以气动驱动分配单元的螺线管阀将材料分配于基板上的方法与流程

1.技术领域

本公开整体涉及用于将粘性材料分配于诸如印刷电路板的基板上的设备和方法。

2.相关技术的讨论

具有用于分配电子材料的分配泵的粘性材料分配器以各种方式进行操作。一些周知分配泵利用伺服电机来驱动旋转式螺旋推运器，而一些分配泵利用线性伺服电机来驱动活塞。其它分配泵不使用伺服电动机，但替代地依赖于用于致动的其它器具。一种此类分配泵(其公开于smith等人的美国专利no.5,747,102)包括分配阀或单元，该分配阀或单元通过以下方式进行操作：利用气动压力将活塞移动远离座，从而压缩弹簧，并且然后释放气动压力以允许弹簧抵着座将活塞向后加速。利用该分配单元，随着活塞接触座，微滴的材料被排出座处的孔口。在此类分配单元中，螺线管阀通常用于控制空气(或其它气体)流入活塞腔室和流出活塞腔室。

在分配行业周知的是，相比于当分配器重复地循环来以快速连续方式产生周期性数列的液滴时的响应，分配器当一次循环一个液滴时将差别地响应。特别地，众所周知但不完全理解的是，周期性液滴数列中的第一液滴或甚至第一若干初始液滴可不同于该周期性数列中的其余液滴。例如，相比于后续沉积的液滴，初始液滴可包含较少质量的材料。

图1和图2示出了用于激励线圈的两种已知螺线管驱动电路。现有技术螺线管驱动电路通常利用接通/断开驱动电路来激励线圈。一些现有技术电路(参见授予gieffers的美国专利no.3,116,441)通过增加另一离散水平的驱动电压(或电流)已改善简单接通或断开状态。该辅助驱动水平用于减小用来以低于用以将螺旋管从未激励位置快速地过渡至致动位置所需的水平(即，低于牵引电流的保持电流)将线圈维持于激励位置所需的电流。当相比于较简单接通/断开驱动电路时，该较低驱动水平用于节省能量并且减少线圈加热，并且通过使对于螺线管场当螺线管关闭时塌缩所需的时间最小化可改善操作速度。

技术实现要素：

本公开的一个方面涉及一种控制用于将材料分配于基板上的分配单元的方法。在一个实施例中，该方法包括将气动驱动泵的螺线管线圈连接至分配系统的放大器输出端；和以放大器驱动螺线管线圈以引起气动驱动泵将材料分配于基板上。

该方法的实施例还可包括在不活动周期期间指定空闲电流在螺线管线圈中流动。空闲电流可足以引起螺线管线圈的升温，但又不足以将螺线管激活至接合位置。该方法还可包括指定第一电流水平在螺线管线圈中流动以快速地激活螺线管，和指定第二电流水平在激活螺线管之后在螺线管线圈中流动。该第二电流水平可足以将螺线管维持于激活状态。第二电流水平可小于第一电流水平。该方法还可包括指定第三电流水平在螺线管线圈中流动。第三电流水平可具有不同于第二电流水平的相对极性并且具有足够小的幅值以不引起螺线管激活。该方法还可包括在不活动周期期间指定空闲电流在螺线管线圈中流动。空闲电流可足以引起螺线管线圈的升温，但又不足以将螺线管激活至接合位置。分配单元可配置成将粘性材料分配于电子基板上。

附图说明

附图非旨在按比例绘制。在图中，各种图中所示的每个等同或近乎等同部件由类似标号来表示。出于清晰的目的，每个部件可不在每个图中进行标记。图中：

图1为用以切换螺线管线圈中的电流的现有技术双极结晶型晶体管(bjt)的示意图；

图2为用以切换螺线管线圈中的电流的现有技术场效应晶体管(fet)的示意图；

图3为本公开的一个实施例的分配器的示意图；

图4为用以驱动螺线管线圈中的电流的具有放大器的致动器驱动电路的示意图；

图5为示出无空闲电流的分配单元的位置相对时间的图表；和

图6为示出具有0.1安培(a)的空闲电流的分配单元的位置相对时间的图表。

具体实施方式

仅出于说明并且不限制通用性的目的，本公开现将参考附图来详细地描述。本公开不限于其对如下述描述所阐释或图中所示的部件的构造和布置的细节的应用。本公开所阐释的原理能够为其它实施例，并且能够以各种方式付诸实践或执行。另外，如本文所用的措辞或术语是出于描述的目的并且不应视为限制性的。本文所用的“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”和其变型意指涵盖此后所列的项目和其等同物以及额外项目。

本公开的各种实施例涉及粘性材料分配系统、包括分配系统的装置。本文所公开的实施例涉及用于通过分配泵将材料分配于电子基板上的技术，该分配泵配置成以期望水平控制在气动螺线管阀的线圈中流动的电流。

图3根据本公开的一个实施例示意性地示出了分配器，一般指示为10。分配器10用于将粘性材料(例如，粘合剂、密封剂、环氧树脂、焊膏、底部填充材料等)或半粘性材料(例如，助焊剂等)分配于电子基板12上，诸如印刷电路板或半导体晶片。分配器10可另选地用于其它应用，诸如用于施加汽车衬垫材料，或可用于某些医疗应用，或用于施加导电油墨。应当理解，对粘性或半粘性材料(如本文所用)的引用为示例性的，并且旨在为非限制性的。分配器10包括第一和第二分配单元(一般分别指示为14和16)和控制器18以控制分配器的操作。应当理解，分配单元在本文还可称为分配泵和/或分配头部。尽管示出了两个分配单元，但是应当理解，可提供一个或多个分配单元。

分配器10还可包括框架20(其具有基部或支撑件22以用于支撑基板12)、分配单元台架24(其可移动地联接至框架20以用于支撑和移动分配单元14,16)和重量测量装置或称重秤26(以用于称量粘性材料的分配量，例如作为校准程序的一部分，和用于将重量数据提供至控制器18)。输送器系统(未示出)或其它传送机构(诸如步进梁)可用于分配器10中以控制基板至和自分配器的装载和卸载。台架24利用电机在控制器18的控制下可移动以将分配单元14,16定位于基板上的预定位置处。分配器10可包括连接至控制器18的显示单元28以用于将各种信息显示给操作员。可存在任选第二控制器以用于控制分配单元。另外，每个分配单元14,16可配置有z轴传感器以检测分配单元设置于电子基板12上方或设置于电子基板上的特征上方的高度。z轴传感器联接至控制器18以将由该传感器所获得的信息转发至控制器。

在执行分配操作之前，如上文所描述，基板(例如，印刷电路板)必须与分配系统的分配器对准或配准。分配器还包括视觉系统30，视觉系统30在一个实施例中联接至视觉系统台架32，视觉系统台架32可移动地联接至框架20以用于支撑和移动视觉系统。该实施例也示于图3中。在另一个实施例中，视觉系统30可提供于分配单元台架24上。如所描述，视觉系统30用于验证基板上的界标(已知为基准)或部件的位置。一旦定位，则控制器可编程成操控分配单元14,16中的一者或多者的移动来将材料分配于电子基板上。

本公开的系统和方法涉及将材料分配于基板(例如，电路板)上。本文所提供的系统和方法的描述参考示例性电子基板12(例如，印刷电路板)，示例性电子基板12支撑于分配器10的支撑件22上。在一个实施例中，分配操作由控制器18进行控制，控制器18可包括配置成控制材料分配器的计算机系统。在另一个实施例中，控制器18可由操作员进行操控。控制器18配置成操控视觉系统台架32的移动来移动视觉系统以获得电子基板12的一个或多个图像。控制器18还配置成操控分配单元台架24的移动以移动分配单元14,16来执行分配操作。

本公开的实施例涉及一种分配单元(诸如分配单元14,16)，该分配单元具有致动器控制电路，该致动器控制电路配置成以(实际)任何期望水平控制气动螺线管阀的线圈中的电流。具体地，参考图4，致动器驱动电路(一般指示为40)配置成以pwm转导放大器46驱动螺线管阀(一般指示为44)的螺线管线圈42中的电流，pwm转导放大器46利用输入电压来指定和控制负荷中的电流。尽管本文示出并描述了转导放大器46，但是其它类型的放大器可用于实现以转导放大器所实现的结果。在一个实施例中，螺线管阀44的螺线管线圈42连接作为放大器46的负荷，并且直接地或通过中间滤波器部件48(诸如高频扼流电感器)连接至放大器。换句话讲，电流控制为模拟控制系统而非数字(接通/断开)控制系统的一部分，该数字控制系统通常见于其它线圈驱动系统，并且该额外控制用于更好地实现整体系统目标。例如，较小保持电压的益处还可以模拟放大器控制来实现，而无需任何特殊或额外电路。

如所示，放大器46联接至控制器18以控制致动器控制电路40和更特别地螺线管阀44的操作，螺线管阀44包括螺线管线圈42和气动阀50，其中螺线管阀配置成驱动分配单元14,16的操作。螺线管阀44配置成控制空气至气缸52的流动，气缸52联接至活塞54，活塞54从下部(第一)位置气动地驱动至上部(第二)位置。活塞54接合阀座56以将材料分配于基板12上。具体地，螺线管阀44配置成控制空气至和自气缸52和活塞54的流动。联接至放大器46的控制器18配置成对放大器生成命令信号以控制螺线管线圈42中的电流。

通过对螺线管线圈42的电流波形提供完全模拟控制，螺线管阀44的许多特性可修改或调控以更好地满足分配系统的特定需求。例如，将螺线管线圈42以减小保持电流维持于接通状态可使对于螺线管场当螺线管阀44关闭时塌缩所需的时间最小化。关于本公开的实施例的致动器控制电路40，对于螺线管线圈42的磁场塌缩(即，螺线管阀关闭)所需的时间通过指定极短时间段(例如，数百微秒)的轻微负电流来进一步缩短以将场强度更快速地和有源地驱动至近零(断开状态)条件。

致动器驱动电路40的另一益处涉及这一事实：对于电流累积于线圈或其它电感器中所需的时间与可用供电电压成反比例(di/dt＝v/l)。在接通/断开现有技术系统中，线圈绕组的电阻和额定供电电压选择成使得螺线管线圈42中所消耗的功率将在线圈的额定值范围内。利用电流控制放大器46允许使用高于螺线管线圈42的额定电压的供电电压。例如，从48v电源(而非从24电源)驱动24v线圈可允许螺线管线圈42中的电流快速地累积两倍，但电流将累积至两倍额定电流，并且因此功率消耗将为四倍标称值。通过利用电流控制放大器46，期望电流可指定于完全额定数值，并且放大器可使用可用完全供电电压来在螺线管线圈42中快速地累积电流，然而一旦到达指定数值则限制电流。

应当指出的是，在本文中，“模拟控制系统”旨在包括数字控制放大器，诸如利用数模转换器(dac)和模数转换器(adc)来通过数字电流提供伪模拟控制的那些，并且该数字控制放大器能够在给定范围内生成成百上千的小离散水平。例如，12位dac可提供4096个离散水平，其可称为“模拟控制”以将其与双水平或三水平接通/断开控制系统区分开。此外，尽管上文所引用的已知系统可使用双极结晶型晶体管(bjt)或场效应晶体管(fet)来控制螺线管线圈42中的电流，和尽管此类晶体管还可用于放大器中或可自身视为放大器，但是其在接通/断开电路(诸如已知系统中的那些)中的使用特征在于以饱和(接通)条件或以切断(断开)条件操作晶体管。该操作模式显著不同于放大器46的功能，放大器46的灵活性和优点示于本文中。在放大器中，诸如本公开的实施例中所用的pwm转导放大器46，晶体管在饱和状态和切断状态之间来回快速地切换以使晶体管所消耗的功率最小化。然而，该切换以足够高的频率发生，使得该切换频率下的大体所有能量和其谐波可在到达负荷之前进行过滤。其余直流(dc)和较低频率能量穿过滤波器至负荷。在该配置中，即使晶体管仅以其接通或断开状态使用，放大器子系统的功能提供了模拟放大器的功能和优点，而无缺点并且特别地无已知接通/断开系统的限制条件。

当认识到许多现有分配机器作为伺服电机机构而驱动分配单元时，实现了利用放大器46来驱动螺线管线圈42的显著商业优点。通过利用该现有基础结构，螺线管控制气动驱动泵对现有技术的部署得以极大地促进。螺线管阀44可连接至相同连接器，该连接器通常支撑伺服驱动泵，并且用以容纳不同泵类型的系统变化得以最小化。还设计用于支持伺服电机控制分配泵的系统中的已知螺线管控制系统的使用将需要用于伺服电机控制的放大器和单独螺线管线圈驱动系统两者的存在，这两者的组合将需要以支持两种泵类型的驱动。

本公开的其它实施例涉及使系列中的第一液滴或第一若干初始液滴的分配和该系列中的后续液滴的分配之间的液滴分配行为的差异最小化的方法。观察到，线圈所消耗的功率随着循环频率而改变，线圈的温度随着线圈所消耗的功率而改变，线圈的绕组电阻随着线圈温度而改变，和继而，线圈的响应可随着线圈的绕组电阻而改变。可参考下述关系：

循环频率-所消耗功率-线圈温度-绕组电阻-螺线管响应

当线圈在处于空闲状态延长时间段之后第一次致动时，线圈将处于不同于周期性分配的后续液滴将处于的温度。因此，线圈温度可更精确地控制，那么可使得线圈的响应更恒定。该方法的实施例还包括利用放大器来驱动螺线管线圈，使得打开和关闭时间相比于以现有技术驱动方法将实现的时间为较快的。

在一个实施例中，本公开的方法能够以(实际)任何期望水平控制气动螺线管阀的线圈中的电流流动。具体地，该方法包括以分配单元的pwm转导放大器驱动线圈中的电流，该pwm转导放大器利用输入电压来指定和控制负荷中的电流。如上文所述及，其它类型的放大器可用于实现相同益处。在一个实施例中，螺线管阀的线圈连接作为放大器的负荷，并且直接地或通过中间滤波器部件(诸如高频扼流电感器)连接至放大器。利用放大器布置，当阀未有源地致动时，可控制电流以低稳态水平流动。该水平可选择为足够低以不致动阀，但又足以保持线圈升温。换句话讲，电流控制为模拟控制系统而非数字(接通/断开)控制系统的一部分，该数字控制系统通常见于已知线圈驱动系统，并且该额外控制用于更好地实现整体系统目标。较小保持电压的益处还可以模拟放大器控制来实现。

一些已知系统实现了维持螺线管线圈的温度的优点(参见授予north的美国专利no.8,339,762)。然而，此类已知系统使用短脉冲来消耗线圈中的一些能量，而不将螺线管激励至接通位置。

在一种方法中，线圈设计为24v，并且在25＠下具有约15欧姆的电阻，从而得到1.6安培的电流。当线圈升温时，电阻将增加并且电流将减小。1.4a的受控致动电流引起阀以与较高电流大体相同的速度来致动，并且因此使不必要绕组加热最小化。一旦处于致动状态，则线圈将维持其致动位置，直至电流减小低于约300ma。低于该水平，该特定线圈将返回至失励状态。此外，将电流维持在远低于该保持电流阈值的水平将不引起阀返回至激励状态。

存在以约0.1a的空闲电流增加线圈的空闲温度的有益效果。该低“背景”电流生成足够热量以将线圈加热高于环境，但其不妨碍线圈的正常操作。实际上，用以生成线圈中的相同稳态温度所需的空闲电流的水平将取决于环境条件、线圈的热时间常数、线圈的正常周期致动速率，和其它类似因素和变量。

当比较气动阀中提升头的位置相对于时间响应时，线圈中低水平“空闲电流”的存在可大幅减少或甚至消除第一致动响应的差异。参考图5和图6，第三迹线表示螺线管提升头的运动。可看出，图6中阀的响应为更加恒定的，从而已校正图5中所见的独立迹线，该独立迹线由于第一脉冲响应。

如图5和图6所示，第一迹线表示电流命令，第二迹线表示触发器，第三迹线表示提升头位置，并且第四迹线表示活塞位置。这些迹线由数字示波器以持续模式捕获，其中十个事件的迹线彼此重叠。如图5中的第三组迹线中所见，一个事件响应不同于扫描组中的其它响应，其为不活动周期之后的第一事件(即，第一液滴)。在第四迹线中还可看出，活塞差异地响应于提升头响应中的该变化。在图6中，线圈中的空闲电流已引入，并且在表示提升头响应的第三组迹线中，显而易见的是所有的提升头响应曲线为大体等同的。活塞响应的其余轻微改变是由于其它原因。

因此，尽管已描述了本公开的至少一个实施例的若干方面，但是应当理解，各种变更、修改和改善对于本领域的技术人员而言将容易发生。此类变更、修改和改善旨在为本公开的一部分，并且旨在处于本发明的精神和范围内。因此，前述描述和附图仅为实例的方式。

权利要求为。