CN105008872B - 将黏性材料分配至基板上的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

一种分配器，被构造成将材料分配至基板上，该分配器包括分配单元，该分配单元包括具有腔室的外壳、安置在腔室中且可在腔室中轴向移动的活塞、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；及包括连接至致动器和活塞的顺应组件。顺应组件被构造成允许在致动器和活塞之间的有限相对运动。进一步公开了一种分配方法。

Description

将黏性材料分配至基板上的方法及设备
背景技术
1.技术领域
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。
2.相关技术的讨论
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。
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 WITHSEALING 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。
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。
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 ONA 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
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。
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。
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。
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。
附图简要说明
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：
图1是本公开的实施例的分配器的示意图；
图2是本公开的实施例的分配器的部分的立体图；
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；
图4是图3中所示的分配单元的喷嘴的横剖面放大视图；
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；
图6是图5中所示的分配单元的喷嘴的横剖面放大视图；
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；
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；
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；
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；
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；
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
图12是音圈马达致动器组件的立体图。
具体实施方式
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。
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。
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。
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中的一个或两者的移动以将材料分配至电子基板上。
本公开的系统和方法针对分配单元14、16的构建。本文提供的系统和方法的描述参考示例性电子基板(例如印刷电路板)，这些电子基板被支撑在分配器10的支座22上。在一个实施例中，分配操作由控制器18控制，控制器18可包括被构造成控制材料分配器的计算机系统。在另一实施例中，控制器18可由操作员操纵。
参看图2，示例性材料沉积系统(总体以200表示)可自分配器平台被配置，该分配器平台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提供。在一个实施例中，材料沉积系统200包括支撑材料沉积系统部件的框架202，这些部件包括但不限于控制器，例如位于材料沉积系统机柜中的控制器18。如图所示，材料沉积系统200进一步包括两个沉积或分配单元(总体以204和206表示)以用于沉积低黏性材料(例如低于50厘泊)、半黏性材料(例如50-100厘泊)、黏性材料(例如100-1000厘泊)和/或高黏性材料(例如高于1000厘泊)。沉积单元204、206可通过高架系统(总体以208表示)在控制器18的控制下沿正交轴移动以允许将材料分配至例如基板12的电路板上，该基板如上文所述有时可被称为电子基板或电路板。虽未示出，但可提供罩盖(未示出)以便显露材料沉积系统200的内部部件，这些内部部件包括沉积单元204、206和高架系统208。尽管示出并描述了两个沉积单元204、206，但可提供任何数目的沉积单元并且所述任何数目的沉积单元在本公开的范围内。
电路板(例如被馈送至材料沉积系统200内的基板12)通常具有衬垫或其他表面区域的图案，材料将在这些衬垫或表面区域上沉积。材料沉积系统200也包括传送系统210，可通过沿材料沉积系统的每一侧所提供的开口212进出该传送系统，该传送系统用以在x轴方向将电路板传输至材料沉积系统中的沉积位置。当传送系统210由材料沉积系统200的控制器导引时，传送系统210将电路板供应至沉积单元204、206下面的分配位置。一旦电路板到达沉积单元204、206下面的位置，该电路板便到达制造操作(例如沉积操作)的正确位置。
材料沉积系统200进一步包括视觉检验系统，例如图1中所示的视觉系统30，该视觉系统被构造成对准电路板并检验在电路板上沉积的材料。在一个实施例中，视觉检验系统固定至沉积单元204、206中的一个或固定至高架系统208。为了在电路板上成功沉积材料，电路板和沉积单元204、206经由控制器18而被对准。对准操作是通过基于来自视觉检验系统的读数移动沉积单元204、206和/或电路板来完成的。当沉积单元204、206和电路板被正确对准时，沉积单元被操纵以执行沉积操作。在沉积操作之后，可凭借视觉检验系统执行电路板的可选检验以确保适当量的材料已沉积且该材料已沉积在电路板上的适当位置处。视觉检验系统可使用基准点、芯片、板孔、芯片边缘，或电路板上其他可识别图案以确定适当对准。在电路板检验之后，控制器使用传送系统来控制电路板向下一位置的移动，在此位置处可执行板组装过程中的下一操作，例如，可将电子部件放置在电路板上，或可固化沉积在板上的材料。
在一些实施例中，材料沉积系统200可按以下方式操作。可使用传送系统将电路板载入材料沉积系统200内的沉积位置中。通过使用视觉检验系统将电路板与沉积单元204、206对准。然后，可由控制器18启动沉积单元204、206以执行沉积操作，在该操作中，材料沉积在电路板上的精确位置。一旦沉积单元204、206已执行了沉积操作，便可由传送系统将电路板从材料沉积系统200中传送出去，以便可将后续的第二电路板载入材料沉积系统。沉积单元204、206可被构建以被快速移除并替换为其他单元。
参看图3，图示并将在下文中描述本公开的实施例的分配单元(总体以300表示)。如图所示，分配单元300包括外壳302及喷嘴组件(总体以304表示)，该喷嘴组件可脱离地固定至外壳。具体而言，分配器外壳302沿轴A连接至致动器，该外壳被构造成限定伸长腔室306，该伸长腔室被设计成接收黏性材料以用于分配。密封螺母308及适合的密封件310将活塞导轨或腔室结构312的上部固定在外壳302的腔室306内。活塞导轨312的下部由喷嘴组件304固定，该喷嘴组件包括喷嘴螺母314及阀座316，活塞导轨312的下部安置于阀座316之上。圆柱形腔室306限定与进料管318形成流体连通的分配空腔，该进料管适合于接收来自材料供应组件的材料。如图所示，进料管318经由入口320将黏性材料引入腔室306内活塞导轨312的上部处。如下文中将更为详细描述的，将黏性材料递送至腔室306中处于压力下的小分配空腔。分配单元300进一步包括往复活塞322，该往复活塞部分安置在密封螺母308及活塞导轨312内。活塞322的上端经由轭被弹簧及柱塞以向下方式偏压，该柱塞由致动器致动；并且活塞322的下端被构造成与阀座316接合。活塞322被构造成被接收在腔室306内，且沿轴A在该腔室内可滑动地移动。
参看图4，图示了分配单元300的下部。如图所示，喷嘴螺母314以螺纹方式被固定至外壳302的下部并被构造成将阀座316固定在喷嘴螺母与活塞导轨312的下端之间。阀座316包括大体为圆柱形的构件，该构件具有锥形表面400及在该构件中形成的小径孔402，该孔的直径例如为0.005英寸。在一个实施例中，阀座316可由诸如人造蓝宝石的硬质材料制造而成。该布置使得当活塞322与阀座316接合时，黏性材料从小径孔402喷射至例如电路板12的基板上。在特定实施例中，可将喷嘴组件304作为完整组件提供至分配器300的最终使用者以协助清洗喷嘴组件。具体而言，使用过的喷嘴组件304可通过旋开针状螺母(needlenut)314而从分配单元300的外壳302完全移除并替换为新(清洁)的喷嘴组件。
在操作中，往复活塞322可在外壳302的腔室306内所提供的活塞导轨312内的上部位置与下部位置之间移动。例如焊膏的分配介质在压力下经由入口320被引入腔室306，并分配材料流动穿过在活塞导轨312中形成的狭缝404到达阀座316上方的开放空间。在下部位置中，活塞322抵住阀座316，且在上部位置中，活塞升高离开喷嘴组件的阀座。如下文所述，致动器组件包括压电致动器或音圈马达中的一个，其连接至活塞322，且致动器组件的操作(经由挠性组件)导致上部位置与下部位置之间的活塞移动。当活塞322移至其下降位置抵住阀座316时，经由在阀座中形成的小径孔402分配材料小滴。
如本文所述，分配单元300向分配材料来源提供加压空气以通过进料管318将材料引入分配单元的外壳内。所提供的特定压力可基于正使用的材料、被分配的材料的体积，以及分配单元300的操作模式而选择。在分配器操作期间，使用者经由用于分配平台的用户界面限定在电路板上的分配区域。分配单元300可用以分配材料点及材料线。分配单元300用以分配经由分配器的多个分配周期而形成的材料线，并用以使用单个分配周期将材料分配在电路板或其他基板上的选定位置处。对于材料线而言，使用者限定线的起始位置及停止位置，并且分配平台能够移动分配单元300以沿该线放置材料。当在使用分配单元控制面板限定电路板上的全部分配区域并设定分配参数之后，分配器能够接收电路板以进行处理。在将电路板移至分配位置之后，分配器控制高架系统208以将分配单元定位在分配位置之上。在另一实施例中，电路板可在静止的分配单元下面移动。用于特定板的分配将持续直至已将材料分配至板上所有位置。然后，从系统卸载该板，并可将新板载入系统中。
参看图5，图示并将在下文中描述本公开的另一实施例的分配单元(总体以500表示)。如图所示，分配单元500包括外壳502及喷嘴组件(总体以504表示)，该喷嘴组件可脱离地固定至外壳。具体而言，分配器外壳502沿轴B连接至致动器，该外壳被构造成限定伸长腔室506，该伸长腔室被构造成接收黏性材料以用于分配。密封螺母508及适合的密封件510将活塞导轨512的上部固定在外壳502的腔室506内。活塞导轨512的下部由喷嘴组件504固定，该喷嘴组件包括喷嘴螺母514及喷嘴516，该喷嘴516被构造成由该喷嘴螺母保持。腔室506限定与进料管518形成流体连通的小分配空腔，该进料管适合于接收来自材料供应组件的材料。如图所示，进料管518经由入口520将黏性材料引入腔室506内活塞导轨512的上部处。如下文中将更为详细描述的，将黏性材料递送至处于压力下的腔室506。分配单元500进一步包括活塞522，该活塞安置在密封螺母508及活塞导轨512内。活塞522的上端通过挠性组件被固定至致动器，且该活塞的下端被构造成移动进出在活塞导轨512的下部中形成的小孔口524。活塞522被构造成被接收在圆柱形腔室内，且沿轴B在该圆柱形腔室内可滑动地移动。在密封螺母508中形成的凹槽内提供有止挡526。止挡526可由顺应材料形成，在分配操作期间，该止挡与活塞522的头部接合以阻止活塞522向下移动。
参看图6，图示了分配单元500的下部。如图所示，活塞522的下端被构造成移动穿过小孔口524以便该下端在喷嘴516上方的位置停止。喷嘴516包括大体为圆柱形的构件，该构件具有锥形表面600及在该构件中形成的小径孔602，该孔的直径例如为0.005英寸。在一个实施例中，喷嘴516可由例如人造蓝宝石的硬质材料制造而成。该布置使得当活塞522将喷嘴516以上与活塞导轨512末端部分以下的空间内提供的材料排出时，黏性材料从小径孔602喷射至例如电路板12的基板上。在特定实施例中，可将喷嘴组件504作为完整组件提供至分配器的最终使用者以协助清洗喷嘴组件。具体而言，使用过的喷嘴组件可通过旋开针状螺母而从分配单元500完全移除并替换为新(清洁)的喷嘴组件。
参看图7，可选的喷嘴加热器组件(总体以700表示)可用于例如分配单元300的分配单元，并且喷嘴加热器组件的温度可通过使用连接至控制器18的用户界面进行设定。应注意，可选的喷嘴加热器组件700可用于分配单元500且在本公开的范围内。喷嘴加热器组件700由系统控制以将加热器维持在设定温度。喷嘴加热器组件700被构建成附接至分配单元的外壳302的下部(例如，如图7中所示的喷嘴螺母314)，以向阀座316上方的材料提供热量。在一个实施例中，喷嘴加热器组件700包括主体702，该主体包括筒式加热器(cartridgeheater)、温度感测器，及安装硬件。主体702具有下开口，分配单元300的下部(即喷嘴组件304)穿过该下开口延伸。可提供夹具以通过压缩主体702外壳以抵住喷嘴组件304的喷嘴螺母314来将喷嘴加热器组件700固定至分配单元300。筒式加热器及温度感测器可连接至系统控制器，该系统控制器将温度感测器邻近处的温度维持在设定值。
参看图8A，在一个实施例中，活塞322的上端被固定至顺应挠性组件(有时被称作顺应组件，总体以800表示)，该顺应挠性组件被构造成将活塞固定至致动器组件以提供活塞的往复轴向移动。如图所示，活塞322的上端包括头部802。顺应挠性组件800包括大体为圆柱形的挠性外壳804，该外壳可通过螺钉806被固定至压电致动器组件的杆臂。在另一实施例中，顺应挠性组件800可被固定至音圈马达致动器组件。挠性外壳804包括厚度减小的部分或挠性元件808，该挠性元件使得挠性组件800能够在压电致动器组件的杆臂驱动挠性组件与活塞322的往复运动时容纳压电致动器组件的杆臂的弓状运动。
挠性组件800进一步包括安置在挠性外壳804内的弹簧外壳810、安置在弹簧外壳内的弹簧外壳下端处且可在弹簧外壳内轴向移动的柱塞812，及安置在弹簧外壳与柱塞之间的弹簧814。柱塞812包括被构造成捕获活塞322的头部802的轭指816。顺应挠性组件800进一步包括安置在挠性外壳804及弹簧外壳810内的杆818，该杆的下端固定至柱塞812。该布置使得挠性组件800的柱塞812被构造成在活塞322的头部802上施加向下的偏压力。
具体而言，在分配单元300的操作期间，致动器组件驱动挠性组件800及活塞322上下移动。在活塞322与阀座316接合的向下行程期间，致动器组件及挠性组件800具有继续向下驱动的趋势，即使活塞已突然停止移动。在此运动期间，当挠性外壳804继续其向下移动时，柱塞812与活塞322的头部802接合且弹簧814在弹簧外壳810内被压缩。当活塞322处于阀座316内的密封位置中时，弹簧814被构造成向下偏压柱塞812以将活塞牢固地在阀座内固定，从而关闭分配单元300。
挠性组件800可进一步包括安置在挠性外壳804周围位于挠性外壳下端处的第二挠性组件820。在一个实施例中，第二挠性组件820可体现为允许例如垂直和倾斜的两种自由度的移动的支臂挠性件，该支臂挠性件进一步在压电致动器组件的杆臂驱动活塞322的上下运动时协助容纳压电致动器组件的杆臂的弓状运动。
参看图8B，在另一实施例中，活塞522的上端被固定至顺应挠性组件(有时被称作顺应组件，总体以850表示)，该顺应挠性组件被构造成将活塞固定至例如压电致动器组件的致动器组件以提供活塞的往复轴向移动。与挠性组件800一样，挠性组件850可被固定至音圈马达致动器组件。如图所示，活塞522的上端包括两个间隔分离式头部852、854。挠性组件850包括轭856，该轭被构建成将活塞522的上头部852固定在活塞的两个头部852、854之间的空间内。挠性组件850进一步包括大体为圆柱形的挠性外壳858，该挠性外壳由致动器组件操作。对于压电致动器组件而言，挠性外壳858可包括厚度减小的部分或挠性元件(图中8B未示出)，该挠性元件使得挠性组件850在杆臂驱动挠性组件与活塞522的往复运动时容纳杆臂的弓状运动。
挠性组件850进一步包括安置在挠性外壳858内的弹簧外壳860、置于弹簧外壳内位于弹簧外壳的下端处且可在弹簧外壳内轴向移动的柱塞862，以及安置在弹簧外壳与柱塞之间的弹簧864。该布置使得杆866的下端被固定至柱塞862以在弹簧外壳858内提供活塞522的轴向移动，如上文所述。可提供止挡526以通过与活塞的下头部854接合来阻止活塞522的移动。该布置使得挠性组件850的柱塞862被构造成在活塞522的头部852上施加向下偏压力。具体而言，在分配单元500的操作期间，致动器组件驱动挠性组件850与活塞522上下移动。在活塞522的头部854与止挡526接合的向下行程期间，致动器组件及挠性组件850具有继续向下驱动的趋势，即使活塞已突然停止移动。在此运动期间，当挠性外壳858继续其向下移动时，柱塞862与活塞522的头部852接合，且弹簧864在弹簧外壳860内被压缩。
图9图示了操作本公开的实施例的分配单元300、500的压电致动器组件(总体以900表示)。如图所示，压电致动器组件900包括外壳902，该外壳被构造成将分配单元300、500固定至该外壳。压电致动器组件900的外壳902被适当固定至高架208以在分配操作期间移动分配单元。
参看图10和图11，压电致动器组件900与分配单元300一起示出。应了解，压电致动器组件900与分配单元500一起使用且在本公开的范围内。压电致动器组件900的外壳902被构造成支撑压电致动器组件的部件。如图所示，压电致动器组件被固定至挠性组件800以实现活塞322的快速上下移动。具体而言，压电致动器组件900包括杆臂1100，杆臂1100具有末端部分1102，该末端部分被构造成被固定至挠性组件800的挠性外壳804上端。压电组件进一步包括压电堆栈接口块1104、安装块1106，及安置在杆臂1100与接口块1104与安装块之间的铰链1107。铰链1107包括两个枢轴点1108、1110，这些枢轴点使得杆臂1100能够相对于接口块1104的上下移动而摇动或枢转。接口块1104通过定位在接口块上方的压电堆栈1112而按上下方向移动。在一个实施例中，结果是压电堆栈1112能够将接口块移动65微米(0.065毫米)的距离。接口块1104通过杆臂1100的移动使挠性组件的轴向移动达650微米(0.65毫米)。压电堆栈可以以高达1000赫兹的速度操作。挠性组件800被构造成当活塞在上下移动中往复时解决活塞322的任何不期望的侧向移动。因此，压电致动器组件900能够转移压电堆栈1112的移动以引起挠性组件800上下移动，从而又引起活塞322上下移动。
压电致动器组件900进一步包括感测器组件(总体以1114表示)以提供对压电致动器组件移动的死循环侦测。具体而言，感测器组件1114包括杆臂感测器1116和杆感测器1118，该杆臂感测器1116被构造成侦测在杆臂1100上提供的目标以确定杆臂1100的移动，该杆感测器1118被构造成侦测在杆的上端上提供的目标以确定杆818的移动。杆臂感测器1116被固定至外壳902且被定位在与杆臂1100上提供的目标相距达预定距离处。此预定距离或间隙由杆臂感测器1116侦测以确定杆臂1100在操作期间的移动量。同样，杆感测器1118被固定至外壳902且定位在与杆818上的目标相距达预定距离处。此预定距离或间隙由杆感测器1118侦测以确定杆818在操作期间的移动量。利用杆感测器1118，杆818的上端具有感测器目标1120以为杆感测器提供侦测对象。
感测器组件1114可用作控制系统的一部分以提供活塞的往复运动的前馈控制。可提供可以改变用以驱动致动器组件的驱动信号的自适应程序以确保获得期望的运动曲线，即使当例如黏性的操作参数改变时也是如此。例如，材料黏性可随时间及温度而变化。此黏性变化可导致致动器组件上的负载变化，且因此改变所获得的实际运动。通过感测运动曲线中的变化，可按照需要调整后续的驱动信号以维持期望的运动曲线。由于这些操作参数变化倾向于随时间及温度而缓慢偏移，因此前馈自适应程序可实时追踪这些变动。此性质不同于反馈控制系统的性质，在反馈控制系统中，驱动信号在系统的全带宽下实时变化。前馈控制系统中的调整仅需以快于该系统调整旨在补偿的变动的速率进行调整即可。前馈控制系统的压倒性优势是：不同于反馈控制系统，前馈控制系统可被设计成绝对稳定。
杆818上端进一步连接至柱塞组件，该柱塞组件具有两个球形柱塞1122、1124及连接至这些球形柱塞的释放杆1126。在常规操作期间，两个球形柱塞1122、1124推动释放杆1126(向下)离开原位。由于释放杆1126离位，分配单元可在无运动范围限制的情况下自由操作。当释放分配单元时，动力自压电堆栈1112切断，且杆臂1100移至已知位置。为了释放活塞，挠性组件800的顺应弹簧814被压缩以松开活塞322的头部802。此举通过释放杆1126上的升举而实现，此升举压缩球形柱塞1122、1124。释放杆1126上提供有两组螺钉(未标示)。两组螺钉在目标的底部上升举，从而升举杆818，继而升举柱塞812，从而最终压缩弹簧814并松开活塞322。
在另一实施例中，可提供音圈马达致动器组件以操作分配单元，例如，分配单元300或500。音圈马达致动器组件在该项技术中为众所熟知，且可适当连接至分配单元以驱动活塞322或522的操作。例如，图12图示了音圈马达致动器组件(总体以1200表示)，该音圈马达致动器组件操作例如分配单元300或500的分配单元。如图所示，音圈马达致动器组件1200包括外壳1202，该外壳被构造成将分配单元固定至该外壳的位置1204处。音圈马达致动器组件1200的外壳1202被适当固定至高架208以在分配操作期间移动分配单元。在一个实施例中，音圈马达致动器组件可包括3个线圈/3个极/2个磁体马达。
在操作中，分配单元300或500定位在例如电路板12的基板上方的标称间隙高度处。在整个分配操作期间，此间隙高度在电路板上方维持相对一致的高度，尽管电路板高度的变动或电路板顶表面的平整度的不规则性可能导致间隙高度变化，但对黏性材料的分配无不利影响。具体而言，分配器单元无需在每一分配操作结束时在z轴方向上将喷嘴举离电路板。然而，为了容纳电路板高度的变动及电路板平整度的不规则性(或甚至为了避免障碍物)，分配器可被构造成获得z轴移动。在某些实施例中，雷射侦测系统可用以确定分配器的高度。
因此，应注意到本公开的特征是顺应挠性组件800的轴向顺应。此顺应允许活塞322在接触阀座316时突然停止，或允许活塞522在活塞522的下头部854接触止挡526时突然停止，同时允许挠性组件800越过此接触点的额外运动。顺应挠性组件800允许致动器组件(经由挠性外壳804)与活塞322或522之间的有限相对运动。此运动的解耦减少对致动器组件的冲击负载，提高活塞可减速的快速性，且在一些操作模式下允许更高能效的操作，方式是：将挠性组件的动能转换为压缩顺应弹簧中的位能，且随后在弹簧工作时将此位能恢复为致动器的动能来在相反方向加速致动器。如图所示且如所描述的，顺应挠性组件800被进一步构造成将组件(即，柱塞812或862)的长度延伸至延伸位置。顺应挠性组件800具有顺应刚度。顺应挠性组件800被构造成根据致动器与活塞之间的相对移动改变顺应刚度。
在某一实施例中，分配器可基于已有平台，例如在品牌名称FX-D及XyflexPro+下提供的平台分配系统；且使用分配软件来操作，该软件例如在品牌名称Benchmark下提供的软件，这些品牌名称由美国马萨诸赛州弗兰克林市Speedline技术公司，也就是本公开的受让人的附属公司所提供。
本文进一步公开了操作分配器以将一定体积的黏性材料分配至基板上的方法。分配单元可为分配单元300或500，该分配单元连接至致动器组件900或1200。在一个实施例中，该方法包括将压电致动器组件900连接至活塞。压电致动器组件900被构造成驱动活塞上下移动。该方法进一步包括致动压电堆栈1112以驱动挠性组件800及活塞322上下移动。在某一实施例中，压电堆栈1112以0与1000赫兹之间的速度操作。该方法可进一步包括当活塞在上下移动中往复时通过挠性组件800限制活塞322的不期望的侧向移动。该方法可进一步包括感测致动器组件的移动以提供分配器的闭环操作。该方法可进一步包括利用控制器18控制压电致动器组件的操作。控制器18被构造成将活塞322从黏性材料被引入腔室306内的预分配位置移至分配位置，活塞在该分配位置中从腔室穿过阀座316来分配黏性材料。
本公开的替代实施例可包括多种机制来实现顺应挠性组件800的顺应优势。例如，一个实施例可并入液压部件以根据外壳804与柱塞812之间的相对速度改变顺应刚度。此类机制的实例如现代内燃机中所使用的油压升阀器。
因此，在描述本公开的至少一个实施例之后，本领域技术人员将容易想到多种变动、修改和改进。这些便动、修改和改进旨在落入本公开的范围及精神内。因此，前述描述仅作为示例，而非旨在限制。仅以下权利要求及其同等效力内容对限制进行限定。
权利要求如下。

Claims (43)

1.一种分配器，所述分配器被构造成将材料分配至基板上，所述分配器包括：
分配单元，所述分配单元包括具有腔室的外壳、安置在所述腔室内且可在所述腔室内轴向移动的活塞以及连接至所述外壳的喷嘴，所述喷嘴具有孔口，所述孔口与所述外壳的所述腔室共轴；
致动器，所述致动器连接至所述分配单元且被构造成驱动所述活塞的上下移动；及
与所述致动器不同的顺应挠性组件，所述顺应挠性组件连接至所述致动器和所述活塞，所述顺应挠性组件包括由所述致动器操作的挠性外壳，所述顺应挠性组件被构造成经由所述挠性外壳允许所述致动器和所述活塞之间的有限相对运动。
2.如权利要求1所述的分配器，其中，所述顺应挠性组件进一步被构造成将所述顺应挠性组件的长度偏压至延伸位置。
3.根据权利要求1所述的分配器，其中，所述顺应挠性组件进一步包括安置在所述挠性外壳内的弹簧外壳和置于所述弹簧外壳中位于所述弹簧外壳的下端处的柱塞，所述柱塞被偏压至延伸位置。
4.根据权利要求3所述的分配器，其中，所述顺应挠性组件进一步包括置于所述弹簧外壳和所述柱塞之间的弹簧，所述弹簧被构造成将所述柱塞偏压至所述延伸位置。
5.根据权利要求4所述的分配器，其中，所述顺应挠性组件的所述柱塞被构造成在所述活塞上施加向下的偏压力，并且在所述活塞的向下行程期间，所述柱塞与所述活塞接合，且所述弹簧在所述弹簧外壳内被压缩。
6.根据权利要求1所述的分配器，其中，所述致动器是压电致动器组件或音圈马达。
7.根据权利要求1所述的分配器，其中，当所述活塞的尖端与阀座接合时，所述活塞停止，所述顺应挠性组件允许所述致动器在所述活塞与所述阀座相抵接合之后的进一步运动。
8.根据权利要求1所述的分配器，其中，当所述活塞的特征与止挡接合时，所述活塞停止，所述顺应挠性组件允许所述致动器在所述活塞与所述止挡相抵接合之后的进一步运动。
9.根据权利要求1所述的分配器，其中，所述顺应挠性组件具有顺应刚度，所述顺应挠性组件被构造成根据所述致动器和所述活塞之间的相对移动改变顺应刚度。
10.根据所述权利要求1所述的分配器，进一步包括感测器以感测所述致动器的位置。
11.根据权利要求10所述的分配器，进一步包括感测器以感测所述活塞的位置。
12.根据权利要求10所述的分配器，进一步包括控制器以用于控制所述致动器，所述控制器被配置成执行前馈自适应程序，所述控制器进一步被配置成利用所述前馈自适应程序和来自所述感测器的感测数据来控制所述致动器的运动，以获得期望的致动器运动曲线。
13.根据权利要求1所述的分配器，进一步包括感测器以感测所述活塞的位置。
14.根据权利要求13所述的分配器，进一步包括控制器以控制所述致动器，所述控制器被配置成执行前馈自适应程序，所述控制器进一步被配置成利用所述前馈自适应程序和来自所述感测器的感测数据来控制所述致动器的运动，以获得期望的运动曲线。
15.根据权利要求1所述的分配器，其中所述挠性外壳包括与所述致动器相关联的第一挠性元件，以使得所述顺应挠性组件能够在所述致动器驱动所述顺应挠性组件与所述活塞的往复运动时容纳所述致动器的弓状运动。
16.根据权利要求15所述的分配器，其中所述挠性外壳进一步包括与所述活塞相关联的第二挠性元件，以进一步容纳所述致动器的弓状运动。
17.根据权利要求16所述的分配器，其中所述第二挠性元件包括允许两种自由度的移动的支臂挠性件。
18.一种操作分配器以将材料分配至基板上的方法，所述分配器包括分配单元、压电致动器以及与所述压电致动器不同的顺应挠性组件，所述分配单元包括具有腔室的外壳、安置在所述腔室内且可在所述腔室内轴向移动的活塞及连接至所述外壳的喷嘴，所述喷嘴具有孔口，所述孔口和所述外壳的所述腔室共轴，所述压电致动器连接至所述分配单元，且被构造成驱动所述活塞的上下移动，所述方法包括：
允许所述压电致动器和所述活塞之间的有限的相对运动，
其中所述顺应挠性组件固定至所述活塞和所述压电致动器以提供所述活塞响应于所述压电致动器的往复轴向运动，所述顺应挠性组件包括挠性外壳，所述挠性外壳固定至所述致动器的杆臂并且连接至所述活塞，以允许在操作期间所述压电致动器和所述活塞之间的有限相对运动。
19.根据权利要求18所述的方法，所述方法进一步包括将所述顺应挠性组件的长度偏压至延伸位置。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，当所述活塞的尖端与阀座接合时，所述活塞停止，所述方法进一步包括允许所述压电致动器在所述活塞和所述阀座相抵接合之后的进一步运动。
21.根据权利要求18所述的方法，其中，当所述活塞的特征和止挡接合时，所述活塞停止，所述方法进一步包括允许所述压电致动器在所述活塞和所述止挡相抵接合之后的进一步运动。
22.根据权利要求18所述的方法，所述方法进一步包括根据所述压电致动器和所述活塞之间的相对运动改变顺应刚度。
23.根据权利要求18所述的方法，所述方法进一步包括由感测器感测所述压电致动器的位置。
24.根据权利要求23所述的方法，所述方法进一步包括感测所述活塞的位置。
25.根据权利要求23所述的方法，所述方法进一步包括通过以下方法来控制所述压电制动器，即提供前馈自适应程序以利用所述前馈适应性程序和来自所述感测器的感测数据来控制所述压电致动器的运动以获得期望的致动器运动曲线。
26.根据权利要求18所述的方法，所述方法进一步包括由感测器感测所述活塞的位置。
27.根据权利要求26所述的方法，所述方法进一步包括通过以下方法来控制所述压电致动器，即提供前馈适应性程序以利用所述前馈自适应程序和来自所述感测器的感测数据来控制所述压电致动器的运动以获得期望的致动器运动曲线。
28.一种分配器，所述分配器被构造成将材料分配至基板上，所述分配器包括：
分配单元，所述分配单元包括具有腔室的外壳、安置在所述腔室内且可在所述腔室内轴向移动的活塞及连接至所述外壳的喷嘴，所述喷嘴具有孔口，所述孔口与所述外壳的所述腔室共轴；
压电致动器，所述压电致动器连接至所述分配单元，且所述压电致动器包括杆臂，所述杆臂被构造成驱动所述活塞的上下移动；及
与所述压电致动器不同的顺应挠性组件，所述顺应挠性组件固定至所述活塞和所述压电致动器以提供所述活塞响应于所述压电致动器的往复轴向运动，所述顺应挠性组件包括挠性外壳，所述挠性外壳固定至所述压电致动器的杆臂并且连接至所述活塞，以允许在操作期间所述压电致动器和所述活塞之间的有限相对运动。
29.根据权利要求28所述的分配器，其中，所述顺应挠性组件进一步包括置于所述挠性外壳中的弹簧外壳和置于所述弹簧外壳中位于所述弹簧外壳的下端处的柱塞。
30.根据权利要求29所述的分配器，其中，所述顺应挠性组件进一步包括置于所述弹簧外壳中的弹簧，所述弹簧被构造成将所述柱塞偏压至延伸位置。
31.根据权利要求30所述的分配器，其中，所述弹簧被构造成在所述柱塞和所述活塞上施加向下偏压力，并且，在所述活塞的向下行程期间，所述柱塞与所述活塞接合并且所述弹簧在所述弹簧外壳内被压缩。
32.根据权利要求28所述的分配器，其中，当所述活塞的尖端与阀座接合时，所述活塞停止，所述顺应挠性组件允许所述压电致动器在所述活塞与所述阀座相抵接合之后的进一步运动。
33.根据权利要求28所述的分配器，其中，当所述活塞的特征与止挡接合时，所述活塞停止，所述顺应挠性组件允许所述压电致动器在所述活塞与所述止挡相抵接合之后的进一步运动。
34.根据权利要求28所述的分配器，其中，顺应挠性组件具有顺应刚度，所述顺应挠性组件被构造成根据所述压电致动器和所述活塞之间的相对移动改变顺应刚度。
35.根据所述权利要求28所述的分配器，进一步包括感测所述压电致动器的位置的第一感测器和感测所述活塞的位置的第二感测器。
36.根据权利要求35所述的分配器，进一步包括控制器以用于控制所述压电致动器，所述控制器被配置成执行前馈自适应程序，所述控制器进一步被配置成利用所述前馈自适应程序和来自所述第一感测器或所述第二感测器的感测数据来控制所述压电致动器的运动，以获得期望的致动器运动曲线。
37.根据所述权利要求28所述的分配器，其中，所述顺应挠性组件进一步被构造成将所述顺应挠性组件的长度偏压至延伸位置。
38.根据所述权利要求28所述的分配器，进一步包括感测器以感测所述活塞的位置。
39.根据所述权利要求38所述的分配器，进一步包括控制器以用于控制所述压电致动器，所述控制器被配置成执行前馈自适应程序，所述控制器进一步被配置成利用所述前馈自适应程序和来自所述感测器的感测数据来控制所述压电致动器的运动，以获得期望的致动器运动曲线。
40.根据所述权利要求28所述的分配器，其中所述挠性外壳包括与所述压电致动器相关联的第一挠性元件，以使得所述顺应挠性组件能够在所述压电致动器驱动所述顺应挠性组件与所述活塞的往复运动时容纳所述压电致动器的弓状运动。
41.根据所述权利要求40所述的分配器，其中所述挠性外壳进一步包括与所述活塞相关联的第二挠性元件，以进一步容纳所述压电致动器的弓状运动。
42.根据所述权利要求41所述的分配器，其中所述第二挠性元件包括允许两种自由度的移动的支臂挠性件。
43.一种操作分配器以将材料分配至基板上的方法，
所述分配器包括分配单元、音圈马达以及与所述音圈马达不同的顺应挠性组件，所述分配单元包括具有腔室的外壳、安置在所述腔室内且可在所述腔室内轴向移动的活塞及连接至所述外壳的喷嘴，所述喷嘴具有孔口，所述孔口和所述外壳的所述腔室共轴，所述音圈马达连接至所述分配单元，且被构造成驱动所述活塞的上下移动，所述方法包括：
允许所述音圈马达和所述活塞之间的有限的相对运动，
其中所述顺应挠性组件固定至所述活塞和所述音圈马达以提供所述活塞响应于所述音圈马达的往复轴向运动，所述顺应挠性组件包括由所述音圈马达操作的挠性外壳，并且所述顺应挠性组件经由所述挠性外壳允许在操作期间所述音圈马达和所述活塞之间的有限相对运动。
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