用于能够复制地施加较小的液体量的装置和方法与流程

本发明涉及一种用于能够复制地将小的液体量施加到目标面上的装置，包括

a）具有能够定位在目标面上方的开口的液体储备器，

b）能够朝着开口方向运动地布置的挺杆，

c）用于使所述挺杆运动的驱动机构。

用这种装置能够通过所述挺杆的运动将所述液体施加在所选出的目标面上。

背景技术：

公开了配量机构，例如喷射机构，其中液体如在喷射机构中那样用活塞或冲头从开口中被压出。所述活塞或冲头位于所述液体储备器的一个侧面上并且开口典型地位于对置的侧面上。当所述活塞或冲头运动时，那么整个液体运动。由此限制可复制性。所述活塞或冲头密封地在所述液体储备器中引导。当所述液体被施加时，所述液体储备器又被填充，在所述液体储备器中通过出去开口填充液体，或者为了填充而移开活塞或冲头。

此外公开了配量机构，其中例如用挡板封闭所述开口。在此存在液体剩余留在挡板或开口的区域中并且配量的可复制性变差的危险。

此外公开了其中各个焊接料球被容纳在尖端处的装置。所述球被保存并且激光射线通过开口被转向到焊接料上，使得所述焊接料熔化并且焊接部位被形成。在这种装置中不存在液体储备器。

US 2009/095825 A1公开了用于液体的具有液体储备器和喷嘴装置的配量机构。所述喷嘴装置能够松开地与所述液体容器连接。

WO 2008/108097 A1公开了用于填充物质、如例如焊接胶的推出机构。在所述机构中，借助于位置测定机构调节：当冲头朝着液体出口的方向运动时，冲头的前部的端部区段在液体腔室的内壁附近被停止。

DE 10 2011 108799 A1公开了用于液态的直至黏性的配量物质的具有触发器系统的配量系统，其包括至少一个操作元件和具有出去开口的喷嘴。

US2011/315747 A1公开了用于焊接球的具有料斗、装配头和能够引入到料斗和装配头中的压力销的器件头。所述器件头具有限制所述焊接球的运动的内直径。为了供应焊接球，所述压力销压到所述焊接球的一个上。由此所述焊接球相继地被施加在目标基材上。

US 2006/021976 A1公开了用于焊接的方法和机构、连接方法、连接机构和喷嘴单元。US 6336581 B1公开了用于连接焊接球的机构和为此毛细的管。WO 03006197公开了用于施加焊接剂的机构，通过在固态的物理状态中、紧接着熔化的定位并且最后通过压力气体投给基材。WO 03/024653 A1公开了用于制造焊接连接的方法。JP 2002057450公开了焊接机构。EP0752294 A2公开了用于送出液态的焊料的设备。FR 2040681 A5公开了用于夹住、运输并且焊接较小的物体的机构。

技术实现要素：

本发明的任务是实现一种开头所述类型的具有特别高的可复制性的装置。按本发明所述任务通过以下方法得到解决，即

d）在突出的、逐渐变细的尖端或喷嘴中形成了开口，并且

e）挺杆穿过整个位于液体储备器中的液体一直延伸到所述尖端或喷嘴中，从而在挺杆朝着开口方向运动时在开口区域中的液体的部分由所述挺杆通过所述开口向外运动。

在此，所述挺杆不必一定地封闭所述开口。液体以这种方式在没有挡板（Shutter）并且没有开口的情况下完全强迫封闭地进行配量。利用所述挺杆，位于所述开口前的区域中的液体的部分运动。已经示出的是，由此能够实现比在从上面压到所述液体上的活塞的运动的情况下更高的可复制性。液体的运动尤其不仅由所述挺杆的端侧面引起，而且基本上由外罩面引起。

在所述尖端或喷嘴的区域中，在尖端或喷嘴的内侧面与所述挺杆的外罩面之间形成了环形通道。所述液体通过所述环形通道到达所述开口并且向外。相应于如此减小的流动横截面，所述液体由所述外罩面被随同推挤并且通过所述开口被向外放出。

所述配量能够通过粘度、挺杆到所述尖端或喷嘴中的挤入深度，挺杆上下运动的频率的影响以及通过所述尖端或喷嘴的几何形状以及开口横截面被调节并且与应用匹配。

本发明的特别的优点是，不仅较高的可复制性得到实现，而且液体储备器在上部的区域中也具有自由的横截面。所述液体能够以这种方式连续地被填充以及再填充，而不必中断配量过程。

在本发明的构造方案中规定，

（a）所述液体由焊接料或其它在室温下固态的料形成，并且

（b）所述液体储备器能够被加热到所述料的熔点以上的温度上。

在这种装置中，固态的材料、例如焊接材料能够从上面被再填充。所述料在被加热的储备器中熔化。在下部的端部处，所述料是液态的并且能够以上面所描述的方式进行配量。

优选设置激光器，其辐射指向所述开口区域。所述喷嘴或尖端能够在所述装置中自由地向外突出。那么就存在所述区域太冷并且固态的焊接料在真正配量之前冷却的危险。这是不希望的。这会形成冷的焊接部位并且所述焊接料会氧化。因此，激光的辐射能够指向到所述开口区域中并且额外地对其加热。

在本发明的特别有利的构造方案中，所述挺杆是空心的并且所述激光辐射通过所述挺杆被引导到所述开口区域中。以这种方式不仅实现了紧凑的装置，其中所述激光辐射刚好到达所述开口区域中。所述激光也没有在定位在例如晶片上方的情况下进行干扰。

在本发明的另一构造方案中设置了气体源，所述气源的气体能够被引导到所述开口区域中。所述气体可以是氮或其它惰性的气体或气体混合物。用惰性的气体避免了所述液体提早地被氧化并且由此出现不希望的效果。然而所述气体也可以替代地或者额外地被加热。由此实现了在外部自由地突出的喷嘴或尖端的额外的加热。

在本发明的优选的构造方案中，所述气体通过位于外部的通道从所述气体源被引导至所述开口区域，从而能够接受来自所述液体储备器的热量。所述液体储备器例如可以由被加热的金属缸中的孔形成。其中还可以在外部设置螺旋状的槽，所述螺旋状的槽以管状的被推移到所述金属缸上的并且被密封的外罩相对于通道封闭。所述气体能够从上部被引导入所述通道中并且在下部的端部处如下地出去，从而其朝着所述喷嘴或尖端的方向流动。由此实现热量的排出和外部的区域的冷却，从而简化操纵。额外地实现了，由气体接受的热量能够用于加热所述尖端或喷嘴。

所述气体还能够被引导到在所述液体储备器中的液体上方的区域中。所述气体能够具有增加的压力，从而确保所述液体总是向下流动。所述气体还能够作为惰性气体阻止液体氧化。

优选由另外的储备器填充所述液体储备器，所述另外的储备器通过倾斜的通道与所述液体储备器进行连接。为了实现较高的可复制性和配量精度，有意义的是，所述液体储备器不被选得太大。那样也就能够比在较大的液体储备器的情况下更简单地实现均匀的加热。尤其在所述液体具有室温以上的熔点时，如这在焊接料中那样，值得期望的是，设置另外的储备器，其中存在固态的形式的料。所述料能够以球或其它粒状物的形式存在，并且能够设置振动器，在所述振动器激活时所述球或者粒状物通过所述通道被引导到所述液体储备器中。在此，不要求非常大的精度，因为仅仅所述液体储备器填充或者再填充。在此，有利地在所述液体储备器的上部的区域中设置液位传感器，其信号能够用于控制所述振动器。当达到了所述传感器的水位时，所述振动器就被切断。如果水位下降到低于下部的阈值或者在选择的时间之后下降，那么所述振动器又被激活。

附图说明

本发明的构造方案是从属权利要求的主题。下面参照附图更详细地解释实施例。

图1是用于将焊接料施加到目标面上的装置的透视图，

图2从其它角度示出了图1中的装置，

图3是图1中的装置的竖直的纵剖图，

图4是图1中的装置的俯视图，

图5是图1中的装置沿着相对于图3旋转了90°的剖切平面的竖直的纵剖图，

图6是图3中的细节，

图7是用于说明焊接球的再填充过程的工作原理的示意性的剖视图，

图8是用于图1中装置的优质钢缸的剖开的透视图。

具体实施方式

附图示出了通常用10表示的自动的焊接装置。用这种焊接装置能够自动地在晶片上焊接触点。为此，要么所述晶片运动到所述装置下方，要么所述焊接装置类似于扫描器那样在所述晶片上方可运动地布置。焊接料在目标面上的施加在连续的运行中进行并且能够实现1000点/秒以上范围内的速度。

所述焊接装置10包括用12表示的板状的保持器。在所述保持器12处在上部的区域中用保持器板18紧固下面详细描述的压电触发器14。在下部的区域中，下部的具有冷却肋的冷却体16紧固在所述保持器12处。上部的冷却体20设置在压电触发器14和下部的冷却体16之间的区域中。所述下部的冷却体16冷却在图1中用22表示的喷嘴头。在所述喷嘴头22的下部的端部处布置了突出的喷嘴24。在附图中像这样能够很好看出的不同的缸头螺栓用于将部件固定在所述保持器处。

所述喷嘴头22基本上由坚固的优质钢缸26构成。所述优质钢缸26具有同轴的中心孔28。所述优质钢缸在图8中再一次单独地示出。所述中心孔形成了液体储备器。围绕所述中心孔28环状地设置四个另外的孔30。在这些孔30中布置了加热元件，所述加热元件将所述喷嘴头22加热到例如500℃至600℃。所述优质钢缸26位于管状的环32中并且相对于其密封。在所述优质钢缸26的外侧面上铣削了螺旋状的槽36。所述槽36的上部的端部与氮供给机构相连接。所述槽36的下部的端部通入径向的孔34中，所述径向的孔在图6中能够很好地看出。如果所述环32插到所述优质钢缸26上，那么所述槽形成了环绕的冷却通道，冷却的氮通过所述冷却通道被引导到所述孔34中。以这种方式，所述喷嘴头22的外侧面具有能够很好操纵的较低的温度。在所述通道中被加热的氮从孔中朝着自由向下突出的喷嘴24的方向引导并且在那里负责额外的加热。

所述中间孔28在下部的端部38处锥形地逐渐变细。在所述优质钢缸的下部的端部处模制了具有外螺纹42的螺纹栓40（图6）。在其下布置了能够调节的头部件44。所述头部件44以拧到所述螺纹栓40上的螺母46保持在其位置中。所述头部件44具有中心孔，所述中心孔向下锥形地逐渐变细。形成所述喷嘴24的具有向下定向的开口的喷嘴部件48位于所述中心孔中。所述喷嘴开口典型地具有几十微米至几百微米的尺寸。所述喷嘴部件48固定地位于所述头部件44中并且以管状的上部的区域延伸直至所述中心孔28的锥形逐渐变化的区域38。这在图6中能够很好地看出。

在所述喷嘴部件48中松动地引入了在下部的端部处向下锥形逐渐变化的挺杆52。在所述喷嘴部件48的内壁和所述挺杆52之间形成了狭窄的同样锥形逐渐变化的环形空间。所述挺杆52是内部空心的。在上部的端部处毛细管被拧入到所述挺杆52中，所述毛细管穿过整个中心孔、也就是穿过整个液体储备器延伸。在所述实施例中，所述毛细管60由碳化钨制成。然而也可以使用由优质钢制成的毛细管。所述毛细管60的上部的端部与所述压电触发器14连接。所述挺杆52以这种方式能够用选择的例如200至1500Hz的频率上下运动。在此，所述毛细管60在所述中心孔28内部的上部的区域中在引导部54中被引导。在所述液体储备器的区域中暴露于高温之下的毛细管60在通向所述压电触发器14的上部的过渡区域中用环形的冷却机构20进行冷却。

所述螺纹栓40、所述螺母46、所述头部件44以及所述喷嘴48自由地向下伸出所述优质钢缸。所述孔34通入倾斜向下延伸的通道56中，所述通道在环形空间58中在螺纹销与头部件44之间的区域中截止。接受外部来自所述优质钢缸的热量的热的氮现在加热所述突出的区域并且负责尖端处的温度很高，高于所述喷嘴头中的温度。

图7是所述装置10的简化的图示，其中能够看出所述焊接料如何被施加。设置在所述装置10外的储备器62用由固态的焊接料形成的球进行填充。所述球通过输入管道64被输送到所述装置10中。所述输入管道64如下地被设计尺寸，使得所述球不用其它措施会被固定。因此设置了超声波振动器66。所述振动器66使所述储备器62以高的频率来回运动。在此，所述球被置入运动中并且向下到达所述装置10中。

所述输入管道64的下部的端部通入被加热的优质钢缸26的中心孔28中。所述中心孔28形成了液体储备器。在此以球的形式被供应的焊接料熔化并且作为液体在所述液体储备器28中供另外的应用被支配。当然，所述焊接料也可以以其它的形式例如作为线被引入。

在所述中心孔28的上部的区域中设置液位传感器68。用所述液位传感器68检测所述液体储备器中是否存在足够的焊接料。只要没有到达所述液位传感器68，所述振动器66就被运行并且另外的焊接料再被填充。当到达所述液位传感器68时，那么所述振动器66相对于选择的运行时间被切断。

在图7中用70表示液态的焊接料。人们看出，所述液态的焊接料延伸直至下部到所述喷嘴24中。在选择的温度的情况下，粘度还一直如下地高，使得焊接料没有从所述喷嘴部件48的开口中出来。用所述压电触发器14使所述挺杆52沿着竖直的方向上下运动。所述挺杆52的最下部的尖端在此在所述喷嘴部件48的锥形的区域中运动。位于所述喷嘴部件48的内壁和挺杆52之间的环形空间中的焊接料在向下运动时被强迫通过所述喷嘴开口24并且被向外放出。在此，所述焊接料同时作为所述壁之间的润滑剂起作用。被放出的料能够通过调节所述压电触发器14处的挺杆运动的频率以及运动的幅度被调节。然而也能够通过调节所述优质钢缸26中的加热温度来调节被放出的料。较高的温度引起较低的粘度并且由此引起较多被放出的料，并且反之亦然。

所述挺杆52和所述毛细管60是空心的。激光射线71通过所述挺杆52和所述毛细管60被引导至所述喷嘴24。用例如来自二极管激光器的激光射线71将出来的焊接料加热到例如300℃至900℃，从而所述焊接料在结束涂覆过程之后才会冷却并且硬化。额外地，氮气从氮储备器中通过输入管道72被引导到所述毛细管60和所述挺杆52中。由此避免了不希望的氧化以及冷的焊接部位。氮也被引导到所述液体上方的空腔中并且在那里处于增加的压力之下。由此确保了总是相同的量的焊接料存在于所述喷嘴部件48内部的环形空间中。通过所述空腔中的压力同样能够影响被送出的焊接料。较高的压力引起较大的量。

所述激光射线71的光学的路径借助于分束器还被用于检测反射的红外辐射。从信号中能够求得被施加的焊接料的温度。

所描述的装置尤其适合于以下方法，如晶片-压焊，基材-压焊，不同的尺寸的焊接以及精细节距-晶片-压焊。所产生的焊点的数量能够用所述装置从目前大约5-10点/秒被提高到1000点/秒以上。用所描述的装置也显著改善了可复制性。

详细描述了前面所描述的装置。然而理所当然的是，这对于仅仅通过权利要求所确定的专利的保护范围不应该是限制的。许多替代方案以及相同作用的器件对于本领域技术人员来说是常见的，其能够得到使用，而不偏离本发明的构思。尤其能够个别地改变几何方面的布置、材料、尺寸以及量，而不偏离本发明的构思。