CN1309485C

CN1309485C - 用于涂敷液体材料的方法和装置

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Publication number: CN1309485C
Application number: CNB2004100573796A
Authority: CN
Inventors: 田中浩二; 中山均; 厚泽新次; 安东洋一
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2024-08-26
Also published as: CN100443195C; US7267839B2; CN1589976A; JP4162086B2; CN1931445A; US20050045653A1; JP2005066391A

Abstract

公开了一种方法，在该方法中，使用一液体材料供应装置把液体材料涂敷在一涂敷对象物的一涂敷表面上，该装置包括一装有液体材料的喷射器，喷射器上装备有一其远端上具有一喷射孔的喷针，所述液体材料从该喷射孔喷出，在涂敷时，在把所述液体材料供应装置的一升/降驱动系统设置在一基准高度上时用一图像摄取装置从侧面拍摄所述喷针远端与一高度基准标记的图像；并从喷针远端的高度与所述高度基准标记的高度之差得出所述喷针远端的高度位置。

Description

用于涂敷液体材料的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于通过喷射把液体材料如粘接剂涂敷到一涂敷对象物上的方法和装置，具体涉及一种以非常高的精度(到10μ的数量级)控制所述涂敷对象物的各位置与液体材料喷射孔之间的距离的方法和装置。

背景技术

在更换液体材料时，通常把一装在一装满一种液体材料的喷射器上的喷针(涂敷喷嘴)的下端(远端)抵靠一基准板来实现在Z方向(喷射器轴线方向)上的定位，该喷射器和喷针固定在一装置的升/降驱动系统上。即，基准板的表面构成该喷针远端的定位基准。

应该注意到，使小直径的喷针在抵靠基准板时会发生弯曲，在与基准板分开而无载荷(即在空中时)时会恢复原状。因此，使用这种喷针，喷针远端的位置在X、Y和Z方向上会有偏差。

下面的公告中公开了关于液体材料涂敷技术的例子：日本专利申请公告No.2003-1165、日本专利申请公告No.2000-317373、日本专利申请公告No.2001-87693、日本专利申请公告No.9-99268和日本专利申请公告No.2001-291999。

在日本专利申请公告No.2003-1165公开了一种结构，其中把设置喷射器一侧上的一抵靠端抵靠在涂敷对象物，由此保持液体材料喷射孔与基准板之间的固定距离。

但是，由于液体材料喷射孔与基准板之间的距离决定于抵靠端子、喷射器和带有液体材料喷射孔的喷针的尺寸精度(部件精度)，因此在必须以微米数量级控制液体材料喷射孔与基准板之间距离的装置中无法使用该结构。

日本专利申请公告No.2000-317373、日本专利申请公告No.2001-87693、日本专利申请公告No.9-99268和日本专利申请公告No.2001-291999公开了一种结构，其中在涂敷液体材料时用一非接触距离传感器测量基准板与喷针远端之间的距离。

但是，应该看到，该非接触距离传感器装在喷射器和一喷针夹持件上，在喷针远端始终位于相同位置的假定下测量喷针远端与基准板之间的距离。因此，如喷针远端(在Z方向上)的位置在更换时与在涂敷时(不受力时)不同，这一差别无法矫正(检测)。

此外，在粘合金属丝或把液体涂敷到IC引线端头之间或把液体涂敷到狭窄空间如IC底部填充部(underfill)或高密度部位的装置中，要求液体材料喷射孔在X、Y和Z方向上具有高精度，必须把喷射孔与涂敷面之间的距离或避免与部件干涉的尺寸控制在10微米的数量级上。因此，还必须进行测量以防喷针弯曲。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供一种用于涂敷液体材料的方法和装置，其中可非常精确地把一种液体材料喷向一涂敷对象物而不受在更换包括喷射器和喷针的液体材料供应装置时发生的或由喷针的反复使用造成的喷针未对准、弯曲和挠曲的影响。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种液体材料涂敷方法，包括：使用一液体材料供应装置，该装置包括一装有液体材料的喷射器，喷射器上装备有一其远端上具有一喷射孔的喷针，液体材料从该喷射孔喷出；把液体材料涂敷在一涂敷对象物的一涂敷表面上，该方法包括下列步骤：在把该液体材料供应装置的一升/降驱动系统设置在一基准高度上时用一图像摄取装置从侧面拍摄该喷针远端与一高度基准标记的图像；以及从喷针远端高度与高度基准标记高度之差得出喷针远端的高度位置。

按照本发明的另一个方面，提供一种液体材料涂敷方法，包括：使用一液体材料供应装置，该装置包括一装有液体材料的喷射器，喷射器上装备有一其远端上具有一喷射孔的喷针，液体材料从该喷射孔喷出；把液体材料涂敷在一涂敷对象物的一涂敷表面上，该方法包括下列步骤：使用一其传感器表面高度为一已知值的压力传感器；用一升/降驱动系统降低该液体材料供应装置，使得喷针的远端接触所述传感器表面；以及把在该压力传感器检测到压力时传感器表面的高度作为基准来检测喷针远端的高度位置。

按照本发明的又一个方面，上述液体材料涂敷方法进一步包括：利用一高度测量装置测量该涂敷表面的高度；并根据由此获得的测量值在涂敷液体材料时控制液体材料供应装置的高度。

按照本发明的另一个方面，提供一种液体材料涂敷方法，包括：使用一液体材料供应装置，该装置包括一装有该液体材料的喷射器，喷射器上装备有一远端上具有一喷射孔的喷针，液体材料从该喷射孔喷出；把液体材料涂敷在一涂敷对象物的一涂敷表面上，该方法包括下列步骤：将无弯曲喷针的喷针侧面基准图像和用一图像摄取装置从侧面拍摄的喷针开始使用状态和喷针反复使用后的状态中的一个状态下的喷针侧面图像进行比较；以及当喷针侧面基准图像与这样拍摄的喷针侧面图像的偏差量超过一预定值则可判定存在喷针弯曲异常。

按照本发明的又一个方面，上述液体材料涂敷方法进一步包括：在喷针旋转至少90°的同时对喷针连续或间断进行拍摄以获得喷针侧面图像。

按照本发明的另一个方面，提供一种液体材料涂敷方法，包括：使用一液体材料供应装置，该装置包括一装有该液体材料的喷射器，喷射器上装备有一其远端上具有一喷射孔的喷针，液体材料从该喷射孔喷出；把液体材料涂敷在一涂敷对象物的一涂敷表面上，该方法包括下列步骤：在用一图像摄取装置在喷针初始状态下沿从底部的方向拍摄的第一喷针底面图像中无法识别喷针远端表面时，和在第一喷针底面图像中的喷针远端表面中心的信息与喷针远端表面中心的预设信息之间的偏差量超过一预定值时，在出现上述两种情况之一时则判定存在喷针弯曲异常。

按照本发明的另一个方面，提供一种液体材料涂敷方法，包括：使用一液体材料供应装置，该装置包括一装有液体材料的喷射器，喷射器上装备有一远端上具有一喷射孔的喷针，液体材料从该喷射孔喷出；把液体材料涂敷在一涂敷对象物的一涂敷表面上，该方法包括下列步骤：在用一图像摄取装置在喷针反复使用后沿从底部的方向拍摄的第二喷针底面图像中无法识别喷针远端表面时，和在第二喷针底面图像中的喷针远端表面中心的信息与喷针远端表面中心的预设信息之间的偏差量超过一预定值时，在出现上述两种情况之一时则判定存在喷针弯曲异常。

按照本发明的另一个方面，提供一种液体材料涂敷装置，包括：一液体材料供应装置，该装置包括一装有液体材料的喷射器，喷射器上装备有一远端上具有一喷射孔的喷针，液体材料从该喷射孔喷出以被涂敷到一涂敷对象物的涂敷表面上；一用于该液体材料供应装置的升/降驱动系统；一高度基准标记；以及一用于从侧面对该高度基准标记进行图像拍摄的图像摄取装置，其中，在把该升/降驱动系统设置在基准高度上时由所述图像摄取装置拍摄该喷针远端与所述高度基准标记的图像；以及，其中从喷针远端高度与高度基准标记高度之差得出喷针远端的高度位置。

按照本发明的另一个方面，提供一种液体材料涂敷装置，包括：一液体材料供应装置，该装置包括一装有液体材料的喷射器，喷射器上装备有一远端上具有一喷射孔的喷针，液体材料从该喷射孔喷出以被涂敷到一涂敷对象物的涂敷表面上；一用于该液体材料供应装置的升/降驱动系统；以及一具有其高度为一已知值的传感器表面的压力传感器，其中，用升/降驱动系统降低该液体材料供应装置以使喷针远端接触该传感器表面；以及其中把该压力传感器检测(到)压力时传感器表面的高度作为基准来检测喷针远端的高度位置。

按照本发明的又一个方面，上述液体材料涂敷装置还包括一用于测量该涂敷表面的高度的高度测量装置；根据由该高度测量装置测得的测量值在涂敷液体材料时控制液体材料供应装置的高度。

按照本发明的又一个方面，在上述液体材料涂敷装置中，该高度测量装置包括一会与该涂敷表面接触以进行测量的线性传感器。

从以下对实施例的说明中可清楚看出本发明的其它目的和特征。

附图说明

图1A-1C为本发明第一实施例的结构示意图；

图2A和2B为本发明第二实施例的结构示意图；

图3为本发明第三实施例的结构示意图；以及

图4为本发明第四实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的液体材料涂敷方法和装置的实施例。

本发明的液体材料涂敷方法和装置特别是用于粘合金属丝或把液体涂到IC引线端之间或把液体涂到狭窄范围如IC底部填充部(underfill)或高密度部位上、从而要求在喷针下端(远端)的液体材料喷射孔在X、Y和Z方向上具有高精度。此外，必须把喷射孔与涂敷表面如基板之间的距离或不与(涂敷)部件干涉的尺寸控制在10微米的数量级上。

图1A-1C示出根据本发明的第一实施例的液体材料涂敷方法和装置，并示出以高精度控制喷针下端上的液体材料喷射孔与涂敷对象物的涂敷表面之间距离的结构。在该附图中，标号1表示一由一装有涂敷液体材料如粘接剂的喷射器2和一连接在喷射器下端上的喷针(涂敷喷嘴)3构成的液体材料供应装置，喷针3与喷射器内部连通，喷针的下端(远端)构成喷射孔。通过喷射器2的动作，把预定量的液体材料从喷针下端上的喷射孔喷出。

液体材料供应装置1的喷射器2部分用一固定在一至少具有在Z轴线方向上移动功能(升/降功能)的驱动系统6上的夹持装置5夹持。为可更换液体材料供应装置1，夹持装置5具有取消对喷射器部分的夹持的功能和固定夹持喷射器部分的功能。

图1A和1B示出一在更换液体材料供应装置1时使用的更换站/工段；该更换站装备有一更换台(喷针设置基准板)11和一有一固定地设置在其侧面上的直立标记件12的更换区10。标记件12的一侧面上设有一高度基准标记13。此外，一用作水平图像摄取装置(位于水平平面即XY平面中)的、高度基准标记13在其视野中的水平照相机15固定支承在更换区10附近。

图1C示出一涂敷站，该涂敷站有一放置台20，台20上固定放置一构成涂敷对象物的基板21。基板21的上表面构成涂敷表面22，设有一用作测量涂敷表面22的高度的高度测量装置的线性传感器25。线性传感器25在多个位置(最好是涂敷点或涂敷点附近等)上与涂敷表面22接触以进行高度测量。如前所述，要求把喷针下端上的喷射孔与基板21的涂敷表面22之间的距离控制在10微米的数量级上；为此设有接触型线性传感器25以检测基板21的变形如微小的翘曲。

当部件在基板上密集地布置而没有允许接触型线性传感器的接触端进入的间隙时，可使用非接触型传感器；但是，由于反射率随待测物体的不同而不同，因此会发生无法获得高精度信息的情况。接触型线性传感器的优点在于其精度不取决于待测物体。

当基板21的平面度使得涂敷表面22的变形可忽略不计时，可不使用线性传感器25而把涂敷表面22看作是一具有固定、已知高度(因为放置台20高度已知，且基板21厚度已知)的平面。

液体材料供应装置1的驱动系统6可具有在水平面中的X轴线方向上移动和与X轴线方向垂直的Y轴方向上移动的功能；当把更换区10和放置台20装在一XY台上且使其具有在X和Y轴线方向上移动的功能时，也可使驱动系统6只具有在Z轴线方向上升/降的功能。

下面说明在图1A-1C所示的第一实施例中更换液体材料供应装置的操作和在更换后的液体涂敷操作。

在更换液体材料供应装置1(喷射器2和喷针3)时，把液体材料供应装置1移动到更换区10的更换台11上方位置，并从夹持装置5上取下已用完的液体材料供应装置1；然后，把液体材料供应装置1的夹持装置5移动到一预先设定位置(高度)，并如图1A所示手工安装一填装有液体材料的新的液体材料供应装置1。此时，在喷针3的下端抵靠更换台11的上表面同时进行安装操作。尽管更换台11上表面高度是一个已知量，但小直径的喷针3在抵靠更换台11时会发生挠曲，且在与更换台11分开而处于无负荷状态(即在空中时)时会恢复原状，这造成喷针远端在X、Y和Z方向上的位置偏差。

因此，为了在用一个新的液体材料供应装置更换液体材料供应装置1后精确检测喷针3下端的位置，如图1B所示在Z轴线方向上提升液体材料供应装置1并把驱动系统6(具有在Z轴线方向上移动的功能)设定在基准高度上；然后在这时用水平照相机15拍摄喷针3下端与高度基准标记13的图像，然后(用计算过程)计算喷针下端高度与高度基准标记13高度之差；从该高度差得出喷针下端的高度位置，且精确得出升/降驱动系统6的高度与喷针3下端高度位置之间的关系(利用图像识别处理高度基准标记13和喷针下端的位置，并在把驱动系统6设定在基准高度上时把它们的关系存储为喷针下端的位置)。

然后，把液体材料供应装置1移动到图1C的涂敷站上方一位置，并将液体材料如粘接剂从喷针3下端上的液体喷射孔涂敷到放置台20上构成涂敷对象物的基板21的涂敷表面22(上表面)上。此时，精确地已知喷针3下端上的喷射孔的高度与驱动系统6的高度之间的关系并已由接触型线性传感器25在多个位置上(例如涂敷点上)精确测得了涂敷表面22的高度，因此在由先前得到的在XY平面中的位置信息确定的涂敷点上，可将喷针3下端上的喷射孔与涂敷表面22之间的距离控制为一已知量，从而在保持该距离例如10微米的同时涂敷液体材料。

第一实施例具有如下优点：

(1)在把该液体材料供应装置1的驱动系统6设置在一基准高度上时，利用作为图像摄取装置的水平照相机15水平拍摄该喷针3下端与高度基准标记13的图像，并可从喷针下端的高度位置与高度基准标记13的高度差精确得出喷针下端的高度，进而精确得出驱动系统6的高度与喷针下端高度之间的关系。特别是在喷针3的直径很小且其挠曲的影响无法忽略不计时，这证明是有效的。

(2)采用线性传感器25作为测量涂敷对象物的涂敷表面22的高度的高度测量装置，该传感器进行测量时与涂敷表面接触，从而可精确测量涂敷点等的高度，并在根据测量值涂敷液体材料时，校正和控制液体材料供应装置1的高度。

(3)由于上述优点(1)和(2)，可在由XY平面中的位置信息确定的涂敷点上将喷针3下端上的喷射孔与涂敷表面22之间的距离精确控制为一已知值，从而可在把该距离保持在例如约10微米的同时涂敷液体材料。

图2A和2B示出根据本发明的第二实施例的用于液体材料涂敷的方法和装置，其中示出了用于以高精度控制喷针下端上的喷射孔与涂敷对象物的涂敷表面之间距离的结构。在这里，图2A和2B示出一用于更换液体材料供应装置1的更换站，该更换站装备有更换区10，该更换区10具有更换台(喷针基准板)11和与更换台相邻固定设置的压力传感器(接触传感器)16。压力传感器16的传感器表面16a的高度是一已知值。

在这种情况下，在进行更换液体材料供应装置1(喷射器2和喷针3)操作时，把液体材料供应装置1移动到更换区10的更换台11上方一位置，并从夹持装置5上取下用完的液体材料供应装置1；然后把用于液体材料供应装置1的夹持装置5移动到一预先设定的位置(高度)，并如图2A所示手工安装一填充有液体材料的新液体材料供应装置1。此时，在喷针3的下端抵靠更换台11的上表面同时进行安装操作。尽管更换台11上表面的高度是一个已知量，但小直径的喷针3在抵靠更换台11时会发生挠曲，且在与更换台11分开而处于无负荷状态(即在空中时)时会恢复原状，这造成喷针远端在X、Y和Z方向上的位置偏差。

因此，为了在用一个新的液体材料供应装置更换液体材料供应装置1后精确检测喷针3下端的位置，在Z轴线方向上把新液体材料供应装置1提升到一个喷针下端部不与更换台11接触从而消除喷针挠曲的位置，然后降下液体材料供应装置1，直到喷针3下端如图2B所示与压力传感器16的传感器表面16a相接触，把该接触位置(在此位置上传感器检测到压力且传感器信号为“ON”)存储为喷针下端位置。即，当传感器16检测到压力时，通过把传感器表面16a的高度作为基准可检测喷针下端的高度；传感器表面16a的高度为一已知量，且当传感器表面被压下一微小量时进行压力检测动作；由于该微小量也可是一已知量，因此可精确得出传感器检测到压力时喷针下端高度与此时驱动系统6的高度之间的关系。

因此，在第二实施例中，也可在由XY平面中的位置信息确定的涂敷点上将喷针3下端上的喷射孔与涂敷表面22之间的距离精确控制为一已知量，从而可在把该距离保持在例如约10微米的同时涂敷液体材料。

应该看到，当在喷针3抵靠压力传感器16的同时更换液体材料供应装置1时，压力传感器16上施加有会影响检测精度的载荷；因此，把更换台11和压力传感器16布置在不同位置上。

此外，第二实施例的结构和操作与第一实施例相同，与第一实施例相同或等同的部件用相同标号表示，其说明从略。

图3示出根据本发明第三实施例的液体材料涂敷方法，在该实施例中，通过图像比较来检测喷针弯曲从而以高精度控制涂敷位置。在这种情况下，对先前用作为图像摄取装置的水平照相机15(设置在水平面即XY平面中)拍摄的未弯曲喷针3的侧面形状，以进行图像处理；然后把如此得到的喷针形状的信息(喷针侧面基准图像)与水平照相机15在设定包括喷射器2和喷针3的液体材料供应装置1后拍摄的喷针形状并进行图像处理(不受力时拍摄的喷针侧面图)后的信息进行比较；当两图像之间的偏差不小于一预定值时，判定存在喷针弯曲异常，并禁用该喷针。当喷针3围绕其轴线旋转90-360°时进行拍摄。

直接在液体材料供应装置1设定后，即使不存在喷针弯曲异常，随着时间的推移(随着喷针反复使用)喷针也可能弯曲。因此，在喷针3反复使用后也用水平照相机15拍摄喷针侧面并进行图像处理；然后把如此得到的喷针形状(喷针反复使用时拍摄的喷针侧面图像)的信息与上述喷针侧面基准图进行比较；当两图像之间的偏差不小于一预定值时，则判定存在喷针弯曲异常，并禁用该喷针。

在第三实施例中，预先禁用过度弯曲的喷针3，从而在向涂敷对象物的涂敷表面上涂敷液体材料时可提高在X和Y方向上的涂敷位置的精度。

图4示出根据本发明的第四实施例的液体材料涂敷方法，在该实施例中，通过喷针远端面的图像识别进行喷针弯曲检测从而以高精度控制涂敷位置。在这种情况下，用朝向喷针远端面的下方照相机30从下方拍摄喷针的图像以进行图像识别。在设定带有喷射器2和喷针3的新液体材料供应装置1后，用下方照相机30拍摄喷针3的初始状态，当在通过图像拍摄得到的第一喷针底面图像中喷针远端面由于喷针3的弯曲(由操作错误造成的弯曲等)而在焦点/距之外并无法识别时，则判定存在喷针异常，并禁用该喷针。即使可检测到喷针远端面中心，将其值与喷针未弯曲时喷针远端面中心的预设信息进行比较，比较结果(在X轴方向上的偏差量ΔX和在Y轴方向上的偏差量ΔY)不小于一预定量时，则判定存在喷针异常，并禁用该喷针。

直接在液体材料供应装置1设定后，即使不存在喷针弯曲异常，随着时间的推移(随着喷针反复使用)也存在产生喷针弯曲的可能性。因此，在喷针3反复使用后也用下方照相机30拍摄喷针的远端面，当在通过图像拍摄得到的第二喷针底面图中喷针远端面由于喷针3的弯曲(随着时间推移造成的弯曲)而在焦点之外且无法识别时，则判定存在喷针异常，并禁用该喷针。即使可检测到喷针远端面中心，将其值与喷针不弯曲时喷针远端面中心上的预设信息进行比较，在比较结果(在X轴方向上的偏差量和在Y轴方向上的偏差量)不小于一预定量时，则判定存在喷针异常，并禁用该喷针。

在第四实施例中，也预先禁用过度弯曲的喷针3，从而在向涂敷对象物的涂敷表面上涂敷液体材料时可提高在X和Y方向上的涂敷位置的精度。

应该看到，第一实施例的接触型线性传感器的接触端可呈针状，因此可用于狭窄的空间中。

此外，在第一和第二实施例中不仅可在更换喷射器时对喷针远端位置进行检查，也可每天对同一喷射器进行数次检查。

本发明的上述实施例不应看成是限制性的；对于本领域普通技术人员很显然，可在不偏离后附权利要求的范围的情况下作出个种改变和变型。

如上所述，按照本发明，可以以高精度把液体材料喷射和涂敷到一涂敷对象物上而不受在更换包括喷射器和喷针的液体材料供应装置时发生的或由喷针的反复使用造成的喷针未对准、弯曲和挠曲的影响。

Claims

1.一种液体材料涂敷方法，包括：

使用一液体材料供应装置，该装置包括一装有该液体材料的喷射器，喷射器上装备有一其远端上具有一喷射孔的喷针，液体材料从该喷射孔喷出；以及

把液体材料涂敷在一涂敷对象物的一涂敷表面上，该方法包括下列步骤：

对无弯曲喷针的喷针侧面基准图像和用一图像摄取装置从侧面拍摄的喷针开始使用状态和喷针反复使用后的状态中的一个状态下的喷针侧面图像进行比较；以及

当喷针侧面基准图像与这样拍摄的喷针侧面图像的偏差量超过一预定值则判定存在喷针弯曲异常。

2.一种按权利要求1所述的液体材料涂敷方法，其特征在于，还包括：

在喷针旋转至少90°的同时对喷针连续或间断进行拍摄以获得喷针侧面图像。