CN101422763A - 具有改进的边缘清晰度的用于分配粘性流体的流体分配器及方法 - Google Patents

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Abstract

具有改进的边缘清晰度的用于分配粘性流体的流体分配器及方法。当分配头通过多轴台相对于静止的基片移动时，加压流体以脉冲的形式周期性地供给到分配头的喷嘴板内的喷嘴。小滴从喷嘴排出且冲击在基片上。小滴合并在一起以限定涂层。来自一个或多个喷嘴组的排出能够临时地悬挂以避免当邻近的区域继续接收流体小滴时涂敷在基片上的部件或区域。

Description

具有改进的边缘清晰度的用于分配粘性流体的流体分配器及方法
技术领域
本发明一般地涉及用于分配粘性流体的流体分配器，且特别地涉及构造为以改进的精确性和边缘清晰度将粘性流体分配到基片上的流体分配器。
背景技术
非接触流体分配器经常用于将微量的粘性材料施加到基片上。例如，非接触流体分配器用于将多种小量的粘性材料施加到例如印刷电路板(PCB)或半导体载体或晶片的电子基片上。存在从非接触分配器将粘性材料分配到基片上的多种应用。在半导体包装组件中，存在用于底部填充、在球栅阵列内的焊球强化、围堰和填充操作、芯片封装、底部填充芯片尺度包装、腔填充分配、管芯接附分配、盖板密封分配、无流动底部填充、助焊剂喷射和分配热化合物等使用的应用。对于表面安装技术PCB生产，表面安装粘合剂、焊膏、传导粘合剂和阻焊层材料可以从非接触分配器以及选择性助焊剂喷射来分配。保形涂料(敷形涂料)也可以使用非接触分配器选择地施加。也存在如下领域内的应用：盘驱动工业、用于医疗电子器件的生命科学应用和一般工业应用，以用于结合、密封、形成垫圈、涂覆和润滑。
常规的自动流体分配系统包括安装在机器人上的非接触流体分配器，该机器人具有铰接臂，该臂将分配器相对于接收基片移动。系统装配为精确地将粘性材料的量再生产地从流体分配器分配到每个基片上的目标位置处。在常规流体分配器内的流动和流体的排出通过阀组件调节，阀组件的特征是在流体通道内的阀座和可移动的阀元件以选择地接触阀座来提供不同的打开和关闭条件，这分别允许和中断了材料到分配孔的流动。因此，在打开和关闭位置之间的周期性移动导致间歇的流动不连续性，这对于在产品或产品包装的表面上生成流体图案是必需的。
常规的自动流体分配器依赖于多种技术以将粘性流体分配在例如PCB的电子器件基片上的大表面积上。为避免与从基片表面突出的物体接触，流体分配器悬挂在基片上方且在分配液体时相对于基片移动。一个解决方法涉及将在表面上选择的区进行掩盖且将流体无差别地喷射到整个表面上。另一个解决方法为使用雾化喷射，该喷射具有很好确定的扇宽。然而，此解决方法限制于低粘性的流体且沉积在基片上的薄膜厚度随着扇形喷射的边缘之间的位置而变化。其他的解决方法使用了能够将流体以带有良好确定的宽度的图案(例如，螺旋形图案)分配的喷嘴或使用狭缝喷嘴。然而，对于雾化喷射或带有图案的流体应用来说边缘清晰度可能很差。
因此，可能希望提供能够以改进的边缘清晰度精度和精确的构造厚度在基片的大表面区上施加粘性流体的流体分配器。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了用于将加压流体施加在静止的基片上以形成涂层的装置。所述装置包括至少一个流体分配器和机械地与流体分配器(多个流体分配器)连接的多轴台。每个流体分配器包括执行器、包含加压流体的流体室、与执行器连接的阀元件和与流体室在阀座处连接的流体通路。每个流体分配器的执行器构造为将阀元件相对于阀座在打开位置和关闭位置之间移动，在打开位置时允许加压流体从流体室流入到流体通路内，且在关闭位置时阀元件接触阀座以在流体室和流体通路之间建立流体密封。多轴台构造为将流体分配器(多个流体分配器)相对于静止的基片移动。
所述装置进一步包括至少一个与至少一个流体分配器机械地连接的喷嘴板。每个喷嘴板包括与流体通路连接的流体腔，和与流体室连接的多个喷嘴。当每个流体分配器的阀元件处于打开位置时，相应的流体腔构造为接收加压流体以用于从多个喷嘴排出。
流体分配器(多个流体分配器)和喷嘴板能够将多个不同类型的流体分配且允许严格控制基片上的膜构造或厚度。流体分配器(多个流体分配器)和喷嘴板能够具有精确的边缘清晰度，至少部分地因为直线或梯形的图案从喷嘴喷射分配，这些图案在流体分配器(多个流体分配器)相对于基片移动时重叠且限定了沉积在基片上的带状流体。作为结果，流体分配器(多个流体分配器)能够将流体分配到基片上的更密集地包装的物体上。
优选地，所述执行器包括承载所述阀元件的电枢、静止的磁极件和围绕所述电枢和所述磁极件缠绕的电磁线圈，所述电磁线圈被选择地通电以用于生成能够将所述电枢相对于所述磁极件移动的电磁场以提供所述阀元件相对于所述阀座的打开位置和关闭位置。
优选地，所述至少一个流体分配器包括围绕所述电枢的电枢管，和设置在所述电枢管和所述电磁线圈之间的介电层。
优选地，所述电磁线圈包括多个直接缠绕在所述介电层上的绕组。
优选地，所述驱动器电路构造为以脉宽调制改变电流受限的输出信号的占空因数，以确定所述阀元件在所述打开位置和关闭位置之间移动的速度。
优选地，所述驱动器电路构造为在200Hz或更高的频率下对电流受限的输出信号进行脉宽调制使得占空因数小于50％，且所述至少一个流体分配器通过所述多轴台被悬挂使得所述多个喷嘴位于在静止的基片上方大于0.25英寸的高度处。
优选地，所述驱动器电路构造为与脉宽调制一起将电流受限的输出信号的频率进行频率调制。
优选地，所述多轴台包括构造为在平面内移动所述多个流体分配器的x-y定位器，和构造为在垂直于所述平面的方向上定位所述多个流体分配器的z定位器。
优选地，所述喷嘴布置在第一平行行和第二平行行内，且在所述第一平行行内的所述喷嘴在位置上相对于在所述第二平行行内的所述喷嘴移位，使得所述喷嘴具有交错的布置。
优选地，所述喷嘴的每个包括排出通路，所述排出通路包括内径和等于至少三倍的内径的长度。
优选地，所述喷嘴的每个包括排出通路，所述排出通路具有大约6密耳或更小的内径。
根据本发明的另一实施例，提供了用于将加压流体分配到静止的基片上以限定涂层的方法。所述方法包括将加压流体的第一多个小滴从第一多个喷嘴分配到静止的基片上，且将加压流体的第二多个小滴从第二多个喷嘴分配到静止的基片上。所述方法进一步包括将第一多个喷嘴和第二多个喷嘴相对于静止的基片移动同时将第一多个小滴和第二多个小滴排出。
喷嘴板的构造与高频运行和低占空因数一起导致从喷嘴喷出的流体在大致上平行于在每个喷嘴内的排出通路的中心线的方向上行进。流体腔具有优化为最小化死体积且能够实现高频运行的尺寸。
优选地，脉宽调制的输出信号具有50％或更小的占空因数，且脉宽调制的输出信号以至少200Hz的频率被输送到执行器。
所述方法进一步包括：将加压流体周期地供给到与喷嘴的第一部分连接的第一流体室；和将加压流体周期地供给到与喷嘴的第二部分连接的第二流体室。
所述方法进一步包括：将加压流体从第一流体室分配到喷嘴的第一部分；和将加压流体从第一流体室分配到喷嘴的第二部分。
所述方法中将喷嘴相对于静止的基片移动进一步包括：将喷嘴在平面内移动；和设定喷嘴相对于平面的高度。
附图说明
在此合并且形成了此申请书的一部分的附图图示了本发明的实施例，且与以上给出的本发明的一般描述和以下给出的实施例的详细描述一起用于解释本发明的原理。
图1是根据本发明的实施例的具有并置空间关系的多个分配器的透视图。
图2是大致沿图1中的线2-2截取的截面视图，其中所示分配器描绘为处于关闭状态。
图3是大致沿图1中的线3-3截取的截面视图，其中所示分配器描绘为处于关闭状态。
图4是与图1的分配器一起使用的喷嘴板的一部分的透视图，其中喷嘴板描绘为从分配器移除。
图5是图4的喷嘴板的底视图。
图6是图2的一部分的放大视图。
图7是包括根据本发明的实施例的包括图1至图6的流体分配器的流体分配系统的示意性表示。
图8是根据替代实施例的分配器和喷嘴板的部分截取的侧视图。
图9是图8的分配器和喷嘴板的部分截取的端视图。
图10是与图8的分配器一起使用的喷嘴板的透视图，其中喷嘴板描绘为从分配器移开。
图11是根据本发明的另一个替代实施例的分配器和喷嘴板的一部分的透视图，该替代实施例包括将喷嘴板与分配器间隔开的延伸部。
图12是大致沿图11的线12-12截取的截面视图。
具体实施方式
参考图1至图3，多个流体枪或分配器10、12、14构造为单独的分配头且可以在流体分配机或系统110中(图7)使用以用于间歇地将一定量的粘性流体分配到静止的基片120上(图7)。流体分配器10、12、14可以用于分配环境温度的粘性流体，包括冷的粘合剂或胶，以及可以用于分配加热的粘性液体，例如保形涂料、助焊剂和热熔性粘合剂。流体分配器10、12、14以已知的方式运行，以用于间歇地将粘性流体以离散的量分配在静止的基片120上。如在图1中示出，流体分配器10、12、14并排定位在堆内或并置，以限定流体分配系统110的分配头，且与喷嘴板18关联。流体分配器10、12、14的紧凑性且特别是流体分配器10、12、14的狭窄性允许将相邻流体分配器10、12、14之间的间隔最小化和并置的流体分配器10、12、14的更密集包装。
流体分配器10、12、14的每个具有大体上相同的构造。因此，流体分配器10的如下描述被理解为等同地应用于流体分配器12和14。在替代实施例中，另外的流体分配器(未示出)可以与流体分配器10、12、14成为一组。流体分配器的总数将根据分配应用随时变化。单独的流体分配器10、12、14具有狭窄的宽度(例如，大约0.33英寸)，使得多个单元可以并置布置，它们跨越了基片120的整个宽度或基片120的宽度的一部分。
参考图2和图3，流体分配器10包括模块体16、流体室22和流体入口24，所述流体入口24构造为将流体室22与加热歧管连接，所述加热歧管与流体供给源25连通。在压力下从流体供给源25供给的流体被允许通过流体入口24到流体室22内。流体分配器10配备有电磁执行器，该电磁执行器包括可移动电枢26，沿纵向轴线30与电枢26对齐的静止的磁极件28和在流体室22内的返回弹簧32，所述返回弹簧32在远离磁极件28的方向上偏置电枢26。整体阀杆34从电枢26轴向延伸。凸缘36从阀杆34径向向外突出。返回弹簧32在限定在流体室22内侧的肩部38和凸缘36之间以压缩的状态被捕获。
电磁线圈40周向地围绕带有孔的电枢管41缠绕，电枢26和磁极件28布置在该孔内。电磁线圈40的绕组与驱动器电路54电连接，所述驱动器电路54将电磁线圈40以受控方式通电和断电以操作流体分配器10。布置在U形助焊剂返回件44和电磁线圈40之间的散热器42吸收通电的电磁线圈40生成的热量。不同流体分配器10、12、14的散热器42接触，使得热量可以在散热器42之间传递且传递到带有相对大的热容量的另外的体(未示出)，以用于从流体分配器10、12、14吸收热量，且因此冷却流体分配器10、12、14。
在代表性实施例中，电磁线圈40与电枢管41电绝缘，例如通过将诸如介电层43的电绝缘屏障布置在电磁线圈40的绕组和电枢管41的外表面之间。介电层43可以通过聚酰亚胺层限定。一个合适的聚酰亚胺层是
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聚酰亚胺膜，该膜商业上可从DuPontTM处获得。在另一个实施例中，电磁线圈40或电枢管41的外表面可以涂敷以薄的介电涂层。在再另一个实施例中，电枢管41可以由阳极氧化铝构建，其中电枢管41的阳极化的外表面作为在电枢管41和电磁线圈40之间的电绝缘屏障而起到介电作用。
介电层43消除了与电磁线圈40联合使用的绕线轴的需要，这又可以允许使用较大规格的线以用于电磁线圈40的绕组，因为作为省略绕线轴的结果，可获得更大的填充空间。大规格的线通过减少在通电的电磁线圈40内生成的热量而降低了线圈电阻且提高了电磁执行器的效率。这可有益于电磁线圈40的高频运行。
当电磁线圈40的绕组被驱动器电路54通电和断电时，布置在阀杆34的自由端处的阀元件46与电枢26和阀杆34的移动同时移动。在代表性实施例中图示为具有球形或半球形形状的阀元件46构造为在到排出通路50的入口处接合阀座48。通过安装板51固定在模块体16和喷嘴板18之间的阀座构件49上承载了阀座48。
当电磁线圈40以来自驱动器电路54的脉冲电力通电时，流过电磁线圈40的绕组的电流产生了电磁场。电磁场的场线限制于电枢26和磁极件28以及模块体16和助焊剂返回件44。场强度与流过电磁线圈40的绕组的电流的大小成比例。当电磁线圈40的绕组以在合适的方向上流动的充足的电流通电时，电磁场产生了足以克服通过返回弹簧32施加的偏置力的吸引力，且将可移动电枢26向静止的磁极件28移动。阀杆34沿电枢26移动到打开位置，在打开位置处阀元件46与阀座48分开。在打开位置处，流体能够在压力下从流体室22流入到通向喷嘴板18的排出通道50内。
从流体室22排出的粘性流体通过从流体供给源25经由流体入口24流入到流体室22内的新鲜流体供给而连续地补充。从流体供给源25通过流体入口24引入的粘性流体也将流体室22加压，这促进了流体从流体室22到排出通路50内的流动。流体供给源25可以是以一个或多个常规的加热器加热的流体歧管，加热器例如为筒式电阻加热器，且该流体歧管配备有一个或多个常规的温度传感器，例如电阻温度检测器(RTD)，电热调节器，或热电耦，从而提供反馈信号以用于温度控制器对于供给到加热器(多个加热器)的电力的调节。
当流体分配器10分配流体时，电枢26相对于磁极件28的位置通过连续地将保持电流供给到电磁线圈40而得以维持。如果到电磁线圈40的电流恒定，则电磁场同样恒定且不随时间变化。恒定的电磁场维持了足以抵抗返回弹簧32的偏置力的吸引力，该返回弹簧32在使电枢26返回的方向上起作用以使阀元件46与阀座48接触。
当从驱动器电路54输送到电磁线圈40的绕组的电流被移除或降低时，返回弹簧32将轴向力施加到电枢26上，电枢26将阀杆34向阀座48移动。如在图2中示出，当阀杆34被返回弹簧32的作用移动到完全关闭的位置时，阀元件46接触阀座48。从流体室22到排出通路50内的流体流动终止，直至分配次序被初始化。在流体分配器10的此关闭的情况中，填充流体室22的流体是静态的且被加压的。
系统控制器52提供了对于流体分配器10、12、14以及包含了流体分配器10、12、14的流体分配系统110(图7)的总体控制，该系统控制器52协调了移动和动作。本领域一般技术人员将理解，系统控制器52可以是可编程逻辑控制器(PLC)，数字信号处理器(DSP)或另一个带有能够执行存储在存储器内的软件且执行在此所述功能的中央处理器的基于微处理器的控制器。
人机接口(HMI)设备126(图7)以已知的方式运行地连接到系统控制器52。HMI设备126可以包括输出设备，例如字母数字显示器、触摸屏、和其他视觉指示器，还具有输入设备和控制器，例如字母数字键盘、指向设备、键区、按键、控制钮等，它们能接受来自操作者的指令或输入且将键入的输入传递到系统控制器52的中央处理单元。系统控制器52也可以与控制面板130(图7)连接，控制面板130可以包括用于手动初始化一定功能的按键，例如在设定、标定和流体材料装载期间。
参考图2至图6，与分配器10、12、14连接的喷嘴板18包括主体58，所述主体58具有面向模块体16的上游表面60和面向产品的下游表面62，流体从流体分配器10分配到该产品上。以螺栓孔64为代表的螺栓孔在上游表面60和下游表面62之间延伸。以紧固件19、20(图2)为代表的紧固件突出通过螺栓孔64，且紧固件19、20的头部接收在螺栓孔64的埋头区域内，使得头部不突出超过下游表面62的平面。安装板51也包括与螺栓孔64和分配器10、12、14的每个的模块体16内的螺纹开口对齐的开口，所述螺纹开口接收了紧固件19、20的尖端。
具有腔67、68、69形式的喷嘴室或增压室(plenum)凹入到主体58的上游表面60内。腔67流体连通地与来自流体分配器10的排出通路50的出口连接。类似地，腔68流体连通地与来自流体分配器12的排出通路50的出口连接，且腔69流体连通地与来自流体分配器14的排出通路50的出口连接。垫片71保持在流体分配器10、12、14的安装板51和喷嘴板18的上游表面60之间。可以由不锈钢构建的垫片71包括与不同的流体分配器10、12、14的排出出口50对齐的开口。另外，例如O型圈的密封构件73布置在环绕了来自流体分配器10、12、14的每个的排出出口50的环形腔内，且在垫片71和相应的模块体16之间被压缩。例如O型圈的另一个密封构件75位于每个安装板51的外径内的沟槽内，且在每个安装板51和流体分配器10、12、14的相应的一个的模块体16之间被压缩。
腔67、68、69是平的、薄的且通常为矩形的，且具有大体上相同的构造。因此，如下的对于喷嘴板18的主体58内的腔67的描述被理解为等同地适用于腔68和69。腔67包括底表面70和侧壁72，侧壁72在底表面70和上游表面60之间延伸。来自排出通路50的出口定位为与腔67在腔67的几何中心或几何中心附近处相交，以用于平衡到不同的通道74的流体分配。通道74延伸通过喷嘴板18的厚度且与下游表面62相交。每个通道74具有靠近底表面70的第一区域76和其直径大于第一区域76的直径的第二区域78。每个通道74的第一区域76通过由喷嘴板18的材料形成的侧壁限定。每个通道74的第二区域78与主体58的下游表面62相交。过滤网(未示出)可以提供在通道74上方的腔67、68、69的每个内，以在被分配的流体进入腔67、68、69之前从其移除微粒物且防止阻塞。另外的过滤器可以安装在不同的位置处以用于从流体移除微粒。
一般地，腔67的体积被最小化以最小化用于喷嘴板18内的加压流体的死区体积，且保证腔67的加压在短的期间内发生。例如，腔67可以具有大约0.5mm的深度(大约0.01969英寸)，大约1.8mm的长度(大约0.07087英寸)和大约7mm的宽度(大约0.2756英寸)，使得体积大约为6.3mm3。然而，本发明不在数字上如此受限制。腔67的体积的优化可以促进分配器10以相对高的频率的运行，该相对高的频率可以考虑为显著高于大约30Hz的频率。
喷嘴板18进一步包括多个喷嘴80，所述喷嘴80从腔67接收流体。喷嘴80的一个布置在通道74的每个的第二区域78内。喷嘴80的每个包括第一通路82和较狭窄的第二通路84，第一通路82的特征在于直径大致上等于相应的通道74的第一区域76的直径，流体从第二通路排出。第一通路82布置在每个通道74的第一区域76和第二通路84之间。
以交错行或线85a、85b成阵列布置以促进关闭包装的喷嘴80突出超过喷嘴板18的下游表面62且向基片120突出。喷嘴80布置为带有在喷嘴板18的宽度上大致相等的间隔。在一个实施例中，在线85a内的邻近的喷嘴80和在线85b内的邻近的喷嘴可以通过间隔s和间隔x分开，所述间隔s大约为1.528mm(大约0.06016英寸)，所述间隔x在垂直于喷嘴80的两个线85a、85b之间的方向上可以大约为0.764mm(大约0.03008英寸)。
喷嘴80可以包括蓝宝石喷嘴，该喷嘴优选地设计为外径略微小于各通道74的第二区域78的直径，该蓝宝石喷嘴粘着地结合到通道74内。在替代的实施例中，喷嘴80可以由钛或钛合金形成，例如Ti-6Al-4V合金，且粘着地结合到各通道74的第二区域78的内侧。一个用于精确地形成这样的喷嘴80的技术利用了Swiss screw machine以转动喷嘴80，但本发明不限制于此。
如在图6中最佳地示出，在喷嘴80的每个内的第二通路84可以成形为直圆柱体，其特征为高度或长度h和内径d。在一个实施例中，长度h与内径d的比值至少为3比1。在另一个实施例中，长度h与内径d的比值大约为6比1。可以在这些范围的一个内进行比值的选择以导致喷出的流体流以相对直的路径离开第二通路84，当喷嘴80在基片120上方以相对大的高度盘旋时这可能是重要的。
典型地，在每个喷嘴80内的第二通路84的内径d大约为6密耳或更小。在一个特定的实施例中，第二通路84的内径d可以大约为5密耳(千分之一英寸)。在另一个特定的实施例中，第二通路84的内径d可以大约为4密耳。在再另一个特定的实施例中，第二通路84的内径d可以大约为1密耳，这可以允许将其特征为相对薄的膜构造的材料应用在基片120上(图6)，其原因是所伴随的喷出的流体小滴的小尺寸。
在分配情况期间，系统控制器52导致驱动器电路54将流体分配器10的电磁线圈40的绕组通电，以将阀元件46相对于阀座48移动(即将电枢26相对于磁极件28移动)，且将处于压力下的新鲜的流体量引入到腔67内。当阀元件46从阀座48升起时，新鲜的加压流体的量流动通过排出通路50到腔67内。此来流的加压流体的量将驻留在腔67内的流体的体积排出到通道74内。当阀元件46接触阀座48时，驻留在腔67内的流体不再被加压且不发生从腔68到通道74内的流动。当系统控制器52指令流体分配器10将一定量的加压流体引入到腔67时，流体从所有喷嘴80的第二通路84同时排出。每个引入到腔67内的流体的量导致相应的全部量的流体在与腔67连通的不同通道74内被分配。每个分配的量作为流体的滴从喷嘴80的一个被喷出。
具有大致上相等的大小的喷出的流体的小滴以通过在喷嘴80和基片120之间的打开的行进空间的轨迹移动。冲击了基片120的流体小滴的相对紧凑的位置类似于喷嘴80在喷嘴板18上的布置。流体小滴一起流动且合并(例如汇合)在基片120上以限定直线的或梯形的流体带。当流体分配器10相对于基片120移动时，流体分配器10连续地被激活以分配连续的流体小滴的组作为重叠的带，带的总合具有被分配的流体的带的外观。合并的流体小滴在基片上自平整，以限定具有相对均匀的厚度的涂层或膜。
类似的考虑等同地适用于其他流体分配器12、14，它们将加压流体分别供给到腔68和腔69。系统控制器52导致驱动器电路54将分配器12和14的各电磁线圈40的绕组相互独立地且也独立于与流体分配器10相关的电磁线圈40通电。以此方式，分配器10、12、14的每个能够独立地受控。
与腔67、68、69的每个相关的喷嘴80的个数将取决于分配应用而变化。在一个实施例中，在喷嘴板18内的腔67、68、69的每个可以包括九个喷嘴80，且在每个喷嘴80内的第二通路84可以具有大约4密耳的直径。在另一个实施例中，在每个喷嘴板18内的腔67、68、69的每个可以包括八个喷嘴80，且在每个喷嘴80内的第二通路84可以具有大约5密耳的直径。
在一个实施例中，在构造上类似于喷嘴板108(图10)的具有单独的流体腔的喷嘴板能够与单独的分配器(例如分配器10)一起使用，以用于在基片120上沉积流体材料的窄带。此构造可以例如适合于精确地将保形涂层施加到窄的基片120上。
驱动器电路54包括电力切换电路，该电路提供了电流受控的输出信号到电磁线圈40的绕组。每个流体分配器10、12、14的电磁线圈40通过系统控制器52单独地操作，在一个实施例中使用从驱动器电路54的发送的电流受控的输出信号的脉宽调制(PWM)来操作。为此目的，驱动器电路54将供给到流体分配器10、12、14的每个的电磁线圈40的绕组的电流的占空因数进行调制。沉积在基片120上的膜的构造厚度能够通过改变输出信号的占空因数而变化。
对于流体分配器10、12、14的每个，驱动器电路54和系统控制器52被使用以精确地调节和控制引入电流的施加，在引入电流后保持电流以建立其中流体被排出的打开状态，且从电磁线圈40去除电流以建立关闭状态。为此目的，驱动器电路54将快速引入电流施加到每个电磁线圈40上以在分配周期的开始时快速地将各阀元件46移出与相应的阀座48的接触。另外，驱动器电路54维持降低的保持电流，该保持电流保持了阀元件46处于打开位置，同时最小化了在分配期间在电磁线圈40的绕组内疲劳生热的量。最后，驱动器电路54提供对于电磁线圈40的快速去磁，使得各阀元件46快速地移动为与其阀座48接触，以在分配周期的结束时建立关闭的状态。这样的驱动器电路例如在共同拥有的美国专利No 6,978,978，6,318,599、No 5,812,355和No 4,467,182中公开，在此通过参考将它们完整地合并。
在系统控制器52的控制下从驱动器电路54发送到每个电磁线圈40的电流受控输出信号的PWM导致各电枢26周期地且重复地相对于磁极件28移动。这导致各阀元件46周期地在其打开位置和关闭位置之间相对于相应的阀座48往复，且因此控制了小滴从由每个分配器10、12、14使用的喷嘴80的排出或喷出。每当相应的阀元件46打开和关闭时，一组小滴从由每个分配器10、12、14使用的喷嘴80喷出。通过替换供给到电磁线圈40的电流受控的输出信号的占空因数，不同的流体的量能够供给到腔67、68、69且随后从喷嘴80排出作为每个具有与占空因数相关的大小的小滴的组。在确定小滴的大小时脉宽代表了一个因素，因为在阀元件46的一个周期期间从喷嘴排出的流体的量直接取决于脉宽。例如流体温度、流体压力等的其他因素也可以影响小滴的大小。
驱动器电路54能够将PWM输出信号的占空因数从0％改变到100％。在一个实施例中，PWM输出信号的占空因数可以小于50％，且在另一个实施例中，PWM输出信号的占空因数可以大约为40％(即，40％的打开时间和60％的关闭时间)。在此方面，使用小于50％的占空因数可能促进排出的流体流直的行进路径。供给到电磁线圈40的脉冲的频率可以为大约200Hz到400Hz。
使用PWM以从驱动器电路54向电磁线圈40以相对高的频率且以相对低的占空因数输送电流受控的输出信号促进了从喷嘴80喷出的流体流的直的行进路径。作为结果，流体流更可能作为小滴在意图中的位置处冲击基片120，这可能允许喷嘴80的分配高度与常规的分配系统相比增加。这可能对于当喷射器10、12、14相对于基片120移动时避开在基片120上方以相对大的高度突出的物体或成分是有利的。例如，如果电流受限的输出信号占空因数在50％以下且在200Hz频率或更高，则所述至少一个流体分配器通过所述的多轴台悬浮，使得所述多个喷嘴位于静止的基片上方大于0.25英寸的高度处。
替代地，流体分配器10、12、14的每个的电磁线圈40通过系统控制器52使用从驱动器电路54发出的电流受控的输出信号的频率调制来独立地操作。为此目的，驱动器电路54将供给到流体分配器10、12、14的每个的电磁线圈40的绕组的电流的频率进行调制。频率调制改变了来自喷嘴80的小滴的相继排出之间的时间，这有效地改变了从相同的喷嘴80到基片120上喷出的连续的小滴的冲击点之间的间隔，假定分配头以恒定的速度移动。在本发明的一个实施例中，频率调制可以与电流受控的输出信号的PWM组合使用。
参考图7，流体分配系统110包括柜112，所述柜112包括部分地通过面板覆盖的相互连接的水平和垂直梁的框架。流体分配器10、12、14安装在流体分配系统110内的多轴台上，所述多轴台包括由柜112支承的x-y台定位器116和从x-y定位器116悬挂的z轴定位器114。x-y定位器116由一对独立地可控的轴线驱动器(未示出)操作。类似地，z轴定位器114通过另一个独立地可控的轴线驱动器(未示出)操作。z轴定位器114和x-y定位器116提供了三个用于流体分配器10、12、14的大体上垂直的运动轴线。z轴定位器114和x-y定位器116可以在实践中包括任何多种常规的机电和/或机械设备。
意图于接收分配量的流体的基片120被传送器128输送到流体分配器10、12、14下方的静止位置，但可以使用其他的输送机构。x-y定位器116能够迅速地将分配器10、12、14作为一组相对于例如印刷电路板的基片120的面对表面在x-y平面内以通过系统控制器52协调的高精度协同控制来移动。z轴定位器114在垂直于x-y平面的方向上升起和降低流体分配器10、12、14以限定用于运动的三维笛卡尔坐标系。z轴定位器114用于设定基片120上方的高度，从该高度处分配流体材料，使得从基片120突出的物体当分配器10、12、14相对于基片120移动时不接触。典型地，z轴定位器114用于将流体分配器10、12、14放置在基片120上方恒定的高度处，该高度避开了从基片120突出的物体。z轴定位器114和x-y定位器116包括机电部件，例如马达(例如伺服器)和驱动电路，以移动流体分配器10、12、14。然而，当流体分配器10、12、14以单一的固定高度悬挂时，流体可以被分配。
与系统控制器52、x-y定位器116和z轴定位器114电连接的运动控制器124(图2)控制流体分配器10、12、14的三维移动。系统控制器52典型地指令运动控制器124操作x-y定位器116和z轴定位器114以用于以规定的方式移动流体分配器10、12、14，此方式被重复以用于一系列基片120。在一个实施例中，x-y定位器116能够以直至大约40英寸/秒(大约1米/秒)的速度移动流体分配器10、12、14。
在使用中，流体分配器10、12、14的每个的电磁线圈40通过来自在系统控制器52的控制下的驱动器电路54的电流受控的输出信号被独立地控制。同时，流体分配器10、12、14作为组由x-y定位器116在包含有静止基片120的平面上方给定的高度处移动。这将直线或梯形的流体带沉积在基片120上。当在基片120的表面上遇到物体或特征时且根据编程的涂层样式，系统控制器52能够通过中断来自驱动器电路54的输出脉冲的流动使得流体分配器10、12、14的一个或多个不起作用，从而促动少于全部流体分配器10、12、14的流体分配器。流体不从闲置的流体分配器10、12、14排出。作为结果，流体分配器10、12、14能够选择地被激活，使得在基片120的表面上的某些物体、特征或区域不被流体覆盖。这允许流体分配器10、12、14选择地将流体分配在基片120上的区域内，而不改变流体分配器10、12、14的运动方向。
例如，基片120上的部件或其他特征可以具有小于穿过例如流体分喷器12的流体分配器之一的喷嘴板18的喷嘴80的相应延伸度的宽度。当流体分配器10、12、14相对于基片120移动时，系统控制器52指定驱动器电路54中断到流体分配器12的输出信号流，使得流体分配器12维持关闭同时流体分配器10、12、14在特征上方且越过特征移动，使得特征保持不被覆盖。流体分配器10和14继续将流体分配到与特征相邻的基片上。流体分配器12在遇到特征前关闭，且在通过特征后再次供给以控制信号，从而导致流体被排出以覆盖基片120。
流体分配系统110克服了常规的涂敷系统中的许多缺陷，所述常规的涂敷系统使基片在直线路径上相对于带有多个喷嘴的静止的分配头平移。例如，这样的常规的涂敷系统必须将基片的宽度与喷嘴阵列的宽度匹配。另外，因为基片在单独的方向上平移且不允许侧向移动，所以整个基片不能被涂敷。另外，此常规的分配方案缺少跟踪围绕基片上意图为不被覆盖的区域的能力。
通常，常规的分配方案对于基片能够相对于静止的分配头平移的速度具有限制(每秒5英寸或更低)，且可能要求喷嘴带有相对大的排出通路(0.0155英寸或更大)。相比之下，流体分配系统110的多轴台能够使分配头相对于基片120以接近每秒40英寸(大约1米/秒)的速度移动，此可能性的原因是流体分配器10、12、14的高频运行等。常规的涂敷系统在其运行频率上受到限制，一般地为低于30Hz的频率，此限制可以通过流体分配系统110的特定的实施例来克服。常规的涂敷系统可以包括带有相对大的流体腔和将该流体腔与分配器连接的一定长度的管道的喷嘴板，而不是直接将喷嘴板18与流体分配器10、12、14连接而不用干涉管的长度且具有最小化的流体腔体积。
在替代的实施例中，流体分配系统110能够包括不同类型的机构以用于将流体分配器相对于基片120移动。例如，多轴台可以通过可编程机械机器人(未示出)替代，所述机器人具有承载了带有分配器10、12、14的分配头的铰接臂。可编程的机械机器人可以包括任何本领域一般技术人员认可的普通构造，包括但不限制于笛卡尔构造和SCARA(选择顺应性装配机器人手臂)构造。可编程机械机器人包括多种运动控制器和电子系统设备，例如限位开关、传感器、输入输出终端、放大器、气动阀、配件、螺线管、电源、可编程控制器和伺服马达和皮带轮驱动器，以用于执行铰接臂和分配头的所需的多轴移动。
参考图8至图10，其中相同的参考数字涉及与图1至图7中相同的特征，且根据本发明的替代实施例，流体分配器85示出为能够替换流体分配器10、12、14(图1至图7)的一个或多个。流体分配器85包括与喷嘴板18(图1至图7)的喷嘴板108，但是，流体分配器85构造为使用具有压电执行器86的形式的转矩马达而不是电磁执行器运行。压电执行器86具有常规的构造，它通过杆臂89与轴或阀杆88机械地连接。阀杆88通常相对于杆臂89法向突出。位于阀杆88的自由端处的阀元件90通过压电执行器86的运行而相对于承载在阀座构件92上的阀座91移动。阀座构件92和阀元件91可以包括陶瓷材料，其成分被本领域一般技术人员所了解。
阀座构件92连接到模块体94，模块体94包括容纳了压电执行器86的内腔。阀座91限定了在排出通路95和流体室96之间接合处，流体室96通过流体入口98与流体供给源25连接(图2)。在压力下从流体供给源25供给的流体被允许通过流体入口98到流体室96内。密封构件97、98、99将提供了用于阀座构件92、模块体94和喷嘴板108的流体密封封口。模块体94包括细长的腔100，腔100被常规的加热器(未示出)占据，例如筒式电阻加热器。模块体94也装配有常规的温度传感器(未示出)，例如RTD、电热调节器、或热电耦，从而提供了温度控制器调节供给到加热器的电力中使用的反馈信号。
压电执行器86通过绝缘线102、104、106与驱动器电路54电连接，驱动器电路54将电流受限的输出信号以脉宽调制、频率调制或它们的组合供给到执行器86，如以上关于供给到电磁线圈40的电力所描述。绝缘线102电接地。绝缘线104与压电执行器86的顶半部分电连接，且绝缘线106与压电执行器86的底半部分连接。当电力从驱动器电路54通过绝缘线106供给到压电执行器86的底半部分时建立了电场，所述电场改变了执行器86的维度，使得杆臂89向上枢转。压电执行器86的向上移动(也通过杆臂91的移动机械地放大)将阀元件90从阀座91升起，使得加压流体能够从流体室96流入排出通路95内。当电力从驱动器电路54通过绝缘线104供给到压电执行器86的顶半部分时建立了电场，所述电场改变了执行器86的尺寸，使得杆臂89向下枢转。此向下移动(通过杆臂89的移动机械地放大)将阀杆88向下移动以使得阀元件90与阀座91接触。
其他类型的压电执行的分配器能够与喷嘴板108结合使用。例如，压电致动的分配器可以包括将压电执行器的输出驱动力转换为用于阀杆88的有用位移的机械式放大器，所述有用位移大体上大于执行器的相对小的输出位移，该机械放大器在美国专利No.6,157,115中描述，在此通过参考将其完整合并。
如在图10中最佳地示出，喷嘴板108包括仅一个流体腔107，流体腔107在构造上和功能上类似于流体分配器67、68、69。腔107将排出出口95与喷嘴80的阵列流体连通地连接，如以上关于喷嘴板18和腔67、68、69所解释。防护构件109a、109b附接到喷嘴板108的相对的侧边缘上，该防护构件109a、109b在分配器85通过多轴台在x-y平面内相对于基片120移动时保护了喷嘴80不接触。喷嘴80在防护构件109a、109b之间间隔开地定位。防护构件109a、109b从喷嘴板108突出大于喷嘴80的距离，这也防止了当分配器85沿z方向相对于基片120移动时基片120上的部件或物体和喷嘴80之间的接触。
系统控制器52的驱动器电路54能够将输送到压电元件86的PWM输出信号的占空因数从0％改变到100％。在一个实施例中，PWM输出信号的占空因数可以小于50％，且在另一个实施例中，PWM输出信号的占空因数可以大约为25％(即25％的开启时间和75％的关闭时间)。供给到电磁线圈40的脉冲的频率可以为大约200Hz到400Hz，或可选地直至大约1kHz或甚至更高。分配器85也可以使用从系统控制器52的驱动器电路54输送的频率调制输出信号或PWM和频率调制输出信号的组合来操作。
参考图11和图12，其中相同的参考数字涉及与图1至图7中相同的特征，且根据本发明的替代实施例，类似于喷嘴板18(图1至图7)的喷嘴板134与将喷嘴板134与流体分配器10间隔的延伸部分136联合使用。延伸部分136在一端处包括安装板138且在相对端处包括另一个安装板140和将安装板138和140连接的杆142，所述安装板138以流体密封方式与分配器10的模块体16连接。喷嘴板134包括主体144，该主体在构造上和功能上类似于主体58(图1至图7)，且包括在构造上和功能上等价于喷嘴80(图1至图7)的喷嘴146。在一个实施例中，喷嘴板134的主体144可以在延伸部分136的最远离分配器10的自由端处激光焊接到安装板140。
中心地限定在延伸部分136内侧的中心孔149延伸了分配器10的流体室22。中心孔149在承载在阀座构件154的阀座152处结合了排出通路150。类似于阀杆134的阀杆156从电枢26突出到中心孔149内。当电磁线圈40的绕组被系统控制器152的电源通电和断电时电枢26和阀杆156被移动。阀座152在关闭状态中被阀杆156的自由端处的阀元件46接触。
排出通路150与限定在喷嘴板134内的流体腔158连通。当分配器10运行时，喷嘴146将连续量的加压流体从流体腔158排出。具有相对窄的外形的延伸部分136将喷嘴板134从分配器10所具有的较大外形分开。这允许喷嘴板134放置在基片120上的邻近的高外形部件之间，这有效地降低了当在这样的高外形部件之间分配流体时喷嘴146在基片120上方的高度。这可以促进将流体更精确地分配在基片120上。
为描述的目的，例如“向上”、“垂直”、“水平”、“右侧”、“左侧”等方向性词语与附图联合使用以用于清晰性目的。如所熟知，液体分配设备可以大体上定向在任何方向，因此这些方向性词语不应用于意味着任何用于与本发明一致的设备的特定的绝对方向。
虽然本发明已通过对于多种实施例的描述图示且同时这些实施例已经以相当的细节描述，但申请人的目的不是约束或以任何方式限制所附权利要求的范围到这样的细节。另外的优点和修改将对于本领域一般技术人员是容易地显见的。本发明在其更广的方面中因此不限制于特定的细节、代表性方法和示出且描述的图示的例子。因此，可以偏离这样的细节而不偏离申请人的一般发明构思的精神或范围。

Claims (10)

1.一种用于将加压流体施加到静止的基片上的装置，所述装置包括：
至少一个流体分配器，包括：执行器、包含加压流体的流体室、与所述执行器连接的阀元件、流体通路、在所述流体室和所述流体通路之间的阀座，所述执行器构造为将所述阀元件相对于所述阀座在打开位置和关闭位置之间移动，在该打开位置时允许加压流体从所述流体室流入到所述流体通路内，且在该关闭位置时所述阀元件接触所述阀座以在所述流体室和所述流体通路之间建立流体密封；
与所述至少一个流体分配器机械地连接的多轴台，所述多轴台构造为将所述至少一个流体分配器相对于静止的基片移动；和
与所述多个流体分配器的相应的一个机械地连接的至少一个喷嘴板，所述至少一个喷嘴板包括与所述流体通路连接的流体腔，和与所述流体室连接的多个喷嘴，所述流体腔构造为当所述至少一个流体分配器的所述阀元件处于打开位置时从所述至少一个流体分配器接收加压流体，以用于从所述多个喷嘴排出。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述执行器包括承载所述阀元件的阀杆、至少一个压电执行器和将所述至少一个压电执行器与所述阀杆连接的杆臂，所述至少一个压电执行器选择地被通电以用于将所述杆臂偏转以移动所述阀杆来提供所述阀元件相对于所述阀座的打开位置和关闭位置。
3.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：与所述执行器电连接的驱动器电路，所述驱动器电路构造为将电流受限的输出信号传送到所述至少一个流体分配器的所述执行器，所述电流受限的输出信号被脉宽调制以用于调节所述阀元件在所述打开位置和关闭位置之间的移动。
4.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：与所述执行器电连接的驱动器电路，所述驱动器电路构造为将电流受限的输出信号传送到所述流体分配器的每个的所述执行器，所述电流受限的输出信号被频率调制以用于调节所述阀元件在所述打开位置和关闭位置之间的移动。
5.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：设置在所述喷嘴板和分配器之间的延伸部分，所述延伸部分将所述喷嘴板从所述分配器间隔开，且所述延伸部分包括将所述流体腔与所述流体通路连接的孔。
6.一种将加压流体分配到静止的基片上以限定涂层的方法，所述方法包括：
将加压流体的多个小滴从多个喷嘴排出到静止的基片上；和
在排出小滴时将喷嘴相对于静止基片移动。
7.根据权利要求6所述的方法，其中排出小滴进一步包括：将脉宽调制的输出信号输送到流体分配器的执行器。
8.根据权利要求6所述的方法，其中排出小滴进一步包括：将频率调制的输出信号输送到流体分配器的执行器。
9.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：
将加压流体从第一流体分配器供给到喷嘴的第一部分；和
将加压流体与供给到第一多个喷嘴的加压流体独立地从第二流体分配器供给到喷嘴的第二部分。
10.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：
调节小滴的尺寸，使得小滴在基片上合并在一起以形成限定涂层的连续层。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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