CN1669373A - 喷射装置和应用该喷射装置的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于将粘性介质微滴例如焊锡膏喷射到一基板例如一电子电路板上的方法和系统。通过调节粘性介质的量而调节微滴的体积，该粘性介质被供给到一喷射喷嘴中以便随后从该喷射喷嘴喷射粘性介质微滴。通过调节对粘性介质进行冲击的速度而调节喷射的微滴的出口速度或使该出口速度保持基本恒定。此外，调节粘性介质例如通过一进给螺杆而供给到喷嘴中的速率，以便调节用于将粘性介质供给到喷射喷嘴中所需的供给时间，例如以便保持一恒定的供给时间。

Description

喷射装置和应用该喷射装置的方法

技术领域

本发明一般涉及一种用于将粘性介质微滴喷射到一基板上的方法和系统。特别地，本发明涉及一种用于将微滴喷射到一基板上的方法和系统，其中，形成在基板上的沉积的尺寸可以改变。

背景技术

用于将粘性介质例如焊锡膏或胶粘物的微滴喷射到一基板例如一电子电路板上因而在将元件安装到该基板上之前在该基板上形成沉积的系统、装置和方法在本技术领域中是已知的。这种喷射系统一般包括一用于在喷射粘性介质之前容纳一小体积的粘性介质的喷嘴空间、一与该喷嘴空间连通的喷射喷嘴、一用于冲击该粘性介质并且从该喷嘴空间通过该喷射喷嘴以微滴形式喷射粘性介质的冲击装置和一用于将粘性介质供给到所述喷嘴空间中的供给器。

因为在电子电路板制造中生产速度是一重要因素，所以优选地“在飞行中”进行粘性介质的涂布，即无需为了基板上的每一个待沉积粘性介质的位置而停止。

当在一基板例如一电路板上涂布焊锡膏或类似物时，长期以来都要求在基板的不同位置上具有不同的沉积用尺寸或面积。当采用喷射时，一种技术方案是彼此叠加地施加若干小滴，因而形成一较大的沉积。还建议通过控制对粘性介质的冲击而改变喷射微滴的体积，从而改变形成的沉积的尺寸。

发明内容

本发明的一目的是针对改变基板上的喷射沉积的尺寸这一问题而提供一可选的技术方案。

通过提供一种具有独立权利要求中所定义的特征的方法和系统而实现根据本发明的该目的和其它目的。优选实施例定义在从属权利要求中。

对于本申请的目的，应该注意的是，术语“粘性介质”应该解释为焊锡膏、焊剂、粘结剂、导电粘结剂或其它任何种类的用于将元件紧固到一基板、导电油墨、电阻膏或类似物上的介质；术语“沉积”指通过一个或多个喷射微滴而涂布在一基板上的一位置处的有关粘性介质量；术语“沉积尺寸”主要指沉积将覆盖的基板上的面积，而且微滴体积的增加一般导致沉积高度也增加；以及术语“基板”应该解释为一印刷电路板(PCB)、一用于球状网格阵列(BGA)的基板、芯片级封装(CSP)、方形扁平封装(QFP)、晶片、倒装晶片或类似物。

还应该注意的是，与一接触式分送过程例如“流体润湿”相比，术语“喷射”应解释为一利用一流体喷射以形成粘性介质微滴并将该微滴从一喷射喷嘴发射到一基板上的非接触式分送过程。

因此，本发明基于通过调节供给到一喷嘴空间或其它合适的腔室中的粘性介质的量而改变待喷射的微滴的体积这一有利思想，其中，该粘性介质用于随后从所述喷嘴空间或腔室中喷射粘性介质微滴。此外，已经发现，可以喷射体积变化的粘性介质微滴，而无需对冲击装置或需要的操作进行任何调节或调整。即使当具有以相同方式动作-即具有相同的长度、冲击行程加速度和速度-的相同冲击装置时，也可以改变喷射微滴的体积。因此，通过当利用冲击装置冲击粘性介质时调节喷嘴空间中存在的粘性介质的量，可以很精确地选定微滴的体积和因而所需的沉积尺寸。

与现有的改变通过喷射所形成的沉积的尺寸的技术方案相比，本发明具有许多优点。首先，与将若干微滴喷射到基板上的同一位置的技术方案相比，对于每一沉积只需喷射一个微滴。因此，可以“在飞行中”进行喷射，即无需为了将额外的微滴喷射到同一位置处而停止。可选地，对于每一微滴，喷射系统或装置不必多于一次地越过希望的沉积位置。

此外，当在同一位置喷射多个微滴时，必须兼顾小微滴和大微滴，其中，小微滴将在体积可选方面提供良好的灵活性，而大微滴对于非常大的沉积将需要较少的微滴。因此，通过利用本发明将粘性介质涂布到基板上，可以获得微滴体积的较大灵活性，并且可以大大减少用于粘性介质涂布所需的时间，并因此可以提高总体生产速度。

其次，与控制对粘性介质的冲击的技术方案相比，根据所提出的技术方案，通过调整一冲击装置对粘性介质的冲击深度-即行程长度-而进行冲击。然而，行程长度的变化对喷射微滴的出口速度，即当微滴离开喷嘴出口时所具有的速度也有影响。因此，为了改变微滴体积而改变行程长度将显著地改变喷射微滴的出口速度。实际上，研究已表明，对出口速度的影响大于对微滴体积的影响。

当“在飞行中”进行喷射时，在实际喷射微滴时喷射装置和基板之间具有相对运动。然后，必须在喷嘴和基板之间的相对速度、喷嘴和基板之间的高度-即沿喷射方向的“飞行”距离-和喷射或出口速度等方面仔细地计算当喷射微滴时喷射装置所处的位置，以便在基板上的正确位置处形成沉积。至于喷射速度，如果太高，微滴在碰撞电路板时将分裂成多个更小的微滴，而如果速度太低，定位精确度将降低。

因此，为了精确地计算正确的喷射时刻和位置，严格控制出口速度非常重要。因此，出口速度显著变化对喷射结果的品质有不利的影响。如果基板和喷射装置之间的相对运动减慢，将可以减小出口速度变化的影响。然而，这当然会增加涂布粘性介质所需的时间。因此，与已知的控制对粘性介质的冲击的技术方案相比，本发明为粘性介质喷射提供改善的喷射结果品质和/或提高的生产速度。

根据本发明，喷射系统包括一用于将粘性介质供给至一喷射喷嘴的供给器，其中，粘性介质微滴可以从该喷射喷嘴喷射。喷射系统还包括一用于冲击由供给器供给的粘性介质的冲击装置，以便通过所述喷嘴朝基板喷射粘性介质微滴。在对粘性介质进行冲击之后，冲击装置优选地立即返回一准备冲击的位置，以免干扰用于随后的喷射微滴的粘性介质供给。

该喷射喷嘴本身包括一喷嘴出口，微滴通过该喷嘴出口朝向基板喷射，所述喷嘴出口位于喷嘴的一端。下文将喷嘴出口所在的喷嘴端部称为喷嘴下部，即使该系统当然可以沿任何方向定向以喷射微滴而不仅仅是向下。此外，喷嘴具有限定一与喷嘴出口开放式连通的喷嘴空间的环绕内壁。喷嘴的与喷嘴出口相对的部分-下文称为喷嘴上部-设置用于接纳由供给器供应的粘性介质。

根据本发明，在喷射各单个微滴之前用粘性介质将喷嘴空间填充至一变化的程度，该程度根据待喷射的微滴体积而调节，所述微滴体积本身取决于所需的沉积尺寸。对于最大的微滴体积，整个喷嘴空间都填充有粘性介质。

优选地，从上部朝喷嘴出口进行喷嘴空间的填充。换句话说，当喷嘴空间由粘性介质部分填充时，喷嘴空间的下部没有粘性介质，见下文参考附图进行的详细说明。因此，基本上是空隙没有粘性介质从喷嘴出口延伸到和贯穿供给器。

此外，喷嘴优选地构造成使喷嘴空间或至少喷嘴空间的一主要部分沿朝向喷嘴出口的方向逐渐变细而呈锥形，所述锥形甚至较优选地具有一圆锥形-或者较确切地，一截头圆锥形-构形。

根据本发明的优选实施例，供给速率，即通过供给器将粘性介质供应到喷射喷嘴的速率是可调节的。因此，可以调节用于将适当量的粘性介质供给到喷嘴空间中以喷射一所需体积的微滴所需要的时间。这意味着可以使用于将适当量的粘性介质供给到喷嘴空间中所需的时间保持在一基本恒定的水平，而与粘性介质的量和因而所需的微滴体积无关，并且如果希望的话，可以使相应的喷射序列保持一恒定的频率。此外，可以调节供给速率和因而供给适当量的粘性介质所需的时间以适应不同的喷射频率。

根据一示意性实施例，通过改变供给动作的持续时间，即供给器将粘性介质供给到喷嘴空间中的期间而改变供给到喷嘴空间中用于喷射一微滴的粘性介质的控制量。因此，可以使供给速率保持基本恒定。

应该注意的是，供给速率影响供给压力，即粘性介质所经受的沿供给方向向前推动该粘性介质的压力。因此，供给压力调节粘性介质流入喷嘴空间的速率。当对于一特定的微滴体积以一较高频率进行喷射时，必须减少用于将适当量的粘性介质供给到喷嘴空间中所需的时间。因此，希望在不改变微滴体积的情况下增加喷射频率需要增加供给压力，反之亦然。相应地，希望在不改变喷射频率的情况下增加微滴体积需要增加供给压力。

而且，根据本发明的优选实施例，喷射系统还包括一位于所述喷射喷嘴和供给器之间并与喷嘴空间的上部开放式连通的喷射室。因此，当供给器将粘性介质供应给喷嘴空间时，通过该喷嘴室供应粘性介质。根据该实施例，通过使冲击装置的一端面冲击喷射室中的粘性介质而进行实际喷射。因此，冲击效应通过喷射室中的粘性介质而传播，并且使容纳在喷嘴空间中的粘性介质通过喷嘴出口喷射到基板上。然后，可以发现，喷射的粘性介质微滴的体积基本相应于容纳在喷嘴空间中的粘性介质的体积。因此，通过当利用冲击装置粘性冲击介质时调节喷嘴空间中存在的粘性介质量，可以很精确地选定微滴的体积和因而所需的沉积尺寸。

在本技术领域经常遇到的一个问题是提供一种可重现的精确的微滴尺寸。特别地，在一喷射序列中喷射的第一微滴(们)-即在所述喷射序列之前的暂停之后-与随后的喷射序列中的后续微滴相比，或者与所希望的微滴尺寸相比，趋于具有不同的尺寸。对随后的第一微滴(们)的体积精确度有负作用的暂停持续时间取决于所述供给压力。因此，如果暂停之前和之后的供给压力较低，该暂停所需的因为对微滴体积精确度有负作用而需要对微滴体积进行补偿的时间比所述供给压力较高时所需的(暂停)时间长。

根据本发明的优选实施例，通过在于暂停之后喷射第一微滴之前提供一供给压力而解决上述问题，该供给压力相应于喷射一喷射序列内的相继微滴时的供给压力，即该相继微滴在喷射序列中如此之晚以致于不会遇到第一微滴(们)的问题。根据这些实施例，在所述暂停期间起动供给器，以便将粘性介质供给到喷嘴空间中并使该粘性介质完全填充喷嘴空间。当喷嘴空间已填满时，任何过量的粘性介质-即以超过所述空间可容纳的量供给到喷嘴空间中的粘性介质-流出喷嘴空间。在将用于喷射所需体积的微滴所需要的粘性介质量供给到喷射空间中之前，将喷射空间中存在的粘性介质量减少一预设量，以便使存在于喷嘴空间中的粘性介质量在所述减少之后为一预定或预设程度。

优选地，小心地选择暂停期间起动供给器以填充喷嘴空间的时间-即在暂停之后开始第一微滴喷射之前的期间-以便确保填充整个喷嘴空间，同时尽可能地减少不希望的过量粘性介质通过喷嘴出口而流动。优选地根据选定的供给速率和相应的供给压力计算所述期间。

根据本发明的一实施例，喷射一喷射序列的第一微滴之前的供给速率与随后喷射喷射序列内的相继微滴期间的供给速率不同。优选地，喷射第一微滴之前的供给速率增加。这自然可以在仍然获得所需的供给压力的同时减少供给动作的持续时间，并且可以缩短为了喷射第一微滴而预填充喷嘴空间所需的时间。

然而，还令人惊奇地示出，通过增加供给速率和减少供给持续时间以便仍然获得用于喷射第一微滴所需的供给压力，减少了不希望出现的过量粘性介质流出喷嘴空间这一现象。

根据本发明的一优选实施例，清除了在所述暂停期间填充喷嘴空间时可能流出喷射出口的所有过量粘性介质。该实施例将在下文得到进一步说明。

对于在喷嘴和供给器之间设置一喷射室的实施例，通过增加或扩大喷射室的容积而实现(流出喷射出口的粘性介质的)所述减少。因此，由于与喷射室开放式连通以及喷射室和喷嘴空间由粘性介质完全填充-即处于基本上没有空隙的状态，使相应于(喷射室的)扩大的粘性介质量回收或回退到喷射室中。因此，可以预知或预定刚刚完成所述扩大之后的喷嘴空间容积。然后，通过将适当量的粘性介质供给到喷嘴空间中并以上述方式冲击粘性介质而重新开始喷射。

优选地，喷射室的与喷射喷嘴相对的一壁由冲击装置的一冲击端面构成，所述端面优选地为圆形。因此，该冲击装置的冲击端面限定喷射室的一壁。鉴于在暂停期间填充喷嘴空间以及为暂停之后喷射第一微滴(们)做准备，所述冲击端面进入或已进入空闲位置。这可以通过在刚刚喷射最后微滴之后以及暂停之前，即当喷嘴空间优选地基本没有粘性介质时，使端面快速地到达空闲位置而进行。根据另一示例，使端面缓慢到达空闲位置，以避免喷嘴空间中可能存在的粘性介质的任何意外喷射。

在端面运动到空闲位置之后，可以通过使冲击装置的端面沿远离喷嘴的方向从所述空闲位置运动到一准备冲击的位置而扩大喷射室。因此，可以扩大喷射室以及因此使粘性介质从喷嘴空间回退，而无需用于扩大喷射室的额外装置或元件。

因此，以上说明的使冲击装置到达空闲位置包括在刚刚喷射最后微滴之后以及暂停之前使冲击装置运动到空闲位置的替换方案，即使得冲击装置没有时间回退到准备冲击的位置，并首先使冲击装置运动到准备冲击的位置，然后移动到空闲位置。

影响喷射的精确度以及因而设置在基板上的粘性介质的品质的另一变量是将微滴喷射到基板上的速度。研究已表明，当改进微滴体积时，喷射微滴的出口速度受到影响。根据本发明的优选实施例，通过改进冲击装置的冲击特性而控制喷射微滴的出口速度。优选地，这可以通过调节冲击装置的冲击速度或冲击力而实现，以便可以保持一预定出口速度而与待喷射微滴的体积无关。并且，已经发现，与较大体积的微滴相比，较小体积的微滴具有较低的出口速度。因此，优选的是对于较小体积的微滴冲击速度或冲击力增加，而对于较大体积的微滴冲击速度或冲击力则减小。

正如本技术领域的技术人员所清楚的，可以选择多种不同的用于完成微滴喷射的冲击装置，如一磁致伸缩、电致伸缩或电磁致动器，或者一具有形状记忆合金特性的致动器。然而，根据本发明的优选实施例，采用一压电致动器。然后，通过调节施加到压电致动器上的电压而完成上述冲击速度或冲击力的调节。

即使可以在本发明的范围内设想多种-假设不同-用于供给粘性介质的装置或设备，如气动装置、齿轮传动装置、活塞泵等，但根据本发明的优选实施例，所述供给器为一可旋转的进给螺杆。这种用于将粘性介质供给到一喷射室或一喷射系统的喷射喷嘴中的进给螺杆已在结合于此作为参考的WO 99/64167中公开。另一示例公开于也结合于此作为参考的待审瑞典专利申请SE 0104210-5中。

使用这种可旋转进给螺杆可以有利地以一种准确、快速而简单的方式控制粘性介质到喷嘴空间的供给。与使用一将粘性介质供应给喷射喷嘴的压力装置相比，可旋转进给螺杆的旋转运动将直接影响该可旋转进给螺杆的靠近喷嘴空间的输出端处的粘性介质的动作，其中，所述压力装置将只在一定的时间延迟之后才在喷射喷嘴处产生作用，所述时间延迟由压力波通过粘性介质从压力装置行进到喷嘴所花的时间确定。此外，通过使进给螺杆的供给出口靠近喷射喷嘴或喷射室放置，其中的粘性介质的可压缩性可能对供给控制精确度产生负作用的容积显著减小，因而限制了所述可压缩性引起的难以精确控制供给操作这一负作用。

根据本发明的其它优选实施例，提供了用于从喷嘴出口清除粘性介质的装置。因而清除了可能附着在喷嘴出口上的粘性介质残留物。因此，有效地避免了粘性介质残留物干涉喷射微滴以致改变微滴体积-例如，位于喷嘴出口处的大量粘性介质残留物可能与表面分开并粘附到及包含在喷射微滴中-这一问题。此外，当喷射微滴与残留物“碰撞”时，不会造成粘性介质残留物使粘性介质溅射的危险。对于当在暂停期间填充喷嘴空间时过量的粘性介质可能流出喷嘴出口的实施例，也通过设置清除装置而从喷嘴出口清除过量的粘性介质。

优选地，根据本发明的一实施例，提供一经过喷嘴出口的气流，该气流的大小和速度足以将粘性介质随气流送离喷嘴出口处的区域。在一喷射系统中提供这种气流公开于结合于此作为参考的待审国际专利申请PCT/SE02/00807中。

在喷射微滴期间提供一气流具有许多优点。首先，将在喷射一微滴后附着在喷嘴出口表面上的所有粘性介质残留物立即送离喷嘴出口附近。其次，该气流可以拾起少量粘性介质并将其送离出口喷嘴，该少量粘性介质已从微滴或射流中掉落并且将以其它方式作为残留物粘附到喷嘴出口的表面上。因而防止所述粘性介质残留物堆积或聚集在喷嘴出口处。此外，气流还将把所述过量粘性介质送离喷嘴出口。

优选地，通过一负压发生器(suction generator)，即一真空喷射器或其它任何合适类型的负压发生器产生气流。然后，所述负压发生器设置在环绕喷嘴出口的区域的沿气流方向观察的下游。

此外，根据示意性实施例，喷射系统具有一壁，该壁与喷嘴出口间隔分开并位于喷嘴出口的沿喷嘴出口处的喷射微滴的方向观察的下游。作为一示例，所述壁可以构成一喷嘴支承件的一部分，但是也可以设置成对喷嘴没有任何支承功能。在该壁和喷嘴出口之间形成一用作一用于喷嘴出口处或经过喷嘴出口的气流的通道或导向结构的空间。因为所述壁位于喷射路径中，所以该壁具有一与喷嘴出口同心的开口或孔。因而允许喷射微滴经由该孔通过该壁。优选地，该壁的孔还用作一用于朝向喷嘴出口的气流的入口。

根据本发明的示意性实施例，喷射系统包括在一可释放地安装在一机器中的喷射组件中，该机器利用该喷射组件为一基板提供粘性介质沉积。这种组件盒公开于结合于此作为参考的WO 00/61297中。

通过可释放地安装在机器中，所述组件可以用作一易于更换并容纳粘性介质的分开单元。除了当粘性介质流出时更换组件这一明显的应用之外，该组件还可以设计成特别适合于涂布一定体积范围内的微滴。应该注意的是，为了使沉积直径增加到2倍，微滴体积将很可能根据沉积高度受体积增加的影响程度而必须增加到4倍和8倍之间。因此，例如，如果在基板上设置其直径从0.25mm改变至最高达0.8mm的粘性介质沉积，则可以提供向基板供应其直径范围为0.25-0.5mm的沉积的一组件，以及向基板供应其直径范围为0.4-0.8mm的沉积的另一组件。

下面将通过举例说明实施例而对本发明的其它目的和优点进行说明。

附图说明

现在将参考附图较详细说明本发明的优选实施例，其中

图1是示出一种用于涂布焊锡膏的机器的整体轮廓的透视图，该机器包括一根据本发明的用于喷射的系统；

图2是从上方观察本发明的一对接装置和一喷射组件的一实施例时的示意图；

图3是示出图2所示组件的下侧的示意图；

图4是示出图2所示组件一剖切部分的示意图；

图5是根据本发明的一废料容器的一实施例的示意图；

图6a-6a示出根据本发明的方法的一实施例的不同程度的焊锡膏填充；

图7a和7b示出根据本发明的方法的一实施例的操作原理；

图8是根据本发明的一喷嘴的一实施例的示意图；

图9a和9b是示出根据本发明的方法的一实施例的驱动信号的曲线图；以及

图10a和10b是示出根据本发明的方法的另一实施例的驱动信号的曲线图。

具体实施方式

图1示出一种根据本发明的机器1的一实施例，所述机器1用于通过将一粘性介质微滴喷射到基板2上而在所述基板2上形成沉积。为了便于说明，假定该粘性介质为焊锡膏，它是一种如上文所定义的替代物。由于同样的原因，基板2指一电路板，并且上文所讨论的气流气体指空气。在该实施例中，机器1属于这样一种类型，它包括一X梁3和一通过一X轨道16与该X梁3连接并可沿该X轨道16往复运动的X运输器4。X梁本身可往复运动地与一Y轨道17连接，因而可以垂直于所述X轨道16运动。该Y轨道17刚性地安装在该机器1中。所述运动一般由线性马达(未示出)驱动。

此外，机器1包括一用于承载基板2穿过机器1的输送器18和一用于在即将进行喷射时锁止基板2的锁止装置19。

一对接装置8连接到X运输器4上，以便在该对接装置8处可释放地安装一组件5。组件5设置用于分送冲击电路板2并在电路板2上形成沉积的焊锡膏微滴，即进行喷射。

机器1还包括一支承可以替代目前由对接装置8承载的组件5的其它组件22的交换组件支承件20。

此外，机器1包括在该实施例中为一摄像机的机器视觉装置7。该摄像机7用于确定基板2的位置和转动，并用于通过观察沉积而检查分送过程的结果。

此外，喷射机器1包括一负压发生器和一压缩空气源(未示出)，该负压发生器为一设置在X运输器4上的真空喷射器6。该真空喷射器6和压缩空气源通过一可连接到一辅助空气导管接口上的空气导管接口与对接装置8连通，该辅助空气导管接口在该实施例中为对接装置8的输入螺纹接头9，如图2所示。

正如本领域技术人员所理解的，喷射机器包括一用于执行运行该机器的软件的控制单元(未清楚地示出)。

简要地说，喷射机器如下工作。通过其上放置有电路板2的输送器18将该电路板2送入喷射机器1。当电路板2位于X运输器4下方的正确位置时，借助于锁止装置19固定该电路板2。通过摄像机7定位预先设置在电路板2的表面上并用于确定电路板2的精确位置的基准标记。然后，通过以一预定(预编程序)的图形在电路板2上方移动X运输器并且在预定位置处操纵喷射组件5而将焊锡膏涂布在电路板上所需位置。

参见图2-3，现在将较详细地说明根据本发明的喷射组件5的一实施例。喷射组件包括一具有用于将该喷射组件5连接到对接装置的一组件支承件10上的保持装置的组件支架11，如图2所示。此外，在该实施例中，喷射组件5包括一供应焊锡膏的供应容器12和一组件罩15。喷射组件5通过一包括入口42的气动接口连接到所述真空喷射器6和压缩空气源上，该入口42定位成与一包括对接装置8的出口41的辅助气动接口以气密接合的方式面接。出口41本身通过对接装置8的内部导管连接到上述输入螺纹接头9上。

现在将参考图4较详细地说明包括在组件罩15中的部件的结构和功能。如图4中所示，喷射组件5包括一冲击装置，该冲击装置在该实施例中构成一包括多个堆叠在一起以形成一致动器部分21a的薄的压电元件的压电致动器21。该致动器部分21a的上端刚性地连接到组件罩15上。该组件还包括一刚性地连接到组件罩15上的衬套25。冲击装置还包括一刚性地连接到致动器部分21a的另一下端上的柱塞21b。该柱塞21b可以在可滑动地穿过该衬套25中的一孔的同时沿轴向移动。设置盘形弹簧24以便使柱塞21b顶着组件罩15而弹性平衡，并且用于为致动器部分21a提供预载荷。一喷射控制单元(未示出)将一驱动电压间歇地施加到压电致动器21上，因而使该压电致动器21间歇式伸展，并且因此使柱塞21b根据焊锡图形印刷数据相对于组件罩15往复运动。

此外，该组件包括一可操作地指向小的焊锡膏微滴喷射到其上的电路板2的基本呈板形的喷射喷嘴26。在该喷射喷嘴26中设置有一由第一截头圆锥部91和第二截头圆锥部93限定的通孔，如图8所示，该第一截头圆锥部91从喷嘴26的顶部表面92延伸并向下穿过喷嘴26的大部分厚度，而该第二截头圆锥部93从喷嘴26的底部表面94向上延伸至第一截头圆锥部91的顶部平面。因此，截头圆锥部91、93的顶部指向彼此。然而，第二截头圆锥部93顶部的直径大于第一截头圆锥部顶部的直径，并且因此它们通过一与喷嘴26的顶部表面92和底部表面94平行的环形部分95相连接。第一截头圆锥部91的顶部限定一供微滴通过其中喷向电路板2的喷嘴出口27。此外，一喷嘴空间28由该第一截头圆锥部91，即该第一截头圆锥部的内壁限定。因此，喷嘴出口27位于喷嘴26下部95的一端处，如图8所示。喷嘴26上部96的另一端，即第一截头圆锥部的基部设置用于接纳被推动穿过喷嘴空间28并从喷嘴出口27喷出的粘性介质。

柱塞21b包括一可滑动及轴向运动地延伸穿过一活塞孔35的活塞部，该柱塞21b的所述活塞部的一冲击端面38靠近所述喷嘴26设置。

一喷射室37由所述柱塞21b的端面38、衬套25的圆柱形内壁、喷嘴26的与冲击端面38相对设置的上表面92及喷嘴空间28的上端96限定。因此，喷射室37与喷嘴空间28的上部开放式连通。由压电致动器21的间歇式伸展引起的柱塞21b朝向喷嘴26的轴向运动将使喷射室37的容积迅速减小，并且因此对喷嘴空间28中容纳的所有焊锡膏快速增压以及通过喷嘴出口27喷射该焊锡膏。

焊锡膏通过一供给器23从供应容器12供应到喷射室37中，如图2所示。该供给器包括一具有一部分设置在一管状孔30中的电动机轴29的电动机(未示出)，所述管状孔30延伸穿过组件罩15延伸到达一出口36。该出口36通过一设置在组件罩15中的管状孔31、一沿衬套25的径向延伸穿过该衬套25的壁的径向孔39和一形成在该衬套25的内表面中并从该径向孔39的内端向下延伸至喷射室37的轴向槽40与该喷射室37连通。

电动机轴29的一端部形成一与管状孔30共轴线地设置在该管状孔30中并在出口36处终止的可旋转进给螺杆32。所述可旋转进给螺杆32的主要部分由一由弹性体或类似物制成的管33围绕，该管33与进给螺杆32共轴线地设置在管状孔30中，并且该可旋转进给螺杆32的螺纹与该管33的内表面滑动接触。该管的一替代物是一组有弹力的弹性O形环。

将从上述压缩空气源(未示出)中获得的压缩空气设置成在供应容器12所容纳的焊锡膏上施加一压力，因而将所述焊锡膏供应至一设置在进给螺杆32的螺纹起始处或上端的入口34。由一供应控制单元(未示出)提供给电动机的电子控制信号使电动机轴29并且因而使可旋转进给螺杆32旋转一所需角度，或者以一所需的旋转速度旋转。然后使收集在可旋转进给螺杆32的螺纹和O形环33的内表面之间的焊锡膏随着电动机轴29的旋转运动通过出口36、管状孔31、径向孔39、槽40和喷射室37从入口孔34行进至喷嘴空间28。

如图3和4所示，在喷嘴出口27的下方或沿喷射方向观察的下游设置有一板或壁14。该板14具有一通孔13，喷射的微滴可以通过该通孔13而不会由板14妨碍或产生负作用。因此，该孔13与喷嘴出口27同心。该板14与喷嘴出口27间隔分开。在板14和喷嘴出口27之间形成有一气流室44，该气流室44是一用作一通道或导向结构的空间，它与空气喷射器6连接以便产生例如图8中箭头所示的位于喷嘴出口27处并通过该喷嘴出口27的气流。在该实施例中，气流室44为一圆盘形。在该实施例中，所述孔13用作一用于气流流向并通过喷嘴出口27的入口。

一气流导管43在气流室44和一废料容器50之间延伸，如图5所示，所述废料容器50设置在从气流室44到真空喷射器6的流程中。该气流导管43在图4中不可见，因为它延伸到纸平面之外。废料容器50可释放地连接到喷射组件5上，并且如下面将详细说明的那样收纳来自喷嘴出口27的残留焊锡膏碎块。该废料容器50通过一设置在所述废料容器50上的相应接口在喷射组件5上的一接口处连接到该喷射组件5上。该废料容器50提供喷射组件5与真空喷射器6之间的一接口及连通。因此，由真空喷射器6产生的负压或真空输送到喷射组件5，并输送到连通的气流导管43和气流室44。

废料容器50包括从所述连接接口延伸的一空气导管53。该空气导管53与一越过间隔壁54的收纳空间55连通，该收纳空间设置用于收纳从喷嘴出口27清除的焊锡膏残留物。

在收纳室(收纳空间)55的顶部，一窄的空气导管52将气流从该收纳室55引至一过滤器56中。该过滤器56为一传统类型，并用于阻止任何未收纳到收纳室55中的焊锡膏到达真空喷射器6。该过滤器56还与一出口导管57连通。

废料容器50可释放地连接到一属于传统类型的用于抽空废料容器50的所述真空喷射器6上。该真空喷射器6通过所述空气导管57、一连接器58和一空气管59连接到该废料容器50上。尽管该真空喷射器图示为与喷射组件5和/或废料容器50分开，但是在本发明的范围内当然也可以设想真空喷射器6、喷射组件5和废料容器50的多种其它布置或组合。

在工作时，真空喷射器6抽空废料容器50。该抽空操作产生一穿过废料容器的气流，如图5中的箭头所示。因此，喷射组件5的气流导管43和气流室44也通过接口被抽空。因此，通过出口孔13吸入空气，这产生一股沿与喷射微滴的方向相反的方向的较强气流。该气流经过所述喷嘴出口27，并清除由于上述原因而可能已粘附在该喷嘴出口上的所有不希望的焊锡膏残留物。

根据本发明的该实施例，在喷射每一微滴之前、期间和之后提供气流。然而，如果较更合适的话，可以间歇地提供气流。气流轨迹这样形成，即由于气流的力量而将从喷嘴出口附近清除的焊锡膏碎块向前运送到收纳室中，在此处焊锡膏碎块或至少大部分焊锡膏碎块将由于重力而落下。与气流一起继续向前进入窄导管52的所有焊锡膏残留物都将由过滤器56收纳。

支承板14可以可选地包括一个或多个附加的孔。自然，其它孔必须定位和设计成能够在喷嘴出口27处或经过喷嘴出口27提供一强力气流。

为了对每一微滴中的焊锡膏量进行良好的控制和单独的调节，在每次喷射之前设定喷嘴空间28的填充度。图6a-6c中示出不同的填充度，它们同样示出喷嘴60的可选实施例，该喷嘴60还包括一限定大部分喷嘴空间62的截头圆锥部61。然而，(该喷嘴60)设置有一圆柱形部63，而非第二截头圆锥部93。该圆柱形部63的上端与一圆锥截体61的顶端一致，而该圆柱形部63的下端设置在喷嘴60的底表面65处。在该可选实施例中，喷嘴出口64由圆柱形部63的下端限定。

从图6a-6c中还可明显看出，喷嘴空间62从其上部朝喷嘴出口64填充。因此，如果喷嘴空间62被填充一较小程度-如图6a中所示，则喷射一较小的微滴，而如果喷嘴空间被完全填充-如图6c中所示，则喷射可能最大的微滴。

如图7a和7b中所示，在暂停之后喷射第一微滴之前，或者在起动喷射机器时，确定喷嘴空间的填充度是正确的，该喷嘴空间在这些图中用标号72表示。这可以通过首先利用进给螺杆32将焊锡膏供给到喷嘴空间72中以完全填充喷嘴空间而实现，如图7a中所示。在该过程中，甚至可以将少量焊锡膏推出喷嘴出口74。由于通过上述气流而获得的抽吸作用，可以防止过量的焊锡膏落到位于喷嘴70下方的电路板上。该气流由图7a中的水平箭头示意性表示。应该注意的是，为了便于说明，在图7a-7b及图6a-6c中已省去喷嘴出口下游的板。在该过程中，柱塞21b保持在一空闲位置。

其次，通过控制致动器部分21a使柱塞21b回退而增加喷射室的容积。使柱塞21b回退，并因而使柱塞21b的端面移动一预定距离以便将喷嘴空间28/72排空到一精确预定的程度。在图7b所示的示例中，喷嘴空间72的焊锡膏几乎已经完全排空。如果现在已获得合适的喷嘴空间28/72填充度，则喷射装置准备进行冲击。然后应该基本上立即进行微滴喷射，以便确保没有时间发生喷射条件的实质改变。

然后通过根据关于待喷射微滴的尺寸的信息将焊锡膏供给到喷嘴空间28中而开始喷射序列。当供给完成时，给致动器通电，以便实现柱塞21b的冲击运动，该冲击运动使喷射室37的容积迅速减小，以便使喷嘴空间28中存在的一定量的焊锡膏喷出喷嘴出口27，并喷射到电路板2上。根据该方法，当在停止工作一段时间之后喷射第一微滴时，能喷射一精确和预定量的焊锡膏，其中，所述停止工作对于喷嘴处的用于微滴的在先喷射的喷射条件来说时间太长以致不能再保持该喷射条件。

通常，相继地喷射一连串的微滴。因此，利用一预定频率的信号驱动使进给螺杆32旋转的步进电动机。图9a中示出一示例，并且较具体地说，在该示例中，将一脉冲信号的脉冲施加到步进电动机上。对于每个脉冲来说，都是将一已知量的焊锡膏供给到喷射室中。下面的曲线示出施加到致动器上的控制信号。当控制信号高时，柱塞21b处于空闲位置，而当控制信号低时，柱塞处于准备位置。

图9a示出初始相位，在该相位处，在一选定的期间内-此处为喷射第一微滴前大约20ms内-将脉冲信号施加到步进电动机上。首先，在柱塞21b处于空闲位置的同时开始产生脉冲信号。在曲线中的20ms时刻处，改变致动器控制信号的电压，以便使柱塞21b回退从而从喷嘴空间28回收焊锡膏。现在完成了初始化，并且开始喷射序列。因此，在将一冲击脉冲施加到致动器21上之前，在大约2ms的时间内将图9b中较清楚示出的多个脉冲施加到电动机上。该冲击脉冲使柱塞朝向喷嘴空间28快速运动，从而产生一待喷射的微滴。该冲击脉冲的持续时间非常短，这意味着使柱塞21b几乎立即返回其准备进行下一微滴喷射的位置。为了便于说明，在该示例子中仅示出三个喷射脉冲。

如图9b中所示，在喷射完最后微滴并且柱塞已返回到准备位置之后，柱塞立即快速地运动到空闲位置。应该注意的是，在已经完成喷射序列中的最后微滴的喷射之后，进给螺杆停止旋转，并且因此不再将焊锡膏供给到喷射室37中。因为在完成所述最后微滴的喷射之后已没有焊锡膏供给到喷嘴空间28中，所以当柱塞21b移动到空闲位置时，将不会意外地喷射焊锡膏。这是使所述装置处于一空闲状态的可选方案。

此外，根据本发明的方法的另一实施例，缓慢地转换到空闲状态，以便进一步确定不会意外地喷射焊锡膏。为了举例说明快和慢之间的差别，快速运动可以例如持续大约10微秒的时间，而缓慢运动则可以持续大约几毫秒的时间。

根据另一实施例，在完成所述喷射最后微滴之后和重新定位到空闲位置之前，柱塞21b没有回退到准备位置。相反，在完成所述喷射最后微滴之后，柱塞21b立即运动到空闲位置。

在柱塞21b从空闲位置回退之前，即在喷射一喷射序列中的第一微滴之前，进给螺杆的旋转持续时间不应过长，以便使被推动通过喷嘴出口27的焊锡膏量最少。理想的是，没有任何残留物。另一方面，所述持续时间是可变的，并且是所选择的供给速率-即施加到步进电动机上的驱动信号的脉冲频率-和供给压力的函数。所谓供给压力是指出口36处的压力。该供给压力本身与供给速率有关。对供给速率/压力来说，起决定性作用的是空闲状态期间之后的喷射序列的所需喷射频率和微滴尺寸。该喷射频率也是可调节的。

在本发明的另一示例中，如图10a和10b中所示，在喷射一喷射序列中的第一微滴之前，供给速率与喷射序列期间的供给速率不同。在所示示例中，施加到使进给螺杆旋转的步进电动机上的驱动信号的脉冲频率在喷射第一微滴之前比在随后的喷射序列期间要高。因而减少了为获得所希望的预定供给压力所需的时间。

尽管已经通过以实施利示例而在上文对本发明进行了说明，但是如本领域的技术人员所理解的，在不脱离所附权利要求所陈述的本发明的范围的情况下，可以进行替换、修改、或它们的组合。

Claims (37)

1.一种将粘性介质微滴喷射到一基板上的方法，该方法包括以下步骤：

提供一包括一喷嘴空间和一喷嘴出口的喷射喷嘴，

将所述粘性介质供给到该喷嘴空间中，

冲击所述粘性介质，从而使该粘性介质以微滴形式从喷嘴空间经由喷嘴出口朝向基板喷射，

其中，所述供给步骤包括

在喷射每一单个微滴之前，将控制量的所述粘性介质供给到喷嘴空间中，以及

根据每一单个微滴所需的特定体积而改变所述粘性介质的控制量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷射每一单个微滴之前的供给步骤包括：

将粘性介质供给到喷嘴空间中，以便将该喷嘴空间填充至一相应于所述单个微滴所需的体积的预定程度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述供给步骤包括：

调节一喷射序列内的将所述粘性介质在供给到喷嘴空间中的速率，以便在喷射所述喷射序列内的相继微滴的时间间隔期间将喷嘴空间填充至所述预定程度。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，从与喷嘴出口相对的端部朝该喷嘴出口处的端部填充所述喷嘴空间，以便当该喷嘴空间由相应于所需微滴体积的一定量的粘性介质部分填充时，该喷嘴空间的位于最靠近喷嘴出口处的部分不含粘性介质。

5.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤：

暂停喷射操作，

在所述暂停期间和在所述暂停之后喷射待喷射的第一微滴之前，用粘性介质填充喷嘴空间，以及

在所述于喷射第一微滴之前供给一控制量的粘性介质之前，将喷嘴空间中的粘性介质量减少至一预定程度。

6.根据权利要求5所述的方法，包括以下步骤：

提供一用于容纳粘性介质的腔室，当沿供给方向观察时，所述腔室位于喷嘴空间的上游，以及

通过增加所述腔室的容积而减少喷嘴空间中的粘性介质，以便使位于该喷嘴空间中的预定量的粘性介质回退到所述腔室中。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括以下步骤：

提供一构成所述腔室的一壁的冲击端面，所述壁位于喷嘴空间的相对侧，

当暂停时，将所述冲击端面移动至一空闲位置，以及

通过使所述冲击端面沿一远离喷嘴空间的方向从所述空闲位置移动到一准备冲击的位置而增加所述腔室的容积。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，缓慢地将所述冲击端面移至空闲位置，以免产生不希望的粘性介质喷射。

9.根据权利要求5-8中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述暂停期间的所述填充包括：

通过在喷射第一微滴之前的一预定时间起动一用于供给粘性介质的供给器而填充所述喷嘴空间。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述暂停期间的所述填充包括以下步骤：

控制供给操作并选择所述预定时间，以便在于喷射第一微滴之前供给一控制量的粘性介质之前，在所述供给器的出口端获得一预定供给压力。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述控制和选择步骤包括以下步骤：

控制供给操作并选择所述预定时间，以便使由于在所述暂停期间利用粘性介质填充喷嘴空间而造成的流出喷嘴空间的过量粘性介质保持为最少。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述控制供给操作的步骤包括以下步骤：

在所述暂停期间喷射第一微滴之前，控制供给速率，以便在于喷射第一微滴之前供给一控制量的粘性介质之前，在所述供给器的出口端获得一预定供给压力。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，和随后的喷射序列期间相比，供给速率在所述喷射第一微滴之前较高。

14.根据权利要求10-13中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述暂停期间的所述填充包括以下步骤：

选择适合于所述暂停之后的喷射序列的所需喷射频率和所需微滴体积的所述预定供给压力。

15.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤：

从喷嘴出口清除粘性介质残留物。

16.根据从属于权利要求5-14中的任一项的权利要求15所述的方法，其特征在于，所述清除粘性介质残留物还包括以下步骤：

清除由于在所述暂停期间利用粘性介质填充喷嘴空间而造成的流出喷嘴出口的过量粘性介质。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述清除粘性介质残留物包括以下步骤：

提供一经过喷嘴出口的气流，以便使该气流携带所述粘性介质残留物和过量粘性介质远离喷嘴出口。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述清除步骤包括以下步骤：

提供一用于产生所述气流的负压发生器。

19.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤：

通过调节所述供给器的供给操作而改变所述控制量。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述调节供给操作包括以下步骤：

调节所述供给器的供给速率，以便使用于将一控制量的粘性介质供给到喷嘴空间中的时间基本是恒定的，而与所需的微滴体积无关。

21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述调节供给操作包括以下步骤：

调节在喷射每一单个微滴之前的供给持续时间。

22.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，包括以下步骤：

使用一用于供给粘性介质的进给螺杆。

23.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述冲击包括以下步骤：

调节冲击特性，以便获得每个喷射微滴所需的出口速度。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述调节冲击特性包括以下步骤：

调节所述冲击特性，以便保持一预定出口速度，而与待喷射微滴的体积无关。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述调节冲击特性包括以下步骤：

增加用于喷射较小体积的微滴的冲击速度和减小用于喷射较大体积的微滴的冲击速度，以便保持所述预定出口速度。

26.一种用于将粘性介质微滴喷射到一基板上的系统，包括：

一从中喷射粘性介质微滴的喷射喷嘴，其中，该喷射喷嘴包括一面向基板的喷嘴出口，并且该喷射喷嘴的内部限定一设置成接纳待喷射的粘性介质的喷嘴空间；

一用于将粘性介质供给到所述喷射喷嘴中的供给器；以及

一用于冲击所述粘性介质从而使该粘性介质以微滴形式从喷嘴空间经由喷嘴出口朝向基板喷射的冲击装置；

其中，该喷射系统还包括

一控制单元，该控制单元设置用于控制所述供给器以便使所述供给到喷嘴空间中的用于随后的微滴喷射的粘性介质的量根据每一单个微滴所需的特定体积而改变。

27.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述供给器的供给速率是可调节的，以及

其中所述控制单元设置成控制一喷射序列内的供给速率，以便在喷射所述喷射序列内的相继微滴的时间间隔期间将所述量的粘性介质供给到喷嘴空间中。

28.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，所述控制单元设置成控制所述供给速率，以使得用于将控制量的所述粘性介质供给到喷嘴空间中的时间基本恒定，而与所需的微滴体积无关。

29.根据权利要求26-28中的任一项所述的系统，包括一作为所述供给器的进给螺杆。

30.根据权利要求26-29中的任一项所述的系统，其特征在于，所述冲击装置的冲击特性是可调节的，以及

其中，所述控制单元设置成控制所述冲击特性，以便获得每个喷射微滴所需的出口速度。

31.根据权利要求26-30中的任一项所述的系统，还包括一用于接纳粘性介质的喷射室，其中，所述喷射室与所述喷嘴空间开放式连通。

32.根据权利要求31所述的系统，其特征在于，所述喷射室的容积是可增加的，以使得一旦喷射室的容积增加，便将一定量的位于喷嘴空间中的粘性介质回收到该喷射室中。

33.根据权利要求32中所述的系统，其特征在于，所述喷射室的与喷嘴空间相对的一壁由冲击装置的一冲击端面构成，

其中，所述冲击装置设置成使所述冲击端面从喷嘴出口回退，以便将所述粘性介质回收到该喷射室中。

34.根据权利要求33所述的系统，其特征在于，所述冲击装置设置成用于利用冲击端面冲击喷射室中的粘性介质，从而使该粘性介质从喷嘴空间经由喷嘴出口朝向基板喷射。

35.根据权利要求26-34中的任一项所述的系统，其特征在于，所述冲击装置包括一压电致动器。

36.根据权利要求26-34中的任一项所述的系统，其特征在于，所述冲击装置包括一具有电致伸缩、磁致伸缩、电磁或形状记忆合金性的致动器。

37.根据权利要求26-36中的任一项所述的系统，还包括一用于产生一气流的负压发生器和用于引导所述气流经过喷嘴出口的引导元件。

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