CN101511491B - 一种用于将粘性材料分配在基板上的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于将一定体积的粘性材料分配到基板上的分配器，其包括：框架(18)，与框架(18)相连接的门架系统，以及与所述门架系统相连接的分配单元(14)。所述分配单元(14)包括具有腔体(50)的外壳(32)，以及设置于腔体(50)中的活塞(64)。所述活塞(64)构造成在腔体中的预分配位置和分配位之间运动。所述分配单元14进一步包括构造用于在其中接收所述活塞(64)的分配孔(104)，以及与所述外壳(32)相连接的喷嘴(34)。与所述活塞(64)相连接的控制器(16)，其用于控制所述活塞(64)的运转。所述分配器构造使得从所述分配孔(104)中分配的粘性材料的体积基本上等于在活塞(64)移动到其分配位置时进入分配孔(104)的体积。进一步揭示了分配粘性材料的其他实施例和方法。

Description

一种用于将粘性材料分配在基板上的方法及设备
技术领域
本发明通常涉及一种用于将粘性材料分配在如印刷电路板的基板上的方法及设备，更具体涉及一种将材料分配在基板上而无需将基板弄湿的方法及设备。
背景技术
目前有多种用于不同应用的分配定量液体或浆体的现有分配系统。其中一种应用是将集成电路芯片及其他电路元件组装在电路板基板上。在这种应用中，采用自动化分配系统将液体环氧树脂、焊料膏或其他相关材料的点分配到电路板上。自动化分配系统同样用于分配未充满材料及密封材料的线，所述材料用于将元件以机械方式固定于电路板。未充满(underfill)材料与密封材料用于提高上述组装的机械特征和环境特性。
另一种应用是将极小量的材料或点分配到电路板上。在一种能够分配材料点的系统中，分配单元采用具有螺旋槽的旋转螺旋将材料排出喷嘴，并分配到电路板上。一种此类系统被名称为《Liquid dispensing system with sealingaugering screw and method for dispensing》、专利号为5,819,983、由本发明的受让人马萨诸塞州、富兰克林的Speedline technologies，Inc.所拥有的美国专利所公开。
在采用了螺旋式分配器的典型操作中，分配单元在将材料点或材料线分配到电路板上之前向电路板的表面降低，在将材料点或材料线分配完成之后升高。采用这种类型的分配器，可以极为准确地布置数量较少且精确的材料。在垂直于电路板的方向上下降和上升，典型地被认为是z轴的运动，所述分配单元所需的时间可以贡献出执行分配操作所需的时间。特别是，采用螺旋式分配器在分配材料点或材料线之前，分配单元下降从而使材料接触或“湿润”电路板。湿润过程贡献了执行分配操作的附加时间。
在现有自动化分配器领域，同样已知的是采用“喷射”方法将粘性材料点向电路板发射。在这种喷射系统中，在一分钟内，以足够的惯性将离散量的粘性材料喷出喷嘴，从而使材料在接触到电路板之前与喷嘴分离。如上文所述，对于采用螺旋式的应用或其他现有应用，非喷射系统，需要在材料点脱离喷嘴之前使材料点将电路板湿润。对于喷射类型的应用，可以使点沉积在基板上而无需以离散点的图案湿润电路板，或者可以以彼此足够接近的方式布置材料点，从而使其结合成或多或少连续的图形。
已知的喷射系统的一个优势在于，在进行分配时，其对于电路板与喷嘴间距离变化的非敏感性。在大多数情况下，喷嘴可以向电路板分配多个点而无需进行朝向电路板或远离电路板的z轴运动。然而喷射系统的显著缺陷在于，该系统仅能够分配较小的材料点，并且每个点具有固定的大小。如果需要较大的点，典型的喷射系统能够在同一位置分配多个独立点，从而共同贡献足够材料以生成较大的点。可选的是，可以重新构造喷射系统以采用较大的喷嘴，从而生成较大的点。如果需要较小的点，则可以构造喷射系统采用较小的喷嘴。由于典型地必须将分配器停止，从而负面影响分配器所工作的生产线的产量，因此重新构造喷嘴是不被期望的。
同样如上文所述，在典型的喷射系统中，由系统所布置的材料量必须是单个材料点的材料量的整数倍，因此若不进行重大的变更则无法改变点的大小。这种限制一般是由于限制点的尺寸的喷嘴的喷孔的固定尺寸造成的。
具有多种分配量大小的喷射式分配式系统也是已知的。然而，这种系统的缺陷在于其难以控制通过喷嘴的粘性材料的流量。特别是，在喷嘴入口处或节流阀之前的粘性材料的压力通常是保持相对固定的。需分配的不同材料的粘性变化、存放时间和温度变化造成的粘性变化会引起输出流速的有害变化，从而导致喷配的材料量的不可控性。
发明内容
本发明的一方面涉及用于将一定体积的粘性材料分配到基板上的分配器。所述分配器包括框架，与框架相连接的门架系统，及与所述门架系统相连接的分配单元。在一个特定实施例中，所述分配单元包括具有腔体的外壳，及设置于所述腔体中的活塞。所述活塞构造成在腔体中的预分配位置和分配位置之间运动。与所述活塞相连接的电动机，其用于驱动活塞在所述腔体内的运动。与所述外壳相连接的喷嘴。所述喷嘴具有分配孔，并且该喷嘴构造用于在其中接收所述活塞。与所述电动机相连接的控制器，其用于控制电动机的运转。布置使得从分配孔分配的粘性材料基本上等于在活塞移动到其分配位置时进入分配孔的体积。
本发明的另一方面涉及一种用于将粘性材料分配到基板上的分配器。所述分配器包括框架，与框架相连接的门架系统，以及与所述门架系统相连接的分配单元。所述分配单元包括具有腔体的外壳，设置于所述腔体中的筒，以及设置于所述筒中的活塞。所述活塞构造成在所述腔体中的预分配位置和分配位置之间运动。与所述外壳相连接的喷嘴，所述喷嘴具有分配孔。与所述活塞相连接的电动机，其用于驱动所述活塞在筒内部的运动。与所述电动机相连接的控制器，其用于控制电动机的运转。
本发明的再一方面涉及一种用于将粘性材料分配到基板上的分配器，所述分配器包括框架，与框架相连接的门架系统，与所述门架系统相连接的分配单元。在一个实施例中，所述分配单元包括具有腔体的外壳，形成于外壳中的开口，用于将粘性材料传送到腔体，设置于腔体中的活塞。所述活塞构造用于在所述腔体中从收缩、预分配位置移动到延伸、分配位置。与所述活塞相连接的电动机，其用于驱动所述活塞在筒内部的收缩及延伸位置间的运动。与所述外壳相连接的喷嘴，所述喷嘴具有分配孔。与所述电动机相连接的控制器，其用于控制电动机的运转。布置使得所述活塞从所述收缩位置移动到所述延伸位置，在所述收缩位置可以通过所述开口将粘性材料传送到所述腔体，在所述延伸位置，活塞向所述喷嘴的所述分配孔移动，从而阻止粘性材料流入所述分配孔中。
本发明的另一方面涉及一种从分配器分配粘性材料的方法，该分配器具有腔体、用于将粘性材料传送到所述腔体的开口、与所述腔体流体连通的分配孔、以及在所述分配孔中可移动的活塞。所述方法包括：沿远离所述分配孔的方向移动所述活塞；通过所述开口将粘性材料传送到所述腔体；沿朝向所述分配孔的方向移动所述活塞；通过在所述活塞向所述分配孔移动时阻塞所述开口，从而切断粘性材料的传送；以及喷射一定量的粘性材料。
本发明的另一方面涉及一种从分配器分配粘性材料的方法，该分配器具有腔体、用于将粘性材料传送到所述腔体的开口、与所述腔体流体连通的分配孔、以及在所述分配孔中可移动的活塞。所述方法包括：沿远离所述分配孔的方向移动所述活塞；通过所述开口将粘性材料传送到所述腔体；沿朝向所述分配孔的方向移动所述活塞；喷射基本上等于所述活塞移动进入所述分配孔中的体积量的粘性材料。
本发明的另一方面涉及一种从分配器分配粘性材料的方法。所述分配器具有腔体，用于将粘性材料传送到所述腔体的开口，与所述腔体流体连通的分配孔，具有延伸孔的筒，所述筒布置于所述腔体中，可以与所述腔体及所述筒的延伸孔流体连通的分配孔，以及布置于所述筒的延伸孔中的活塞，其构造成进入所述分配孔以分配一定量的粘性材料。所述方法包括：选择筒，将其置于所述腔体中；选择活塞，将其置于所述筒的延伸孔中；沿远离所述分配孔的方向移动所述活塞；通过所述开口部将粘性材料传送到所述腔体；沿朝向所述分配空的方向移动所述活塞；喷射一定量的粘性材料。
结合下面的附图、详细说明及权利要求将会对本发明产生全面的理解。
附图说明
为了更好地理解本发明，参考在此列出的带有附图标记的附图：
图1是本发明实施例采用的分配器的示意图；
图2是本发明实施例的分配单元的透视图；
图3是沿图2所示的分配单元的直线3-3的剖视图；
图4是沿图2所示的分配单元的直线4-4的剖视图；
图5是图3所示的分配单元在预分配位置时的喷嘴的放大剖视图；
图6是在分配位置所示的喷嘴的放大剖视图；
图7是图6所示的喷嘴的喷孔组件的放大剖视图；
图8是这里所示的分配单元的内部元件的分解透视图。
具体实施方式
仅为了说明而非限制，将结合附图详细说明本发明。本发明在应用中不限于下文中所述的、或附图中所示的具体构造及部件布置。本发明适于其他实施例并能够以多种方式执行。同样，本文的措辞和术语是用于说明而非限制。同时，本文中的“包含”、“包括”、“具有”、“容纳”、“涉及”等各类词语，表示包括后面列出的项目以及其等同物和其他的项目。
本发明的实施例针对分配单元、分配方法以及包括本发明的方法和设备的分配系统。本发明的实施例可以采用本发明的受让人，马萨诸塞州的富兰克林的Speedline科技有限公司(Speedline technologies，Inc.)所拥有的品牌CAMALOT下的分配系统。
图1示出了根据本发明的一个实施例的分配器，通常由10表示，其用于将粘性材料(例如粘合剂、密封物质、环氧物质、焊膏、底部填充材料等)或半粘性材料(如助焊剂等)分配到印刷电路板12上。分配器10包括通常由14表示的分配单元或者头，以及控制器16。分配器10还包括具有用于支撑电路板12的基座20的框架18，以及用于支撑分配单元14的臂22。如电路板加工领域所已知的，在分配器10中可以使用输送机系统(未显示)，以控制将电路板装载到分配器上或者卸下。臂22与框架18可移动的连接。可以在控制器16的控制下使用电动机沿X轴、Y轴、Z轴移动臂22，以根据需要将分配单元定位于电路板上方的预定位置、高度。
如下文所述，在一个实施例中分配器10构造成用于提供控制每次分配的体积流速的无针分配。此外，在至少一个实施例中，在分配过程中，分配单元14可以横向穿过电路板或其它基板移动。此外，在实施例中，控制分配器10为正在分配的材料提供足够的速度，从而在分配终止时材料从分配器喷出，而无需如在现有技术系统中般“湿润”电路板12。
现在参考附图2，分配单元14包括通常由24表示的分配组件以及通常由26表示的材料供给组件，所述材料供给组件固定于分配组件，并构造成用于为分配组件供给粘性材料。粘性材料的示例包括焊膏、环氧物质、密封物质、粘合剂、底层填充物质及其它用于将电子部件固定在印刷电路板或类似基板上的材料，但并不限于以上物质。所述材料供给组件26设计为在压力下容纳有粘性材料，并将加压的粘性材料传送到分配组件24。分配组件24设计为在控制器16的控制下通过臂22在基板(如印刷电路板12)上方沿x和y方向移动，并将粘性材料的点喷射到基板上。
现在参考图2-6和图8，在一个实施例中，分配组件24可以构造成包含通常由28表示的编码器组件、通常由30表示的电动机组件、分配器外壳32和通常由34表示的喷嘴组件。具体来说，编码器组件28包含编码器外壳36、编码器刻度38和位置编码器40。编码器组件28的位置编码器40与控制器16相通，以在分配器10的操作过程中提供电动机组件30的位置的闭环反馈。采用具有移动刻度38的编码器降低惯性，并且不需要通常由移动编码器头和固定刻度所需的挠性电线。
在一个实施例中，电动机组件30是音圈电动机，将其构造为与控制器16相通。所述电动机组件30可以包括由铁磁材料制成的电动机外壳42、音圈44、磁铁46、以及与磁铁相连的驱动轴48。如图所示，编码器外壳36及电动机外壳42沿A轴连接在一起。采用移动磁铁音圈电动机消除了传统音圈电动机的挠性电线，提供在音圈44和电动机外壳42之间的增强了的热连接，从而增强电动机组件30的散热。
布置使得音圈44设置于磁铁46和铁磁电动机外壳42之间，以驱动在分配器组件26中的驱动轴48的上下运动。将位置编码器40定位用以在驱动轴在电动机外壳42内部上下移动时，感应所述驱动轴48的位置。可以将控制器16与驱动器(未显示)相配置，该驱动器与电动机组件30和编码器组件28相通。这种布置排除了换向(commutation)并能够将磁齿槽最小化，以获得对电动机更好的控制。
与电动机外壳42沿A轴相连接的分配器外壳32被构造成形成腔体50(见图3-8)，驱动轴48的下端移动通过该腔体。与驱动轴48的下端相连的是活塞驱动轭54，其突出进入分配器外壳32的腔体50。如图8中的最好显示，在活塞驱动轭54中形成狭槽(未显示)以接收定位销55，该定位销保证驱动轭及活塞适配件的定位。定位销55还提供保证光学定位编码器刻度38的正确定位的手段，控制活塞的位置。下面在对分配单元14进行说明的过程中将对所述活塞驱动轭54做出详细的说明。
喷嘴组件34可以包括喷嘴外壳56，其通过固定螺丝58固定于分配器外壳32。喷嘴外壳56可以构造成包括圆柱状腔体60，该腔体60构造成接收筒状汽缸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构造成沿A轴在形成于筒状汽缸62中的延伸孔72中被接收并滑动。在一个实施例中，所述活塞64的直径在0.020英寸至0.062英寸之间，而优选的直径为0.032英寸。形成所述筒状汽缸62的延伸孔72的尺寸，以在其中接收活塞64，并使活塞能够在孔中滑动。
密封螺帽74和适当的密封件76、78，在圆柱状腔体60中将筒状汽缸62的上部固定于喷嘴外壳56。可以将一块柔性材料79布置于密封螺帽74上以提供弹性力，从而在活塞64完成了其向下的撞击后，产生活塞64的快速减速。这种构造能够使分配器10安静地运行。筒状汽缸62的下部通过喷嘴组件34的针螺帽80固定，下文中将更详细地介绍。所述圆柱状腔体60形成了小的分配洞，其能够与材料供给管84进行流体连通，该材料供给管适于从材料供给组件26接收材料。如图所示，材料供给管84通过入口零件86可释放地固定于喷嘴外壳56。如下文中将更为详细介绍的，在压力下，粘性材料被传送到圆柱状腔体60并到达小的分配洞。
如图7所示，喷嘴组件34还包括通常由88表示的孔组件，其设计为通过针螺帽80与喷嘴外壳56的下端螺纹固定。特别是，孔组件88包括孔嵌入件90，构造成接收孔嵌入件的孔适配件92及针螺帽80，该孔组件88构造成通过针螺帽80将整个孔组件螺纹连接到喷嘴外壳56。如图所示，孔嵌入件为具有形成在其中的圆锥状面94及如直径为0.005英寸的小直径孔96的通常圆柱状件。在一个实施例中，孔嵌入件90可以以硬质材料制成，如人造蓝宝石。
这种布置使粘性材料从小直径孔96中喷出到基板，如电路板12上。在一个实施例中，孔适配件92是两部分构造，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。为了将孔嵌入件90固定在孔适配件92的下部98的凹穴100中，采用陷型(swaged)的连接。孔适配件92与筒状汽缸62的底面102相通。筒状汽缸62进一步包括形成于其中的分配孔104，该分配孔与圆柱状腔体60流体连通。使分配孔104的大小适合于在执行如图7所述的分配撞击时，接收活塞64的下部。如图所示，由于孔嵌入件90由孔适配件92和针螺帽80机械地限制，因此无需调整孔分配孔96的位置。在一个特定实施例中，可以为分配器10的末端用户提供喷嘴组件34的整体组件，从而帮助清洗喷嘴组件。具体来说，通过拧开针螺帽80可以将使用过的喷嘴组件从分配器10的分配单元14整体移除，并更换新的(干净的)喷嘴组件。
现在参照图3-6，特别是图3-4，在一个特定实施例中，活塞64的上部包括放大头106，该放大头被电动机组件30的活塞驱动轭54所捕捉和固定。因此，这种布置使电动机组件30通过移动驱动轴48来驱动活塞64在腔体50中上下移动。活塞64构造成在收缩、预分配位置(图5)与延伸、分配位置(图6)之间往复运动。由分配单元14分配的粘性材料的体积基本上等于在活塞向孔嵌入件90移动时，活塞64移动进入分配孔104的体积(图7)。活塞64的平面70辅助剪切在活塞下部下降时在分配孔104中存留的流体填充物的颗粒，从而将入口通道122封闭。
在所示的实施例中，材料供给组件26包括材料供给筒或材料供给容器108，材料供给管84，以及安装组件。如图所示，安装组件包括安装架110、安装杆112。安装杆112操作凸轮锁(cam-lock)将分配单元14与臂22固定，其构造成将筒108连接到分配组件24。材料供给管84通过出口零件114连接到筒108，该材料供给管倾斜地将筒连接到分配组件24的喷嘴外壳56，其依靠重力提高流入腔体50的粘性材料的流量。采用盖子116盖住筒108的上端。将盖子116与空气压力入口118相构造，所述入口在压力下向筒中供给空气以给盛在筒中的粘性材料加压。加压后的粘性材料从筒108流入材料供给管84并到达分配组件24的腔体50。可以提供与控制器16相耦接的材料液面传感器120，从而监测保存在筒108中的材料的液面。
粘性材料从材料供给管84流入腔体50，从而使粘性材料在压力下沉积在形成圆柱状腔体60的喷嘴外壳56的内壁与筒状汽缸62的外壁之间。如图5、6所示，粘性材料通过均由122表示的形成在筒状汽缸62中的两条狭窄缝隙进入分配孔104。这种布置使在活塞64处于收缩位置时，其中电动机组件30升高活塞64，粘性材料进入形成在筒状汽缸62中的孔72及分配孔104中。因此，当活塞64朝着孔嵌入件90移动到延伸或分配位置时，其中电动机组件30通过驱动轴48降低活塞64，在分配孔中的材料被分配时，活塞阻断了狭窄缝隙122与分配孔104之间的粘性材料流通。可以围绕筒状主体62提供套筒(未示出)，从而选择地扩大或者缩小缝隙122的尺寸以提高或者降低进入分配孔104的材料量。
在所示的是示例中，筒状汽缸62、活塞64及孔嵌入件90均为可移动和可替换的，从而可以改变粘性材料点的尺寸。例如，为了获得较大的点，可以增加筒状汽缸62、活塞64、小直径孔104及孔嵌入件90中的分配孔96的尺寸。相反地，为了获得较小的点，可以减小这些尺寸。此外，由于通常的分配组件24及特别的喷嘴组件34是容易可移动的，因此可以快速、有效地移除这些构件包括密封件76、78，从而进行清洗或更换。
当操作分配器10的时候，活塞64在收缩及延伸位置之间移动，从而通过孔嵌入件90的小直径孔96将来自孔适配件92中的分配孔104的材料点分配。具体参考图5和6，当活塞处于收缩位置，粘性材料从圆柱状腔体60通过缝隙122进入分配孔104。当活塞64在控制器16的操作下通过电动机组件30的驱动轴48移动到延伸位置时，活塞64通过堵塞筒状汽缸62的缝隙122切断对分配孔104的粘性材料的供给。如上文所述，在活塞64进入分配孔104中时，活塞64的平面端70在分配孔104中剪切容纳在分配腔体中的存留颗粒。这种布置使来自分配孔104的分配的粘稠材料的体积基本上与进入分配孔中的活塞的体积相等。活塞64的向下撞击可由活塞的头106的肩部124进行限制，肩部124与由位于密封帽74上的柔性材料79形成的肩部126相接合。因此，在分配材料点时，活塞64在控制器16和电动机组件30的控制下以相对较快的速率进入分配孔104中，并在活塞64的肩部124、126以及密封螺帽74和喷嘴外壳56结合时立即减速。弹性材料79缓冲活塞64的立即减速。
在一个实施例中，为了改变分配单元14所分配的点的尺寸，可以更换筒状汽缸62、活塞64及孔嵌入件90。具体来说，通过拧松针螺帽80，同样可以将位于针螺帽中的孔嵌入件90和孔适配件92移除。一旦移除，可以将筒状汽缸62从其在密封帽74中的座中移除。可以用具有不同直径的孔72的其它筒状汽缸更换筒状汽缸62。可以用另外一个具有能够使活塞在筒状汽缸62的孔72中滑动的直径尺寸的活塞更换活塞64。此外，可以更换孔嵌入件90，从而使其具有小直径的孔96、并具有与特殊的筒状汽缸62和活塞64相互工作的尺寸的分配孔104。如上文所述，整个喷嘴组件34可以由喷嘴组件更换，从而改变孔嵌入件的小直径孔的大小。
在另一个实施例中，分配单元14可以构造有加热器，从而在将材料从分配单元喷出时加热粘性材料。具体来说，加热器能够降低材料的粘性，从而更好地控制从分配单元的材料喷出。
在操作过程中，将分配单元(如分配单元14)定位于如电路板12的基板上方的额定间隙高度。尽管电路板高度的不同、电路板上表面的平整度的不规则可能会引起的间隙高度不同并不会对粘性材料的分配产生负面影响，在分配操作中仍将这种间隙高度保持在在电路板上方的相对固定的高度。特别是，分配单元无需在每次分配操作的最后将喷嘴沿z轴从电路板升高。然而，为了适应电路板高度的不同及电路板平整度的不规则(或者甚至为了躲避阻挡)，可以配置分配器，使其能够沿z轴移动。
在本发明的一个实施例中，为了达到使分配单元的喷嘴高度保持在所期望的电路板上方的高处的目的，提供了测量喷嘴在电路板上方z轴方向的高度的系统。在一些高度(距离)测量系统中，在测量系统和被测表面(如表现为印刷电路板的基板表面)之间进行物理接触。专利号为6,093,251、名称为《分配系统中用于测量基板高度的设备》(《APPARATUS FOR MEASURING THEHEIGHT OF A SUBSTRATE IN A DISPENSING SYSTEM》)的美国专利公开了一种此类测量系统，该专利已经转让给本发明的受让人，并作为参考在本文中引用。具体来说，专利号为6,093,251的美国专利公开了一种测量探测器，其能够在参考点和电路板上的位置之间延伸，从而测量基板的高度。
在其他高度测量系统中，将激光光源和光学传感系统相结合从而无需物理接触而测量目标位置。一种非接触测量系统的例子是由德国Ortenburg的Micro-Epsilon Messtechnik GmbH公司发布制造的。可以用光学传感系统替换测量探测器。在本发明其他实施例中，高度测量系统的引入使对电路板的上表面的测量及对电路板的上表面的垂直位置的变化的补偿更为简易。
采用上述的高度测量系统，本发明的分配器能够测量喷嘴末梢在电路板上表面上方的距离或者高度。保持喷嘴在基板上方的高度是控制分配器最优化地进行工作的一个因素。具体来说，喷嘴在电路版上方的高度必须足够以保证分配材料使其脱离喷嘴，并不面临喷嘴与电路板相接触的危险。同样，在电路板上方的喷嘴的高度过大，可能会使材料溅到电路板上并引起不期望的附属物(satellites)。
一旦喷嘴在电路板上表面的高度被确定和校正后，如果需要，分配单元可以经触发开始分配粘性材料。可以将预定的分配操作编程入分配器的控制器，该控制器可以构成用于将部件表面安装于印刷电路板上的设备线中的一部分。特别是，将电路板需要粘性材料的上表面的区域预编程进入控制器。由分配器分配材料时的快慢(quickness)是由对于电动机运转的操纵及喷嘴在电路板上方的移动速度所决定的。电动机的运转速度以及所分配的材料的粘性是用于确定最佳的预期体积流速，也就是在电动机运转时的速率的因素。指定的材料的分配以及喷嘴无需沿z轴方向在电路板上方移动，能够快速有效地将材料分配到预定区域。
在分配过程中，材料的分配被引发，并且无论在分配操作被引发前或者引发后，基于材料的体积流速和粘性，分配器开始横向运动(也就是，x轴和y轴)。材料的流速必须足够以克服在喷嘴内部的材料的表面张力。一旦由期望数量的材料覆盖了所述区域后，结束分配操作。分配器以足够的惯性从喷嘴喷出材料，从而在分配器停止材料的流动时，使材料脱离于针(needle)。因此，可能需要在材料的分配结束后继续移动分配单元。如上文所述，通过操纵分配器的电动机的运转速度以改变所分配的材料的体积流速，因此可以通过控制器控制材料离开针的速度以及其碰撞电路板时的速度。如果采用了过低的体积流速，所述离开速度，以及由此的离开惯性，将不足以使材料从喷嘴干净地分离。如果采用了过高的体积流速，材料碰撞电路板的速度过高，可能会引起不期望的材料的喷溅和附属物(satellites)。此外，通过改变分配材料在电路板上沿x轴和y轴移动的方向，另外控制材料的点的有效直径。
为了产生具有统一直径和截面的分配点，本发明的实施例可以在开始材料传输前触发相对于电路板的分配单元的横向运动。同样地，为了保持所分配的点在分配图案结束处的均匀性，可以在材料传送结束后继续分配单元的横向运动。基于材料的特征和应用的特殊性质，这种在分配前和分配后的横向运动可以提高所分配图案的结果。
通过在分配操作中监测所分配的材料的体积流速，可以实现测量所分配的粘性材料的数量的目的。根据本发明的一个实施例，通过测量沉积的材料的大小实现所述测量。特别是，可以采用离轴成像系统测量分配到电路板上的材料的高度和直径。一种此类系统由申请号为10/831,468，名称为“用于分配器的成像检查系统和方法(Imaging and inspection system for a dispenser and methodfor same)”的美国专利申请所公开，该申请已转让给本发明的受让人，并且在本文中作为参考以引用该专利申请。所述视觉系统可以位置化地沿光轴获取电路板上表面的图像，从而捕捉图像。特别是，所述系统能够确定所分配的材料的特征(如所分配的材料的高度和直径)。将所分配的材料的特征与编入控制器中的可接受的限度进行比较，并确定电路板是否通过检验或必须重新加工。从这种成像系统中获取的信息然后被用于调整分配程序的特定参数，从而获得更准确的预期结果。
一旦测量后，将所测量的数量与分配材料经过计算的数量进行比对，从而确定分配操作的准确性。特别是，可以对通过分配喷嘴所分配的材料的体积流速的计算以确立经过计算的数量。同样可以采用流量计以计算通过喷嘴所分配的材料的数量。由于通过控制器能够校正所测量的数量与经计算的数量之间的差异，因此，尽管无需通过捕捉图像以建立经测量的数量的过程，但该过程帮助提高分配操作的准确性。
因此，需要说明的是，根据本发明的至少一个实施例的分配器能够在不湿润电路板的情况下准确地分配粘性材料。传统的分配器(如螺旋式分配器)典型地在分配前将电路板湿润。典型的喷射系统，虽然无需湿润，但通常无法分配具有不同数量大小的材料。本发明的实施例的分配器具有快速简便地更换的喷嘴组件从而改变在基板上所分配的材料的大小。同样，指定的活塞和分配孔的构造，沉积在基板上的分配的材料的体积的准确性被进一步提高。
本文所揭示的分配单元可以适于所有适当的分配器。例如，可以采用具有不同材料供给构造或移动构造的分配单元。
因此，在说明了至少一个本发明的实施例后，本领域技术人员易于想到不同的变更、修改和改进方案。这种变更、修改和改进落于本发明的构思之中。相应地，前述说明仅仅是说明性的而非限定性的。本发明的限制仅由下面的权利要求及其等同物所构成。

Claims (43)

1.一种用于将一定体积的粘性材料分配到基板上的分配器，所述分配器包括：
框架；
与所述框架相连接的门架系统；与所述门架系统相连接的分配单元，所述分配单元包括：
具有腔体的外壳，
设置于所述腔体中的活塞，所述活塞构造成在腔体中的预分配位置和分配位置之间运动，
与所述活塞相连接的电动机，用于驱动活塞在所述腔体内的运动，
分配孔，被构造成在其中接收所述活塞，以及
与所述外壳相连接的喷嘴，所述喷嘴具有分配孔和与所述分配孔共轴的孔；以及
与所述电动机相连接的控制器，用于控制电动机的运转，
其中，所述控制器被构造为将活塞从预分配位置移动到分配位置，在预分配位置时，粘性材料被引入分配孔中，在分配位置时，活塞进入分配孔，随着活塞在分配孔内移动，活塞积极地换置分配孔中的粘性材料，并且其中所述活塞和所述分配孔被构成使得从分配孔分配的粘性材料的体积基本上等于在活塞从预分配位置移动到所述分配位置时进入分配孔的活塞的体积。
2.根据权利要求1所述的分配器，其中，所述外壳进一步包括在其中形成的肩部，并且其中所述活塞包括肩部，活塞的肩部构造成与所述外壳的肩部相接合，以限制所述活塞向所述分配位置的移动。
3.根据权利要求1所述的分配器，其中，所述外壳包括设置于所述腔体内部的筒，所述筒具有能够在其中滑动地接收所述活塞的内直径。
4.根据权利要求3所述的分配器，其中，所述筒的内直径能够容纳所述活塞的直径。
5.根据权利要求1所述的分配器，其中，所述电动机包括线性音圈电动机。
6.根据权利要求1所述的分配器，其中，所述孔具有与所述分配孔流体连通的小直径孔，所述小直径孔的直径比所述分配孔小。
7.根据权利要求6所述的分配器，其中，所述分配单元进一步包括形成在所述外壳中的开口以将粘性材料传送到所述分配孔。
8.根据权利要求7所述的分配器，其中，所述分配器被构造成使得当所述活塞移动到所述分配位置时，所述活塞阻塞向所述分配孔的粘性材料的传送。
9.根据权利要求7所述的分配器，其中，所述活塞在与所述分配孔相邻的端部具有平的端部。
10.根据权利要求3所述的分配器，其中，所述筒布置于所述腔体中，所述分配孔与所述腔体和所述筒的延伸孔流体连通。
11.根据权利要求3所述的分配器，其中，所述筒和所述活塞被选择以改变所述分配孔的直径。
12.根据权利要求1所述的分配器，其中，所述喷嘴包括孔组件，所述孔组件包括具有小直径孔的孔嵌入件。
13.根据权利要求12所述的分配器，进一步包括针螺帽，该针螺帽构造成将所述孔组件螺纹连接到外壳。
14.根据权利要求13所述的分配器，其中所述小直径孔具有内部直径和比该内部直径大的长度。
15.根据权利要求14所述的分配器，其中所述针螺帽具有杯状部使所述针螺帽构造成在其中接收所述孔组件。
16.一种用于将粘性材料分配到基板上的分配器，所述分配器包括：
框架；
与框架相连接的门架系统；
与所述门架系统相连接的分配单元，所述分配单元包括：
具有腔体的外壳，
设置于所述腔体中的筒，所述筒具有形成在其中的分配孔，
设置于所述筒的分配孔中的活塞，所述活塞构造成在所述腔体中的预分配位置和分配位置之间运动，在预分配位置，粘性材料被引入分配孔中，在分配位置，活塞积极地换置分配孔中的粘性材料，
与所述外壳相连接的喷嘴，所述喷嘴具有与所述分配孔共轴的孔，以及
与所述活塞相连接的电动机，用于驱动所述活塞在所述筒内部的运动；以及
与所述电动机相连接的控制器，用于控制电动机的运转，
其中，所述控制器被构造为将活塞从预分配位置移动到分配位置，在预分配位置时，粘性材料被引入分配孔中，在分配位置时，活塞进入分配孔，随着活塞在分配孔内移动，活塞积极地换置分配孔中的粘性材料，并且其中所述活塞和分配孔被构造为使得从分配孔分配的粘性材料的体积基本上等于在活塞从所述预分配位置移动到所述分配位置时进入分配孔的活塞的体积。
17.根据权利要求16所述的分配器，其中，所述外壳进一步包括在其中形成的肩部，并且其中所述活塞包括肩部，活塞的肩部构造成与所述外壳的肩部相接合以在所述活塞移动到分配位置时限制所述活塞的移动。
18.根据权利要求16所述的分配器，其中，所述筒具有能够在其中滑动地接收所述活塞的内直径。
19.根据权利要求18所述的分配器，其中，所述筒的内直径能够容纳所述活塞的直径。
20.根据权利要求16所述的分配器，其中，所述电动机包括线性音圈电动机。
21.根据权利要求16所述的分配器，其中，所述孔具有与所述分配孔流体连通的小直径孔，所述小直径孔的直径比所述分配孔小。
22.根据权利要求16所述的分配器，其中，所述分配单元进一步包括粘性材料供给容器，该粘性材料供给容器构造成通过形成在所述外壳中的开口将粘性材料传送到所述分配孔。
23.根据权利要求22所述的分配器，其中，所述分配器被构成使得当所述活塞移动到所述分配位置时，所述活塞阻塞向所述分配孔的粘性材料的传送。
24.根据权利要求22所述的分配器，其中，所述活塞在与所述分配孔相邻的端部具有平的端部。
25.根据权利要求16所述的分配器，其中，所述筒布置于所述腔体中，所述分配孔与所述腔体和所述筒的延伸孔流体连通。
26.一种用于将粘性材料分配到基板上的分配器，所述分配器包括：
框架；
与框架相连接的门架系统；与所述门架系统相连接的分配单元，所述分配单元包括：
具有腔体的外壳，
形成于外壳中的开口，用于将粘性材料传送到腔体，
设置在腔体中的活塞，所述活塞构造成在所述腔体中从装料位置移动到分配位置，
与所述活塞相连接的电动机，用于驱动所述活塞在腔体内部的收缩及延伸位置间的运动，
分配孔，被构造成在其中接收所述活塞，并且所述分配孔与所述腔体流体连通，以及
与所述外壳相连接的喷嘴，所述喷嘴具有与所述分配孔共轴的孔；以及
与所述电动机相连接的控制器，用于控制电动机的运转，
其中，所述控制器被构造成将活塞从所述装料位置移动到所述分配位置，在所述装料位置，通过所述开口可以将粘性材料传送到所述腔体，在所述分配位置，活塞向所述喷嘴的所述分配孔移动以阻止粘性材料传送入所述分配孔中，并且所述活塞进入分配孔以积极地换置分配孔中的粘性材料，并且其中所述活塞和所述分配孔被构造为使得从分配孔分配的粘性材料的体积基本上等于在活塞从所述装料位置移动到所述分配位置时进入分配孔的活塞的体积。
27.根据权利要求26所述的分配器，其中，所述外壳进一步包括在其中设置的肩部，并且其中所述活塞包括肩部，活塞的肩部构造成与所述外壳的肩部相接合以在所述活塞移动到分配位置时限制所述活塞的移动。
28.根据权利要求26所述的分配器，其中，所述外壳包括设置于所述腔体内部的筒，所述筒具有能够在其中滑动地接收所述活塞的内直径。
29.根据权利要求28所述的分配器，其中，所述筒的内直径能够容纳所述活塞的直径。
30.根据权利要求26所述的分配器，其中，所述电动机包括线性音圈电机。
31.根据权利要求26所述的分配器，其中，所述孔具有与所述分配孔流体连通的小直径孔。
32.根据权利要求26所述的分配器，其中，所述分配单元进一步包括粘性材料供给容器，该粘性材料供给容器构造成通过所述开口将粘性材料传送到所述腔体。
33.根据权利要求26所述的分配器，其中，所述开口的尺寸可以选择性地放大或缩小。
34.根据权利要求26所述的分配器，其中，所述活塞在与所述分配孔相邻的端部具有平的端部。
35.一种从分配器分配粘性材料的方法，该分配器具有腔体、用于将粘性材料传送到所述腔体的开口、与所述腔体流体连通的分配孔、以及在所述分配孔中可移动的活塞，所述方法包括：
沿远离所述分配孔的方向移动所述活塞到预分配位置；
通过所述开口将粘性材料传送到所述腔体以使粘性材料被引入分配孔中；
沿朝向所述分配孔的方向移动所述活塞到分配位置；
当所述活塞从所述预分配位置向所述分配位置移动来积极地换置分配孔中的粘性材料时，通过由所述活塞阻塞所述开口，切断粘性材料的传送；以及
喷射基本上等于所述活塞移动进入所述分配孔中的体积的量的粘性材料。
36.根据权利要求35所述的方法，进一步包括改变进入到所述腔体中的所述开口的大小。
37.根据权利要求35所述的方法，进一步包括通过改变所述活塞朝向所述分配孔的移动的长度，来改变被喷出的粘性材料的量。
38.一种从分配器分配粘性材料的方法，该分配器具有腔体、将粘性材料传送到所述腔体的开口、与所述腔体流体连通的分配孔、以及在所述分配孔中可移动的活塞，所述方法包括：
沿远离所述分配孔的方向移动所述活塞到预分配位置；
通过所述开口将粘性材料传送到所述腔体以使粘性材料被引入分配孔中；
沿朝向所述分配孔的方向移动所述活塞到分配位置；和
当活塞从所述预分配位置移动到所述分配位置以积极地换置所述分配孔中的粘性材料时，喷射基本上等于所述活塞移动进入所述分配孔中的体积的量的粘性材料。
39.一种从分配器分配粘性材料的方法，该分配器具有腔体、将粘性材料传送到所述腔体的开口、具有形成在其中的延伸孔的且设置在所述腔体中的筒、与所述腔体和所述筒中的延伸孔流体相通的分配孔、以及设置于所述筒的延伸孔中且构造成进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：
选择筒，将其置于所述腔体中；
选择活塞，将其置于所述筒的延伸孔中；
将所述筒和所述活塞安装在所述腔体中；
沿远离所述分配孔的方向移动所述活塞到预分配位置；
通过所述开口将粘性材料传送到所述腔体以使粘性材料被引入分配孔中；
沿朝向所述分配孔的方向移动所述活塞到分配位置；以及
当活塞从所述预分配位置移动到所述分配位置以积极地换置所述分配孔中的粘性材料时，喷射基本上等于所述活塞移动进入所述分配孔中的体积的量的粘性材料。
40.根据权利要求39所述的方法，进一步包括：通过使所述活塞在其每次喷射一定量的粘性物质后停止一段经控制的时间，从而控制来自所述分配器的粘性材料的流速。
41.根据权利要求39所述的方法，其中，喷射一定量的粘性材料包括将材料从所述分配孔移动穿过小直径孔，该小直径孔的直径小于所述分配孔。
42.一种用于将一定体积的粘性材料分配到基板上的分配器，所述分配器包括：
框架；
与所述框架相连接的门架系统；
与所述门架系统相连接的分配单元，所述分配单元包括：
具有腔体的外壳，
设置于所述腔体中的活塞，所述活塞构造成在腔体中的预分配位置和分配位置之间运动，
与所述活塞相连接的电动机，用于驱动活塞在所述腔体内的运动，
分配孔，被构造成在其中接收所述活塞，以及
与所述外壳相连接的喷嘴，以将材料分配到基板上，所述喷嘴具有分配孔，所述喷嘴包括孔组件，所述孔组件包括具有针孔的孔嵌入件，所述针孔具有内部直径和基本上比该内部直径大的长度，该针孔与所述分配孔共轴；以及
针螺帽，所述针螺帽构造成将所述孔组件螺纹连接到外壳；以及
与所述电动机相连接的控制器，用于控制电动机的运转，以执行将粘性材料分配到基板上的分配操作，
所述控制器被构造为使活塞从预分配位置移动到分配位置，在预分配位置时，粘性材料被引入分配孔中，在分配位置时，活塞进入分配孔，随着活塞在分配孔内移动，活塞积极地换置分配孔中的粘性材料，并且其中所述活塞和所述分配孔被构造为使得从分配孔分配的粘性材料的体积基本上等于在活塞从预分配位置移动到所述分配位置时进入分配孔的活塞的体积。
43.根据权利要求42所述的分配器，其中，所述针螺帽具有杯状部使所述针螺帽构造成在其中接收所述孔组件。
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