DE3725143A1 - Vorrichtung zum abgeben eines vorgegebenen volumens eines pastoesen fluids - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abgeben einer kleinen Menge eines pastösen Fluids aus einer Düse und insbesondere die genaue und regelbare Abgabe eines vorgegebenen Volumens eines pastösen Fluids.

Beim Ausbilden des dicken Films eines integrierten Schaltkreises auf einem Aluminiumsubstrat oder einem hitzebeständigen Keramiksubstrat wird zunächst durch ein Maskierungsverfahren die elektrisch leitende Paste aufgetragen und dann bei hoher Temperatur gebrannt, und in einem nächsten Schritt wird die Widerstandspaste durch ein Maskierungsverfahren aufgebracht und bei hoher Temperatur gebrannt, und ein solches Verfahren zur Herstellung eines Hybrids eines integrierten Schaltkreises (IC) ist bekannt.

Ein solches konventionelles Verfahren zur Herstellung eines IC-Hybrids ist für die Großproduktion geeignet, jedoch muß immer eine Maskierungsmaske hergestellt werden, wenn die Ausführung des Schaltkreises geändert wird, und in einigen Fällen muß die Größe des Substrats geändert werden. Deshalb ist das konventionelle Ver­ fahren nicht günstig, wenn Produktreihen spezieller Schaltkreise in kleinen Mengen hergestellt werden müssen. Außerdem erfordert es sehr viel Zeit, den Prototyp zu entwickeln und bewirkt eine verzögerte Aus­ lieferung.

Kürzlich wurde eine Abgabe der Flüssigkeit durch programmierte Computersteuerung vorgeschlagen. Nach diesem Vorschlag wird die Paste aus der Düse durch die Information des entworfenen Schaltkreises derart abge­ geben, daß der Schaltkreis direkt und frei dargestellt wird und kleine Abgabemengen verwirklicht werden können.

Aber gemäß diesem Vorschlag ist es sehr schwierig, auch bei immer gleichgehaltenem Luftdruck bestimmte kleine Mengen an Paste abzugeben, da die Abhängigkeit zwischen Viskosität und Temperatur der Paste einer Exponential­ funktion folgt und das abgegebene Volumen durch den Luftdruck und die innere Fließreibung beeinflußt wird. Außerdem gibt es eine Zeitverzögerung zwischen dem Luftsignal und dem abgegebenen Volumen, und die Zeit­ einstellung ist schwierig zu steuern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vor­ richtung zur Abgabe eines vorgegebenen Volumens einer Paste unabhängig von der Viskosität des Düsenaufbaus usw., zu schaffen. Außerdem soll das Gewicht der Kolben- Antriebsvorrichtung so verringert werden, daß die senkrechte Geschwindigkeit der Düse vergrößert wird und die Produktivität des IC-Hybrids erhöht wird. Dabei soll eine wartungsfreie Vorrichtung zur Abgabe einer vorgegebenen Menge eines pastösen Fluids geschaffen werden.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der vorliegenden Er­ findung durch eine Vorrichtung zum Abgeben eines vorge­ gebenen Volumens einer Paste, bestehend aus einem Düsenhalter, in dem ein Kolben und eine Düse vereinigt sind, eine Antriebsvorrichtung für den Düsenkolben, der den Kolben mit einem Differentialmotor antreibt, und eine vertikale Antriebsvorrichtung für den Düsenhalter.

Die folgenden Zeichnungen erläutern die Erfindung. Hierin zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer konventionellen Vorrichtung zum Abgeben eines vorgegebenen Volumens eines pastenartigen Fluids;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer er­ findungsgemäßen Vorrichtung zum Abgeben eines vorgegebenen Volumens eines pastenartigen Fluids;

Fig. 3 eine Ansicht eines Differential- Getriebes der vorliegenden Er­ findung;

Fig. 4 eine Seitenansicht der weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Differential­ Getriebesystems der vorliegenden Erfindung

Fig. 6 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 7 eine Schnittansicht des Düsen­ körpers gemäß der vorliegenden Er­ findung.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer bekannten Vorrichtung zum Abgeben eines vorgegebenen Volumens eines pasten­ artigen Fluids bzw. einer pastenartigen Flüssigkeit. Mit einem Motor (nicht gezeigt) ist ein Kugelschrauben­ schaft 1 verbunden. Der Kugelschraubenschaft 1 ist mit einer Balanciermutter 2 a ausgerüstet und an der Balanciermutter 2 a ist ein Düsenhalter 2 befestigt. Eine Düse 3 ist am Düsenhalter 2 befestigt. Die Düse 3 wird mit der Paste 4 beschickt. Auf der oberen Fläche der Paste 4 ist ein Schwimmer 5 plaziert. Zwischen dem Schwimmer 5 und der Innenwand der Düse 3 ist ein O-Ring 5 a so eingefügt, daß der Schwimmer 5 als Kolben wirkt, der die Paste 4 ausdrückt. Die obere Öffnung der Düse 3 wird durch eine Verschlußkappe 6 bedeckt. ln den oberen Leerraum 3 a der Düse 3 ist über ein Verbindungs­ stück 7 ein flexibler Schlauch A geführt und durch den flexiblen Schacht 8 wird Luft in den Hohlraum 3 a geführt. Auf eine Platte 10 ist ein Substrat 9 ange­ bracht und die Platte 10 wird durch einen X-Y-Antrieb (nicht gezeigt), der durch Programme gesteuert wird, bewegt. Dadurch wird die Düse 3 durch Drehung des Kugelschraubenschafts 1 vertikal bewegt. Die durch den flexiblen Schlauch 8 geführte Luft betätigt den Schwimmer 5 und dementsprechend wird eine kleine Menge der Paste 4 durch die Düsenöffnung 3 b auf das Substrat 9 gegeben.

Das Substrat 9 wird in der X-Y-Richtung der Platte 10 bewegung und dadurch wird der dicke Film des integrierten Schaltkreises auf dem Substrat 9 gebildet.

Nach diesem bekannten Verfahren ist es sehr schwer, ein vorgegebenes Volumen einer Paste sehr genau abzugeben, da die Abgabe des Volumens der Paste durch viele Funktionen gesteuert wird, beispielsweise durch die Viskosität, die sich exponentiell mit der Temperatur, Luftdruck, Luftdruckabfall infolge der Fließreibung, die Konfiguration der Düsenöffnung, usw. ändert. Deshalb ist die Steuerung des Abgabevolumens durch Luftdruck sehr schwierig. Außerdem gibt es eine Zeit­ verzögerung zwischen dem Luftdrucksignal und der Ab­ gabewirkung, und diese Zeitsteuerung ist sehr problematisch.

Die Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Abgabe eines vorgegebenen Volumens eines pastösen Fluids gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Rahmen 11 trägt einen Motor 12, der die Düse vertikal bewegt. Eine Kupplung ist mit der Motorwelle 12 verbunden und mit der Kupplung 13 ist ein Kugelschraubenschaft 14 verbunden. Eine Balanciermutter 15 a, die am Düsenhalter angebracht. Führungshalter 15 b des Düsenhalters 15 gleiten auf einer Führung 11 a derartig, daß der Düsen­ halter 15 vertikal entlang der Führung 11 bewegbar ist. Eine Kolben-Antriebsvorrichtung 16, bestehend aus einem Kolben-Antriebsmotor 16 a und einem Differential-Getriebe 16 b ist an dem Düsenhalter 15 befestigt. Eine Antriebswelle 16 c des Kolben-Antriebsmotors 16 a verbindet ein Kugelschraubenschaft 18 über eine Kupplung 17. Eine Balanciermutter 19 a, die an der Kolben-Antriebsvor­ richtung 19 befestigt ist, ist auf dem Kugelschrauben­ schaft 18 angebracht.

Eine an der Kolben-Antriebsvorrichtung 19 angebrachte Führung 19 b ist passend auf eine Führung 15 c derart an­ gebracht, daß die Kolben-Antriebsvorrichtung 19 vertikal entlang der Führung 15 c bewegbar ist. Ein Druckteil 19 c des unteren Teils der Kolben-Antriebsvor­ richtung 19 greift über eine flexible Kupplung 20 an dem Kolben 21 eine Düse 22 ein. Die Düse 22 wird durch einen Hebel 23 fest in den Düsenhalter 15 geführt. Ein Substrat 24 ist auf einer Platte 25 plaziert, die durch einen X-Y-Antrieb (nicht gezeigt) in der X-Y-Richtung bewegt werden kann. Wenn der Motor 12 in Bewegung ge­ setzt wird, dreht sich mit der Kupplung 13 der Kugel­ schraubenschaft 14, und entsprechend bewegt sich der Düsenhalter in der durch den Pfeil "Z" dargestellten Richtung. Wenn der Kolben-Antriebsmotor 16 a in Drehung versetzt wird, treibt die Antriebswelle 16 c über die Kupplung 17 die Kugelschraube 18 an, und entsprechend bewegt sich die Kolben-Antriebsvorrichtung 19 in der durch den Pfeil "B" dargestellten Richtung und betätigt über die flexible Kupplung 20 den Kolben 21. Dadurch wird die in der Düse 22 befindliche Paste 26 über die Düse 22 abgegeben. Das Differential-Getriebe 16 b am Kolben-Antriebsmotor 16 a (Stufenmotor oder Gleichstrom­ motor) ermöglicht es, mit der Kolben-Antriebsvor­ richtung jeweils kleine Mengen der Paste aufzubringen.

Die Fig. 3 zeigt das Differentialgetriebe 16 b, be­ stehend aus einem Wellengenerator 27, einer Flex-Keil­ welle 28 und einer Circular-Keilwelle 29. Ein solches Differential-Getriebe wird auch "harmonischer Antrieb" genannt. Wenn der Wellengenerator 27 in Drehung ver­ setzt wird, wird der Randteil der Flex-Keilwelle 28 elastisch deformiert und der Eingriffspunkt des Ge­ triebes an den Zähnen der Circular-Keilwelle 29 ver­ lagert sich schrittweise. Wenn der Wellengenerator 27 eine Drehung im Uhrzeigersinn beendet hat, hat sich die Flex-Keilwelle 28 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wo­ bei die Drehung der Differenz der Zahnanzahl äquivalent ist. Wenn die Zahl der Zähne der Flex-Keilwelle 28 gegenüber der Zahl der Zähne der Circular-Keilwelle 29 eine Differenz von weniger als 2 aufweist, wird die Flex-Keilwelle 28 gegenüber der Drehrichtung des Wellengenerators 27 in entgegengesetzter Richtung ge­ dreht und die Drehung ist dem Zweizahnabstand der Circular-Keilwelle 29 äquivalent.

Auf diese Weise ist dieser Typ einer Differential-Ge­ triebevorrichtung, der sogenannte harmonische Antrieb, sehr vorteilhaft zur Erzielung eines hohen Geschwindig­ keitsübersetzungsverhältnisses (normalerweise 1/80 bis 1/320), und er kann sehr präzise und von leichter Bau­ art ausgeführt werden. Auf diese Weise kann das Ge­ wicht der Kolben-Antriebsvorrichtung 16 innerhalb etwa 300 g gehalten werden, so daß die vertikale Bewegung der Düse 22 beschleunigt werden kann, was zu einer Produktivitätserhöhung führt. Wenn ein Fünfphasen-Stufenmotor mit einem Kugelschraubenschaft eine Steigung von 4 mm kombiniert wird, wird eine Kolbenbewegung von 0,02 µm pro Impuls erhalten. Da ein Fünfphasen-Stufenmotor bei 100 Impulsen um 0,18° fort­ schreitet, wird bei einer Kugelschraube eine Steigung von 4 mm die folgende Kolbenbewegung erhalten:

Wenn ein Gleichstrom-Servomotor verwendet wird, wird etwa die gleiche Bewegung pro Impuls erhalten.

Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Er­ findung. Die Kolben-Antriebsvorrichtung 16 ist auf einem Rahmen 11 angebracht, und eine Motorwelle 16 ist über eine Kupplung 17 mit einem Wellenschaft 30 ver­ bunden, wobei der Wellenschaft 30 in dem Rahmen 11 mit Lagerungen drehbar gelagert ist. An dem Kugelschrauben­ schaft 18 ist ein Röhrenteil 32 befestigt, in das ein Wellenbuchsenteil 31 eingelassen und mit einem Keil befestigt ist. Wenn dementsprechend der Wellenschaft 30 in Drehung versetzt wird, dreht sich der Kugel­ schraubenschaft 18, und wenn der Kugelschraubenschaft 18 dadurch angehoben wird, daß der Düsenhalter durch die Rotation des Kugelschraubenschaftes 14 angehoben wird, gleitet das Röhrenteil 32 entlang dem Wellen­ schaft 30 nach oben. Der Kugelschraubenschaft 18 wird durch den Wellenschaft 30 gedreht, während der Kugel­ schraubenschaft 18 vertikal entlang dem Wellenschaft 30 gleitet. Somit bewirkt eine Drehbewegung der Kolben-Antriebsvorrichtung 16, daß der Kolben 21 sich sehr langsam abwärts bewegt, wodurch eine kleine Menge der Paste aus der Düsenöffnung 26 abgegeben wird.

Somit wird die vertikale Bewegung des Düsenhalters 15 durch den Motor 12, den Kugelschraubenschaft 14, und die Balanciermutter 15 kompensiert, wodurch die Position des Kugelschraubenschaftes 18 gegenüber der Düse 22 konstant gehalten wird. Somit nimmt das gesamte Gewicht der Kolben-Antriebsvorrichtung 16 nicht an der vertikalen Bewegung der Düse teil.

Die Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung bezüglich der Kolben-Antriebsvor­ richtung 16, bestehend aus dem Motor 16 a und dem Differential-Getriebe 16 b. Wie der Fig. 5 entnehmbar ist, dreht sich bei einer Drehung des Motors die Steck­ welle 33, wodurch sich die Schraubenkörper-Buchse 34 vertikal bewegt. Gleichzeitig überträgt der Motor 16 a die Drehbewegung über die Zahnräder Z ₁-Z ₂-Z ₄-Z ₃ auf die Schraubenkörper-Buchse 34. Wenn die Rotation der Schraubenkörper-Buchse 34 annähernd gleich der Rotation der Steckwelle 33 ist, bewegt sich die Schraubenkörper- Buchse in geringem Ausmaß vertikal. Wenn die Steigung der Schrauben-Steckwelle 33 3 mm beträgt, und das Dreh­ verhältnis der Schrauben-Steckwelle 33 zur Schrauben­ körper-Buchse 34 0,99 beträgt, bewegt sich die Schraubenkörper-Buchse 34 bei einer Umdrehung der Steckwelle 33 um 0,03 mm, wie die folgende Formel zeigt:

3 × (1-0,99) = 0,03 mm
- Bewegung bei einer Steckwelle 33

Die Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung. Ein Vergleich der Fig. 6 mit der Fig. 4 zeigt, daß in Fig. 6 der Wellenschaft 30, der Wellenbuchsenteil 31 und der Röhrenteil 32 weggelassen sind. In Fig. 6 ist die Antriebswelle 16 c der Kolben- Antriebsvorrichtung 16 über die Kupplung 17 mit dem Kugelschraubenschaft 18 verbunden. Wenn die Düse 22 durch Drehung des Motors 12 angehoben wird, dreht sich der Kolben-Antriebsmotor 16 a simultan, so daß die Auf­ wärtsbewegung der Düse 22 durch die Aufwärtsbewegung der Kolben-Antriebsvorrichtung 19 kompensiert wird. Die elektrischen Schaltkreise für den Motor 12 und den Kolben-Antriebsmotor sind synchronisiert, um die oben erwähnte Kompensationswirkung zu ermöglichen. Diese elektrische Kompensation der Bewegungen des Motors 12 a und des Kolben-Antriebmotors 16 a ermöglicht es, auf mechanische Teile für die Kompensation zu verzichten.

Die Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht der Düse 22. Ein Düsenteil 22 a ist am Ende eines Düsenröhrenteils 22 b durch einen eingeschraubten Düsenschraubverschluß 22 befestigt. Um ein Austreten der Paste zu vermeiden, ist eine Dichtung 22 d zwischen dem Düsenteil 22 a und dem Düsenrohrteil 22 b eingeführt. Am anderen Ende des Düsenrohrteils 22 b ist ein oberer Verschluß 22 e in das Düsenrohrteil 22 b eingeschraubt. Ein Kolben 21 ist durch den oberen Verschluß 22 e geführt. Zwischen dem oberen Verschluß 22 e und dem Düsenrohrteil 22 b ist ein O-Ring 22 f eingefügt, und ein O-Ring 22 g ist zwischen dem Kolben 21 und dem oberen Verschluß 22 e eingesetzt, um eine Dichtung für die Paste zu bewirken. Zwischen dem Düsenrohrteil 22 b und dem Kolben 21 ist ein Fluid- Umführungsraum 22 h vorgesehen.

Bei dieser Ausführungsform wird die Kolben-Antriebs­ vorrichtung 19 langsam dadurch abwärts geführt, das der Antriebsschaft 16 c über das Differential-Getriebe 16 b in Drehung versetzt wird, wodurch unabhängig von der Pastenviskosität, dem Düsendurchmesser, der Düsenlänge und der Ausgestaltung der Düsenöffnung die Paste 26 genau abgegeben wird und außerdem eine Zeitverzögerung zwischen dem Luftsignal und der Abgabewirkung infolge der Kompressibilität der Luft vermieden wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Gewichtsver­ minderung der Kolben-Antriebsvorrichtung, so daß die vertikale Bewegung der Düse schneller stattfinden kann und die Wartung des Kolbens und der Düse erleichtert werden. Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind möglich, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen und die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Aus­ führungsformen beschränkt.

Eine Kolben-Antriebsvorrichtung zum Abgeben eines vorgegebenen kleinen Volumens aus einer Düse in Ab­ hängigkeit von einem elektrischen Signal ohne Zeitver­ zögerung wird durch die langsame Rotation eines Kugel­ schraubenschaftes ermöglicht, wobei die Rotation durch ein Differential-Getriebe-System verringert wird. Eine auf einem Kugelschraubenschaft angebrachte Schraub­ buchse bewegt einen Kolben mit sehr niedriger Ge­ schwindigkeit, so daß die genaue Abgabe eines vorge­ gegebenen Volumens eines pastösen Fluids möglich ist. Die vertikale Bewegung der Düse wird durch eine vertikale Bewegung der Kolben-Antriebsvorichtung der­ art kompensiert, daß die relative Position des Kolbens gegenüber der Düse unverändert bleibt.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Abgeben eines vorgegebenen Volumens eines pastösen Fluids, gekennzeichnet durch
einen Düsenhalter (15) mit einem Kolben (21) und einer Düse (22),
eine durch einen auf dem Rahmen der Maschine ange­ brachten Motor betätigte Vorrichtung zum senkrechten Bewegen des Düsenhalters (15), und
eine durch einen Motor (16 a) betätigte Kolben- Antriebsvorrichtung mit einem Differential-Getriebe (16 b).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Motor (16 a) der Kolben-Antriebsvorrichtung, das Differential-Getriebe (16 b) und die Vorrichtung (19) zum Bewegen des Kolbens an dem Düsenhalter (15) befestigt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (16 a) der Kolben-Antriebsvorrichtung (19) und das Differential-Getriebe (16 b) am Rahmen der Maschine und die Kolben-Antriebsvorrichtung (19) am Düsenhalter (15) befestigt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem Differential-Getriebe (16 b) und der Kolben-Antriebs­ vorrichtung (19) ein Buchsenmechanismus (30, 31, 32) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Motor (16 a) der Kolben-Antriebsvorrichtung (19), das Differential- Getriebe (16 b) und die Kolben-Antriebsvorrichtung (19) am Rahmen (11) der Maschine befestigt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Differential- Getriebe (l6 b) einen Wellengenerator (27), eine Flex- Keilwelle (28) und eine Circular-Keilwelle (29), einen sogenannten "harmonischen Antrieb", enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Differential- Getriebe (16 b) eine Schraubenkörper-Buchse (34), die durch einen Schraubenschaft (33) bewegt wird, ein an dem Schraubenschaft (33) befestigtes Zahnrad (Z ₁) und drei hintereinander angeordnete Übersetzungs­ zahnräder (Z ₂, Z₃, Z₄) enthält, die so zwischen der Schraubenkörper-Buchse (34) und dem Schraubenschaft (33) angeordnet sind, daß die Schraubenkörper-Buchse (34) gedreht wird und das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Schraubenschaft (33) und der Schrauben­ körper-Buchse (34) nahe bei 1 liegt, z.B. bei 0,99.