템에 포함되며 상기 기판 수용 단부와 상기 기판 전달 단부 사이에 위치되는 갠트리 시스템 부위를 포함한다.

또한, 상기로부터 분명한 바와 같이, 일반적으로 이동 가능한 실장 헤드를 포함하는 갠트리 시스템, 기판 운반 시스템, 및 부품들이 제공되는 세장형 피더 영역을 포함하는 부품 실장기에 부품을 실장하는 방법이며, 상기 갠트리 시스템의 실장 헤드 이동 범위가 상기 피더 영역의 일부분을 커버하는 방법으로서,

- 상기 갠트리 시스템을 제 1 갠트리 시스템 위치까지 이동시키는 단계,

- 상기 부품 실장기에서 기판을 수용해서 상기 부품 실장기의 부품 실장 영역으로 상기 기판을 운반하는 단계,

- 부품들을 집어올리기 위한 상기 피더 영역과 상기 부품들을 위에 배치하기 위한 기판 사이에서 상기 실장 헤드를 이동시킴으로써 부품들을 실장하는 단계,

- 상기 피더 영역의 다른 부위가 상기 실장 헤드 이동 범위에 의해 커버되는 다음 갠트리 시스템 위치까지 상기 피더 영역의 길이를 따라 상기 갠트리 시스템을 이동시키는 것 및 부품들을 실장하는 것을 적어도 한번 반복하는 단계, 및

- 상기 부품 실장 영역 외부로 상기 기판을 운반하는 단계를 포함한다.

상기 방법의 일 실시예에 따르면, 상기 방법은 부품 차이에 기인하는 적정한 때에, 상기 갠트리 시스템의 다음 갠트리 시스템 위치로의 상기 이동 중에 상기 실장 헤드의 적어도 하나의 실장 툴을 교환하는 단계를 포함한다.

상기 방법의 일 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 갠트리 시스템의 다음 갠트리 시스템 위치로의 이동 중에 상기 실장 헤드를 기준 마크 판독 위치에 위치결정하는 단계, 및 상기 실장 헤드에 부착된 시각 장치에 의해, 상기 다음 갠트리 시스템 위치에서 상기 피더 영역 내에 제공된 기준 마크를 판독하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 장치들 및 방법들의 바람직한 실시예들이 상술되었다. 이들은 비제한적인 예로서만 이해되어야 한다. 청구범위에 의해 규정된 바와 같은 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

예를 들어, 부품 실장기의 일 실시예에 따르면, 상기 실장기는 하나 이상의 실장 헤드를 포함한다.

Claims (16)

1. 집어올림 위치에서 부품들을 집어올리고 실장 위치에서 상기 부품들을 배치하도록 배열된 부품 실장 헤드이며, 상기 집어올리기 및 배치하기를 가능하게 하는 수직방향 하향 및 상향으로 이동 가능한 복수의 노즐을 포함하는 부품 실장 헤드로서,
   각각의 노즐로 적어도 단일 부품을 집어올리는 것과 적어도 2개의 노즐로 함께 단일 부품을 집어올리는 것을 포함하는 복수의 집어올리기 작업을 제어하도록 배열되는,
   부품 실장 헤드.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 노즐들에 접속되는 진공 제어기를 포함하는,
   부품 실장 헤드.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   표면에 대한 노즐 팁 충돌을 검출하도록 배열된 노즐 팁 충돌 검출기를 포함하고, 상기 노즐 팁은 상기 노즐의 하단부인,
   부품 실장 헤드.
4. 제 3 항에 있어서,
   수직 방향으로 이동 가능한 노즐 가이드를 구비하는 노즐 홀더를 포함하고, 상기 노즐 팁 충돌 검출기는 상기 노즐 가이드에 부착되며, 상기 노즐 가이드에 대한 노즐 이동을 검출하는,
   부품 실장 헤드.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   수직 방향으로 이동 가능한 노즐 가이드를 구비하는 노즐 홀더를 포함하고, 상기 노즐들은 정지 위치 및 동작 위치 중 한 위치에 유지되며, 상기 동작 위치에 있을 때의 노즐은 상기 노즐 가이드의 시트(seat)에 대하여 하향으로 탄성 편위(spring bias)되는,
   부품 실장 헤드.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 노즐들 중 적어도 하나의 노즐의 수직 방향 위치를 상기 노즐 가이드에 관하여 고정하기 위한 로킹 기구(locking mechanism)를 포함하는,
   부품 실장 헤드.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   각각의 개별 노즐에 대한 개개의 수직 방향 이동 서보 모터 및 상기 서보 모터들을 제어하는 서보 제어기를 포함하는,
   부품 실장 헤드.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   각각의 노즐 팁의 수직 방향 위치를 검출하도록 배열된 노즐 팁 위치 검출기를 포함하고, 상기 노즐 팁은 상기 노즐의 하단부인,
   부품 실장 헤드.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   단일 부품을 집어올리기 위한, 적어도 2개의 노즐로 구성되는, 적어도 하나의 노즐 그룹의 노즐들을 동기시키는 노즐 그룹 싱크로나이저(nozzle group synchronizer)를 더 포함하는,
   부품 실장 헤드.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 노즐 팁에 부착되며, 상기 노즐들을 제어하는 것에 의해 수직 방향 이동 및 파지 작업을 제어 가능한 부품 파지 툴(component grip tool)을 포함하고, 상기 노즐 팁들은 상기 부품 파지 툴에 부착되는,
    부품 실장 헤드.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    대응하는 개수의 노즐 팁들에 연결되는 적어도 2개의 상부 개구, 및 상기 노즐 팁들의 직경보다 큰 직경을 갖는 공통의 하부 개구를 구비하는 노즐 팁 인터커넥터(nozzle tip interconnector)를 포함하는,
    부품 실장 헤드.
12. 집어올림 위치에서 부품들을 집어올리고 실장 위치에서 상기 부품들을 배치하도록 배열된 실장 헤드의 노즐 제어 방법으로서,
    - 상기 집어올리기 및 배치하기를 수행하기 위해 상기 노즐들을 수직 방향 하향 및 상향으로 이동시켜서, 하나의 노즐로 단일 부품을 집어올리기 및 적어도 2개의 노즐로 함께 단일 부품을 집어올리기를 포함하는 복수의 집어올리기 작업 중 하나 이상의 작업을 수행하는 단계를 포함하는,
    실장 헤드의 노즐 제어 방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 부품 집어올리기를 수행한 후에 상기 실장 헤드를 회전시키고, 상기 실장 위치로의 이동 중에 시각 중심맞춤 장치(vision centering device)를 통과시키는 단계를 포함하는,
    실장 헤드의 노즐 제어 방법.
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상이한 높이의 상이한 상면부들을 갖는 부품을, 상기 상이한 상면부들에 맞물리도록 상기 노즐들을 제어함으로써, 몇 개의 노즐에 의해 집어올리는 단계를 포함하는,
    실장 헤드의 노즐 제어 방법.
15. 부품 실장기로서,
    - 부품 피더 영역,
    - 상기 부품 실장기의 작업 영역 내의 실질적으로 고정된 위치에 기판을 유지하도록 배열된 기판 운반 시스템,
    - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 부품 실장 헤드, 및
    - 상기 실장 헤드를 지지하며, 상기 부품들의 집어올리기 및 배치하기를 수행하기 위해 상기 실장 헤드를 이동시키도록 배열되는 갠트리 시스템(gantry system)을 포함하는,
    부품 실장기.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 실장 헤드는 수평면의 임의의 방향으로 이동 가능한,
    부품 실장기.
    

Images