将黏性材料分配至基板上的方法及设备的制造方法
【专利说明】将黏性材料分配至基板上的方法及设备
【背景技术】
[0001] 1.技术领域
[0002] 本发明总体涉及将黏性材料分配至例如印刷电路板的基板上的方法及设备。
[0003] 2.相关技术的讨论
[0004] 有数种类型的现有技术分配系统或分配器，这些分配系统或分配器用于分配被计 量的液体或膏料量以用于多种应用。一种此类应用是将积体电路晶片及其他电子组件组装 至电路板基板上。在此应用中，自动分配系统用于将液体环氧树脂点或焊膏点，或一些其他 相关材料点分配至电路板上。自动分配系统也用于分配底部填充材料线及密封剂线，其机 械地将组件固定至电路板。底部填充材料及密封剂用以提高组件的机械特性及环境特性。
[0005] 另一种应用是将极少量或点分配至电路板上。在能够分配材料点的一种系统中， 分配器单元利用具有螺旋形凹槽的旋转螺旋将材料挤出喷嘴并挤至电路板上。这种系统 在名为"具有密封螺旋螺钉的液体分配系统及分配方法（LIQUID DISPENSING SYSTEM WITH SEALING AUGERING SCREW AND METHOD FOR DISPENSING)" 的美国专利 No. 5, 819, 983 中公 开，该专利由美国马萨诸塞州富兰克林市Speedline技术公司，也就是本公开的受让人的 附属公司所有。
[0006] 在采用螺旋类型分配器的操作中，在将材料点或材料线分配至电路板上之前，分 配器单元向电路板表面降低，并在分配材料点或材料线之后升高。使用这种分配器时，可在 较高准确性下放置较少、精确用量的材料。在沿垂直于电路板的方向降低及升高分配器单 元（通常被称作z轴移动）所需的时间可成为执行分配操作所需时间的一部分。具体而言， 利用螺旋类型分配器是，在分配材料点或材料线之前，分配器单元降低以便材料接触或"润 湿"电路板。润湿过程增加了执行分配操作的额外时间。
[0007] 在自动分配器领域中，也已知向电路板发射黏性材料点。在这种系统中，微小、离 散量的黏性材料以充足惯性从喷嘴喷出，以在接触电路板之前使得材料能与喷嘴分离。如 上文所述，利用螺旋类型应用或其他现有的传统分配系统时，必须利用材料点润湿电路板 以使得材料能黏附至电路板，以便在分配器被拉离时，材料点将从喷嘴脱离。在喷出材料点 时，材料点可沉积在基板上，无需润湿为离散点图案，或者可将材料点放置在与彼此充分相 近处以使这些材料点聚结为近似连续的图案。这种系统的实例在名为"将黏性材料分配至 基板上的方法及设备（METHOD AND APPARATUS FOR DISPENSING A VISCOUS MATERIAL ON A SUBSTRATE) "的美国专利No. 7, 980, 197中公开，该专利由美国伊利诺斯州格伦维尤市的伊 利诺斯工具制品有限公司，也就是本公开的受让人所有。
【发明内容】
[0008] 本公开的一个方面针对被构造成将材料分配至基板上的分配器。在一个实施例 中，分配器包括分配单元，该分配单元包括具有腔室的外壳、安置在腔室中且在腔室内可轴 向移动的活塞及连接至外壳的喷嘴。喷嘴具有孔口，该孔口与外壳的腔室共轴。分配器进一 步包括致动器，该致动器连接至分配单元且被构造成驱动活塞上下移动；且包括顺应组件， 该顺应组件连接至致动器和活塞。顺应组件被构造成允许致动器和活塞之间的有限相对运 动。
[0009] 分配器的实施例可进一步包括感测器以感测致动器的位置。分配器可进一步包括 感测器以感测活塞的位置。分配器可进一步包括控制器以用于控制致动器。控制器可被配 置成执行前馈自适应程序。控制器进一步可被配置成利用前馈自适应程序和来自感测器的 感测数据来控制致动器的运动，以获得期望的致动器运动曲线。顺应组件进一步可被构造 成将顺应组件的长度偏压至延伸位置。顺应组件可包括连接至致动器的外壳和置于外壳中 位于外壳的下端处的柱塞，该柱塞被偏压至延伸位置。顺应组件可进一步包括置于外壳和 柱塞之间的弹簧，该弹簧被构造成将柱塞偏压至延伸位置。顺应组件的柱塞可被构造成在 活塞上施加向下的偏压力，并且在活塞的向下行程期间，柱塞与活塞接合，且弹簧在外壳内 被压缩。在一个实施例中，致动器可以是压电制动器组件。在另一实施例中，致动器可以是 音圈马达。在一个实施例中，当活塞的尖端与底座接合时，活塞停止，且顺应组件在活塞与 底座相抵接合之后允许致动器的进一步运动。在另一实施例中，当活塞的特征与止挡接合 时，活塞停止，且顺应组件在活塞与止挡相抵接合之后允许致动器的进一步运动。顺应组件 可具有顺应刚度，顺应组件被构造成根据致动器和活塞之间的相对移动改变顺应刚度。
[0010] 本公开的另一方面针对操作分配器以将材料分配至基板上的方法。在一个实施例 中，分配器包括分配单元和致动器，该分配单元包括具有腔室的外壳、安置在腔室中且在腔 室内可轴向移动的活塞及连接至外壳的喷嘴，该喷嘴具有孔口，该孔口与外壳的腔室共轴， 该致动器连接至分配单元且被构造成驱动活塞上下移动。所述方法包括允许致动器和活塞 之间的有限相对运动。
[0011] 所述方法的实施例进一步包括将顺应组件的长度偏压至延伸位置。所述方法可进 一步包括根据致动器和活塞之间的相对移动改变顺应刚度。所述方法可进一步包括感测致 动器的位置和/或感测活塞的位置。所述方法可进一步包括通过提供前馈适应性程序以利 用前馈适应性程序和来自感测器的感测数据来控制致动器的运动以获得期望的致动器运 动曲线来控制致动器。
[0012] 附图简要说明
[0013] 为了更好地理解本公开，参考了附图，这些附图以引用的方式并入本文中，并且在 附图中：
[0014] 图1是本公开的实施例的分配器的示意图；
[0015] 图2是本公开的实施例的分配器的部分的立体图；
[0016] 图3是本公开的实施例的分配器的分配单元的横剖面视图；
[0017] 图4是图3中所示的分配单元的喷嘴的横剖面放大视图；
[0018] 图5是本公开的另一实施例的分配器的分配单元的横剖面视图；
[0019] 图6是图5中所示的分配单元的喷嘴的横剖面放大视图；
[0020] 图7是图3中所示的分配单元的横剖面视图，该分配单元在分配单元外壳上安装 有受热组件；
[0021] 图8A是致动器组件的部分的横剖面视图，该致动器组件被构造成操作图3和图4 中所示的分配单元；
[0022] 图8B是致动器组件的部分的横剖面视图，该致动器组件被构造成操作图5和图6 中所示的分配单元；
[0023] 图9是压电制动器组件的立体图，该压电制动器组件操作图3中所示的分配单 元；
[0024] 图10是横剖面视图，其已移除交叉影线以更清晰地图示图9中所示的压电制动器 组件；
[0025] 图11是另一横剖面视图，其已移除交叉影线以更清晰地图示图9中所示的压电制 动器组件；以及
[0026] 图12是音圈马达致动器组件的立体图。
【具体实施方式】
[0027] 为了仅进行说明且不限制一般性，本公开现将参考附图进行详细描述。本公开在 其申请中并不限定于以下描述中介绍的或附图中所示的构建细节和部件布置。本公开能够 实施其他实施例且能够以多种方式实践或执行。同样，本文所使用的词组及术语仅以描述 为目的，并不应被视作限制。本文中对"包含（including)"，包括（comprising)"，具有 (having)" "含有（containing) "、"涉及（involving)"及其变形的使用意欲包括之后所列 项目及这些项目的等同物，以及其他项目。
[0028] 图1示意性地示出根据本公开的一个实施例的分配器，该分配器总体以10表示。 分配器10用于将黏性材料（例如黏合剂、密封剂、环氧树脂、焊膏、底部填充材料等）或半 黏性材料（例如助焊剂等）分配至例如印刷电路板或半导体晶圆的电子基板12上。或者， 分配器10可用于其他应用（例如用于涂施汽车衬垫材料）或用于某些医疗应用。应当理解 的是，对于如本文中所使用的黏性或半黏性材料的引用是以示例为目的且并非旨在限制。 分配器10包括第一和第二分配单元或分配头（总体以14和16表示），且包括控制器18以 控制分配器的操作。尽管示出了两个分配单元，但是应当理解的是，可提供一个或更多个分 配单元。
[0029] 分配器10也可包括：框架20,该框架具有基座或支座22以用于支撑基板12 ;分配 单元高架24,该高架可移动地连接至框架20以用于支撑及移动分配单元14、16 ;以及重量 测量装置或重量秤26以用于为黏性材料的分配用量称重（例如作为校准程序的一部分） 及向控制器18提供重量数据。传送系统（未示出）或诸如动梁的其他移送机构可用于分 配器10中以控制向分配器加载基板和从分配器卸载基板。高架24可通过使用由控制器18 所控制的马达而移动，以将分配单元14、16定位在基板上的预定位置。分配器10可包括连 接至控制器18的显示单元28以用于向操作员显示各种信息。可视情况具有第二控制器以 用于控制分配单元。
[0030] 在执行分配操作之前，如上所述，例如印刷电路板的基板必须与分配系统的分配 器对齐或以其他方式对准。分配器进一步包括视觉系统30,该视觉系统连接至视觉系统高 架32,该高架可移动地连接至框架20以用于支撑及移动视觉系统。尽管视觉系统高架32 被示出与分配单元高架24分离，但视觉系统高架32可利用与分配单元14、16相同的高架 系统。如本文所述，视觉系统30用来验证地标在基板上的位置，这些地标已知为基准点，或 其他特征和部件。一旦定位之后，控制器可被程式化来操纵分配单元14、16中的一