CN118056480A - 具有运动控制的倾斜和旋转分配器 - Google Patents

Abstract

披露了一种分配系统，该分配系统包括框架、联接至框架的支撑件、配置成分配粘性材料的分配单元、以及联接至框架的机架组件。机架组件包括机架以及倾斜和旋转子组件，该机架配置成支撑分配单元并沿x轴、y轴和z轴方向移动分配单元，该倾斜和旋转子组件配置成倾斜和旋转分配单元。分配系统进一步包括控制器，该控制器被配置成控制分配单元和机架组件以在电子基板上执行分配操作。控制器被配置成同时协调机架组件以及倾斜和旋转子组件的移动，以在沿着三维路径分配材料时将分配单元的喷嘴定位和定向成与电子基板处于预定距离和取向。

Description

具有运动控制的倾斜和旋转分配器

发明背景

1.技术领域

本公开内容总体上涉及用于将粘性材料分配到比如印刷电路板等基板上的设备和方法，更具体地涉及用于利用被配置成使分配单元倾斜和旋转的机构来将材料分配到基板上的方法和设备。

2.背景技术

存在用于为多种应用分配精确量的液体或糊膏的若干种类型的分配系统。一种这样的应用是将集成电路芯片和其他电子部件组装到电路板基板上。在此应用中，使用自动分配系统将液体点环氧树脂或焊膏或其他一些相关材料分配到印刷电路板上。自动分配系统还用于分配线状底部填充材料和密封剂，底部填充材料和密封剂可以用于将部件机械地固定到印刷电路板。上述示例性分配系统包括由伊利诺伊工具公司电子组装设备子公司(Illinois Tool Works Electronic Assembly Equipment，ITWEAE)(在马萨诸塞州的霍普金顿设有办事处)制造和分销的分配系统。

在典型的分配系统中，将分配单元安装到移动组件或机架，以便使用由计算机系统或控制器控制的伺服电机来使分配单元沿着三个相互正交的轴线(x轴、y轴和z轴)移动。为了将液体点分配在印刷电路板或其他基板上的期望位置处，使分配单元沿着共面的水平x轴和y轴方向移动，直到分配单元位于期望位置上方。然后沿着垂直定向的竖直z轴方向降低分配单元，直到分配单元和分配系统的喷嘴/针头处于基板上方适当的分配高度。分配单元分配液体点，然后沿着z轴升高，沿着x轴和y轴移动到新的位置，并且沿着z轴降低以分配下一液体点。对于比如如上所述的密封或底部填充物的分配等应用，当分配单元沿着线状材料的期望路径在x轴和y轴上移动时，分配单元通常受控制以分配线状材料。对于一些类型的分配单元(比如喷射泵)，可能不需要在分配操作之前和之后进行z轴移动。

期望对分配单元进行更多的控制，以准确地将所分配材料置于更靠近角落的位置，在那里部件边缘与基板相接，或其他需要这样的运动的空间/取向。

发明内容

本公开内容的一方面涉及一种用于将粘性材料分配到在电子基板上的分配系统。在一个实施例中，分配系统包括：框架；联接至框架的支撑件，该支撑件被配置成在分配操作期间接纳和支撑电子基板；以及配置成分配粘性材料的分配单元，该分配单元具有喷嘴。分配系统进一步包括联接至框架的机架组件，其中机架组件包括机架以及倾斜和旋转子组件，该机架配置成支撑分配单元并沿x轴、y轴和z轴方向移动分配单元，该倾斜和旋转子组件配置成倾斜和旋转分配单元。分配系统进一步包括控制器，该控制器被配置成控制分配单元和机架组件以在电子基板上执行分配操作。控制器被配置成同时协调机架组件以及倾斜和旋转子组件的移动，以在沿着三维路径分配材料时将分配单元的喷嘴定位和定向成相对于电子基板具有预定距离和取向。

分配系统的实施例可以进一步包括将喷嘴定位在距电子基板多至5.0mm的预定距离处。控制器可以被进一步配置成使分配单元的喷嘴相对于电子基板的水平面维持预定角度。预定角度可以在0°与90°之间。控制器可以被进一步配置成相对于封装件以恒定速度移动分配单元的喷嘴。恒定速度可以多至1000mm/秒。控制器可以进一步被配置成以一定流率从分配单元的喷嘴分配材料，该流率被配置成在电子基板上沉积期望量或密度的材料。该流率可以多至2000mg/秒。倾斜和旋转子组件可以被配置成将分配单元倾斜多至360°并将分配单元旋转多至360°。该分配系统可以进一步包括视觉系统，该视觉系统联接至框架和机架组件中的一个，以捕获电子基板的至少一个图像。控制器可以进一步被配置成控制视觉系统。控制器可以进一步被配置成通过在设置在支撑件上的电子基板上进行分配来校准分配单元的喷嘴相对于视觉系统的分配位置。控制器可以包括数据库或对数据库具有访问权，该数据库具有喷嘴到视觉系统取向的表。控制器可以被配置成部分地基于已知位置和取向的插值来校准喷嘴的取向。

本公开内容的另一方面涉及一种将粘性材料分配到电子基板上的方法。在一个实施例中，该方法包括：将电子基板递送到分配位置；捕获所述电子基板的至少一个图像；分析所述电子基板的至少一个图像以确定所述电子基板的位置；以及通过移动、倾斜、并旋转联接至机架的分配单元以及倾斜和旋转子组件来执行分配操作，所述机架配置成支撑所述分配单元并沿x轴、y轴和z轴方向移动所述分配单元，所述倾斜和旋转子组件配置成倾斜和旋转所述分配单元，执行分配操作包括同时协调机架组件以及倾斜和旋转子组件的移动，以在沿着三维路径分配材料时将分配单元的喷嘴定位和定向成相对于电子基板具有预定距离和取向。

该方法的实施例可以进一步包括使分配单元的喷嘴相对于电子基板的水平面维持预定角度。执行分配操作可以包括相对于封装件以恒定速度移动分配单元的喷嘴。执行分配操作可以包括以配置成在电子基板上沉积期望量或密度的材料的流率从分配单元的喷嘴分配材料。该方法可以进一步包括通过在设置在支撑件上的电子基板上进行分配来校准分配单元的喷嘴相对于分配器的视觉系统的分配位置。控制器可以包括数据库或对数据库具有访问权，该数据库具有喷嘴到视觉系统取向的表。

附图说明

下面参照附图讨论至少一个实施例的各个方面，这些附图并非旨在按比例绘制。包括附图以提供对各个方面和实施例的说明和进一步的理解，并且附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分，但并不旨在限定对任何特定实施例的限制。附图以及说明书的其余部分用于解释所描述和要求保护的方面和实施例的原理和操作。在附图中，在各个附图中展示的每个相同或几乎相同的部件由相同的附图标记表示。出于清楚的目的，并非每个部件都在每个附图中予以标出。在附图中：

图1是分配系统的示意图；

图2是分配系统的立体图，其中外壳被移除以露出被配置成操纵单个分配单元的分配系统；

图3是图2所示的分配系统的立体图，其中分配单元被移除；

图4是分配系统的放大立体图；

图5是图4所示的分配系统的放大立体图，其中分配单元与分配系统的剩余部件间隔开；

图6是分配系统的横截面视图；

图7A是安装在电子基板上的示例性封装件；

图7B是安装在电子基板上的示例性封装件；

图8示出了可以用来实践本公开内容的各个方面的示例计算机系统；以及

图9示出了能够实现本公开内容的各个方面的示例存储系统。

具体实施方式

本公开内容的各种实施例涉及粘性材料分配系统、包括分配系统的装置。本文所公开的实施例涉及用于通过具有分配单元的分配系统来将材料分配到电子基板上的技术，该分配单元被配置成倾斜和旋转以将材料分配到电子基板上。

仅出于说明的目的而不是限制一般性，现在将参考附图详细描述本公开内容。本公开内容的应用不限于在以下说明书中阐述或在附图中展示的部件的构造和布置的细节。本公开内容中阐述的原理能够用于其他实施例并且能够以各种方式来实践或实现。同样，本文所使用的用语和术语是出于描述的目的而不应被视为限制。对本文中以单数形式引述的系统和方法的示例、实施例、部件、元件或动作的任何引述也可以涵盖包括复数的实施例，并且对本文中任何实施例、部件、元件或动作的复数形式的任何引述也可以涵盖仅包括单数的实施例。单数或复数形式的引述并不旨在限制当前公开的系统或方法、它们的部件、动作或元件。本文中“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”及其变化形式的使用意在涵盖其后列出的项目及其等同物以及其他项目。对“或”的引述可以被解释为包括性的，从而使用“或”描述的任何术语可以表示所描述术语中的单一术语、一个以上术语以及所有术语中的任一者。另外，在本文件与通过引用并入本文的文件之间的术语用法不一致的情况下，并入的引用文件中的术语用法是对本文件的术语用法的补充；对于相互矛盾的不一致处，以本文件中的术语用法为准。

图1示意性地展示了根据本公开内容的一个实施例的总体上用10表示的分配系统。分配系统10用于将粘性材料(例如，粘合剂、密封剂、环氧树脂、焊膏、底部填充材料等)或半粘性材料(例如，焊接助剂等)分配到电子基板12(比如印刷电路板或半导体晶片)上。分配系统10可以替代性地用于其他应用(比如用于施加汽车衬垫材料)或用于某些医疗应用或用于施加导电油墨。应当理解，如本文所使用的对粘性材料或半粘性材料的引述是示例性的，并且旨在是非限制性的。在一个实施例中，分配系统10包括第一和第二分配单元(总体上用14和16分别表示)、以及用于控制分配系统的操作的控制器18。应当理解，分配单元在本文中也可以被称为分配泵和/或分配头。尽管示出了两个分配单元，但是应当理解，可以采用单个分配单元或多个分配单元。

分配系统10还可以包括：框架20，具有用于支撑电子基板12的基座或支撑件22；分配单元机架24，可移动地联接至框架20以便支撑和移动分配单元14、16；以及重量测量装置或称重秤26，例如用于作为校准程序的一部分的称量所分配的粘性材料的量，并将重量数据提供给控制器18。可以在分配系统10中使用传送机系统(未示出)或其他输送机构(比如步进梁)以控制电子基板到分配系统的装载和从分配系统的卸载。可以在控制器18的控制下使用电机来移动机架24，以将分配单元14、16定位在电子基板上方的预定位置。分配系统10可以包括连接至控制器18的显示单元28，用于向操作者显示各种信息。可以存在用于控制分配单元的可选的第二控制器。并且，每个分配单元14、16可以被配置成具有z轴传感器以检测分配单元设置在电子基板12上方或安装在电子基板上的特征上方的高度。z轴传感器联接至控制器18以将传感器所获得的信息转发到控制器。

在执行如上所述的分配操作之前，必须将电子基板(例如印刷电路板)与分配系统的分配单元对准或以其他方式配准。分配系统进一步包括视觉系统30，在一个实施例中，该视觉系统联接至视觉系统机架32，该视觉系统机架可移动地联接至框架20以便支撑和移动视觉系统。在另一实施例中，视觉系统30可以设置在分配单元机架24上。如所描述的，采用视觉系统30来验证电子基板上的界标(称为基准)或部件的位置。一旦已定位，控制器可以被编程为操纵一个或多个分配单元14、16的移动以将材料分配到电子基板上。

本公开内容的系统和方法涉及将材料分配到电子基板(例如印刷电路板)上。本文提供的系统和方法的描述涉及被支撑在分配系统10的支撑件22上的示例性电子基板12(例如，印刷电路板)。在一个实施例中，分配操作由控制器18进行控制，该控制器可以包括被配置成控制材料分配单元的计算机系统。在另一实施例中，控制器18可以由操作者操纵。控制器18被配置成操纵视觉系统机架32的移动以移动视觉系统，以便获得电子基板12的一个或多个图像。控制器18进一步被配置成操纵分配单元机架24的移动以移动分配单元14、16来执行分配操作。

本公开内容的实施例涉及一种应变波齿轮驱动组件，该应变波齿轮驱动组件被配置成倾斜和旋转分配系统的分配单元。提供了替代性和竞争性手段，以准确地在一个或多个电子基板上或与单个电子基板相关联的两个或更多个图案上同时进行分配。本文所公开的方法进一步支持使用各种类型的分配单元，包括但不限于螺杆泵、活塞泵和喷射泵。

参考图2和图3，分配系统总体上用40表示。如所示出的，分配系统40包括框架42，该框架被配置成支撑分配系统的主要子组件。分配系统40进一步包括总体上用44表示的机架系统，该机架系统被配置成沿x轴方向和y轴方向移动。分配系统40进一步包括总体上用46表示的分配单元组件，该分配单元组件由机架系统44支撑。图2展示了具有分配单元组件46的分配系统40，而图3展示了分配单元组件被移除的分配系统40。可以在分配系统40中使用传送机系统(未示出)以控制基板(例如，电子基板12)到分配系统的支撑件50的装载和从该支撑件的卸载。可以在控制器(以类似于分配系统10的控制器18的方式)的控制下使用电机在x轴方向和y轴方向上移动机架系统44，以将分配单元组件46定位在电子基板上方的预定位置。

在一个实施例中，如图2和图3所示，机架系统44可以被配置成包括左侧导轨52、右侧导轨54以及在这两个侧导轨之间延伸的梁56。梁56被配置成沿着侧导轨52、54在y轴方向上移动，以实现分配单元组件46的y轴移动。机架系统44进一步包括滑架58，该滑架联接至梁56并且被配置成沿着梁的长度移动以提供分配单元组件46的x轴移动。具体地，滑架58支撑分配单元组件46、并且被配置成沿着梁的长度在x轴方向上移动，以使分配单元48移动到定位在分配系统40的支撑件50上的电子基板12的期望位置上方。在某个实施例中，可以通过采用由相应电机驱动的滚珠丝杠机构来实现机架系统44在x-y平面内的移动(即，梁56和滑架58的移动)，如本领域众所周知的。

在一个实施例中，本文所述的示例性分配系统可以实施由马萨诸塞州的霍普金顿的ITWEAE销售的分配系统。

分配单元组件46被配置成通过z轴驱动机构60(在图2中示出)来将分配单元48沿z轴方向移动。z轴移动的量可以通过测量分配单元48的喷嘴的端头(有时称为针头(未示出))与电子基板12之间的距离来确定。当移动时，分配单元48可以定位于电子基板12上方的标称间隙高度处。当从一个分配位置移动到另一分配位置时，间隙高度可以保持在电子基板12上方的相对一致的高度。一旦到达预定的分配位置，z轴驱动机构60将分配单元48降低至电子基板12，使得可以实现在电子基板上的材料分配。

仍然参考图2和图3，分配单元48在电子基板12上方移动，其方式为利用分配单元执行分配操作。然而，在分配之前，确定电子基板12相对于分配单元48的位置，使得可以进行准确的分配。具体地，在一个实施例中，滑架58可以被配置成包括光学元件或相机，该光学元件或相机被设计成拍摄电子基板12的图像。尽管相机被描述为安装在滑架58上，但是应当理解，相机可以单独地安装在梁56上或独立的机架上。相机在本文中可以被称为“视觉系统”或“成像系统”。为了将电子基板12与分配单元48和机架系统44对准，通过相机拍摄设置在电子基板12上的至少两个基准的图像。如果电子基板12不在适当的位置，则可以操纵机架系统44以说明电子基板的实际位置。在一个实施例中，可以校准相机以便为分配单元48确定相机与针头偏移距离。在另一个实施例中，可以利用激光器或另一种校准距离测量装置实现视觉对准和间隙高度感测。

分配系统通常具有被竖直定向并且因此垂直于水平固定的基板的分配单元。在一些应用中，有利的是，使分配单元背离竖直方向倾斜，以将所分配的材料沉积在从竖直取向不可达的位置中。由于倾斜的分配单元被铰接成各种期望的取向，所以也可能有利的是，不仅改变分配单元与竖直方向的角度，而且改变分配单元被倾斜的方向，这也许是为了将材料沿着多于一个侧边沉积在零件的底部边缘处。

如那些熟悉移动结构的人员所理解的，用于倾斜和旋转分配单元48的机构会增加质量并且降低结构刚度，因为任何增加的机构都会引入附加的柔度。由于支撑质量增加并且结构的刚度降低，因此组件的固有频率降低。相应地，设计者有责任在最小化增加的质量并且尽可能使结构具有刚度的情况下提供必要的自由度。

本公开内容的分配系统40的实施例通过结合非常紧凑且高度整合的旋转致动器(比如可从美国马萨诸塞州贝弗利的Harmonic Drive获得的那些旋转致动器)实现了这一目标，该旋转致动器包括电机、应变波谐波降低齿轮箱、以及非常有刚性的旋转交叉滚子轴承。应变波齿轮箱致动器的高度集成整合用于使质量和柔度的增加最小化。应变波齿轮箱进一步具有极低齿隙这一益处。而且，电机、轴承和齿轮箱的整合式组件用于最小化必须购买、组装和测试的零件数量。

参考图4和图5，分配单元组件46包括被配置成支撑分配单元48的驱动组件，该驱动组件在图4中被示出处于操作位置，而在图5中被示出处于预操作位置，在该预操作位置中，分配单元与分配单元组件的被配置成支撑分配单元的部件间隔开。如所示出的，分配单元组件46包括具有L形构造的支撑支架62，其中，该支撑支架的第一部分64固定至滑架58的z轴驱动机构60并且第二部分66从该第一部分垂直地延伸。分配单元组件46进一步包括可移动支架68，该可移动支架通过第一应变波齿轮系统70在支撑支架62的第二部分66处可旋转地联接至该支撑支架。在所示出的实施例中，可移动支架68被配置成相对于支撑支架62绕大体上竖直的轴线A旋转。

可移动支架68包括被配置成支撑分配单元48的第二应变波齿轮系统72。如所示出的，第二应变波齿轮系统72包括安装板74，该安装板被配置成在分配单元48处于其操作位置时接纳和支撑该分配单元。第二应变波齿轮系统72被配置成使分配单元48在分配操作期间绕总体上垂直于轴线A的轴线B旋转和倾斜至期望位置。在一个实施例中，第一应变波齿轮系统70的构造与第二应变波齿轮系统72的构造是类似的(如果不是相同的)。

应当理解，可移动支架68相对于支撑支架62绕轴线A的取向以及分配单元48相对于可移动支架的取向可以为了适应特定应用而变化。例如，可移动支架68可以绕总体上水平的轴线可旋转地联接至支撑支架62，并且分配单元可以绕总体上竖直的轴线可旋转地联接至可移动支架。

图6展示了分配单元组件46的横截面视图，示出了第一应变波齿轮系统70和第二应变波齿轮系统72。可移动支架68被配置成相对于支撑支架62旋转多至整个360度(即，0度至360度)。类似地，分配单元48被配置成相对于可移动支架68旋转多至整个360度(即，0度至360度)。因此，分配头48的旋转和倾斜的量是无限制的。

在一个实施例中，控制器或控制系统(比如控制器18)可以被配置成具有适合的操作系统，该操作系统以专用软件来控制分配系统40的操作。在某个实施例中，分配系统40的操作者可以通过操纵设置有控制系统的键盘和鼠标来手动地操作该分配系统或借助于通过控制系统的键盘和鼠标对控制系统进行预编程来自动地操作该分配系统。该控制器被进一步配置成分析电子基板12的至少一个图像以确定该电子基板在x轴方向、y轴方向和θ方向上的位置，计算该电子基板的旋转角度，并且在执行分配操作时旋转分配单元48以匹配该电子基板的角度。

在操作期间，当在基板(比如电子基板)上沉积材料时，通过操纵机架系统而使分配单元组件46的分配单元48接近电子基板定位。该控制器通过操纵机架系统44来控制分配单元48的自动移动，以通过使分配单元绕A轴线和B轴线旋转而将材料分配到电子基板12上。该控制器借助于控制机架系统44和驱动组件的操作来控制分配单元组件46的分配单元的(线性和旋转)移动。

因此，应当观察到，可移动支架68被配置成相对于支撑支架62旋转整个360度，并且分配单元48被配置成相对于可移动支架旋转整个360度。这使得分配单元48能够将材料沉积在电子基板12上的难以到达的地方。本文所公开的分配系统40采用独特的驱动组件组合来控制分配单元48的方向，从而具有分配应用的速度和精确度提高的益处。

运动控制

如上文引述的，本公开内容的实施例的分配器可以包括分配单元，包括但不限于螺杆分配单元、活塞分配单元和喷射分配单元。分配系统的控制器(例如，分配系统10的控制器18)被配置成在电子基板上执行分配操作。具体地，控制器被配置成控制视觉系统和视觉系统机架(例如，视觉系统30和视觉系统机架32)的移动，以获得电子基板(例如，电子基板12)以及安装在基板上的任何部件或封装件的图像。参考图7A和图7B，示例性电子基板80包括安装在电子基板上的封装件82。封装件82可以包括任何类型的电子部件，比如集成电路。还示出了分配单元(例如，分配单元48)的喷嘴90，该喷嘴相对于封装件82与电子基板80的相交或连接边缘点定位。

如前面所讨论的，期望将材料沉积在封装件82的周围的电子基板80上，而常规的竖直分配不足以执行该功能。然而，利用本文公开的实施例的分配系统(包括分配系统40)，倾斜和旋转分配单元的能力可以对分配单元的喷嘴90进行定位，以优化封装件82周围的分配操作。此外，分配系统被配置成将材料分配在具有变化的形状和尺寸的封装件或其他部件周围。

一旦获得图像，控制器就被配置成控制机架、第一应变波齿轮系统、以及第二应变波齿轮系统的移动以及分配单元的启用，以将材料分配在安装在电子基板80上的封装件82周围。分配单元的喷嘴90的移动速度由控制器确定，以部分地实现将期望量或密度的材料分配在电子基板上。

在一个实施例中，可以控制喷嘴90的端头以实现或以其他方式维持距封装件82和电子基板80的交合部的预定距离100，同时将材料分配在封装件周围。具体地，控制器被配置成控制分配单元机架(例如，机架系统44)以及倾斜和旋转子组件(例如，第一应变波齿轮系统70和第二应变波齿轮系统72)以定位喷嘴90的端头，其方式为使得端头与封装件82的边缘在封装件和电子基板80的交合部处维持预定距离100。如所示出的，分配单元的喷嘴90通过第二应变波齿轮系统以预定角度设置。通过用控制器控制第一应变波齿轮系统来旋转分配单元，可以对分配单元的喷嘴90的端头进行定位。该布置使得通过在用机架移动分配单元的同时旋转分配单元，允许分配单元的喷嘴的端头能够在从封装件82的直边围绕封装件的角部过渡到封装件的垂直直边时与交合部维持预定距离100。在某些实施例中，例如，预定距离100多至5.0mm，在另一示例中，预定距离100在0.025与1.0mm之间。

在一个实施例中，可以控制喷嘴90以实现或以其他方式维持分配单元的喷嘴相对于电子基板80的水平面的预定角度102。如上所讨论的，分配单元的喷嘴90的角度102可以被优化以将喷嘴90的端头定位成尽可能靠近封装件82和电子基板80的交合部。尽管示出了在封装件与电子基板之间的垂直角度(90°)，但是封装件可以被成形为以任何角度从电子基板延伸。可以由控制器控制第二应变波齿轮系统以实现预定角度102。例如，预定角度102可以在0°与90°之间。在另一示例中，预定角度102可以约为45°。

在一个实施例中，可以由控制器控制喷嘴90以实现或以其他方式使分配单元的喷嘴相对于封装件82以恒定速度移动。如上文引述的，控制器被配置成操纵机架、第一应变波齿轮系统、以及第二应变波齿轮系统以将分配单元的喷嘴90的端头定位成距封装件82和电子基板80的交合部预定距离100。此外，控制器被配置成操纵第二应变波齿轮系统以将分配单元的喷嘴90以预定角度102定位，从而优化喷嘴的端头的位置。控制器被配置成移动分配单元，从而以恒定速度移动分配单元的喷嘴90，由此有助于确保期望量或密度的材料邻近封装件82沉积在电子基板80上。分配单元的速度可以变化；然而，期望的是恒定速度，尤其是在封装件的笔直部分期间。例如，恒定速度多至1000mm/秒。在另一示例中，恒定速度在20mm/秒与200mm/秒之间。

喷嘴90的端头距封装件82和电子基板100的交合部的预定距离100的间隔、分配单元的喷嘴的预定角度102、以及分配单元的速度一起对分配单元提供运动控制。控制分配器的喷嘴90的端头沿着x轴、y轴和旋转轴线进行运动并且该控制利用控制器通过机架、第一应变波齿轮系统、以及第二应变波齿轮系统来实现。如上文引述的，视觉系统可以用于获得封装件82的位置的图像，其中控制器被配置成确定分配单元的喷嘴90将材料分配在封装件周围的路径。控制器为机架、第一应变波齿轮系统和第二应变波齿轮系统提供指令以在分配操作期间控制分配单元的移动。

如上文引述的，封装件82的尺寸和形状可以体现为多种形状和尺寸。控制器被配置成通过控制分配系统的机架、第一应变波齿轮系统、以及第二应变波齿轮系统来控制分配单元的移动，以对设置在电子基板80上的封装件和部件执行分配操作。

在一个实施例中，控制器被配置成同时协调包括机架的机架组件以及包括第一应变波齿轮系统和第二应变波齿轮系统的倾斜和旋转子组件的移动，以在沿着三维路径分配材料时将分配单元的喷嘴定位和定向成与电子基板80的预定距离100和取向102。

流率控制

应当理解，由分配系统的分配单元沉积的材料的量不仅取决于分配单元的喷嘴90的运动控制，而且还取决于由分配单元分配的材料的流率。具体地，对于流率而言，分配单元中的材料的压力以及分配单元的喷嘴90的开口尺寸确定了来自分配单元的材料的流率。如上文引述的，机架、第一应变波齿轮系统、以及第二应变波齿轮系统由控制器控制以移动分配单元，其方式为使得分配单元的喷嘴90的端头相对于封装件精确地定位。基于喷嘴90的端头的位置和分配单元的速度，材料的流率由控制器精确地控制，以将期望量或密度的材料分配在分配电子基板80上的封装件82周围。

如上文引述的，流率部分地由被分配材料的粘度、喷嘴90内的材料的压力、以及分配的材料所通过喷嘴的直径确定。分配单元可以被配置成控制喷嘴90内的材料的压力。可以通过在腔室内施加加压空气来控制分配单元的腔室内材料的压力。在一些实施例中，可以选择分配单元的喷嘴90的开口的尺寸以实现期望流率。应当理解，当材料流过喷嘴90并且喷嘴的直径减小或增大时，材料的流率分别增大和减小。

在一个实施例中，控制器进一步被配置成以一定流率从分配单元的喷嘴90分配材料，该流率被配置成在电子基板上沉积期望量或密度的材料。流率由被分配材料的粘度、喷嘴90内的材料的压力、以及分配的材料所通过的喷嘴的直径确定。例如，流率可以多至2000mg/秒。在另一示例中，流率可以在0.05mg/秒与10mg/秒之间。

多个分配单元

如上文引述的，分配系统的实施例可以包括两个或更多个分配单元，这两个或更多个分配单元可以被配置成以同步模式或异步模式准确地在一个或多个电子基板上或与单个电子基板相关联的两个或更多个图案上同时进行分配。具体地，如果电子基板没有如控制器所确定的那样适当地对准，则分配系统可以从要分配两个电子基板或图案的同步模式切换到仅分配一个电子基板或图案的异步模式。本文所公开的方法进一步支持使用各种类型的分配泵，包括但不限于螺杆泵、活塞泵和喷射泵。

用于两个基板或两个基板图案的示例性分配操作可以包括以下步骤：将第一电子基板图案递送到分配位置；将第二电子基板图案递送到分配位置；将第一电子基板图案与第一分配单元对准；将第二分配单元定位成与第一分配单元相距预定距离；将来自第一分配单元的材料分配在第一电子基板图案上的期望位置处；以及将来自第二分配单元的材料分配在第二电子基板图案上的期望位置处。在某些实施例中，从第一分配单元分配材料的步骤可以包括朝向第一电子基板图案降低第一分配单元。类似地，从第二分配单元分配材料的步骤可以包括朝向第二电子基板图案降低第二分配单元。

另一个示例性分配操作可以包括以下步骤：将第一电子基板图案和第二电子基板图案递送到相应的分配位置；将第一分配单元定位在第一电子基板图案上方；将第二分配单元定位成与第一分配单元相距预定距离；将来自第一分配单元的材料分配在第一电子基板图案上的期望位置处；以及将来自第二分配单元的材料分配在第二电子基板图案上的期望位置处。从第一分配单元分配材料包括朝向第一电子基板图案降低第一分配单元。类似地，从第二分配单元分配材料包括朝向第二电子基板图案降低第二分配单元。在某些实施例中，通过识别与第一电子基板图案相关联的第一参考点和与第二电子基板图案相关联的第二参考点来确定预定距离。

用于两个基板的又一个示例性分配操作可以包括以下步骤：(1)校准每个分配单元与相机之间的实际距离；(2)识别一个基板或多个基板上的基准位置的实际位置；(3)将第一分配单元移动到第一基板上的第一分配位置；(4)在第一基板上的第一分配位置处进行分配；(5)将第二分配单元移动到第二基板上的第一分配位置，这是较小并且因此快速执行的移动；(6)在第二基板上的第一分配位置处进行分配；以及(7)对基板上的每个剩余分配位置重复步骤(3)至(6)。当在具有多个图案的单个基板上进行分配时，可以对该基板执行前述操作。

进一步考虑到，当使用多于两个分配单元时，可以采用在每隔一个基板上同时进行分配的这种方法。例如，当使用三个分配单元时，可以分别通过第一分配单元、第二分配单元和第三分配单元同时在第一基板、第三基板和第五基板上进行分配。于在这些基板上进行分配之后，可以移动分配单元，使得分别使用第一分配单元、第二分配单元和第三分配单元在第二基板、第四基板和第六基板上进行分配。

在示例性实施例中，一种分配材料的方法可以包括：将电子基板递送到分配位置，该电子基板具有至少两个相同的图案；获取关于至少两个图案的数据；基于获取的数据确定这至少两个图案是否适当地适合于同时分配以在至少两个图案上执行同时分配操作，以及如果两个图案适当地适合于同时分配，则在至少两个图案上执行同时分配操作。

分配材料可以包括将第一分配单元定位在第一图案的第一位置上方、以及将第二分配单元定位在第二图案的第一位置上方。如上所讨论的，第二分配单元可以与第一分配单元间隔开预定距离。具体地，可以将来自第一分配单元和第二分配单元的材料分配在第一图案和第二图案的相应的第一位置。一旦发生分配，则第一分配单元在第一图案的第二位置上方移动，并且第二分配单元同时在电子基板的第二图案的第二位置上方移动。一旦移动，可以将来自第一分配单元和第二分配单元的材料分配在第一图案和第二图案的相应的第二位置。

在另一个示例性实施例中，一种分配材料的方法可以包括(1)识别电子基板上的多于一个位置的位置，(2)基于所识别的位置确定第一图案的分配位置和第二图案的分配位置是否非常适合于同时分配以在第一图案和第二图案上执行同时分配操作，(3)将第一分配单元移动到第一图案上的分配位置，并且将第二分配单元移动到第二图案上的分配位置，第一图案的分配位置与第二图案上的分配位置相对应，(4)使用第一分配单元在第一图案上的第一分配位置处进行分配，使用第二分配单元在第二图案上的第一分配位置处进行分配，以及(5)对电子基板的第一图案和第二图案上的每个剩余的分配位置重复步骤(3)和(4)。如前面所讨论的，在执行该方法之前，可以校准第一分配单元与相机之间的距离以及第二分配单元与相机之间的距离。

在一个实施例中，为了对呈现给分配器的每个基板进行静态的一次调整，视觉系统和控制器定位并计算基板中一个零件与同一基板中的另一零件之间的距离以及基板相对于机架系统的任何旋转，并在同时分配之前调整一次第二分配单元。在另一个实施例中，可以利用自动调整机构在分配的同时进行动态调整。因此，当两个图案不适合同时分配时，或者在两个基板不适合同时分配的情况下，该方法包括同时使用第一分配单元在第一图案(或基板)上执行第一分配操作以及使用第二分配单元在第二图案(或基板)上执行第二分配操作。这可以通过利用自动调整机构动态地定位第二分配单元同时继续使用第一分配单元和第二分配单元进行分配来实现。

本公开内容的实施例的分配器能够同时对不同的图案进行分配。在这种方法中，操纵承载分配单元的机架以及与第二分配单元(和/或第一分配单元)相关联的自动调整机构，以同时对不同的图案进行分配。使用此方法，可以同步地绘制由第一分配单元和第二分配单元分配的料线。

因此，对于具有多个分配单元的分配器，多个分配单元中的每个分配单元的距离和相对位置可以被配置成匹配多个基板或部件中的每个基板或部件之间的距离和相对间隔。在从自动视觉对准系统收集并分析对准信息之后，多个分配单元中的第一分配单元被定位在第一基板或部件上的第一分配位置上方。在执行分配操作之后，可以操纵机架以进行任何需要的x轴和y轴平面位置调整，该调整对于将多个分配单元中的第二分配单元在多个基板或部件中的第二基板或部件的对应的第一分配位置上方对准是必要的。由于多个分配单元中的每个分配单元之间的距离和相对位置与多个基板或部件中的每个基板或部件之间的距离和相对位置基本上相似(尽管不一定相同)，所以机架的任何这种调整将非常小，因此快速执行。剩余的多个分配单元中的每个分配单元可以类似地用于在需要任何大幅度的x轴和y轴机架运动之前将材料分配在每个剩余的基板或部件上的对应的第一分配位置处。然而，如果基板或部件的数量大于分配单元的数量，则可能需要重新定位机架，以完成在所有基板上的分配操作。重复该方法以对第二分配位置和后续分配位置中的每个分配位置进行分配。应当理解，步骤可以互换，这可以由产量或工艺改进决定。

如前面所讨论的，在一个实施例中，分配单元可以安装在单独的z轴驱动机构上。这种配置允许在适当的时候执行独立操作，包括但不限于分配、(例如，通过自动针头/喷嘴清洁器)清洁、吹扫和校准(x轴或y轴位置或z轴位置)。然而，应注意，分配器可能特别适合于非接触式分配，比如从针头/喷嘴流出或喷射材料。当被配置用于非接触式分配时，可以通过安装在单个z轴驱动机构上的两个(或更多个)分配单元执行分配操作。

本公开内容的一个实施例涉及一种在同步模式与异步模式之间分配的方法。如上文引述的，当采用视觉系统确定一个或多个基板是否适当地适合于同时分配，或者一个或多个图案是否适当地适合于同时分配时，当非常适合于同时分配时，可以通过采用同步操作模式由分配单元对基板或图案同步地进行分配。然而，当不适合同时分配时，可以通过采用异步操作模式对基板或图案独立地自动异步地进行分配。

在一些实施例中，倾斜和旋转子组件被配置成将分配单元倾斜多至360°并将分配单元旋转多至360°。

在一些实施例中，机架进一步包括z轴驱动机构，以提供分配单元的z轴移动。

计算机系统

如上所述，控制器(例如，控制器18)可以包括在如下关于图8和图9所述的计算机系统中。特别地，图8示出了用于实现本文所述的分配系统(例如，分配系统40)的各个方面的示例计算机系统104。图9示出了可以使用的示例存储系统。

系统104仅是适合于实现本发明的各个方面的计算机系统的说明性实施例。这样的说明性实施例并不旨在限制本发明的范围，因为例如该系统的许多其他实施方式中的任何一种都是可能的并且旨在落入本发明的范围内。例如，可以使用虚拟计算平台。下面阐述的权利要求中的任一个都不旨在限制于系统的任何特定实施方式，除非这样的权利要求包括明确地叙述特定实施方式的限制。

根据本发明的各种实施例可以在一个或多个计算机系统上实现。这些计算机系统例如可以是通用计算机，比如那些基于英特尔PENTIUM型处理器、摩托罗拉PowerPC、SunUltraSPARC、惠普PA-RISC处理器的或基于任何其他类型处理器的通用计算机。应当理解，根据本发明的各种实施例，任何类型的计算机系统中的一个或多个可以用于部分或完全自动化所列举的装置和系统与其他系统和服务的整合。此外，软件可以位于单个计算机上或者可以分布在通过通信网络相连的多个计算机之中。在某些实施例中，利用这样的通信网络来远程控制本文所述的分配系统或向/从本文所述的分配系统远程传输信息。

本发明的各个方面可以被实现为在比如图8所示的通用计算机系统104中执行的专用软件。计算机系统104可以包括连接至一个或多个存储器装置116(比如磁盘驱动器、存储器或其他用于存储数据的装置)的处理器106。存储器116典型地用于在计算机系统104的操作期间存储程序和数据。计算机系统104的部件可以通过互连机构114耦接，该互连机构可以包括一个或多个总线(例如，在集成在同一机器内的部件之间)和/或网络(例如，在驻留在单独的分立机器上的部件之间)。互连机构114使得能够在系统104的系统部件之间交换通信内容(例如，数据、指令)。计算机系统104还包括一个或多个输入装置108(例如，键盘、鼠标、轨迹球、麦克风、相机、触摸屏)以及一个或多个输出装置110(例如，分配单元、电机、相机、打印装置、显示单元、触摸屏和/或扬声器)。另外，计算机系统104可以包含一个或多个接口(未示出)，该一个或多个接口将计算机系统104连接至通信网络(作为互连机构114的补充或替代)。

在图9中更详细地示出的存储系统112典型地包括计算机可读写的非易失性记录介质118，在该介质中存储信号，该信号限定要由处理器106执行的程序的或存储在介质118上或该介质中的要由程序处理的信息。介质118可以例如是磁盘或闪速存储器。典型地，在操作中，处理器106使得数据从非易失性记录介质118读取到另一存储器120中，这允许处理器比介质118更快速地访问信息。该存储器120典型地是易失性随机存取存储器，比如动态随机存取存储器(DRAM)或静态存储器(SRAM)。

数据可以(如所示出的)位于存储系统112中或位于存储器系统104中。处理器106通常操纵集成电路存储器116、120内的数据，然后在处理完成后将数据复制到介质118。已知有多种机制用于管理介质118与集成电路存储器元件116、120之间的数据移动，并且本发明不限于此。本发明不限于特定的存储器系统116或存储系统112。

尽管计算机系统104作为示例被示出为可以在其上实践本发明的各个方面的一种类型的计算机系统，但是应当理解，本发明的各个方面不限于在图8所示的计算机系统上实现。本发明的各个方面可以在具有与图8所示的架构或部件不同的架构或部件的一个或多个计算机上实践。

计算机系统104可以是可使用高级计算机编程语言的编程的通用计算机系统。计算机系统104还可以使用专门编程的专用硬件来实现。在计算机系统104中，处理器106典型地是可商购的处理器，比如可从英特尔公司获得的Pentium、Core、Core Vpro、Xeon、或Itanium类处理器。许多其他处理器也是可用的。这样的处理器通常执行操作系统，该操作系统可以是例如由微软公司或苹果公司提供的操作系统，包括用于PC以及移动装置的版本、iOS、Android OS操作系统、或可从各种来源获得的UNIX。可以使用许多其他的操作系统。

本发明的各种实施例可以使用面向对象的编程语言(比如SmallTalk、Python、Java、C++、Ada或C#(C-Sharp))进行编程。也可以使用其他面向对象的编程语言。替代性地，可以使用函数式、脚本化和/或逻辑编程语言。本发明的各个方面可以在非编程环境中实现(例如，以HTML、XML或其他格式创建的文档在浏览器程序的窗口中查看时，呈现图形用户界面(GUI)的各方面或执行其他功能)。本发明的各个方面可以使用各种互联网技术来实现，例如，通用网关接口(CGI)脚本、PHP超文本预处理器(PHP)、活动服务器页面(ASP)、超文本标记语言(HTML)、可扩展标记语言(XML)、Java、JavaScript以及用于扩展Javascript、异步JavaScript和XML(AJAX)、Flash和其他编程方法的开源库。此外，本发明的各个方面可以在基于云的计算平台中实现，比如尤其可从Amazon.com(西雅图，华盛顿州)商购的EC2平台。本发明的各个方面可以被实现为编程的或非编程的元件、或其任意组合。

如上所述的视觉系统或成像系统的某些示例包括具有图像传感器的相机(例如，输入装置108)，该图像传感器配置成向操作如本文所述的分配系统(例如，分配系统40)的计算机系统(例如，计算机系统104)提供数字图像和/或数字视频。图像传感器的一个示例是互补金属氧化物半导体(CMOS)。图像传感器产生包括图像特征(比如上述基准点)的数字图像或数字视频帧。由传感器产生的图像被(例如，控制器18或处理器106)处理以执行分配系统的功能，包括相机校准并确定分配单元(例如，输出装置110)的相机与针头的偏移距离。

为了操作本文所述的分配系统，处理器106执行存储在存储器116和/或存储装置112中的一个或多个软件程序。作为示例，为了控制并操作分配机构、电机、以及电连接至计算机系统104的其他装置，可以提供控制回路。这样的控制回路可以由处理器106来实现，该处理器执行存储的软件以接收输入数据(比如由视觉系统产生的图像和/或分配单元的状态)，处理输入数据以确定动作(比如将分配单元移动到基板上的特定位置)，在随后的时间点获取新的输入数据，然后处理新数据以确定将分配头移动朝向的新位置。

存储的软件还可以接收和/或向分配系统的显示单元(例如，显示单元28)提供信息。显示单元显示用于与用户交互的GUI，以接收用于修改或选择要利用分配系统执行的操作的用户输入。在一些示例中，显示单元28是触摸屏。在其他示例中，用户通过键盘和鼠标与GUI交互。在一些示例中，显示单元随着分配操作的进度向用户提供状态指示。例如，当材料被分配到基板上时，视觉系统可以跟踪分配单元的进度并在显示单元上提供该进度的指示。在其他示例中，例如，可以达到分配进度的预定点并且需要用户输入，然后GUI提示用户确认继续进行后续的电机和分配操作。

应当理解，上述软件功能仅是示例，并且计算机系统104被配置成控制本文所述的分配系统的各种附加方面。

在一些实施例中，控制器可以被配置有机器学习技术以开发算法，从而将材料分配在相同的封装件和/或相同的电子基板周围。如本领域中众所周知的，机器学习技术涉及自动化分析模型构建的数据分析技术。机器学习技术是人工智能的子集，基于系统可以从数据中学习、识别模式、并在没有人为干预或人为干预最少的情况下做出决策的理念。

校准

在一些实施例中，可以提供具有诸多(例如多至或大于20个)取向的表。每个位置可在编码器的分辨率内近乎无限地定义，例如每度多至1111个计数。每个取向都可以被识别为包括预先限定的相机与针头校准，其中每个校准包含操作者设置的变量(例如倾斜、旋转和分配高度)，因为这些变量限定了分配的材料将以预定取向落在电子基板上的位置。这些取向可以从程序中检索，并用于基于视觉和z轴传感数据在给定位置进行分配。在整个程序中可以使用诸多取向来取得期望的结果。

尽管每个取向都有自己的相机来进行针头校准，但没有必要在每个取向上进行实际分配来确定这些校准。一旦通过分配和视觉定位校准了较少数量的取向，其他取向就可以被插入以完成校准。

例如，具有相同倾斜和分配高度的取向只需要两到三个旋转位置来内插所有其他具有相同倾斜和分配高度的旋转位置。

在一个实施例中，控制器进一步被配置成通过在设置在支撑件上的电子基板上进行分配来校准分配单元的喷嘴相对于视觉系统的分配位置。控制器可以包括数据库或以其他方式与数据库通信，该数据库具有喷嘴到视觉系统取向的表。具体地，控制器可以被配置成部分地基于已知位置和取向的插值来校准喷嘴的取向。

如本文所用，“正适合于同时分配”是指在检查与视觉系统或相机拍摄的一个或多个图像相关联的数据之后，两个或更多个基板或图案位于由控制器确定的已知位置，这样的已知位置在预定公差内，并且没有其他获取的数据表示不在一个或多个基板或图案上进行分配的原因。

如本文所用，“获取的数据”是指在分配系统内部生成的数据，比如视觉数据或基于先前的处理从外部源传输的数据。

因此，已经描述了本公开内容的至少一个实施例的若干方面，将理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这样的改变、修改和改进旨在成为本公开内容的一部分，并且旨在落入本发明的精神和范围内。因此，先前的描述和附图仅作为示例。

Claims (20)

1.一种用于将粘性材料分配到电子基板上的分配系统，所述分配系统包括：

框架；

联接至所述框架的支撑件，所述支撑件被配置成在分配操作期间接纳和支撑电子基板；

配置成分配粘性材料的分配单元，所述分配单元具有喷嘴；

联接至所述框架的机架组件，所述机架组件包括机架以及倾斜和旋转子组件，所述机架配置成支撑所述分配单元并沿x轴、y轴和z轴方向移动所述分配单元，所述倾斜和旋转子组件配置成倾斜和旋转所述分配单元；以及

配置成控制分配单元和所述机架组件以在所述电子基板上执行分配操作的控制器，所述控制器被配置成同时协调所述机架组件以及所述倾斜和旋转子组件的移动，以在沿着三维路径分配材料时将所述分配单元的喷嘴定位和定向成与所述电子基板处于预定距离和取向。

2.如权利要求1所述的分配系统，其中，所述预定距离多至5.0mm。

3.如权利要求1所述的分配系统，其中，所述控制器进一步被配置成使所述分配单元的喷嘴相对于所述电子基板的水平面维持预定角度。

4.如权利要求4所述的分配系统，其中，所述预定角度在0°与90°之间。

5.如权利要求1所述的分配系统，其中，所述控制器进一步被配置成相对于所述封装件以恒定速度移动所述分配单元的喷嘴。

6.如权利要求7所述的分配系统，其中，所述恒定速度多至1000mm/秒。

7.如权利要求1所述的分配系统，其中，所述控制器进一步被配置成以一定流率从所述分配单元的喷嘴分配材料，所述流率被配置成在所述电子基板上沉积期望量或密度的材料。

8.如权利要求10所述的分配系统，其中，所述流率多至2000mg/秒。

9.如权利要求1所述的分配系统，其中，所述倾斜和旋转子组件被配置成将所述分配单元倾斜多至360°并将所述分配单元旋转多至360°。

10.如权利要求1所述的分配系统，进一步包括视觉系统，所述视觉系统联接至所述框架和所述机架组件中的一个，以捕获所述电子基板的至少一个图像。

11.如权利要求10所述的分配系统，其中，所述控制器进一步被配置成控制所述视觉系统。

12.如权利要求11所述的分配系统，其中，所述控制器进一步被配置成通过在设置在所述支撑件上的所述电子基板上进行分配来校准所述分配单元的喷嘴相对于所述视觉系统的分配位置。

13.如权利要求12所述的分配系统，其中，所述控制器包括数据库或对数据库具有访问权，所述数据库具有喷嘴到视觉系统取向的表。

14.如权利要求13所述的分配系统，其中，所述控制器被配置成部分地基于已知位置和取向的插值来校准所述喷嘴的取向。

15.一种将粘性材料分配到电子基板上的方法，所述方法包括：

将电子基板递送到分配位置；

捕获所述电子基板的至少一个图像；

分析所述电子基板的至少一个图像以确定所述电子基板的位置；以及

通过移动、倾斜、并旋转联接至机架的分配单元以及倾斜和旋转子组件来执行分配操作，所述机架配置成支撑所述分配单元并沿x轴、y轴和z轴方向移动所述分配单元，所述倾斜和旋转子组件配置成倾斜和旋转所述分配单元，

其中，执行所述分配操作包括同时协调所述机架组件以及倾斜和旋转子组件的移动，以在沿着三维路径分配材料时将所述分配单元的喷嘴定位和定向成与所述电子基板处于预定距离和取向。

16.如权利要求15所述的方法，其中，执行所述分配操作包括使所述分配单元的喷嘴相对于所述电子基板的水平面维持预定角度。

17.如权利要求15所述的方法，其中，执行所述分配操作包括相对于所述封装件以恒定速度移动所述分配单元的喷嘴。

18.如权利要求15所述的方法，其中，执行所述分配操作包括以一定流率从所述分配单元的喷嘴分配材料，所述流率被配置成在所述电子基板上沉积期望量或密度的材料。

19.如权利要求15所述的方法，进一步包括通过在设置在所述支撑件上的所述电子基板上进行分配来校准所述分配单元的喷嘴相对于所述分配器的视觉系统的分配位置。

20.如权利要求19所述的分配系统，其中，所述控制器包括数据库或对数据库具有访问权，所述数据库具有喷嘴到视觉系统取向的表。