DE10251619B3

DE10251619B3 - Dosierventil zum Beschichten von Bauteilen

Info

Publication number: DE10251619B3
Application number: DE10251619A
Authority: DE
Inventors: Anton Brunner; Michael Auburger
Original assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Current assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2022-11-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dosierventil zum Beschichten von Bauteilen, insbesondere elektronischen Bauteilen mit viskosen Materialien, die kornartige Füllstoffe enthalten, wobei das Dosierventil mindestens eine Dosiereinheit (1) mit mindestens einer Ventileinheit (2) und mindestens einer mit mindestens einer Düse (4) versehenen Verteilerplatte (3) aufweist, wobei in der mindestens einen Ventileinheit (2) Laufbuchsen (11, 12) zur Aufnahme mindestens eines verschiebbaren Einlassschiebers (9) und mindestens eines verschiebbaren Auslassschiebers mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dosierventil zum Beschichten von Bauteilen, insbesondere elektronischen Bauteilen mit viskosen Materialien, die kornartige Füllstoffe enthalten können, wobei das Dosierventil mindestens eine Dosiereinheit mit mindestens einer Ventileinheit und mindestens einer mit mindestens einer Düse versehenen Verteilerplatte aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Dosierventile werden häufig zum Beschichten von Halbleiterchips verwendet, die in Smart Cards eingesetzt sind, wobei die Smart Cards zuvor mit den Halbleiterchips bestückt werden. Nach einer fortlaufenden Bestückung der auf einem Transportband sich fortbewegenden Smart Cards in einer dafür vorgesehenen Vorrichtung mit hohem Durchsatz muß eine sehr geringe, genau definierte Menge an Beschichtungsmaterial auf die einzelnen Chips schnell aufgetragen werden. Das Beschichtungsmaterial besteht hierbei aus hoch- und/oder niederviskosen Stoffen, die bereits mit einem Härtermaterial versehen sind und zusätzlich zu der Vermischung mit kornartigen Füllstoffen, die abrasiv sein können, mit Glasfasern versetzt werden können.

Aufgrund der schnellen Aufbringung von genau portioniertem Beschichtungsmaterial auf die Halbleiterchips sind hohe Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit und Reproduzierbarkeit an ein Dosierventil mit mindestens einer Dosiereinheit gestellt.

DE 39 22 660 C2 zeigt eine Mehrfach-Dosiervorrichtung für flüssige oder viskose Stoffe, bei der jede Dosierstelle für das Zu- und Abführen eines vorbestimmten Dosiervolumens einen Einlass- und Auslasskanal aufweist, der jeweils über ein Membranventil gesteuert wird. Derartige Membranventile zum Schließen und Öffnen der materialführenden Kanäle haben eine Verdrängung des Materials während des Öffnungs- und Schließvorgangs zur Folge. Eine derartige Verdrängung des Beschichtungsmaterials wirkt sich auf die Genauigkeit der in geringen Mengen zu portionierenden Materialmengen aus.

Zudem führt die dauerhafte Verwendung eines mit Glasfaser vermischten Beschichtungsmaterials in Verbindung mit Membranventilen zu einer Beschädigung derjenigen. Glasfasergemischte Beschichtungsmaterialien neigen im übrigen dazu, materialführende Kanäle zu verblocken bzw. zu verstopfen. Eine derartige Gefahr besteht bei in Verbindung mit Membranventilen häufig verwendeten Kanalwindungen und scharfen Innenkanten der Kanäle. Die dadurch bedingten starken Umlenkungen des innerhalb der Kanäle vorhandenen Materialstroms haben nicht nur die Erzeugung von Luftpolstern in materialströmungsruhigeren Bereichen, sondern auch eine Ablagerung des Materials im Bereich der scharfen Kanten und Materialumlenkungen zur Folge.

DE 100 18 291 A1 zeigt eine Dosiervorrichtung zum Beschichten von Halbleiterchips, bei der die einzelnen Dosiereinheiten als Plattenschieberventile mit einem oberseitigen Einlassschieber und einem unterseitigen Auslassschieber sowie einer zwischen den Schiebern angeordneten Zwischenplatte zur Aufnahme des dosierten Materials ausgebildet sind. Die plattenförmigen Schieber werden zum Öffnen und Schließen des in der Zwischenplatte angeordneten materialführenden Kanals hin und her verschoben, wobei eine Druckplatte mit einem Spannmodul auf die plattenförmigen Schieber in senkrechter Richtung zu der Schieberichtung einwirkt, um die notwendige Dichtheit zwischen den Plattenschiebern und den zu verschließenden materialführenden Kanälen sicherzustellen. Derartige druckbeaufschlagte Plattenschieber weisen trotz der Druckbeaufschlagung die Gefahr der Undichtheit auf, da bei Verwendung von Beschichtungsmaterialien mit kornartigen Füllstoffen, die in der Regel eine hohe Abrasivität als Eigenschaft haben, ein Abtragen und ein dadurch bedingter Verschleiß der plattenförmigen Schieber stattfindet. Bedingt durch den Verschleiß ist nach einer bestimmten Betriebsstundenanzahl das Austauschen und/oder Nacharbeiten der plattenfönrigen Schieber und weiterer Dosiereinheitenteile notwendig, wodurch zusätzliche Kosten entstehen.

Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Dosierventil zum Beschichten von Bauteilen zur Verfügung zu stellen, dessen mindestens eine Dosiereinheit eine hohe Lebensdauer selbst bei häufiger Benutzung unter Beibehaltung einer hohen Dosiergenauigkeit und ohne Ablagerung des Beschichtungsmaterials ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass bei einem Dosierventil zum Beschichten von Bauteilen, insbesondere elektronischen Bauteilen mit viskosen Materialien, die kornartige Füllstoffe enthalten, wobei das Dosierventil mindestens eine Dosiereinheit mit mindestens einer Ventileinheit und mindestens einer mit mindestens einer Düse versehenen Verteilerplatte aufweist, in der Ventileinheit Laufbuchsen zur Aufnahme mindestens, eines verschiebbaren Einlassschiebers und mindestens eines verschiebbaren Auslassschiebers mit jeweils kreisförmigen Querschnitt angeordnet sind. Durch die Anordnung eines rundstabartigen Schiebers mit einer darin versehenen Bohrung zum Verbinden verschiedener innerhalb der Ventileinheit angeordneten Kanalabschnitte eines materialführenden Kanals ist die Ausbildung der die rundstabartig ausgebildeten Schieber aufnehmenden Laufbuchsen innerhalb der Ventileinheit möglich. Auf diese Weise kann bei Verwendung eines entsprechend harten Materials für die Laufbuchse und den darin verschiebbaren Schieber ein vorzeitiger Verschleiß der gesamten Dosiereinheit, der beispielsweise aufgrund der Verwendung von Körnern mit abrasiven Eigenschaften auftreten kann, vermieden werden.

Zudem ist die Herstellung einer derartigen Dosiereinheit durch die Anordnung der Laufbuchsen in zuvor ausgebildeten Bohrungen innerhalb der Ventileinheit einfach und kostengünstig durchzuführen, ohne dass zusätzliche Elemente, wie beispielsweise eine Druckplatte, für die zwingend erforderliche Dichtheit der Dosiereinheit notwendig sind.

Selbst wenn eine Laufbuchse oder ein darin verlaufender rundstabartiger Schieber Verschleißstellen aufzeigen sollte, ist ein Austauschen dieser Teile aufgrund ihrer Ausbildung als separate Konstruktionsteile innerhalb der Ventileinheit möglich. Hierdurch erübrigt sich das Austauschen der gesamten Dosiereinheit, wodurch hohe Kosten entstehen würden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kreuzen die Laufbuchsen mit den verschiebbaren Einlass- und Auslassschiebern in ihrer Längsausdehnung den innerhalb der Ventileinheit ausgebildeten materialführenden Kanal in senkrechter Richtung zu dessen Verlauf, so dass die horizontal angeordneten Schieber von links nach rechts oder vice versa geschoben werden müssen, um die Kanalabschnitte des Kanals mittels der in den Schieber angebrachten Bohrungen zu verbinden oder voneinander zu trennen. Für eine genaue Positionierung der in den Schiebern angeordneten Bohrungen zwischen den Kanalabschnitten weisen stirnseitige Enden der rundstabartig ausgebildeten Schieber Anschlagselemente auf, die in Zusammenwirkung mit ventileinheitenseitig vorgesehenen Anschlagsflächen ein genaues Einstellen einer Schiebeposition der Schieber ermöglichen.

Alternativ können die verschiebbaren Einlass- und Auslassschieber jeweils statt einer Bohrung eine die rundstabartigen Schieber umlaufende Nut aufweisen, die zu einer Verringerung des Durchmessers der Schieber im Bereich der Nut führt. Aufgrund dieser Durchmesserverringerung findet ein Materialfluss durch die Nuten hindurch im Außenrandbereich der rundstabartigen Schieber statt.

Ein zwischen den Schiebern vorhandener Kanalabschnitt des materialführenden Kanals ist mit mindestens einem materialführbaren Kolbenkanal zur Aufnahme mindestens eines verschiebbaren Dosierkolbens verbunden. Ein derartiger Dosierkolben dient dazu, bei geschlossenem Einlassschieber und geöffnetem Auslassschieber eine dosierte Materialmenge über die Düse, die in der Verteilerplatte an dem unterseitigen Ausgang der Ventileinheit angeordnet ist, auf den Chip zu übertragen. Sobald die dosierte Menge an die Dosiereinheit abgegeben worden ist, wird der rundstabartige Auslassschieber geschlossen und der Einlassschieber geöffnet, um durch seine Bohrung über den materialführenden Kanal neues Material der Ventileinheit zukommen zu lassen.

Der Dosierkolben kann in Abhängigkeit von den Anforderungen an die spätere Beschichtungsfläche und dem Beschichtungsmaterial durch elektronische und mechanische Ansteuerung einer Steuereinrichtung unterschiedlich schnell und unterschiedlich weit ein- und ausgefahren werden, um eine optimale Dosiergenauigkeit zu erreichen.

Vorteilhafterweise ist der Dosierkolben mittels eines Motors angetrieben, wobei die Ansteuerung derart ausgelegt ist, dass ein Ausgleich zu verschiedenen Komprimierungsstufen des in den materialführenden Kanälen sich befindenden Materials möglich ist. Eine Komprimierung des Materials findet während seiner Zuführung in dem materialführenden Kanal der Ventileinheit und dem Kolbenkanal statt, da das Material bei geschlossenem Auslassschieber unter Druck zugeführt wird. Würde die Ansteuerung des Dosierkolbens die Komprimierungsstufe des Beschichtungsmaterials nicht berücksichtigen, so bestünde die Gefahr einer Tropfenbildung und einer zu großen Materialabgabe während des Beschichtungsvorganges.

Zur Vermeidung von Lufteinschlüssen innerhalb der Kanäle und eines Ablagerungsvorganges des Beschichtungsmaterials sind die Kanäle und deren Kanalabschnitte möglichst geradlinig verlaufend und bei einer notwendigen Umlenkung des Materialstroms derart ausgebildet, dass eine Materialstromumlenkung von höchstens 90° stattfindet. Auf diese Weise wird eine Verblockung bzw. Verstopfung der Kanäle aufgrund der darin enthaltenen kornartigen Füllstoffe und eventuell zusätzlich zugegebener Glasfasern vermieden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die Laufbuchsen und der Dosierkolben aus einem Hartmetall, wohingegen die Einlass- und Auslassschieber aus metallbeschichtetem Stahl zusammengesetzt sind.

Eine weitere Einrichtung steuert Betätigungselemente zum Verschieben des Einlass- und Auslassschiebers derart an, dass ein zeitversetztes Verschieben des Einlassschiebers und des Auslassschiebers möglich ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten ergeben sich der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Hierbei zeigt die einzige Figur eine Querschnittsansicht einer Dosiereinheit der Mehrfach-Dosiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die in der Figur gezeigte Dosiereinheit 1 setzt sich aus einer Ventileinheit 2, einer Verteilerplatte 3 und einer in der Verteilerplatte angeordneten Ausgangsdüse 4 zusammen.
Über die Ausgangsdüse 4 wird ein Beschichtungsmaterial auf einen mit einer Smart Card verbundenen Chip aufgetragen, wie es durch den Pfeil 5 angedeutet wird.
Ein Pfeil 6 deutet die Zuführung von Beschichtungsmaterial über ein zylinderartig ausgebildetes an der Oberseite der Ventileinheit 2 angebrachtes Zuführteil 7 an. Das Beschichtungsmaterial wird in einem materialführenden Kanal 8, der sich innerhalb der Ventileinheit von oben nach unten erstreckt, eingeführt.
In der Ventileinheit ist ein rundstabartig ausgebildeter Einlassschieber 9 und ein rundstabartig ausgebildeter Auslassschieber 10 horizontal verlaufend angeordnet. Die Schieber sind innerhalb Laufbuchsen 11 und 12 verschiebbar gelagert. Die Schieberichtung wird durch die Pfeile 13 und 14 angedeutet.
An den stirnseitigen Enden der Einlass- und Auslassschieber 9, 10 mit kreisförmigem Querschnitt sind Anschlagselemente 15, 16, 17 und 18 angebracht, welche die Position der Schieber festlegen.
Zum Verbinden einzelner Kanalabschnitte 8a, 8b und 8c des materialführenden Kanals 8 weisen die Schieber senkrecht verlaufende Bohrungen 19 und 20 auf, die bei einer Öffnungsstellung der Schieber ein Durchlaufen des hoch- und niedrigviskosen Materials mit kornartigen Füllstoffen zulässt, ohne dass die Gefahr einer Verblockung besteht.
Mit dem Kanalabschnitt 8b ist in einem rechten Winkel ein Kolbenkanal 8d verbunden, der einen darin verschiebbaren Dosierkolben 21, dessen Schieberichtung durch den Pfeil 22 angedeutet wird, aufnimmt.
Der Funktionsablauf der Dosiereinheit ist wie folgt:
Vor dem Auftragen des Beschichtungsmaterials auf den Chip wird die Ventileinheit über eine materialführende Versorgungsleitung mit Beschichtungsmaterial befällt, wie es durch den Pfeil 6 angedeutet wird.
Zum Befüllen der Ventileinheit 2 wird der rundstabartige Einlassschieber in eine Öffnungsstellung derart gebracht, dass die Bohrung 19 die Kanalabschnitte 8a und 8b miteinander verbindet. Zeitgleich ist der Auslassschieber 10 in einer Schließstellung, d. h. er trennt den Kanalabschnitt 8b von dem Kanalabschnitt 8c durch eine Verschiebung nach rechts.
Während des Befüllungsvorganges ist der Dosierkolben 21 zurückgefahren, so dass in den Kolbenkanal 8d ebenso Beschichtungsmaterial eingeführt wird.
Anschließend wird zum dosierten Auftragen einer vorbestimmten Materialmenge zunächst der Einlassschieber 9 in seine Schließstellung gebracht (Verschiebung nach rechts) und der Auslassschieber 10 in seine Öffnungsstellung gebracht (Verschiebung nach links).
Nun wird der Dosierkolben mittels einer Steuereinrichtung und einer vorgewählten Geschwindigkeit solange nach links verschoben, bis die gewünschte Dosiermenge an Beschichtungsmaterial aus der Düse 4 dispensiert wurde.
Anschließend wird der Auslassschieber 10 wieder geschlossen (Verschiebung nach links) und der Einlassschieber 9 in seine Öffnungsstellung gebracht, um eine erneute Befüllung der Ventileinheit 2 durchzuführen.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des vorstehend ausgeführten und beschriebenen Ausführungsbeispiels beschrieben worden ist, sind Modifikationen und Veränderungen im Rahmen des Schutzumfanges der Patentansprüche möglich. Das Dosierventil kann beispielsweise mehrfach innerhalb einer Mehrfach-Dosiervorrichtung hinter- und/oder nebeneinander angeordnet sein.

1: Dosiereinheit
2: Ventileinheit
3: Verteilerplatte
4: Düse
5: austretendes Beschichtungsmaterial
6: zugeführtes Beschichtungsmaterial
7: Zuführteil
8: materialführender Kanal
8a, 8b, 8c: Kanalabschnitte
8d: Kolbenkanal
9: Einlassschieber mit kreisförmigem Querschnitt
10: Auslassschieber mit kreisförmigem Querschnitt
11, 12: Laufbuchsen
13, 14: Verschieberichtungen
15, 16, 17, 18: Anschlagselemente
19, 20: Bohrungen
21: Dosierkolben
22: Verschieberichtung des Dosierkolbens
23: Spalt zwischen Laufbuchse und Schieber

Claims

Dosierventil zum Beschichten von Bauteilen, insbesondere elektronischen Bauteilen, mit viskosen Materialien, die kornartige Füllstoffe enthalten können, wobei das Dosierventil mindestens eine Dosiereinheit (1) mit mindestens einer Ventileinheit (2) und mindestens einer mit mindestens einer Düse (4) versehenen Verteilerplatte (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der mindestens einen Ventileinheit (2) Laufbuchsen (11, 12) zur Aufnahme mindestens eines verschiebbaren Einlassschiebers (9) und mindestens eines verschiebbaren Auslassschiebers (10) mit jeweils kreisförmigem Querschnitt angeordnet sind, wobei die Einlass- und Auslassschieber (9, 10) und die Laufbuchsen (11, 12) mit Aussparungen in ihrer Längsausdehnung einen materialführenden Kanal (8) kreuzen.
Dosierventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbuchsen (11, 12) und die Einlass- und Auslassschieber (9, 10) in ihrer Längsausdehnung den materialführenden Kanal (8) in senkrechter Richtung zu dessen Verlauf kreuzen.
Dosierventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlass- und Auslassschieber (9, 10) Bohrungen (19, 20) oder Nuten zur wahlweisen Verbindung von Abschnitten (8a, 8b, 8c) des materialführenden Kanals (8) durch Verschieben der Einlass- und Auslassschieber (9, 10) aufweisen.
Dosierventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen dem Einlass- und Auslassschieber (9, 10) angeordnete Kanalabschnitt (8b) mit mindestens einem materialführbaren Kolbenkanal (8d) zur Aufnahme mindestens eines verschiebbaren Dosierkolbens (21) verbunden ist.
Dosierventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen des Kolbenkanals (8d) und des Kanalabschnitts (8b) einen Winkel einschließend derart angeordnet sind, dass eine Materialstromumlenkung von höchstens 90° während eines Dosiervorgangs stattfindet.
Dosierventil nach einem der Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlass- und Auslassschieber (9, 10) an ihren stirnseitigen Enden Anschlagselemente (15, 16, 17, 18) aufweisen, mittels welchen die Einlass- und Auslassschieber (9, 10) in eine kanalabschnittsverbindende und eine kanalabschnittstrennende Schiebestellung positionierbar sind.
Dosierventil nach einem der Ansprüche 3–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (Kanal 8, Kolbenkanal 8d) und die Kanalabschnitte (8a, 8b, 8c) strömungstechnisch derart optimiert ausgeformt sind, dass eine Verblockung der Kanäle und der Kanalabschnitte (8a, 8b, 8c) durch ein Material vermieden wird.
Dosierventil nach einem der Ansprüche 4–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbuchsen (11, 12) und der Dosierkolben (21) aus einem Hartmetall bestehen.
Dosierventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlass- und Auslassschieber (9, 10) aus einem metallbeschichteten Stahl bestehen.
Dosierventil nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlass- und Auslassschieber (9, 10) jeweils mit einem Betätigungselement verbunden sind, wobei die Betätigungselemente mittels einer Steuereinrichtung zum Verschieben des Einlassschiebers (9) zeitversetzt zu dem Auslassschieber (10) ansteuerbar sind.