KR20160049431A - 표면 실장기의 부품 실장 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 부품을 유지한 부품 유지 기구를 Z 방향으로 승강시킴으로써, 상기 부품을 기판에 실장하는 표면 실장기의 부품 실장 헤드로서, 상기 부품 유지 기구를 Z 방향으로 승강시키는 제1 승강 수단;과, 상기 제1 승강 수단과는 독립적으로 상기 부품 유지 기구를 Z 방향으로 승강시키는 제2 승강 수단과, 상기 제1 승강 수단 및 상기 제2 승강 수단을 제어하는 승강 제어 수단과, 상기 부품 유지 기구에 유지된 부품이 상기 기판에 착지된 사실을 검지하여 착지 검지 신호를 발신하는 착지 검지 센서를 구비하고, 상기 부품의 실장에 있어서 상기 승강 제어 수단은 상기 제1 승강 수단을 구동시켜 상기 부품 유지 기구를 하강시키고, 상기 승강 제어 수단이 상기 착지 검지 신호를 수신하면 상기 부품 유지 기구의 하강을 정지시키는 정지 지령 신호를 상기 제1 승강 수단으로 송신하고, 상기 부품 유지 기구를 상승시키는 상승 지령 신호를 상기 제2 승강 수단으로 송신하는 표면 실장기의 부품 실장 헤드를 제공한다.

Description

표면 실장기의 부품 실장 헤드{A component mounting head of surface mounter}

본 발명은 IC 칩 등의 부품(전자 부품)을 기판 상에 실장하는 표면 실장기의 부품 실장 헤드에 관한 것이다.

일반적으로 표면 실장기는 부품 실장 헤드를 부품 공급부의 상방으로 이동시키고, 거기서 부품 실장 헤드에 구비된 부품 유지 기구로서의 노즐로 하여금 하강ㆍ상승 동작(승강 동작)을 수행하게 하고, 노즐의 하단부에 부품을 진공 흡착하여 픽업하고, 이어서 부품 실장 헤드를 기판의 상방으로 이동시키며, 거기서 다시 노즐로 하여금 하강ㆍ상승 동작을 수행하게 하여 부품을 기판의 소정 좌표 위치에 실장하도록 구성되어 있다.

상술한 바와 같이, 노즐로 하여금 하강ㆍ상승 동작을 수행하게 하여 부품을 픽업하는 경우, 노즐의 하강 스트로크가 너무 크면 노즐의 하단부가 부품의 표면을 강하게 가압하여 부품을 파괴한다. 하강 스트로크가 너무 작으면, 노즐은 부품의 상면에 착지하지 못하여 부품의 픽업 실수가 발생한다. 부품을 기판에 실장하는 경우에도 마찬가지로, 노즐의 하강 스트로크가 너무 크면 노즐 하단부에 흡착된 부품이 기판에 강하게 가압되어 파괴된다. 노즐의 하강 스트로크가 너무 작으면, 부품은 기판의 상면에 착지하지 못하여 부품의 실장 실수가 발생한다. 따라서 노즐의 하강 스트로크는 정확하게 제어되어야 한다.

노즐의 하강 스트로크를 정확하게 제어하기 위한 방법으로서 노즐의 착지를 검지하는 검지 수단(착지 검지 센서)을 이용한 방법이 일본특허공보 제3543044호에 개시되어 있다. 또한 본원의 출원인은 마찬가지로 노즐의 하강 스트로크를 정확하게 제어하기 위한 방법으로 일본 특허 출원 2013-212220호에서, 착지 검지 센서에 반사형 광 센서(광섬유 센서)를 이용한 방법을 제안하였다. 이 광섬유 센서는 노즐의 외주 반사면을 향해 광을 조사하는 발광부와, 반사면에서 반사된 반사광을 받는 수광부와, 반사광의 수광량을 연속적으로 계측 가능한 센서부를 가지며, 수광량이 문턱값 이하로 감소되었을 경우, 노즐이 착지된 것으로 판단하여 착지 검지 신호를 발신한다. 즉, 광섬유 센서의 발광부로부터 조사되는 광은 노즐이 착지되지 않은 착지 전 상태일 때의 반사면에 초점이 맞춰져 있는 바, 노즐이 착지되고 그 상하 방향의 위치가 변화되면, 반사면에서 반사되는 반사광의 양이 감소되고, 광섬유 센서의 수광부에서 수광하는 수광량이 감소된다. 구체적으로, 후술하는 도 5에 도시한 바와 같이 문턱값 A를 기준으로 하여 설정하고, 수광량이 문턱값 A 이하로 감소되면 착지된 것으로 판단하고, 그 시점을 참조하여 노즐의 하강을 정지시킨다. 구체적으로, 노즐을 승강시키는 서보 모터에 정지 지령을 보내므로써 노즐의 하강을 정지시킨다.

단, 서보 모터에 정지 지령을 보냈다고 하더라도, 노즐을 포함하여 승강하는 부재의 질량에 따른 관성 등에 의해, 노즐은 정지 지령의 위치를 넘어 하강한다. 이 정지 지령의 위치를 넘은 하강량(이하 「오버슈트양」이라 함)이 크면, 부품을 기판에 실장하는 경우, 기판에 착지한 부품의 압입량(하강 거리)이 필요 이상으로 커진다. 압입량이 크면, 그 만큼, 복원에 시간이 걸리기 때문에, 노즐이 다음 동작을 수행할 수 있게 될 때까지의 시간이 길어져, 결과적으로 택트 타임의 증대를 초래한다.

또한, 오버슈트양을 작게 하려면, 노즐이 착지될 때의 하강 속도를 낮출 필요가 있는데, 그렇게 하면, 노즐이 착지될 때까지의 하강에 필요한 시간이 길어져, 이것도 택트 타임의 증대를 초래한다.

이러한 오버슈트양에 따른 택트 타임 증대의 문제는, 종래 인식되지 않았다. 즉 종래, 예컨대 일본특허공개공보 2002-43797호에 개시된 바와 같이, 기판에 착지한 부품에 대한 가압력을 제어하고자 하는 인식은 있었지만, 이 가압력의 제어는 오버슈트양(압입량)의 제어와는 다른 것이고, 일본특허공개공보 2002-43797호에도, 오버슈트양에 따른 택트 타임 증대의 문제는 인식되지 않았다.

한편, 일본특허공개공보 2005-196363호에는, 서보 모터에 따른 이동 테이블의 오버슈트의 영향을 압전 소자의 팽창/수축 작용에 의해 흡수시키는 기술이 개시되어 있다. 단, 이 일본특허공개공보 2005-196363호의 기술은 미리 정해진 목표 위치를 향해 이동 테이블을 이동시키고, 그 목표 위치에 정확하게 위치 결정하기 위한 기술이다. 이에 대해 부품을 기판에 실장하는 경우, 기판에 상향 또는 하향으로 휘어지는 현상이 있을 수 있으므로, 노즐을 하강시키는 목표 위치는 확실하지 않다. 이 때문에, 부품을 기판에 실장하는 경우, 노즐의 착지를 검지하는 착지 검지 센서를 사용하는 것으로서, 이 착지 검지 센서와의 관계에 대해서는, 일본특허공개공보 2005-196363호에 전혀 개시되어 있지 않다. 또한, 일본특허공개공보 2005-196363호에도, 상술한 오버슈트양에 따른 택트 타임 증대의 문제에 대한 인식은 없었다.

본 발명의 일측면에 따르면, 부품 유지 기구에 유지된 부품이 기판에 착지된 사실을 검지하는 착지 검지 센서를 구비하고, 이 착지 검지 센서가 부품의 착지를 검지하면 부품 유지 기구를 승강시키는 승강 수단에 정지 지령을 보내는 표면 실장기의 부품 실장 헤드에 있어서, 부품 유지 기구가 정지 지령의 위치를 넘어 하강하는 오버슈트양을 제어하고, 표면 실장기의 택트 타임을 단축할 수 있도록 하는 것을 주된 과제로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 부품을 유지한 부품 유지 기구를 Z 방향으로 승강시킴으로써, 상기 부품을 기판에 실장하는 표면 실장기의 부품 실장 헤드로서, 상기 부품 유지 기구를 Z 방향으로 승강시키는 제1 승강 수단;과, 상기 제1 승강 수단과는 독립적으로 상기 부품 유지 기구를 Z 방향으로 승강시키는 제2 승강 수단;과, 상기 제1 승강 수단 및 상기 제2 승강 수단을 제어하는 승강 제어 수단;과, 상기 부품 유지 기구에 유지된 부품이 상기 기판에 착지된 사실을 검지하여 착지 검지 신호를 발신하는 착지 검지 센서;를 구비하고, 상기 부품의 실장에 있어서 상기 승강 제어 수단은 상기 제1 승강 수단을 구동시켜 상기 부품 유지 기구를 하강시키고, 상기 승강 제어 수단이 상기 착지 검지 신호를 수신하면 상기 부품 유지 기구의 하강을 정지시키는 정지 지령 신호를 상기 제1 승강 수단으로 송신하고, 상기 부품 유지 기구를 상승시키는 상승 지령 신호를 상기 제2 승강 수단으로 송신하는 표면 실장기의 부품 실장 헤드를 제공한다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 부품이 기판에 착지되면, 제2 승강 수단이 부품 유지 기구를 소정량 만큼 상승시키므로, 이 소정량의 상승에 의해 오버슈트양을 상쇄하므로써, 현실의 오버슈트양을 제어할 수 있다.

여기서, 상기 상승 지령 신호에 의해 상기 제2 승강 수단이 상기 부품 유지 기구를 상승시키는 정도는, 상기 제1 승강 수단이 상기 정지 지령 신호를 수신한 후 현실적으로 상기 부품 유지 기구의 하강이 정지될 때까지의 상기 부품 유지 기구의 하강량, 즉 오버슈트 양을 참조하여 설정될 수 있다.

여기서, 상기 상승 지령 신호에 의해 상기 제2 승강 수단이 상기 부품 유지 기구를 상승시키는 정도는, 상기 제1 승강 수단이 정지 지령 신호를 수신한 후 현실적으로 부품 유지 기구의 하강이 정지될 때까지의 상기 부품 유지 기구의 하강량에 따라 상기 기판에 착지된 부품의 압입량이 원하는 범위 내에 위치하도록 설정될 수 있다. 현실의 오버슈트양이 부품의 원하는 압입량이 되도록 부품 유지 기구의 이동량을 설정할 수 있다. 이에 따라, 적정한 압입량을 확보하면서, 택트 타임을 단축할 수 있다.

여기서, 상기 제2 승강 수단은 증속 기구를 통해 상기 부품 유지 기구를 상승시킬 수 있다. 이에 따라, 제2 승강 수단에 의한 부품 유지 기구의 상승을 더욱 단시간에 실행할 수 있다. 또한, 증속 기구를 이용하면, 제2 승강 수단 자체의 승강 스트로크는 짧아지므로, 제2 승강 수단의 소형화, 나아가 부품 실장 헤드의 소형화에 기여할 수 있다.

여기서, 상기 제1 승강 수단은 승강 부재를 승강시킴으로써 상기 부품 유지 기구를 승강시키고, 상기 제2 승강 수단은 상기 승강 부재에 설치될 수 있다. 이와 같이, 제1 승강 수단, 승강 부재, 및 제2 승강 수단을 조합하므로써, 부품 실장 헤드를 더욱 소형화할 수 있다.

여기서, 상기 승강 제어 수단은, 상기 제1 승강 수단에 의한 상기 부품 유지 기구의 하강 속도 및 상기 제2 승강 수단에 의한 상기 부품 유지 기구의 상승 속도를 시간적 순서에 따라 제어할 수 있다. 이에 따라, 제1 승강 수단에 의한 부품 유지 기구의 하강 프로파일, 및 제2 승강 수단에 의한 부품 유지 기구의 상승 프로파일을 적절히 설정할 수 있으므로, 오버슈트양을 정확하게 제어하면서, 택트 타임을 단축할 수도 있다.

여기서, 상기 제1 승강 수단은 서보 모터일 수 있고, 상기 제2 승강 수단은 압전 소자일 수 있다. 압전 소자는 서보 모터에 비해 응답 속도가 빠르고, 또한 소형화가 가능하므로, 제2 승강 수단으로서 매우 적합하다.

본 발명의 일 측면에 따른 부품 실장 헤드는, 부품 유지 기구가 정지 지령의 위치를 넘어 하강하는 오버슈트양을 제어할 수 있으므로, 오버슈트양에 따른 택트 타임의 증대를 억제할 수 있고, 표면 실장기의 택트 타임을 단축할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 부품 실장 헤드의 전체 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 부품 실장 헤드에 있어서, 스핀들(노즐)을 Z 방향으로 승강시키는 기구를 도시한 설명도이다.
도 3은 도 2의 스핀들(노즐)을 Z방향으로 승강시키는 기구에서 가압부 주위의 구성을 도시한 설명도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 관한 스핀들의 하단에 장착된 노즐의 단면을 확대하여 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 관한 노즐이 착지했을 때의 광섬유 센서의 수광량 변화를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 실장 시의 동작을 나타내는 도면으로서, 노즐을 하강시킬 때의 동작을 도시한 도면이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 실장 시의 동작을 나타내는 도면으로서, 노즐이 착지한 직후의 동작을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 관한 제어부에 의한 Z 서보 모터 및 압전 소자의 제어의 구체적인 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 관한 노즐의 하강 시간 단축의 효과를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 관한 노즐의 상승 시간 단축의 효과를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 도시한 실시예를 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 부품 실장 헤드의 전체 구성을 도시한 사시도이다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 부품 실장 헤드(10)는 로터리 헤드형식의 부품 실장 헤드로서, 헤드 본체(20)에 로터리 헤드(30)가 수직축 둘레의 R 방향으로 회전 가능하게 장착되어 있다. 이 로터리 헤드(30)에는 그 둘레 방향을 따라 등간격으로 복수 라인의 스핀들(31)이 배치되고, 각 스핀들(31)의 하단에 부품을 흡착 유지하는 부품 유지 기구로서 노즐(32)이 장착되어 있다.

로터리 헤드(30)는 헤드 본체(20)에 설치된 R 서보 모터(21)의 구동에 의해 R 방향으로 회전한다. 또한, 각 스핀들(31)은 헤드 본체(20)에 설치된 T 서보 모터(22)의 구동에 의해, 그 축선 둘레의 T 방향으로 회전할 수 있다.

또한, 헤드 본체(20)에는, 특정 위치에 있는 스핀들(31a)(노즐(32))을 축선 방향을 따른 Z 방향으로 승강시키기 위한 제1 승강 수단으로서 Z 서보 모터(23)가 배치되어 있다. R 서보 모터(21)의 구동에 의해 로터리 헤드(30)를 R 방향으로 회전시키는 기구, 및 T 서보 모터(22)의 구동에 의해 각 스핀들(31)을 T 방향으로 회전시키는 기구에 대해서는 주지된 것이므로, 그 설명을 생략하기로 한다. Z 서보 모터(23)의 구동에 의해 스핀들(31a)을 하강시키는 기구에 대해서는 이하에 설명한다.

도 2는 도 1의 부품 실장 헤드(10)에서 스핀들(31a)을 Z 방향으로 승강시키는 기구를 나타내는 설명도이다. 헤드 본체(20)에 배치된 Z 서보 모터(23)의 모터축은 볼 나사 기구(24)의 나사 축에 연결되고, 이 나사 축에 너트가 장착되며, 이 너트에 승강 부재(25)가 체결되어 있다. 또한, 승강 부재(25)에는 회전 멈춤과 승강 가이드를 위해 스플라인 샤프트(26)가 장착되어 있다. 그리고, 이 승강 부재(25)에 레버 기구를 구성하는 가압부(25a)가 연결되어 있다. 따라서, Z 서보 모터(23)의 구동에 의해, 승강 부재(25)와 함께 가압부(25a)가 Z 방향으로 이동한다.

또한, 승강 부재(25)에는 특정 위치에 있는 스핀들(31a)(노즐(32))을 축선 방향을 따르는 Z 방향으로 독립적으로 승강시키기 위한 제2 승강 수단으로서 압전 소자(27)가 장착되어 있다.

압전 소자(27)는 그 Z 방향의 팽창/수축 작용에 의해 레버 기구를 구성하는 가압부(25a)의 일단을 승강시킴으로써, 스핀들(31a)(노즐(32))을 승강시킨다. 즉, 압전 소자(27)는 증속 기구(증폭 기구)인 레버 기구를 통해 스핀들(31a)(노즐(32))을 승강시킨다. 또한 레버 기구를 구성하는 가압부(25a)는 그 일단이 압전 소자(27)의 상단측을 향해 회전하는 방향으로 탄성 부재(미도시)에 의해 탄성 가압되고 있다.

승강 부재(25)는 헤드 본체(20)측에 1개만 설치되어 있다. 스핀들(31)을 하강시킬 때는 승강 부재(25)에 대해 스핀들(31)을 상대적으로 이동시켜, 복수개의 스핀들(31) 중 하강시키는 스핀들(31)(상기 특정 위치에 있는 스핀들(31a))을 선택하고, 승강 부재(25)를 하강시킴으로써 가압부(25a)를 통해 상기 스핀들(31a) 및 그 하단의 노즐(32)을 하강시킨다.

즉, 본 실시예에서는 도 3에 도시한 바와 같이, 로터리 헤드(30)를 R방향으로 회전시킴으로써 가압부(25a)에 대해 스핀들(31)을 상대 이동시켜 하강시킬 스핀들(31a)을 가압부(25a) 밑에 위치시킨다. 이어, 가압부(25a)를 눌러 가압부(25a) 바로 아래에 있는 스핀들(31a)을 하강시킨다. 여기서, 특정 위치에 있는 스핀들(31a)을 선택하여 하강시키는 구성은 전술한 바와 같은 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 하강되는 스핀들(31a)을 선택하기 위해 스핀들(31)을 이동시키지 않고, 오히려 가압부(25a)나 승강 부재(25)를 이동시켜 하강시키는 스핀들(31a)을 선택하는 구성을 취할 수 있다. 또한 상기 특정 위치는 2군데 이상 있어도 좋다.

도 2에 도시된 바와 같이, 승강 부재(25)에는 연결 바(28)가 연결되고, 연결 바(28)에는 광섬유 센서(40)가 연결되어 있다. 즉, 광섬유 센서(40)는 승강 부재(25)에 일체로 설치되어 있다. 따라서, Z 서보 모터(23)의 구동에 의해 승강 부재(25)가 Z 방향으로 이동하면, 광섬유 센서(40)는 이와 연동하여 Z 방향으로 이동한다. 또한 스핀들(31)은 2개의 코일 스프링으로 이루어진 탄성체(33)에 의해 항상 상방의 초기 위치를 향해 탄성 지지되어 있다.

한편, 착지 검지 센서인 광섬유 센서(40)는 발광부 및 수광부가 광섬유나 렌즈와 함께 구성된 것으로서, 그 구성 자체는 주지된 것이므로 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

본 실시예에서 광섬유 센서(40)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 스핀들(31)의 하단에 탄성부재로서의 코일 스프링(34)을 사이에 두고 장착된 노즐(32)에 대해 상방의 비스듬한 방향으로 배치되어 있다. 그리고, 광섬유 센서(40)의 발광부는, 도 4에 확대하여 도시한 노즐(32)의 외주 표면의 반사면(32a)을 향해 하방의 비스듬한 방향으로 광(P)을 조사한다. 그 조사된 광(P)은 반사면(32a)에서 반사되고, 반사된 반사광은 광섬유 센서(40)의 수광부에서 수광된다.

여기서, 노즐(32)은 상술한 바와 같이, 스핀들(31)의 하단에 코일 스프링(34)을 사이에 두고 장착되어 있다. 따라서 스핀들(31)이 하강하다가 노즐(32)이 착지되면, 코일 스프링(34)이 압축되어 상하 방향으로 스핀들(31)에 대한 노즐(32)의 상대 위치가 변화된다. 구체적으로, 노즐(32)이 스핀들(31)의 하단측을 향해 상대적으로 이동한다.

한편, 광섬유 센서(40)의 발광부에서 조사되는 광(P)은, 도 2에 도시한 렌즈(40a)에 의해, 노즐(32)이 착지되지 않은 초기 상태일 때의 반사면(32a)에 초점이 맞춰져 있다. 따라서 노즐(32)이 착지되어 그 상하 방향으로 스핀들(31)에 대한 노즐(32)의 위치가 변화되면, 반사면(32a)에서 반사되는 반사광의 양이 감소하여 광섬유 센서(40)의 수광부에서 수광하는 수광량이 감소한다(도 5 참조). 본 실시예에서는, 이러한 수광량의 감소를 광섬유 센서(40)의 센서부(40b)에서 검지한다.

그리고, 센서부(40b)는 수광량이 소정량 감소했을 때, 예를 들면 도 6에 도시한 문턱값 A 이하가 되었을 때에 노즐(32)이 착지되었다고 판단하여, 「착지 검지 신호」를 발신한다.

여기서, 노즐(32)이 「착지」되었다는 표현은 노즐(32)의 하방으로부터 힘이 작용하였다는 의미이고, 그러한 경우는 부품의 픽업 공정에서 노즐(32)이 아래로 이동하다가 노즐(32)의 하단부가 부품의 상면에 착지되는 경우와, 부품의 실장 공정에서 노즐(32)의 하단부에 흡착 유지된 부품이 기판의 상면에 착지되는 경우에 해당한다.

이상의 구성에서 부품 유지 헤드(10)를 갖는 표면 실장기는, 스핀들(31)의 하단에 장착된 노즐(32)에 의해, 부품 공급부로부터 부품을 픽업하고 유지하여 프린트 기판 상으로 이송하고, 프린트 기판 상의 소정 위치에 부품을 실장한다.

이어서, 본 실시예에 따른 부품 실장 시의 동작을 도 6a 및 도 6b을 참조하면서 구체적으로 설명하기로 한다. 도 6a 및 도 6b는 상술한 도 2에 대응되는 도면이며, 편의상 도 2 중의 스핀들(31) 및 노즐(32)의 구성을 간략화함과 동시에, 광섬유 센서(40)를 생략하고 도시한 도면이다. 도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 실장 시의 동작을 나타내는 도면으로서, 노즐을 하강시킬 때의 동작을 도시한 도면이고, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 부품 실장 시의 동작을 나타내는 도면으로서, 노즐이 착지한 직후의 동작을 도시한 도면이다.

부품 실장시에 노즐(32)을 하강시키는 동작은 Z 서보 모터(23)에 의해 실행되고, 도 6a에 도시된 압전 소자(27)의 Z 방향으로의 길이는 초기 상태(정지 상태) 그대로이다. 즉, 노즐(32)의 하강 동작 중 레버 기구를 구성하는 가압부(25a)는 도 6a에 도시한 중립 상태(대략 수평 상태)를 유지하며, 승강 부재(25)와 일체가 되어 하강한다. 즉 가압부(25a)의 타단이 상기 가압부(25a)의 바로 아래에 위치시킨 스핀들(31a)의 상단면을 가압 하고, 그 스핀들(31a)을 Z방향으로 하강시킨다.

그 후, 스핀들(31a) 선단에 배치된 노즐(32)이 착지되면, 상술한 바와 같이 코일 스프링(34)이 압축되어 스핀들(31a)에 대한 노즐(32)의 상하 방향의 위치가 변화되고, 광섬유 센서(40)의 수광부에서 수광하는 수광량이 감소된다. 이에 따라 광섬유 센서(40)의 센서부(40b)가 착지 검지 신호를 발신한다. 이 착지 검지 신호는 도 2에 도시한 제어부(50)로 송신된다.

제어부(50)가 착지 검지 신호를 수신하면, 제어부(50)는 Z 서보 모터(23)로 노즐(32)의 하강을 정지시키는 정지 지령 신호를 송신함과 동시에, 압전 소자(27)로 노즐(32)을 소정량 만큼 상승시키는 상승 지령 신호를 송신한다.

압전 소자(27)는 상기 상승 지령 신호를 수신하면, 도 6b에 도시한 바와 같이 Z 방향으로 수축한다. 그 결과, 레버 기구를 구성하는 가압부(25a)의 타단이 상승하고, 노즐(32)이 소정량 만큼 상승한다. 이 소정량의 상승에 의해, Z 서보 모터(23)가 상기 정지 지령 신호를 수신한 후 현실적으로 노즐(32)의 하강이 정지될 때까지의 노즐(32)의 하강량, 즉 오버슈트양을 상쇄하므로써, 현실의 오버슈트양을 제어할 수 있다.

이 현실의 오버슈트양이란, 기판(70)에 착지한 부품(60)의 압입량에 해당한다. 한편, 상쇄 전의 오버슈트양은 사전에 실험 등에 의해 알 수 있다. 따라서 압전 소자(27)에 의한 스핀들(31a)의 이동량(가압부(25a)의 타단의 이동량)을 적절히 제어하므로써, 기판(70)에 착지한 부품(60)의 압입량을 제어할 수 있다. 즉, 상기 제어되는 스핀들(31a)의 이동량은, 기존의 상쇄 전의 오버슈트양에 기초하여, 기판(70)에 착지한 부품(60)의 압입량이 원하는 범위 내에 위치하도록 설정한다. 본 실시예의 경우, 압전 소자(27)의 수축 작용에 의한 Z 방향의 길이의 변화(수축량)가, 레버 기구를 구성하는 가압부(25a)에 의한 레버비에 따라 증폭(증속)되므로, 이 레버비를 고려하여 압전 소자(27)의 수축량을 설정하고, 압전 소자(27)의 구동에 의한 노즐(32)의 상승량을 결정한다.

도 7은 본 실시예의 제어부(50)에 의한 Z 서보 모터(23) 및 압전 소자(27) 제어의 구체적인 예를 나타낸다. 구체적으로, 도 7에는 Z 서보 모터(23) 및 압전 소자(27)의 구동에 따른 노즐(32)의 하강 속도(상단)와 하강 위치(하단)의 시간 변화를 나타내고 있다. 또한 도 7에서는 Z 서보 모터(23)를 Z1으로 나타내고, 압전 소자(27)를 Z2로 나타내고 있다.

제어부(50)는 Z 서보 모터(23) 및 압전 소자(27)를 제어하는 승강 제어 수단의 기능을 수행하는데, 도 7에 도시한 바와 같이, 제어부(50)는 하강 초기에는 하강 속도를 크게 하고, 그 후, 하강 위치가 제1의 높이 위치(H1)가 되면, 하강 속도를 서서히 저하시키며, 하강 위치가 제2의 높이 위치(H2)가 되면, 하강 속도가 일정해지도록 Z 서보 모터(23)(Z1)를 제어한다. 그리고, 노즐(32)이 착지되어 광섬유 센서(40)로부터 착지 검지 신호를 수신하면, 제어부(50)는 Z 서보 모터(23)(Z1)에 대해 정지 지령 신호를 송신한다. 이와 동시에 제어부(50)는 압전 소자(27)(Z2)에 대해 노즐(32)을 소정량 만큼 상승시키는 상승 지령 신호를 송신한다. 그러면, Z 서보 모터(23)(Z1)의 구동에 의한 하강 동작에 따른 하강 방향의 오버슈트양이, 압전 소자(27)(Z2)의 구동에 의한 상승 방향의 소정량 만큼 상쇄된다. 이에 따라, 실제 노즐(32)의 선단 위치는 과도하게 오버슈트되는 일 없이, 착지된 부품의 압입량이 원하는 범위 내가 되는 적절한 범위 내에서 정지한다.

여기서, 도 7의 예에서 Z 서보 모터(23)(Z1)가 정지 지령 신호를 받으면, 소정의 감속 비율로 정지하도록 제어되고 있다. 이러한 완만한 정지 제어를 실시하므로써, Z 서보 모터(23)(Z1)의 급정지에 따른 응력(충격)을 저감할 수 있다. 그리고, 이러한 완만한 정지 제어를 실시하였다 하더라도, 본 발명에 의하면 오버슈트양을 상쇄하여 제어할 수 있으므로, 과도한 오버슈트가 발생하지 않는다.

또한, 도 7의 예에서는, Z 서보 모터(23)(Z1)의 완만한 정지 제어에 맞추어 압전 소자(27)의 구동에 의해 노즐(32)의 하강 속도를 시간적 순서에 따라 제어하도록 하고, 오버슈트양을 적절히 상쇄하도록 하고 있다. 물론, 노즐(32)의 착지와 동시에, 한번에 상기 소정량의 상승 동작을 실시하게 할 수도 있다.

이어서 본 발명의 효과를 종래 기술과 비교하여 설명하기로 한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 관한 노즐의 하강 시간 단축의 효과를 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 관한 노즐의 상승 시간 단축의 효과를 나타내는 도면이다.

종래 기술에서는 오버슈트양을 작게 하기 위해, 노즐이 착지할 때의 하강 속도(도 8에 도시한 크리프 속도)를 낮출 필요가 있는데, 그렇게 하면, 노즐이 착지할 때까지의 하강 시간이 길어진다.

이에 대해 본 실시예에서는 상술한 바와 같이 압전 소자(27)의 구동에 의해 오버슈트양을 상쇄하여 제어할 수 있으므로, 크리프 속도를 높게 하더라도 과도한 오버슈트가 발생하지 않는다. 따라서, 본 발명에 의하면 종래 기술에 비해 크리프 속도를, 예컨대 2배 정도로 빠르게 할 수 있고, 그 만큼 하강 시간을 단축할 수 있다.

또한, 종래 기술에서는 오버슈트양을 제어할 수 없기 때문에, 오버슈트양이 커지기 쉽다. 그에 따라, 도 9에 도시된 바와 같이, 노즐의 착지 후의 압입량도 커져 노즐의 최하강점이 낮아진다. 그 결과, 노즐이 상승하여 초기 위치(코일 스프링(34)의 초기 길이 위치)로 복원되고, 부품을 릴리스하여 다음 동작을 수행할 수 있게 될 때까지의 시간이 길어진다.

이에 대해 본 실시예에서는 압전 소자(27)의 구동에 의해 오버슈트양을 상쇄하여 필요한 최소한의 범위(원하는 압입량의 범위)로 억제할 수 있다. 따라서, 종래 기술에 비해 노즐의 최하강점을 높게 할 수 있고, 그 만큼 노즐이 상승하여 초기 위치로 복원되고 부품을 릴리스하여 다음 동작을 수행할 수 있게 될 때까지의 시간을 짧게 할 수 있다. 본 발명자들의 실험에 의하면, 2ms 정도의 시간 단축이 실현되었다. 본 실시예에 있어서, 노즐의 하강 개시부터 실장 완료까지의 시간은 20ms 정도이기 때문에, 택트 타임을 약 10% 단축할 수 있게 된다.

이상의 실시예에서는 제2 승강 수단으로서 압전 소자를 이용하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 단, 제2 승강 수단으로는 오버슈트양을 신속히 상쇄할 수 있다는 점에서, 제1 승강 수단(서보 모터)에 비해 응답 속도가 빠른 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 제2 승강 수단으로 압전 소자 외에 보이스 코일 모터, 공기 압력 액츄에이터, 스텝 모터 등의 적용을 생각할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 제1 승강 수단(Z 서보 모터(23))으로 승강시키는 승강 부재(25)에 제2 승강 수단인 압전 소자(27)가 설치되었지만, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 제2 승강 수단은 제1 승강 수단과 완전히 독립시켜 설치할 수도 있다. 예컨대, 제2 승강 수단은 제1 승강 수단과 Z 방향으로 동축 상에 분리시켜 설치할 수도 있다.

또한, 본 실시예에 있어서, 광섬유 센서(40)의 센서부(40b)는 제어부(50)와 별도로 설치하였지만, 센서부(40b)의 기능을 제어부(50)에 포함시킬 수도 있다. 또한, 실시예에서는 노즐(32)의 착지를 검지하는 비접촉 센서로서 광섬유 센서(40)를 사용하였지만, 착지 검지 센서로 자기 센서 등의 다른 비접촉 센서를 사용할 수도 있다. 또한, 본 발명은 로터리 헤드 형식 이외의 실장 헤드에도 적용 가능하다.

본 발명은 표면 실장기의 제조 및 운용에 이용될 수 있다.

10: 부품 실장 헤드 20: 헤드 본체
23: Z 서보 모터 25: 승강 부재
25a: 가압부 27: 압전 소자
30: 로터리 헤드 40: 광섬유 센서
50: 제어부 70: 기판

Claims (7)

1. 부품을 유지한 부품 유지 기구를 Z 방향으로 승강시킴으로써, 상기 부품을 기판에 실장하는 표면 실장기의 부품 실장 헤드로서,
   상기 부품 유지 기구를 Z 방향으로 승강시키는 제1 승강 수단;
   상기 제1 승강 수단과는 독립적으로 상기 부품 유지 기구를 Z 방향으로 승강시키는 제2 승강 수단;
   상기 제1 승강 수단 및 상기 제2 승강 수단을 제어하는 승강 제어 수단; 및
   상기 부품 유지 기구에 유지된 부품이 상기 기판에 착지된 사실을 검지하여 착지 검지 신호를 발신하는 착지 검지 센서;를 구비하고,
   상기 부품의 실장에 있어서 상기 승강 제어 수단은 상기 제1 승강 수단을 구동시켜 상기 부품 유지 기구를 하강시키고, 상기 승강 제어 수단이 상기 착지 검지 신호를 수신하면 상기 부품 유지 기구의 하강을 정지시키는 정지 지령 신호를 상기 제1 승강 수단으로 송신하고, 상기 부품 유지 기구를 상승시키는 상승 지령 신호를 상기 제2 승강 수단으로 송신하는 표면 실장기의 부품 실장 헤드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 상승 지령 신호에 의해 상기 제2 승강 수단이 상기 부품 유지 기구를 상승시키는 정도는, 상기 제1 승강 수단이 상기 정지 지령 신호를 수신한 후 현실적으로 상기 부품 유지 기구의 하강이 정지될 때까지의 상기 부품 유지 기구의 하강량에 따라 설정되는 표면 실장기의 부품 실장 헤드.
3. 제1항에 있어서,
   상기 상승 지령 신호에 의해 상기 제2 승강 수단이 상기 부품 유지 기구를 상승시키는 정도는, 상기 제1 승강 수단이 정지 지령 신호를 수신한 후 현실적으로 부품 유지 기구의 하강이 정지될 때까지의 상기 부품 유지 기구의 하강량에 따라 상기 기판에 착지된 부품의 압입량이 원하는 범위 내에 위치하도록 설정되는 표면 실장기의 부품 실장 헤드.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 승강 수단은 증속 기구를 통해 상기 부품 유지 기구를 상승시키는 표면 실장기의 부품 실장 헤드.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 승강 수단은 승강 부재를 승강시킴으로써 상기 부품 유지 기구를 승강시키고,
   상기 제2 승강 수단은 상기 승강 부재에 설치되어 있는 표면 실장기의 부품 실장 헤드.
6. 제1항에 있어서,
   상기 승강 제어 수단은, 상기 제1 승강 수단에 의한 상기 부품 유지 기구의 하강 속도 및 상기 제2 승강 수단에 의한 상기 부품 유지 기구의 상승 속도를 시간적 순서에 따라 제어할 수 있는 표면 실장기의 부품 실장 헤드.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 승강 수단은 서보 모터이고, 상기 제2 승강 수단은 압전 소자인 표면 실장기의 부품 실장 헤드.

Images