DE9315652U1 - Application head for applying adhesive to a substrate, in particular for gluing a chip to a card - Google Patents
Application head for applying adhesive to a substrate, in particular for gluing a chip to a cardInfo
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Westlake, Ohio 44145-1148, U.S.A.NORDSON CORPORATION, 28601 Clemens Road
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Auftragskopf zum Aufbringen von Klebstoff auf ein Substrat, insbesondere für eine Verklebung eines Chips mit einer KarteApplication head for applying adhesive to a substrate, in particular for bonding a chip to a card
Die Erfindung betrifft einen Auftragskopf zum Aufbringen von Klebstoff auf ein Substrat, insbesondere für eine Verklebung eines Chips mit einer Karte, mit einer Auftragsdüse, welche einen durch einen Kanal mit Klebstoff speisbaren Einlaß und einen mit diesem durch einen Versorgungskanal verbundenen Auslaß aufweist sowie mit einem in einem Kanal liegenden Auftragsventil zum Unterbrechen des Klebstoffaustritts aus dem Auslaß.The invention relates to an application head for applying adhesive to a substrate, in particular for bonding a chip to a card, with an application nozzle which has an inlet which can be fed with adhesive through a channel and an outlet connected to this by a supply channel, as well as with an application valve located in a channel for interrupting the adhesive exit from the outlet.
Solche Auftragsköpfe kommen vornehmlich im Bereich der industriellen Herstellung verschiedenster Produkte, aber auch im handwerklichen Bereich zum Einsatz, um durch Auftragen von Klebstoff auf ein TeilSuch application heads are used primarily in the industrial production of a wide variety of products, but also in the craft sector to apply adhesive to a part.
DKS/MA/anDKS/MA/an
eine Klebeverbindung mit einem anderen Teil vorzubereiten. Der aufzutragende flüssige Klebstoff wird aus einem Vorratsbehälter in einen Kanal und durch diesen ggfs. unter erhöhtem Druck in eine Auftragsdüse geleitet, aus der der Klebstoff austritt und auf ein mit Klebstoff zu versehendes Substrat aufgetragen wird. Durch ein in den Kanal geschaltetes Auftragsventil kann der Klebstoffluß unterbrochen werden.to prepare an adhesive bond with another part. The liquid adhesive to be applied is fed from a storage container into a channel and through this, possibly under increased pressure, into an application nozzle from which the adhesive emerges and is applied to a substrate to be coated with adhesive. The flow of adhesive can be interrupted by an application valve connected to the channel.
Bei der Herstellung von Telefonkarten, Kreditkarten, Ausweisen u. dgl. mit eingebautem Halbleiter-Chip, nachstehend kurz Chipkarten genannt, wird der Halbleiter- oder Mikrochip zum Speichern (oder Verarbeiten) von Daten üblicherweise zunächst auf einem flächigen Chipträger montiert, der an einer seiner Oberflächen die zu dem Halbleiter-Chip führenden Anschlußkontakte aufweist. Chipträger mit Halbleiter-Chip werden dann durch Klebung mit einer Karte, die in den meisten Fällen aus einem Kunststoff hergestellt ist, dauerhaft zu der gewünschten Chipkarte verbunden. Um solche Chipkarten herstellen zu können, werden im Stand der Technik verschiedene, im folgenden skizzierte Vorrichtungen und Verfahren eingesetzt bzw. angewendet. When producing telephone cards, credit cards, ID cards and the like with a built-in semiconductor chip, hereinafter referred to as chip cards, the semiconductor or microchip for storing (or processing) data is usually first mounted on a flat chip carrier, which has the connection contacts leading to the semiconductor chip on one of its surfaces. Chip carriers with semiconductor chips are then permanently connected to the desired chip card by gluing them to a card, which in most cases is made of plastic. In order to be able to produce such chip cards, various devices and methods, outlined below, are used or applied in the prior art.
Beim Heißsiegelschweißen oder Friktionsschweißen wird der vorerwähnte, aus Kunststoff bestehende Chipträger dadurch mit der Karte verbunden, daß die Oberflächenmaterialien der Karte und des Chipträgers infolge von Wärmezufuhr und Druck eine Schweißverbindung miteineinander eingehen. Durch die mit der Wärmezufuhr einhergehende Erhöhung der Temperaturen der Teile kommt es häufig zu Beeinträchtigungen der Funktionsfähigkeit der Chips mit der Folge einer insgesamt verhältnismäßig hohen Ausschußrate hergestellter Karten.During heat seal welding or friction welding, the aforementioned chip carrier made of plastic is connected to the card by the surface materials of the card and the chip carrier forming a welded connection as a result of the application of heat and pressure. The increase in the temperature of the parts associated with the application of heat often impairs the functionality of the chips, resulting in a relatively high overall rejection rate of the cards produced.
Die gleichen Probleme treten auch bei einem anderen Verfahren auf, bei dem zunächst ein Streifen aus Schmelzkleber auf die Karte aufgebracht wird. Dann wird der Chipträger auf den Streifen aufgesetzt und anschließend durch Wärmezufuhr eingesiegelt. Neben den zuvorThe same problems also occur with another process, in which a strip of hot melt adhesive is first applied to the card. Then the chip carrier is placed on the strip and then sealed in by applying heat. In addition to the previously
angesprochenen Beeinträchtigungen des Mikrochips durch die Wärmezufuhr ist diese Befestigungsart nicht voll befriedigend, weil sich der Chipträger durch spätere Wärmezufuhr unbeschädigt von der Karte ablösen und dann ggfs. mißbrauchen läßt.Given the aforementioned impairment of the microchip due to the heat supply, this type of fastening is not entirely satisfactory because the chip carrier can be removed from the card undamaged by subsequent heat supply and can then be misused.
Gemäß einer weiteren Variante zur Verklebung von Chipträger und Karte wird Klebstoff auf Acrylatbasis (sogenannter Sekundenkleber) mit Hilfe eines Auftragskopfes der eingangs genannten Art punktuell auf die Karte aufgespritzt. Dabei treten aufgrund der fluiddynamisehen Eigenschaften des Acrylat-Klebers Schwierigkeiten beim Dosieren auf, und die Verarbeitung dieses Klebers ist sehr schwierig. Demzufolge ist auch bei diesem Verfahren die Ausschußrate hoch.According to another variant for bonding the chip carrier and card, acrylate-based adhesive (so-called superglue) is sprayed onto the card using an application head of the type mentioned above. Due to the fluid-dynamic properties of the acrylate adhesive, difficulties arise in dosing, and the processing of this adhesive is very difficult. As a result, the reject rate is also high with this process.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß die bekannte Verfahren aus den geschilderten unterschiedlichen Gründen zu unbefriedigenden Ergebnissen führen.The present invention is based on the problem that the known methods lead to unsatisfactory results for the various reasons described.
Die Lösung des Problems besteht nun erfindungsgemäß darin, daß bei einem Auftragskopf der eingangs genannten Art der Auslaß für den Klebstoff als ein gegenüber dem in ihn einmündenden Abschnitt des Versorgungskanals erweiterter Raum ausgebildet ist.The solution to the problem according to the invention consists in that in an application head of the type mentioned at the beginning the outlet for the adhesive is designed as a space which is wider than the section of the supply channel which opens into it.
Diese besondere Gestaltung des Auslasses der Auftragsdüse als erweiterter Raum ist gegenüber einer üblicherweise beim Aufbringen von Klebstoff verwendete sogenannte Spitzdüse ungewöhnlich und bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich: Durch eine verhältnismäßig kurze Öffnungsphase des Auftragsventils läßt sich innerhalb des erweiterten Raumes eine Klebstoffmenge in Form eines über die Auslaßöffnung hinausragenden Klebstofftropfens erzeugen, der im wesentlichen aufgrund von Adhäsions- und Kohäsionskräften, ohne sich selbständig von der Auftragsdüse abzulösen, gehalten werden, aber durch In-Berührung-Bringen mit dem Substrat auf dieses im sogenannten Tamponier-Verfahren übertragen und somit punktuell aufgetragen werden kann. Die Berührung zwischen dem am Auslaß gebildeten TropfenThis special design of the outlet of the application nozzle as an extended space is unusual compared to a so-called pointed nozzle usually used for applying adhesive and brings with it a number of advantages: Through a relatively short opening phase of the application valve, a quantity of adhesive can be produced within the extended space in the form of an adhesive drop protruding beyond the outlet opening, which can be held essentially due to adhesion and cohesion forces without detaching itself from the application nozzle, but can be transferred to the substrate by bringing it into contact with it in the so-called tampon process and thus applied in a point-by-point manner. The contact between the drop formed at the outlet
und dem Substrat kommt durch Absenken des gesamten Auftragskopfes in Richtung auf das unterhalb der Auftragsdüse positionierte Substrat zustande.and the substrate is achieved by lowering the entire application head in the direction of the substrate positioned below the application nozzle.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Auftragskopfes können besonders kleine Klebstoffmengen dosiert und aufgebracht werden, was insbesondere beim zuvor erwähnten Verkleben eines Chipträgers mit einer Karte erforderlich ist. Darüber hinaus können im Gegensatz zu Klebstoffen auf Acrylatbasis wesentlich einfacher zu verarbeitende und im gehärteten Zustand eine höhere elastische Verformung aufweisende thermoplastische oder lösungsmittelhaltige Klebstoffe auf Polyurethanbasis verwendet werden. Im Falle einer Biegung der mit dem Chipträger versehenen Karte kommt es aufgrund der höheren Elastizität eines derartigen Klebstoffes nicht so schnell zu einem Brechen der Klebeverbindung, wie es häufig bei zum Sprödbruch neigenden Klebstoffen auf Acrylatbasis zu beobachten ist. Schließlich ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Erzeugung des Tropfens innerhalb des Raumes während einer Öffnungsphase des Auftragsventils vor oder während des Absenkens der Auftragskopfes in Richtung auf das Substrat geschehen kann, so daß die Öffnungsphase nicht allzu exakt eingestellt werden muß, was produktionstechnisch vorteilhaft ist.With the aid of the application head according to the invention, particularly small amounts of adhesive can be dosed and applied, which is particularly necessary when bonding a chip carrier to a card as mentioned above. In addition, in contrast to adhesives based on acrylate, thermoplastic or solvent-based polyurethane adhesives can be used, which are much easier to process and have a higher elastic deformation when hardened. If the card provided with the chip carrier is bent, the adhesive bond does not break as quickly due to the higher elasticity of such an adhesive, as is often the case with acrylate-based adhesives that tend to break brittlely. Finally, there is the further advantage that the drop can be created within the space during an opening phase of the application valve before or during the lowering of the application head towards the substrate, so that the opening phase does not have to be set too precisely, which is advantageous in terms of production technology.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Auftragskopfes zeichnet sich dadurch aus, daß der Raum im wesentlichen die Form eines Kugelabschnitts hat, dessen größte Querschnittsfläche die Auslaßöffnung bildet. Durch eine solche napfartige Gestaltung des Auslasses ergeben sich für die Ausbildung eines Klebstofftropfens besonders günstige Verhältnisse. Wie in Versuchen ermittelt wurde, ist bei Verwendung eines Polyurethanklebstoffes und bei Klebstoff-Temperaturen von etwa 120° C ein halbkugelförmiger Raum mit einem Radius von etwa 1 mm die fluiddynamisch günstigste Gestaltung.An advantageous embodiment of the application head according to the invention is characterized in that the space essentially has the shape of a spherical section, the largest cross-sectional area of which is the outlet opening. Such a cup-like design of the outlet results in particularly favorable conditions for the formation of a drop of adhesive. As was determined in tests, when using a polyurethane adhesive and at adhesive temperatures of around 120° C, a hemispherical space with a radius of around 1 mm is the most fluid-dynamically favorable design.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Auftragsdüse mehrere, in beabstandeten Reihen angeordneteAccording to a further advantageous embodiment of the invention, the application nozzle has several, arranged in spaced rows
Auslässe auf, die aus einem mit dem Kanal verbundenen Verteiler durch mehrere Versorgungsleitungen gespeist werden. Mit einer derartigen Auftragsdüse können den geometrischen Verhältnissen des zu verklebenden Objekts und des Substrats angepaßt mehrere, ein bestimmtes Auftragsbild ergebende Punkte aufgebracht werden.Outlets that are fed from a distributor connected to the channel through several supply lines. With such an application nozzle, several dots can be applied, adapted to the geometric conditions of the object to be bonded and the substrate, resulting in a specific application pattern.
Beim Herstellen einer Telefonkarte ist ein Auftragskopf zweckmäßig, dessen Auslässe entlang einer rechteckigen Linie angeordnet sind, so daß mehrere Klebstoffpunkte etwa entlang des Randbereiches des zu verklebenden Chipträgers gesetzt werden können. Bei annähernd quadratischer Form des Chipträgers bietet sich eine Auftragsdüse an, die acht Auslässe aufweist, die entlang einer quadratischen Linie mit jeweils gleichen Abständen zueinander angeordnet sind. Aufgrund der speziellen Zahl der Auslässe und somit der Klebstoffpunkte wird eine ausreichend starke Klebstoffverbindung gewährleistet und gleichzeitig sichergestellt, daß die thermische Belastung des Halbleiter-Chips auf dem Chipträger gering bleibt und die zum Einsatz kommende Klebstoffmenge genügend klein bleibt, um ein Störungen verursachendes Herausquellen des Klebers an den Nahtstellen zwischen Chipträger und Karte zu vermeiden.When producing a telephone card, it is useful to use an application head whose outlets are arranged along a rectangular line so that several adhesive dots can be placed along the edge of the chip carrier to be glued. If the chip carrier is almost square, an application nozzle is recommended which has eight outlets arranged along a square line at equal distances from each other. Due to the specific number of outlets and thus adhesive dots, a sufficiently strong adhesive bond is ensured and at the same time it is ensured that the thermal load on the semiconductor chip on the chip carrier remains low and the amount of adhesive used remains sufficiently small to avoid the adhesive oozing out at the seams between the chip carrier and the card, which could cause problems.
Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragsdüse mit verhältnismäßig einfach lösbaren Befestigungsmitteln an den Auftragskopf angebracht und somit leicht abnehmbar ist. Die Auftragsdüse kann somit schnell gegen eine andere Düse ausgetauscht werden, was beispielsweise bei einer Variation der Geometrie des zu verklebenden Chips oder einer Verstopfung eines Versorgungskanals hilfreich ist. A further development of the invention is characterized in that the application nozzle is attached to the application head with relatively easily detachable fastening means and is thus easily removable. The application nozzle can thus be quickly exchanged for another nozzle, which is helpful, for example, if the geometry of the chip to be glued varies or if a supply channel is blocked.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Auftragsventil mit einem Impulsgeber zum Öffnen und Schließen des Auftragsventils gekoppelt. According to a further embodiment, the application valve is coupled to a pulse generator for opening and closing the application valve.
Im folgenden werden ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßenIn the following, an embodiment of the inventive
Auftragskopfes und ein Verfahren zum Aufbringen von Klebstoff für eine Verklebung eines Chips mit einer Karte anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:Application head and a method for applying adhesive for bonding a chip to a card are described using the attached drawings. They show:
Fig. 1 eine Auftragsdüse mit insgesamt acht Auslässen zur Befestigung an einem Auftragskopf in Teilschnittdarstellung;Fig. 1 an application nozzle with a total of eight outlets for attachment to an application head in partial section;
Fig. 2 die Düse aus Fig. 1 in einer Stirnansicht (a) von unten sowie zwei Seitenansichten (b) und (c);Fig. 2 the nozzle from Fig. 1 in a front view (a) from below and two side views (b) and (c);
Fig. 3 eine Ansicht der Düse nach Fig. 1, gesehen in Richtung des Pfeils A;Fig. 3 is a view of the nozzle of Fig. 1, seen in the direction of arrow A;
Fig. 4 eine Ansicht der Düse nach Fig. 1, gesehen in Richtung des Pfeils B;Fig. 4 is a view of the nozzle of Fig. 1, seen in the direction of arrow B;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Auftragsdüse in bezug zu einer gestrichelt dargestellten Karte;Fig. 5 is a schematic representation of an application nozzle in relation to a dashed map;
Fig. 6 ein Verfahren zum Aufbringen von Klebstoff mit einem erfindungsgemäßen Auftragskopf in schematischer Darstellung zu verschiedenen Zeitpunkten ti bis t4.Fig. 6 shows a method for applying adhesive with an application head according to the invention in a schematic representation at different times ti to t4.
In Fig. 1 sind die wesentlichen Teile einer Auftragsdüse 2, die mit einem oberen Teil in nicht dargestellter Weise an einem Auftragskopf befestigt ist, in Teilschnittdarstellung abgebildet. Der Auftragskopf ist an ein Auftragsgerät gekoppelt und umfaßt neben der Auftragsdüse im wesentlichen einen Kanal, durch den eine Verbindung zwischen einer Klebstoffquelle in Form eines Behälters und einem Einlaß 4 der Auftragsdüse 2 gebildet ist und in dem ein nicht dargestelltes Auftragsventil zum Unterbrechen des Klebstofflusses durch den Kanal liegt. Der Auftragskopf ist elektrisch oder auf andere Weise beheizbar. Zur Erhöhung des Drucks des Klebstoffs innerhalb des Kanals kann entweder eine Klebstoffpumpe vorgesehen sein oder der Klebstoff im Behälter mit Druck beaufschlagt werden. Das Auftragsventil ist elektro-mechanisch mit Hilfe eines Impulsgebers einer elektronischen Steuerungseinheit des Auftragsgerätes betätigbar.In Fig. 1, the essential parts of an application nozzle 2, which is attached to an application head with an upper part in a manner not shown, are shown in partial section. The application head is coupled to an application device and, in addition to the application nozzle, essentially comprises a channel through which a connection is formed between an adhesive source in the form of a container and an inlet 4 of the application nozzle 2 and in which an application valve (not shown) for interrupting the flow of adhesive through the channel is located. The application head can be heated electrically or in another way. To increase the pressure of the adhesive within the channel, either an adhesive pump can be provided or the adhesive in the container can be pressurized. The application valve can be actuated electro-mechanically with the aid of a pulse generator of an electronic control unit of the application device.
Der Auftragskopf und die an diesem befestigte Auftragsdüse 2 sind in nicht dargestellter Weise mit Hilfe einer Führungs- und Antriebseinheit in vertikaler Richtung linear verfahrbar, so daß der Abstand zwischen der Auftragsdüse 2 und einem unterhalb dieser angeordneten Substrat relativ zueinander durch Verfahren des Auftragskopfes veränderbar ist.The application head and the application nozzle 2 attached to it can be moved linearly in a vertical direction in a manner not shown with the aid of a guide and drive unit, so that the distance between the application nozzle 2 and a substrate arranged below it can be changed relative to one another by moving the application head.
Der mit dem Versorgungskanal kommunizierende, innerhalb eines Oberteils 6 der Auftragsdüse 2 ausgebildete Einlaß 4 mündet in einen Verteiler 8, der durch eine Ausnehmung in einem Unterteil 10 der Auftragsdüse 2 gebildet ist und sich im wesentlichen in senkrechter Richtung in bezug zu einer Zentralachse 12 der Auftragsdüse 2 erstreckt. Das Oberteil 6 und das Unterteil 10 der vorzugsweise aus Messing gefertigten Auftragsdüse 2 sind fest miteinander verbunden, beispielsweise durch Schraubverbindung. Der Verteiler 8 stellt eine Verbindung zwischen dem Einlaß 4 und Versorgungskanälen 14 her, von denen in diesem Ausführungsbeispiel insgesamt acht als Durchgangsbohrungen mit kreisförmigen Querschnittsflächen innerhalb des Unter- The inlet 4, which communicates with the supply channel and is formed within an upper part 6 of the application nozzle 2, opens into a distributor 8, which is formed by a recess in a lower part 10 of the application nozzle 2 and extends essentially in a vertical direction in relation to a central axis 12 of the application nozzle 2. The upper part 6 and the lower part 10 of the application nozzle 2, which is preferably made of brass, are firmly connected to one another, for example by means of a screw connection. The distributor 8 establishes a connection between the inlet 4 and supply channels 14, of which in this embodiment a total of eight are formed as through holes with circular cross-sectional areas within the lower part.
teils 10 ausgebildet sind, deren Längsachsen parallel zu der Zentralachse 12 der Auftragsdüse 2 verlaufen. Die jeweils mit ihrem einen Ende mit dem Verteiler 8 kommunizierenden Versorgungskanäle 14 münden an ihrem anderen Ende jeweils in einen Auslaß 16 ein.partly 10 are formed, the longitudinal axes of which run parallel to the central axis 12 of the application nozzle 2. The supply channels 14, each of which communicates with the distributor 8 at one end, each open into an outlet 16 at their other end.
Jeder Auslaß 16 ist gegenüber dem Abschnitt des Versorgungskanals 14, der in den Auslaß 16 einmündet, als erweiterter Raum innerhalb des Unterteils 10 der Auftragsdüse 2 ausgebildet. Die Auslaßöffnungen 18 der Auslässe 16 liegen dabei in einer durch die untere Stirnfläche des Unterteils 10 gebildeten Ebene, die senkrecht zur Zentral achse 12 der Auftragsdüse 2 verläuft und dem Substrat zugewandt ist. Im Bereich des Übergangs von jedem Versorgungskanal 14 auf jeden zugehörigen Auslaß 16, dessen Wandungen konkav geformt sind, ist jeweils eine kreisförmig umlaufende Kante 20 ausgebildet. Diese könnte in einer alternativen Ausführungsform stärker als dargestellt gerundet sein. Im übrigen weisen die Versorgungskanäle 14 einen konstanten Durchmesser auf und die Auslässe 16 haben eine sich in Richtung des vorgesehenen Klebstofflusses erweiternde Querschnittsfläche. Each outlet 16 is designed as an expanded space within the lower part 10 of the application nozzle 2 compared to the section of the supply channel 14 that opens into the outlet 16. The outlet openings 18 of the outlets 16 lie in a plane formed by the lower end face of the lower part 10, which runs perpendicular to the central axis 12 of the application nozzle 2 and faces the substrate. In the area of the transition from each supply channel 14 to each associated outlet 16, the walls of which are concave, a circular edge 20 is formed. In an alternative embodiment, this could be rounded more than shown. Otherwise, the supply channels 14 have a constant diameter and the outlets 16 have a cross-sectional area that expands in the direction of the intended adhesive flow.
Die seitlichen Wandungen der Auslässe 16 zwischen den Kanten 20 und den Auslaßöffnungen 18 verlaufen rotationssymmetrisch um die jeweilige Längsachse eines Versorgungskanals 14 und haben im wesentlichen die Form der Oberfläche eines Kugelabschnitts, dessen größte Querschnittsfläche die Auslaßöffnung 18 bildet und dessen Kugelradius etwa 1 mm beträgt. Der in den Auslaß 16 koaxial einmündende Abschnitt des Versorgungskanals 14 im Bereich der Kante 20 weist eine kreisförmige Querschnittsfläche mit einem Durchmesser von etwa 1 mm auf. Die Auslaßöffnung 18 ist ebenfalls kreisförmig und hat einen Durchmesser von etwa 2 mm. Der Abstand zwischen der Kante 20 und der Auslaßöffnung 18 beträgt 1 mm. Die Längsachsen der in Fig. 1 in der Schnittebene liegenden Versorgungskanäle 14 haben einen Abstand von etwa 4 mm zueinander.The side walls of the outlets 16 between the edges 20 and the outlet openings 18 run rotationally symmetrically around the respective longitudinal axis of a supply channel 14 and essentially have the shape of the surface of a spherical section, the largest cross-sectional area of which is the outlet opening 18 and the spherical radius of which is approximately 1 mm. The section of the supply channel 14 that opens coaxially into the outlet 16 in the area of the edge 20 has a circular cross-sectional area with a diameter of approximately 1 mm. The outlet opening 18 is also circular and has a diameter of approximately 2 mm. The distance between the edge 20 and the outlet opening 18 is 1 mm. The longitudinal axes of the supply channels 14 lying in the cutting plane in Fig. 1 are approximately 4 mm apart from one another.
Wie aus den Fig. 2, 3 und 4 ersichtlich ist, sind in dem Unterteil 10 der Auftragsdüse 2 insgesamt acht Auslässe 16 ausgebildet, die wie anhand von Fig. 1 erläutert - durch den Einlaß 4, den Verteiler 8 und jeweils eine mit diesem verbundenen Versorgungskanal 14 mit Klebstoff speisbar sind und die entlang einer quadratischen Linie mit jeweils gleichen Abständen zueinander angeordnet sind, in diesem Ausführungsbeispiel mit Abständen von etwa 4 mm.As can be seen from Fig. 2, 3 and 4, a total of eight outlets 16 are formed in the lower part 10 of the application nozzle 2, which - as explained with reference to Fig. 1 - can be fed with adhesive through the inlet 4, the distributor 8 and a supply channel 14 connected to it and which are arranged along a square line with equal distances from one another, in this embodiment with distances of approximately 4 mm.
Das Oberteil 6 der Auftragsdüse 2 geht aus einem im wesentlichen aus rechteckigen Seitenflächen bestehenden oberen sechseckigen Abschnitt 22 sechs über einen sich kegelförmig verjüngender Abschnitt 24 in einen aus einem Vierkant bestehenden unteren Abschnitt 26 über. Wie insbesondere aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, ist das Oberteil 6 mit einem Schraubenschlüssel greifbar und mit einem Innengewinde 28 versehen, mittels dessen die Auftragsdüse 2 mit dem Auftragskopf verschraubt ist.The upper part 6 of the application nozzle 2 extends from an upper hexagonal section 22 consisting essentially of rectangular side surfaces via a conically tapering section 24 into a lower section 26 consisting of a square. As can be seen in particular from Figs. 3 and 4, the upper part 6 can be gripped with a wrench and is provided with an internal thread 28, by means of which the application nozzle 2 is screwed to the application head.
Das aus dem Vierkant mit den Kantenlängen 12 mm und 13 mm bestehende Unterteil 10 kann in einer alternativen Ausführungsform Auslässe 16 aufweisen, die - im Gegensatz zu der in Fig. 2 dargestellten quadratischen Linie - entlang einer rechteckigen Linie angeordnet sind, um einem der jeweiligen Geometrie des zu verklebenden Chipträgers angepaßten Auftragsbildes Rechnung zu tragen. Die gesamte Höhe der Auftragsdüse 2 - gemessen von der unteren Stirnfläche des Unterteils 10 bis zur oberen Stirnfläche des Oberteils 6 - beträgt 30 mm. Das Innengewinde hat etwa eine Länge von 10 mm, und der Abstand zwischen der unteren Stirnseite des Unterteils 10 und dem sich verjüngenden Abschnitt 24 des Oberteils 6 beträgt etwa 9 mm.In an alternative embodiment, the lower part 10 consisting of the square with edge lengths of 12 mm and 13 mm can have outlets 16 which - in contrast to the square line shown in Fig. 2 - are arranged along a rectangular line in order to take into account an application pattern adapted to the respective geometry of the chip carrier to be bonded. The total height of the application nozzle 2 - measured from the lower end face of the lower part 10 to the upper end face of the upper part 6 - is 30 mm. The internal thread has a length of approximately 10 mm, and the distance between the lower end face of the lower part 10 and the tapered section 24 of the upper part 6 is approximately 9 mm.
In Fig. 5 sind die in einer rechteckigen Gruppierung angeordneten Auslaßöffnungen 18 einer Auftragsdüse 2 schematisch in ihrer Lage zu einer angedeuteten Karte 30 abgebildet, deren Berandung als Strichpunktlinie dargestellt ist. Die vergleichsweise dünne Karte 30 weist auf einer Oberseite eine rechteckige Ausnehmung 32 mit geringer Tie-In Fig. 5, the outlet openings 18 of an application nozzle 2, arranged in a rectangular grouping, are shown schematically in their position in relation to an indicated card 30, the edge of which is shown as a dash-dot line. The comparatively thin card 30 has a rectangular recess 32 with a small depth on its upper side.
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fe auf, innerhalb welcher eine weitere, gegenüber dem Boden der ersten Ausnehmung vertiefte kreisscheibenförmige Einsenkung 34 ausgebildet ist. Die für die Herstellung einer Telefonkarte, Kreditkarte o. dgl. bestimmte Karte 30 wird in einem unten beschriebenen Verfahren mit einem Chipträger verbunden, der seinerseits einen elektronischer Microchip trägt. Dieser wird nach dem letzten Verfahrensschritt innerhalb der kreisscheibenförmigen Einsenkung 34 und der zugehörige Chipträger innerhalb der rechteckförmigen Ausnehmung 32 angeordnet. Die Auslaßöffnungen 18 der Auftragsdüse 2 werden beim Aufbringen von Klebstoff gemäß Ausführungsbeispiel so relativ zu der Karte 30 positioniert, daß Klebstoff punktuell auf den Boden der Ausnehmung 32 und auf den Rand der Einsenkung 34 aufgebracht wird und teilweise in die Einsenkung 34 verlaufen kann.fe, within which a further circular disk-shaped depression 34 is formed, which is deeper than the bottom of the first recess. The card 30 intended for the production of a telephone card, credit card or the like is connected to a chip carrier in a process described below, which in turn carries an electronic microchip. After the last process step, this is arranged within the circular disk-shaped depression 34 and the associated chip carrier within the rectangular recess 32. When applying adhesive according to the embodiment, the outlet openings 18 of the application nozzle 2 are positioned relative to the card 30 in such a way that adhesive is applied at certain points to the bottom of the recess 32 and to the edge of the depression 34 and can partially run into the depression 34.
Im folgenden wird anhand der Fig. 6 die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Auftragskopfes und das Verfahren zum Aufbringen von Klebstoff auf ein Substrat, insbesondere für eine Verklebung eines Chips mit einer Karte, beschrieben:The following describes the operation of the application head according to the invention and the method for applying adhesive to a substrate, in particular for bonding a chip to a card, with reference to Fig. 6:
Die zusammen mit dem Auftragskopf in vertikaler Richtung relativ zu dem Substrat, in diesem Ausführungsbeispiel zu der Karte 30, verfahrbare Auftragsdüse 2 ist zu vier verschiedenen Zeitpunkten bzw. Zeitabschnitten ti, t2, t3 und t4 in unterschiedlichen Abständen zu der Karte 30 dargestellt.The application nozzle 2, which can be moved together with the application head in the vertical direction relative to the substrate, in this embodiment to the card 30, is shown at four different times or time periods ti, t2, t3 and t4 at different distances from the card 30.
In einem ersten Zeitabschnitt ti wird die Karte 30 aus einem Magazin mit Hilfe einer nicht dargestellten Fördereinrichtung in einer definierten Position unterhalb der Auftragsdüse 2 positioniert und, sobald die gewünschte Position eingenommen ist, gehalten. Ebenfalls in den Zeitabschnitt ti, also während des Positionierens der Karte 30, wird die Auftragsdüse 2 abwärts - angedeutet durch den Pfeil 36 aus einer oberen Stellung in Richtung auf die Karte 30 verfahren und somit an diese angenähert. Alternativ könnte die Positionierung der Karte 30 und das abwärtsgerichtete Verfahren der Auftragsdüse 2In a first time period ti, the card 30 is positioned from a magazine with the aid of a conveyor device (not shown) in a defined position below the application nozzle 2 and, as soon as the desired position is assumed, is held. Also in the time period ti, i.e. while the card 30 is being positioned, the application nozzle 2 is moved downwards - indicated by the arrow 36 - from an upper position in the direction of the card 30 and thus approached it. Alternatively, the positioning of the card 30 and the downward movement of the application nozzle 2 could
zeitlich nacheinander ausgeführt werden, aber aus Gründen der Fertigungsoptimierung sollten diese beiden Vorgänge teilweise zeitgleich ablaufen.be carried out one after the other, but for reasons of production optimization these two processes should partly run simultaneously.
Ebenfalls während des Zeitabschnitts ti wird, um in den Auslässen 16 der Auftragsdüse 2 Klebstofftropfen zu erzeugen, das Auftragsventil geöffnet, so daß Klebstoff unter Druck aus dem Behälter durch den Kanal, den Einlaß 4, den Verteiler 8 und die Versorgungskanäle 14 in Richtung auf die Auslässe 16 fließt. Diese werden daadurch mit Klebstoffs befüllt. Die Befüllung bildet jeweils einen Klebstofftropfen, dessen Größe durch die Dauer der Öffnungsphase des Auftragsventils bestimmt wird.Also during the time period ti, in order to produce drops of adhesive in the outlets 16 of the application nozzle 2, the application valve is opened so that adhesive flows under pressure from the container through the channel, the inlet 4, the distributor 8 and the supply channels 14 in the direction of the outlets 16. These are thereby filled with adhesive. The filling forms a drop of adhesive in each case, the size of which is determined by the duration of the opening phase of the application valve.
Der Klebstofftropfen, dessen Größe und Form im wesentlichen von der Geometrie des Auslasses 16 und von Adhäsions- und Kohäsionskräften sowie der Schwerkraft, Stoffeigenschaften und Temperatur des Klebstoffs abhängt, kann durch eine gezielte Einstellung der Dauer der Öffnungsphase des Auftragsventils so ausgebildet werden, daß er über die Auslaßöffnung 18 und somit über die untere Stirnseite des Unterteils 10 der Auftragsdüse 2 hinausragt, ohne sich nach dem Schließen des Auftragsventils (selbständig) von der Auftragsdüse abzulösen.The drop of adhesive, the size and shape of which essentially depends on the geometry of the outlet 16 and on adhesion and cohesion forces as well as gravity, material properties and temperature of the adhesive, can be formed by a targeted adjustment of the duration of the opening phase of the application valve in such a way that it protrudes beyond the outlet opening 18 and thus beyond the lower end face of the lower part 10 of the application nozzle 2, without detaching (independently) from the application nozzle after the application valve is closed.
Als besonders vorteilhaft hinsichtlich Verarbeitbarkeit und Haltbarkeit der Klebeverbindung hat sich eine Verwendung eines Polyurethan (PUR)-Klebstoffes erwiesen, der die Auftragsdüse 2 mit einer Temperatur von etwa 120" bis 160" C am Auslaß 16 verläßt. Die zuvor beschriebene Ausbildung von Klebstofftropfen ist bei Versuchen mit einer Öffnungsdauer des Auftragsventils von etwa 20 msec. (Millisekunden) erzielt worden. Der Zeitabschnitt ti, in den die zuvor geschilderten Vorgänge fallen, endet etwa, wenn die ausgebildeten, über die Auslaßöffnungen 18 hinausragenden Klebstofftropfen infolge der abwärts gerichteten Bewegung der Auftragsdüse 2 in Berührung mit der Karte 30 kommen.The use of a polyurethane (PUR) adhesive, which leaves the application nozzle 2 at a temperature of approximately 120" to 160" C at the outlet 16, has proven to be particularly advantageous in terms of processability and durability of the adhesive bond. The previously described formation of adhesive drops was achieved in tests with an opening time of the application valve of approximately 20 msec. (milliseconds). The time period ti in which the previously described processes take place ends approximately when the adhesive drops formed, which protrude beyond the outlet openings 18, come into contact with the card 30 as a result of the downward movement of the application nozzle 2.
Der anschließende, bei Berührung der Klebstofftropfen mit der Karte 30 beginnende Zeitabschnitt t2 ist gekennzeichnet durch eine Übergabe der Klebstofftropfen an die Karte 30. Sobald es infolge der Annäherung der Auftragsdüse 2 an die Karte 30 zu einer Berührung zwischen den Klebstofftropfen und der Oberfläche der Karte 30 gekommen ist, wird die Oberfläche punktuell mit Klebstoff benetzt, und zumindest der wesentliche Teil der Klebstoffmenge des Tropfens wird auf die Karte 30 übertragen. Unmittelbar nach der Berührung des Klebstofftropfens mit der Oberfläche der Karte 30 kann entweder die Annäherung der Auftragsdüse an die Karte 30 unterbrochen oder die Auftragsdüse weiter in Richtung auf die Karte 30 verfahren werden, ggfs. sogar bis zur Berührung der unteren Stirnseite der Auftragsdüse mit der Karte 30, um eine mehr oder weniger große Klebstoffmenge zu übertragen und/oder eine gewisse flächige Verteilung der übertragenen Klebstoffmenge vorzunehmen. Mit dem Ende der Abwärtsbewegung der Auftragsdüse 4 endet der Zeitabschnitt t2.The subsequent time period t2, which begins when the drops of adhesive come into contact with the card 30, is characterized by a transfer of the drops of adhesive to the card 30. As soon as contact has been made between the drops of adhesive and the surface of the card 30 as a result of the application nozzle 2 approaching the card 30, the surface is wetted with adhesive at certain points and at least the majority of the amount of adhesive in the drop is transferred to the card 30. Immediately after the drop of adhesive comes into contact with the surface of the card 30, the approach of the application nozzle to the card 30 can either be interrupted or the application nozzle can be moved further in the direction of the card 30, if necessary even until the lower end face of the application nozzle comes into contact with the card 30, in order to transfer a greater or lesser amount of adhesive and/or to carry out a certain surface distribution of the amount of adhesive transferred. The time period t2 ends when the downward movement of the application nozzle 4 ends.
In dem folgenden Zeitabschnitt t3, der mit beginnender Bewegung der Auftragsdüse 2 in Richtung des Pfeils 38 beginnt, kommt es zunächst im wesentlichen aufgrund von Kohäsionskräften innerhalb des Klebstoffs während der Vergrößerung des Abstandes der unteren Stirnfläche der Auftragsdüse 2 und der Oberfläche der Karte 30 zu einer Bildung von Fäden aus Klebstoff zwischen den auf die Karte 30 übertragenen Klebstofftropfen und dem in den Auslässen 16 befindlichen Klebstoffresten. Bei Überschreiten eines bestimmten Abstandes zwischen der Auftragsdüse 2 und der Karte 30 reißen diese Fäden ab und ein Teil der in ihnen enthaltenen Klebstoffmenge fällt auf die bereits auf die Karte (30) übertragenen Klebstoffpunkte. Mit dem Abriß der Fäden endet der Zeitabschnitt t3.In the following time period t3, which begins with the beginning of movement of the application nozzle 2 in the direction of arrow 38, initially, essentially due to cohesive forces within the adhesive, as the distance between the lower end face of the application nozzle 2 and the surface of the card 30 increases, threads of adhesive form between the drops of adhesive transferred to the card 30 and the adhesive residues in the outlets 16. When a certain distance between the application nozzle 2 and the card 30 is exceeded, these threads break off and part of the amount of adhesive they contain falls onto the adhesive dots already transferred to the card (30). The time period t3 ends when the threads break off.
Im anschließenden Zeitabschnitt t4 wird die Karte 30 mit Hilfe der Fördereinrichtung aus dem Bereich der Auftragsdüse 2 entfernt, um in eine Position für die Verklebung mit dem Chipträger gebracht werden zu können. Im Zeitabschnitt t4 erreicht die Auftragsdüse 2 ihreIn the subsequent time period t4, the card 30 is removed from the area of the application nozzle 2 using the conveyor device in order to be able to be brought into a position for bonding to the chip carrier. In the time period t4, the application nozzle 2 reaches its
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obere Stellung, in der in diesem Ausführungsbeispiel zwischen Auftragsdüse 2 und Karte 30 etwa ein Abstand von 10 bis 12 mm besteht.upper position, in which in this embodiment there is a distance of approximately 10 to 12 mm between application nozzle 2 and card 30.
Im Anschluß an die im Zeitabschnitt t4 ablaufenden Vorgänge kann der ßeleimungsvorgang ab dem Zeitabschnitt ti wiederholt werden.Following the processes taking place in time period t4, the gluing process can be repeated from time period ti.
Durch wiederholtes Ausführen der Verfahrensschritte konnten in durchgeführten Versuchen bis zu 60 Karten pro Minute mittels einer Auftragsdüse 2 mit Klebstoff versehen werden. Für 1000 mit Klebstoff zu versehende Karten 30 wurde etwa eine Klebstoffmenge von nur 4,5 g verbraucht.By repeatedly carrying out the process steps, up to 60 cards per minute could be provided with adhesive using an application nozzle 2 in tests carried out. For 1000 cards 30 to be provided with adhesive, an adhesive quantity of only 4.5 g was used.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9315652U DE9315652U1 (en) | 1993-10-15 | 1993-10-15 | Application head for applying adhesive to a substrate, in particular for gluing a chip to a card |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE9315652U DE9315652U1 (en) | 1993-10-15 | 1993-10-15 | Application head for applying adhesive to a substrate, in particular for gluing a chip to a card |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE9315652U1 true DE9315652U1 (en) | 1993-12-23 |
Family
ID=6899399
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE9315652U Expired - Lifetime DE9315652U1 (en) | 1993-10-15 | 1993-10-15 | Application head for applying adhesive to a substrate, in particular for gluing a chip to a card |
Country Status (1)
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