專利名稱：一種用于將粘性材料分配在基板上的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種用于將粘性材料分配在如印刷電路板的基板上的方 法及設(shè)備，更具體涉及一種將材料分配在基板上而無需將基板弄濕的方法及設(shè) 備。
背景技術(shù)：
目前有多種用于不同應(yīng)用的分配定量液體或漿體的現(xiàn)有分配系統(tǒng)。其中一 種應(yīng)用是將集成電路芯片及其他電路元件組裝在電路板基板上。在這種應(yīng)用 中，采用自動化分配系統(tǒng)將液體環(huán)氧樹脂、焊料膏或其他相關(guān)材料的點分配到 電路板上。自動化分配系統(tǒng)同樣用于分配未充滿材料及密封材料的線，所述材
料用于將元件以機(jī)械方式固定于電路板。未充滿(underfill)材料與密封材料 用于提高上述組裝的機(jī)械特征和環(huán)境特性。
另一種應(yīng)用是將極小量的材料或點分配到電路板上。在一種能夠分配材料 點的系統(tǒng)中，分配單元采用具有螺旋槽的旋轉(zhuǎn)螺旋將材料排出噴嘴，并分配到 電路板上。 一種此類系統(tǒng)4皮名稱為《Liquid dispensing system with sealing augermg screw and method for dispensing》、專利號為5,819,983、由本發(fā)明的受 讓人馬薩諸塞州、富蘭克林的Speedline technologies,Inc.所擁有的美國專利所 公開。
在采用了螺;旋式分配器的典型才喿作中，分配單元在將材料點或材料線分配 到電路板上之前向電路板的表面降低，在將材料點或材料線分配完成之后升 高。采用這種類型的分配器，可以極為準(zhǔn)確地布置數(shù)量較少且精確的材料。在 垂直于電路板的方向上下降和上升，典型地被認(rèn)為是z軸的運(yùn)動，所述分配單 元所需的時間可以貢獻(xiàn)出執(zhí)行分配操作所需的時間。特別是，采用螺旋式分配 器在分配材料點或材料線之前，分配單元下降從而使材料接觸或"濕潤"電路 板。濕潤過程貢獻(xiàn)了執(zhí)行分配操作的附加時間。
在現(xiàn)有自動化分配器領(lǐng)域，同樣已知的是采用"噴射"方法將粘性材料點向電路板發(fā)射。在這種噴射系統(tǒng)中，在一分鐘內(nèi)，以足夠的慣性將離散量的粘 性材料噴出噴嘴，從而使材料在接觸到電路板之前與噴嘴分離。如上文所述， 對于采用螺旋式的應(yīng)用或其他現(xiàn)有應(yīng)用，非噴射系統(tǒng)，需要在材料點脫離噴嘴 之前使材料點將電路板濕潤。對于噴射類型的應(yīng)用，可以使點沉積在基板上而 無需以離散點的圖案濕潤電路板，或者可以以彼此足夠接近的方式布置材料 點，從而使其結(jié)合成或多或少連續(xù)的圖形。
已知的噴射系統(tǒng)的一個優(yōu)勢在于，在進(jìn)行分配時，其對于電路板與噴嘴間 距離變化的非敏感性。在大多數(shù)情況下，噴嘴可以向電路板分配多個點而無需 進(jìn)行朝向電路板或遠(yuǎn)離電路板的Z軸運(yùn)動。然而噴射系統(tǒng)的顯著缺陷在于，該 系統(tǒng)僅能夠分配較小的材料點，并且每個點具有固定的大小。如果需要較大的 點，典型的噴射系統(tǒng)能夠在同一位置分配多個獨立點，從而共同貢獻(xiàn)足夠材料 以生成較大的點。可選的是，可以重新構(gòu)造噴射系統(tǒng)以采用較大的噴嘴，從而
生成4支大的點。如果需要較小的點，則可以構(gòu)造噴射系統(tǒng)采用較小的噴嘴。由 于典型地必須將分配器停止，從而負(fù)面影響分配器所工作的生產(chǎn)線的產(chǎn)量，因 此重新構(gòu)造噴嘴是不被期望的。
同樣如上文所述，在典型的噴射系統(tǒng)中，由系統(tǒng)所布置的材料量必須是單 個材料點的材料量的整數(shù)倍，因此若不進(jìn)行重大的變更則無法改變點的大小。 這種限制 一般是由于限制點的尺寸的噴嘴的噴孔的固定尺寸造成的。
具有多種分配量大小的噴射式分配式系統(tǒng)也是已知的。然而，這種系統(tǒng)的 缺陷在于其難以控制通過噴嘴的粘性材料的流量。特別是，在噴嘴入口處或節(jié) 流閥之前的粘性材料的壓力通常是保持相對固定的。需分配的不同材料的粘性 變化、存放時間和溫度變化造成的粘性變化會引起輸出流速的有害變化，從而 導(dǎo)致噴配的材料量的不可控性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面涉及用于將一定體積的粘性材料分配到基板上的分配器。 所述分配器包括框架，與框架相連接的門架系統(tǒng)，及與所述門架系統(tǒng)相連接的 分配單元。在一個特定實施例中，所述分配單元包括具有腔體的外殼，及設(shè)置 于所述腔體中的活塞。所述活塞構(gòu)造成在腔體中的預(yù)分配位置和分配位置之間 運(yùn)動。與所述活塞相連接的電動機(jī)，其用于驅(qū)動活塞在所述腔體內(nèi)的運(yùn)動。與所述外殼相連接的噴嘴。所述噴嘴具有分配孔，并且該噴嘴構(gòu)造用于在其中接 收所述活塞。與所述電動機(jī)相連接的控制器，其用于控制電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。布置 使得從分配孔分配的粘性材料基本上等于在活塞移動到其分配位置時進(jìn)入分 配孔的體積。
本發(fā)明的另一方面涉及一種用于將粘性材料分配到基板上的分配器。所述 分配器包括框架，與框架相連接的門架系統(tǒng)，以及與所述門架系統(tǒng)相連接的分 配單元。所述分配單元包括具有腔體的外殼，設(shè)置于所述腔體中的筒，以及設(shè) 置于所述筒中的活塞。所述活塞構(gòu)造成在所述腔體中的預(yù)分配位置和分配位置 之間運(yùn)動。與所述外殼相連接的噴嘴，所述噴嘴具有分配孔。與所述活塞相連 接的電動機(jī)，其用于驅(qū)動所述活塞在筒內(nèi)部的運(yùn)動。與所述電動機(jī)相連接的控 制器，其用于控制電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的再一方面涉及一種用于將粘性材料分配到基板上的分配器，所述 分配器包括框架，與框架相連接的門架系統(tǒng)，與所述門架系統(tǒng)相連接的分配單 元。在一個實施例中，所述分配單元包括具有腔體的外殼，形成于外殼中的開
口，用于將粘性材^H專送到腔體，設(shè)置于腔體中的活塞。所述活塞構(gòu)造用于在 所述腔體中從收縮、預(yù)分配位置移動到延伸、分配位置。與所述活塞相連接的 電動機(jī)，其用于驅(qū)動所述活塞在筒內(nèi)部的收縮及延伸位置間的運(yùn)動。與所述外 殼相連接的噴嘴，所述噴嘴具有分配孔。與所述電動機(jī)相連接的控制器，其用 于控制電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。布置使得所述活塞從所述收縮位置移動到所述延伸位 置，在所述收縮位置可以通過所述開口將粘性材料傳送到所述腔體，在所述延 伸位置，活塞向所述噴嘴的所述分配孔移動，從而阻止粘性材料流入所述分配 孔中。
本發(fā)明的另一方面涉及一種從分配器分配粘性材料的方法，該分配器具有 腔體、用于將粘性材^"傳送到所述腔體的開口 、與所述腔體流體連通的分配孔、
以及在所述分配孔中可移動的活塞。所述方法包括沿遠(yuǎn)離所述分配孔的方向 移動所述活塞；通過所述開口將粘性材料傳送到所述腔體；沿朝向所述分配孔 的方向移動所述活塞；通過在所述活塞向所述分配孔移動時阻塞所述開口，從 而切斷粘性材料的傳送；以及噴射一定量的粘性材料。
本發(fā)明的另一方面涉及一種從分配器分配粘性材料的方法，該分配器具有
9腔體、用于將粘性材料傳送到所述腔體的開口 、與所述腔體流體連通的分配孔、
以及在所述分配孔中可移動的活塞。所述方法包括沿遠(yuǎn)離所述分配孔的方向 移動所述活塞；通過所述開口將粘性材料傳送到所述腔體；沿朝向所述分配孔 的方向移動所述活塞；噴射基本上等于所述活塞移動進(jìn)入所述分配孔中的體積 量的粘性材料。
本發(fā)明的另一方面涉及一種從分配器分配粘性材料的方法。所述分配器具 有腔體，用于將粘性材料傳送到所述腔體的開口，與所述腔體流體連通的分配 孔，具有延伸孔的筒，所述筒布置于所述腔體中，可以與所述腔體及所述筒的 延伸孔流體連通的分配孔，以及布置于所述筒的延伸孔中的活塞，其構(gòu)造成進(jìn) 入所述分配孔以分配一定量的粘性材料。所述方法包括選擇筒，將其置于所 述腔體中；選擇活塞，將其置于所述筒的延伸孔中；沿遠(yuǎn)離所述分配孔的方向 移動所述活塞；通過所述開口部將粘性材料傳送到所述腔體；沿朝向所述分配 空的方向移動所述活塞；噴射一定量的粘性材料。
結(jié)合下面的附圖、詳細(xì)說明及權(quán)利要求將會對本發(fā)明產(chǎn)生全面的理解。


為了更好地理解本發(fā)明，參考在此列出的帶有附圖標(biāo)記的附圖 圖l是本發(fā)明實施例采用的分配器的示意圖； 圖2是本發(fā)明實施例的分配單元的透視圖； 圖3是沿圖2所示的分配單元的直線3-3的剖視圖； 圖4是沿圖2所示的分配單元的直線4-4的剖視圖； 圖5是圖3所示的分配單元在預(yù)分配位置時的噴嘴的放大剖視圖； 圖6是在分配位置所示的噴嘴的放大剖視圖； 圖7是圖6所示的噴嘴的噴孔組件的放大剖視圖； 圖8是這里所示的分配單元的內(nèi)部元件的分解透^L圖。
具體實施例方式
僅為了說明而非限制，將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。本發(fā)明在應(yīng)用中不限 于下文中所述的、或附圖中所示的具體構(gòu)造及部件布置。本發(fā)明適于其他實施 例并能夠以多種方式執(zhí)行。同樣，本文的措辭和術(shù)語是用于說明而非限制。同 時，本文中的"包含"、"包4舌"、"具有"、"容納"、"涉及"等各類詞語，表示包括后面列出的項目以及其等同物和其他的項目。
本發(fā)明的實施例針對分配單元、分配方法以及包括本發(fā)明的方法和設(shè)備的 分配系統(tǒng)。本發(fā)明的實施例可以采用本發(fā)明的受讓人，馬薩諸塞州的富蘭克林
的Speedline科才支有限公司(Speedline technologies,Inc.)所擁有的品牌 CAMALOT下的分配系統(tǒng)。
圖1示出了才艮據(jù)本發(fā)明的一個實施例的分配器，通常由IO表示，其用于 將粘性材料(例如粘合劑、密封物質(zhì)、環(huán)氧物質(zhì)、焊膏、底部填充材料等)或 半粘性材料(如助焊劑等)分配到印刷電路^反12上。分配器10包括通常由 14表示的分配單元或者頭，以及控制器16。分配器IO還包括具有用于支撐電 路板12的基座20的框架18，以及用于支撐分配單元14的臂22。如電路板加 工領(lǐng)域所已知的，在分配器10中可以使用輸送機(jī)系統(tǒng)(未顯示)，以控制將電 路板裝載到分配器上或者卸下。臂22與框架18可移動的連接?？梢栽诳刂破?16的控制下使用電動機(jī)沿X軸、Y軸、Z軸移動臂22，以根據(jù)需要將分配單 元定位于電路板上方的預(yù)定位置、高度。
如下文所述，在一個實施例中分配器IO構(gòu)造成用于提供控制每次分配的 體積流速的無針分配。此外，在至少一個實施例中，在分配過程中，分配單元 14可以橫向穿過電3各板或其它基板移動。此外，在實施例中，控制分配器10 為正在分配的材料提供足夠的速度，從而在分配終止時材料從分配器噴出，而 無需如在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中般"濕潤"電路板12。
現(xiàn)在參考附圖2，分配單元14包括通常由24表示的分配組件以及通常由 26表示的材料供給組件，所述材料供給組件固定于分配組件，并構(gòu)造成用于 為分配組件供給粘性材料。粘性材料的示例包括焊膏、環(huán)氧物質(zhì)、密封物質(zhì)、 粘合劑、底層填充物質(zhì)及其它用于將電子部件固定在印刷電路板或類似基板上 的材料，但并不限于以上物質(zhì)。所述材料供給組件26設(shè)計為在壓力下容納有 粘性材料，并將加壓的粘性材料傳送到分配組件24。分配組件24設(shè)計為在控 制器16的控制下通過臂22在基板(如印刷電路板12 )上方沿x和y方向移 動，并將粘性材料的點噴射到基板上。
現(xiàn)在參考圖2-6和圖8,在一個實施例中，分配組件24可以構(gòu)造成包含通 常由28表示的編碼器組件、通常由30表示的電動機(jī)組件、分配器外殼32和通常由34表示的噴嘴組件。具體來說，編碼器組件28包含編碼器外殼36、 編碼器刻度38和位置編碼器40。編碼器組件28的位置編碼器40與控制器16 相通，以在分配器10的操作過程中提供電動機(jī)組件30的位置的閉環(huán)反饋。采 用具有移動刻度38的編碼器降低慣性，并且不需要通常由移動編碼器頭和固 定刻度所需的撓性電線。
在一個實施例中，電動機(jī)組件30是音圏電動機(jī)，將其構(gòu)造為與控制器16 相通。所述電動機(jī)組件30可以包括由鐵磁材料制成的電動才幾外殼42、音圈44、 磁鐵46、以及與磁鐵相連的驅(qū)動軸48。如圖所示，編碼器外殼36及電動機(jī)外 殼42沿A軸連接在一起。采用移動磁鐵音圈電動機(jī)消除了傳統(tǒng)音圏電動機(jī)的 撓性電線，提供在音圈44和電動機(jī)外殼42之間的增強(qiáng)了的熱連接，從而增強(qiáng) 電動才幾組件30的散熱。
布置使得音圏44設(shè)置于磁鐵46和鐵磁電動機(jī)外殼42之間，以驅(qū)動在分 配器組件26中的驅(qū)動軸48的上下運(yùn)動。將位置編碼器40定位用以在驅(qū)動軸 在電動機(jī)外殼42內(nèi)部上下移動時，感應(yīng)所述驅(qū)動軸48的位置?？梢詫⒖刂破?16與驅(qū)動器(未顯示)相配置，該驅(qū)動器與電動機(jī)組件30和編碼器組件28 相通。這種布置排除了換向(commutation)并能夠?qū)⒋琵X槽最小化，以獲得 對電動機(jī)更好的控制。
與電動機(jī)外殼42沿A軸相連接的分配器外殼32 ^L構(gòu)造成形成腔體50(見 圖3-8 )，驅(qū)動軸48的下端移動通過該腔體。與驅(qū)動軸48的下端相連的是活塞 驅(qū)動軛54，其突出進(jìn)入分配器外殼32的腔體50。如圖8中的最好顯示，在活 塞驅(qū)動軛54中形成狹槽(未顯示)以接收定位銷55,該定位銷保證驅(qū)動軛及 活塞適配件的定位。定位銷55還提供保證光學(xué)定位編碼器刻度38的正確定位 的手段，控制活塞的位置。下面在對分配單元14進(jìn)行說明的過程中將對所述 活塞驅(qū)動軛54做出詳細(xì)的說明。
噴嘴組件34可以包括噴嘴外殼56,其通過固定螺絲58固定于分配器外 殼32。噴嘴外殼56可以構(gòu)造成包括圓柱狀腔體60，該腔體60構(gòu)造成接收筒 狀汽缸62及活塞64,所述活塞具有上端及具有平面70的下端。所述活塞64 構(gòu)造成沿A軸在形成于筒狀汽缸62中的延伸孔72中被^接收并滑動。在一個 實施例中，所述活塞64的直徑在0.020英寸至0.062英寸之間，而優(yōu)選的直徑為0.032英寸。形成所述筒狀汽缸62的延伸孔72的尺寸，以在其中接收活塞 64,并使活塞能夠在孔中滑動。
密封螺帽74和適當(dāng)?shù)拿芊饧?6、 78,在圓柱狀腔體60中將筒狀汽缸62 的上部固定于噴嘴外殼56。可以將一塊柔性材料79布置于密封螺帽74上以 提供彈性力，從而在活塞64完成了其向下的撞擊后，產(chǎn)生活塞64的快速減速。 這種構(gòu)造能夠使分配器10安靜地運(yùn)行。筒狀汽缸62的下部通過噴嘴組件34 的針螺帽80固定，下文中將更詳細(xì)地介紹。所述圓柱狀腔體60形成了小的分 配洞，其能夠與材料供給管84進(jìn)行流體連通，該材料供給管適于從材料供給 組件26接收材料。如圖所示，材料供給管84通過入口零件86可釋》史地固定 于噴嘴外殼56。如下文中將更為詳細(xì)介紹的，在壓力下，粘性材料被傳送到 圓柱狀腔體60并到達(dá)小的分配洞。
如圖7所示，噴嘴組件34還包括通常由88表示的孔組件，其設(shè)計為通過 針螺帽80與噴嘴外殼56的下端螺紋固定。特別是，孔組件88包括孔嵌入件 90,構(gòu)造成接收孔嵌入件的孔適配件92及針螺帽80，該孔組件88構(gòu)造成通 過針螺帽80將整個孔組件螺紋連接到噴嘴外殼56。如圖所示，孔嵌入件為具 有形成在其中的圓錐狀面94及如直徑為0.005英寸的小直徑孔96的通常圓柱 狀件。在一個實施例中，孔嵌入件90可以以石更質(zhì)材料制成，如人造藍(lán)寶石。
這種布置使粘性材料從小直徑孔96中噴出到基板，如電路板12上。在一 個實施例中，孔適配件92是兩部分構(gòu)造，其具有下部98，在所述下部中形成 凹穴100以接收孔嵌入件90。為了將孔嵌入件90固定在孔適配件92的下部 98的凹穴100中，采用陷型(swaged)的連接。孔適配件92與筒狀汽缸62 的底面102相通。筒狀汽缸62進(jìn)一步包括形成于其中的分配孔104，該分配 孔與圓柱狀腔體60流體連通。使分配孔104的大小適合于在執(zhí)行如圖7所述 的分配撞擊時，接收活塞64的下部。如圖所示，由于孔嵌入件90由孔適配件 92和針螺帽80機(jī)械地限制，因此無需調(diào)整孔分配孔96的位置。在一個特定 實施例中，可以為分配器10的末端用戶提供噴嘴組件34的整體組件，從而幫 助清洗噴嘴組件。具體來說，通過擰開針螺帽80可以將使用過的噴嘴組件從 分配器10的分配單元14整體移除，并更換新的(干凈的)噴嘴組件。
現(xiàn)在參照圖3-6,特別是圖3-4，在一個特定實施例中，活塞64的上部包
13括放大頭106,該放大頭被電動機(jī)組件30的活塞驅(qū)動軛54所捕捉和固定。因 此，這種布置使電動機(jī)組件30通過移動驅(qū)動軸48來驅(qū)動活塞64在腔體50 中上下移動。活塞64構(gòu)造成在收縮、預(yù)分配位置(圖5)與延伸、分配位置
(圖6)之間往復(fù)運(yùn)動。由分配單元14分配的粘性材料的體積基本上等于在 活塞向孔嵌入件90移動時，活塞64移動進(jìn)入分配孔104的體積(圖7)。活 塞64的平面70輔助剪切在活塞下部下降時在分配孔104中存留的流體填充物 的顆粒，從而將入口通道122封閉。
在所示的實施例中，材料供給組件26包括材料供給筒或材料供給容器 108,材料供給管84，以及安裝組件。如圖所示，安裝組件包括安裝架110、 安裝桿112。安裝桿112操作凸輪鎖(cam-lock)將分配單元14與臂22固定， 其構(gòu)造成將筒108連接到分配組件24。材料供給管84通過出口零件114連接 到筒108，該材料供給管傾斜地將筒連接到分配組件24的噴嘴外殼56,其依 靠重力提高流入腔體50的粘性材料的流量。采用蓋子116蓋住筒108的上端。 將蓋子116與空氣壓力入口 118相構(gòu)造，所述入口在壓力下向筒中供給空氣以 給盛在筒中的粘性材料加壓。加壓后的粘性材料從筒108流入材料供給管84 并到達(dá)分配組件24的腔體50。可以提供與控制器16相耦接的材料液面?zhèn)鞲?器120，從而監(jiān)測保存在筒108中的材料的液面。
粘性材料從材料供給管84流入腔體50,從而使粘性材料在壓力下沉積在 形成圓柱狀腔體60的噴嘴外殼56的內(nèi)壁與筒狀汽缸62的外壁之間。如圖5、 6所示，粘性材料通過均由122表示的形成在筒狀汽缸62中的兩條狹窄縫隙 進(jìn)入分配孔104。這種布置4吏在活塞64處于收縮位置時，其中電動機(jī)組件30 升高活塞64，粘性材料進(jìn)入形成在筒狀汽缸62中的孔72及分配孔104中。 因此，當(dāng)活塞64朝著孔嵌入件卯移動到延伸或分配位置時，其中電動機(jī)組件 30通過驅(qū)動軸48降低活塞64，在分配孔中的材料;故分配時，活塞阻斷了狹窄 縫隙122與分配孔104之間的粘性材料流通?？梢試@筒狀主體62提供套筒
(未示出)，從而選擇地擴(kuò)大或者縮小縫隙122的尺寸以提高或者降低進(jìn)入分 配孔104的材料量。
在所示的是示例中，筒狀汽缸62、活塞64及孔嵌入件90均為可移動和 可替換的，從而可以改變粘性材料點的尺寸。例如，為了獲得較大的點，可以增加筒狀汽缸62、活塞64、小直徑孔104及孔嵌入件90中的分配孔96的尺 寸。相反地，為了獲得較小的點，可以減小這些尺寸。此外，由于通常的分配 組件24及特別的噴嘴組件34是容易可移動的，因此可以快速、有效地移除這 些構(gòu)件包括密封件76、 78，從而進(jìn)行清洗或更換。
當(dāng)操作分配器10的時候，活塞64在收縮及延伸位置之間移動，從而通過 孔嵌入件90的小直徑孔96將來自孔適配件92中的分配孔104的材料點分配。 具體參考圖5和6，當(dāng)活塞處于收縮位置，粘性材料從圓柱狀腔體60通過縫 隙122進(jìn)入分配孔104。當(dāng)活塞64在控制器16的搮:作下通過電動^L組件30 的驅(qū)動軸48移動到延伸位置時，活塞64通過堵塞筒狀汽缸62的縫隙122切 斷對分配孔104的粘性材料的供給。如上文所述，在活塞64進(jìn)入分配孔104 中時，活塞64的平面端70在分配孔104中剪切容納在分配腔體中的存留顆粒。 這種布置使來自分配孔104的分配的粘稠材料的體積基本上與進(jìn)入分配孔中 的活塞的體積相等?；钊?4的向下撞擊可由活塞的頭106的肩部124進(jìn)行限 制，肩部124與由位于密封帽74上的柔性材料79形成的肩部126相接合。因 此，在分配材料點時，活塞64在控制器16和電動機(jī)組件30的控制下以相對 較快的速率進(jìn)入分配孔104中，并在活塞64的肩部124、 126以及密封螺帽 74和噴嘴外殼56結(jié)合時立即減速。彈性材料79緩沖活塞64的立即減速。
在一個實施例中，為了改變分配單元14所分配的點的尺寸，可以更換筒 狀汽缸62、活塞64及孔嵌入件90。具體來說，通過檸松針螺帽80，同樣可 以將位于針螺帽中的孔嵌入件90和孔適配件92移除。 一旦移除，可以將筒狀 汽缸62從其在密封帽74中的座中移除?？梢杂镁哂胁煌睆降目?2的其它 筒狀汽缸更換筒狀汽缸62?？梢杂昧硗庖粋€具有能夠使活塞在筒狀汽缸62的 孔72中滑動的直徑尺寸的活塞更換活塞64。此外，可以更換孔嵌入件90,從 而使其具有小直徑的孔96、并具有與特殊的筒狀汽缸62和活塞64相互工作 的尺寸的分配孔104。如上文所述，整個噴嘴組件34可以由噴嘴組件更換， 爿t人而改變孔嵌入件的小直徑孔的大小。
在另一個實施例中，分配單元14可以構(gòu)造有加熱器，從而在將材料從分 配單元噴出時加熱粘性材料。具體來說，加熱器能夠降低材料的粘性，從而更 好地控制從分配單元的材料噴出。在操作過程中，將分配單元(如分配單元14)定位于如電路板12的基板 上方的額定間隙高度。盡管電路板高度的不同、電路板上表面的平整度的不規(guī) 則可能會引起的間隙高度不同并不會對粘性材料的分配產(chǎn)生負(fù)面影響，在分配 操作中仍將這種間隙高度保持在在電路板上方的相對固定的高度。特別是，分 配單元無需在每次分配才喿作的最后將噴嘴沿z軸從電路板升高。然而，為了適 應(yīng)電路板高度的不同及電路板平整度的不規(guī)則(或者甚至為了躲避阻擋)，可 以配置分配器，使其能夠沿z軸移動。
在本發(fā)明的一個實施例中，為了達(dá)到使分配單元的噴嘴高度保持在所期望 的電路板上方的高處的目的，提供了測量噴嘴在電路板上方z軸方向的高度的 系統(tǒng)。在一些高度(距離)測量系統(tǒng)中，在測量系統(tǒng)和被測表面(如表現(xiàn)為印 刷電路板的基板表面)之間進(jìn)行物理接觸。專利號為6,093,251、名稱為《分 配系統(tǒng)中用于測量基板高度的設(shè)備》(《APPARATUS FOR MEASURING THE HEIGHT OF A SUBSTRATE IN A DISPENSING SYSTEM》)的美國專利公開了 一種此類測量系統(tǒng)，該專利已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并作為參考在本文中 引用。具體來說，專利號為6,093,251的美國專利公開了一種測量探測器，其 能夠在參考點和電路板上的位置之間延伸，從而測量基板的高度。
在其他高度測量系統(tǒng)中，將激光光源和光學(xué)傳感系統(tǒng)相結(jié)合從而無需物理 接觸而測量目標(biāo)位置。 一種非接觸測量系統(tǒng)的例子是由德國Ortenburg的 Micro-Epsilon Messtechnik GmbH公司發(fā)布制造的?？梢杂霉鈱W(xué)傳感系統(tǒng)替換 測量探測器。在本發(fā)明其他實施例中，高度測量系統(tǒng)的引入使對電路板的上表 面的測量及對電路板的上表面的垂直位置的變化的補(bǔ)償更為簡易。
采用上述的高度測量系統(tǒng)，本發(fā)明的分配器能夠測量噴嘴末梢在電路板上 表面上方的距離或者高度。保持噴嘴在基板上方的高度是控制分配器最優(yōu)化地 進(jìn)行工作的一個因素。具體來說，噴嘴在電路版上方的高度必須足夠以保證分 配材料使其脫離噴嘴，并不面臨噴嘴與電路板相接觸的危險。同樣，在電路板 上方的噴嘴的高度過大，可能會使材料濺到電路板上并引起不期望的附屬物 (satellites )。
一旦噴嘴在電路板上表面的高度被確定和校正后，如果需要，分配單元可 以經(jīng)觸發(fā)開始分配粘性材料?？梢詫㈩A(yù)定的分配操作編程入分配器的控制器，
16特別是，將電路板需要粘性材料的上表面的區(qū)域預(yù)編程進(jìn)入控制器。由分配器
分配材料時的快慢(quickness )是由對于電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的操縱及噴嘴在電路板上 方的移動速度所決定的。電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度以及所分配的材料的粘性是用于確 定最佳的預(yù)期體積流速，也就是在電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時的速率的因素。指定的材料的 分配以及噴嘴無需沿z軸方向在電路板上方移動，能夠快速有效地將材料分配 到預(yù)定區(qū)域。
在分配過程中，材料的分配被引發(fā)，并且無論在分配操作被引發(fā)前或者引 發(fā)后，基于材料的體積流速和粘性，分配器開始橫向運(yùn)動(也就是，x軸和y 軸)。材料的流速必須足夠以克服在噴嘴內(nèi)部的材料的表面張力。 一旦由期望 數(shù)量的材料覆蓋了所述區(qū)域后，結(jié)束分配操作。分配器以足夠的慣性從噴嘴噴 出材料，從而在分配器停止材料的流動時，使材料脫離于針(needle)。因此， 可能需要在材料的分配結(jié)束后繼續(xù)移動分配單元。如上文所述，通過操縱分配 器的電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度以改變所分配的材料的體積流速，因此可以通過控制器 控制材料離開針的速度以及其碰撞電路板時的速度。如果釆用了過低的體積流 速，所述離開速度，以及由此的離開慣性，將不足以使材料從噴嘴干凈地分離。 如果采用了過高的體積流速，材料碰撞電路板的速度過高，可能會引起不期望 的材料的噴濺和附屬物(satellites )。此外，通過改變分配材料在電路板上沿x 軸和y軸移動的方向，另外控制材料的點的有效直徑。
為了產(chǎn)生具有統(tǒng)一直徑和截面的分配點，本發(fā)明的實施例可以在開始材料 傳輸前觸發(fā)相對于電路板的分配單元的橫向運(yùn)動。同樣地，為了保持所分配的 點在分配圖案結(jié)束處的均勻性，可以在材料傳送結(jié)束后繼續(xù)分配單元的橫向運(yùn) 動。基于材料的特征和應(yīng)用的特殊性質(zhì)，這種在分配前和分配后的橫向運(yùn)動可 以提高所分配圖案的結(jié)果。
通過在分配操作中監(jiān)測所分配的材料的體積流速，可以實現(xiàn)測量所分配的 粘性材料的數(shù)量的目的。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，通過測量沉積的材料的大 小實現(xiàn)所述測量。特別是，可以采用離軸成像系統(tǒng)測量分配到電路板上的材料 的高度和直徑。 一種此類系統(tǒng)由申請?zhí)枮?0/831,468，名稱為"用于分配器的 成像檢查系統(tǒng)和方法(Imaging and inspection system for a dispenser and methodforsame)"的美國專利申請所公開，該申請已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并且在 本文中作為參考以引用該專利申請。所述視覺系統(tǒng)可以位置化地沿光軸獲取電 路板上表面的圖像，從而捕捉圖像。特別是，所述系統(tǒng)能夠確定所分配的材料 的特征(如所分配的材料的高度和直徑)。將所分配的材料的特征與編入控制 器中的可接受的限度進(jìn)行比較，并確定電路板是否通過檢驗或必須重新加工。 從這種成像系統(tǒng)中獲取的信息然后被用于調(diào)整分配程序的特定參數(shù)，從而獲得 更準(zhǔn)確的預(yù)期結(jié)果。
一旦測量后，將所測量的數(shù)量與分配材料經(jīng)過計算的數(shù)量進(jìn)行比對，從而 確定分配操作的準(zhǔn)確性。特別是，可以對通過分配噴嘴所分配的材料的體積流 速的計算以確立經(jīng)過計算的數(shù)量。同樣可以釆用流量計以計算通過噴嘴所分配 的材料的數(shù)量。由于通過控制器能夠校正所測量的數(shù)量與經(jīng)計算的數(shù)量之間的 差異，因此，盡管無需通過捕捉圖像以建立經(jīng)測量的數(shù)量的過程，但該過程幫 助提高分配操作的準(zhǔn)確性。
因此，需要說明的是，根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的分配器能夠在不濕 潤電路板的情況下準(zhǔn)確地分配粘性材料。傳統(tǒng)的分配器(如螺旋式分配器)典 型地在分配前將電路板濕潤。典型的噴射系統(tǒng)，雖然無需濕潤，但通常無法分 配具有不同數(shù)量大小的材料。本發(fā)明的實施例的分配器具有快速筒便地更換的 噴嘴組件從而改變在基板上所分配的材料的大小。同樣，指定的活塞和分配孔 的構(gòu)造，沉積在基板上的分配的材料的體積的準(zhǔn)確性被進(jìn)一步提高。
本文所揭示的分配單元可以適于所有適當(dāng)?shù)姆峙淦鳌＠?，可以采用具?不同材料供給構(gòu)造或移動構(gòu)造的分配單元。
因此，在說明了至少一個本發(fā)明的實施例后，本領(lǐng)域技術(shù)人員易于想到不 同的變更、修改和改進(jìn)方案。這種變更、修改和改進(jìn)落于本發(fā)明的構(gòu)思之中。 相應(yīng)地，前述說明僅僅是說明性的而非限定性的。本發(fā)明的限制僅由下面的權(quán) 利要求及其等同物所構(gòu)成。
權(quán)利要求
1. 一種用于將一定體積的粘性材料分配到基板上的分配器，所述分配器包括框架；與所述框架相連接的門架系統(tǒng)；與所述門架系統(tǒng)相連接的分配單元，所述分配單元包括具有腔體的外殼，設(shè)置于所述腔體中的活塞，所述活塞構(gòu)造成在腔體中的預(yù)分配位置和分配位置之間運(yùn)動，與所述活塞相連接的電動機(jī)，用于驅(qū)動活塞在所述腔體內(nèi)的運(yùn)動，以及與所述外殼相連接的噴嘴，所述噴嘴具有分配孔，并且該噴嘴構(gòu)造成在其中接收所述活塞；以及與所述電動機(jī)相連接的控制器，用于控制電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，其中，布置使得從分配孔分配的粘性材料的體積基本上等于在活塞移動到其分配位置時進(jìn)入分配孔的活塞的體積。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分配器，其中，所述外殼進(jìn)一步包括在其中形成的肩部，并且其中所述活塞包括肩部，活塞的肩部構(gòu)造成與所述外殼的肩部相接合以限制所述活塞向其分配位置的移動。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分配器，其中，所述外殼包括設(shè)置于所述腔體內(nèi)部的筒，所述筒具有能夠在其中滑動地接收所述活塞的內(nèi)直徑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的分配器，其中，所述筒的內(nèi)直徑能夠容納所述活塞的直徑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分配器，其中，所述電動機(jī)包括線性音圈電動機(jī)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分配器，其中，所述噴嘴包括孔，該孔具有與所述分配孔流體連通的小直徑孔。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的分配器，其中，所述分配單元進(jìn)一步包括形成在所述外殼中的開口以將粘性材料傳送到所述分配孔。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的分配器，其中，當(dāng)所述活塞移動到其分配位置時，所述活塞阻塞向所述分配孔的粘性材料的傳送。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的分配器，其中，所述活塞在與所述分配孔相鄰的端部具有平的端部。
10. —種用于將粘性材料分配到基板上的分配器，所述分配器包括框架；與框架相連接的門架系統(tǒng)；與所述門架系統(tǒng)相連"l妻的分配單元，所述分配單元包括具有腔體的外殼，設(shè)置于所述腔體中的筒，設(shè)置于所述筒中的活塞，所述活塞構(gòu)造成在所述腔體中的預(yù)分配位置和分配位置之間運(yùn)動，與所述外殼相連接的噴嘴，所述噴嘴具有分配孔，以及與所述活塞相連接的電動機(jī)，用于驅(qū)動所述活塞在所述筒內(nèi)部的運(yùn)動；以及與所述電動機(jī)相連接的控制器，用于控制電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的分配器，其中，所述外殼包括在其中形成的肩部，并且其中所述活塞包括肩部，活塞的肩部構(gòu)造成與所述外殼的肩部相接合以在所述活塞移動到其分配位置時限制所述活塞的移動。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的分配器，其中，布置使得從所述分配孔分配的粘性材料的體積基本上等于在活塞移動到其分配位置時進(jìn)入所述分配孔的活塞的體積。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的分配器，其中，所述筒具有能夠在其中滑動地接收所述活塞的內(nèi)直徑。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的分配器，其中，所述筒的內(nèi)直徑能夠容納所述活塞的直徑。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的分配器，其中，所述電動機(jī)包括線性音圈電動機(jī)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的分配器，其中，所述噴嘴包括孔，該孔具有與所述分配孔流體連通的小直徑孔。
17. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的分配器，其中，所述分配單元進(jìn)一步包括粘性材料供給容器，該粘性材料供給容器構(gòu)造成通過形成在所述外殼中的開口將粘性材料傳送到所述分配孔。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的分配器，其中，當(dāng)所述活塞移動到其分配位置時，所述活塞阻塞向所述分配孔的粘性材料的傳送。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的分配器，其中，所述活塞在與所述分配孔相鄰的端部具有平的端部。
20. —種用于將粘性材料分配到基板上的分配器，所述分配器包括框架；與框架相連接的門架系統(tǒng)；與所述門架系統(tǒng)相連接的分配單元，所述分配單元包括具有腔體的外殼，形成于外殼中的開口，用于將粘性材料傳送到腔體，設(shè)置在腔體中的活塞，所述活塞構(gòu)造成在所述腔體中從收縮、預(yù)分配位置移動到延伸、分配位置，與所述活塞相連接的電動機(jī)，用于驅(qū)動所述活塞在腔體內(nèi)部的收縮及延伸位置間的運(yùn)動，以及與所述外殼相連接的噴嘴，所述噴嘴具有分配孔；以及與所述電動機(jī)相連接的控制器，用于控制電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，其中，布置使得所述活塞構(gòu)造成從所述收縮位置移動到所述延伸位置，在所述收縮位置，通過所述開口可以將粘性材料傳送到所述腔體，在所述延伸位置，活塞向所述噴嘴的所述分配孔移動以阻止粘性材料流入所述分配孔中。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的分配器，其中，所述外殼進(jìn)一步包括在其中設(shè)置的肩部，并且其中所述活塞包括肩部，活塞的肩部構(gòu)造成與所述外殼的肩部相接合以在所述活塞移動到其延伸位置時限制活塞的移動。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的分配器，其中，布置使得從分配孔分配的粘性材料的體積基本上等于進(jìn)入所述分配孔的活塞的體積。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的分配器，其中，所述外殼包括設(shè)置于所述腔體內(nèi)部的筒，所述筒具有能夠在其中滑動地接收所述活塞的內(nèi)直徑。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的分配器，其中，所述筒的內(nèi)直徑能夠容納所述活塞的直徑。
25. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的分配器，其中，所述電動機(jī)包括線性音圈電機(jī)。
26. 4艮據(jù)權(quán)利要求25所述的分配器，其中，所述噴嘴包括孔，該孔具有與所述分配孔流體連通的小直徑孔。
27. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的分配器，其中，所述分配單元進(jìn)一步包括粘性材料供給容器，該粘性材料供給容器構(gòu)造成通過所述開口將粘性材料傳送到所述腔體。
28. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的分配器，其中，所述開口的尺寸可以選擇性地;改大或縮小。
29. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的分配器，其中，所述活塞在與所述分配孔相鄰的端部具有平的端部。
30. —種從分配器分配粘性材料的方法，該分配器具有腔體、用于將粘性材料傳送到所述腔體的開口、與所述腔體流體連通的分配孔、以及在所述分配孔中可移動的活塞，所述方法包括沿遠(yuǎn)離所述分配孔的方向移動所述活塞；通過所述開口將粘性材料傳送到所述腔體；沿朝向所述分配孔的方向移動所述活塞；通過在所述活塞向所述分配孔移動時由所述活塞阻塞所述開口 ，切斷粘性材料的傳送；以及噴射一定量的粘性材料。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中，由所述分配器噴出的粘性材料的量基本上等于所述活塞移動進(jìn)所述分配孔中的體積。
32. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包括改變進(jìn)入到所述腔體中的所述開口的大小。
33. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包括通過改變所述活塞朝向所述分配孔的移動的長度，來改變被噴出的粘性材料的量。
34. —種從分配器分配粘性材料的方法，該分配器具有腔體、將粘性材料傳送到所述腔體的開口、與所述腔體流體連通的分配孔、以及在所述分配孔中可移動的活塞，所述方法包括沿遠(yuǎn)離所述分配孔的方向移動所述活塞；通過所述開口將粘性材料傳送到所述腔體；沿朝向所述分配孔的方向移動所述活塞；和噴射基本上等于所述活塞移動進(jìn)入所述分配孔中的體積的量的粘性材料。
35. —種從分配器分配粘性材料的方法，該分配器具有腔體、將粘性材料傳送到所述腔體的開口、具有形成在其中的延伸孔的且設(shè)置在所述腔體中的筒、與所述腔體和所述筒中的延伸孔流體相通的分配孔、以及設(shè)置于所述筒的延伸孔中且構(gòu)造成進(jìn)入所述分配孔以分配一定量的粘性材料的活塞，所述方法包括選捧筒，將其置于所述腔體中；選擇活塞，將其置于所述筒的延伸孔中；沿遠(yuǎn)離所述分配孔的方向移動所述活塞；通過所述開口將粘性材料傳送到所述腔體；沿朝向所述分配孔的方向移動所述活塞；噴射一定量的粘性材料。
36. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，進(jìn)一步包括通過使所述活塞在其每次噴射一定量的粘性物質(zhì)后停止一段經(jīng)控制的時間，從而控制來自所述分配器的粘性材料的流速。
全文摘要
一種用于將一定體積的粘性材料分配到基板上的分配器，其包括框架(18)，與框架(18)相連接的門架系統(tǒng)，以及與所述門架系統(tǒng)相連接的分配單元(14)。所述分配單元(14)包括具有腔體(50)的外殼(32)，以及設(shè)置于腔體(50)中的活塞(64)。所述活塞(64)構(gòu)造成在腔體中的預(yù)分配位置和分配位之間運(yùn)動。所述分配單元14進(jìn)一步包括構(gòu)造用于在其中接收所述活塞(64)的分配孔(104)，以及與所述外殼(32)相連接的噴嘴(34)。與所述活塞(64)相連接的控制器(16)，其用于控制所述活塞(64)的運(yùn)轉(zhuǎn)。所述分配器構(gòu)造使得從所述分配孔(104)中分配的粘性材料的體積基本上等于在活塞(64)移動到其分配位置時進(jìn)入分配孔(104)的體積。進(jìn)一步揭示了分配粘性材料的其他實施例和方法。
文檔編號B67D7/08GK101511491SQ200780032750
公開日2009年8月19日 申請日期2007年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月3日
發(fā)明者托馬斯·C.·浦倫蒂斯, 肯尼斯·C.·克勞奇 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司