KR101755393B1 - 분배 장치용 마그네틱 드라이브 - Google Patents

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Abstract

기판에 소정량의 점성 물질을 분배하는 디스펜서 프레임과, 프레임에 결합된 갠트리 시스템(gantry system), 및 갠트리 시스템에 결합된 디스펜서 유닛을 포함한다. 디스펜서 유닛은 챔버를 갖는 하우징과, 챔버 내에 배치된 피스톤을 포함한다. 피스톤은 연장된 몸체를 가지며 챔버 내에서 분배전(pre-dispense) 위치와 분배 위치 사이에서 이동하도록 구성된다. 디스펜서는 챔버 내에서 피스톤의 이동을 구동시키기 위한 모터를 더 포함한다. 모터는 회전 샤프트와, 회전 샤프트에 결합되며 적어도 하나의 구동 자석을 구비한 휠, 및 휠과 피스톤의 헤드 사이에 배치된 피동 자석을 포함한다. 디스펜서는 하우징에 결합된 노즐을 더 포함한다. 노즐은 점성 물질을 분배하기 위한 오리피스를 구비한다. 디스펜서의 다른 실시예 및 분배 방법이 또한 개시된다.

Description

분배 장치용 마그네틱 드라이브{MAGNETIC DRIVE FOR DISPENSING APPARATUS}
본 개시(disclosure)는 일반적으로 인쇄회로기판(PCB) 등과 같은 기판상에 점성 물질을 분배하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
다양한 적용을 위해 조절된 양(metered amount)의 액체 또는 페이스트(paste)를 분배하는데 사용되는 여러 유형의 종래의 분배 시스템이 존재한다. 이러한 적용의 일례로는 회로기판에 집적회로(IC) 칩 및 다른 전자부품을 조립하는 것을 들 수 있다. 이러한 적용에 있어서, 회로기판 상에 액상 에폭시(liquid epoxy) 또는 솔더 페이스트(solder paste), 혹은 다른 관련 물질을 점 형태로 분배하는데 자동 분배 시스템이 사용된다. 부품을 회로기판에 기계적으로 고정시키는 밀봉재(encapsulent) 및 언더필 물질(unterfill material)을 선 형태로 분배하기 위해서도 또한 자동 분배 시스템이 사용된다. 언더필 물질과 밀봉재는 조립체의 기계적 및 환경적 특징을 개선하기 위해 사용된다.
다른 적용예로는 극소량(very small amount) 또는 점 형태로 회로기판에 분배하는 것이 있다. 물질을 점 형태로 분배할 수 있는 일례의 시스템에서는, 디스펜서 유닛(dispenser unit)이 물질을 노즐 밖으로 밀어내어 회로기판에 분배하기 위한 나선형 홈(helical groove)을 갖는 회전형 오거(auger)를 이용한다. 이러한 시스템의 일례는 본 개시의 양수인인 메사추세츠주 프랭클린 소재의 스피드라인 테크놀로지스(Speedline Technologies, Inc)가 소유한 "밀봉용 오거 작동 나사를 구비한 액체 분배 시스템 및 분배 방법"이라는 명칭의 미국 특허 제 5, 819,983호에 개시되어 있다.
오거 타입의 디스펜스를 이용한 작업에서는, 회로기판에 하나의 점 또는 선 형태로 물질을 분배하기 이전에 디스펜서 유닛이 회로기판의 표면 쪽으로 하강되며, 점 또는 선 형태로 물질을 분배하고 나서는 들어올려진다. 이러한 타입의 디스펜서를 이용하게 되면, 정밀한 소량의 물질을 높은 정확도로 분배할 수 있다. 일반적으로 z-축 운동(z-axis movement)으로 알려진, 회로기판에 수직인 방향으로 디스펜서 유닛을 하강시키거나 들어올리는데 요구되는 시간은 분배 작업을 수행하는데 요구되는 시간에 중요한 영향을 미치게 된다. 특히, 오거 타입의 디스펜서의 경우에, 물질을 점 또는 선 형태로 분배하기 전에 상기 물질이 회로기판을 접촉하도록 또는 "적시도록" 디스펜서 유닛이 하강된다. 이러한 적시는 공정은 분배 작업을 수행하는데 추가적인 시간을 초래한다.
자동 디스펜서 분야에는 회로기판에 점성 물질을 연속적으로 분배하는 것이 또한 알려져 있다. 이러한 시스템은 "기판에 점성 물질을 분배하는 방법 및 장치"라는 명칭의 2007년 2월 16일자로 출원된 미국 특허출원 번호 제 11/707,620호에 도시 및 기재되어 있으며, 상기 특허출원은 2006년 11월 3일자로 출원된 미국 가출원 제 60/856,508호를 우선권 주장하며, 상기 두 특허출원은 메사추세츠주 프랭클린 소재의 스피드라인 테크놀로지스 소유이며, 다목적으로 참조로 본 명세서에 병합되어 있다.
본 발명의 일 양태는 기판에 소정량의 점성 물질을 분배하는 디스펜서에 대한 것이다. 디스펜서는 프레임과, 프레임에 결합된 갠트리 시스템(gantry system), 및 갠트리 시스템에 결합된 디스펜서 유닛을 포함한다. 디스펜서 유닛은 챔버를 갖는 하우징과 챔버 내에 배치된 피스톤을 포함한다. 피스톤은 챔버 내에서 분배전(pre-dispense) 위치와 분배 위치 사이에서 이동하도록 구성된다. 챔버 내에서 피스톤의 이동을 구동시키기 위해 모터가 피스톤에 결합된다. 디스펜서 유닛은 피스톤을 그 내부에 수용하도록 구성된 분배용 보어(bore)와 하우징에 결합된 노즐을 더 포함한다. 노즐은 분배용 보어와 동축인 오리피스를 구비한다. 모터의 동작을 제어하기 위해 모터에 컨트롤러가 결합된다. 디스펜서는 분배용 보어로부터 분배된 소정량의 점성 물질이 피스톤을 분배 위치로 이동시킬 때 분배용 보어 안으로 들어가는 피스톤의 체적과 실질적으로 동일하게 되도록 구성된다.
디스펜서의 실시예는 이하의 특징들을 포함할 수 있다. 하우징은 그 내부에 형성된 표면을 포함할 수 있으며, 모터는 피스톤에 결합된 커넥터를 포함할 수 있다. 커넥터는 분배 위치로의 피스톤의 이동을 제한하기 위해 하우징의 표면에 접하도록 구성된 표면을 포함한다. 하우징의 표면은 유연한 재료를 포함할 수 있다. 커넥터는 피스톤에 착탈 가능하게 결합된다. 하우징은 챔버 내에 배치된 배럴(barrel)을 포함할 수 있다. 배럴은 피스톤을 그 내부에 미끄럼운동 가능하게 수용할 수 있는 크기의 내경(inner diameter)을 가질 수 있다. 분배용 보어는 배럴과 일체형으로 형성될 수 있다. 배럴과 피스톤은 분배용 보어의 직경을 변경하도록 선택될 수 있다. 모터는 선형 보이스 코일 모터(linear voice coil motor)를 포함할 수 있다. 오리피스는 분배용 보어와 유체 유통 상태에 있는 소경(small-diameter) 보어를 가질 수 있으며, 이 소경 보어는 분배용 보어보다 그 직경이 더 작다. 디스펜서 유닛은 분배용 보어에 점성 물질을 이송할 수 있도록 하우징 내에 형성된 개구(開口)를 더 포함할 수 있다. 하우징은 피스톤이 분배 위치로 이동함에 따라 분배용 보어로의 점성 물질의 이송이 피스톤에 의해 차단되도록 구성될 수 있다. 피스톤은 분배용 보어에 인접한 단부에 편평한 단부를 가질 수 있다. 소정 실시예에서, 노즐은 헤드부(head portion)와 헤드부로부터 연장된 니들부(needle portion)을 포함할 수 있다. 니들부는 분배용 보어와 동축인 니들 보어(needle bore)를 가질 수 있다. 노즐을 하우징에 착탈 가능하게 고정시킬 수 있도록 노즐의 헤드부를 붙들도록 리테이너가 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 기판상에 점성 물질을 분배하는 디스펜서에 대한 것이다. 디스펜서는 프레임과, 프레임에 결합된 갠트리 시스템, 및 갠트리 시스템에 결합된 디스펜서 유닛을 포함한다. 일 실시예에서, 디스펜서 유닛은 챔버를 구비한 하우징과, 챔버 내에 배치된 배럴, 및 배럴 내에 배치된 피스톤을 포함한다. 피스톤은 챔버 내에서 분배전 위치와 분배 위치 사이에서 이동하도록 구성된다. 디스펜서 유닛은 피스톤을 분배 위치로 이동시킬 때 그 내부에 피스톤을 수용할 수 있도록 구성된 분배용 보어와 하우징에 결합된 노즐을 더 포함한다. 노즐은 분배용 보어와 동축인 오리피스를 갖는다. 배럴 내에서 피스톤의 이동을 구동시키기 위해 모터가 피스톤에 결합된다. 모터의 동작을 제어하기 위해 모터에는 컨트롤러가 결합된다.
본 발명의 다른 실시예는 기판상에 점성 물질을 분배하는 디스펜서에 대한 것이다. 디스펜서는 프레임과, 프레임에 결합된 갠트리 시스템, 및 갠트리 시스템에 결합된 디스펜서 유닛을 포함한다. 디스펜서 유닛은 챔버를 갖는 하우징과, 챔버에 점성 물질을 이송할 수 있도록 하우징에 형성된 개구, 및 챔버 내에 배치된 피스톤을 포함한다. 피스톤은 챔버 내에서 충전 위치(charge position)로부터 분배 위치로 이동할 수 있도록 구성된다. 챔버 내에서 후퇴(retracted) 위치와 확장 위치 사이에서 피스톤의 이동을 구동시키기 위해 피스톤에는 모터가 결합된다. 피스톤을 분배 위치로 이동시킬 때 그 내부에 피스톤을 수용하도록 분배용 보어가 구성된다. 노즐이 하우징에 결합되며, 노즐은 분배용 보어와 동축인 오리피스를 갖는다. 모터의 동작을 제어하기 위해 모터에는 컨트롤러가 결합된다. 피스톤이 개구를 통해서 챔버에 점성 물질이 이송될 수 있는 충전 위치로부터 분배용 보어로의 점성 물질의 이송을 차단하기 위해 피스톤이 노즐의 분배용 보어 쪽으로 이동하는 분배 위치로 이동할 수 있게 구성되도록 디스펜서가 구성된다.
본 발명의 또 다른 양태는 챔버와, 챔버에 점성 물질을 이송하기 위한 개구와, 챔버와 유체 유통 상태에 있는 분배용 보어, 및 분배용 보어 내에서 이동 가능한 피스톤을 구비한 유형의 디스펜서로부터 점성 물질을 분배하는 방법에 대한 것이다. 본 방법은: 분배용 보어로부터 멀어지는 방향으로 피스톤을 이동시키는 단계와; 개구를 통해서 챔버에 점성 물질을 이송하는 단계와; 분배용 보어쪽 방향으로 피스톤을 이동시키는 단계와; 피스톤이 분배용 보어쪽으로 이동함에 따라 피스톤에 의해 개구를 차단함으로써 점성 물질의 이송을 차단하는 단계; 및, 소정량의 점성 물질을 배출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 챔버와, 챔버와 유체 유통 상태에 있는 분배용 보어와, 분배용 보어 내에서 이동 가능한 피스톤을 구비한 유형의 디스펜서로부터 점성 물질을 분배하는 방법에 대한 것이다. 본 방법은: 분배용 보어로부터 멀어지는 방향으로 피스톤을 이동시키는 단계와; 개구를 통해서 챔버에 점성 물질을 이송하는 단계와; 분배용 보어쪽 방향으로 피스톤을 이동시키는 단계와; 분배용 보어 안으로 이동한 피스톤의 체적과 실질적으로 동일한 소정량의 점성 물질을 배출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 챔버와, 내부에 연장된 보어가 형성된 배럴로서, 챔버 내에 배치되는 상기 배럴과, 챔버 및 배럴의 연장된 보어와 유체 유통 상태에 있는 분배용 보어, 및 배럴의 연장된 보어 내에 배치되며 소정량의 점성 물질을 분배할 수 있도록 분배용 보어안으로 삽입되도록 구성된 피스톤을 구비한 유형의 디스펜서로부터 점성 물질을 분배하는 방법에 대한 것이다. 본 방법은: 챔버 내에 배치될 배럴을 선택하는 단계와; 배럴의 연장된 보어 내에 배치될 피스톤을 선택하는 단계와; 배럴과 피스톤을 챔버 내에 설치하는 단계와; 분배용 보어로부터 멀어지는 방향으로 피스톤을 이동시키는 단계와; 분배용 보어에 점성 물질을 이송하는 단계와; 분배용 보어쪽 방향으로 피스톤을 이동시키는 단계; 및 소정량의 점성 물질을 배출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 프레임과, 프레임에 결합된 갠트리 시스템, 및 갠트리 시스템에 결합된 디스펜서 유닛을 포함하는, 기판상에 소정량의 점성 물질을 분배하는 디스펜서에 대한 것이다. 디스펜서 유닛은 챔버를 구비한 하우징과 챔버 내에 배치된 피스톤을 포함한다. 피스톤은 챔버 내에서 분배전 위치와 분배 위치 사이에서 이동하도록 구성된다. 챔버 내에서 피스톤의 이동을 구동시키기 위해 피스톤에 모터가 결합된다. 분배용 보어가 그 내부에 피스톤을 수용하도록 구성된다. 기판에 물질을 분배할 수 있도록 하우징에 노즐이 결합된다. 노즐은 헤드부와 헤드부로부터 연장된 니들부를 포함한다. 니들부는 내경(內徑)과 내경보다 훨씬 더 큰 길이를 갖는 니들 보어(needle bore)를 포함한다. 니들 보어는 분배용 보어와 동축을 이룬다. 하우징에 노즐을 착탈 가능하게 고정시키기 위해 노즐의 헤드부를 붙들 수 있도록 리테이너(retainer)가 구성된다. 기판상에 점성 물질의 분배 동작을 수행할 수 있도록 모터의 동작을 제어하기 위해 컨트롤러가 모터에 결합된다.
본 개시의 일 양태는 또한 기판상에 소정량의 점성 물질을 분배하는 디스펜서에 대한 것이다. 소정 실시예에서, 디스펜서는 프레임과, 프레임에 결합된 갠트리 시스템, 및 갠트리 시스템에 결합된 디스펜서 유닛을 포함한다. 디스펜서 유닛은 챔버를 구비한 하우징과 챔버 내에 배치된 피스톤을 포함한다. 피스톤은 연장된 몸체를 가지며 챔버 내에서 분배전 위치와 분배 위치 사이에서 이동하도록 구성된다. 디스펜서 유닛은 챔버 내에서 피스톤의 이동을 구동시키기 위한 모터를 더 포함한다. 일 실시예에서, 모터는 회전 샤프트와, 회전 샤프트에 결합되며 적어도 하나의 구동 자석(drive magnet)을 구비한 휠, 및 휠과 피스톤 사이에 배치된 피동 자석(driven magnet)을 포함한다. 디스펜서는 하우징에 결합된 노즐을 더 포함한다. 노즐은 점성 물질을 분배하기 위한 오리피스를 구비한다.
디스펜서의 실시예는 모터의 동작을 제어하기 위해 모터에 결합된 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 모터는 휠의 원주를 따라서 배치된 복수의 구동 자석을 포함한다. 구동 자석은 서로 일정 간격으로 이격될 수 있다. 모터는 피동 자석을 수용하도록 구성된 보어를 갖는 자석 가이드(magnet guide)를 더 포함할 수 있다. 피스톤은 이 피스톤의 상단에 위치된 헤드를 더 구비하며, 헤드는 피동 자석에 부착된다.
본 개시의 다른 양태는 점성 물질을 분배하도록 구성된 디스펜서 유닛의 분배용 보어 내에서 피스톤의 왕복운동을 구동시키는 방법에 대한 것이다. 소정의 실시예에서, 본 방법은: 피스톤의 헤드를 적어도 하나의 구동 자석과 피동 자석 사이에 배치시키는 단계와; 피스톤의 운동을 유발할 수 있도록 구동 모터로 적어도 하나의 구동 자석을 회전시키는 단계; 및 피스톤을 이동시킬 때 소정량의 점성 물질을 배출하는 단계를 포함한다.
본 개시의 또 다른 양태는 챔버 내에서 피스톤의 왕복운동을 구동시키기 위해 피스톤에 결합된 모터에 대한 것이다. 일 실시예에서, 모터는 회전 샤프트와, 회전 샤프트에 결합되며 적어도 하나의 구동 자석을 구비한 휠, 및 휠과 피스톤의 헤드 사이에 배치된 피동 자석을 포함한다.
모터의 실시예는 휠의 원주를 따라 배치된 복수의 구동 자석을 포함할 수 있다. 구동 자석은 서로 일정 간격으로 이격될 수 있다. 모터는 피동 자석을 수용하도록 구성된 자석 가이드를 더 포함할 수 있다. 구동 자석은 서로 소정 간격으로 이격될 수 있다.
본 개시의 내용을 더욱 잘 이해하기 위해, 참조로 병합된 도면이 참고된다.
본 발명에 따르면 자석 모터 조립체의 제공에 의해 디스펜서의 동작이 단순화된다. 또한, 본 개시의 실시예의 디스펜서는 기판 상에 분배되는 물질의 크기를 변경시킬 수 있도록 신속하고 수월하게 교체될 수 있는 노즐 조립체를 구비할 수 있다. 또한, 소정 피스톤과 분배용 보어의 구조에 의해, 기판 상에 적층되는 물질의 양의 정확도가 더욱 향상된다.
다른 이점은 피스톤의 더 빠른 가속도로, 피스톤의 보다 급속한 왕복 운동을 가능케 하는 것을 들 수 있다. 자기 모터의 사용은 이러한 급속한 왕복 운동을 제공하면서, 보이스 코일 모터 구조보다 더 적은 열을 발생시킨다. 중요한 이점은 기판 상에 소량(예를 들면, 0.10mg)의 물질을 적층할 수 있는 디스펜서 유닛의 능력이다.
도 1은 본 개시의 실시예에 사용되는 디스펜서의 개략도이고,
도 2는 본 개시의 일 실시예의 디스펜서 유닛의 사시도이며,
도 3은 도 2에 도시된 디스펜서 유닛의 3-3 라인을 따라 취해진 횡단면도이고,
도 4는 도 2에 도시된 디스펜서 유닛의 4-4 라인을 따라 취해진 횡단면도이며,
도 5는 분배전 위치의 도 3에 도시된 디스펜서 유닛의 노즐의 확대 횡단면도이고,
도 6은 분배 위치에서 도시된 노즐의 확대 횡단면도이며,
도 7은 도 6에 도시된 노즐의 오리피스 조립체의 확대 횡단면도이고,
도 8은 본 명세서에 도시된 디스펜서 유닛의 내부 구성요소의 분해 사시도이며,
도 9a 내지 도 9d는 각각 분배전, 정지, 분배, 및 충전 위치에서 디스펜서 유닛을 도시하는 본 개시의 실시예의 디스펜서 유닛의 횡단면도이고,
도 9e는 디스펜서 유닛의 피스톤의 다양한 위치를 도시하는 디스펜서 유닛의 노즐의 횡단면도이며,
도 9f는 디스펜서 유닛의 일례의 동작 중의 피스톤의 위치를 도시하는 다이어그램이고,
도 10은 본 개시의 다른 실시예의 디스펜서 유닛의 확대 횡단면도이며,
도 11은 본 개시의 실시예의 디스펜서의 기능 블록도이고,
도 11a는 본 개시의 다른 실시예의 디스펜서의 기능 블록도이며,
도 12는 본 개시의 다른 실시예의 디스펜서 유닛의 횡단면도이고,
도 13a는 디스펜서 유닛이 분배전 위치에 도시되어 있는, 도 12에 도시된 디스펜서 유닛의 일부의 확대 횡단면도이며,
도 13b는 디스펜서 유닛이 분배 위치에 도시되어 있는, 도 12에 도시된 디스펜서 유닛의 일부의 확대 횡단면도이고,
도 14는 도 12와 도 13에 도시된 디스펜서 유닛의 분해 사시도이다.
예시만을 목적으로 하며 일반성을 제한함이 없이, 이제 첨부된 도면을 참조하여 본 개시가 상세히 설명될 것이다. 본 개시는 그 적용에 있어서 이하의 상세한 설명에 개시되거나 도면에 예시된 구성요소들의 구성 및 배치의 상세사항에 국한되지 않는다. 본 개시는 다른 실시예도 가능하며, 다양한 방식으로 실행되거나 행해질 수 있다. 또한 본 명세서에서 사용되는 어구 및 용어는 기술(記述)을 목적으로 하는 것으로 한정하는 것으로 간주되어서는 안 된다. "포함하는(including, comprising)," 구비하는(having)," "함유한(containing)," "수반하는(involcing)" 및 그 변형 표현의 사용은 그 이전에 나열된 항목과 그 동등물뿐만 아니라 추가적인 항목도 포함하는 것을 의미한다.
본 개시의 실시예는 디스펜서 유닛, 분배 방법, 및 본 개시의 방법과 장치를 포함하는 분배 시스템데 대한 것이다. 본 개시의 실시예는 본 개시의 양수인인 메사추세츠주 프랭클린 소재의 스피드라인 테크놀로지스(Speedline Technologies, In.)의 CAMALOT®라는 상표명으로 제공되는 분배 시스템과 함께 사용될 수 있다.
도 1은 인쇄회로기판(12)상에 점성 물질｛예를 들면, 접착제, 밀봉재(encapsulent), 에폭시, 솔더 페이스트(soler paste), 언더필 물질(underfill materiaal)등｝또는 반점성(semi-viscous) 물질｛예를 들면, 솔더링 플럭스(soldering flux) 등｝을 분배하는데 사용되는 전체적으로 도면번호 10으로 지칭된 본 발명의 일 실시예에 따른 디스펜서를 예시한다. 디스펜서(10)는 전체적으로 ehaus번호 14로 지칭된 디스펜서 유닛 또는 헤드와 컨트롤러(16)를 포함한다. 디스펜서 유닛은 본 명세서에서 가끔 마이크로-피스톤 펌프 유닛으로 지칭될 수 있다. 디스펜서(10)는 회로기판(12)을 지지하는 베이스(20)와 디스펜서 유닛(14)을 지지하는 암(arm)(22)을 구비한 프레임(18)을 또한 포함한다. 인쇄회로기판 제작 기술분야에 잘 알려진 바와 같이, 디스펜서에 회로기판을 탑재하거나 디스펜서로부터 회로기판을 이동시키는 것을 제어하기 위해 디스펜서(10)에는 컨베이어 시스템(도시하지 않음)이 사용될 수 있다. 암(22)은 프레임(18)에 착탈 가능하게 결합된다. 미리 설정된 위치 및 높이, 필요한 경우에는 회로기판(12)의 위에 디스펜서 유닛을 위치시킬 수 있도록, 암(22)은 컨트롤러(16)의 제어하에 모터를 사용하여 x축, y축 및 z축으로 이동될 수 있다.
일 실시예에서, 아래에 논의되는 바와 같이, 디스펜서(10)는 각각의 증착에 대해 제어된 체적 유량(controlled volumetric flow rate)으로 니들(needle) 없는 분배를 제공하도록 구성된다. 또한, 적어도 하나의 실시예에서, 디스펜서 유닛(14)은 분배중에 회로기판(12) 또는 다른 기판을 가로질러 측방향으로 이동될 수 있다. 게다가, 실시예에서, 디스펜서(10)는 분배되는 물질에 충분한 속도를 부여할 수 있도록 제어된다.
이제 도 2를 참조하면, 디스펜서 유닛(14)은 전체적으로 도면번호 24로 지칭된 분배 조립체와, 분배 조립체에 고정되며 분배 조립체에 점성 물질을 공급하도록 구성된 전체적으로 도면번호 26으로 지칭된 물질 공급 조립체를 포함한다. 점성 물질의 예로는 솔더 페이스트, 플럭스(flux), 밀봉재, 접착제, 언더필, 및 인쇄회로기판 또는 다른 유사한 기판에 전자부품을 장착하는데 사용되는 다른 물질이 포함되나, 이에 국한되지 않는다. 물질 공급 조립체(26)는 가압 상태로 점성 물질을 보유하고 이 가압 점성 물질을 분배 조립체(24)에 이송하도록 설계된다. 분배 조립체(24)는 컨트롤러(16)의 제어하에 암(22)을 통해서 기판(예를 들면, 인쇄회로기판(12))의 위로 x 및 y 방향으로 이동하며 기판상에 점성 물질을 점 형태로 배출하도록 설계된다.
이제 전체적으로 도 2 내지 도 8로 넘어가면, 일 실시예에서, 분배 조립체(24)는 전체적으로 부재번호 28로 지칭된 인코더(encoder) 조립체와, 전체적으로 부재번호 30으로 지칭된 모터 조립체와, 디스펜서 하우징(32), 및 전체적으로 부재번호 34로 지칭된 노즐 조립체를 포함하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 인코더 조립체(28)는 인코더 하우징(36)과, 인코더 스케일(38), 및 위치 인코더(40)를 포함한다. 인코더 조립체(28)의 위치 인코더(40)는 디스펜서(10)의 작동 중에 모터 조립체(30)의 위치에 대한 폐루프 피드백(closed-loop feedback)을 제공하도록 컨트롤러(16)와 통신한다. 인코더에의 이동식 스케일(38)의 제공은 관성(inertia)을 저감시키며, 이동식 인코더 헤드 및 고정식 스케일에 전형적으로 요구되는 가요성 와이어의 필요성을 없애준다.
일 실시예에서, 모터 조립체(30)는 컨트롤러(16)와 통신하도록 구성되는 보이스 코일 모터(voice coil motor)이다. 모터 조립체(30)는 강자성 재료(ferromagnetic material)로 제작된 모터 하우징(42)과, 보이스 코일(44)과, 자석(46), 및 자석에 결합된 구동 샤프트(48)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 인코더 하우징(36)과 모터 하우징(42)은 축 A를 따라 서로 결합된다. 이동식 자석 보이스 코일 모터의 제공은 종래의 보이스 코일 모터의 가요성 와이어의 필요성을 없애주며, 모터 조립체(30)의 열방산을 증진시키도록 보이스 코일(44)과 모터 하우징(42) 사이에 개선된 열접속(thermal connection)을 제공한다.
분배 조립체(26) 내에서 구동 샤프트(48)의 상하 운동을 구동시키기 위해 보이스 코일(44)이 자석(46)과 강자성 모터 하우징(42)의 사이에 배치되도록 구조가 이루어진다. 위치 인코더(40)는 구동 샤프트(48)가 모터 하우징(42) 내에서 상하 운동을 함에 따라 구동 샤프트의 위치를 감지하도록 위치된다. 컨트롤러(16)는 모터 조립체(30) 및 인코더 조립체(28)와 통신하는 드라이버(도시하지 않음)를 구비하여 구성될 수 있다. 이러한 구조는 정류(commutation)를 방지하며, 모터의 보다 양호한 제어를 발생시키기 위해 자성 코깅(magnetic cogging)을 최소화한다.
축 A를 따라 모터 하우징(42)에 결합되는 디스펜서 하우징(32)은 챔버(50)를 형성하도록 구성되며(도 3 내지 도 8 참조), 이 챔버를 통해서 구동 샤프트(48)의 하단부가 이동하게 된다. 구동 샤프트(48)의 하단부에는, 디스펜서 하우징(32)의 챔버(50) 안으로 돌출하는 피스톤 구동 요크(drive yoke) 또는 커넥터(54)가 접속된다. 도 8에 가장 잘 도시된 바와 같이, 구동 요크와 피스톤 어댑터의 정렬을 보장하는 정렬 핀(55)을 수용하기 위해 피스톤 구동 요크(54)에는 슬롯(도시하지 않음)이 형성된다. 정렬 핀(55)은 피스톤의 위치를 제어하는 광 위치 인코더 스케일(optical position encoder scale)(38)의 정확한 정렬을 보장하는 수단을 또한 제공한다. 피스톤 구동 요크(54)에 대한 보다 상세한 설명은 디스펜서 유닛(14)의 설명이 진행됨에 따라 아래에 제공될 것이다.
소정 실시예에서, 노즐 조립체(34)는 유지 나사(retaining screw)(58)에 의해 디스펜서 하우징(32)에 고정되는 노즐 하우징(56)을 포함할 수 있다. 노즐 하우징(56)은, 상단부와 편평한 표면(70)을 갖는 하단부를 구비한 피스톤(64)과 배럴 실린더(62)를 수용하도록 구성된 원통형 챔버(60)를 포함하도록 구성될 수 있다. 피스톤(64)은 축 A를 따라서 배럴 실린더(62)에 형성된 연장된 보어(72) 내에 수용되어 미끄럼 운동하도록 구성된다. 일 실시예에서, 피스톤(64)은 0.020인치(0.508mm) 내지 0.062인치(1.5748mm) 사이의 직경을 가지며, 바람직한 직경은 0.032인치(0.8128mm)이다. 배럴 실린더(62)의 연장된 보어(72)는 피스톤(64)이 보어 내에서 미끄럼 운동할 수 있도록 그 내부에 피스톤을 수용할 수 있는 크기로 이루어진다.
씰 너트(seal nut)(74) 및 적절한 씰(76, 78)(도 5 참조)이 실린더 챔버(60) 내에서 배럴 실린더(62)의 상부 부분을 노즐 하우징(56)에 고정한다. 피스톤(64)이 그 하향 행정을 완료함에 따라 피스톤의 급격한 감속을 유발할 수 있도록 탄성력을 제공하기 위해 유연한 재료(79)가 씰 너트(74)의 위에 배치될 수 있다. 이러한 구성은 디스펜서(10)가 비교적 조용히 동작할 수 있게 한다. 배럴 실린더(62)의 하부 부분은 노즐 조립체(34)의 니들 너트(needle nut) 또는 리테이너(80)에 의해 고정되며, 이는 아래에 매우 상세히 설명될 것이다. 원통형 챔버(60)는 물질 공급 조립체(26)로부터의 물질을 수용하는데 적합하게 구성된 물질 피드 튜브(material feed tube: 84)와 유체 유통 상태에 있는 소형 분배 공동(dispensing cavity)를 형성한다. 도시된 바와 같이, 물질 피드 튜브(84)는 입구 고정구(inlet fitting: 86)에 의해 노즐 하우징(56)에 분리 가능하게 고정된다. 아래에서 매우 상세히 설명되는 바와 같이, 점성 물질은 원통형 챔버(60)로 이송되어 가압하에 소형 분배 공동으로 이송된다.
도 7에 가장 잘 도시된 바와 같이, 노즐 조립체(34)는 니들 너트(80)에 의해 노즐 하우징(56)의 하부 단부에 나사체결식으로 고정되도록 설계된 전체적으로 부재번호 88로 지칭된 오리피스 조립체를 더 포함한다. 구체적으로, 오리피스 조립체(88)는 오리피스 인서트(orifice insert: 90)와, 오리피스 인서트를 수용하도록 구성된 오리피스 어댑터(92), 및 니들 너트(80)에 의해 오리피스 조립체 전체를 노즐 하우징(56)에 나사체결식으로 부착하도록 구성된 니들 너트(80)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 오리피스 인서트(90)는 원뿔형 표면(94)과 내부에 형성된 예를 들면, 직경이 0.005인치(0.127mm)인 소경(small diameter) 보어를 갖는 전체적으로 원통형 부재이다. 일 실시예에서, 오리피스 인서트(90)는 합성 사파이어(synthetic sapphire: 인조 사파이어) 등과 같은 경성(hard) 재료로 제작될 수 있다.
소경 보어(96)로부터 기판, 예를 들면 회로기판(12)으로 점성 물질을 배출하도록 구조가 이루어진다. 오리피스 어댑터(92)는 일 실시예에서 오리피스 인서트(90)를 수용할 수 있는 크기로 이루어진 리세스(recess: 100)가 형성된 하부 부분(98)을 갖는다. 오리피스 인서트(90)를 오리피스 어댑터(92)의 하부 부분(98)의 리세스(100) 내에 고정시키기 위해 스웨이지 접속(swaged connection)이 제공될 수 있다. 오리피스 어댑터(92)는 배럴 실린더(62)의 하부면(102)과 연통된다. 배럴 실린더(62)는 원통형 챔버(60)와 유체 유통 상태에 있는 내부에 일체형으로 형성된 분배용 보어(104)를 더 포함한다. 분배용 보어(104)는 도 7에 예시된 바와 같이 분배 행정을 행할 때 피스톤(64)의 하부 부분을 수용할 수 있는 크기로 이루어진다. 도시된 바와 같이, 소경 보어(96)는 분배용 보어(104)와 동축을 이룬다. 오리피스 인서트(90)가 오리피스 어댑터(92)와 니들 너트(80)에 의해 기계적으로 구속되기 때문에 소경 보어(96)의 위치를 조절할 필요가 없다. 특정 실시예에서는, 노즐 조립체의 세척작업에 도움을 줄 수 있도록 이 노즐 조립체(34)가 디스펜서(10)의 최종 사용자에게 완전한 조립체로 제공될 수 있다. 구체적으로, 사용된 노즐 조립체는 니들 너트(80)의 나사체결을 풀어서 디스펜서(10)의 디스펜서 유닛(14)으로부터 완전히 분리되고는 새로운 (깨끗한) 노즐 조립체로 대체될 수 있다.
다시 도 3 내지 도 6, 보다 구체적으로는 도 3과 도 4를 참조하면, 소정 실시예에서는, 피스톤(64)의 상부 부분이 모터 조립체(30)의 피스톤 구동 요크(54)에 붙들려서 고정되는 확대 헤드(106)를 포함한다. 그래서, 모터 조립체(30)가 구동 샤프트(48)를 이동시킴으로써 챔버(50) 내에서 피스톤(60)의 상하 운동을 구동시키도록 구조가 이루어진다. 피스톤(64)은 후퇴된 분배전(pre-dispense) 위치(도 5 참조)와 연장된 분배 위치(도 6 참조) 사이에서 왕복 운동하도록 구성된다. 분배 유닛(14)에 의해 분배되는 점성 물질의 양은 피스톤이 오리피스 인서트(90)쪽으로 이동함에 따라 분배용 보어(104)안으로 진입하는 피스톤(64)의 체적과 실질적으로 동일하거나 적어도 이와 연관된다. 피스톤(64)의 편평한 단부(70)는 피스톤의 하부 단부가 (분배용 보어) 내에서 하강될 때 분배용 보어(104) 내에 포함된 갇힌 유체 충전제 입자를 제거하는 것에 도움을 주며, 이로써 입구 통로(122)를 차단하게 된다.
도시된 실시예에서, 물질 공급 조립체(26)는 물질 공급 카트리지 또는 컨테이너(108)와, 물질 피드 튜브(84), 및 장착(마운팅) 조립체를 포함한다. 도시된 바와 같이, 장착 조립체는 마운팅 브래킷(110)과 마운팅 레버(112)를 포함한다. 마운팅 레버(112)는 디스펜서 유닛(14)을 암(22)에 고정시키기 위해 캠-잠금장치식으로 동작한다. 물질 피드 튜브(84)는 출구 고정구(114)에 의해 카트리지(108)에 접속되며, 이 출구 고정구(114)는 카트리지를 소정 각도로 경사지게 분배 조립체(24)의 노즐 하우징(56)에 접속하는데, 상기 소정 각도는 챔버(50)로의 점성 물질의 유동을 증대시키기 위해 중력에 의존한다. 카트리지(108)의 상단부를 폐쇄하기 위해 캡(116)이 제공된다. 캡(116)은 공기 가압 입구(118)를 구비하도록 구성되며, 이 공기 가압 입구는 카트리지 내에 보유된 점성 물질을 가압하도록 카트리지에 가압 공기를 공급한다. 가압된 점성 물질은 카트리지(108)로부터 물질 피드 튜브(84)로 유동하고는, 분배 조립체(24)의 챔저(50)로 유동한다. 카트리지(108) 내에 보유된 물질의 레벨을 관찰하기 위해 컨트롤러(16)에 결합되는 물질 레벨 센서(120)가 제공될 수 있다.
점성 물질이 원통형 챔버(60)를 형성하는 노즐 하우징(56)의 내측벽과 배럴 실린더(62)의 외측벽 사이에서 가압하에 적층되도록, 점성 물질은 물질 피드 튜브(84)로부터 챔버(50)로 유동한다. 도 5와 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 점성 물질은 배럴 실린더(62)에 형성된 각각 부재번호 122로 지칭된 두 개의 협소한 슬릿을 통해서 분배용 보어(104)로 들어간다. 모터 조립체(30)가 피스톤(64)을 들어올리는 후퇴 위치에 피스톤(64)이 있을 때, 점성 물질이 배럴 실린더(62)에 형성된 보어(72)와 분배용 보어(104)로 들어가도록 구조가 이루어진다. 그래서, 모터 조립체(30)가 구동 샤프트(48)를 통해서 피스톤(64)을 하강시키는 연장된 위치 또는 분배 위치로 피스톤(64)이 오리피스 인서트(90)쪽으로 이동할 때, 분배용 보어(104)에 있는 물질이 분배됨에 따라 피스톤은 좁은 슬릿(122)과 분배용 보어(104)의 사이에 물질의 유통을 차단한다. 분배용 보어(104)로 들어가는 물질의 양을 증대 또는 감소시키기 위해 슬릿(122)의 크기를 선택적으로 확대 또는 저감시킬 수 있도록 배럴 실린더(62)의 둘레에 슬리브(도시하지 않음)가 제공될 수 있다.
도시된 실시예에서는, 점성 물질의 점 형태의 크기가 변경될 수 있도록 배럴 실린더(62)와, 피스톤(64), 및 오리피스 인서트(90)는 분리 가능하며 교체 가능하다. 예를 들면, 더 큰 점 형태를 형성하기 위해서, 배럴 실린더(62), 피스톤, 소경 보어(104), 및 오리피스 인서트(90) 내의 분배용 보어(96)의 크기가 증대될 수 있다. 반대로, 더 작은 점 형태를 형성하기 위해서는, 이들 치수가 저감될 수 있다. 게다가, 분배 조립체(24)는 일반적으로 그리고 노즐 조립체(34)는 특히 수월하게 분리될 수 있으므로, 씰(76, 78)을 포함하여 이들 구성요소는 세척 및 교체를 위해 신속하게 효율적으로 분리될 수 있다.
디스펜서(10)를 동작시킬 때, 오리피스 인서트(90)의 소경 보어(96)를 통해서 오리피스 어댑터(92)의 분배용 보어(104)로부터 물질을 점 형태로 분배하기 위해 피스톤(64)은 후퇴 위치와 연장 위치 사이에서 이동된다. 구체적으로, 그리고 도 5와 도 6을 참조하면, 피스톤(64)이 그 후퇴 위치에 있을 때, 슬릿(122)을 통해서 원통형 챔버(60)로부터 분배용 보어(104)로 점성 물질이 들어간다. 모터 조립체(30)의 구동 샤프트(48)를 통해서 컨트롤러(16)의 동작하에 그 연장 위치로 이동될 때, 피스톤(64)은 배럴 실린더(62)의 슬릿(122)을 차단함으로써 분배용 보어(104)로의 점성 물질의 공급을 차단한다. 위에서 논의된 바와 같이, 피스톤(64)이 분배용 보어(104)로 들어감에 따라, 피스톤(64)의 편평한 단부(70)는 분배용 보어(104) 내의 분배용 챔버 내에 있는 갇힌 입자를 제거한다. 분배용 보어(104)로부터 분배되는 점성 물질의 양은 분배용 보어로 들어가는 피스톤의 체적과 실질적으로 동일하도록 구조가 이루어진다. 피스톤(64)의 하향 행정은, 씰 너트(74)의 위에 배치된 유연한 재료(79)에 의해 형성된 숄더부(shoulder portion) 또는 표면(126)에 접하는 피스톤의 헤드(106)의 숄더부 또는 표면(124)에 의해 제한된다. 그래서 물질을 점 형태로 분배할 때, 피스톤(64)은 컨트롤러(16)와 모터 조립체(30)의 제어하에 비교적 빠른 속도로 분배용 보어(104) 안으로 들어가서는 노즐 하우징(56) 내에서 피스톤(64)과 씰 너트(74)의 숄더부(124와 126)의 접촉에 따라 즉시 감속된다. 탄성 재료(79)는 피스톤(64)의 이러한 즉각적인 감속의 충격을 완화시킨다.
일 실시예에서는, 디스펜서 유닛(14)에 의해 분배되는 점 형태의 크기를 변경하기 위해서, 배럴 실린더(62), 피스톤(64), 및 오리피스 인서트(90)가 교체될 수 있다. 구체적으로, 니들 너트(80)의 나사체결을 해제함으로써, 니들 너트 내에 포함된 오리피스 인서트(90)와 오리피스 어댑터(92)도 또한 분리된다. 분리되고 나면, 배럴 실린더(62)가 씰 너트(74) 내의 그 시트로부터 분리될 수 있다. 이 배럴 실린더(62)는 다른 직경의 보어(72)를 갖는 다른 배럴 실린더로 교체될 수 있다. 피스톤(64)은, 피스톤이 배럴 실린더(62)의 보어(72) 내에서 미끄럼 운동할 수 있는 크기의 직경을 갖는 다른 피스톤으로 교체될 수 있다. 또한, 오리피스 인서트(90)는 특정 배럴 실린더(62) 및 피스톤(64)과 함께 작동할 수 있는 크기의 분배용 보어(104) 및 소경 보어(96)을 갖도록 교체될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 오리피스 인서트의 소경 보어의 크기를 변경하기 위해 노즐 조립체(34) 전체가 교체용 노즐 조립체로 교체될 수 있다.
다른 실시예에서, 디스펜서 유닛(14)은 점성 물질이 이 디스펜서 유닛으로부터 배출됨에 따라 점성 물질을 가열하기 위한 히터를 구비하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 디스펜서 유닛으로부터의 물질의 배출을 보다 잘 제어할 수 있도록 물질의 점성을 낮추기 위해 히터가 제공된다. 일 실시예에서는, 히터가 클램핑 장치에 의해 노즐 하우징(56)에 결합될 수 있다.
도 9a 내지 도 9d는 전체적으로 부재번호 200으로 지칭된 본 개시의 실시예의 디스펜서 유닛의 분배 동작의 순서를 예시한다. 도시된 바와 같이, 디스펜서 유닛(200)은 디스펜서 유닛(14)과 실질적으로 동일하다. 그래서, 도 9a 내지 도 9d에서 상응하는 구성요소는 대응하는 도면번호로 지칭되어 있다.
도 9a에는, 피스톤(64)이 분배전, 후퇴 위치에서 예시되어 있다. 이 위치는 "홈(home)" 위치로 지칭될 수 있다. 모터 조립체(30)는 피스톤(64)의 하향 이동을 구동시킨다. 도 9b는 분배용 보어로의 점성 물질의 이송을 차단하도록 피스톤이 분배용 보어(104) 내에 위치되는 정지(park) 위치의 피스톤(64)을 예시한다. 도시된 바와 같이, 피스톤(64)은 분배용 보어(104)의 대략 2/3 지점에 위치되어 있으나, 피스톤은 분배용 보어의 길이를 따라서 임의의 위치에 배치될 수 있다. 도 9c는 전술한 분배 위치로의 피스톤(64)의 연속된 하향 이동을 예시한다. 분배 위치에 위치하게 되면, 분배용 보어(104)로부터 분배되는 점성 물질의 양은 분배용 보어로 들어가는 피스톤의 체적과 실질적으로 동일하다.
다음으로 도 9d에 예시된 바와 같이, 모터 조립체(30)는 피스톤(64)이 슬릿(122)으로부터 치워지거나 또는 적어도 부분적으로 치워져서 점성 물질이 분배용 보어(104)로 들어가게 하는 충전 위치로의 피스톤(64)의 상향 이동을 구동시킨다. "충전 위치(charge position)", "상부 위치(up position)" 및 "분배전(pre-dispense)" 위치라는 용어는 본 명세서에서 피스톤이 들어올려진 또는 상부 위치에 있음을 기재하기 위해 상호 교환 가능하게 사용됨을 이해해야 한다. 유사하게, "배출 위치(discharge position", "하부 위치(down position)", "하강 위치(lowered position)", 및 "분배후(post-dispense)" 위치라는 용어는 본 명세서에서 피스톤이 하강된 또는 하부 위치에 있음을 기재하기 위해 상호 교환 가능하게 사용된다.
작동시에, 피스톤(64)은 충전 위치와 분배 위치 사이에서 이동한다. 아이들(idle)시에는, 물질이 실수로 분배되는 것을 방지하기 위해 피스톤(64)이 정지 위치로 이동될 수 있다. 사용중이지 않을 때는, 피스톤(64)이 모터 조립체(30)를 통해서 다시 도 9a에 예시된 분배전 위치 또는 홈 위치로 이동될 수 있다.
일 실시예에서, 피스톤의 이동은 도 9f에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 피스톤은 디스펜서의 개시 공정(initiation process) 동안에 홈 위치로부터 정지 위치로 이동한다. 작동시에, 피스톤은 특정 분배 작업의 개시(start)로부터 이 분배 작업의 종료까지 충전 위치와 분배 위치 사이에서 동작한다. 충전 위치에서, 챔버로부터 분배용 보어 안으로 물질이 흘러들어간다. 피스톤이 분배용 보어로 들어갈 때 이 피스톤은 분배용 보어 안으로의 물질의 유동을 차단한다. 이는 때때로 "영점(zero)" 위치로 지칭된다. 디스펜서에 의해 분배되는 물질의 양은 분배용 보어로 들어가는 피스톤의 체적과 실질적으로 동일하다. 도 9f에 도시된 바와 같이, 중지되었을 때, 피스톤은 정지 위치로 이동한다.
이제 도 10으로 넘어가면, 전체적으로 도면번호 300으로 지칭된 다른 실시예의 디스펜서 유닛이 도시되어 있다. 디스펜서 유닛(300)은 디스펜서 유닛(14)과 실질적으로 동일하다. 그래서, 도 10에서 상응하는 구성요소는 대응하는 도면번호로 지칭되어 있다. 노즐 조립체(34)는 헤드부(304)와 이 헤드부로부터 아래쪽으로 연장된 니들부(needle portion: 306)를 구비한 노즐(302)을 포함한다. 니들부(306)는 내경(inner diamerter: D)과 이 내경보다 훨씬 더 큰 길이(L)를 갖는 니들 보어(308)를 포함한다. 소정 실시예에서, 헤드부(304)는 대략 0.360인치(9.144mm)의 직경과 대략 0.134인치(3.4036mm)의 두께를 갖는다. 니들 보어(308)의 내경(D)은 대략 0.010인치(0.254mm) 내지 0.033인치(0.8382mm) 사이이다. 니들 보어(308)의 길이(L)는 0.25인치(6.35mm)와 0.591인치(15.0114mm) 사이이다. 그래서, 소정 실시예에서는, 길이(L) 대 내경(D)의 비율이 대략 7.5:1 내지 대략 60:1의 범위가 될 수 있다. 소정 실시예에서는, 노즐(302)의 분배용 보어(308)로 점성 물질을 안내하기 위해 헤드부(304)의 상단 표면에는 함몰부(dimple) 또는 깔대기(funnel) 형상부가 포함될 수 있다.
도시된 바와 같이, 니들 보어(308)와 유체 유통 상태에 있는 분배용 보어(104)는 기판에 물질을 분배할 수 있게 그 내부에 피스톤(62)을 수용하도록 구성된다. 니들 너트(80)는 노즐(302)을 노즐 하우징(56)에 고정시키기 위해 노즐(302)의 헤드부(304)를 붙들도록 구성된다. 구체적으로, 니들 너트(80)는 내부에 노즐(302)의 헤드부(304)를 수용하도록 구성된 컵부(cup portion: 310)와 노즐 하우징(56)에 구비된 나사산(부재번호 미부여)과 맞물려지도록 구성된 내부 나사산 형성 표면(312)을 구비한다.
작동시, 디스펜서 유닛(예를 들면, 디스펜서 유닛(14))은 기판, 예를 들면 회로기판(12)의 위에 공칭 간극 높이(nominal clearance height)로 위치된다. 이 간극 높이는 분배 작업에 걸쳐서 회로기판의 위로 비교적 일정한 높이로 유지되며, 회로기판의 높이의 편차 또는 회로기판의 상단 표면의 편평도의 불균일성은 이 간극 높이의 변화를 초래할 수 있으나 점성 물질의 분배에는 악영향을 미치지 않는다. 구체적으로, 디스펜서 유닛은 각 분배 작업의 종료시에 노즐을 z-축 방향으로 회로기판으로부터 멀어지게 들어올릴 필요가 없다. 하지만, 회로기판의 높이의 편차 및 회로기판의 편평도에 있어서의 불균일성을 수용할 수 있게, 디스펜서 유닛은 z-축 운동을 행하도록 구성될 수도 있다.
본 개시의 일 실시예에서, 디스펜서 유닛의 노즐의 높이를 회로기판의 위로 원하는 높이로 유지시키는 목적을 달성하기 위해, z-축 방향으로 회로기판의 위로 디스펜서 노즐의 높이를 측정하는 시스템이 제공된다. 몇몇 높이(또는 거리)측정 시스템에서는, 측정 시스템과 피측정 표면(예를 들면, 인쇄회로기판을 구현하는 기판의 표면) 사이에 물리적인 접촉이 이루어진다. 이러한 높이 측정 시스템의 일례는 본 개시의 양수인에게 양도되었으며 본 명세서에 참고로 병합된 "분배 시스템에서 기판의 높이를 측정하는 장치"라는 명칭의 미국 특허 제 6,093,251호에 기재되어 있다. 구체적으로, 미국 특허 제6,093,251호는 기판의 높이를 측정하기 위해서 기준점과 기판상의 지점 사이에서 연장될 수 있는 측정용 프로브(measruing probe)를 개시한다.
다른 높이 측정 시스템에서는, 물리적 접촉없이 물체의 위치를 측정하기 위해 레이저 광원(light source)과 광 감지 시스템이 조합된다. 비접촉 측정 시스템의 일례는 독일 오르텐브르크의 마이크로-입실론 메스테크닉 게엠베하(Micro-Epsilon Messtechnik GmbH)에 의해 제조 및 배급되는 것이 있다. 광 감지 시스템은 측정용 프로브를 대체할 수 있다. 본 개시의 다른 실시예에서는, 회로기판의 상단 표면의 수직 위치에 있어서의 편차를 측정 및 보상하는 것을 용이하게 하기 위해 높이 측정 시스템이 통합될 수 있다.
전술한 높이 측정 시스템을 이용하면, 본 개시의 디스펜서는 회로기판의 상단 표면 위의 노즐의 팁(tip)의 거리 또는 높이를 측정할 수 있다. 기판 위의 노즐의 높이를 유지하는 것은 디스펜서의 동작을 최적화하고자 하는 노력에 있어서 제어해야 하는 하나의 변수이다. 구체적으로, 회로기판 위의 노즐의 높이는 노즐이 회로기판을 접촉하는 일 없이 노즐로부터 물질의 분배를 보장할 수 있도록 충분해야 한다. 또한, 노즐의 높이는 회로기판으로부터 너무 높으면 물질이 회로기판에 튀기는 것을 초래할 수 있으며 바람직하지 않은 위성(satellite: 주위로 퍼져 나간 것)을 초래할 수 있다.
회로기판의 상단 표면 위의 노즐의 높이가 결정되고 수정되고 나면, 필요한 경우에 디스펜서 유닛은 점성 물질을 분배하도록 동작할 수 있다. 미리 설정된 분배 작업이 디스펜서의 컨트롤러에 프로그램될 수 있으며, 이 컨트롤러는 인쇄회로기판에 부품을 표면 장착하는데 사용되는 일련의 장비의 일부를 구성할 수 있다. 구체적으로, 점성 물질을 요하는 회로기판의 상단 표면의 일 영역이 컨트롤러에 프로그램될 수 있다. 디스펜서에 의해 분배되는 물질의 유량은 모터의 작동 및 노즐이 회로기판 위로 이동되는 속도를 조절함으로써 제어된다. 모터가 작동되는 속도 및 분배되는 물질의 점성도는 최적의 원하는 체적 유량(optimal desired volumetric flow rate), 즉 모터가 동작하는 속도를 결정하는데 이용되는 인자들이다. 소정 물질의 분배 및 회로기판 위로의 노즐의 z-축 방향 이동의 결여시에, 물질은 미리 설정된 영역을 덮을 수 있도록 신속하고 효과적으로 분배될 수 있다.
분배시에, 물질의 분배가 개시되고, 디스펜서의 측방향 운동(즉, x-방향 및 y-방향) 이 시작된다. 물질의 유량은 노즐 내의 물질의 표면 장력을 극복할 수 있도록 충분해야 한다. 해당 영역이 원하는 양의 물질로 덮이고 나면, 분배 작업이 종료된다. 디스펜서가 물질의 유동을 중지했을 때 이러한 물질이 노즐로부터 끊어질 수 있도록, 디스펜서는 충분한 관성으로 물질을 노즐로부터 배출한다. 전술한 바와 같이, 디스펜서의 모터의 작동 속도를 조절함으로써 물질이 분배되는 체적 유량을 변경시킴으로써, 물질이 니들을 빠져나갈 때의 속도 및 그에 따른 물질이 회로기판에 부딪힐 때의 속도가 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 너무 낮은 체적 유량이 이용되면, 출구 속도 및 그에 따른 출구 관성은 물질이 노즐로부터 확실하게 분리되도록 하기에는 충분하지 않다. 너무 높은 체적 유량이 이용되면, 물질은 회로기판에 너무 높은 속도로 부딪히며, 이는 바람직하지 않은 물질의 튀김 및 위성을 초래할 수 있다. 게다가, 분배되는 물질이 x-축 및 y-축 방향으로 회로기판의 위로 이동되는 속도를 변경함으로써, 물질의 점 형태의 유효 직경이 추가적으로 제어된다.
분배된 점성 물질의 양을 측정하는 단계는 분배 작업 동안에 분배된 물질의 체적 유량을 관찰함으로써 달성될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따르면, 적층된 물질의 크기를 측정함으로써 측정이 이루어진다. 구체적으로, 오프-액시스(off-axis) 이미징 시스템을 사용하여, 회로기판에 분배된 물질의 높이 및 직경이 측정된다. 이러한 시스템은 본 개시의 양수인에게 양도되고 본 명세서에 참고로 병합된 "디스펜서용 이미징 및 검사 시스템과 그 방법"이라는 명칭의 미국 특허출원 제 10/831,468호에 개시되어 있다. 이미지를 캡쳐 하기 위해 광축(optical axis)을 따라 회로기판의 상단 표면의 이미지를 획들할 수 있도록 비젼 시스템이 위치될 수 있다. 구체적으로, 본 시스템은 분배된 물질의 특징을 판단한다(예를 들면, 분배된 물질의 높이 및 직경). 분배된 물질의 특징은 컨트롤러에 프로그램된 허용 한계와 비교되며, 회로기판이 검사를 통과하는지 재작업되어야 하는지에 대한 판단이 이루어진다. 이러한 이미징 시스템으로부터 얻어진 정보는 나중에 원하는 결과를 보다 정확하게 달성할 수 있도록 분배 공정의 소정 매개변수들을 조정하는데 이용된다.
측정되고 나면, 분배 작업의 정확도를 판단하기 위해 측정된 양은 분배된 물질의 계산된 양과 비교될 수 있다. 구체적으로, 계산된 양을 산출하기 위해 분배 노즐을 통해서 분배되는 물질의 체적 유량이 계산될 수 있다. 노즐을 통해 분배되는 물질의 양을 계산하기 위해 유량계도 또한 사용될 수 있다. 측정된 양을 산출하기 위해 이미지를 캡쳐하는 단계는 요구되는 것은 아니나, 측정된 양과 계산된 양 사이의 어떠한 차이도 컨트롤러에 의해서 정정될 수 있기 때문에 분배 작업의 정확도를 향상시키는데 일조한다.
도 11을 참조하면, 소정 실시예에서 디스펜서는 "XyflexPro+"라는 상표명으로 제공되는 플랫폼 분배 시스템과 같은 기존 플랫폼을 기초로 할 수 있으며, "Benchmark"라는 상표명으로 제공되는 소프트웨어와 같은 분배용 소프트웨어를 사용하여 작동되며, 상기 두 제품 모두는 본 개시의 양수인인 메사추세츠주 프랭클린 소재의 스피드라인 테크롤로지스에 의해 제공된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 전체적으로 도면번호 400으로 지칭된 시스템의 주요 구성요소는 분배 플랫폼(402), 마이크로-피스톤 펌프 또는 디스펜서 유닛(404), 펌프 컨트롤러(406), 및 시스템 컨트롤러(408)를 포함할 수 있다. 디스펜서 시스템(400)은, 분배 플랫폼(402)이 표준형 인터페이스를 이용하여 다수의 다른 펌프 및/또는 밸브와 함께 동작할 수 있게 하는 점선의 도면번호 410으로 지칭된 인터페이스를 제공할 수 있다. 디지털 인터페이스(410)는 마이크로-피스톤 펌프(404)로부터 분배를 촉발시키는 신호를 제공한다.
일 실시예에서, 인터페이스(410)는 표준형 실시간 디지털 인터페이스일 수 있다. 다른 실시예에서는, 디스펜서 시스템(400)이 포괄적인 인터페이스 옵션을 또한 포함할 수 있다. 포괄적인 인터페이스는 실시간 디지털 인터페이스를 포함하는 표준형 인터페이스와 함께 선택적인 표준 RS-232 인터페이스를 제공한다. 시스템 컨트롤러(408)는 제3자 API 및 데이터베이스 객체를 통하여 상이한 밸브들 및 펌프들에 대한 설정 매개변수를 제공하기 위한 표준 명령(standard commands)을 제공하고, 밸브들과 펌프들로부터 상태 관찰 정보를 수신한다. 다른 양태에서는, 시스템 컨트롤러(408)와 펌프 컨트롤러(406)의 사이에 이더넷(Ethernet) 접속이 제공될 수 있다.
펌프 컨트롤러(406)는 임의의 개수의 상업적으로 구입 가능한 컨트롤러, 예를 들면 캘리포니아주 로클린 소재의 갤릴(Galil)(DMC-4010)에 의해 상업적으로 구입 가능한 동작 및 I/O 컨트롤러로부터 선택될 수 있다. 펌프 컨트롤러(406)는 PWM 증폭기 및 전력 공급부와 패키지를 이룰 수 있으며, 금속제 인클로져(enclosure) 내에 수용될 수 있다. 이와 달리, DMC-4020 컨트롤러는 두 개의 마이크로-피스톤 펌프 유닛과 동작할 수도 있다. 전원 스위치(도시하지 않음)는 분배 플랫폼(402)에 독립적으로 펌프 컨트롤러(406)의 전원을 켜지거나 꺼지게 할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 분배 플랫폼(402)은 컨베이어 시스템과, x-y 갠트리 시스템과, 무게 측정 보정 시스템, 및 노즐 세척 설비를 포함할 수 있다. 컨베이어 시스템은 회로기판 등과 같은 기판을 본 시스템 내의 분배 위치로 이동시키는데 사용될 수 있다. x-y 갠트리 시스템은 마이크로-피스톤 펌프(404)가 결합되는 마운팅 플레이트를 포함할 수 있다. x-y 갠트리 시스템은 마이크로-피스톤 펌프(404)를 기판 위의 분배 위치에 위치시키는데 사용될 수 있다. x-y 갠트리 시스템은 기판 위의 분배 높이를 변경 또는 제어하기 위해 펌프(404)를 상승 및 하강(z-축 운동)시킬 수 있는 기능을 또한 포함할 수 있다.
마이크로-피스톤 펌프 유닛(404)의 동작은 시스템 컨트롤러(408)에 결합된 사용자 인터페이스를 통해 제어될 수 있다. 사용자는 인터페이스를 통해서 피스톤의 후퇴 높이 및 피스톤의 체류 시간을 포함하는 마이크로-피스톤 펌프 유닛(404)의 매개변수를 제어한다. 상이한 매개변수 설정을 이용함으로써, 펌프(404)는 넓은 범위의 점성도 및 분배되는 물질의 양에 걸쳐서 물질을 분배할 수 있도록 다수의 상이한 모드로 작동될 수 있다.
디스펜서에서는, 분배 플랫폼(402)에 의해 펌프의 물질 공급부에 가압 공기가 공급될 수 있다. 가압 공기는 물질 공급부로부터 펌프(404)안으로 물질을 밀어내는데 사용될 수 있다. 구체적인 공급 압력은 사용되는 물질, 분배되는 물질의 양, 및 밸브의 동작 모드를 기초로 하여 선택되고 수동으로 조절될 수 있다. 전형적인 적용의 경우에, 물질에 가해지는 압력은 4 내지 20 psi 정도로 예상된다.
위에서 논의된 바와 같이, 선택적인 노즐 히터가 마이크로-피스톤 펌프(404)와 함께 사용될 수 있으며, 노즐 히터의 온도는 사용자가 설정할 수 있다. 노즐 히터는 펌프의 하부 부분을 감싸도록 구성될 수 있다. 일 구성예에서, 노즐 히터는 카트리지 히터와 온도 센서를 포함할 수 있다. 온도 센서를 설정된 온도에 유지시키도록 노즐 히터가 본 시스템에 의해 제어될 수 있다.
일 실시예에서, 노즐 히터는 디스펜서 유닛의 노즐에 열을 공급할 수 있도록 디스펜서 유닛의 하부 부분에 부착되도록 구성될 수 있다. 노즐 히터는 접속 케이블, 몸체, 커넥터 마운팅 블록, 커넥터, 마운팅 하드웨어, 카트리지 히터, 및 온도 센서를 포함할 수 있다. 몸체는 원뿔형 하부 개구를 구비하도록 구성될 수 있으며, 이 원뿔형 하부 개구를 통해서 노즐이 배치된다. 하우징을 노즐 너트에 압착함으로써 노즐 히터를 펌프에 고정시키기 위해 클램프(clamp)가 제공될 수 있다. 히터를 펌프에 정렬시키기 위해 핀이 사용될 수 있다. 카트리지 히터와 온도 센서는 시스템 컨트롤러(408)에 결합될 수 있으며, 시스템 컨트롤러(408)는 온도 센서 근처의 온도를 설정 값으로 유지시킨다.
디스펜서의 작동중에, 사용자는 분배 플랫폼(402)의 사용자 인터페이스를 통해서 회로기판 상에 분배 영역을 정한다. 디스펜서의 몇몇 실시예에서, 펌프(404)는 펌프의 복수의 분배 사이클을 통해서 형성되는 선 형태로 물질을 분배하는데에만 사용될 수도 있으나; 다른 실시예에서는, 개별 분배 사이클 또는 복수의 분배 사이클을 이용하여 물질이 회로기판 또는 다른 기판 상의 선택된 지점에 분배될 수 있다. 선 형태의 물질 분배를 위해, 사용자는 선의 시작 및 종료 위치를 설정하며, 분배 플랫폼은 선을 따라 물질을 배치시킬 수 있도록 펌프를 이동시킬 수 있다.
회로기판 상의 모든 분배 영역이 정해지고 분배 매개변수가 설정되고 나면, 디스펜서가 처리(processing)를 위한 회로기판을 수용할 수 있다. 회로기판을 분배 지점으로 이동시키고 난 후, 디스펜서는 마이크로-피스톤 펌프(404)를 분배 지점의 위에 위치시키기 위해 갠트리 시스템을 제어한다. 분배 지점은 특정 점 또는 선의 시작점일 수 있다. 그 다음에 디스펜서 시스템(400)의 시스템 컨트롤러(408)는 실시간 제어 라인을 통해서 "시작" 제어 신호를 전송하여, 마이크로-피스톤 펌프가 분배를 시작하도록 지시한다. 물질이 선 형태로 분배되는 경우, 디스펜서 시스템(400)은 "시작" 제어 신호를 내보낸 후에 이동하기 시작한다. 펌프(404)가 "시작" 신호를 수신하고 나면, 펌프는 이전에 설정된 매개변수(사이클 수를 포함)를 이용하여 분배를 시작한다. 시스템 컨트롤러(408)로부터 "정지" 신호 또는 명령이 수신될 때까지 펌프(404)는 분배를 계속한다. "시작" 신호와 "정지" 신호 사이의 사이클 수 및 지속 시간은 소정의 선을 따라서 또는 특정 지점에서 펌프(404)가 얼마나 많은 횟수로 물질을 분배하는지를 결정한다.
특정 기판에 대한 분배는 기판 상의 모든 지점에 물질이 분배될 때까지 지속된다. 그리고 나서 기판은 본 시스템으로부터 치워지며 새로운 기판이 시스템에 탑재될 수 있다.
다른 실시예에서, 그리고 도 11a를 참조하면, 본 시스템(400)의 주요 구성요소는 분배 플랫폼(402)과, 펌프(404)와 갠트리 시스템(도면번호 지칭되지 않음), 및 시스템 컨트롤러(408)를 포함한다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 본 개시의 일 실시예의 자석 구동부는 전용 펌프 컨트롤러의 필요성을 없애준다.
이제 도 12 내지 도 14로 넘어가면, 전체적으로 도면번호 500으로 지칭된 디스펜서 유닛(14, 200 및 300)과 실질적으로 동일한 디스펜서 유닛이 도시되어 있다. 디스펜서 유닛(500)은, 전체적으로 도면번호 504로 지칭된 모터 조립체와, 디스펜서 하우징(506), 및 전체적으로 부재번호 508로 지칭된 노즐 하우징을 구비한 전체적으로 도면번호 502로 지칭된 분배 조립체를 포함한다. 도시되지는 않았으나, 디스펜서 유닛(500)은 인코더 조립체(28)와 유사한 인코더 조립체를 또한 포함할 수있다.
도 12 내지 도 14에 도시된 실시예에서, 모터 조립체(504)는 회전운동을 왕복 직선운동으로 변환하는 메커니즘 역할을 하는 전체적으로 도면번호 510으로 지칭된 자기 구동부(magnetic drive)로 구현되어 있다. 자기 구동부(510)는 비접촉 디스펜서에서 소량의 물질을 분배하기 위해 소량 유체 배출 피스톤(small fluid displacement piston)을 신속하게 구동하는데 사용된다. 전술한 보이스 코일 모터(30)에 의하면, 분배될 수 있는 물질의 최소량은 약 0.25mg이다. 도 12 내지 도 14를 참조하여 기술되는 자기 구동부(510)에 의하면, 분배 조립체(502)는 더 적은 양의 물질, 예를 들면 0.10mg의 물질을 분배할 수 있게 된다.
자기 구동부(510)를 포함하는 모터 조립체(504)는 컨트롤러(16)와 통신하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 디스펜서 하우징(506)은 자기 구동부(510)의 구성요소들을 포함하도록 구성될 수 있다. 모터 조립체(504)는 디스펜서 하우징(506)에 장착된 구동 모터(512)를 포함할 수 있으며, 구동 모터는 디스펜서 하우징 내에 뻗어있는 회전 구동 샤프트(514)를 구비한다. 구동 모터(512)는 구동 샤프트(514)를 원하는 속도로 회전 구동시키도록 구조가 이루어진다.
구동 샤프트(514)에는 4개의 구동 자석(drive magnet)을 갖는 자석 휠(516)이 부착되며, 각 구동 자석은 도면번호 518로 지칭되며 휠의 원주를 따라 이격되게 배치된다(도 14 참조). 일 실시예에서, 자석 휠(516)의 상부 몸체(516a)는 구동 모터(512)의 구동 샤프트(514)에 결합되도록 구성된다. 도 14에 가장 잘 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 4개의 구동 자석(518)은 자석 휠(516)의 하부 몸체(516b)의 원주를 따라 동일 간격으로 이격되어 있다. 각 구동 자석(518)은 도면에서 N과 S로지칭된 대향 극(pole)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 구동 자석은 각 자석의 극성이 그 인접한 자석과 반대가 되도록 배치된다. 다른 실시예에서는, 구동 자석이 자석 휠(516)의 하부 몸체(516b)의 원주를 따라 동일하지 않은 간격으로 이격되도록 구동 자석(518)이 미리 설정된 간격으로 서로 이격될 수 있다. 예를 들면, 자석 휠(516)이 일정 속도로 회전함에 따라, 상향 행정과 하향 행정 사이의 시간이 하향 행정과 상향 행정 사이의 시간과 다르도록 구현하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 시간차를 달성하기 위해, 구동 자석이 자석 휠(516)의 하부 몸체(516b)의 원주를 따라 동일하지 않은 간격으로 이격되도록 구동 자석(518)의 간격이 서로 이격될 수 있다.
도시된 실시예에서는 4개의 구동 자석(518)이 제공되었으나, 임의의 개수의 구동 자석이 제공될 수 있으며 본 발명의 범위 내에 있음을 이해해야 한다. 예를 들면, 2개의 구동 자석(518)이 자석 휠(516)에 배치될 수 있으며, 구동 자석은 서로 반대편에 배치된다. 다른 예로서, 피스톤(64)의 왕복운동을 증대시키기 위해 6개 또는 8개의 구동 자석이 자석 휠의 원주 둘레에 동일 간격으로 이격되게 배치될 수 있다.
모터 조립체(504)는 디스펜서 하우징(506) 내에 고정된 자석 가이드(520)와, 자석 가이드의 보어(521) 내에 배치된 피동 자석(driven magnet: 522)을 더 포함한다. 도시된 바와 같이, 자석 가이드(520)는 환상(環狀) 구조이며 노즐 하우징(508)의 위에 배치된다. 피동 자석은 도 12, 13a 및 13b에서 N'과 S'으로 지칭된 대향 극을 포함한다. 도시된 실시예에서, 피동 자석(522)은 N'극이 구동 자석(518)에 인접하게 배치되고, S'극은 반대편(하부)측에 배치된다. 도 14에 가장 잘 도시된 바와 같이, 피동 자석(522)은 피스톤(64)의 헤드(106)에 (예를 들면, 적절한 접착 공정에 의해) 부착되며, 자석 가이드(520)에 구비된 보어(521) 내에서 수직으로 이동하도록 구성된다. 모터(512)의 회전으로 구동 자석(518)의 극들(N과 S)이 피동 자석(522)의 N'극에 대해 교호(交互)적으로 배치되도록 구조가 이루어진다. 그에 따른 인력과 척력은 피동 피스톤(64)을 챔버 내에서 상승 및 하강시켜서, 위에서 기술된 방식으로 분배 유체의 충전 및 배출을 행한다. 디스펜서 유닛(14)과 마찬가지로, 피동 자석(522)과 피스톤(64)이 그 하향 행정을 완료함에 따라 피동 자석과 피스톤의 급속한 감속을 발생시킬 수 있는 탄성력을 제공하기 위해 씰 너트(74)의 위에 유연한 재료(79)가 배치될 수 있다.
구동 자석(518)과 피동 자석(522) 사이의 상대적인 간격이 증가함에 따라, 이들 자석 사이의 합력(resultant force)은 감소한다. 일 실시예에서, 피동 자석이 최대의 척력하에 있게 되는 거리를 확장시키기 위해 자계(magnetic field)가 자기 포화되는 고강도 희토류 자석(rare earth magent)이 사용될 수 있다. 자계가 실질적으로 포화되는 영역에 자석이 구속되므로, 각 피동 자석에 작용하는 힘은 유효 거리에 걸쳐서 사실상 일정하다.
구동 자석(518)에 의해, S 자극은 시스템 시작시에 자석 휠(516)의 배향 및 정확한 극을 위치시키는데 사용될 수 있는 홀 효과(Hall effect) 홈 스위치(524)를 작동시키는데에도 또한 사용될 수 있다. 그래서 예측 가능한 자기 상호작용이 달성될 수 있다.
도 13a는 하나의 구동 자석(518)(S극)과 피동 자석(522)(N'극)의 자극들(64)이 서로 끌어당기며 그에 따라 유체가 챔버를 충전하도록 피스톤(64)이 상승하게 되는 디스펜서 유닛(500)을 예시한다. 이 위치에서, 피동 자석(522)과 피스톤(64)의 헤드(106)는 자석 가이드(520)의 보어(521)의 상부 부분에 배치된다. 도 13b는 다른 하나의 구동 자석(518)(N극)과 피동 자석(522)(N'극)의 자극들이 서로 밀치며 그에 따라 유체가 챔버로부터 배출되도록 피스톤(64)이 하강하게 하는 디스펜서 유닛(500)을 예시한다. 이 위치에서, 피동 자석(522)과 피스톤(64)의 헤드(106)는 자석 가이드(520)의 보어(521)의 하부 부분에 배치된다. 도 13a와 도 13b에 도시된 실시예에서, 각각의 운동은 구동 모터(512)의 1/4 회전에 의해 발생된다.
위에서 언급된 바와 같이, 구동 자석과 피동 자석(혹은 자석)의 개수와 배향은 도면에 개시된 실시예와 다를 수 있다. 다른 실시예에서, 피동 자석은 요크(yoke)를 포함할 수 있으며, 요크는 다시 피스톤의 왕복 운동을 구동시킬 수 있다. 요크의 제공은 더 높은 이동 질량을 유발할 수 있으나, 피동 자석을 직접 피스톤 헤드에 접착할 필요가 없다는 이점이 얻어질 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 자석 가이드(520)에는 통기 구멍(vent hole)이 형성될 수 있으며, 통기 구멍(526)은 자석 가이드의 상단에 도시되어 있다. 유사한 통기 구멍이 자석 가이드(520)의 바닥부에 형성될 수 있다. 통기 구멍은 자석 가이드(520) 내에 형성된 보어(521)로부터 공기가 빠져나가도록 하고 보어(521)로 공기가 돌아올 수 있게 한다.
소정 실시예에서, 자석 가이드(520)는 이 자석 가이드의 보어(521) 내에서의 피동 자석(522)과 피스톤(64)의 헤드(106)의 왕복 운동을 감당할 수 있는 임의의 적절한 재료로 제작될 수 있다.
도 9e를 참조로 한 보이스 코일 모터(30)을 사용함으로써 얻어질 수 있는 다양한 위치와 달리, 본 개시의 실시예의 자석 모터 조립체(504)는 두 개의 다른 위치, 즉 상부 위치와 하부 위치로 피스톤을 이동시킨다. 따라서, 자석 모터 조립체의 제공에 의해 디스펜서의 동작이 단순화된다.
그래서, 본 개시의 적어도 하나의 실시예의 디스펜서는 점성 물질을 정확하게 분배할 수 있음이 관찰된다. 본 개시의 실시예의 디스펜서는 기판 상에 분배되는 물질의 크기를 변경시킬 수 있도록 신속하고 수월하게 교체될 수 있는 노즐 조립체를 구비할 수 있다. 또한, 소정 피스톤과 분배용 보어의 구조에 의해, 기판 상에 적층되는 물질의 양의 정확도가 더욱 향상된다.
본 명세서에 개시된 디스펜서 유닛은 임의의 적절한 디스펜서에 사용될 수 있다. 예를 들면, 다른 물질 공급 구조 또는 이동 구조를 갖는 디스펜서 유닛이 사용될 수 있다. 또한, 디스펜서에는 다양한 구성요소들이 추가로 부가될 수 있다. 예를 들면, 디스펜서는 본 개시의 양수인인 스피드라인 테크놀로지스가 소유한 "니들 세척 시스템"이라는 명칭의 미국 특허 제6,775,879호에 개시된 것과 같은 니들 세척기를 포함할 수 있다. 또한, 디스펜서는 역시 스피드라인 테크놀로지스가 소유한 "분배 시스템 보정 장치"라는 명칭의 미국 특허 제6,814,810호에 개시된 것과 같은 무게측정 저울을 포함할 수 있다.
다른 이점은 피스톤의 더 빠른 가속도로, 피스톤의 보다 급속한 왕복 운동을 가능케 하는 것을 들 수 있다. 자기 모터의 사용은 이러한 급속한 왕복 운동을 제공하면서, 보이스 코일 모터 구조보다 더 적은 열을 발생시킨다. 중요한 이점은 기판 상에 소량(예를 들면, 0.10mg)의 물질을 적층할 수 있는 디스펜서 유닛의 능력이다.
본 개시의 적어도 하나의 실시예가 기재되었으며, 당업자에게는 다양한 변경, 변형 및 개선이 용이하게 이루어질 것이다. 이러한 변경, 변형 및 개선은 본 개시의 사상과 범위 내에 있게 된다. 따라서, 전술한 기재는 예시만을 위한 것으로 제한하기 위한 것이 아니다. 본 개시의 한계는 이하의 특허청구범위 및 그 동등물에 의해서만 제한된다.
10: 디스펜서 12: 인쇄회로기판
14: 디스펜서 유닛(헤드) 16: 컨트롤러
18: 프레임 20: 베이스
22: 암(arm) 24: 분배 조립체
26: 물질 공급 조립체 28: 인코더 조립체
30: 모터 조립체 32: 디스펜서 하우징
34: 노즐 조립체 36: 인코더 하우징
38: 인코더 스케일 40: 위치 인코더
42: 모터 하우징 44: 보이스 코일
46: 자석 48: 구동 샤프트
50: 챔버 54: 피스통 구동 요크(커넥터)
56: 노즐 하우징 58: 유지 나사
60: 원통형 챔버 62: 배럴 실린더
64: 피스톤 72: 연장된 보어
88: 오리피스 조립체 104: 분배용 보어

Claims (7)

  1. 점성 물질을 분배하도록 구성된 디스펜서 유닛의 분배용 보어(dispensing bore) 내에서 피스톤의 왕복운동을 구동시킴으로써 기판상에 점성 물질을 분배하는 방법으로서,
    분배용 보어 내에서 상기 피스톤의 운동을 구동시키기 위해,
    회전 샤프트와,
    상기 회전 샤프트에 결합되며 원주를 따라 복수의 구동 자석이 배치된 휠, 및
    피스톤의 운동을 구동시키도록 피스톤에 결합된 피동 자석을 포함하는
    모터를 제공하는 단계;
    이때 모터는 피동 자석을 수용하도록 구성된 보어를 구비한 마그네틱 가이드를 더 포함하며,
    피스톤의 운동을 유발할 수 있도록 모터를 이용하여 복수의 구동 자석을 회전시키는 단계; 및
    상기 피스톤을 이동시킬 때 소정량의 점성 물질을 배출하는 단계를
    포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 분배 유닛은 분배용 보어를 구비하는 하우징을 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 피스톤은 분배용 보어 내에 연장된 몸체를 가지고, 상기 피스톤은 챔버 내에서 분배전 위치와 분배 위치 사이에서 이동하도록 구성되는, 방법.
  4. 제3항에 있어서, 분배 유닛은 상기 하우징에 결합된 노즐을 더 포함하며, 상기 노즐은 점성 물질을 분배하기 위한 오리피스를 구비하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 모터에 결합된 컨트롤러를 이용하여 상기 모터의 동작을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 구동 자석은 서로 동일하게 이격되어 배치되는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 피스톤은 상단부에 위치된 헤드를 더 구비하며, 상기 헤드는 상기 피동 자석에 부착되는, 방법.
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