DE69820905T2

DE69820905T2 - Vorrichtung zum aufbringen eines materials auf einem substrat

Info

Publication number: DE69820905T2
Application number: DE69820905T
Authority: DE
Inventors: T. Gary FREEMAN; J. Robert BALOG; Mark Rossmeisl
Original assignee: Speedline Technologies Inc
Current assignee: Speedline Technologies Inc
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2018-10-31
Also published as: US5947022A; DE69820905D1; EP1035940A1; EP1410866A2; WO1999024211A1; EP1035940B1; ATE257053T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausgeben von Material, und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausgeben von Lötpaste in einen Sieb- oder Schablonendrucker.
Bei typischen Oberflächenmontage-Schaltplatinen-Herstellungsoperationen wird eine Schablonendrucker benutzt, um auf eine Schaltplatine Lötpaste zu drucken. Typischerweise wird eine Schaltplatine, die ein Muster von Anschlussflächen oder einer anderen gewöhnlich leitfähigen Oberfläche aufweist, auf die Lötpaste aufgelagert wird, automatisch in den Schablonendrucker gefördert, und es werden ein oder mehrere kleine Löcher oder Markierungen auf der Schaltplatine, Referenzen genannt, benutzt, um die Schaltplatine mit der Schablone oder dem Sieb des Schablonendruckers richtig auszurichten, bevor die Lötpaste auf die Schaltplatine gedruckt wird. In einigen herkömmlichen Systemen wird einoptisches Ausrichtungssystem benutzt, um die Schaltplatine mit der Schablone auszurichten. Beispiele optischer Ausrichtungssysteme für Schablonendrucker sind beschrieben im U.S. Patent 5,060,063, ausgegeben am 21. Oktober 1991 an Freeman, und im U.S. Patent Re. 34,615, ausgegeben am 24. Mai 1994, ebenfalls an Freeman.
Sobald die Schaltplatine mit der Schabole in dem Drucker richtig ausgerichtet ist, wird die Schaltplatine zu der Schablone angehoben, wird Lötpaste auf die Schablone ausgegeben, und überquert eine Wischklinge (oder ein Rakel) die Schablone, um die Lötpaste durch die Öffnungen in der Schablone und auf die Platine zu drücken. Wenn der Rakel über die Schablone bewegt wird, hat die Lötpaste die Tendenz, sich vor der Klinge aufzurollen, was wünschenswert die Lötpaste vermischt und schert, um die gewünschte Viskosität zu erreichen, um das Befüllen der Öffnungen in dem Sieb oder der Schablone zu erleichtern. Die Lötpaste wird typischerweise auf die Schablone aus einer Standardpatrone ausgegeben, wie etwa jener, die von SEMCO Corporation hergestellt wird.
In einigen herkömmlichen Schablonendruckern verbleibt etwaige überschüssige Lötpaste, die nach der vollständigen Überquerung der Schablone unter dem Rakel verblieben ist, auf der Schablone, wenn der Rakel zu seiner Anfangsstellung zurückkehrt, um eine zweite Schaltplatine zu bedrucken. In einigen herkömmlichen Siebdruckern wird ein zweiter Rakel benutzt, der sich über die Schabole in Richtung entgegengesetzt zu jener des ersten Rakels bewegt. Der erste Rakel und der zweite Rakel werden auf abwechselnden Platinen benutzt, um kontinuierlich den Lötpastenstrang über die Öffnungen einer Schablone zu bewegen, um jede aufeinanderfolgende Schaltplatine zu bedrucken. In den herkömmlichen Schablonendruckern, die zwei Rakel benutzen, besteht immer noch das Problem, dass am Ende eines Herstellungstags, oder wenn die Schablone gewechselt werden soll, überschüssige Lötpaste typischerweise an der Schablone verbleibt und manuell enfernt werden muss. Auch ist es bei den herkömmlichen Druckern schwierig, eine gewünschte Viskosität beizubehalten, weil flüchtige Lösungsmittel aus der Lötpaste entweichen, wodurch die Viskosität der Lötpaste beeinflusst wird.
In den oben diskutierten herkömmlichen Schablonendruckern haben die Rakelklingen typischerweise einen vorbestimmten Winkel zu der Schablone, um auf die Lötpaste einen Abwärtsdruck auszuüben, um die Lötpaste durch die Öffnungen in der Schablone zu drücken, wenn der Rakel über die Schablone bewegt wird. Der Winkel der Klinge wird auf der Basis der Geschwindigkeit bewegt, mit der die Klinge die Schablone quert, sowie auf der Basis des gewünschten Abwärtsdrucks von der Klinge auf die Lötpaste. Es ist gewünscht, einen konsistenten Druck auf die Lötpaste beizubehalten, wenn der Rakel die Schablone quert, wobei jedoch in typischen herkömmlichen Druckern der Druck aufgrund von Schwankungen in der Pastenviskosität im gesamten Produktionslauf schwankt, sowie aufgrund von Veränderungen in dem Winkel des Rakels, hervorgerufen durch Verformung des Rakels aufgrund des Drucks, der durch die Rakelantriebsvorrichtung ausgeübt wird.
Es ist erwünscht, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausgeben von Material auf eine Schablone eines Druckers anzugeben, die die oben diskutierten Probleme überwinden.
Die EP-A-0598182 offenbart einen Drucker zum Drucken eines viskosen Materials an vorbestimmten, ein Muster bildenden Positionen auf ein Substrat, wobei der Drucker umfasst: einen Rahmen; eine an dem Rahmen angebrachte Schablone, die eine Anzahl von Perforationen aufweist, die zur Bildung des Musters angeordnet sind; eine mit dem Rahmen gekoppelte Trägervorrichtung, die das Substrat in einer Druckposition unter der Schablone trägt; einen Materialausgeber, der mit dem Rahmen gekoppelt ist, über der Schablone positioniert ist und konstruiert und angeordnet ist, um das viskose Material durch die Perforationen in der Schablone und auf das Substrat auszugeben; und der Materialausgeber eine im Wesentlichen zylindrische Kammer aufweist, um das auf das Substrat zu druckende viskose Material aufzunehmen, wobei die Kammer eine Öffnung aufweist, durch die das viskose Material ausgegeben wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein solcher Drucker dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgeber ferner ein Paar einwärts weisender Klingen aufweist, die an dem Materialausgeber in enger Nachbarschaft zu der Öffnung angebracht sind, wobei die Klingen dazu ausgelegt sind, während des Druckens die Schablone zu kontaktierten, um zu verhindern, dass überschüssiges Material auf der Schablone verbleibt.
Die vorliegende Erfindung kann auch eine Anzahl bevorzugter Merkmale enthalten. In einer Version ist der Materialausgeber konstruiert und angeordnet, um entlang einer ersten Achse quer über die Schablone bewegt zu werden, während das viskose Material aus der Kammer ausgegeben wird. In einer anderen Version weist die Kammer eine sich längs der Kammer erstreckende Zylinder achse auf, und die Innenoberfläche der Kammer ist mit einem einen niedrigen Reibkoeffizienten aufweisenden Beschichtungsmaterial beschichtet, um ein Vermischen des viskosen Materials in der Kammer zu gestattet, wenn der Materialausgeber quer über die Schablone bewegt wird. In alternativen Ausführungen können verschiedene Beschichtungen, die sowohl hohe als auch niedrige Reibungskoeffizienten haben, auf der Innenoberfläche der Kammer angewendet werden, um den laminaren Fluss des Materials in der Kammer zu verbessern.
In einer anderen Version enthält der Drucker ferner eine Heizung zum Erhitzen des viskosen Materials und einen Kühler zum Kühlen des Materials, wobei der Materialausgeber zumindest eine Öffnung zur Aufnahme von unter Druck stehender Paste enthält, um den Pastendruck in der Kammer zu erhöhen, um das viskose Material aus der Kammer zu pressen.
In einer noch anderen Version enthält der Materialausgeber ferner einen Drucksensor zur Erfassung des Drucks in der Kammer, und worin der Drucker ferner einen mit dem Drucksensor gekoppelten Regler aufweist, der den Druck in der Kammer erfasst und die durch die Öffnung zugeführte Druckluft regelt, um den Druck in der Kammer auf einem Sollwert zu halten.
In anderen Version ist der Materialausgeber dazu ausgelegt, eine entfernbare Patrone aufzunehmen, und in einigen Versionen ist die entfernbare Patrone eine Standard-SEMCO-Patrone.
In einer noch anderen Version enthält der Materialausgeber ein Paar von einwärts weisenden Klingen mit Seitendämmen, die während des Bedruckens die Schablone berühren, um zu verhindern, dass sich überschüssiges Material auf der Schablone ansammelt.
In einer anderen Version der ersten Ausführung enthält der Drucker ferner einen Lotsammelrakelarm, der auf der Schablone zurückbleibendes über schüssiges viskoses Material sammelt, wenn der Materialausgeber von der Schablone weg angehoben wird.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, die hierin unter Bezugnahme aufgenommen werden, und worin:
1 sieht eine Vorderansicht eines Schablonendruckers gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung vor;
2 sieht eine Perspektivansicht eines Materialausgabekopfs vor, der in dem Schablonendrucker von 1 verwendet wird;
3 sieht eine Querschnittsseitenansicht des in 2 gezeigten Materialausgabekopfs vor;
4 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht einer Kammer des Materialausgebers von 2;
5 zeigt eine Bodenansicht des Materialausgebers im größeren Detail; und
6 zeigt eine Seitenansicht des Materialausgebers mit einem Lotsammelarm.
Zu Illustrationszwecken werden nun Ausführungen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf einen Schablonendrucker beschrieben, der zum Drucken von Lötpaste auf eine Schaltplatine benutzt wird. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass die Ausführungen der vorliegenden Erfindung nicht auf Schablonendrucker beschränkt sind, die Lötpaste auf Schaltplatinen drucken, sondern stattdessen auch in anderen Anwendungen benutzt werden können, bei denen andere viskose Materialien, wie etwa Klebstoffe und Einschllussmaterialien, ausgege ben werden müssen. Ferner sind Schablonendrucker gemäß den Ausführungen der vorliegenden Erfindung nicht auf solche beschränkt, die Lötpaste auf Schaltplatinen drucken, sondern beinhalten stattdessen auch solche, die zum Drucken anderer Materialien auf verschiedene Substrate verwendet werden. Auch können die Begriffe Sieb und Schablone hierin austauschbar benutzt werden, um eine Vorrichtung in einem Drucker zu beschreiben, die ein auf ein Substrat zu druckendes Muster definiert.
1 zeigt eine Vorderansicht eines Schablonendruckers 10 gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Der Schablonendrucker 10 enthält einen Rahmen 12, der Komponenten des Schablonendruckers einschließlich einem Steuergerät 14 trägt, eine Schablone 16 und einen Ausgabekopf 100 mit einem Ausgabeschlitz 102, aus dem Lötpaste ausgegeben werden kann.
Der Ausgabekopf 100 ist mit einer ersten Platte 18 mittels zweier Flügelschrauben 22 gekoppelt. Die erste Platte 18 ist mit einer zweiten Platte 20 gekoppelt, die mit dem Rahmen 12 des Schablonendruckers 10 gekoppelt ist. Die erste Platte 18 ist mit der zweiten Platte 20 derart gekoppelt, dass die erste Platte in Bezug auf die zweite Platte entlang einer z-Achse bewegt werden kann, wobei die z-Achse durch das in 1 gezeigte Koordinatenachsensystem 23 definiert ist. Die erste Platte wird unter der Steuerung des Steuergeräts 14 durch Motoren bewegt.
Die zweite Platte 20 ist mit dem Rahmen 12 derart bewegbar gekoppelt, dass die zweite Platte 20 in Bezug auf den Rahmen 12 entlang einer x-Achse bewegt werden kann, wobei die x-Achse ebenfalls durch das Koordinatenachsensystem 23 definiert ist. Wie unten im weiteren Detail beschrieben, erlauben die Bewegungen der ersten und zweiten Platten, dass der Ausgabekopf 100 über der Schablone 16 angeordnet wird und sich quer über die Schablone bewegt, um das Drucken von Lötpaste auf eine Schaltplatine zu erlauben.
Der Schablonendrucker 10 enthält auch ein Fördersystem mit Schienen 24 zum Transportieren einer Schaltplatine 26 zu einer Druckposition in dem Schablonendrucker. Der Schablonendrucker hat eine Anzahl von Stiften 28, die unter der Schaltplatine angeordnet sind, wenn sich die Schaltplatine in der Ausgabeposition befindet. Die Stifte werden benutzt, um die Schaltplatine 26 von den Schienen 24 anzuheben, um die Schaltplatine in Kontakt mit oder in enger Nachbarschaft zu der Schablone 26 zu platzieren, wenn das Drucken stattfinden soll.
Der Ausgabekopf 100 ist konfiguriert, um zwei drei Unzen oder sechs Unzen Standard-SEMCO-Lötpastenpatronen 104 aufzunehmen, die während des Druckvorgangs dem Ausgabekopf Lötpaste zuführen. Jede der Lötpastenpatronen 104 ist mit einem Druckluftschlauch 30 verbunden. Wie für den Fachmann leicht verständlich, könnte der Ausgabekopf dazu ausgelegt sein, andere Standard oder nicht Standardpatronen aufzunehmen. Das andere Ende jedes der Druckluftschläuche ist an einem Kompressor angebracht, der unter der Steuerung des Steuergeräts 14 den Patronen Druckluft zuführt, um Lötpaste aus den Patronen in den Ausgabekopf 100 und auf das Sieb 16 fließen zu lassen. Mechanische Vorrichtungen, wie etwa ein Kolben, können zusätzlich oder anstatt der Druckluft benutzt werden, um die Lötpaste aus den SEMCO-Patronen in den Ausgabekopf zu pressen.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das Steuergerät 14 mittels eines Personal Computers implementiert, der ein Microsoft DOS oder Windows^® NT Betriebssystem verwendet, mit Anwender-spezifischer Software zur Steuerung des Betriebs des hierin beschriebenen Schablonendruckers.
Der Schablonendrucker 10 arbeitet wie folgt. Eine Schaltplatine 26 wird mittels der Förderschienen 24 in den Schablonendrucker geladen. Der Ausgabekopf wird dann in der z-Richtung bewegt, bis er mit der Schablone 16 in Kontakt ist. Den Patronen 104 wird Druckluft zugeführt, während der Ausgabekopf in der z-Richtung quer über die Schablone 16 bewegt wird. Die Druckluft presst die Löt paste aus den Patronen und erzeugt einen Druck auf die Lötpaste in dem Ausgabekopf, der die Lötpaste von dem Ausgabeschlitz des Ausgabekopfs durch die Öffnungen in der Schablone 16 und auf die Schaltplatine 26 presst. Sobald der Ausgabekopf 100 die Schablone 16 vollständig überquert hat, wird die Schaltplatine zurück auf die Förderschienen 24 abgesenkt und aus dem Drucker heraus transportiert, sodass eine zweite Schaltplatine in den Drucker geladen werden kann. Um auf die zweite Schaltplatine zu drucken, wird der Ausgabekopf quer über die Schablone in der Richtung bewegt, die jener entgegengesetzt ist, die für die erste Schaltplatine benutzt wurde. Alternativ könnte ein Rakelarm (wie unten beschrieben) eingeschwenkt werden, um die Lötpaste in dem Ausgeber aufzunehmen, und der Ausgeber könnte dann in der z-Richtung angehoben und in seine Ausgangsstellung zurückbewegt werden, um den Druck auf die zweite Schaltplatine mittels eines Hubwegs in einer ähnlichen Richtung vorzubereiten. Die weitere Beschreibung und der Betrieb und die Konstruktion des Ausgabekopfs 100 werden unten in Bezug auf die 2 bis 5 angegeben.
Der Ausgabekopf 100 enthält ein Gehäuse 105, das mit zwei Tragarmen 106 gekoppelt ist. Am einen Ende jedes der Tragarme 106 befinden sich Flügelschrauben 22, die für das leichte Entfernen und Installieren des Ausgabekopfs 100 sorgen. Das Gehäuse 105 hat zwei Öffnungen 108, die zur Aufnahme einer Standard-SEMCO-Lötpastenpatrone ausgelegt sind. In dem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Ausgabekopf zur Aufnahme von zwei SEMCO-Patronen ausgelegt, wobei jedoch der Ausgabekopf so ausgelegt sein kann, dass er mehr oder weniger Patronen enthält als die hierin gezeigten zwei. Die Anzahl der angewendeten Patronen wird auf der Basis der Länge L des Ausgabekopfs und der Kapazität der verwendeten Patrone gewählt. Die Länge L ist teilweise bestimmt auf der Basis der Breite der Schaltplatinen, die zu bedrucken sind. Wenn sich die Größe der Schaltplatine ändert, dann kann der Ausgabekopf durch einen neuen Ausgabekopf ersetzt werden, der eine Länge L hat, der für die neuen Schaltplatinen bemessen ist. Die effektive Länge des Schlitzes 102 kann auch reduziert werden, um kleinere Schaltplatinen aufzunehmen, indem ein Abschnitt des Schlitzes teilweise abgedeckt wird.
Das Gehäuse 105 enthält eine zylindrische Kammer 110, in der von den SEMCO-Patronen erhaltene Lötpaste aufbewahrt wird, bevor sie auf die Schablone ausgegeben wird. In einer Ausführung sind die Innenwände der Kammer 110 mit einem Material mit niedrigem Reibkoeffizienten beschichtet. Andere Materialien, die einen weiten Bereich von Reibkoeffizienten haben, werden für die Beschichtung benutzt, um einen gewünschten laminaren Fluss der Lötpaste in der Kammer zu erzeugen. In einer Ausführung kann eine Anzahl unterschiedlicher Beschichtungen mit einer Vielzahl von Reibkoeffizienten benutzt werden, um den gewünschten laminaren Fluss zu erzeugen. An dem Schlitz 102 hat das Gehäuse zwei einwärts weisende Klingen 112 und 114. Jede der einwärts weisenden Klingen hat eine Länge angenähert gleich der Länge L des Schlitzes, eine Breite gleich angenähert 3,5 mm (0,138 Zoll) sowie eine Dicke von angenähert 0,1 bis 0,3 mm (0,004 bis 0,010 Zoll). Jede der Klingen 112 und 114 ist, in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, aus Federstahl hergestellt. An jedem Ende der Klingen befindet sich ein Seitendamm 103. Obwohl andere Materialien wie etwa Kunststoff zur Herstellung der Klingen verwendet werden können, bietet die Verwendung von Federstahl eine lange Lebensdauer mit anhaltender Elastizität. Jede der Klingen ist angeordnet, um einen Winkel von angenähert 15 Grad zwischen der Klinge und der Oberfläche der Schablone vorzusehen. Teilweise in Abhängigkeit vom verwendeten Material zur Herstellung der Klingen und der Geschwindigkeit, mit der der Materialausgeber die Schablone quert, könnten die Klingen in anderen Winkeln als 15 Grad orientiert werden.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung enthält der Ausgabekopf 100 ferner einen Drucksensor 116 und einen Temperaturregler 120. In dem Temperaturregler ist eine thermoelektrische Vorrichtung und ein Temperatursensor eingebaut. Der Drucksensor 116 und der Temperaturregler 120 sind durch Kabel 118 bzw. 122 mit dem Steuergerät 14 gekoppelt. Das Steuergerät 14 ist konfiguriert, um den Druck und die Temperatur der Lötpaste in der Kammer 110 auf der Basis der von den Sensoren empfangenen Signalen zu messen, und das Steuergerät steuert den Druck und die Temperatur durch Einstellung der Kraft, die auf die Lötpaste in den Patronen ausgeübt wird, und durch Steuern der in dem Temperaturregler enthaltenden thermoelektrischen Vorrichtung. In einer Ausführung wird der Druck der Lötpaste in der Kammer dadurch beibehalten, dass Druckluft mit angenähert 21 bis 103 kPa (3 bis 15 Pfund pro Quadratzoll) auf jede der Patronen 104 ausgeübt wird. Die Temperatur der Lötpaste in der Kammer wird während des Druckvorgangs auf angenähert 20° C (68 Grad Fahrenheit) gehalten. In einer Ausführung wird der Drucksensor mittels eines Druckwandlers mit einem programmierbaren Regler implementiert, und wird der Temperaturregler mittels einer Temperatursonde mit einer thermoelektrischen Vorrichtung implementiert, die sowohl für Kühlung als auch Erwärmung der Lötpaste sorgen kann.
Wenn wie oben diskutiert der Ausgabekopf in die Druckstellung abgesenkt wird, sodass er in Kontakt mit der Schablone steht, arbeitet der Schablonendrucker 10, in dem er Lötpaste aus dem Ausgabekopf 100 auf die Schablone mittels Druckluft presst, die auf jede der SEMCO-Patronen ausgeübt wird, wenn sich der Ausgabekopf quer über die Schablone bewegt. In der Druckstellung berühren die Klingen 112 und 114 die Oberfläche der Schablone. Für jede Richtung, in der sich der Ausgabekopf quer über die Schablone bewegt, ist eine der Klingen 112 und 114 die nachlaufende Klinge, die etwaige überschüssige Lötpaste von der Schablone wegschabt. Wenn sich z. B. der Ausgabekopf 100 in Richtung des Pfeils 122 in 3 bewegt, ist die Klinge 112 die nachlaufende Klinge, die etwaige überschüssige Lötpaste von der Schablone entfernt. Die Orientierung der Klingen und die Verwendung einer zylindrischen Kammer in dem Ausgabekopf bewirkt, dass die Lötpaste innerhalb der Kammer 110 in Richtung des Pfeils 124 umwälzt oder fließt, wenn sich der Ausgabekopf in Richtung des Pfeils 122 bewegt. Die Bewegung der Lötpaste in der Kammer bewirkt ein Vermischen und Scheren der Lötpaste, das dazu beiträgt, die gewünschte Temperatur und Viskosität der Lötpaste beizubehalten. Das Beschich ten der Innenwände der Kammer 110 erlaubt, dass sich die Lötpaste innerhalb der Lötkammer frei bewegt.
Wenn es bei Abschluss des Druckvorgangs erwünscht ist, den Ausgabekopf von der Schablone abzuheben, schaltet das Steuergerät 14 die Druckluftquelle aus, bevor der Ausgabekopf angehoben wird. Dies bewirkt, dass die Lötpaste in der Kammer 110 verbleibt, wenn der Ausgabekopf angehoben wird, und reduziert wirksam die Menge an Lötpaste, die auf der Schablone verbleibt, wenn der Druckvorgang abgeschlossen ist.
Um ferner die Menge der restlichen Lötpaste auf der Schablone zu reduzieren kann ein Lotsammelrakelarm benutzt werden, um überschüssige Lötpaste zu entfernen. Ein Beispiel eines Lotsammelrakelarms, der in den Ausführungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden könnte, ist in dem U.S. Patent Nr. 5,044,306 beschrieben. 6 zeigt einen Lotsammelarm 130, der in dem Ausgabekopf 100 eingebaut ist. Der Lotsammelarm enthält einen Rakel 131. Der Lotsammelarm ist an einem Beschlag 132 angebracht, der wiederum an einem oder beiden der Tragarme 106 angebracht ist. Der Lotsammelarm ist an dem Träger 132 mittels eines drehbaren Gelenks 134 angebracht, und der Träger 132 ist in Bezug auf die Tragarme 106 in der mit dem Pfeil 122 gezeigten Richtung bewegbar.
Der Lotsammelarm arbeitet wie folgt. Wenn der Ausgabekopf von der Schablone leicht abgehoben wird, wird der Träger 132 in Richtung des Pfeils 122 bewegt, und der Lotsammelarm wird gedreht, um zu bewirken, dass der Rakel 131 die Schablone entlang schabt und etwaiges überschüssiges Lot auf der Schablone entfernt. Die Drehung des Lotsammelarms und die Bewegung des Trägers 132 wird mittels Motoren oder Aktuatoren unter Steuerung des Steuergeräts 14 erreicht.
In den Ausführungen der vorliegenden Erfindung können, anstatt der Verwendung des Lotsammelarms, die Klingen 112 und 114 an Motoren oder Aktuatoren angebracht sein, die unter der Steuerung des Steuergeräts bewirken, dass sich die Klingen aufeinander zubewegen, wobei sie etwaige überschüssige Lötpaste von dem Sieb abschaben und den Schlitz 102 vollständig verschließen. Alternativ kann ein Paar bewegbarer Klingen, zusätzlich zu den Klingen 112 und 114, an dem Ausgabekopf angebracht sein und kann aufeinander zubeweglich sein, um überschüssige Lötpaste von der Schablone abzuschaben.
Das U.S. Patent 5,925,187, das teilweise dem Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen ist, offenbart einen Siebdrucker mit einem Lotapplikator, der Lötpaste auf eine Schablone aufträgt. In einer Ausführung enthält der Lotapplikator ein drehbares Element, das Lötpaste in dem Lotapplikator vermischt.
Die oben beschriebenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung können auch in einem Doppelspur-Schablonendrucker eingebaut sein, wie er etwa im U.S. Patent Nr. 5,873,939 beschrieben ist, eingereicht am 21. Februar 1997.
Die oben beschriebenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung beinhalten auch Standard-SEMCO-Patronen zum Laden von Lötpaste in den Ausgabekopf. Es können anstelle der SEMCO-Patronen auch andere abnehmbare Patronen verwendet werden. Jedoch ist es erwünscht, eine austauschbare Standardpatrone zu verwenden.
Die Kammer der Ausgabeköpfe in den Ausführungen der vorliegenden Erfindung ist als zylindrisch beschrieben worden. Der Ausgabekopf braucht nicht zylindrisch sein, sondern es können stattdessen auch andere Formen verwendet werden, die einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben, um das Umwälzen der Lötpaste in der Kammer zu erlauben, um einen im Wesentlichen laminaren Fluss zu erzeugen. Zusätzlich ist in einer Ausführung die Kammer allgemein nierenförmig, und die spezifische Form ist programmierbar, um den Fluss der Lötpaste innerhalb der Kammer zu steuern, auf der Basis des jeweiligen angewendeten Lötpastenmaterials, der Geschwindigkeit des Ausgabekopfs quer über die Schablone und auf der Basis anderer Faktoren.
Der Ausgabekopf der Ausführung der vorliegenden Erfindung ist in Anwendung bei einem Schablonendrucker beschrieben. Schablonendrucker, wie etwa der Ultraprint 3000 Schablonendrucker und der Schablonendrucker der AP-Serie, beide erhältlich bei MPM Corporation Franklin, MA, können leicht zur Verwendung mit den Ausführungen der vorliegenden Erfindung angepasst werden.
Die Ausführungen der vorliegenden Erfindung überwinden die bei den herkömmlichen Schablonendruckern auftretenden Probleme durch Vorsehen von Ausgabeköpfen und Schablonendruckern, die überschüssige Lötpaste von der Schablone wirkungsvoll entfernen. Zusätzlich wird der auf die Lötpaste ausgeübte Druck, um diese durch die Öffnungen der Schablone zu pressen, unter Verwendung eines geschlossen-schleifigen Rückkopplungssystems präzise geregelt.

Claims

Drucker zum Drucken eines viskosen Materials an vorbestimmten, ein Muster bildenden Positionen auf ein Substrat (26), wobei der Drucker umfasst: einen Rahmen (12); eine an dem Rahmen angebrachte Schablone (16), die eine Anzahl von Perforationen aufweist, die zur Bildung des Musters angeordnet sind; eine mit dem Rahmen gekoppelte Trägervorrichtung, die das Substrat in einer Druckposition unter der Schablone trägt; einen Materialausgeber (100), der mit dem Rahmen gekoppelt ist, über der Schablone positioniert ist und konstruiert und angeordnet ist, um das viskose Material durch die Perforartionen in der Schablone und auf das Substrat auszugeben; und der Materialausgeber eine im Wesentlichen zylindrische Kammer (110) aufweist, um das auf das Substrat zu druckende viskose Material aufzunehmen, wobei die Kammer eine Öffnung (102) aufweist, durch die das viskose Material ausgegeben wird; dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgeber ferner ein Paar einwärts weisender Klingen (112, 114) aufweist, die an dem Materialausgeber (100) in enger Nachbarschaft zu der Öffnung (102) angebracht sind, wobei die Klingen dazu ausgelegt sind, während des Druckens die Schablone (16) zu kontaktieren, um zu verhindern, dass überschüssiges Material auf der Schablone verbleibt.
Drucker nach Anspruch 1, worin der Materialausgeber (100) konstruiert und angeordnet ist, um entlang einer ersten Achse quer über die Schablone (16) bewegt zu werden, während das viskose Material aus der Kammer (110) ausgegeben wird.
Drucker nach Anspruch 2, worin die Kammer (110) eine sich längs der Kammer erstreckende Zylinderachse aufweist, und worin die Zylinderachse orthogonal zu der ersten Achse ist.
Drucker nach Anspruch 3, worin eine Innenoberfläche der Kammer (110) mit einem einen niedrigen Reibkoeffizienten aufweisenden Beschichtungsmaterial beschichtet ist, um ein Vermischen des viskosen Materials in der Kammer zu gestatten, wenn der Materialausgeber quer über die Vorrichtung bewegt wird.
Drucker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner einen mit dem Materialausgeber (100) gekoppelten Temperaturregler (120) aufweist, um die Temperatur des viskosen Materials in dem Ausgeber zu modifizieren.
Drucker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Materialausgeber zumindest eine Öffnung zur Aufnahme von Druckluft (30) enthält, um der Kammer Druckluft zuzuführen, um das viskose Material aus der Kammer zu pressen.
Drucker nach Anspruch 6, worin der Materialausgeber einen Drucksensor (116) zur Erfassung des Drucks in der Kammer enthält, und worin der Drucker ferner einen mit dem Drucksensor gekoppelten Regler (14 ) aufweist, der den Druck in der Kammer erfasst und die durch die Öffnung zugeführte Druckluft regelt, um den Druck in der Kammer auf einem Sollwert zu halten.
Drucker nach Anspruch 7, sofern von Anspruch 5 abhängig, worin der Materialausgeber einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des viskosen Materials in der Kammer enthält, und worin der Regler den Temperaturregler regelt, um die Temperatur auf einem Sollwert zu halten.
Drucker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Materialausgeber (100) dazu ausgelegt ist, eine entfernbare Patrone (104) aufzunehmen, die das viskose Material der Kammer (110) zuführt, wobei die Kammer einen Einlass zur Aufnahme des viskosen Materials von der entfernbaren Patrone aufweist.
Drucker nach Anspruch 6 und 9, worin die Druckluft (30) der Patrone (104) zugeführt wird, um das viskose Material aus der Patrone in die Kammer (110) zu pressen.
Drucker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Materialausgeber (100) dazu ausgelegt ist, mehr als eine entfernbare Patrone (104) aufzunehmen.
Drucker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Öffnung (102) der Kammer (110) entlang einer zu der Zylinderachse parallelen Achse, langgestreckt ist.
Drucker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin jede der Klingen (112, 114) aus Federstahl hergestellt ist.
Drucker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das viskose Material eine Lötpaste ist.
Drucker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Materialausgeber (100) in einer vertikalen Richtung bewegbar ist, um zu gestatten, dass der Materialausgeber von der Schablone weg angehoben wird.
Drucker nach Anspruch 15, der ferner einen Materialsammelarm (130) aufweist, der überschüssiges viskoses Material sammelt, das auf der Schablone verbleibt, wenn der Materialausgeber (100) von der Schablone weg angehoben wird.
Drucker nach Anspruch 16, worin der Materialsammelarm (130) einen Wischrakel (131) aufweist, der überschüssiges viskoses Material sammelt, das auf der Schablone (16) verbleibt, wenn der Materialausgeber von der Schablone weg angehoben wird.
Drucker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner eine mit dem Materialausgeber (100) gekoppelte Heizung aufweist, um das viskose Material in dem Ausgeber zu heizen.