KR20160141014A

KR20160141014A - 연성 인쇄회로기판 접합장치

Info

Publication number: KR20160141014A
Application number: KR1020150073558A
Authority: KR
Inventors: 박찬화; 장성국; 유상혁
Original assignee: 주식회사 미르기술
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2016-12-08

Abstract

본 발명은 연성 인쇄회로기판 접합장치에 관한 것으로서, 로딩언로딩부와, 정렬부와, 초음파 가공부와, 회전부를 포함한다. 로딩언로딩부는 기판과 기판에 접합될 연성 인쇄회로기판이 로딩되거나 또는 연성 인쇄회로기판이 접합된 기판이 언로딩된다. 정렬부는 회전방향을 따라 로딩언로딩부로부터 이격되게 배치되고, 연성 인쇄회로기판과 기판을 정렬하기 위하여 연성 인쇄회로기판과 기판을 촬상하는 정렬용 카메라를 구비한다. 초음파 가공부는 회전방향을 따라 정렬부로부터 이격되게 배치되고, 기판에 연성 인쇄회로기판을 접합하기 위하여 연성 인쇄회로기판에 초음파를 인가한다. 회전부는 기판을 지지하는 복수의 제1지지부재와, 제1지지부재에 대하여 이동 가능하게 설치되며 연성 인쇄회로기판을 지지하는 복수의 제2지지부재와, 복수의 제1지지부재와 복수의 제2지지부재가 회전방향을 따라 로잉언로딩부, 정렬부 및 초음파 가공부에 이격되게 배치되는 회전판과, 회전판을 회전방향을 따라 회전시키는 회전구동유닛을 구비한다.

Description

연성 인쇄회로기판 접합장치{Apparatus for bonding flexible printed circuit board}

본 발명은 연성 인쇄회로기판 접합장치에 관한 것으로서, 초음파을 이용하여 기판에 연성 인쇄회로기판을 접합하기 위한 연성 인쇄회로기판 접합장치에 관한 것이다.

근래 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 벽걸이형 평면 텔레비전 등과 같이 휴대성, 이동성 및 공간성을 요구하는 제품이 많아지면서 액정표시장치(LCD), 유기발광장치(OLED), LED(Light Emitting Diode) 및 플라스마표시 패널(PDP) 등과 같은 평면 형상의 표시 패널로 대체되고 있다.

도 1은 연성 인쇄회로기판과 기판이 분리된 상태를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 스마트폰에 이용되는 표시 패널은, 사람의 손 또는 물체에 직접 접촉된 접촉위치를 전기적 신호로 변환하는 터치스크린 패널(본 명세서에서는 기판(1)으로 표시)과, 기판(1) 내의 다수의 감지셀과 외부의 구동회로를 전기적으로 연결시키는 연성 인쇄회로기판(2)으로 구성되어 있다.

연성 인쇄회로기판(2)은 폴리이미드(polyimide) 등의 절연 필름과, 구동 IC 칩과, 구동 IC 칩과 전기적으로 연결되는 복수의 도전성 리드선(2a)을 포함한다.

스마트폰의 조립 과정에서 연성 인쇄회로기판(2)의 리드선(2a)과, 기판(1)의 리드 단자(1a)를 접합하는 과정이 필요한데, 종래에는 주로 열을 가하여 연성 인쇄회로기판(2)의 리드선과 기판(1)의 리드 단자를 접합하였다. 따라서, 종래에는 접합 공정 중에 열공급부재가 항상 일정한 열량을 유지하고 있어야 하므로, 열량 손실에 의한 비용이 증가하는 문제점이 있었다.

또한, 연성 인쇄회로기판(2)과 기판(1)을 접합하기 위한 여러 공정들이 서로 다른 장치들에서 구현됨으로써, 작업 시간이 많이 소요되고, 이로 인하여 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.

한국공개특허공보 제2013-0025097호(2013.03.11 공개, 발명의 명칭 : 피씨비 본딩 장치 및 피씨비 본딩 방법)

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 연성 인쇄회로기판과 기판을 접합하는 과정에서 열을 이용하지 않고 초음파를 인가하고, 회전판을 이용하여 접합하는 각 공정을 구현함으로써, 비용을 줄이고, 생산성을 높일 수 있는 연성 인쇄회로기판 접합장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 연성 인쇄회로기판 접합장치는, 기판과 상기 기판에 접합될 연성 인쇄회로기판이 로딩되거나 또는 상기 연성 인쇄회로기판이 접합된 기판이 언로딩되는 로딩언로딩부; 회전방향을 따라 상기 로딩언로딩부로부터 이격되게 배치되고, 상기 연성 인쇄회로기판과 상기 기판을 정렬하기 위하여 상기 연성 인쇄회로기판과 상기 기판을 촬상하는 정렬용 카메라를 구비하는 정렬부; 회전방향을 따라 상기 정렬부로부터 이격되게 배치되고, 상기 기판에 상기 연성 인쇄회로기판을 접합하기 위하여 상기 연성 인쇄회로기판에 초음파를 인가하는 초음파 가공부; 및 상기 기판을 지지하는 복수의 제1지지부재와, 상기 제1지지부재에 대하여 이동 가능하게 설치되며 상기 연성 인쇄회로기판을 지지하는 복수의 제2지지부재와, 상기 복수의 제1지지부재와 상기 복수의 제2지지부재가 상기 회전방향을 따라 상기 로딩언로딩부, 상기 정렬부 및 상기 초음파 가공부에 각각 이격되게 배치되는 회전판과, 상기 회전판을 상기 회전방향을 따라 회전시키는 회전구동유닛을 구비하는 회전부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 연성 인쇄회로기판 접합장치에 있어서, 상기 초음파 가공부는 상기 연성 인쇄회로기판과 접촉하며 초음파를 인가하는 초음파 혼을 포함하고, 상기 연성 인쇄회로기판과 접촉되는 초음파 혼의 단부를 일정 온도로 유지하기 위하여, 상기 초음파 혼의 단부를 냉각하는 냉각유닛;을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 연성 인쇄회로기판 접합장치에 있어서, 상기 냉각유닛은 상기 초음파 혼의 단부에 상온의 공기를 공급하는 노즐부재를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 연성 인쇄회로기판 접합장치에 있어서, 상기 제2지지부재를 상기 제1지지부재에 대하여 이동시키는 스테이지 유닛;을 더 포함하고, 상기 스테이지 유닛은, 상기 제2지지부재를 x축 방향으로 구동시키는 x축 구동부와, 상기 제2지지부재를 y축 방향으로 구동시키는 y축 구동부와, 상기 제2지지부재를 회전시키는 회전 구동부와, 상기 정렬부에 의한 정렬 과정에서 상기 연성 인쇄회로기판의 단부가 상기 기판의 단부의 상부에 배치된 상태에서 접촉되도록 상기 제2지지부재를 z축 방향으로 구동시키는 z축 구동부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 연성 인쇄회로기판 접합장치에 있어서, 회전방향을 따라 상기 초음파 가공부로부터 이격되게 배치되고, 상기 연성 인쇄회로기판과 상기 기판이 정상적으로 접합되었는지 여부를 검사하기 위한 검사용 카메라를 구비하는 검사부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 연성 인쇄회로기판 접합장치에 따르면, 비용을 줄이고, 생산성을 높일 수 있다.

도 1은 연성 인쇄회로기판과 기판이 분리된 상태를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 인쇄회로기판 접합장치를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 도 2의 연성 인쇄회로기판 접합장치의 정렬부의 정렬용 카메라를 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 도 2의 연성 인쇄회로기판 접합장치의 정렬부의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 도 2의 연성 인쇄회로기판 접합장치의 초음파 가공부와 냉각유닛을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 연성 인쇄회로기판 접합장치의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연성 인쇄회로기판 접합장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 연성 인쇄회로기판 접합장치의 정렬부의 정렬용 카메라를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 2의 연성 인쇄회로기판 접합장치의 정렬부의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 2의 연성 인쇄회로기판 접합장치의 초음파 가공부와 냉각유닛을 설명하기 위한 도면이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 연성 인쇄회로기판 접합장치(100)는 초음파을 이용하여 기판에 연성 인쇄회로기판을 접합하고, 회전판을 이용하여 접합하는 각 공정을 구현하기 위한 것으로서, 로딩언로딩부(110)와, 정렬부(120)와, 초음파 가공부(130)와, 검사부(140)와, 회전부(150)와, 냉각유닛(160)과, 스테이지 유닛(170)을 포함한다.

상기 로딩언로딩부(110)는 기판(1)과 기판(1)에 접합될 연성 인쇄회로기판(2)이 로딩되거나 또는 접합 공정이 완료되어 연성 인쇄회로기판(2)이 접합된 기판(1)이 언로딩된다.

로딩 과정에서 기판(1)은 제1지지부재(151)에 안착되고, 연성 인쇄회로기판(2)은 제2지지부재(152)에 안착된다. 제1지지부재(151)와 제2지지부재(152)에는 진공을 형성하기 위한 진공홀(미도시)이 마련되어 있으며, 진공홀을 통해 기판(1)과 제1지지부재(151) 사이, 연성 인쇄회로기판(2)과 제2지지부재(152) 사이에 진공 분위기가 형성되면서 기판(1)과 연성 인쇄회로기판(2)이 고정, 안착될 수 있다.

언로딩 과정에서는 기판(1)과 제1지지부재(151) 사이, 연성 인쇄회로기판(2)과 제2지지부재(152) 사이에 진공 분위기가 해제되고, 작업자는 연성 인쇄회로기판(2)이 접합된 기판(1)을 외부로 반출할 수 있다.

상기 정렬부(120)는 연성 인쇄회로기판(2)과 기판(1)을 정렬하며, 회전방향(A)을 따라 로딩언로딩부(110)로부터 이격되게 배치된다.

도 3을 참조하면, 정렬부(120)는 연성 인쇄회로기판(2)과 기판(1)을 촬상하는 정렬용 카메라(121)를 구비한다. 정렬용 카메라(121)를 이용하여 연성 인쇄회로기판(2)의 모서리부(2b), 기판(1)의 모서리부(1b)와 같은 특징적인 형상을 가진 부분을 촬상하여 연성 인쇄회로기판(2)의 리드선(2a)과, 기판(1)의 리드 단자(1a)가 정렬될 수 있도록 한다.

도 4를 참조하면, 정렬부(120)에 의한 정렬 과정에서 본 실시예에서는 기판(1)을 지지하는 제1지지부재(151)는 고정되게 설치되고, 연성 인쇄회로기판(2)을 지지하는 제2지지부재(152)는 스테이지 유닛(미도시)이 장착되어 x축, y축, z축 방향으로 이동되고 및 z축을 회전중심으로 회전될 수 있도록 설치된다.

본 실시예의 정렬 과정에서는 연성 인쇄회로기판(2)의 단부가 기판(1)의 단부의 상부에 배치된 상태에서 접촉될 수 있다. 즉, 정렬용 카메라(121)를 이용하여 연성 인쇄회로기판(2)과 기판(1)의 틀어짐 정보를 확보한 후, 스테이지 유닛의 z축 구동부를 이용하여 제2지지부재(152)를 z축 방향으로 상승시켜 연성 인쇄회로기판(2)의 단부가 기판(1)의 단부의 상측에 배치되도록 한다.

그리고, 제2지지부재(152)를 x축 및 y축으로 이동시키고 z축을 회전중심으로 회전시켜 연성 인쇄회로기판(2)의 리드선(2a)과, 기판(1)의 리드 단자(1a)를 정렬시킨 후 제2지지부재(152)를 z축 방향으로 하강시켜 연성 인쇄회로기판(2)의 단부가 기판(1)의 단부의 상부에 접촉되도록 한다.

연성 인쇄회로기판(2)의 하면에 이방성 도전 필름(ACF)이 부착되어 있으므로, z축 방향으로의 구동을 통해 연성 인쇄회로기판(2)과 기판(1)이 제대로 접합될 수 있도록 한다.

상기 초음파 가공부(130)는 기판(1)에 연성 인쇄회로기판(2)을 접합하기 위하여 연성 인쇄회로기판(2)에 초음파를 인가하며, 회전방향(A)을 따라 정렬부(120)로부터 이격되게 배치된다.

초음파 가공부(130)는 연성 인쇄회로기판(2)과 접촉하며 초음파를 인가하는 초음파 혼(131)을 포함할 수 있다. 정렬부(120) 측에서 정렬이 완료되어 연성 인쇄회로기판(2)의 리드선과 기판(1)의 리드 단자가 접촉된 상태로 초음파 가공부(130) 측으로 이송되면, 초음파 혼(131)이 하강하여 연성 인쇄회로기판(2)에 접촉할 수 있고, 연성 인쇄회로기판(2)과 기판(1)에 초음파가 인가되면서 연성 인쇄회로기판(2)과 기판(1)은 접합될 수 있다.

초음파 혼(131)에 의해 인가되는 초음파의 주파수, 진폭 등을 조정함으로써, 다양한 재질의 연성 인쇄회로기판(2) 및 기판(1)에 호환성 있게 대응할 수 있다.

상기 검사부(140)는 연성 인쇄회로기판(2)과 기판(1)이 정상적으로 접합되었는지 여부를 검사하며, 회전방향(A)을 따라 초음파 가공부(130)로부터 이격되게 배치된다.

검사용 카메라(미도시)를 이용하여 접합 상태를 검사하여 양품과 불량품의 여부를 판단할 수 있으며, 사용자 측의 선택에 의해 검사부(140)는 접합장치에 포함될 수도 있고, 포함되지 않을 수도 있다.

상기 회전부(150)는 로딩언로딩부(110)와, 정렬부(120)와, 초음파 가공부(130)와, 검사부(140)의 중앙부에 배치되며, 복수의 제1지지부재(151)와, 복수의 제2지지부재(152)와, 회전판(153)과, 회전구동유닛(미도시)를 구비한다.

제1지지부재(151)는 기판(1)을 지지하며, 로딩언로딩부(110)와, 정렬부(120)와, 초음파 가공부(130)와, 검사부(140)가 설치된 위치에 각각 대응되게 설치될 수 있도록 복수 개가 마련된다. 제1지지부재(151)에는 기판(1)을 수용할 수 있는 수용부(미도시)가 형성되어 있으며, 수용부의 바닥면에는 기판(1)과 제1지지부재(151) 사이에서 진공 분위기를 형성할 수 있도록 다수의 진공홀이 형성되어 있다.

제2지지부재(152)는 연성 인쇄회로기판(2)을 지지하며, 제1지지부재(151)의 상측에 제1지지부재(151)와 인접하게 복수 개가 마련된다. 마찬가지로 제2지지부재(152)에는 연성 인쇄회로기판(2)을 수용할 수 있는 수용부(미도시)가 형성되어 있으며, 수용부의 바닥면에는 연성 인쇄회로기판(2)과 제2지지부재(152) 사이에서 진공 분위기를 형성할 수 있도록 다수의 진공홀이 형성되어 있다.

상기 회전판(153)에는 복수의 제1지지부재(151)와 제2지지부재(152)가 배치된다. 한 쌍의 세트로 마련된 제1지지부재(151)와 제2지지부재(152)가 회전방향(A)을 따라 약 90도 정도의 각도로 이격되게 배치되어, 회전판(153)에는 총 4세트의 제1지지부재(151)와 제2지지부재(152)이 배치될 수 있다.

상기 회전구동유닛은 회전판(153)을 회전방향(A)을 따라 회전시킨다. 회전판(153)이 회전함에 따라 제1지지부재(151)와 제2지지부재(152)은 로딩언로딩부(110), 정렬부(120), 초음파 가공부(130) 및 검사부(140)에 순차적으로 배치되면서, 연성 인쇄회로기판(2)과 기판(1)의 접합 공정이 순차적으로 수행된다.

본 실시예에서 회전구동유닛은 회전판(153)의 중앙부를 상하 방향으로 통과하는 가상의 수직축을 회전중심축으로 하여 회전판(153)을 약 90도 만큼씩 회전시키는 동작을 반복한다. 본 실시예의 회전구동유닛은 다이렉트 드라이브 모터 등을 채용할 수 있으며, 이러한 구성은 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 냉각유닛(160)은 연성 인쇄회로기판(2)과 접촉되는 초음파 혼(131)의 단부를 일정 온도로 유지하기 위하여, 초음파 혼(131)의 단부를 냉각한다.

초음파 혼(131)이 연성 인쇄회로기판(2)에 접촉되어 초음파를 인가하는 동안, 초음파 혼(131)과 연성 인쇄회로기판(2)이 접촉되는 부분은 일정한 초기 온도를 유지하는 것이 바람직하다. 양산 초기에는 상대적으로 낮은 온도에서 초음파 인가 공정이 수행되다가 시간이 지나면서 진동에 의해 초음파 혼(131)의 접촉 부분의 온도가 상승하여 상대적으로 높은 온도에서 초음파 인가 공정이 수행되는 현상이 발생할 수 있다. 시간이 지나면서 초음파 혼(131)의 접촉 부분의 온도가 변경되는 것은 접합 내구성이 생산 시간에 따라 변경될 수 있는 위험을 초래할 수 있다.

따라서, 도 5를 참조하면 본 실시예에서는 초음파 혼(131)과 연성 인쇄회로기판(2)이 접촉되어 초음파를 인가하는 동안 노즐부재를 이용하여 초음파 혼(131)의 단부에 상온의 공기를 공급할 수 있다.

상기 스테이지 유닛(미도시)은 제2지지부재(152)를 제1지지부재(151)에 대하여 이동시키며, 제2지지부재(152)를 x축 방향으로 구동시키는 x축 구동부(미도시)와, 제2지지부재(152)를 y축 방향으로 구동시키는 y축 구동부(미도시)와, 제2지지부재(152)를 z축을 회전중심으로 회전시키는 회전 구동부(미도시)와, z축 구동부(미도시)를 포함할 수 있다.

앞서 도 4를 참조하며 설명한 바와 같이, 연성 인쇄회로기판(2)의 하면에 이방성 도전 필름(ACF)이 부착되어 있으므로, 정렬부(120)에 의한 정렬 과정에서 연성 인쇄회로기판(2)의 단부가 기판(1)의 단부의 상부에 배치된 상태에서 접촉되도록 z축 구동부를 이용하여 제2지지부재(152)를 z축 방향으로 구동시킨다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 연성 인쇄회로기판 접합장치는, 연성 인쇄회로기판과 기판을 접합하는 과정에서 열을 이용하지 않고 초음파를 인가하고, 회전판을 이용하여 접합하는 각 공정을 구현함으로써, 비용을 줄이고, 생산성을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

100 : 연성 인쇄회로기판 접합장치
110 : 로딩언로딩부
120 : 정렬부
130 : 초음파 가공부
131 : 초음파 혼
140 : 검사부
150 : 회전부

Claims

기판과 상기 기판에 접합될 연성 인쇄회로기판이 로딩되거나 또는 상기 연성 인쇄회로기판이 접합된 기판이 언로딩되는 로딩언로딩부;
회전방향을 따라 상기 로딩언로딩부로부터 이격되게 배치되고, 상기 연성 인쇄회로기판과 상기 기판을 정렬하기 위하여 상기 연성 인쇄회로기판과 상기 기판을 촬상하는 정렬용 카메라를 구비하는 정렬부;
회전방향을 따라 상기 정렬부로부터 이격되게 배치되고, 상기 기판에 상기 연성 인쇄회로기판을 접합하기 위하여 상기 연성 인쇄회로기판에 초음파를 인가하는 초음파 가공부; 및
상기 기판을 지지하는 복수의 제1지지부재와, 상기 제1지지부재에 대하여 이동 가능하게 설치되며 상기 연성 인쇄회로기판을 지지하는 복수의 제2지지부재와, 상기 복수의 제1지지부재와 상기 복수의 제2지지부재가 상기 회전방향을 따라 상기 로딩언로딩부, 상기 정렬부 및 상기 초음파 가공부에 각각 이격되게 배치되는 회전판과, 상기 회전판을 상기 회전방향을 따라 회전시키는 회전구동유닛을 구비하는 회전부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 인쇄회로기판 접합장치.
제1항에 있어서,
상기 초음파 가공부는 상기 연성 인쇄회로기판과 접촉하며 초음파를 인가하는 초음파 혼을 포함하고,
상기 연성 인쇄회로기판과 접촉되는 초음파 혼의 단부를 일정 온도로 유지하기 위하여, 상기 초음파 혼의 단부를 냉각하는 냉각유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 인쇄회로기판 접합장치.
제2항에 있어서,
상기 냉각유닛은 상기 초음파 혼의 단부에 상온의 공기를 공급하는 노즐부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 인쇄회로기판 접합장치.
제1항에 있어서,
상기 제2지지부재를 상기 제1지지부재에 대하여 이동시키는 스테이지 유닛;을 더 포함하고,
상기 스테이지 유닛은,
상기 제2지지부재를 x축 방향으로 구동시키는 x축 구동부와, 상기 제2지지부재를 y축 방향으로 구동시키는 y축 구동부와, 상기 제2지지부재를 회전시키는 회전 구동부와, 상기 정렬부에 의한 정렬 과정에서 상기 연성 인쇄회로기판의 단부가 상기 기판의 단부의 상부에 배치된 상태에서 접촉되도록 상기 제2지지부재를 z축 방향으로 구동시키는 z축 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 인쇄회로기판 접합장치.
제1항에 있어서,
회전방향을 따라 상기 초음파 가공부로부터 이격되게 배치되고, 상기 연성 인쇄회로기판과 상기 기판이 정상적으로 접합되었는지 여부를 검사하기 위한 검사용 카메라를 구비하는 검사부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연성 인쇄회로기판 접합장치.