KR102210288B1 - 기판 상에 점성 재료를 분배하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 상에 재료를 분배하도록 구성되는 분배기가, 챔버를 갖는 하우징, 챔버 내에 배치되고 챔버 내에서 축방향으로 이동 가능한 피스톤, 및 하우징에 결합되는 노즐을 구비하는, 분배 유닛을 포함한다. 노즐은 하우징의 챔버와 동축 상에 놓이는 오리피스를 갖는다. 분배기는, 분배 유닛에 결합되고 피스톤의 상하 이동을 구동하도록 구성되는 액추에이터, 및 액추에이터와 피스톤에 결합되는 유연성 조립체를 더 포함한다. 유연성 조립체는 액추에이터와 피스톤 사이의 제한된 상대 이동을 허용하도록 구성된다. 분배 방법이 추가로 개시된다.

Description

기판 상에 점성 재료를 분배하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR DISPENSING A VISCOUS MATERIAL ON A SUBSTRATE}
본 발명은 일반적으로 인쇄 회로 보드(printed circuit board)과 같은 기판(substrate) 상에 점성 재료를 분배하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
다양한 적용을 위해, 계량된 양의 액체 또는 페이스트(paste)를 분배하기 위해 사용되는 다수의 유형의 종래의 분배 시스템 또는 분배기가 존재한다. 하나의 그러한 적용은, 회로 보드 기판 상에의 집적 회로 칩 및 다른 전자 부품의 조립이다. 이러한 적용에서, 자동화된 분배 시스템이, 회로 보드 상에 액체 에폭시 또는 땜납(solder) 페이스트의 점들(dots)을 분배하기 위해 사용된다. 자동화된 분배 시스템은, 회로 보드에 부품을 기계적으로 고정하는 언더필(underfill) 재료 및 봉합제(encapsulents)의 선들(lines)을 분배하기 위해 또한 사용된다. 언더필 재료 및 봉합제는 조립의 기계적 및 환경적 특성을 개선하기 위해 사용된다.
다른 적용은 회로 보드 상에 매우 작인 양들 또는 점들을 분배하는 것이다. 재료의 점들을 분배할 수 있는 하나의 시스템에서, 분배기 유닛이, 노즐 외부로 그리고 회로 보드 상으로 재료를 가압하기 위한 나선형 홈을 갖는 회전형 오거(rotating auger)를 활용한다. 하나의 그러한 시스템이, 본 개시의 양수인의 자회사인, 매사추세츠주 프랭클린 소재의 Speedline Technologies, Inc.에 의해 소유된, "밀봉 오거링 스크류를 갖는 액체 분배 시스템 및 분배 방법(LIQUID DISPENSING SYSTEM WITH SEALING AUGERING SCREW AND METHOD FOR DISPENSING)"을 명칭으로 하는, 미국특허 제5,819,983호 개시되어 있다.
오거형 분배기를 채용하는 작업에서, 분배기 유닛은 회로 보드 상에 재료의 점 또는 선을 분배하기 이전에 회로 보드의 표면을 향해 하강하게 되고, 재료의 점 또는 선을 분배한 이후에 상승하게 된다. 이러한 유형의 분배기를 사용하여, 작고 정밀한 양의 재료가 탁월한 정확도로 놓일 수 있을 것이다. 전형적으로 z-축 이동으로서 알려져 있는 회로 보드에 수직인 방향으로 분배기 유닛을 하강시키고 상승시키기 위해 요구되는 시간은, 분배 작업을 수행하기 위해 요구되는 시간에 기여할 수 있다. 구체적으로, 오거형 분배기에 의해, 재료의 점 또는 선을 분배하기 이전에, 분배기 유닛은, 재료가 회로 보드를 건드리거나 "적시도록(wet)" 하강하게 된다. 적시는 프로세스는 분배 작업을 수행하기 위한 부가의 시간에 기여한다.
점성 재료의 점들을 회로 보드를 향해 발사하는(launch) 것이 자동화된 분배기의 분야에 또한 공지되어 있다. 그러한 시스템에서, 미세한 분리된 양(minute, discrete quantity)의 점성 재료가, 재료를 회로 보드에 접촉하기 이전에 노즐로부터 분리할 수 있도록 하기에 충분한 관성을 갖고, 노즐로부터 토출된다. 이상에서 논의된 바와 같이, 오거형 적용 또는 다른 종래의 전통적인 분배 시스템의 경우, 재료를 회로 보드에 부착할 수 있도록 하기 위해 재료의 점으로 회로 보드를 적실 필요가 있으며, 따라서 분배기가 잡아당겨질 때 재료의 점이 노즐로부터 해방되도록 한다. 토출될 때, 점들은 분리된 점들의 패턴으로서, 적셔짐 없이, 기판 상에 침착될(deposited) 수도 있고, 또는 대안적으로 점들은 다소 연속적인 패턴으로 이러한 점들을 합체시키는 것을 야기하도록 서로 충분히 가깝게 놓일 수도 있다. 그러한 시스템의 예가, 본 개시의 양수인인 미국 일리노이주 글렌뷰 소재의 Illinois Tool Works Inc.에 의해 소유된, "기판 상에 점성 재료의 분배를 위한 방법 및 장치(METHOD AND APPARATUS FOR DISPENSING A VISCOUS MATERIAL ON A SUBSTRATE)"를 명칭으로 하는, 미국특허 제7,980,197호에 개시되어 있다.
본 개시의 일 양태는, 기판 상에 재료를 분배하도록 구성된 분배기에 관한 것이다. 일 실시예에서, 분배기는, 챔버를 갖는 하우징, 챔버 내에 배치되고 챔버 내에서 축방향으로 이동 가능한 피스톤, 및 하우징에 결합된 노즐을 구비하는, 분배 유닛을 포함한다. 노즐은 하우징의 챔버와 동축 상에 놓이는 오리피스를 갖는다. 분배기는, 분배 유닛에 결합되고 피스톤의 상하 이동을 구동하도록 구성되는 액추에이터, 및 액추에이터와 피스톤에 결합되는 유연성 조립체(compliant assembly)를 더 포함한다. 유연성 조립체는 액추에이터와 피스톤 사이의 제한된 상대 이동을 허용하도록 구성된다.
분배기의 실시예들은, 액추에이터의 위치를 감지하기 위한 센서를 더 포함할 수도 있다. 분배기는 피스톤의 위치를 감지하기 위한 센서를 포함할 수도 있다. 분배기는 액추에이터를 제어하기 위한 제어기를 더 포함할 수도 있다. 제어기는 피드포워드 적응형 루틴(feed-forward adaptive routine)을 수행하도록 구성될 수도 있다. 제어기는 나아가, 요구되는 액추에이터 운동 프로파일을 달성하도록 액추에이터의 운동을 제어하기 위해, 센서로부터의 센서 데이터 및 피드포워드 적응형 루틴을 활용하도록 구성될 수 있을 것이다. 유연성 조립체는 추가로, 유연성 조립체의 길이를 신장 위치로 편향시키도록 구성될 수도 있다. 유연성 조립체는, 액추에이터에 결합되는 하우징 및 하우징의 하단부에서 하우징 내에 배치되는 플런저를 포함할 수 있으며, 플런저는 신장 위치로 편향된다. 유연성 조립체는 하우징과 플런저 사이에 배치되는 스프링을 더 포함할 수 있고, 스프링은 플런저를 신장 위치로 편향시키도록 구성된다. 유연성 조립체의 플런저는 피스톤 상에 하향의 치우짐을 인가하도록 구성될 수도 있고, 피스톤의 하향 행정(stroke) 도중에, 플런저는 피스톤과 맞물리며 그리고 스프링은 하우징 내에서 압축된다. 일 실시예에서, 액추에이터는 압전 액추에이터 조립체일 수 있다. 다른 실시예에서, 액추에이터는 음성 코일 모터일 수 있다. 일 실시예에서, 피스톤은, 피스톤의 끝단이 시트와 맞물릴 때 정지하고, 유연성 조립체는, 시트에 대한 피스톤의 맞물림 이후에 액추에이터의 추가적인 이동을 허용한다. 다른 실시예에서, 피스톤은, 피스톤의 특징부가 정지부와 맞물릴 때 정지하고, 유연성 조립체는, 정지부에 대한 피스톤의 맞물림 이후에 액추에이터의 추가적인 이동을 허용한다. 유연성 조립체는 유연성의 강도(stiffness of compliance)를 가질 수도 있고, 유연성 조립체는, 액추에이터와 피스톤 사이의 상대 운동의 함수로서, 유연성의 강도를 변화시키도록 구성된다.
본 개시의 다른 양태는 기판 상에 재료를 분배하기 위한 분배기의 작동 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 분배기는, 챔버를 갖는 하우징, 챔버 내에 배치되고 챔버 내에서 축방향으로 이동 가능한 피스톤, 및 하우징에 결합되며 그리고 하우징의 챔버와 동축 상에 놓이는 오리피스를 갖는 노즐을 포함하는, 분배 유닛 및 분배 유닛에 결합되고 피스톤의 상하 이동을 구동하도록 구성되는 액추에이터를 포함한다. 방법은 액추에이터와 피스톤 사이의 제한된 상대 이동을 허용하는 것을 포함한다.
방법의 실시예들은 유연성 조립체의 길이를 신장 위치로 편향시키는 것을 더 포함한다. 방법은, 액추에이터와 피스톤 사이의 상대 운동의 함수로서, 유연성의 강도를 변화시키는 것을 더 포함할 수도 있다. 방법은 액추에이터의 위치를 감지하는 것 및/또는 피스톤의 위치를 감지하는 것을 더 포함할 수도 있다. 방법은, 피드포워드 적응형 루틴을 제공함으로써, 요구되는 액추에이터 운동 프로파일을 달성하도록 액추에이터의 운동을 제어하기 위해, 센서로부터의 센서 데이터 및 피드포워드 적응형 루틴을 활용하도록, 액추에이터를 제어하는 것을 더 포함할 수도 있다.
본 개시의 더 양호한 이해를 위해, 본 명세서에 참조로서 합체되어 있는 도면들을 참조한다.
도 1은 본 개시의 실시예의 분배기의 개략도이다.
도 2는 본 개시의 실시예의 분배기의 부분의 사시도이다.
도 3은 본 개시의 실시예의 분배기의 분배 유닛의 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 분배 유닛의 노즐의 확대 단면도이다.
도 5는 본 개시의 다른 실시예의 분배기의 분배 유닛의 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 분배 유닛의 노즐의 확대 단면도이다.
도 7은 분배 유닛의 하우징 상에 장착되는 가열된 조립체를 구비하는 도 3에 도시된 분배 유닛의 단면도이다.
도 8a는 도 3 및 도 4에 도시된 분배 유닛을 작동시키도록 구성되는 액추에이터 조립체의 부분의 단면도이다.
도 8b는 도 5 및 도 6에 도시된 분배 유닛을 작동시키도록 구성되는 액추에이터 조립체의 부분의 단면도이다.
도 9는 도 3에 도시된 분배 유닛을 작동시키는 압전 액추에이터 조립체의 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 압전 액추에이터 조립체를 더욱 명확하게 도시하기 위해 교차 해칭선이 제거되어 있는 단면도이다.
도 11은 도 9에 도시된 압전 액추에이터 조립체를 더욱 명확하게 도시하기 위해 교차 해칭선이 제거되어 있는 다른 단면도이다.
도 12는 음성 코일 모터 액추에이터 조립체의 사시도이다.
단지 예시를 위해 그리고 일반성을 제한하지 않기 위해, 본 개시는 지금부터 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 본 개시는, 이하의 상세한 설명에 서술되거나 또는 도면에 도시된, 구조의 상세 및 구성 요소의 배열에 그의 적용이 제한되는 것은 아니다. 본 개시는 다른 실시예를 가능하게 하며 그리고 다양한 방식으로 실시되거나 수행되는 것을 가능하게 한다. 또한, 본 명세서에 사용되는 표현 및 전문용어는, 설명의 목적을 위한 것이며, 제한으로서 간주 되어서는 는 안 된다. 본 명세서에서 "구비하는", "포함하는", "갖는", "수용하는", "수반하는" 및 그들의 변화형의 사용은, 그 뒤에 열거되는 아이템 및 그들의 등가물, 뿐만 아니라 부가적인 아이템들을 포괄하는 것을 의미하게 된다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른, 일반적으로 도면 부호 '10'으로 지시되는 분배기를 개략적으로 도시한다. 분배기(10)는 점성 재료(예를 들어, 접착제, 봉합제, 에폭시, 땜납 페이스트, 언더필 재료, 등) 또는 반점성 재료(예를 들어, 납땜 플럭스, 등)를 인쇄 회로 보드 또는 반도체 웨이퍼와 같은 전자 기판(12) 상에 분배하기 위해 사용된다. 분배기(10)는 대안적으로 자동차 개스킷 재료를 도포하기 위한 또는 특정의 의료적 적용에서와 같은, 다른 적용들에서 사용될 수도 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같은, 점성 또는 반점성 재료에 대한 참조는, 예시적인 것이며 그리고 비제한적인 것으로 의도된다는 것이, 이해되어야 한다. 분배기(10)는, 일반적으로 도면 부호 '14' 및 '16'으로 각각 지시되는, 제1 및 제2 분배 유닛 또는 헤드, 그리고 분배기의 작동을 제어하기 위한 제어기(18)를 포함한다. 비록 2개의 분배 유닛이 도시되어 있지만, 하나 이상의 분배 유닛이 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
분배기(10)는 또한, 기판(12)을 지지하기 위한 베이스 또는 지지부(22)를 갖는 프레임(20), 분배 유닛(14, 16)을 지지하고 이동시키기 위해 프레임(20)에 이동 가능하게 결합되는 분배 유닛 지지대(gantry)(24) 및, 예를 들어 조정(calibration) 절차의 부분으로서, 점성 재료의 분배된 양을 계량하고 중량 데이터를 제어기(18)에 제공하기 위한 중량 측정 기기 또는 저울(26)을 포함할 수 있다. 보행 빔(walking beam)과 같은 컨베이어 시스템(도시 생략) 또는 다른 전달 기구가, 분배기로 그리고 분배기로부터의 기판의 로딩 및 언로딩을 제어하기 위해 분배기(10) 내에 사용될 수 있다. 지지대(24)는 기판 위에 사전 결정된 위치에 분배 유닛들(14, 16)을 위치시키기 위해, 제어기(18)의 제어 하에서 모터를 사용하여, 이동될 수 있다. 분배기(10)는 다양한 정보를 조작자에게 표시하기 위해 제어기(18)에 연결되는 디스플레이 유닛(28)을 포함할 수 있다. 분배 유닛을 제어하기 위한 선택적인 제2 제어기가 존재할 수도 있다.
분배 작업을 수행하기 이전에, 전술된 바와 같이, 기판, 예를 들어 인쇄 회로 보드는, 분배 시스템의 분배기와 정렬되거나 또는 다른 방식으로 정합되어야 한다. 분배기는 시각 시스템(vision system)(30)을 더 포함하고, 시각 시스템은, 시각 시스템을 지지하고 이동시키기 위해 프레임(20)에 이동 가능하게 결합되는 시각 시스템 지지대(32)에 결합된다. 비록 분배 유닛 지지대(24)와 별개로 도시되어 있지만, 시각 시스템 지지대(32)는 분배 유닛(14, 16)과 동일한 지지대 시스템을 이용할 수도 있다. 설명된 바와 같이, 시각 시스템(30)은, 기판 상의, 기점(fiducial)으로서 공지된 경계표지(landmark) 또는 다른 특징들 및 구성 요소들의 위치를 검증하기 위해 이용된다. 일단 위치하게 되면, 제어기는 전자 기판 상에 재료를 분배하기 위해 분배 유닛들(14, 16) 중 하나 또는 양자 모두의 이동을 조작하도록 프로그램될 수 있다.
본 개시의 시스템 및 방법은, 분배 유닛들(14, 16)의 구성에 관한 것이다. 본 명세서에 제공되는 시스템 및 방법에 대한 설명은, 분배기(10)의 지지부(22) 상에 지지되는, 예시적인 전자 기판(예를 들어, 인쇄 회로 보드)을 참조한다. 일 실시예에서, 분배 작동은, 재료 분배기를 제어하도록 구성되는 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있는, 제어기(18)에 의해 제어된다. 다른 실시예에서, 제어기(18)는 작업자에 의해 조작될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 일반적으로 도면 부호 '200'으로 지시되는 예시적인 재료 침착 시스템이, 본 개시의 양수인의 자회사인, 미국 매사추세츠주 프랭클린 소재의 Speedline Technologies, Inc.에 의해 제공되는, XYFLEXPRO® 분배기 플랫폼으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 재료 분배 시스템(200)은, 이에 국한되는 것은 아니지만 재료 침착 시스템의 캐비넷 내에 위치하게 되는 제어기(18)와 같은 제어기를 포함하는 재료 침착 시스템의 구성 요소들을 지지하는, 프레임(202)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 재료 침착 시스템(200)은, 저점성 재료들(예를 들어, 50 센티푸아즈 미만), 반점성 재료들(예를 들어, 50 내지 100 센티푸아즈), 점성 재료들(예를 들어, 100 내지 1000 센티푸아즈), 및/또는 고점성 재료들(예를 들어, 1000 센티푸아즈 초과)을 침착시키기 위한, 일반적으로 도면 부호 '204' 및 '206'으로 지시되는, 2개의 침착 또는 분배 유닛을 더 포함한다. 침착 유닛들(204, 206)은, 전술된 바와 같이 때때로 전자 기판 또는 회로 보드로서 지칭될 수 있는, 기판(12)과 같은 회로 보드 상에의 재료의 분배를 허용하기 위해, 제어기(18)의 제어 하에서, 일반적으로 도면 부호 '208'로 지시되는, 지지대 시스템에 의해 직교축들을 따라 이동 가능할 수 있다. 도시되지는 않지만, 커버(도시 생략)가, 침착 유닛들(204, 206) 및 지지대 시스템(208)을 포함하는, 재료 침착 시스템(200)의 내부 구성 요소들을 드러내기 위해 제공될 수 있다. 비록 2개의 침착 유닛(204, 206)이 도시되고 설명되지만, 임의의 수의 침착 유닛이 제공될 수 있으며 그리고 본 개시의 범주 내에 있을 것이다.
재료 침착 시스템(200) 내로 공급되는 기판(12)과 같은 회로 보드들은 통상적으로, 재료가 그 위에 침착될, 패드들 또는 다른 표면 영역들의 패턴을 갖는다. 재료 침착 시스템(200)은, 재료 침착 시스템 내의 침착 위치까지 x-축 방향으로 회로 보드를 운반하기 위한, 재료 침착 시스템의 각각의 측부를 따라 제공되는 개구부(212)를 통해 접근 가능한, 컨베이어 시스템(210)을 또한 포함한다. 재료 침착 시스템(200)의 제어기에 의해 제어될 때, 컨베이어 시스템(210)은, 침착 유닛들(204, 206) 아래의 분배 위치로 회로 보드들을 공급한다. 일단 침착 유닛들(204, 206) 아래의 위치에 도달하면, 회로 보드들은, 제조 작업, 예를 들어 침착 작업을 위한 위치에 놓인다.
재료 침착 시스템(200)은, 회로 보드를 정렬하도록 그리고 회로 보드 상에 침착되는 재료를 검사하도록 구성되는, 도 1에 도시되는 시각 시스템(30)과 같은, 시각 검사 시스템을 더 포함한다. 일 실시예에서, 시각 검사 시스템은, 침착 유닛들(204, 206) 중 하나에 또는 지지대 시스템(208)에 고정된다. 회로 보드 상에 재료를 성공적으로 침착시키기 위해, 회로 보드 및 침착 유닛들(204, 206)은 제어기(18)를 통해 정렬된다. 정렬은, 시각 검사 시스템으로부터의 판독값에 기초하여, 침착 유닛들(204, 206) 및/또는 회로 보드를 이동시킴으로써 달성된다. 침착 유닛들(204, 206) 및 회로 보드가 정확하게 정렬될 때, 침착 유닛들은 침착 작업을 수행하도록 조작된다. 침착 작업 이후에, 시각 검사 시스템에 의한 회로 보드의 선택적 검사가, 적절한 양의 재료가 침착되었다는 것 및 재료가 회로 보드 상의 적절한 위치에 침착되었다는 것을 보장하기 위해, 수행될 수 있다. 시각 검사 시스템은, 적절한 정렬을 결정하기 위해, 회로 보드 상의 기점들, 칩들, 보드 구멍들, 칩 에지들, 또는 다른 인식 가능한 패턴들을 사용할 수 있다. 회로 보드의 검사 이후에, 제어기는 컨베이어 시스템을 사용하여 다음 위치로의 회로 보드의 이동을 제어하고, 다음 위치에서 보드 조립 프로세스에서의 다음 작업이 수행될 수 있으며, 예를 들어, 전기적 부품들이 회로 보드 상에 배치될 수 있으며 또는 보드 상에 침착된 재료들이 경화될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 재료 침착 시스템(200)은 이하와 같이 작동할 수도 있다. 회로 보드는 컨베이어 시스템을 사용하여 침착 위치에서 재료 침착 시스템(200) 내로 로딩될 수도 있다. 회로 보드는 시각 검사 시스템을 사용하여 침착 유닛들(204, 206)과 정렬된다. 침착 유닛들(204, 206)은 이어서, 재료가 회로 보드 상의 정확한 위치에 침착되는 침착 작업을 수행하도록, 제어기(18)에 의해 착수될 수 있다. 일단 침착 유닛들(204, 206)이 침착 작업을 수행하고 나면, 회로 보드는 재료 침착 시스템(200)으로부터 컨베이어 시스템에 의해 운반되어, 제2의, 후속 회로 보드가 재료 침착 시스템 내로 로딩될 수 있도록 한다. 침착 유닛들(204, 206)은, 신속하게 제거되도록 그리고 다른 유닛으로 교체되도록 구성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 일반적으로 도면 부호 '300'으로 지시되는, 본 개시의 실시예의 분배 유닛이 도시되며, 그리고 이하에 설명될 것이다. 도시된 바와 같이, 분배 유닛(300)은 하우징(302) 및, 하우징에 해제 가능하게 고정되는, 일반적으로 도면 부호 '304'로 지시되는, 노즐 조립체를 포함한다. 구체적으로, 축(A)을 따라 액추에이터에 결합되는 분배기 하우징(302)은, 분배하기 위한 점성 재료를 수용하도록 설계되는, 세장형 챔버(306)를 한정하도록 구성된다. 밀봉 너트(308) 및 적당한 밀봉체들(310)이, 하우징(302)의 챔버(306) 내부에서 피스톤 가이드 또는 챔버 구조체(312)의 상부 부분을 고정한다. 피스톤 가이드(312)의 하부 부분이, 노즐 너트(314) 및, 피스톤 가이드(312)의 하부 부분이 그 위에 놓이는, 밸브 시트(316)를 포함하는, 노즐 조립체(304)에 의해 고정된다. 원통형 챔버(306)는, 재료 공급 조립체로부터 재료를 수용하도록 맞춰지는, 재료 공급 튜브(318)와 유체 연통 상태에 놓이는 분배 캐비티(cavity)를 한정한다. 도시된 바와 같이, 재료 공급 튜브(318)는, 입구(320)를 통해 피스톤 가이드(312)의 상부 부분에서 챔버(306) 내부에 점성 재료를 주입한다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 점성 재료는, 압력 하의 소형 분배 캐비티로, 챔버(306)에 전달된다. 분배 유닛(300)은, 밀봉 너트(308) 내부에 부분적으로 배치되는 왕복 피스톤(322) 및 피스톤 가이드(312)를 더 포함한다. 피스톤(322)은, 액추에이터에 의해 작동되는 플런저 및 스프링에 의해 하향 방식으로 요크(yoke)에 의해 편향되는 상단부 및 밸브 시트(316)에 결합하도록 구성되는 하단부를 갖는다. 피스톤(322)은, 축(A)을 따라 챔버(306) 내에 수용되도록 그리고 슬라이드 가능하게 이동하게 되도록 구성된다.
도 4를 참조하면, 분배 유닛(300)의 하부 부분이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 노즐 너트(314)는, 하우징(302)의 하부 부분에 나사식으로 고정되며 그리고 노즐 너트와 피스톤 가이드(312)의 하단부 사이에 밸브 시트(316)를 고정하도록 구성된다. 밸브 시트(316)는, 원추형 표면(400) 및 그 내부에 형성되는, 예를 들어 0.005 인치 직경의, 소직경 보어(402)를 갖는, 대체로 원통형의 부재를 포함한다. 일 실시예에서, 밸브 시트(316)는, 합성 사파이어와 같은 경질 재료로 제작될 수도 있을 것이다. 이러한 배열은, 피스톤(322)이 밸브 시트(316)에 맞물릴 때, 점성 재료가 소직경 보어(402)로부터 기판, 예를 들어 회로 보드(12) 상으로 토출되도록 한다. 특정 실시예에서, 노즐 조립체(304)는, 노즐 조립체의 세척을 돕기 위해, 분배기(300)의 최종 사용자에게 완전한 조립체로서 제공될 수도 있다. 구체적으로, 사용된 노즐 조립체(304)가, 노즐 너트(314)를 나사결합 해제함으로써 분배 유닛(300)의 하우징(302)으로부터 완전히 제거될 수 있으며 그리고 새로운(깨끗한) 노즐 조립체로 교체될 수 있다.
작동 시에, 왕복 피스톤(322)은, 하우징(302)의 챔버(306) 내부에 제공되는 피스톤 가이드(312) 내부의 상부 위치와 하부 위치 사이에서 이동 가능하다. 분배 매체, 예를 들어 땜납 페이스트는, 압력 하에서 입구(320)를 통해 챔버(306) 내로 주입되고, 분배 재료는 피스톤 가이드(312) 내에 형성되는 슬릿(404)을 통해 밸브 시트(316) 위의 개방 공간으로 유동한다. 하부 위치에서, 피스톤(322)은 밸브 시트(316)에 대해 안착되며 그리고, 상부 위치에서 피스톤은 노즐 조립체의 밸브 시트 외부로 상승하게 된다. 이하에 설명되는 바와 같이, 액추에이터 조립체는, 피스톤(322)에 결합되는 압전 액추에이터 또는 음성 코일 모터 중 하나를 포함하며, 그리고 액추에이터 조립체의 작동(가요성 조립체를 통한)은 상부 위치와 하부 위치 사이에서의 피스톤의 이동을 야기한다. 피스톤(322)이 밸브 시트(316)에 대해 그의 하강 위치로 이동할 때, 재료의 작은 액적이 밸브 시트 내에 형성되는 소직경 보어(402)를 통해 분배된다.
논의된 바와 같이, 분배 유닛(300)은, 재료 공급 튜브(318)에 의해 분배 유닛의 하우징 내로 재료를 주입하기 위해, 분배 재료의 소스에 압축 공기를 제공한다. 제공되는 구체적인 압력은, 사용되는 재료, 분배되는 재료의 체적, 및 분배 유닛(300)의 작동 모드에 기초하여 선택될 수 있다. 분배기의 작동 도중에, 사용자는, 분배 플랫폼을 위한 사용자 인터페이스를 통해, 회로 보드 상에 분배 영역을 한정한다. 분배 유닛(300)은 재료의 점들 및 선들을 분배하기 위해 사용될 수 있다. 분배 유닛(300)이 분배기의 복수의 분배 사이클을 통해 형성되는 재료의 선들을 분배하기 위해 사용되며 그리고 개별 분배 사이클을 사용하여 회로 보드 또는 다른 기판 상의 선택된 위치들에 재료를 분배하기 위해 사용될 때, 재료의 선들에 대해, 사용자는 선의 시작 위치 및 정지 위치를 규정하며 그리고, 분배 플랫폼은 선을 따라 재료를 배치하기 위해 분배 유닛(300)을 이동시킬 수 있다. 일단 회로 보드 상의 모든 분배 영역들이 규정되며 그리고 분배 파라미터들이 분배 유닛 제어 패널을 사용하여 설정되면, 분배기는 처리하기 위한 회로 보드를 수용할 수 있다. 회로 보드를 분배 위치로 이동시킨 이후에, 분배기는 분배 유닛을 분배 위치 위에 위치시키기 위해 지지대 시스템(208)을 제어한다. 다른 실시예에서, 회로 보드는 고정형 분배 유닛 아래에서 이동하게 될 수도 있다. 특정 보드를 위한 분배는, 재료가 보드 상의 모든 위치들에 분배될 때까지, 계속될 것이다. 보드는 이어서 시스템으로부터 언로딩되며 그리고 새로운 보드가 시스템 내로 로딩될 수 있다.
도 5를 참조하면, 일반적으로 도면 부호 '500'으로 지시되는, 본 개시의 다른 실시예의 분배 유닛이 도시되어 있고, 이하에 설명될 것이다. 도시된 바와 같이, 분배 유닛(500)은 하우징(502) 및, 하우징에 해제 가능하게 고정되는, 일반적으로 도면 부호 '504'로 지시되는 노즐 조립체를 포함한다. 구체적으로, 축(B)을 따라 액추에이터에 결합되는 분배기 하우징(502)은, 분배하기 위한 점성 재료를 수용하도록 구성되는 세장형 챔버(506)를 한정하도록 구성된다. 밀봉 너트(508) 및 적합한 밀봉체들(510)이 하우징(502)의 챔버(506) 내에서 피스톤 가이드(512)의 상부 부분을 고정한다. 피스톤 가이드(512)의 하부 부분이, 노즐 너트(514) 및 노즐 너트에 의해 유지되도록 구성되는 노즐(516)을 포함하는, 노즐 조립체(504)에 의해 고정된다. 챔버(506)는 재료 공급 조립체로부터 재료를 수용하도록 구성되는 재료 공급 튜브(518)와 유체 연통 상태에 놓이는 소형 분배 캐비티를 한정한다. 도시된 바와 같이, 재료 공급 튜브(518)는, 입구(520)를 통해 피스톤 가이드(512)의 상부 부분에서 챔버(506) 내로 점성 재료를 주입한다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 점성 재료는 압력 하에서 챔버(506)로 전달된다. 분배 유닛(500)은, 밀봉 너트(508) 내에 배치되는 피스톤(522) 및 피스톤 가이드(512)를 더 포함한다. 피스톤(522)은 가요성 조립체에 의해 액추에이터에 고정되는 상단부 및, 피스톤 가이드(512)의 하부 부분에 형성되는 소형 오리피스(524) 내외로 이동하도록 구성되는 하단부를 갖는다. 피스톤(522)은, 원통형 챔버 내에 수용되도록 그리고 축(B)을 따라 슬라이드 가능하게 이동되도록 구성된다. 정지 부재(526)가 밀봉 너트(508) 내에 형성되는 리세스 내에 제공된다. 유연성 재료로 형성될 수 있는 정지 부재(526)는, 분배 작업 도중에 피스톤(522)의 하향 이동을 정지시키도록, 피스톤(522)의 헤드와 맞물린다.
도 6을 참조하면, 분배 유닛(500)의 하부 부분이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 피스톤(522)의 하단부는 소형 오리피스(524)를 통해 이동하도록 구성되어, 노즐(516) 위의 위치에서 종결된다. 노즐(516)은, 원추형 표면(600) 및, 그 내부에 형성되는, 예를 들어 0.005 인치의 직경의, 소직경 보어(602)를 갖는, 대체로 원통형의 부재를 포함한다. 일 실시예에서, 노즐(516)은 합성 사파이어와 같은 경질 재료로 제작될 수 있을 것이다. 이러한 배열은, 노즐(516) 위의 그리고 피스톤 가이드(512)의 단부 아래의 공간 내에 제공되는 재료를 피스톤(522)이 변위시킬 때, 점성 재료가 소직경 보어(602)로부터 기판, 예를 들어 회로 보드(12) 상으로 토출되도록 한다. 특정 실시예에서, 노즐 조립체(504)는, 노즐 조립체의 세척을 돕기 위해 분배기의 최종 사용자에게 완전한 조립체로서 제공될 수 있다. 구체적으로, 사용된 노즐 조립체는, 노즐 너트를 나사체결 해제함으로써 분배 유닛(500)으로부터 완전히 제거될 수 있으며 그리고 새로운(깨끗한) 노즐 조립체로 교체될 수 있다.
도 7을 참조하면, 일반적으로 도면 부호 '700'으로 지시되는, 선택적 노즐 히터 조립체가 분배 유닛, 예를 들어 분배 유닛(300)과 함께 사용될 수 있고, 노즐 히터 조립체의 온도가, 제어기(18)에 결합된 사용자 인터페이스를 사용하여 설정될 수 있다. 선택적 노즐 히터 조립체(700)는 분배 유닛(500)을 위해 사용될 수 있으며 그리고 본 개시의 범주 내에 있다는 것을 알아야 한다. 노즐 히터 조립체(700)는, 히터를 설정 온도로 유지하기 위해 시스템에 의해 제어된다. 노즐 히터 조립체(700)는, 밸브 시트(316) 위의 재료에 열을 제공하기 위해, 분배 유닛의 하우징(302)의 하부 부분, 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 노즐 너트(314)에 부착되도록 구성된다. 일 실시예에서, 노즐 히터 조립체(700)는, 카트리지 히터, 온도 센서, 및 장착 하드웨어를 포함하는, 본체(702)를 포함한다. 본체(702)는, 분배 유닛(300)의 하부 부분, 즉 노즐 조립체(304)가 그를 통해 연장되는, 하부 개구부를 갖는다. 클램프들이, 노즐 조립체(304)의 노즐 너트(314)에 대해 본체(702)를 압축함으로써 노즐 히터 조립체(700)를 분배 유닛(300)에 고정하기 위해 제공될 수 있다. 카트리지 히터 및 온도 센서는, 온도 센서의 부근에서 온도를 설정값으로 유지하는, 시스템 제어기에 결합될 수 있다.
도 8a를 참조하면, 일 실시예에서, 피스톤(322)의 상단부는, 피스톤의 왕복 축방향 이동을 제공하기 위해 피스톤을 액추에이터 조립체에 고정하도록 구성되는, 일반적으로 도면 부호 '800'으로 지시되는, 때때로 유연성 조립체로 지칭되는, 유연한 가요성 조립체에 고정된다. 도시된 바와 같이, 피스톤(322)의 상단부는 헤드부(802)를 포함한다. 유연한 가요성 조립체(800)는, 나사(806)에 의해 압전 액추에이터 조립체의 레버 아암에 고정될 수 있는, 대체로 원통형의 가요성 하우징(804)을 포함한다. 다른 실시예에서, 유연한 가요성 조립체(800)는 음성 코일 모터 액추에이터 조립체에 고정될 수도 있다. 가요성 하우징(804)은, 압전 액추에이터 조립체가 가요성 조립체 및 피스톤(322)의 왕복 운동을 구동함에 따라, 가요성 조립체(800)가 압전 액추에이터 조립체의 레버 아암의 아치형 운동을 수용하는 것을 가능하게 하는, 감소된 두께 부부분 또는 가요성 요소(808)를 포함한다.
가요성 조립체(800)는, 가요성 하우징(804) 내에 배치되는 스프링 하우징(810), 스프링 하우징의 하단부에서 스프링 하우징 내에 배치되고 스프링 하우징 내에서 축방향으로 이동 가능한 플런저(812), 및 스프링 하우징과 플런저 사이에 배치되는 스프링(814)을 더 포함한다. 플런저(812)는 피스톤(322)의 헤드부(802)를 포획하도록 구성되는 요크 핑거(816)를 포함한다. 유연한 가요성 조립체(800)는, 가요성 하우징(804) 및 스프링 하우징(810) 내에 배치되는 로드(818)를 더 포함하고, 로드는 플런저(812)에 고정되는 하단부를 갖는다. 이러한 배열은, 가요성 조립체(800)의 플런저(812)가 피스톤(322)의 헤드부(802) 상에 하향 편향력(bias)을 인가하게 구성되도록 한다.
구체적으로, 분배 유닛(300)의 작동 도중에, 액추에이터 조립체는 가요성 조립체(800) 및 피스톤(322)의 상하 이동을 구동한다. 피스톤(322)이 밸브 시트(316)와 맞물리는 하향 행정 도중에, 액추에이터 조립체 및 가요성 조립체(800)는, 피스톤이 갑자기 이동을 멈추었다 하더라도, 하향 구동을 계속하는 경향을 갖는다. 이러한 운동 도중에, 플런저(812)는 피스톤(322)의 헤드부(802)와 맞물리며 그리고 스프링(814)은, 가요성 하우징(804)이 그의 하향 이동을 계속함에 따라, 스프링 하우징(810) 내부에서 압축된다. 피스톤(322)이 밸브 시트(316) 내의 밀봉된 위치에 있을 때, 스프링(814)은 밸브 시트 내에 피스톤을 확고하게 안착시키기 위해 플런저(812)를 하향으로 편향시키도록 구성되며, 이에 의해 분배 유닛(300)을 폐쇄하도록 한다.
가요성 조립체(800)는, 가요성 하우징의 하단부에서 가요성 하우징(804) 둘레에 배치되는 제2 가요성 요소(820)를 더 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 제2 가요성 요소(820)는, 예를 들어, 수직 이동 및 피치 이동과 같은 2 자유도의 이동을 가능하게 하는 스파이더 가요성 부재(spider flexure)를 구현할 수도 있고, 이는, 압전 액추에이터 조립체가 피스톤(322)의 상하 이동을 구동함에 따라, 압전 액추에이터 조립체의 레버 아암의 아치형 운동을 수용하는 것을 추가로 돕는다.
도 8b를 참조하면, 다른 실시예에서, 피스톤(522)의 상단부는, 피스톤의 왕복 축방향 이동을 제공하기 위해 압전 액추에이터 조립체와 같은 액추에이터 조립체에 피스톤을 고정하도록 구성되는, 일반적으로 도면 부호 '850'으로 지시되는, 때때로 유연성 조립체라 지칭되는, 유연한 가요성 조립체에 고정된다. 가요성 조립체(800)와 같이, 가요성 조립체(850)는 음성 코일 모터 액추에이터 조립체에 고정될 수 있다. 도시된 바와 같이, 피스톤(522)의 상단부는, 2개의 이격된 헤드부(852, 854)를 포함한다. 가요성 조립체(850)는, 피스톤의 2개의 헤드부(852, 854) 사이의 공간 내부에서 피스톤(522)의 상측 헤드부(852)를 고정하도록 구성되는, 요크(856)를 포함한다. 가요성 조립체(850)는, 액추에이터 조립체에 의해 작동되는, 대체로 원통형의 가요성 하우징(858)을 더 포함한다. 압전 액추에이터 조립체를 위해, 가요성 하우징(858)은, 압전 액추에이터 조립체가 가요성 조립체 및 피스톤(522)의 왕복 운동을 구동함에 따라, 가요성 조립체(850)가 레버 아암의 아치형 운동을 수용하는 것을 가능하게 하는, 감소된 두께 부분 또는 가요성 요소(도 8b에는 도시되어 있지 않음)를 포함할 수 있을 것이다.
가요성 조립체(850)는, 가요성 하우징(858) 내에 배치되는 스프링 하우징(860), 스프링 하우징의 하단부에서 스프링 하우징 내에 배치되며 그리고 스프링 하우징 내에서 축방향으로 이동 가능한 플런저(862), 및 스프링 하우징과 플런저 사이에 배치되는 스프링(864)을 더 포함한다. 이러한 배열은, 로드(866)의 하단부가 전술된 바와 같이 스프링 하우징(858) 내에 피스톤(522)의 축방향 이동을 제공하기 위해 플런저(862)에 고정되도록 한다. 정지 부재(526)가, 피스톤의 하부 헤드부(854)와 맞물림으로써 피스톤(522)의 이동을 정지시키도록 제공될 수 있다. 이러한 배열은, 가요성 조립체(850)의 플런저(862)가 피스톤(522)의 헤드부(852) 상에 하향 편향력을 인가하게 구성되도록 한다. 구체적으로, 분배 유닛(500)의 작동 도중에, 액추에이터 조립체는 가요성 조립체(850)와 피스톤(522)의 상하 이동을 구동한다. 피스톤(522)의 헤드부(854)가 정지 부재(526)에 맞물리는 하향 행정 도중에, 액추에이터 조립체 및 가요성 조립체(850)는, 피스톤이 갑자기 이동을 정지했다 하더라도, 하향 구동을 계속하는 경향을 갖는다. 이러한 운동 도중에, 플런저(862)는 피스톤(522)의 헤드부(852)와 맞물리고, 스프링(864)은, 가요성 하우징(858)이 그의 하향 이동을 계속함에 따라, 스프링 하우징(860) 내에서 압축된다.
도 9는 본 개시의 실시예의 분배 유닛(300, 500)을 작동시키는, 일반적으로 도면 부호 '900'으로 지시되는, 압전 액추에이터 조립체를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 압전 액추에이터 조립체(900)는 분배 유닛(300, 500)을 자체에 고정하도록 구성되는 하우징(902)을 포함한다. 압전 액추에이터 조립체(900)의 하우징(902)은, 분배 작업 도중에 분배 유닛을 이동시키기 위해 지지대(208)에 적합하게 고정된다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 압전 액추에이터 조립체(900)가 분배 유닛(300)과 함께 도시되어 있다. 압전 액추에이터 조립체(900)는 분배 유닛(300)과 함께 사용될 수 있으며 그리고 본 개시의 범주 내에 있다는 것이 이해되어야 한다. 압전 액추에이터 조립체(900)의 하우징(902)은, 압전 액추에이터 조립체의 구성 요소들을 지지하도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 압전 액추에이터 조립체는, 피스톤(322)의 급속 상하 이동에 영향을 미치도록 가요성 조립체(800)에 고정된다. 구체적으로, 압전 액추에이터 조립체(900)는, 가요성 조립체(800)의 가요성 하우징(804)의 상단부에 고정되도록 구성되는, 단부(1102)를 갖는 레버 아암(1100)을 포함한다. 압전 액추에이터 조립체는, 압전 스택 인터페이스 블록(1104), 장착 블록(1106), 및 레버 아암(1100)과 인터페이스 블록(1104)과 장착 블록 사이에 배치되는 힌지(1107)를 더 포함한다. 힌지(1107)는 인터페이스 블록(1104)의 상하 이동과 관련하여 레버 아암(1100)이 요동하거나 피벗하는 것을 가능하게 하는 2개의 피벗 지점(1108, 1110)을 포함한다. 인터페이스 블록(1104)은, 인터페이스 블록 위에 위치하게 되는 압전 스택(1112)에 의해 상하 방향으로 이동하게 된다. 일 실시예에서, 결과는, 압전 스택(1112)이 65 미크론(0.065 밀리미터)의 거리 만큼 인터페이스 블록을 이동시킬 수 있다는 것이다. 레버 아암(1100)을 경유한 인터페이스 블록(1104)의 이동은, 가요성 조립체의 축방향 이동이 650 미크론(0.65 밀리미터)이 되도록 야기한다. 압전 스택은 최대 1,000 헤르츠의 속도로 작동할 수 있다. 가요성 조립체(800)는, 피스톤이 상하 이동으로 왕복함에 따른, 피스톤(322)의 원하지 않는 측방향 이동을 처리하도록 구성된다. 따라서, 압전 액추에이터 조립체(900)는, 결과적으로 피스톤(322)의 상하 이동을 생성하는, 가요성 조립체(800)의 상하 이동을 생성하도록 압전 스택(1112)의 이동을 변환할 수 있다.
압전 액추에이터 조립체(900)는, 압전 액추에이터 조립체의 이동의 폐쇄 루프 검출을 제공하기 위해, 일반적으로 도면 부호 '1114'로 지시되는, 센서 조립체를 더 포함한다. 구체적으로, 센서 조립체(1114)는, 레버 아암(1100)의 이동을 결정하기 위해 레버 아암(1100) 상에 제공된 목표 점을 검출하도록 구성되는 레버 아암 센서(1116) 및, 로드(818)의 이동을 결정하기 위해 로드의 상단부 상에 제공된 목표 점을 검출하도록 구성되는 로드 센서(1118)를 포함한다. 레버 아암 센서(1116)는 하우징(902)에 고정되며 그리고 레버 아암(1100) 상에 제공된 목표 점으로부터 사전 결정된 거리에 위치하게 된다. 이러한 사전 결정된 거리 또는 틈은, 작동 도중에 레버 아암(1100)의 이동량을 결정하기 위해, 레버 아암 센서(1116)에 의해 검출된다. 유사하게, 로드 센서(1118)는 하우징(902)에 고정되며 그리고 로드(818) 상의 목표 점으로부터 사전 결정된 거리에 위치하게 된다. 이러한 사전 결정된 거리 또는 틈은, 작동 도중에 로드(818)의 이동량을 결정하기 위해, 로드 센서(1118)에 의해 검출된다. 로드 센서(1118)를 구비함에 따라, 로드(818)의 상단부는, 검출할 로드 센서를 위한 대상을 제공하기 위한 센서 목표 점(1120)을 갖는다.
센서 조립체(1114)는, 피스톤의 왕복 운동의 피드포워드 제어를 제공하기 위한 제어 시스템의 부분으로서 사용될 수도 있다. 점도와 같은 작동 파라미터가 변화할 때에도, 요구되는 운동 프로파일이 달성되는 것을 보장하기 위해 액추에이터 조립체를 구동하기 위해 사용되는 구동 신호를 변화시킬 수 있는, 적응형 루틴(adaptive routine)이 제공될 수도 있다. 예를 들어, 재료의 점도는 시간 및 온도에 따라 변화할 수 있다. 이러한 점도의 변화는, 액추에이터 조립체 상의 부하가 변화하도록 야기하고, 따라서 달성되는 실제 운동을 변경할 수도 있다. 이러한 운동 프로파일의 변화를 감지함으로써, 후속의 구동 신호들이, 요구되는 운동 프로파일을 유지하기 위해 요구되는 바에 따라, 조절될 수 있다. 이러한 작동 파라미터들은 시간 및 온도에 따라 느리게 움직이는(drift) 경향이 있기 때문에, 피드포워드 적응형 루틴은 실시간으로 이러한 변화를 추적할 수 있다. 이는, 구동 신호가 시스템의 전체 대역폭에서 실시간으로 변화되는 피드백 제어 시스템과는 본질적으로 상이하다. 피드포워드 제어 시스템에서의 적응은 단지, 보상하고자 하는 변화보다 빠른 속도로 적응할 것을 필요로 한다. 피드포워드 제어 시스템의 압도적인 장점은, 피드백 제어 시스템과는 달리, 이들 피드포워드 제어 시스템이 절대적으로 안정하게 되도록 설계될 수 있다는 것이다.
로드(818)의 상단부는 추가로, 2개의 볼 플런저(1122, 1124) 및 볼 플런저들에 연결되는 해제 레버(1126)를 갖는, 플런저 조립체에 연결된다. 2개의 볼 플런저(1122, 1124)는, 정규 작동 도중에 해제 레버(1126)를 (하방으로) 밀쳐낸다. 비켜난 해제 레버(1126)와 더불어, 분배 유닛은 운동 범위의 어떠한 제한도 없이 자유롭게 작동할 수 있다. 분배 유닛이 해제될 때, 압전 스택(1112)으로부터의 동력이 떨어지고, 레버 아암(1100)은 공지의 위치로 이동한다. 피스톤을 해제하기 위해, 가요성 조립체(800)의 유연성 스프링(814)은 피스톤(322)의 헤드(802)를 자유롭게 하도록 위쪽으로 압축된다. 이는, 볼 플런저들(1122, 1124)을 압축하는 해제 레버(1126) 상에서의 들어올림에 의해 달성된다. 해제 레버(1126) 상에 제공되는 2세트의 나사들(지시되어 있지 않음)이 존재한다. 2세트의 나사는, 목표 점의 바닥부를 들어올리고, 이들은 차례로 로드(818)를 들어올리고, 이들은 플런저(812)를 들어올리고, 마지막으로 스프링(814)을 압축하며 그리고 피스톤(322)을 해방한다.
다른 실시예에서, 음성 코일 모터 액추에이터 조립체가, 분배 유닛, 예를 들어 분배 유닛(300 또는 500)을 작동시키기 위해 제공될 수도 있다. 음성 코일 모터 액추에이터 조립체는 당 기술 분야에 잘 알려져 있고, 피스톤(322 또는 522)의 작동을 구동하기 위해 분배 유닛에 적합하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 12는 분배 유닛, 예를 들어 분배 유닛(300 또는 500)을 작동시키는, 일반적으로 도면 부호 '1200'으로 지시되는, 음성 코일 모터 액추에이터 조립체를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 음성 코일 모터 액추에이터 조립체(1200)는, 위치(1204)에서 자체에 분배 유닛을 고정하도록 구성되는, 하우징(1202)을 포함한다. 음성 코일 모터 액추에이터 조립체(1200)의 하우징(1202)은, 분배 작업 도중에 분배 유닛을 이동시키기 위해 지지대(208)에 적합하게 고정된다. 일 실시예에서, 음성 코일 모터 액추에이터 조립체는 3 코일/3 극/2 자석 모터를 포함할 수 있을 것이다.
작동 시에, 분배 유닛(300 또는 500)은, 기판, 예를 들어 회로 보드(12) 위에서 공칭 간극 높이(clearance height)에 위치하게 된다. 비록 회로 보드의 높이의 변화 또는 회로 보드의 상부 표면의 평탄도의 불규칙성이 점성 재료의 분배에 악영향을 미치지 않고 간극 높이가 변화하도록 야기할 수도 있지만, 이 간극 높이는 분배 작업 전체에 걸쳐 회로 보드 위에 비교적 일정한 고도로 유지된다. 구체적으로, 분배기 유닛은, 각각의 분배 작업의 종료 시에 z-축 방향으로 회로 보드로부터 멀어지게 노즐을 들어올릴 필요가 없다. 그러나, 회로 보드의 높이의 변화 및 회로 보드의 평탄도의 불규칙성을 수용하기 위해(또는 장애물을 회피하기 위해), 분배기는 z-축 이동을 성취하도록 구성될 수도 있을 것이다. 특정 실시예에서, 레이저 검출 시스템이 분배기의 높이를 결정하기 위해 사용될 수 있을 것이다.
따라서, 본 개시의 특징이 유연한 가요성 조립체(800)의 축방향 유연성라는 것이 관찰되어야 한다. 이러한 유연성은, 피스톤이 밸브 시트(316)에 접촉할 때, 또는 피스톤(522)의 하측 헤드부(854)가 정지 부재(526)에 접촉할 때, 이러한 접촉 지점을 지나는 가요성 조립체(800)의 부가적인 운동을 허용하는 가운데, 피스톤(322)이 갑자기 정지하는 것을 허용한다. 유연한 가요성 조립체(800)는, 액추에이터 조립체[가요성 하우징(804)을 거친]와 피스톤(322 또는 522) 사이의 제한된 상대 이동을 허용한다. 운동의 이러한 결합해제는, 액추에이터 조립체에 대한 충격 하중을 감소시키고, 피스톤이 감속될 수 있는 신속성(rapidity)을 증가시키고, 몇몇 작동 모드에서, 가요성 조립체의 운동 에너지를 압축된 유연성 스프링 내의 위치 에너지로 변환함으로써 그리고 이후에 스프링이 반대 방향으로 액추에이터를 가속하도록 작용함에 따라 이러한 위치 에너지를 액추에이터의 운동 에너지로서 복원함으로써, 더욱 에너지 효율적인 작동을 허용한다. 도시되고 설명되어 있는 바와 같이, 유연한 가요성 조립체(800)는 추가로, 조립체, 즉 플런저(812 또는 862)의 길이를 신장 위치까지 신장시키도록 구성된다. 유연한 가요성 조립체(800)는 유연성의 강도를 갖는다. 유연한 가요성 조립체(800)는, 액추에이터와 피스톤의 상대 운동의 함수로서, 유연성의 강도를 변화시키도록 구성된다.
특정 실시예에서, 분배기는, 상표명 'FX-D' 및 'XyflexPro+' 하에서 제공되는 플랫폼 분배 시스템과 같은, 기존의 플랫폼에 기초할 수 있으며 그리고, 본 개시의 양수인의 자회사인 미국 매사추세츠주 프랭클린 소재의 Speedline Technologies, Inc.에 의해 제공되는 상표명 'Benchmark' 하에서 제공되는 소프트웨어와 같은, 분배 소프트웨어를 사용하여 작동한다.
기판 상에 일정 양의 점성 재료의 분배하기 위한 분배기의 작동 방법이 추가로 개시된다. 분배 유닛은, 액추에이터 조립체(900 또는 1200)에 결합되는, 분배 유닛(300 또는 500)일 수 있다. 일 실시예에서, 방법은, 압전 액추에이터 조립체(900)를 피스톤에 연결하는 것을 포함한다. 압전 액추에이터 조립체(900)는 피스톤의 상하 이동을 구동하도록 구성된다. 방법은, 가요성 조립체(800) 및 피스톤(322)의 상하 이동을 구동하기 위해 압전 스택(1112)을 활성화하는 것을 더 포함한다. 특정 실시예에서, 압전 스택(1112)은, 0 내지 1,000 헤르츠 사이의 속도에서 작동한다. 방법은, 피스톤이 가요성 조립체(800)에 의해 상하 이동으로 왕복함에 따른 피스톤(322)의 원하지 않는 측방향 이동을 제한하는 것을 더 포함할 수 있다. 방법은, 분배기의 폐쇄 루프 작동을 제공하기 위해 액추에이터 조립체의 이동을 감지하는 것을 더 포함할 수 있다. 방법은, 제어기(18)로 압전 액추에이터 조립체의 작동을 제어하는 것을 더 포함할 수 있다. 제어기(18)는, 점성 재료가 챔버(306) 내에 주입되는 분배 이전 위치로부터 피스톤이 챔버로부터 밸브 시트(316)를 통해 점성 재료를 분배하는 분배 위치로, 피스톤(322)을 이동시키도록 구성된다.
본 개시의 대안적인 실시예가, 유연한 가요성 조립체(800)의 유연한 장점들을 성취하기 위한 다양한 메커니즘을 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 일 실시예가, 하우징(804)과 플런저(812) 사이의 상대 속도의 함수로서 유연성의 강도를 변화시키기 위한, 유압식 구성 요소들을 구비할 수도 있을 것이다. 이러한 유형의 메커니즘의 예가, 현대식 내연기관들에서 사용되는 것과 같은, 유압식 밸브 리프터(hydraulic valve lifter)이다.
따라서, 본 개시의 적어도 하나의 실시예가 설명되었지만, 다양한 변경, 수정 및 개선들이 당 기술 분야의 숙련자들에게 쉽게 일어날 것이다. 이러한 변경, 수정 및 개선은, 본 개시의 범주 및 사상 내에 있는 것으로 의도된다. 이에 따라, 앞선 설명은 단지 예시적인 것이고, 제한하고자 하는 것은 아니다. 제한은 단지 이하의 청구범위 및 그 등가물에서 한정된다.

Claims (27)

  1. 기판 상에 재료를 분배하도록 구성되는 분배기로서,
    챔버를 갖는 하우징, 상기 챔버 내에 배치되고 상기 챔버 내에서 축방향으로 이동 가능한 피스톤, 및 상기 하우징에 결합되며 상기 하우징의 챔버와 동축 상에 놓이는 오리피스를 갖는 노즐을 포함하는 분배 유닛;
    레버 아암을 포함하고 상기 분배 유닛에 결합되며 상기 피스톤의 상하 이동을 구동하도록 구성되는 액추에이터; 및
    상기 액추에이터와 상기 피스톤에 결합되는 유연성 조립체로서, 상기 유연성 조립체는 상기 액추에이터의 레버 아암에 고정되는 가요성 하우징을 포함하고 상기 액추에이터와 상기 피스톤 사이의 제한된 상대 이동을 허용하도록 구성되는 것인, 유연성 조립체
    를 포함하는 분배기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유연성 조립체는 추가로, 상기 유연성 조립체의 길이를 신장 위치로 편향시키도록 하도록 구성되는 것인 분배기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유연성 조립체는, 상기 가요성 하우징 내에 배치되는 스프링 하우징 및, 상기 스프링 하우징의 하단부에서 상기 스프링 하우징 내에 배치되며 신장 위치로 편향되는 플런저를 더 포함하는 것인 분배기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 유연성 조립체는 상기 스프링 하우징과 상기 플런저 사이에 배치되는 스프링을 더 포함하고, 상기 스프링은 상기 플런저를 신장 위치로 편향시키도록 구성되는 것인 분배기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 유연성 조립체의 플런저는 상기 피스톤 상에 하향 편향력을 인가하도록 구성되며 그리고, 상기 피스톤의 하향 행정 도중에, 상기 플런저는 상기 피스톤과 맞물리며, 상기 스프링은 상기 스프링 하우징 내에서 압축되는 것인 분배기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 액추에이터는 압전 액추에이터 조립체인 것인 분배기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 액추에이터는 음성 코일 모터인 것인 분배기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 피스톤은, 상기 피스톤의 끝단이 시트와 맞물릴 때 정지하고, 상기 유연성 조립체는 상기 시트에 대한 상기 피스톤의 맞물림에 후속되는 상기 액추에이터의 추가적인 이동을 허용하는 것인 분배기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 피스톤은, 상기 피스톤의 특징부가 정지 부재와 맞물릴 때 정지하고, 상기 유연성 조립체는 상기 정지 부재에 대한 상기 피스톤의 맞물림에 후속되는 상기 액추에이터의 추가적인 이동을 허용하는 것인 분배기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 유연성 조립체는 유연성의 강도를 갖고, 상기 유연성 조립체는 상기 액추에이터와 상기 피스톤 사이의 상대 운동의 함수로서 유연성의 강도를 변화시키도록 구성되는 것인 분배기.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 액추에이터의 위치를 감지하기 위한 센서를 더 포함하는 것인 분배기.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 피스톤의 위치를 감지하기 위한 센서를 더 포함하는 것인 분배기.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 액추에이터를 제어하기 위한 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 피드포워드 적응형 루틴을 수행하도록 구성되며, 상기 제어기는 추가로, 요구되는 액추에이터 운동 프로파일을 달성하도록 상기 액추에이터의 운동을 제어하기 위해, 상기 센서로부터의 센서 데이터 및 상기 피드포워드 적응형 루틴을 활용하도록 구성되는 것인 분배기.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 피스톤의 위치를 감지하기 위한 센서를 더 포함하는 것인 분배기.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 액추에이터를 제어하기 위한 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 피드포워드 적응형 루틴을 수행하도록 구성되며, 상기 제어기는 추가로, 요구되는 액추에이터 운동 프로파일을 달성하도록 상기 액추에이터의 운동을 제어하기 위해, 상기 센서로부터의 센서 데이터 및 상기 피드포워드 적응형 루틴을 활용하도록 구성되는 것인 분배기.
  16. 기판 상에 재료를 분배하기 위해 분배기를 작동하는 방법으로서,
    상기 분배기는, 챔버를 갖는 하우징과, 상기 챔버 내에 배치되고 상기 챔버 내에서 축방향으로 이동 가능한 피스톤 그리고, 상기 하우징에 결합되며 상기 하우징의 챔버와 동축 상에 놓이는 오리피스를 갖는, 노즐을 포함하는 분배 유닛; 레버 아암을 포함하고 상기 분배 유닛에 결합되며 상기 피스톤의 상하 이동을 구동하도록 구성되는 액추에이터; 및 상기 액추에이터와 상기 피스톤에 결합되고 상기 액추에이터의 레버 아암에 고정되는 가요성 하우징을 포함하는 유연성 조립체를 포함하는 것인, 분배기 작동 방법에 있어서,
    상기 유연성 조립체에 의해 상기 액추에이터와 상기 피스톤 사이의 제한된 상대 이동을 허용하는 것을 포함하는, 분배기 작동 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    유연성 조립체의 길이를 신장 위치로 편향시키는 것을 더 포함하는 것인, 분배기 작동 방법.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 액추에이터는 압전 액추에이터 조립체인 것인, 분배기 작동 방법.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 액추에이터는 음성 코일 모터인 것인, 분배기 작동 방법.
  20. 제 16항에 있어서,
    상기 피스톤은, 상기 피스톤의 끝단이 시트와 맞물릴 때 정지하고, 상기 방법은, 상기 시트에 대한 상기 피스톤의 맞물림에 후속되는 상기 액추에이터의 추가적인 이동을 허용하는 것을 더 포함하는 것인, 분배기 작동 방법.
  21. 제 16항에 있어서,
    상기 피스톤은, 상기 피스톤의 특징부가 정지 부재와 맞물릴 때 정지하고, 상기 방법은, 상기 정지 부재에 대한 상기 피스톤의 맞물림에 후속되는 상기 액추에이터의 추가적인 이동을 허용하는 것을 더 포함하는 것인, 분배기 작동 방법.
  22. 제 16항에 있어서,
    상기 액추에이터와 상기 피스톤 사이의 상대 운동의 함수로서 유연성의 강도를 변화시키는 것을 더 포함하는 것인, 분배기 작동 방법.
  23. 제 16항에 있어서,
    상기 액추에이터의 위치를 감지하는 것을 더 포함하는 것인, 분배기 작동 방법.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 피스톤의 위치를 감지하는 것을 더 포함하는 것인, 분배기 작동 방법.
  25. 제 23항에 있어서,
    피드포워드 적응형 루틴을 제공함으로써, 요구되는 액추에이터 운동 프로파일을 달성하도록 상기 액추에이터의 운동을 제어하기 위해, 센서로부터의 센서 데이터 및 피드포워드 적응형 루틴을 활용하도록 상기 액추에이터를 제어하는 것을 더 포함하는 것인, 분배기 작동 방법.
  26. 제 16항에 있어서,
    상기 피스톤의 위치를 감지하는 것을 더 포함하는 것인, 분배기 작동 방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    피드포워드 적응형 루틴을 제공함으로써, 요구되는 액추에이터 운동 프로파일을 달성하도록 상기 액추에이터의 운동을 제어하기 위해, 센서로부터의 센서 데이터 및 피드포워드 적응형 루틴을 활용하도록 상기 액추에이터를 제어하는 것을 더 포함하는 것인, 분배기 작동 방법.
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