KR100294913B1 - 부품 실장기용 다중 노즐 헤드 장치 - Google Patents

Abstract

부품 실장기의 다중 노즐 헤드 장치를 개시한다. 본 발명에 따르면, 가이드 레일을 따라 승강하는 마운트와; 상기 마운트에 대하여 회전 가능하게 설치된 로터리 헤드와; 상기 로터리 헤드내에 설치된 다수의 스핀들 및, 상기 스핀들의 단부에 설치된 부품 흡/장착용 노즐과; 상기 스핀들을 상승시키는 탄성력을 제공하도록 상기 스핀들과 상기 마운트 사이에 양단이 지지되는 스프링과; 상기 각 스핀들의 상부에 설치된 캠 종동부와; 상기 캠 종동부에 접촉함으로써 상기 스핀들을 선택적으로 하강시키는 캠과; 상기 캠을 회전 구동시키도록 상기 마운트에 설치된 캠 구동 모터와; 상기 로터리 헤드를 회전 구동시키도록 상기 마운트에 대하여 고정된 헤드 회전 구동 모터와; 상기 헤드 회전 구동 모터의 구동력을 상기 로터리 헤드에 전달하는 풀리 및, 벨트;를 구비하는 부품 실장기용 다중 노즐 헤드 장치가 제공된다.

Description

부품 실장기용 다중 노즐 헤드 장치{Multi-nozzle head machine for chip mounter}

본 발명은 부품 실장기용 다중 노즐 헤드 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부품 실장기에 구비된 다수의 노즐이 회전하면서 부품을 흡착 및 실장할 수 있게 하는 헤드 장치에 관한 것이다.

통상적으로 부품 실장기는 반도체 칩과 같은 전자 부품을 진공을 이용하여 흡착한 후에 회로 기판의 소정 위치에 장착하는 장치로서, 부품을 흡착 및 실장하기 위하여 진공 노즐 헤드를 구비한다. 부품 실장기의 성능은 여러 가지 요인에 의해 결정되지만, 특히 노즐 헤드의 작동이 신속하고 정확하게 이루어져야만 한다. 이를 위해서 노즐 헤드의 구동력을 향상시킴과 동시에 노즐 헤드 자체의 중량이 감소될 필요성이 있다.

다수의 노즐을 채용한 다중 노즐 헤드 장치에 있어서는 여러개의 부품을 동시에 흡착하고 동시에 장착함으로써 부품 실장 효율을 향상시킬 수 있다는 장점이 있으나, 다중 노즐 헤드의 자체 중량이 무거워지고, 그에 따라서 다중 노즐 헤드의 가속 및 감속이 신속하게 이루어지지 않는다는 단점이 있다. 즉, 다중 노즐 헤드에 구비된 다수의 노즐을 승강시키거나 회전시키는데 있어 노즐마다 별도의 구동 장치를 설치함으로써 자체 중량이 증가하는 것이다. 이러한 중량 증가의 문제점 이외에도, 별도의 구동 장치를 제어하는데 따른 복잡성이 증가하게 된다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 부품 실장 효율이 증가될 수 있는 부품 실장기의 다중 노즐 헤드 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 단순화된 캠 기구를 이용함으로써 자체의 중량을 최소화시킨 부품 실장기의 다중 노즐 헤드 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 부품 실징기의 다중 노즐 헤드 장치에 대한 개략적인 구성도.

도 2는 부품 트레이에 대한 다중 노즐 헤드 장치의 작동 상태를 도시하는 설명도.

도 3은 캠에 대한 개략적인 사시도.

도 4a 및 도 4b는 캠 선도 및 그에 따른 스핀들의 위치를 도시하는 전개도.

도 5는 가동 미러의 작동 기구를 나타내는 구성도.

<도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명>

11. 마운트 12. 리니어 모션 가이드

13. 가이드 레일 14. 카메라

15. 베어링 16. 헤드 회전 구동 모터

17. 로타리 헤드 18. 베어링

19. 스핀들 21. 캠

22. 롤러 23. 튜브

24. 베어링 27. 풀리

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 가이드 레일을 따라 승강하는 마운트와; 상기 마운트에 대하여 회전 가능하게 설치된 로터리 헤드와; 상기 로터리 헤드내에 설치된 다수의 스핀들 및, 상기 스핀들의 단부에 설치된 부품 흡/장착용 노즐과; 상기 스핀들을 상승시키는 탄성력을 제공하도록 상기 스핀들과 상기 마운트 사이에 양단이 지지되는 스프링과; 상기 각 스핀들의 상부에 설치된 캠 종동부와; 상기 캠 종동부에 접촉함으로써 상기 스핀들을 선택적으로 하강시키는 캠과; 상기 캠을 회전 구동시키도록 상기 마운트에 설치된 캠 구동 모터와; 상기 로터리 헤드를 회전 구동시키도록 상기 마운트에 대하여 고정된 헤드 회전 구동 모터와; 상기 헤드 회전 구동 모터의 구동력을 상기 로터리 헤드에 전달하는 풀리 및, 벨트;를 구비하는 부품 실장기용 다중 노즐 헤드 장치가 제공된다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 캠은 동일한 높이에 있는 캠면과 상기 캠면에 대해서 상이한 높이로 돌출되어 있는 돌출부가 구비된 것이고, 상기 캠 종동부는 상기 캠면과 돌출부에 접촉하는 롤러이다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 마운트에 대하여 승강할 수 있도록 설치된 슬라이딩 캠과; 상기 마운트에 대하여 회전 가능하게 설치되며, 일측에 상기 슬라이딩 캠과 접촉하는 캠 종동부가 형성된 지지부와; 상기 지지부의 일측에 설치되는 가동 미러와; 상기 지지부의 일측과 상기 마운트 사이에 연결된 스프링과; 상기 마운트에 대하여 고정된 촬상 카메라와; 상기 촬상 카메라의 하부에서 상기 마운트에 대하여 고정된 고정 미러;를 더 구비한다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 부품 실장기의 다중 노즐 헤드 장치에 대한 개략적인 구성도가 도시되어 있다. 이러한 다중 노즐 헤드 장치는 도시되지 아니한 이송 장치들, 예를 들면 직교 좌표 로보트에 의해서 부품 트레이와 기판 사이를 왕복하는 평면 운동을 하게 된다.

도면을 참조하면, 다중 노즐 헤드 장치는 가이드 레일(13)을 따라 승강하는 마운트(11)와, 상기 마운트(11)에 대하여 회전 가능하게 설치된 로터리 헤드(17)와, 상기 로터리 헤드(17)내에 설치된 다수의 스핀들(19) 및, 노즐(29)과, 상기 각스핀들(19)의 상부에 설치된 캠 종동부(22)와, 상기 캠 종동부(22)에 접촉도록 설치된 캠(21)과, 상기 캠(21)을 회전 구동시키는 캠 구동 모터(25)와, 상기 로터리 헤드(17)를 회전 구동시키도록 상기 마운트(11)에 대하여 고정된 헤드 회전 구동 모터(16)와, 상기 헤드 회전 구동 모터(16)의 구동력을 상기 로터리 헤드(17)에 전달하는 풀리(27) 및 벨트(28)를 구비한다. 마운트(11)의 하부에는 부품 촬상용 카메라(14)가 설치되고, 부품(C)의 상을 반사시키는 가동 미러(30) 및, 고정미러(31)가 구비된다.

마운트(11)는 가이드 레일(13)과 상기 가이드 레일(13)에 대하여 활강 가능하게 설치된 리니어 모션 가이드(12)에 의해서 승강 운동한다. 이러한 승강 운동은 도시되지 아니한 별도의 구동 장치에 의해 이루어지며, 이러한 승강 운동을 통해서 다중 노즐 헤드 장치의 전체적인 승강 운동이 이루어질 수 있다. 가이드 레일(13)과 리니어 모션 가이드(12)를 통한 승강 운동은 상대적으로 긴 거리에서 이루어진다.

마운트(11)의 하부에는 촬상용 카메라(14)가 설치된다. 부품(C)이 스핀들(19)의 단부에 흡착되어 있을때, 촬상용 카메라(14)는 가동 미러(30) 및 고정 미러(31)를 통해서 반사되는 부품(C)의 상을 촬상한다. 가동 미러(30) 및 고정 미러(31)도 마운트(11)에 대하여 설치되며, 그 상세한 구조는 이후에 설명될 것이다.

로타리 헤드(17)는 마운트(11)에 대하여 회전 가능하도록 설치된다. 도면에 도시된 실시예에서 로터리 헤드(17)는 베어링(18)을 통해서 회전 가능하도록 설치된다. 로터리 헤드(17)는 예를 들면 원통형으로 형성되며, 그 안에 부품 흡착용 스핀들(19)이 삽입될 수 있는 홈이 형성된다. 부품 흡착용 스핀들(19)이 삽입되는 홈은 도 2에 도시된 바와 같이 원주상에 소정의 간격으로 형성된다. 도 2에 도시된 예에서, 도면 번호 41 로 표시된 원주를 따라서 4 쌍의 스핀들(19)이 90 도의 간격으로 배치된 것을 알 수 있다. 부품 흡착용 스핀들(19)은 로터리 헤드(17)의 홈 안에서 승강 가능하게 설치된다.

상기 로타리 헤드(17)는 헤드 회전 구동 모터(16)의 구동력에 의해서 회전할 수 있다. 헤드 회전 구동 모터(16)의 구동축 단부에는 풀리(27)가 설치되어 있으며, 상기 풀리(27)는 로타리 헤드(17)의 외주면에 설치된 풀리에 대하여 벨트(28)를 통해 연결된다. 헤드 회전 구동 모터(16)가 회전함으로써 얻어지는 구동력은 로터리 헤드(17)를 회전시키게 되고, 그에 의해서 로터리 헤드(17)에 삽입된 스핀들(19)의 회전 위치가 변경될 수 있다.

스핀들(19)의 상단부에는 스프링(20)이 설치된다. 스프링(20)의 일단부는 스핀들(19)의 상단부에 대하여 지지되는 반면에, 스프링(20)의 타단부는 로타리 헤드(17)에 대하여 지지된다. 따라서 스프링(20)의 탄성력은 스핀들(19)을 상승시키는 힘으로 작용한다. 한편, 각 스핀들(19)의 상부에는 튜브 커플링(32)이 설치됨으로써, 튜브(23)를 통해 제공되는 진공이 스핀들(19)을 통해서 노즐(29)에 도달할 수 있게 한다. 튜브(23)는 다른 튜브 커플링(38)을 통해서 연결된다.

캠 구동 모터(25)는 로타리 헤드(17)의 직 상부에 배치되어 마운트(11)에 고정된다. 캠 구동 모터(25)의 회전축은 연결부(33)를 통해서 캠(21)을 회전시킨다. 연결부(33)는 마운트(11)에 대하여 베어링(24)을 통해서 회전 가능하게 설치되어 있다.

도 3에 도시된 것은 도 2에 표시된 캠을 뒤집은 상태로 도시한 개략적인 사시도이다.

도면을 참조하면, 전체적으로 원통형으로 형성되며, 하단부에는 캠 종동부(22)와 접촉하는 캠면(48)이 형성되어 있다. 캠면(48)에는 돌출부(47)가 형성되어 있다. 돌출부(47)가 캠 종동부(22)와 접촉하는 위치에 도달하면, 스핀들(19)이 하강하게 된다.

다시 도 2를 참조하면, 캠면(48)과 접촉 상태를 이루고 있는 캠 종동부(22)는 예를 들면 롤러(22)이며, 상기 캠 종동부(22)는 스핀들(19)의 상부에 설치된다. 캠면(48)에 형성된 돌출부(47)가 캠 종동부(22)에 접촉하게 되면, 스핀들(19)은 스프링(20)의 상방향 탄성력에 반하는 하방향의 가압력을 받게되며, 따라서 하방향으로 하강하게 된다. 즉, 캠(21)의 회전에 따라서 각각의 스핀들(19)이 선택적으로 하강하게 되며, 이러한 스핀들(19)의 하강은 캠(21)의 돌출부(47)의 높이에 해당하는 상대적으로 짧은 행정거리로 이루어진다.

도 4a 및 도 4b 에 도시된 것은 캠 선도와 스핀들의 하강 상태를 나타내기 위하여 도시한 개략적인 전개도이다.

도면을 참조하면, 전체적으로 원통형으로 형성된 캠을 평면으로 전개하면 도시된 바와 같이 동일한 높이에 있는 캠면(48)과 상기 캠면(48)에 대해서 상이한 높이로 돌출되어 있는 돌출부(47)가 나타난다. 캠 종동부(22)는 상기 캠면(48) 또는 돌출부(47)에 대해서 항상 접촉 상태를 유지하게 되며, 캠면(48)과 접촉할때 스핀들(19)과 부품(C)은 상승 위치에 있고, 돌출부(47)와 접촉할때 스핀들(19)과 부품(C)은 하강 위치에 있게 된다.

도 4a 에서는 인접한 두개의 캠 종동부(22)가 돌출부(47)의 정상면에 동시에 접촉함으로써 두개의 스핀들(19)이 동시에 하강 위치에 있게 된다. 즉, 두개의 스핀들(19)이 동시에 부품을 흡착하거나 또는 실장할 수 있다. 이에 반하여, 도 4b에서는 하나의 스핀들(19)만이 돌출부(47)의 정상면에 접촉하며, 인접한 두개의 스핀들은 돌출부(47)의 경사면에 접촉하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 단지 하나의 스핀들만이 부품을 흡착하거나 실장할 수 있는 것이다. 즉, 캠(21)의 회전 위치에 따라서 2 개의 스핀들(19)이 동시에 하강하거나 또는 단지 하나의 스핀들만이 하강할 수 있는 것이다. 이러한 기능은 다중 노즐 헤드 장치가 다양한 방법으로 운용될 수 있으며, 그에 따라 운영 효율이 향상될 수 있음을 보여준다.

도 5는 가동 미러(30)를 회동시키기 위한 기구를 개략적으로 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 가동 미러(30)는 지지부(51)의 단부에 지지되어 있다. 지지부(51)는 힌지축(52)에서 도시되지 아니한 마운트(11)에 대하여 회동 가능하게 지지된다. 지지부(51)의 일측에는 스프링(56)의 일단부가 고정되며, 이러한 스프링(56)은 지지부(51)를 끌어당기는 작용을 하고 있다. 스프링(56)의 타단부는 마운트에 대하여 고정된다. 한편 마운트(11)에는 슬라이딩 캠(53)이 설치되며, 이러한 슬라이딩 캠(53)은 구동부(미도시)의 구동력에 의해 승강된다. 슬라이딩 캠(53)은 도면에 도시된 바와 같이 폭이 좁은 부분과 폭이 넓은 부분으로 이루어진 캠면(54)을 가지고 있다.

슬라이딩 캠(53)은 지지부(51)의 일측에 설치된 캠 종동부(55)와 접촉하고 있다. 슬라이딩 캠(53)이 상승된 상태에서는 캠면(54)의 폭이 넓은 부분이 캠 종동부(55)와 접촉하게 되며, 그에 따라서 지지부(51)가 스프링(56)의 탄성력에 반하여 회전하게 되며, 가동 미러(30)는 지지부(51)의 하부에 배치될 수 있다. 이러한 위치에서 노즐에 흡착된 부품(C)의 상은 가동 미러(30)와 고정 미러(30)를 통해 촬상용 카메라(14,도 2)에 촬상될 수 있다.

한편, 슬라이딩 캠(53)이 하강하게 되면, 쇄선으로 표시된 바와 같이 캠면(54)의 폭이 좁은 부분이 캠 종동부(55)와 접촉하게 된다. 그에 따라서 스프링(56)의 탄성력은 지지부(51)를 시계 방향으로 회전시키게 되고, 가동 미러는 도면 번호 30'로 표시된 위치에 도달하게 된다. 이러한 위치에서는 부품에 대한 촬상이 이루어질 수 없으나, 부품 흡착용 노즐(29)의 승강을 가동 미러가 방해하지 않게 된다.

이하 본 발명에 따른 다중 노즐 헤드 장치의 작동에 대하여 개략적으로 설명하기로 한다.

다중 노즐 헤드 장치는 부품 트레이로부터 전자 부품을 흡착하여 기판위에 장착할 수 있도록 부품 트레이와 기판 사이를 왕복하게 된다. 이때 부품 트레이와 기판의 위에 설정된 위치에서 다중 노즐 헤드 장치는 원거리 승강 작용과 단거리 승강 작용을 하게 된다. 원거리 승강 작용은 다중 노즐 헤드 장치 전체가 단일체로서 승강하는 작용에 해당하며, 이것은 예를 들면 볼 스크류 구동 장치나 또는 벨트 풀리에 연결된 위치 제어 모터로 이루어진다. 도 1에 도시된 실시예에서는 다중 노즐 헤드 장치의 마운트(11)가 원거리 승강용 구동 장치에 의해 가이드 레일(13)을 따라 승강됨으로써 원거리 승강이 이루어진다. 한편, 다중 노즐 헤드 장치의 단거리 승강 작용은 도 1에서 설명된 캠(21)의 작용에 의해 이루어진다. 이러한 단거리 승강 작용은 부품(C)의 흡착과 장착시에 매우 짧은 소정의 행정거리에 걸쳐 흡착 노즐(29)이 이동하는 경우에 해당한다.

부품의 흡착시에 예를 들면 X-Y 직교 좌표 로보트의 작동에 의해 다중 노즐 헤드 장치는 부품 트레이가 설치된 위치로 이동한다. 부품 트레이의 상부에서 흡착 노즐(29)이 설치된 스핀들(19)은 도 2에 도시된 바와 같이 배치될 수 있다. 즉, 쌍을 이룬 스핀들(19)이 동시에 하강하여 부품 트레이(42)에 나란히 배치된 부품(C)을 동시에 흡착할 수 있다. 이때, 캠(21)의 돌출부(47)는 도 4a 에 도시된 것과 같이 한쌍의 스핀들(19)에 대하여 대응하게 된다. 이에 반하여, 단 하나의 부품만을 흡착하거나 실장할 필요가 있을 경우에는 도 4b 에 도시된 것과 같이 돌출부(47)가 하나의 스핀들(19)에 대응하게 된다.

부품(C)을 흡착한 이후에는 노즐(29)에 대한 부품(C)의 흡착 상태를 검사하기 위하여 촬상용 카메라(14)로 부품(C)을 촬상하게 된다. 이를 위해서 헤드 회전 구동 모터(16)의 동력을 이용하여 로타리 헤드(17)를 회전시킨다. 즉, 풀리(27)의 회전은 벨트(28)를 통해 로타리 헤드(17)를 회전시키며, 로터리 헤드(17)에 삽입된 스핀들(19)은 가동 미러(30)의 상부에 오게 된다. 이때 부품(C)과 가동 미러(30)가 상호 간섭을 일으키게 되면 가동 미러(30)의 위치를 변화시킴으로써 이를 해소한다.

가동 미러(30)의 위치 변경은 도 5에 도시된 바를 참고하여 설명된 바와 같이, 슬라이딩 캠(53)이 승강함으로써 이루어진다. 슬라이딩 캠(53)이 하강하면 지지부(51)가 스프링(56)의 탄성력에 의해 도면 부호 30'로 표시된 위치로 회전하게 되며, 그에 따라서 노즐(29)에 흡착된 부품(C)은 가동 미러(30)와 간섭을 일으키지 아니한다. 이러한 가동 미러(30)의 위치 변경은 로타리 헤드(17)의 회전시뿐만 아니라 부품(C)의 흡/장착시에도 이루어질 수 있다. 흡착된 부품을 회전시키거나 또는 흡착시에 발생하는 미소한 위치상의 오차는 로타리 헤드 전체를 회전시킴으로써 보상될 수 있거나 또는 X-Y 직교 좌표 로보트에 의해서 보정될 수 있다.

본 발명에 따른 다중 노즐 헤드 장치는 각각의 스핀들을 구동시키는 구동부가 캠 기구에 의해 단순화된 구조를 가짐으로써 장치가 소형 경량화될 수 있다. 그에 따라서 장치를 가속하거나 감속시키는 것이 가능해지며, 부품의 흡/장착이 신속 정확하게 되는 장점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예식적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및, 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

1. 가이드 레일을 따라 승강하는 마운트와;

   상기 마운트에 대하여 회전 가능하게 설치된 로터리 헤드와;

   상기 로터리 헤드내에 설치된 다수의 스핀들 및, 상기 스핀들의 단부에 설치된 부품 흡/장착용 노즐과;

   상기 스핀들을 상승시키는 탄성력을 제공하도록 상기 스핀들과 상기 마운트 사이에 양단이 지지되는 스프링과;

   상기 각 스핀들의 상부에 설치된 캠 종동부와;

   상기 캠 종동부에 접촉함으로써 상기 스핀들을 선택적으로 하강시키는 캠과;

   상기 캠을 회전 구동시키도록 상기 마운트에 설치된 캠 구동 모터와;

   상기 로터리 헤드를 회전 구동시키도록 상기 마운트에 대하여 고정된 헤드 회전 구동 모터와;

   상기 헤드 회전 구동 모터의 구동력을 상기 로터리 헤드에 전달하는 풀리 및, 벨트;를 구비하는 부품 실장기용 다중 노즐 헤드 장치
2. 제 1 항에 있어서, 상기 캠은 동일한 높이에 있는 캠면과 상기 캠면에 대해서 상이한 높이로 돌출되어 있는 돌출부가 구비된 것이고, 상기 캠 종동부는 상기 캠면과 돌출부에 접촉하는 롤러인 것을 특징으로 하는 부품 실장기용 다중 노즐 헤드 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 마운트에 대하여 승강할 수 있도록 설치된 슬라이딩 캠과;

   상기 마운트에 대하여 회전 가능하게 설치되며, 일측에 상기 슬라이딩 캠과 접촉하는 캠 종동부가 형성된 지지부와;

   상기 지지부의 일측에 설치되는 가동 미러와;

   상기 지지부의 일측과 상기 마운트 사이에 연결된 스프링과;

   상기 마운트에 대하여 고정된 촬상 카메라와;

   상기 촬상 카메라의 하부에서 상기 마운트에 대하여 고정된 고정 미러;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 부품 실장기의 다중 노즐 헤드 장치.