CZ17136U1

CZ17136U1 - Miniature dosing device of pastelike substances

Info

Publication number: CZ17136U1
Application number: CZ200618278U
Authority: CZ
Inventors: Mach@Pavel; Papež@Václav; Koblížek@Vilém
Original assignee: ÄŚeskĂ© vysokĂ© uÄŤenĂ technickĂ© v Praze
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2007-01-08

Description

Oblast technikyTechnical field

Je řešen minidávkovač pastovitých látek, který umožňuje jejich vytlačování ze zásobníku po velmi malých objemech za účelem jejich nanášení na podložku.A mini-dispenser of pasty substances is provided, which enables their extrusion from the container in very small volumes for the purpose of their application to the substrate.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

S požadavkem na vytlačování pastovité látky po malých objemech je možné se setkat v elektronice při pájení elektronických součástek v technologii povrchové montáže, kdy je třeba nanést v místě budoucího pájeného spoje malý objem pastovité pájky, která po zahřátí vytvoří pájený spoj s přívodem konkrétní součástky. Technologie povrchové montáže patří v současnosti k nejrozší10 řenějším technologiím osazování součástek na desky plošných spojů a uvedený způsob pájení se nazývá pájení přetavením. Je užíván pro montáž například rezistorů, kondenzátorů, diod, tranzistorů, integrovaných obvodů apod. Pájecí pasta se zpravidla vytlačuje ze zásobníku, podobajícího se injekční stříkačce, pomocí tlakových pulzů vzduchu. K tomu je třeba zdroje přetlaku vzduchu a jeho pulzní tlakové modulace, což je nákladné.The requirement to disperse the pasty substance in small volumes can be encountered in electronics when soldering electronic components in surface mount technology, where it is necessary to apply a small volume of paste solder at the future solder joint, which creates a solder joint with the particular component lead. Surface mount technology is currently one of the most widely used technologies for fitting components to printed circuit boards, and the method of soldering is referred to as reflow soldering. It is used for mounting, for example, resistors, capacitors, diodes, transistors, integrated circuits, etc. The solder paste is generally extruded from a syringe-like reservoir by means of air pressure pulses. This requires sources of air pressure and pulse pressure modulation, which is expensive.

V poslední době se v elektronice začínají uplatňovat, jako náhrada pájení, vodivá lepidla. Jejich konzistence je při nanášení také pastovitá. Při této technologii se používají i stejné typy diskrétních součástek jako pro pájení, jediná odlišnost je v povrchové úpravě kontaktů pro pájení a lepení. Proto je možné použít stejný způsob nanášení látky - vodivého lepidla - jako je tomu v případě pastovité pájky. Tato technologie je ovšem vázána, jak již bylo uvedeno, na drahý zdroj přetlakových vzduchových pulzů a tím též na nutnost snášet při práci nepříliš ohebnou tlakovou hadičku, spojující zdroj přetlaku s vlastním dávkovačem.Recently, conductive adhesives have been used in electronics as a substitute for soldering. Their consistency is also pasty when applied. This technology uses the same types of discrete components as for soldering, the only difference being the surface finish of soldering and bonding contacts. Therefore, it is possible to use the same method of applying a substance - a conductive adhesive - as in the case of a paste solder. This technology is, however, tied to an expensive source of pressurized air pulses and thus to the necessity to endure a not too flexible pressure hose, which connects the source of pressure to the actual dispenser.

Za nevýhody známých řešení lze tedy považovat vyšší pořizovací cenu přetlakového pulzního zdroje a znesnadnění práce v důsledku trvale přítomné tlakové hadičky spojující zásobník pastovité látky se zdrojem tlakového vzduchu. Další nevýhodou je vzduchové vedení, které vytváří jednak určitou tlakovou ztrátu, jednak zvětšuje objem uzavřeného tlakového prostoru a ovlivňuje, při známé velké stlačitelnosti vzduchu, dosažení ostrých silových pulzů, které by dobře definovaly dávkování vytlačované látky. Dalším důvodem, proč se pomocí vzduchu obtížně vytvářejí krátké, silné a dobře ohraničené silové impulzy s rychlým sledem za sebou, je skutečnost, že bezprostředně po natlakování celého prostoru a vytvoření silového účinku na čelo sloupce vytla30 ěované látky musí být přetlak zrušen a přebytečný vzduch vypuštěn. Vyvolání dalšího silového účinku znamená vytvoření nového vzduchového přetlaku. Následuje opět odpuštění vzduchu atd. Kompresorová jednotka je tedy komplikovanější se všemi důsledky, které z toho plynou. Bez tohoto opatření by ovšem nebylo možné dávkovat vytlačovanou pastovitou látku po malých objemech, protože při trvale působícím přetlaku vzduchu by nastalo její kontinuální vytlačování.The disadvantages of the known solutions are thus the higher purchase price of the pressurized pulse source and the difficulty of working due to the permanently present pressure hose connecting the pasty substance reservoir to the compressed air source. A further disadvantage is the air duct, which generates a certain pressure loss, on the one hand, increases the volume of the enclosed pressure space and affects, with the known high compressibility of the air, the achievement of sharp force pulses which would well define dosing of the extruded substance. Another reason for the difficulty of generating short, strong and well-defined force pulses in rapid succession with air is that immediately after pressurizing the entire space and creating a force effect on the head of the extruded column, the excess pressure must be removed and excess air released. . Inducing a further force effect means creating a new air pressure. This is followed by the release of air, etc. The compressor unit is therefore more complicated with all the consequences. Without this measure, however, it would not be possible to dispense the extruded pasty substance in small volumes, since a continuous extrusion of air would occur at a sustained overpressure.

Možnost nastavení odlišných aplikačních podmínek je u dosud známého dávkovače omezená vzhledem k tomu, že jedinými zásahy jak měnit tyto podmínky, jsou změna tlaku vzduchu a trvání tlakového pulzu, které lze ovšem měnit jen v určitém rozmezí. To je postačující, pokud jde o jeden typ pastovité látky - např. pájecí pasty, ale má-li být dávkovač využitelný obecněji, to znamená pro širší okruh pastovitých látek, je třeba zajistit vyšší univerzálnost jeho uplatnění.The possibility of setting different application conditions in the known dispenser is limited since the only interventions to change these conditions are the change in air pressure and the pressure pulse duration, which, however, can only be varied within a certain range. This is sufficient for one type of paste-like solder paste, but if the dispenser is to be used more generally, that is to say for a wider range of paste-like substances, its versatility must be ensured.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zcela nebo alespoň zčásti navrhovaný minidávkovač pastovitých látek. Jeho podstatou je, že minidávkovač pastovitých látek sestává z válcovitého tělesa pro umístění pastovité látky v jeho dutině, které je na jednom svém konci ukončeno vytlačovací hubicí opatřenou tryskou. V dutině tohoto válcovitého tělesa je uložen píst spojený s válcovým třmenem, který je vyveden na druhém konci vně válcovitého tělesa přes dutý šroub. Mezi čelem tohoto dutého šroubu a hlavou pístu je na válcovém třmenu navlečena jemná pružina. Vnější plášť válcovitého tělesa je u konce s pístem opatřen elektromagnetem sestávajícím z dělenéhoThe above-mentioned drawbacks are eliminated wholly or at least in part by the proposed pasty substance mini-dispenser. Its essence is that the paste substance mini-dispenser consists of a cylindrical body for placing the paste substance in its cavity, which is terminated at one end by a nozzle equipped with a nozzle. In the cavity of the cylindrical body there is a piston connected to the cylindrical yoke, which is led out at the other end outside the cylindrical body through a hollow screw. A fine spring is threaded on the cylindrical yoke between the face of the hollow screw and the piston head. The outer shell of the cylindrical body is provided at the end with the piston with an electromagnet consisting of a split

-1 CZ 17136 Ul magnetického obvodu vytvořeného z první části válcového tvaru, která je spojena s druhou částí válcového tvaru, například mechanicky nebo lepením, a dále z pohyblivé válcové kotvy, jejíž čelní část je tvořena přírubou a z válcové budicí cívky uložené mezi touto válcovou kotvou a magnetickým obvodem. V tomto elektromagnetu je uložena pružina tak, že se jedním svým kon5 cem opírá o čelo kostry válcové budicí cívky a druhým koncem o vnitřní část příruby pohyblivé válcové kotvy. Dutý šroub prochází vně válcového tělesa maticí, která je převlečnou maticí pevně spojena s druhou částí magnetického obvodu elektromagnetu. Matice s převlečnou maticí jsou opatřeny otvorem pro průchod přívodů k válcové budicí cívce.A magnetic circuit formed from a first cylindrical part which is connected to a second cylindrical part, for example mechanically or by gluing, and a movable cylindrical anchor, the front part of which is formed by a flange and a cylindrical excitation coil disposed between the cylindrical anchor and magnetic circuit. The spring is mounted in this electromagnet so that it rests on one end of the cylindrical coil and on the other end on the inner part of the flange of the movable cylindrical armature. The hollow bolt extends outside the cylindrical body through a nut that is firmly connected to the other portion of the magnetic circuit of the electromagnet by a cap nut. Nuts with union nut are provided with an opening for passage of leads to the cylindrical excitation coil.

Uvedená konstrukce také umožňuje, aby vnější plášť válcovitého tělesa mezi pohyblivou válco10 vou kotvou elektromagnetu a vytlačovací hubicí byl opatřen topným článkem, pokud by ho bylo třeba.The design also allows the outer casing of the cylindrical body between the movable electromagnetic cylinder armature and the extrusion die to be provided with a heating element if necessary.

Je rovněž vhodné, je-li minidávkovač opatřen vnějším krytem, který má na jednom konci otvor pro vyústění vytlačovací hubice s vytlačovací tryskou a na druhém konci je spojen s první částí magnetického obvodu elektromagnetu a uzavřen maticí držící dutý šroub a převlečnou maticí.It is also desirable if the mini-dispenser is provided with an outer cover having an aperture opening at one end for the extrusion die with an extrusion nozzle and at the other end connected to the first portion of the electromagnet solenoid circuit and closed by a nut holding a hollow screw and a cap nut.

Tento kryt je ve svém plášti opatřen otvoiy pro průchod přívodů k topnému článku.This housing is provided in its housing with openings for the passage of the leads to the heating element.

Výhodou navrhovaného řešení je, že umožňuje vytlačovat pastovité látky ze zásobníku po velmi malých objemech za účelem jejich nanášení na podložku, přičemž frekvence vytlačovacího procesu může být měněna v širokých mezích.The advantage of the proposed solution is that it allows to extrude the pasty substances from the container in very small volumes to be applied to the substrate, and the frequency of the extrusion process can be varied within wide limits.

Přehled obrázku na výkreseOverview of the figure in the drawing

Příklad minidávkovače pastovitých látek podle předkládaného řešení je uveden v podélném řezu na přiloženém výkrese.An example of a pasty substance mini-dispenser according to the present invention is shown in longitudinal section in the attached drawing.

Příklad provedení technického řešeníExample of technical solution

Minidávkovač pastovitých látek podle přiloženého obrázku je tvořen válcovitým tělesem J_, v jehož dutině se umisťuje pastovitá látka 2. Válcovité těleso 1 je na jednom svém konci ukončeno vytlačovací hubicí 4, která je zakončena tryskou 7. V dutině válcovitého tělesa I je uložen píst 3, který je spojený s válcovým třmenem 10. Válcovitý třmen JO je vyveden na druhém konci vně válcovitého tělesa I přes dutý šroub 9. Mezi čelem tohoto dutého šroubu 9 a hlavou pístu 3 je na válcovém třmenu JO navlečena jemná pružina 8. Vnější plášť válcovitého tělesa i je u konce s pístem 3 opatřen elektromagnetem. Tento elektromagnet sestává z děleného magnetického obvo30 du vytvořeného z první části 5a válcového tvaru, která je mechanicky nebo lepením spojena s druhou částí 5b válcového tvaru, z pohyblivé válcové kotvy 5d, jejíž čelní část je tvořena přírubou 5e, a z válcové budicí cívky 5c uložené mezi touto válcovou kotvou 5d a magnetickým obvodem. V elektromagnetu je uložena pružina 13 která se jedním svým koncem opírá o čelo kostry válcové budicí cívky 5c a druhým koncem o vnitřní část příruby 5e pohyblivé válcové kotvy 5d. Dutý šroub 9 prochází vně válcového tělesa 1 maticí 15, která je převlečnou maticí 16 pevně spojena s druhou částí 5b magnetického obvodu elektromagnetu. Matice 15 a převlečná matice 16 jsou opatřeny otvorem pro průchod přívodů JJ. k válcové budicí cívce 5c. V uvedeném provedení je vnější plášť válcovitého tělesa i mezi pohyblivou válcovou kotvou 5d elektromagnetu a vytlačovací hubicí 4 opatřen topným Článkem 6. Současně je minidávkovač opatřen vněj40 ším krytem 14, kteiý má na jednom konci otvor pro vyústění vytlačovací hubice 4 s vytlačovací tryskou 7 a na druhém konci je spojen s první částí 5a magnetického obvodu elektromagnetu a uzavřený převlečnou maticí 16. Kryt J4 je ve svém plášti opatřen otvory pro průchod přívodů 12 k topnému článku 6.The paste substance mini-dispenser according to the enclosed figure is formed by a cylindrical body 7, in the cavity of which the paste substance 2 is placed. The cylindrical body 1 is terminated at one end by an extrusion nozzle 4 terminated by a nozzle 7. The cylindrical yoke 10 extends at the other end outside the cylindrical body 1 via a hollow screw 9. A fine spring 8 is threaded on the cylindrical yoke 10 between the face of the hollow screw 9 and the piston head 3. The outer casing of the cylindrical body 1 is provided at the end with the piston 3 with an electromagnet. The electromagnet consists of a split magnetic circuit formed of a first cylindrical shaped part 5a which is mechanically or glued to the second cylindrical shaped part 5b, a movable cylindrical anchor 5d, the front part of which is formed by a flange 5e, and a cylindrical excitation coil 5c this cylindrical anchor 5d and the magnetic circuit. A spring 13 is mounted in the electromagnet which, with one end, bears against the carcass face of the cylindrical excitation coil 5c and the other end against the inner part of the flange 5e of the movable cylindrical anchor 5d. The hollow screw 9 extends outwardly of the cylindrical body 1 through a nut 15, which is fixedly connected to the second part 5b of the magnetic circuit of the electromagnet by a cap nut 16. The nut 15 and the cap nut 16 are provided with an opening for the passage of the leads 11. to the cylindrical excitation coil 5c. In the embodiment, the outer casing of the cylindrical body 1 is provided between the electromagnetic movable cylindrical armature 5d and the extrusion nozzle 4 with a heating element 6. At the same time, the mini-dispenser is provided with an outer cover 14 having an opening at one end the other end is connected to the first part 5a of the magnetic circuit of the electromagnet and closed by the union nut 16. The cover 14 is provided in its housing with openings for the passage of the leads 12 to the heating element 6.

Dále bude popsán princip činnosti minidávkovače. Základní částí přístroje je válcovité těleso 1 s vnitřní dutinou v níž je soustředěna pastovitá látka 2, která je vytlačována pístem 3 doleva do vytlačovací hubice 4 opatřené vytlačovací tryskou 7. Tlakové silové pulzy pístu 3 na sloupec pastovité látky 2 jsou vytvořeny elektromagnetem, který pozůstává z prvního a druhého pevného magnetického obvodu 5a a 5b, z válcové budicí cívky 5c a pohyblivé kotvy 5d opatřené na čeleThe principle of operation of the mini-dispenser will be described below. The basic part of the apparatus is a cylindrical body 1 with an internal cavity in which the paste 2 is concentrated, which is pushed out by the piston 3 to the left into the extrusion nozzle 4 equipped with the extrusion nozzle 7. The pressure pulses of the piston 3 on the paste 2 are formed by an electromagnet consisting of of the first and second fixed magnetic circuits 5a and 5b, of a cylindrical excitation coil 5c and a movable armature 5d provided on the face

-2CZ 17136 Ul přírubou 5e. Náraz kotvy 5d do stálého magnetického obvodu zleva doprava vyvolá reakční silový impulz na píst 3, působící zprava doleva. Uvedeným rázem na sloupec pastovité látky 2 dojde k tomu, že její část bude z dávkovače vytlačena do volného prostoru. Množství jednorázově vytlačené pastovité látky 2 závisí na velikosti úderu kotvy 5d elektromagnetu a tedy na velikosti proudového impulzu přivedeného do elektromagnetu a na viskozitě pastovité látky. Rychlým sledem těchto impulzů se zajistí téměř kontinuální vytlačování pastovité látky 2.-2GB 17136 Ul flange 5e. Impact of the armature 5d into the permanent magnetic circuit from left to right causes a reaction force impulse on the piston 3 acting from right to left. By this impact on the column of the pasty substance 2, a part of it is pushed out of the dispenser into the free space. The amount of disposable paste 2 depends on the magnitude of the impact of the armature 5d of the electromagnet and hence on the magnitude of the current pulse applied to the electromagnet and the viscosity of the paste. The rapid succession of these pulses ensures almost continuous extrusion of the paste 2.

Aby bylo možné nastavit optimální podmínky vytlačování pro různě viskózní látky je možné, kromě velikosti a frekvence elektrických pulzů, vytlačovanou pastovitou látku 2 předehřát topným článkem 6, zvolit lehčí či naopak těžší píst 3 a použít vytlačovací hubici 4 s tryskou 7 vhod10 nější velikosti v závislosti na viskozitě protlačované pastovité látky 2, přičemž otvor nemusí být jen kruhový. Bude-li hubice 4 opatřena podélným otvorem, bude vytlačován přímo pásek pastovité látky 2.In order to set optimum extrusion conditions for different viscous substances, in addition to the size and frequency of the electrical pulses, it is possible to preheat the extruded paste 2 by heating element 6, select a lighter or heavier piston 3 and use an extrusion nozzle 4 with nozzle 7 on the viscosity of the extruded paste 2, the aperture need not be only circular. If the nozzle 4 is provided with a longitudinal opening, the strip of paste 2 will be extruded directly.

Minidávkovač je konstrukčně navržen tak, aby ho bylo možné snadno rozmontovat na elementární části, např. pro čištění, a potom opět snadno a rychle sestavit. Aby čelo pístu 3 bylo trvale v kontaktu s vytlačovanou pastovitou látkou 2, je použita jemná pružina 8. Síla vyvozovaná touto jemnou pružinou 8 musí být volena v závislosti na viskozitě dané pastovité látky 2 tak, aby nedocházelo k samovolnému vytlačování pastovité látky 2 ani v případě, že její viskozíta je nižší. Sílu, kterou jemná pružina 8 vyvozuje, lze měnit jejím stlačováním či uvolňováním pomocí dutého šroubu 9. Toho lze využít jak při vytlačování různě tuhých látek tak také při rozdílné délce jejich sloupce, tedy při menší či větší vzdálenosti čela pístu 3 od vytlačovací hubice 4, s čímž je třeba počítat také při větší či menší zásobě látky v dutině válcovitého tělesa i. Dutý šroub 9 je opatřen osovým otvorem, kterým prochází tenký válcový třmen 10 spojený s pístem 3, který slouží k odměřování množství ještě nevytlačené látky z dutiny dávkovače a také k odsunutí pístu 3 doprava v okamžiku naplňování dávkovače novou pastovitou látkou 2. Toto naplňování je předpokládáno z levé části po odstranění vytlačovací hubice 4.The mini-dispenser is designed in such a way that it can be easily disassembled into elementary parts, eg for cleaning, and then assembled again quickly and easily. A fine spring 8 is used to keep the piston face 3 permanently in contact with the extruded paste 2. The force exerted by this fine spring 8 must be selected depending on the viscosity of the paste 2 so that the paste 2 does not spontaneously displace even that its viscosity is lower. The force exerted by the fine spring 8 can be varied by compressing or releasing it by means of a hollow screw 9. This can be used both for extruding various solids and for varying the length of their column, that is to say with a greater or lesser distance. the hollow bolt 9 is provided with an axial bore through which a thin cylindrical yoke 10 is connected to the piston 3, which serves to measure the amount of material not yet displaced from the dispenser cavity and also to move the piston 3 to the right at the moment of filling the dispenser with a new paste 2. This filling is assumed from the left after removing the extrusion nozzle 4.

Přívody k válcové budicí cívce 5c elektromagnetu jsou označeny číslem 11, přívody k výhřevnému topnému článku 6 číslem 12. Pružina J3 udržuje resp. vrací kotvu 5d elektromagnetu do výchozí polohy. Vnější kryt 14 chrání vnitřní části přístroje před mechanickým poškozením a zastává také funkci hlukové bariery. Matice 15 umožňuje nastavení polohy dutého šroubu 9 a tím regulaci síly, kterou vyvozuje jemná pružina 8. Pevné spojení druhé části 5b magnetického obvodu, matice 15 a válcovitého tělesa I je zajištěno převlečnou maticí 16.The leads to the cylindrical solenoid coil 5c are indicated by the number 11, the leads to the heating heater 6 by the number 12. The spring J3 keeps the resp. returns the solenoid armature 5d to its initial position. The outer cover 14 protects the internal parts of the apparatus from mechanical damage and also acts as a noise barrier. The nut 15 allows the position of the hollow screw 9 to be adjusted and thus to regulate the force exerted by the fine spring 8. The fixed connection of the second magnetic circuit part 5b, the nut 15 and the cylindrical body 1 is ensured by the union nut 16.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Uvedený minidávkovač umožňuje vytlačovat pastovité látky ze zásobníku po velmi malých objemech za účelem jejich nanášení na podložku, přičemž frekvence tohoto procesu může být rea35 lizována po jednotlivých dávkách od libovolně dlouhého časového rozestupu až po téměř kontinuální vytlačování látky. Prioritní využití minidávkovače je v elektronice při osazování plošných spojů diskrétními součástkami technologií povrchové montáže a to buď pomocí pastovité pájky, nebo při použití vodivého lepidla. Zařízení lze ovšem použít pro nanášení pastovitých látek i v jiných oborech.The mini-dispenser makes it possible to extrude the pasty substances from the container in very small volumes for application to a support, the frequency of this process can be realized in batches from any length of time to almost continuous extrusion of the substance. Priority utilization of the mini-dispenser is in electronics when assembling printed circuits with discrete components of surface mounting technology, either by paste solder or by using conductive adhesive. However, the device can also be used for the application of paste substances in other fields.

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS

Claims

A paste-type mini-dispenser, characterized in that it consists of a cylindrical body (1) for placing the paste-like substance (2) in its cavity, which is terminated at one end by an extrusion die (4) provided with a nozzle (7) and receiving a piston (3) connected to a cylindrical yoke (10) extending at the other end outside the cylindrical body (1) via a hollow bolt (9),

45 wherein a fine spring (8) is provided between the face of the hollow bolt (9) and the piston head (3) on the cylindrical caliper (10) and the outer casing of the cylindrical body (1) is at the end of the piston (3). provided with an electromagnet consisting of a divided magnetic circuit formed of a first cylindrical-shaped part (5a) connected to a second cylindrical-shaped part (5b) and a movable cylindrical anchor (5d), the front part of which is formed by a flange (5e) excitation coils (5c) mounted

5 between the cylindrical armature (5d) and the magnetic circuit, and in this electromagnet a spring (13) is mounted so that it bears one end against the carcass face of the cylindrical excitation coil (5c) and the other end against the inner part of the flange (5e) an anchor (5d), wherein the hollow bolt (9) extends outside the cylindrical body (1) through the nut (15), which is firmly connected to the union nut (16) with the second electromagnet solenoid (5b) and the union nut (15) 16) are provided with an opening for passage of the leads (11) to the cylindrical excitation coil (5c).

A mini-dispenser according to claim 1, characterized in that the outer shell of the cylindrical body (1) is provided with a heating element (6) between the movable cylindrical anchor (5d) of the electromagnet and the extrusion die (4).

A mini-dispenser according to claim 1 or 2, characterized in that it is provided with an outer cover (14) having an opening at one end for the outlet of the extrusion die (4) with the extrusion nozzle (7) and at the other end connected to the first part (5a). and a cap nut (15) holding a hollow bolt (9) and a cap nut (16), the housing (14) having apertures in its housing for passing the leads (12) to the heater (6).

20 1 drawing