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Verwandte Anmeldungen
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Die
vorliegende Anmeldung nimmt den Anmeldezeitrang der
U.S. Provisional Application Serial Nr. 60/829.049 in
Anspruch, die am 11. Oktober 2006 angemeldet wurde und deren Offenbarung
hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezug eingeschlossen ist.
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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Aufbringen von anpassungsfähigen Beschichtungsmaterialien
zur konformen Beschichtung und insbesondere eine Applikationsvorrichtung
zum Auftragen dieser Art von Beschichtungen auf elektrische Bauteile.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine
konforme Beschichtung (conformal coating) entsteht durch den Vorgang
des Auftragens eines dielektrischen Materials auf ein elektrisches Bauteil,
beispielsweise auf eine gedruckte Schaltungsplatine oder auf ein
darauf angebrachtes Bauteil, um sie vor Feuchtigkeit, Schimmelpilzbildung, Staub,
Korrosion, Abnutzung, Vibrationen, Chemikalien, Zinnbrücken und
anderen schädlichen
Umgebungseinflüssen
zu schützen.
Materialien für
konforme Beschichtungen reichen von Materialien auf Lösungsmittelbasis,
die durch Verdunsten des Lösungsmittels
aushärten,
bis zu „hundertprozentig
festen" anpassungsfähigen Beschichtungsmaterialien. Zu
den allgemein üblichen
anpassungsfähigen
Beschichtungsmaterialien gehören
Silicon-, Acryl-, Urethan-, Epoxid-Kunstharze, Paralyne und verschiedene
Polymere. Wird eine solche Beschichtung auf eine gedruckte Schaltungsplatine
aufgebracht, bildet sich beim Verdunsten des Lösungsmittels oder beim Aushärten eines
lösungsmittelfreien
Materials eine isolierende Kunstharzfilmschicht gleichmäßiger Dicke.
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Es
sind automatisierte Selektivbeschichtungssysteme bekannt, die mit
Abgabevorrichtungen zur konformen Beschichtung (conformal coating)
bestückt
sind, die Materialien in unterschiedlichen Mustern, mit unterschiedlicher
Aufbringungsgenauigkeit und so aufbringen, dass Beschichtungen mit
unterschiedlicher Dicke erzeugt werden. So kann zum Beispiel eine
Abgabevorrichtung ein Material in Form eines geraden Stranges abgeben,
als Strang, der durchgehend zu einem Bogen- oder Kreismuster gedreht
wird, und/oder als einen Strang, der nachfolgend zerstäubt wird.
Generell erzeugen Stränge
Beschichtungen, die im Allgemeinen dicker sind als Beschichtungen
zerstäubter
Sprühmaterialien.
Außerdem
kann ein auf einer Platine aufgebrachter Strang, abhängig von
der Materialviskosität
sowie den Material/Platinenoberflächen-Spannungsinteraktionen, sich
auf Stellen ausdehnen, wo eine Beschichtung nicht erwünscht ist.
Bei zu zerstäubenden
Materialien führt
außerdem
das Injizieren von Druckluft zum Zerstäuben einer Materialmenge häufig dazu,
dass eine zu große
Fläche
besprüht
wird, so dass Sprühtröpfchen außerhalb
der Zielfläche
auftreffen.
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Diese
derzeit zur Verfügung
stehenden Abgabeverfahren weisen Merkmale auf, die bei einigen Anwendungen
zu unerwünschten
Beschichtungsergebnissen führen;
dazu gehören
Beschichtungsflächen,
die größer sind
als das erwünschte
Minimum, und eine ungenügende
Möglichkeit
der Randdefinition. Für
die neue ren konformen Beschichtungsanwendungen ist es wünschenswert,
eine Möglichkeit der
Beschichtung von noch kleineren Flächen oder noch kleineren Körperformen
zur Verfügung
zu haben. Diese technische Möglichkeit
hängt jedoch
in erster Linie von der Art der für das Aufbringen des Beschichtungsmaterials
verwendeten Abgabevorrichtung ab und vielleicht in noch größerem Maße von der
Steuerung, die eine Abgabevorrichtung für das abzugebende Material
bereitstellt.
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Bei
den derzeit verwendeten Abgabevorrichtungen, die Stränge oder
zerstäubte
Sprühmaterialien
abgeben, ist die Größe der benetzten
Fläche
oder der Kontaktfläche
von Strang oder Sprühmaterial
auf einem Bauteil nur in begrenztem Maße zu verkleinern. Daraus ergibt
sich, dass derzeit verwendete Abgabevorrichtungen Mindestbeschichtungsflächen erfordern,
d.h., eine Fläche,
bei der die Verwendung einer solchen Abgabevorrichtung für konforme
Beschichtungsanwendungen praktisch durchführbar ist, die aber für derzeit
durchzuführende
Anwendungsfälle
zu groß ist.
Dies ist von zunehmender Bedeutung, da Platinen und Bauteile kleiner
werden und die Bauteildichte auf solchen Platinen zunimmt.
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Bekannte
Nadelventil-Abgabevorrichtungen steuern die Abgabe eines anpassungsfähigen Beschichtungsmaterials
durch das Steuern einer Zeitspanne, während der ein Nadelventil offen
ist, sowie des Drucks, der auf das dem Nadelventil zugeführte anpassungsfähige Beschichtungsmaterial
ausgeübt wird.
Solche bekannten Nadelventil-Abgabevorrichtungen haben ebenfalls
einige Nachteile, beispielsweise ist es schwierig, einen Strom von
anpassungsfähigem
Beschichtungsmaterial mit geringer Viskosität zu steuern. Es gibt zwar
kein Standardmaß,
das Materialien niedriger Viskosität gegenüber Materialien hoher Viskosität abgrenzt,
aber beispielsweise gehören
zu den Materialien mit niedriger Viskosität solche, deren Viskosität geringer
ist als 1000 Zentipoise, wobei diese Angabe keine Beschränkung darstellt.
Um zu verhindern, dass Materialien mit niedriger Viskosität beim Auftragen
mit bekannten Nadelventil-Abgabevorrichtungen
zu sehr spritzen, muss die Abgabespitze so nah wie möglich an
die Oberfläche
des Substrats gehalten werden, beispielsweise mit nicht mehr als
einigen Millimetern (mm) Abstand. Bei eng bestückten Schaltungsplatinen kann
das Erfordernis, dass die Abgabespitze so nah an der Substratfläche gehalten
werden muss, die Verwendung bekannter Nadelventil-Abgabevorrichtungen
stark einschränken.
Zweitens führt
das mangelnde Vermö gen
bekannter Nadelventil-Abgabevorrichtungen, einen Strom von anpassungsfähigem Beschichtungsmaterial
scharf zu begrenzen, zu unerwünschtem Tropfen,
Verlaufen, schlechter Fließsteuerung
und allgemein zu einem weniger präzisen Auftrag. Beispielsweise
kann das Beschichtungsmaterial nur bis zu etwa 0,060 Zoll oder etwa
1,5 mm an eine Sperrfläche
heran aufgebracht werden, d.h. an eine Fläche, wo kein anpassungsfähiges Beschichtungsmaterial
aufgebracht werden soll. Drittens haben bekannte Nadelventil-Abgabevorrichtungen
inhärent das
Problem, dass Beschichtungsmaterialien an der Abgabespitze haften
und teilweise aushärten,
was zum Verstopfen führt
und die Wiederholbarkeit und Genauigkeit des Abgabevorgangs beschränken kann.
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Es
besteht darum die Notwendigkeit eines verbesserten Nadelventil-Beschichtungsapplikators für konforme
Beschichtungen, der die Genauigkeit und wahlweise Begrenzung der
Materialaufbringung bei einem Vorgang zur konformen Beschichtung
verbessert.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Beschichtungssystem mit einem Nadelventilapplikator bereit,
mit dem Materialien niedrigerer Viskosität für konforme Beschichtungen (conformal
coating) mit größerer Genauigkeit,
Präzision
und/oder Geschwindigkeit auf ein Substrat aufgebracht werden können als
dies mit bekannten Nadelventilapplikatoren möglich ist, und/oder das weitere
Vorteile aufweisen mag. Beispielsweise kann das Beschichtungssystem
nach der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit des Nadelventilapplikators
verbessern, das Beschichtungsmaterial näher an beschichtungsfreie Bereiche
heran aufzubringen und/oder dünnere
Stränge
von Beschichtungsmaterial aufzubringen und/oder aus größerer Höhe über einem
Substrat betrieben zu werden, während
eine erwünschte
Genauigkeit bei der Anbringung des anpassungsfähigen Beschichtungsmaterials
auf dem Substrat erhalten bleibt. Eine derart verbesserte Leistung
des Beschichtungssystems macht häufig
das Anbringen und Abnehmen von Masken überflüssig, was das Handhaben des
Substrats wesentlich einschränkt.
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Zusätzlich kann
ein Beschichtungssystem nach der vorliegenden Erfindung einen Nadelventilapplikator
bereitstellen, der Beschichtungsmaterial aus einer Abga benadel sauber
ausstößt und damit verhindert,
dass Beschichtungsmaterial an der Abgabenadel haften bleibt und/oder
dort aushärtet.
Das reduziert die Wartung und minimiert das Verstopfen, während die
Präzision
und erhalten bleibt und die Wiedereinsetzbarkeit des Nadelventils
verbessert wird. Außerdem
kann das Beschichtungssystem nach der vorliegenden Erfindung Abgabemengen des
Beschichtungsmaterials ermöglichen,
die vorhersagbar und wiederholbar sind; ein Gesamtvolumen von anpassungsfähigem Beschichtungsmaterial,
das über
einer Fläche
aufzubringen ist, kann darum präzise
gesteuert werden. Eine solche Möglichkeit
kann anfallende Abfallmengen anpassungsfähigen Beschichtungsmaterials
wesentlich reduzieren. Das Beschichtungssystem nach der vorliegenden
Erfindung kann einen Nadelventilapplikator mit schlankem Profil
bereitstellen, der deswegen mit niedrigen Abgabehöhen durch
kleine Abstände
zwischen Bauteilen auf Platinen bewegt werden kann, was das Spritzen
bei Beschichtungen mit Materialien niedrigerer Viskosität minimiert.
Alle oben genannten Merkmale können das
Beschichtungssystem nach der vorliegenden Erfindung besonders nützlich für die Anwendung
von anpassungsfähigem
Beschichtungsmaterial auf kleineren, dicht bestückten Schaltungsplatinen machen.
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Insbesondere
stellt die Erfindung in einer als Beispiel dienenden Ausführungsform
ein Beschichtungssystem mit einem Applikator bereit, der einen luftbetriebenen
Zylinder enthält,
der durch ein mit Druckluft verbundenes Magnetventil betätigt wird. Ein
im Zylinder angeordnetes Nadelventil wird dadurch geöffnet, dass
das Magnetventil Druckluft auf einen Kolben gibt, der mit dem Nadelventil
verbunden ist. Eine Steuereinrichtung ist mit einem Zeitgeber ausgestattet,
der bewirken kann, dass eine Kette elektrischer Impulse an das Magnetventil
gegeben wird. Mit jedem Impuls gibt das Magnetventil Druckluft auf
den Kolben, öffnet
damit das Nadelventil und macht es möglich, dass Beschichtungsmaterial
an dem Nadelventil vorbei fließt.
Zwischen den Impulsen wird das Ventil für Zeitspannen geschlossen,
und das Beschichtungsmaterial wird als Reaktion auf das Schließen des
Nadelventils ausgestoßen.
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In
weiteren Aspekten dieser Erfindung ist der Zeitgeber ein Impulsbreitenmodulator,
und das Nadelventil wird wiederholt geöffnet für Zeitspannen, die etwa gleich
einer in der Steuereinrichtung gespeicherten EIN-Zeit sind. Das
Nadelventil wird durch eine Rückholfeder
geschlossen und für
Zeitspannen zwischen den Impulsen geschlossen gehalten.
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In
einer weiteren als Beispiel dienenden Ausführungsform stellt die Erfindung
ein Verfahren zur automatischen Abgabe eines Beschichtungsmaterials
auf ein Substrat mit einem Applikator bereit, der durch eine programmierbare
Steuerung zu bewegen ist, die eine Positioniereinrichtung betätigt, die
den Applikator haltert. Der Applikator weist einen Fließkanal auf,
der ein Beschichtungsmaterial von einem Nadelventil an eine Abgabenadel
leitet. Das Nadelventil ist durch einen Luftzylinderkolben in eine
offene Stellung zu bewegen, und zwar als Reaktion auf ein vom Magnetventil
empfangenes, unter Druck stehendes Fluid, und das Nadelventil ist
dann in eine geschlossene Stellung zu bewegen. Das Verfahren enthält das Anlegen
einer Kette von elektrischen Impulsen an das Magnetventil. Das Beschichtungsmaterial wird
an dem Nadelventil vorbei bewegt, indem das Nadelventil als Reaktion
auf jeden Impuls in der Kette der dem Magnetventil zugeführten elektrischen
Impulse wiederholt geöffnet
wird. Das Beschichtungsmaterial wird aus der Abgabenadel ausgestoßen, indem
das Nadelventil als Reaktion auf Zeitspannen zwischen Impulsen in
der Kette elektrischer Impulse wiederholt geschlossen wird.
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Diese
und andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
im Laufe der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die im Zusammenhang
mit den hier enthaltenen Zeichnungen zu sehen ist, deutlicher hervortreten.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein schematisiertes Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels für ein computergesteuertes
System zur konformen Beschichtung.
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2 ist
eine auseinandergezogene Darstellung eines Ausführungsbeispiels für einen
Beschichtungsapplikator, wie er im System zur konformen Beschichtung
nach 1 verwendet wird.
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Detaillierte Beschreibung der zur Darstellung
dienenden Ausführungsformen
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In 1 enthält ein Ausführungsbeispiel
für ein
System 20 zur konformen Beschichtung einen Beschichtungsapplikator
oder eine Abgabevorrichtung 22, die mechanisch an einer
X-Y-Z-Positioniereinrichtung 24 aufgehängt ist. Die elektromechanische
X-Y-Z-Positioniereinrichtung 24 enthält eine Antriebsvorrichtung,
die mit unabhängig
voneinander zu steuernden Motoren (nicht gezeigt) auf bekannte Weise
gekoppelt ist. Die X-Y-Z-Positioniereinrichtung 24 ist
in der Lage, den Beschichtungsapplikator 22 für die konforme
Beschichtung gegenüber
einem Substrat 26 sehr schnell zu bewegen.
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Ein
Computer 28 kann eine programmierbare logische Steuereinrichtung
sein (PLC), eine auf Mikroprozessoren basierende Steuereinrichtung,
ein festverdrahteter Computer oder eine andere konventionelle, programmierbare
Steuervorrichtung, die die hier beschriebenen Funktionen ausführen kann,
wie es von durchschnittlichen Fachleuten verstanden wird. Ein Ein/Ausgabegerät 30,
beispielsweise eine visuelle Anzeigevorrichtung wie ein LCD-Bildschirm (nicht
gezeigt), für
den Benutzer und eine Eingabevorrichtung wie eine Tastatur (nicht
gezeigt) für
den Benutzer sind mit dem Computer 28 auf bekannte Weise
verbunden. Der Computer liefert Ausgangssignale an einen Zeitgeber 49,
beispielsweise ein Impulsbreitenmodulator (PWM) 50, der
wiederum elektrisch mit einem Luft-Magnetventil 140 verbunden
ist und es betätigt.
Der PWM 50 erzeugt eine Reihe oder Kette von elektrischen
Steuerimpulsen, die für
die Betätigung
des Magnetventils 140 und damit des Beschichtungsapplikators 22 für die konforme
Beschichtung verwendet werden.
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Der
Computer 28 weist einen Speicher 52 auf, der Arbeitsablaufprogramme
und programmierte Anweisungen auf bekannte Weise speichert. Außerdem enthält der Speicher
einen Einschaltzeitspeicher 54 und einen Zykluszeitspeicher 56.
Der Einschaltzeitspeicher speichert mindestens einen erwünschten
Wert für
eine Einschaltzeit eines Impulses in einer Impulsfolge, die durch
den PWM 50 erzeugt wird. Der Zykluszeitspeicher speichert
mindestens einen erwünschten
Wert für
eine entsprechende Gesamt-Zykluszeit, die dem Einschaltzeitimpuls
zugeordnet ist. Auf diese Weise wird eine Impulsabschaltzeit durch Subtrahieren
einer gespeicherten Einschaltzeit von einer entsprechenden gespeicherten
Zykluszeit festgelegt.
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Das
Beschichtungssystem 20 ist mit einem oder mehreren Standard
RS-232-Bussen 32 und
einem oder mehreren SMEMA-Kommunikationsbussen 34 ausgestattet,
die mit den meisten anderen Arten von automatisierten Einrichtungen
der Montagelinien für
die Substratherstellung kompatibel sind. Die Bewegungssteuereinrichtung 40 und
eine Transportsteuereinrichtung 42 stehen mit dem Computer 28 und
miteinander in elektrischer Verbindung. Eine Systemsteuerung umfasst
damit den Computer 28, den PWM 50, die Bewegungssteuereinrichtung 40, die
Applikatorsteuereinrichtung 38 und die Transportsteuereinrichtung 42,
falls verwendet.
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Das
Substrat 26, beispielsweise eine Schaltungsplatine, auf
das eine konforme Beschichtung aufzubringen ist, wird auf bekannte
Weise gegenüber dem
Beschichtungsapplikator 22 für die konforme Beschichtung
so gehaltert, dass ein Arbeitsvorgang wirksam durchgeführt werden
kann. Abhängig
von der Art der Anwendung kann ein Substrat 26 oder können mehrere
Substrate 26 satzweise beschichtet werden, oder die Substrate 26 können wahlweise fortlaufend
von einer Transportvorrichtung 36 an dem Applikator 22 vorbeigeführt werden.
Die Transportvorrichtung 36 ist konventionell aufgebaut,
und ihre Breite kann einzustellen sein, um Schaltungsplatinen unterschiedlicher
Abmessungen aufzunehmen. Die Transportvorrichtung 36 kann
ebenfalls pneumatisch betätigte
Stopp- und Positioniermechanismen
enthalten und die Transportvorrichtung 36 wird auf bekannte
Weise von einer Transportsteuereinrichtung 42 betätigt.
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Das
Ausführungsbeispiel
kann weiter eine Düsenaufbereitungsstation 44 enthält, zu der
ein oder mehrere Einweichbecher 46, ein Spülbecher 48 und/oder
andere Düsenaufbereitungswerkzeuge
gehören,
die, abhängig
von den spezifischen Eigenschaften der verwendeten konformen Beschichtung, auf
bekannte Weise zum Reinigen einer Applikatorspitze verwendet werden
können.
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In 2 ist
dargestellt, dass der Applikator 22 für konforme Beschichtungen einen
Packungseinsatz (packing cartridge) 66 aufweist, der eine
Kolbenstange 70 haltert, die in eine Bohrung 68 eines
Luftzylinderkörpers 62 eingesetzt
ist. Dann werden ein Luftzylinderkolben 72, ein Axialdrucklager 74,
ein O-Ring 76 und eine Sicherungsmutterdichtung 78 auf der
Kolbenstange 70 angeordnet. Dann wird eine Sicherungsmutter 80 auf
ein Kolbenstangenende 82 aufge schraubt, um den Luftzylinderkolben 72,
das Axialdrucklager 74, den O-Ring 76 und die
Sicherungsmutterdichtung 78 an der Kolbenstange 70 zu sichern,
um eine gegenüber
dem Luftzylinder 62 als Einheit wirkende Kolbenanordnung 73 zu
bilden. Der O-Ring 76 dichtet den Packungseinsatz 66 innerhalb des
Luftzylinders 62 ab. Ein O-Ring 85 dichtet das unter
Druck stehende Beschichtungsmaterial innerhalb der Zylinderbohrung 68 ab,
und ein O-Ring 84 dichtet die Druckluft innerhalb der Zylinderbohrung 68 ab.
Auf dem Luftzylinder 62 ist eine Luftzylinderkappe 60 mit
einem O-Ring 64 aufgeschraubt, der einen abdichtenden Widerstand
gegen ein Verdrehen der Kappe 60 ausübt. Am Luftzylinder 62 ist
ein Halterungsstück 126 über Befestigungselemente 128 befestigt,
und dieses Halterungsstück 126 kann
dazu verwendet werden, den Applikator 22 an der Positionierungseinrichtung 24 der 1 zu
befestigen.
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Die
Kolbenanordnung 73 ist gegenüber dem Packungseinsatz 66 in
Längsrichtung
zu bewegen. Als Reaktion auf gegen eine Fläche 86 des Kolbens 72 auftreffende
Druckluft bewegt sich die Kolbenanordnung 73 in der Sicht
nach 2 nach rechts. Diese Bewegung drückt eine
Rückholfeder 88,
die auf der Kolbenstange 70 durch eine Mutter 94 gesichert ist,
zusammen. Wird die Druckluft vom pneumatischen Kolben 72 entfernt,
bringt die Rückholfeder 88 die
Kolbenanordnung 73 in ihre ursprüngliche Längsposition gegenüber dem
Luftzylinder 62 zurück.
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Ein
Nadelventil 91 enthält
eine Nadel 92 und einen damit zusammenarbeitenden Ventilsitz 96.
Die Nadel 92 wird auf ein entgegengesetztes Kolbenstangenende 94 aufgeschraubt
und ist dann durch die Kolbenanordnung 73 zu bewegen. Der
Ventilsitz 96 wird auf einem Ende des Luftzylinders 62 über eine
Befestigungsplatte oder -kappe 98 befestigt, die durch
Befestigungsmittel 100 gesichert ist. Ein O-Ring 102 schafft
eine Fluid-Dichtung zwischen dem Ventilsitz 96 und dem
Luftzylinder 62. In zusammengesetztem Zustand wird also
die Luftzylinderbohrung 68 an einem Ende durch den Luftzylinderkolben 72 begrenzt,
und die Bohrung 68 wird an einem entgegengesetzten Ende
durch den Ventilsitz 96 begrenzt. Außerdem steht die Bohrung 68 über ein
Anschlussstück 144 in
Fluidverbindung mit Druckluft, die die Bohrung 68 zwischen
dem O-Ring 84 und dem Kolben 72 ausfüllt. Die
Bohrung 68 steht außerdem über ein
Anschlussstück 138 in
Fluidverbindung mit einem unter Druck stehenden Vorrat an anpassungsfähi gem Beschichtungsmaterial,
das die Bohrung 68 zwischen dem O-Ring 85 und
dem Ventilsitz 96 ausfüllt.
Der Ventilsitz 96 hat einen Fließkanal 97, durch den
das anpassungsfähige
Beschichtungsmaterial hindurchströmt, wenn das Nadelventil 91 geöffnet ist.
Am Umfang der Luftzylinderkappe 60 ist eine Skalenmarkierung
angeordnet, und ein Verdrehen der Kappe 60 ermöglicht eine
Feineinstellung eines positiven Endanschlags, der eine Verlagerung der
Kolbenanordnung 73 begrenzt und damit auch der Nadel 92,
wenn das Nadelventil 91 geöffnet wird. Auf die Weise schafft
die Luftzylinderkappe 60 eine Steuerungsmöglichkeit
für das
durch das Nadelventil 91 strömende anpassungsfähige Beschichtungsmaterial.
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Ein
Düsenpassstück 104 erstreckt
sich durch eine Bohrung 106 der Befestigungskappe oder
-platte 98 und ist auf ein Ende 107 des Ventilsitzes 96 aufgeschraubt.
Ein Ende 109 einer Halterung 108 ist in das Düsenanpassstück 104 eingeschraubt.
Ein Ende 112 einer Kapillarröhre 110 ist in die
Halterung 108 eingeschraubt. Eine Abgabenadel 116 ist
in ein Ende 122 einer Haltemutter 120 eingeführt, die
eine größere Bohrung
aufweist, in die eine Nabe (hub) 117 der Abgabenadel 116 passt.
Auf die Weise erstreckt sich nur eine Spitze 119 der Abgabenadel 116 durch
eine kleinere Bohrung an einem entgegengesetzten Ende 118 der
Haltemutter 120. Ein entgegengesetztes Ende 114 der
Kapillarröhre 110 gleitet
in eine Bohrung einer Abgabenadel 116, und das Ende 122 der Haltemutter
wird auf ein Ende 124 der Halterung 108 aufgeschraubt,
wodurch die Abgabenadel 116 am Applikator 22 gesichert
wird.
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Es
wird noch einmal auf 1 Bezug genommen. In diesem
Ausführungsbeispiel
liefert eine Druckluftquelle 130 einen Luftdruck VP, beispielsweise
einen in dem Betrieb üblichen
Luftdruck, für
einen Druckregler (DR) 132 bereit, der auf dem Beschichtungsapplikator 22 für konforme
Beschichtungen angebracht sein kann. Eine Messvorrichtung (Gauge) 133 überwacht
den einem Magnetventil 140 zugeführten geregelten Luftdruck,
und eine Luftleitung 142 leitet die geregelte Druckluft
vom Magnetventil (MV) 140 an ein Luftanschlussstück 144,
das mit dem Luftzylinderkörper 62 verbunden
ist. Die Druckluftquelle 130 liefert weiter einen Luftdruck
FP an einen Druckregler (DR) 146, der auf der Positioniereinrichtung 24 angeordnet
sein kann und sich deshalb nicht mit dem Applikator 22 bewegt.
Eine Messvorrichtung (Gauge) 147 überwacht den geregelten Luftdruck, der
einem Flüssigkeitsbehälter 148 zugeleitet
wird. Bei dem Flüssigkeitsbehälter 148 kann
es sich um eine Spritze mit anpassungsfähigem Beschichtungsmaterial
handeln, die von einem Lieferanten kommerziell zu erwerben ist;
die geregelte Druckluft vom Druckregler 146 kann einem
Kolben zugeführt
werden, der sich in einem Ende der Spritze befindet. Auf die Weise
führt der
Flüssigkeitsbehälter 148 dem Luftzylinder 62 ein
unter Druck stehendes anpassungsfähiges Beschichtungsmaterial
zu. Der Druckregler kann so eingestellt sein, dass er den Druck
des vom Behälter 148 dem
Luftzylinder 62 zugeführten anpassungsfähigen Beschichtungsmaterials
verändert.
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Im
Betrieb muss eine Bedienungsperson vor dem Beginn eines Beschichtungszyklus
mit anpassungsfähigem
Beschichtungsmaterial das Beschichtungssystem 20 für eine spezielle
Anwendung einrichten. Bei diesem Vorgang werden erwünschte Werte
für die
Systemvariablen festgelegt, und jene erwünschten Werte sind häufig abhängig von
der Art der anzuwendenden Beschichtung. Beispielsweise können die
gewünschten
Systemvariablen von dem zu verwendenden anpassungsfähigen Beschichtungsmaterial
abhängen,
von seiner Viskosität,
den Spezifikationen für
die Weise, wie es auf das Substrat aufgebracht wird, von derzeit
herrschenden Umgebungsbedingungen, erwünschter Applikatorgeschwindigkeit
und von ähnlichen
Faktoren. Eine Variable, die die Bedienungsperson auswählen kann,
ist eine allgemeine Größe der durch
die Abgabenadel 116 aufzutragenden Tröpfchen. Es ist möglich, Abgabenadeln
zu wählen,
die interne Fließpfade
mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern haben; deshalb können größere Abgabenadeln
zum Abgeben größerer Tröpfchen gewählt werden,
und kleinere Abgabenadeln können
gewählt
werden, wenn kleinere Tröpfchen
erwünscht
sind.
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Die
Bedienungsperson kann ebenfalls eine Einschaltzeit für den PWM,
eine Zykluszeit für
den PWM und einen erwünschten
Materialfluss durch das Nadelventil 91 bestimmen. Wiederum
sind die erwünschten
Werte für
jene Variablen anwendungsabhängig.
Der Materialfluss durch das Nadelventil 91 kann durch Drehen
oder Mikroanpassen der Luftzylinderkappe 60 nach 2 eingestellt
werden, was bewirkt, die Offen-Position oder den Hub der Nadel 92 einzustellen.
Der Materialfluss durch das Nadelventil 91 kann auch dadurch
verändert
werden, dass der auf das anpassungsfähige Beschichtungsmaterial
ausgeübte
Druck durch Einstellen des geregelten Luftdrucks vom Druckregler 146 eingestellt
wird. Häufig
werden mehrere Testsubstrate beschichtet und die Variablen verändert, bis
eine zufriedenstellende Beschichtung erreicht ist. Das Positionierprogramm,
das von der Bewegungssteuereinrichtung 40 durchgeführt wird,
kann ebenfalls abhängig
von verschiedenen Einstellungsfaktoren verändert werden, beispielsweise
kann eingestellt werden, wie hoch die Abgabespitze 119 über dem
Substrat 26 angeordnet ist, um immer noch eine konforme
Beschichtung zu liefern, die die Grenzen der Spezifikationen einhält.
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Für gegebene
anpassungsfähige
Beschichtungsmaterialien kann eine Tabelle mit Anfangsvorgabewerten
für geregelte
Luftdrücke
aus dem Druckregler 146, für Luftzylinderkappeneinstellungen
und Einschalt- und Zykluszeitwerte im Speicher 50 des Computers 28 gespeichert
sein. Das Bedienungsgerät 30 für Ein- und
Ausgabe kann dazu verwendet werden, die Werte im Einschaltzeitspeicher 54 und Zykluszeitspeicher 56 einzugeben
und anzupassen. In einem Ausführungsbeispiel
können
die Messvorrichtungen 133, 147 mit visuellen Anzeigevorrichtungen
ausgestattet, und die Druckregler 132, 146 können manuell
einstellbar sein. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die
Messvorrichtungen 133, 147 jedoch entsprechende
Druck-Rückmeldesignale an
den Computer 28 liefern, und die Druckregler 132, 146 können Eingabemöglichkeiten
aufweisen, die es dem Computer 28 erlauben, die jeweiligen
geregelten Drücke
zu verändern
und einzustellen. Außerdem
kann der Speicher 52 einen Einschaltzeit-Speicher 54,
einen Zykluszeit-Speicher 56, einen Speicher 57 für den geregelten
Beschichtungsmaterialdruck und einen Speicher für den geregelten Ventildruck
aufweisen, und die im Speicher 52 gespeicherten Werte können festgelegt
und/oder verändert
werden durch die das Ein- und Ausgabegerät 30 bedienende Bedienungsperson.
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Nachdem
die Einschaltzeit, die Zykluszeit, der Beschichtungsmaterial-Luftdruck
und die Öffnungszeit
des Nadelventils eingestellt sind, kann mit dem Ein- und Ausgabegerät ein automatisch
ablaufender Betriebszyklus in Gang gesetzt werden. Daten, die einen
gewünschten
Abgabezyklus darstellen, sind im Speicher 50 des Computers 28 gespeichert, der
wiederum Steuersignale an die Bewegungssteuereinrichtung 40 übermittelt.
Die Bewegungssteuereinrichtung 40 befiehlt der X-Y-Z-Positioniereinrichtung 24,
den Applikator 22 an die in Bezug auf das Substrat 26 erwünschten
Stellen zu bewegen. Wenn das Aufbringen einer konformen Beschichtung
auf das Substrat 26 durchgeführt werden soll, liefert die Bewegungssteuereinrichtung 40 ein
Befehlssignal an den Computer 28, der wiederum den PWM 50 für die erwünschten
Einschaltzeiten und Zykluszeiten betätigt. Während jeder Einschaltzeit liefert
der PWM 50 an das Magnetventil 140 einen Impuls,
der bewirkt, dass sich sein Zustand ändert und er der Kolbenfläche 86 (2)
einen geregelten Ventilluftdruck zuführt. Der Ventilluftdruck bewirkt,
dass die Kolbenanordnung 73 und die Nadel 92 die
Vorspannkraft der Kolbenrückholfeder 88 überwinden
und sich, in 2, nach rechts bewegen. Mit
der Bewegung wird die Nadel 92 vom Ventilsitz 96 weg
bewegt, wodurch das Nadelventil 91 für eine Dauer der Einschaltzeit geöffnet wird.
Während
das Nadelventil 91 geöffnet ist,
kann anpassungsfähiges
Beschichtungsmaterial durch einen nach unten gerichteten Fließpfad fließen, das
heißt,
einen Fließpfad
durch den Ventilsitzfließpfad 97,
die Halterung 108, die Kapillarröhre 110 und die Abgabenadel 116.
Bei vielen Anwendungsfällen
sind Beschichtungsmaterialdruck und die offene Position der Nadel
eingestellt, so dass, wenn das Nadelventil 91 geöffnet ist,
eine Menge an anpassungsfähigem
Beschichtungsmaterial aus dem Nadelventil 91 fließt, die
etwa gleich der Menge an anpassungsfähigem Beschichtungsmaterial
ist, das vor kurzem aus der Abgabenadel 116 ausgestoßen wurde.
Erreicht die Einschaltzeit ihr Ende, schaltet das Magnetventil 140 zurück in seinen
ursprünglichen Zustand
und der auf dem Luftzylinderkolben 72 lastende Ventilluftdruck
verschwindet.
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Die
Zeit zwischen zwei Impuls-Einschaltzeiten wird als Impuls-Ausschaltzeit
definiert, und während
des Impuls-Ausschaltzeitraumes bewegt die Kolbenrückholfeder 88 den
Kolben 72 und die Nadel 92 in der Ansicht nach 2 sehr
schnell nach links, bis die Nadel 92 wieder am Ventilsitz 96 angreift
und damit das Nadelventil 91 schließt und den Strom von anpassungsfähigem Beschichtungsmaterial
aus dem Nadelventil 91 beendet. Die schnelle Rücksetzaktion der
Nadel 92 erzeugt jedoch eine Druckspitze im stromabwärts gerichteten
Fließpfad,
was bewirkt, dass ein scharf umrissenes Tröpfchen anpassungsfähigen Beschichtungsmaterials
aus der Abgabenadel 116 hinausgeschleudert wird. Außerdem bewirkt die
Druckspitze eine saubere Ejektion des Tröpfchens anpassungsfähigen Beschichtungsmaterials aus
der Spitze 119 der Abgabenadel, wodurch ein Anhaften von
anpassungsfähigem
Beschichtungsmaterial an der Abgabenadel 116 im Wesentlichen verhindert
wird. Am Ende der Zykluszeit betätigt
der Computer 28 wiederum den PWM 50, um einen
Impuls für
die erwünschte
Einschaltzeit an das Magnetventil 140 zu geben.
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Der
PWM 50 stellt einen Strom oder eine Kette von Impulsen
bereit, die das Nadelventil 91 über sehr kurze Zeitspannen öffnet und
schließen, um
aus der Abgabespitze 119 Tröpfchen anpassungsfähigen Beschichtungsmaterials
auszustoßen. Die
Tröpfchen
können
nahe beieinander abgegeben werden, so dass sie ineinander fließen, um
einen Strang aus anpassungsfähigem
Beschichtungsmaterial zu bilden, und die Stränge können nah beieinander abgegeben
werden, um das anpassungsfähige Beschichtungsmaterial über einen
Bereich aufzubringen. Das Ergebnis ist ein Beschichtungssystem für konforme
Beschichtungen, mit dem anpassungsfähige Beschichtungsmaterialien
geringerer Viskosität mit
erhöhter
Genauigkeit, Präzision
und Schnelligkeit als mit bekannten Nadelventilapplikatoren auf
ein Substrat gebracht werden können.
Bei der Verwendung des PWM 50 ist es beispielsweise möglich, dass
der Applikator 22 ein anpassungsfähiges Beschichtungsmaterial
bis etwa 1 mm (0,040 Zoll) an einen nicht zu beschichtenden Bereich
heran aufbringen kann und ein Beschichtungsmaterial mit Strangbreiten
von etwa 1,2 mm (0,050 Zoll) und ausgesprochen deutlich ausgeprägten Rändern auf
das Substrat bringen kann. In einigen Anwendungsfällen kann außerdem die
Abgabespitze 119 bis auf etwa 12 mm (0,480 Zoll) über das
Substrat 26 angehoben werden, während für die Anordnung des anpassungsfähigen Beschichtungsmaterials
auf dem Substrat eine erwünschte
Genauigkeit erhalten bleibt. Eine so verbesserte Betriebsleistung
macht häufig
ein Maskieren und Entfernen von Masken überflüssig, was zu einer wesentlich
geringeren Handhabungszeit des Substrats 26 führt. Eine
auf solche Weise verbesserte Leistung ermöglicht es häufig, dass der Applikator 22 mit
größeren Geschwindigkeiten
bewegt und durch die Beschichtungszyklen geführt wird, die weniger Zeit
in Anspruch nehmen und effizienter sind als Beschichtungszyklen,
die mit bekannten Nadelventilapplikatoren durchgeführt werden.
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Zusätzlich sorgt
die sehr schnelle Impulsgebung an das Nadelventil im Beschichtungssystem
für anpassungsfähige Beschichtungen
dafür,
dass die Tröpfchen
anpassungsfähigen
Beschichtungsmaterials sauber aus der Spitze der Abgabenadel ausgestoßen werden,
wodurch ein Anhaften und/oder Aushärten von anpassungsfähigem Beschichtungsmaterial
an der Spitze 119 der Abgabenadel verhindert wird. Das
verringert erforderliche Wartung und minimiert die Möglichkeit
von Verstopfungen, während die
Genauigkeit erhalten und die Wiedereinsetzbarkeit verbessert wird.
Das Abgeben von Tröpfchen aus
dem Nadelventil 91 ergibt ein vorhersagbares und wiederholbares
Tröpfchenvolumen,
und darum kann die über
einen Bereich aufgebrachte Menge von anpassungsfähigem Beschichtungsmaterial durch
den Computer 28 und die Bewegungssteuereinrichtung 40 präzise gesteuert
werden. Die Bewegungssteuereinrichtung 40 kann dazu benutzt
werden, die Geschwindigkeit des Applikators 22 zu steuern.
Der Computer 28 kann dazu benutzt werden, den Materialstrom
durch geeignete Auswahl einer Einschaltzeit und/oder Auswahl einer
Anzahl von Zeiten zu steuern, während
der der PWM 50 das Nadelventil 91 zyklisch betätigt, während der
Applikator 22 über
einen Bereich des Substrats 26 bewegt wird. Eine solche
Betriebsmöglichkeit
verringert in starkem Maße
Abfall von anpassungsfähigem
Beschichtungsmaterial.
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Außerdem stellt
das Beschichtungssystem für
konforme Beschichtungen ein schlankes Profil für die Halterung 108,
die Haltemutter 120 und die Spitze 119 der Abgabenadel
bereit, weswegen der Applikator 22 durch schmale Abstände zwischen
Bauteilen auf einer Schaltungsplatine bei niedrigerer Abgabehöhe ermöglicht.
Dieser Aufbau optimiert die Wahlmöglichkeiten für die Abgabe
bei der Beschichtung mit Materialien geringerer Viskosität. Alle
oben genannten Merkmale machen das gezeigte und beschriebene Beschichtungssystem
für konforme
Beschichtungen besonders nützlich
für das
Aufbringen von anpassungsfähigem
Beschichtungsmaterial auf kleinere und dicht bestückte Schaltungsplatinen.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung durch die Beschreibung verschiedener Ausführungsformen dargestellt
wurde und diese Ausführungsformen ziemlich
detailliert beschrieben wurden, ist es nicht im Sinne der Anmelder,
den Bereich der beigefügten Ansprüche auf
solche Details zu beschränken
oder in irgendeiner Weise zu begrenzen. Fachleute auf diesem Gebiet
erkennen ohne Weiteres zusätzliche
Vorteile und Modifikationen. Zum Beispiel ist in den gezeigten und
beschriebenen Ausführungsbeispielen der
Zeitgeber 49 ein PWM 50. In anderen Ausführungsformen
können
jedoch andere Zeitgeberschaltkreise oder Zeitgebervorrichtungen
verwendet werden, die dem Magnetventil 140 eine Impulsfolge zukommen
lassen, bei denen die Zeit, während
der das Magnetventil 140 betätigt wird, das Nadelventil 91 offen
zu halten, einzustellen ist. Weiter ist in den Ausführungsbeispielen
der Zeitgeber 49 als getrenntes Bauteil dargestellt. In
anderen Ausführungsformen kann
der Zeitgeber 49 an jeder Stelle vorgesehen sein, die für die Konstruktion
geeignet ist. Beispielsweise kann der Zeitgeber eine getrennte programmierbare
oder nicht programmierbare Vorrichtung sein oder ein programmierbares
oder nicht programmierbares Bauteil, das in die Ein- und Ausgabeeinheit
des Computers 28 oder der Bewegungssteuereinrichtung 40 integriert
ist, oder das als Software im Computer 28 oder der Bewegungssteuereinrichtung 40 ausgeführt ist.
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In
den gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Einschaltzeit
des PWM 50 dazu benutzt, das Magnetventil 140 zu
betätigen,
um das Nadelventil 91 offen zu halten. In anderen Ausführungsformen
kann jedoch die Ausschaltzeit des PWM 50 dazu benutzt werden.
In den gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die PWM-Einschaltzeit
und Zykluszeit durch eine Bedienungsperson einzustellen und in einem
Speicher 52 gespeichert. In anderen Ausführungsformen
kann die Zykluszeit fest eingestellt und nur die Ein-Zeit zu verändern und
gespeichert sein. In wieder anderen Ausführungsformen kann lediglich
die Ausschaltzeit einzustellen und gespeichert sein, oder die Einschaltzeit und
die Ausschaltzeit können
einzustellen und gespeichert sein, oder die Ausschaltzeit und die
Zykluszeit können
einzustellen und zu benutzen sein.
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In
den gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispielen wird eine
Druckluftquelle 130 verwendet, um das Magnetventil 140 zu
betätigen
und auf den Flüssigkeitsbehälter 148 einen
geregelten Druck auszuüben.
In anderen Ausführungsformen können andere
unter Druck stehende Fluide oder Gase anstelle von Luft verwendet
werden. Während die
Ausführungsbeispiele
ein Aufbringen von anpassungsfähigem
Beschichtungsmaterial auf ein Substrat 26 beschreiben,
kann das Beschichtungssystem 10 auch dazu verwendet werden,
andere Beschichtungsmaterialien auf das Substrat 26 aufzubringen.
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In
den gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Beschichtungssystem 10 mit einer
Steuerung ausgestattet, die die Bewegungssteuereinrichtung 40 und
den Computer 28 nutzt; in anderer Ausführungsformen jedoch können die
hier diskutierten Steuerfunktionen mit der Verwendung von weniger
oder mehreren programmierbaren Steuereinrichtungen oder Steuervorrichtungen
ausgeführt werden,
die sich an unterschiedlichen Stellen befinden. Häufig erfordern
die durch den Anwendungsfall gegebenen Anforderungen und das Vorhandensein von
Resourcen bei unterschiedlichen Anwendungsorten verschiedene Ausgestaltungen
der Steuerung.
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In
den gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispielen wird eine
Rückholfeder 88 dazu
verwendet, das Nadelventil 88 zu schließen; in einer alternativen
Ausführungsform
kann der Luftzylinder 62 jedoch ein zweifach wirkender
Zylinder sein und seine Betätigung
kann die Nadel 92 in eine geschlossene Stellung bewegen.
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Die
Erfindung ist darum im weitesten Sinne nicht auf die gezeigten und
beschriebenen Details des spezifischen Transportfernüberwachungssystems
beschränkt.
Folglich können
Abweichungen von den hier beschriebenen Einzelheiten vorgenommen
werden, ohne sich vom Geist und Bereich der nachfolgenden Ansprüche zu entfernen.