KR20220150406A - 고정식 플랙시블 다이어프램 밀봉부를 갖는 분배 유닛 - Google Patents
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Abstract
전자 기판 상에 점성 물질을 분배하도록 구성된 분배 시스템의 분배 유닛은 지지 하우징 및 상기 지지 하우징에 의해 지지되는 유체 하우징을 포함한다. 상기 유체 하우징은 챔버와 물질 공급 튜브로부터 상기 챔버로 점성 물질을 전달하도록 구성된 유입구를 포함한다. 상기 분배 유닛은 상기 지지 하우징에 해제 가능하게 고정되고 상기 유체 하우징의 단부를 폐쇄하도록 구성된 노즐 어셈블리를 더 포함한다. 상기 분배 유닛은 상기 유체 하우징의 상기 챔버 내에 부분적으로 배치된 왕복 피스톤을 더 포함한다. 상기 피스톤은 상기 노즐 어셈블리로부터 점성 물질이 분배되게 하도록 구성된다. 상기 분배 유닛은 상기 유체 하우징 및 상기 피스톤에 고정되도록 구성된 고정식 플렉시블 다이어프램 밀봉부를 추가로 포함한다.
Description
1. 개시 내용의 배경
본 개시 내용은 개괄적으로 인쇄 회로 기판과 같은 기판 상에 점성 재료를 분배하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체 하우징 내에 배치된 왕복 피스톤 및 내부 유체 압력과 대기 사이에 밀봉을 제공하도록 구성된 고정식 플렉시블 다이어프램 밀봉부를 갖는 분배 유닛으로 기판 상에 재료를 분배하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
2. 관련 기술의 논의
다양한 응용에서 정확한 양의 액체 또는 페이스트를 분배하는 데 사용되는 몇 가지 유형의 분배 시스템이 존재한다. 한 가지 이러한 응용은 회로 보드 기판에 집적 회로 칩 및 다른 전자 부품을 조립하는 것이다. 이러한 응용에서, 액체 에폭시 또는 솔더 페이스트 또는 일부 다른 관련 재료의 도트(dots)를 인쇄 회로 기판에 분배하는 데 자동 분배 시스템이 사용된다. 자동 분배 시스템은 인쇄 회로 기판에 부품을 기계적으로 고정하는 데 사용될 수 있는 언더필 재료 및 봉지재의 라인을 분배하는 데에도 사용된다. 전술한 예시적인 분배 시스템은 매사추세츠 홉킨턴에 회사가 있는 Illinois Tool Works Electronic Assembly Equipment(ITWEAE))에 의해 제조 및 유통되는 시스템을 포함한다.
일반적인 분배 시스템에서 분배 유닛은 컴퓨터 시스템 또는 컨트롤러에 의해 제어되는 서보모터를 사용하여 3개의 상호 직교하는 축(x-축, y-축 및 z-축)을 따라 분배 유닛을 이동시키기 위한 이동 어셈블리 또는 갠트리에 장착된다. 인쇄 회로 기판 또는 다른 기판의 원하는 위치에 액체 도트를 분배하기 위해, 분배 유닛은 원하는 위치 위에 위치될 때까지 공통면의 수평 x-축 및 y-축 방향을 따라 이동된다. 그 다음, 분배 유닛은 분배 유닛 및 분배 시스템의 노즐/니들이 기판 위로 적절한 분배 높이에 있을 때까지 수직으로 배향된 수직 z-축 방향을 따라 하강된다. 분배 유닛은 액체 도트를 분배한 다음, z-축을 따라 상승되고, x-축과 y-축을 따라 새로운 위치로 이동되고, z-축을 따라 하강되어 다음 액체 도트를 분배한다. 전술한 언더필의 봉지화 또는 분배와 같은 응용의 경우, 분배 유닛은 통상적으로 해당 분배 유닛이 원하는 라인 경로를 따라 x-축 및 y-축으로 이동될 때 재료 라인을 분배하도록 제어된다. 분사 펌프와 같은 일부 유형의 분배 유닛의 경우, 분배 동작 전후의 z-축 이동은 필요하지 않을 수 있다.
도 1은 지지 하우징(2), 지지 하우징에 의해 지지되는 유체 하우징(3), 유체 하우징에 점성 재료를 전달하기 위해 유체 하우징과 유체 연통하는 입구 소스(4), 유체 하우징의 단부에 제공된 노즐 어셈블리(5), 및 유체 하우징 내에 위치되고 노즐 어셈블리를 통해 재료를 분배하도록 구성된 수직 배치된 왕복 피스톤(6)을 포함하는 전형적인 분배 유닛(1)의 일부를 예시한다. 특정 분배 재료에는 전도성 재료(은) 또는 절연 재료(실리카)의 부유 입자가 포함될 수 있다. 이러한 입자는 왕복 피스톤(6)과 일반적인 U-컵 밀봉부(7) 사이의 슬라이딩 계면 내로 인입될 수 있다. 시간이 지남에 따라 U-컵 밀봉부(7)가 마모될 수 있고 및/또는 입자가 피스톤(6)과 밀봉부 사이에 축적되어 누출 경로를 형성할 수 있다.
본 개시 내용의 일 양태는 전자 기판 상에 점성 물질을 분배하는 분배 시스템에 관한 것이다. 일 실시예에서, 분배 시스템은 프레임 및 상기 프레임에 결합된 지지대를 포함한다. 상기 지지대는 분배 동작 중에 전자 기판을 수용하고 지지하도록 구성된다. 분배 시스템은 점성 물질을 분배하도록 구성된 분배 유닛 어셈블리 및 상기 프레임에 결합된 갠트리를 더 포함한다. 상기 갠트리는 상기 분배 유닛 어셈블리를 지지하고 상기 분배 유닛 어셈블리를 x-축 및 y-축 방향으로 이동시키도록 구성된다. 분배 유닛 어셈블리는 점성 물질을 분배하도록 구성된 분배 유닛을 포함한다. 상기 분배 유닛은 지지 하우징 및 상기 지지 하우징에 의해 지지되는 유체 하우징을 포함한다. 상기 유체 하우징은 챔버, 및 물질 공급 튜브로부터 상기 챔버로 점성 물질을 전달하도록 구성된 유입구를 포함한다. 상기 분배 유닛은 상기 하우징에 해제 가능하게 고정되고 상기 유체 하우징의 단부를 폐쇄하도록 구성된 노즐 어셈블리를 더 포함한다. 상기 분배 유닛은 상기 유체 하우징의 상기 챔버 내에 부분적으로 배치된 왕복 피스톤을 더 포함한다. 상기 피스톤은 상기 노즐 어셈블리로부터 점성 물질이 분배되게 하도록 구성된다. 상기 분배 유닛은 상기 유체 하우징 및 상기 피스톤에 고정되도록 구성된 고정식 플렉시블 다이어프램 밀봉부를 추가로 포함한다.
분배 어셈블리의 실시예는 상기 피스톤에 형성된 감소된 직경 감소 노치 내에 끼워지는 크기의 내부 허브, 상기 유체 하우징 내에 압착되는 크기의 외부 허브, 및 상기 내부 허브와 상기 외부 허브를 연결하는 플렉시블 다이어프램 부분을 포함하도록 상기 다이어프램 밀봉부를 구성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 플렉시블 다이어프램 부분은 상기 피스톤이 상기 유체 하우징 내에서 상하로 왕복할 때 구부러지도록 구성될 수 있다. 상기 노즐 어셈블리는 노즐 너트, 노즐 및 노즐 어댑터를 더 포함할 수 있다. 상기 노즐 너트는 상기 지지 하우징의 하부 부분에 나사식으로 고정될 수 있고, 상기 노즐, 상기 노즐 어댑터, 및 밸브 시트를 상기 노즐 너트와 상기 유체 하우징의 상기 하부 단부 사이에 고정하도록 구성될 수 있다. 상기 분배 유닛은 상기 유체 하우징의 바닥과 함께 상기 밸브 시트를 밀봉하는 O-링을 더 포함할 수 있다. 상기 밸브 시트는 원추형 표면 및 내부에 형성된 소직경 보어를 갖는 대체로 원통형인 부재를 포함할 수 있다.
본 개시 내용의 다른 양태는 전자 기판 상에 점성 물질을 분배하도록 구성된 분배 시스템의 분배 유닛에 관한 것이다. 일 실시예에서, 상기 분배 유닛은 지지 하우징 및 상기 지지 하우징에 의해 지지되는 유체 하우징을 포함한다. 상기 유체 하우징은 챔버, 및 물질 공급 튜브로부터 상기 챔버로 점성 물질을 전달하도록 구성된 유입구를 포함한다. 상기 분배 유닛은 상기 하우징에 해제 가능하게 고정되고 상기 유체 하우징의 단부를 폐쇄하도록 구성된 노즐 어셈블리를 더 포함한다. 상기 분배 유닛은 상기 유체 하우징의 상기 챔버 내에 부분적으로 배치된 왕복 피스톤을 더 포함한다. 상기 피스톤은 상기 노즐 어셈블리로부터 점성 물질이 분배되게 하도록 구성된다. 상기 분배 유닛은 상기 유체 하우징 및 상기 피스톤에 고정되도록 구성된 고정식 플렉시블 다이어프램 밀봉부를 추가로 포함한다.
분배 유닛의 실시예는 상기 피스톤에 형성된 감소된 직경 감소 노치 내에 끼워지는 크기의 내부 허브, 상기 유체 하우징 내에 압착되는 크기의 외부 허브, 및 상기 내부 허브와 상기 외부 허브를 연결하는 플렉시블 다이어프램 부분을 포함하도록 상기 다이어프램 밀봉부를 구성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 플렉시블 다이어프램 부분은 상기 피스톤이 상기 유체 하우징 내에서 상하로 왕복할 때 구부러지도록 구성될 수 있다. 상기 노즐 어셈블리는 노즐 너트, 노즐 및 노즐 어댑터를 더 포함할 수 있다. 상기 노즐 너트는 상기 지지 하우징의 하부 부분에 나사식으로 고정될 수 있고, 상기 노즐, 상기 노즐 어댑터, 및 밸브 시트를 상기 노즐 너트와 상기 유체 하우징의 상기 하부 단부 사이에 고정하도록 구성될 수 있다. 상기 분배 유닛은 상기 유체 하우징의 바닥과 함께 상기 밸브 시트를 밀봉하는 O-링을 더 포함할 수 있다. 상기 밸브 시트는 원추형 표면 및 내부에 형성된 소직경 보어를 갖는 대체로 원통형인 부재를 포함할 수 있다.
본 개시 내용의 또 다른 양태는 전자 기판 상에 점성 물질을 분배하는 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 방법은: 전자 기판을 분배 위치로 전달하는 단계; 상기 전자 기판의 적어도 하나의 이미지를 캡처하는 단계; 상기 전자 기판의 위치를 결정하도록 상기 전자 기판의 상기 적어도 하나의 이미지를 분석하는 단계; 및 분배 유닛으로 분배 동작을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 분배 유닛은: 지지 하우징, 상기 지지 하우징에 의해 지지되는 유체 하우징 - 상기 유체 하우징은 챔버, 및 물질 공급 튜브로부터 상기 챔버로 점성 물질을 전달하도록 구성된 유입구를 포함함 -, 상기 하우징에 해제 가능하게 고정되고 상기 유체 하우징의 단부를 폐쇄하도록 구성된 노즐 어셈블리, 상기 유체 하우징의 상기 챔버 내에 부분적으로 배치된 왕복 피스톤 - 상기 피스톤은 상기 노즐 어셈블리로부터 점성 물질이 분배되게 하도록 구성됨 -, 및 상기 유체 하우징 및 상기 피스톤에 고정되도록 구성된 고정식 플렉시블 다이어프램 밀봉부를 포함한다.
방법의 실시예는 상기 피스톤에 형성된 감소된 직경 감소 노치 내에 끼워지는 크기의 내부 허브, 상기 유체 하우징 내에 압착되는 크기의 외부 허브, 및 상기 내부 허브와 상기 외부 허브를 연결하는 플렉시블 다이어프램 부분을 포함하도록 상기 다이어프램 밀봉부를 구성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 플렉시블 다이어프램 부분은 상기 피스톤이 상기 유체 하우징 내에서 상하로 왕복할 때 구부러지도록 구성될 수 있다.
적어도 하나의 실시예의 다양한 양태가 비율대로 작성되도록 의도되지 않은 첨부 도면을 참조로 아래에서 논의된다. 도면은 다양한 양태 및 실시예의 예시 및 추가의 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성하지만, 임의의 특정 실시예의 제한의 정의로 의도되지 않는다. 명세서의 나머지 부분과 함께 도면은 설명되고 청구된 양태 및 실시예의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다. 도면에서, 다양한 도면에 예시된 동일하거나 거의 동일한 각 구성요소는 유사한 번호로 표시된다. 명확성을 위해, 모든 구성요소가 모든 도면에 표시되지는 않을 수 있다.
도 1은 전통적인 피스톤 및 밀봉부 설계를 보여주는 분배 유닛의 일부의 단면도이고;
도 2는 분배 시스템의 개략도이고;
도 3은 본 개시 내용의 일 실시예의 고정식 플렉시블 다이어프램 밀봉부를 갖는 피스톤을 보여주는 분배 유닛의 일부의 단면도이고;
도 4는 다이어프램 밀봉부를 보여주는 분배 유닛의 부분의 확대 단면도이고;
도 5는 분배 유닛의 부분의 분해 사시도이고;
도 6a는 다이어프램 밀봉부가 없는 피스톤의 일부의 사시도이고;
도 6b는 다이어프램 밀봉부가 있는 도 6a에 도시된 피스톤의 부분의 사시도이다.
도 1은 전통적인 피스톤 및 밀봉부 설계를 보여주는 분배 유닛의 일부의 단면도이고;
도 2는 분배 시스템의 개략도이고;
도 3은 본 개시 내용의 일 실시예의 고정식 플렉시블 다이어프램 밀봉부를 갖는 피스톤을 보여주는 분배 유닛의 일부의 단면도이고;
도 4는 다이어프램 밀봉부를 보여주는 분배 유닛의 부분의 확대 단면도이고;
도 5는 분배 유닛의 부분의 분해 사시도이고;
도 6a는 다이어프램 밀봉부가 없는 피스톤의 일부의 사시도이고;
도 6b는 다이어프램 밀봉부가 있는 도 6a에 도시된 피스톤의 부분의 사시도이다.
본 개시 내용의 다양한 실시예는 점성 물질 분배 시스템, 분배 시스템을 포함하는 장치에 관한 것이다. 본 명세서에 개시된 실시예들은 유체 챔버 내의 가압 유체와 대기 사이에서 분배 유닛의 왕복 피스톤을 밀봉하도록 구성된 고정식 플렉시블 다이어프램 밀봉부를 갖는 분배 유닛을 포함하는 분배 시스템에 의해 전자 기판 상에 물질을 분배하는 기술에 관한 것이다. 기존 분배 유닛에 사용되는 일반적인 슬라이딩-타입 밀봉부는 시간이 지남에 따라 마모되어 누출을 발생시킬 수 있다. 이로 인해 유지보수 간격 및/또는 밀봉부 교체가 바람직하지 않게 빈번하게 발생한다. 본 발명의 일 실시예에서, 양 단부에 고정된 엘라스토머 다이어프램은 피스톤과 밀봉을 형성한다. 엘라스토머는 U-컵형 밀봉부에서와 같이 피스톤에 대해 슬라이드되는 대신에 피스톤이 요동함에 따라 구부러진다. 밀봉부에는 슬라이딩 계면이 없기 때문에, 마모되거나 누출 경로가 발생할 일이 없다.
일 실시예에서, 다이어프램 밀봉부는 외부 플랜지, 플렉시블 웹, 및 내부 플랜지를 포함하도록 구성되며, 이들은 모두 엘라스토머 재료로 함께 성형된다. 외부 플랜지는 조립시 2개의 하우징 사이에서 압축되어 고정 밀봉부를 형성한다. 내부 플랜지는 조립 후 샤프트 상에서 슬라이드되는 것을 방지하도록 피스톤 샤프트 상에 제공되는 노치 내에 끼워진다. 유체 압력이 내부 플랜지에 작용하여 내부 플랜지를 샤프트에 대해 압축하고 밀봉부과 샤프트 사이의 계면을 효과적으로 밀봉한다. 2개의 플랜지 사이의 플렉시블 웹은 피스톤이 축방향으로 이동할 때 구부러져 피스톤이 자유롭게 이동하면서도 여전히 내부 유체 압력과 대기 사이에 밀봉을 제공할 수 있게 한다.
일반성을 제한하지 않고 예시의 목적으로, 본 개시 내용은 이제 첨부 도면을 참조로 상세하게 설명될 것이다. 본 개시 내용은 이하의 설명에 언급되거나 도면에 예시된 구성요소의 배열 및 구성의 상세에 그 적용이 제한되지 않는다. 본 개시 내용에 언급된 원리는 다른 실시예가 가능하고 다양한 방식으로 실시 또는 수행될 수 있다. 또한, 여기에서 사용된 어구 및 용어는 설명을 위한 것으로, 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 본 명세서에서 단수로 언급된 시스템 및 방법의 예, 실시예, 구성요소, 요소 또는 동작에 대한 임의의 언급은 복수를 포함하는 실시예도 포함할 수 있고, 본 명세서에서 임의의 실시예, 구성요소, 요소 또는 동작에 대한 복수의 임의의 언급은 단수만을 포함하는 실시예도 포함할 수 있다. 단수 또는 복수 형태의 언급은 현재 개시된 시스템 또는 방법, 그 구성요소, 동작 또는 요소를 제한하려는 의도가 아니다. 본 명세서에서 "포함하는", "구성하는", "가지는", "함유하는", "포괄하는" 및 이들의 변형의 사용은 그 후에 나열된 항목 및 이들의 등가물 및 추가 항목을 포괄하는 의미이다. "또는"에 대한 언급은 "또는"을 사용하여 설명된 임의의 용어가 기술된 용어 중 하나, 2개 이상 및 모든 것 중 임의의 것을 나타낼 수 있도록 포괄적인 것으로 해석될 수 있다. 또한, 이 문서와 여기에 참조로 포함된 문서들 간에 용어 사용이 일치하지 않는 경우, 포함된 참조 문서의 용어 사용은 본 문서의 사용을 보완하며; 양립할 수 없는 불일치의 경우, 본 문서에서의 용어 사용이 우선한다.
도 2는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른, 전체적으로 10으로 표시된 분배 시스템을 개략적으로 예시한다. 분배 시스템(10)은 인쇄 회로 기판 또는 반도체 웨이퍼와 같은 전자 기판(12) 상에 점성 물질(예를 들어, 접착제, 봉지재, 에폭시, 솔더 페이스트, 언더필 물질 등) 또는 반점성 물질(예를 들어, 납땜 플럭스 등)을 분배하는 데 사용된다. 분배 시스템(10)은 대안적으로 자동차 개스킷 물질을 도포하기 위한 또는 특정 의료 응용에서 또는 전도성 잉크를 도포하기 위한 것과 같은 다른 응용에서 사용될 수 있다. 본 명세서에 사용된 점성 또는 반점성 물질에 대한 언급은 예시적이며 비제한적인 것으로 의도됨을 이해해야 한다. 일 실시예에서, 분배 시스템(10)은 전체적으로 각각 14 및 16으로 표시된 제1 및 제2 분배 유닛, 및 분배 시스템의 동작을 제어하기 위한 컨트롤러(18)를 포함한다. 분배 유닛은 또한 본 명세서에서 분배 펌프 및/또는 분배 헤드로 지칭될 수 있음을 이해해야 한다. 2개의 분배 유닛이 예시되어 있지만, 단일 분배 유닛 또는 다중 분배 유닛이 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
분배 시스템(10)은 또한 전자 기판(12)을 지지하기 위한 베이스 또는 지지대(22)를 갖는 프레임(20), 분배 유닛(14, 16)을 지지하고 이동시키기 위해 프레임(20)에 이동 가능하게 결합된 분배 유닛 갠트리(24), 및 예를 들어 보정 절차의 일부로서 점성 물질의 분배량을 측정하고 중량 데이터를 컨트롤러(18)에 제공하기 위한 중량 측정 장치 또는 중량 저율(26)을 포함할 수 있다. 컨베이어 시스템(미도시) 또는 워킹 빔(walking beam)과 같은 다른 전달 메커니즘이 분배 시스템(10)에 대한 전자 기판의 적재 및 내림(unloading)을 제어하기 위해 분배 시스템(10)에 사용될 수 있다. 갠트리(24)는 전자 기판 위의 미리 결정된 위치에 분배 유닛(14, 16)을 배치하기 위해 컨트롤러(18)의 제어 하에 모터를 사용하여 이동될 수 있다. 분배 시스템(10)은 조작자에게 다양한 정보를 표시하기 위해 컨트롤러(18)에 연결된 디스플레이 장치(28)를 포함할 수 있다. 분배 유닛을 제어하기 위한 선택적인 제2 컨트롤러가 존재할 수 있다. 또한, 각각의 분배 유닛(14, 16)은 분배 유닛이 전자 기판(12) 위 또는 전자 기판 상에 장착된 특징부 위에 배치되는 높이를 검출하기 위해 z-축 센서를 갖도록 구성될 수 있다. z-축 센서는 컨트롤러(18)에 결합되어 센서에 의해 획득된 정보를 컨트롤러로 중계한다.
전술한 바와 같이, 분배 동작을 수행하기 전에, 전자 기판, 예를 들어 인쇄 회로 기판은 분배 시스템의 분배 유닛과 정렬되거나 그렇지 않으면 레지스트레이션(registration)되어야 한다. 분배 시스템은 비전 시스템(30)을 더 포함하며, 이는 일 실시예에서 비전 시스템을 지지 및 이동시키기 위해 프레임(20)에 이동 가능하게 결합된 비전 시스템 갠트리(32)에 결합된다. 다른 실시예에서, 비전 시스템(30)은 분배 유닛 갠트리(24) 상에 제공될 수 있다. 설명된 바와 같이, 비전 시스템(30)은 기준점으로 알려진 랜드마크 또는 전자 기판 상의 구성요소의 위치를 검증하기 위해 사용된다. 일단 위치가 결정되면, 컨트롤러는 전자 기판 상에 물질을 분배하기 위해 분배 유닛(14, 16) 중 하나 이상의 이동을 조작하도록 프로그램될 수 있다.
본 개시 내용의 시스템 및 방법은 전자 기판, 예를 들어 인쇄 회로 기판 상에 물질을 분배하는 것에 관한 것이다. 본 명세서에 제공된 시스템 및 방법의 설명은 분배 시스템(10)의 분배 시스템(10)의 지지대(22) 상에 지지되는 예시적인 전자 기판(12)(예를 들어, 인쇄 회로 기판)을 참조한다. 일 실시예에서, 분배 동작은 물질 분배 유닛을 제어하도록 구성된 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있는 컨트롤러(18)에 의해 제어된다. 다른 실시예에서, 컨트롤러(18)는 조작자에 의해 조작될 수 있다. 컨트롤러(18)는 전자 기판(12)의 하나 이상의 이미지를 획득하도록 비전 시스템을 이동시키기 위해 비전 시스템 갠트리(32)의 이동을 조작하도록 구성된다. 컨트롤러(18)는 분배 동작을 수행하도록 분배 유닛(14, 16)을 이동시키기 위해 분배 유닛 갠트리(24)의 이동을 조작하도록 추가로 구성된다.
여기에 개시된 방법은 한정되는 것은 아니지만, 오거(auger), 피스톤 및 분사 펌프를 포함하는 다양한 유형의 분배 유닛의 사용을 추가로 지원한다.
일 실시예에서, 여기에 설명된 예시적인 분배 시스템은 매사추세츠 홉킨턴에 소재한 ITWEAE에 의해 판매되는 Camalot® 분배 시스템을 구현할 수 있다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 본 개시 내용의 실시예의 분배 유닛의 일부는 전체적으로 40으로 표시된다. 예시된 바와 같이, 분배 유닛(40)은 지지 하우징(42), 지지 하우징에 의해 지지되는 유체 하우징(44), 및 전체적으로 46으로 표시되며 지지 하우징에 해제 가능하게 고정되고 유체 하우징의 단부를 폐쇄하는 노즐 어셈블리를 포함한다. 구체적으로, A-축을 따라 액츄에이터에 결합되는 지지 하우징(42)은 분배를 위한 점성 물질을 수용하는 유체 하우징(44)을 지지하도록 구성된다. 유체 하우징(44)은 노즐 어셈블리(46)에 의해 적소에 고정되며, 노즐 어셈블리는 일 실시예에서 노즐 너트(48), 노즐(50), 노즐 어댑터(52), 및 유체 하우징의 하부 부분이 안착되는 밸브 시트(54)를 포함한다. 유체 하우징(44)은 물질 공급 어셈블리로부터 물질을 수용하도록 구성된 물질 공급 튜브(58)와 유체 연통하는 원통형 챔버(56)를 형성한다. 예시된 바와 같이, 물질 공급 튜브(58)는 유체 하우징에 형성된 유입구(60)를 통해 유체 하우징(44)의 챔버(56) 내에 점성 물질, 예를 들어 솔더 페이스트 또는 에폭시를 도입한다.
일부 실시예에서, 노즐 어셈블리(46)는 밸브 시트 없이 노즐 너트(48), 노즐(50) 및 노즐 어댑터(52)만을 포함하여 구성될 수 있다.
분배 유닛(40)은 유체 하우징(44)의 챔버(56) 내에 부분적으로 배치되는 왕복 피스톤(62)을 더 포함한다. 피스톤(62)은 스프링 및 플런저에 의한 하향 방식으로 요크에 의해 또는 액츄에이터에 의해 작동되는 공압 실린더로 바로 바이어스되는 상단부, 및 밸브 시트(54)와 맞물리도록 구성된 하단부를 구비한다. 피스톤(62)은 수용되어 A-축을 따라 유체 하우징(44)의 챔버(56) 내에 수용되어 활주 가능하게 이동되도록 구성된다.
일 실시예에서, 노즐 어댑터(52)는 지지 하우징(42)의 하부 부분에 나사식으로 고정되고, 노즐 어댑터(52)와 유체 하우징(44)의 하단부 사이에 밸브 시트(54)를 고정하도록 구성된다. 노즐 너트(48)는 노즐 어댑터(52)의 하부 부분에 나사식으로 고정되고, 노즐(50)을 밸브 시트(54)에 고정하도록 구성된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 유체 하우징(44)의 바닥과 함께 밸브 시트(54)를 밀봉하기 위한 O-링(64)이 제공된다. 밸브 시트(54)는 원추형 표면 및 유체가 노즐 쪽으로 이동되는 통로인, 예를 들어 직경이 0.010 인치인 소구경 보어를 갖는 대체로 원통형인 부재를 포함한다. 일 실시예에서, 밸브 시트(54)는 텅스텐 카바이드와 같은 경질 재료로 제조될 수 있다. 구성은 피스톤(62)이 밸브 시트(54)와 맞물리도록 하향 이동될 때 노즐에 형성된 예를 들어 직경이 0.005 인치인 소구경 보어로부터 예를 들어 회로 기판(12)과 같은 기판으로 점성 물질이 분출되도록 이루어진다.
특정 실시예에서, 노즐 어셈블리(46)는 노즐 어셈블리의 세정을 돕기 위해 분배 시스템(10)의 최종 사용자에게 완전한 어셈블리(노즐 너트(48), 노즐(50))로서 제공될 수 있다. 구체적으로, 사용된 노즐 어셈블리(46)는 노즐 너트(48)를 나사 해제하여 분배 유닛(40)의 지지 하우징(42)으로부터 완전히 제거되고 새로운(깨끗한) 노즐 어셈블리로 교체될 수 있다. 추가적으로, 노즐 어댑터(52), 밸브 시트(54), O-링(64), 및 유체 하우징(44)은 유체 유지보수를 돕기 위해 어셈블리로서 제공될 수 있다.
일부 실시예에서, 밸브 시트를 포함하지 않는 노즐 어셈블리(46)에서, O-링(64)은 노즐(50)과 유체 하우징(44)의 바닥 사이에 밀봉을 제공한다.
작동시, 왕복 피스톤(62)은 유체 하우징(44)의 챔버(56) 내에서 상부 위치와 하부 위치 사이에서 이동 가능하다. 분배 매체, 예를 들어 솔더 페이스트 또는 에폭시가 물질 공급 튜브(58)로부터 유입구(60)를 통해 유체 하우징의 챔버(56) 내로 압력 하에서 도입되고, 분배 물질은 유체 하우징(44)을 통해 밸브 시트(54) 위의 개방 공간으로 유동한다. 하부 위치에서, 피스톤(62)은 밸브 시트(54)에 대해 안착되고, 그리고 상부 위치에서, 피스톤은 노즐 어셈블리(46)의 밸브 시트 밖으로 상승된다. 일 실시예에서, 액츄에이터 어셈블리는 피스톤(62)에 결합되는 압전 액츄에이터, 공압 액츄에이터 또는 보이스 코일 모터 중 하나를 포함하고, 액츄에이터 어셈블리의 동작은 상부 위치와 하부 위치 사이의 피스톤의 이동을 유발한다. 피스톤(62)이 밸브 시트(54)에 대해 하강 위치로 이동할 때, 작은 물질 액적이 노즐에 형성된 소구경 보어를 통해 분배된다.
일부 실시예에서, 피스톤(62)은 밸브 시트(54)와 맞물림으로써 노즐 어셈블리(46)의 노즐(50)로부터 물질이 분배되게 하여 노즐의 소구경 보어를 통해 물질이 가압되도록 구성된다.
다른 실시예에서, 피스톤(62)은 노즐의 소구경 보어를 통해 챔버(56) 내의 물질을 가압함으로써 밸브 시트(54) 없이 노즐 어셈블리(46)의 노즐(50)로부터 물질이 분배되게 하도록 구성된다.
일 실시예에서, 분배 유닛(40)은 물질 공급 튜브(58)를 통해 분배 유닛의 유체 하우징(44) 내로 물질을 도입하기 위해 분배 물질의 공급원에 압축 공기를 제공한다. 제공된 특정 압력은 사용되는 물질, 분배되는 물질의 부피, 및 분배 유닛(40)의 작동 모드에 따라 선택될 수 있다. 분배 시스템(10)의 동작 중에, 사용자는 분배 플랫폼을 위한 사용자 인터페이스, 즉 디스플레이 유닛(28)을 통해 회로 기판 상의 분배 영역을 정의한다. 분배 유닛(40)은 물질의 도트 및 라인을 분배하는 데 사용될 수 있다. 분배 유닛(40)은 분배 시스템(10)의 다중 분배 사이클을 통해 형성된 물질 라인을 분배하는 데 사용되고 개별 분배 사이클을 이용하여 회로 기판 또는 다른 기판 상의 선택된 위치에 물질을 분배하는 데 사용된다. 물질 라인의 경우, 사용자는 라인의 시작 및 중지 위치를 정의하고, 분배 플랫폼은 분배 유닛(40)을 이동시켜 라인을 따라 물질을 배치할 수 있다. 일단 회로 기판의 모든 분배 영역이 정의되고 분배 유닛 제어 패널을 사용하여 분배 파라미터가 설정되면, 분배 시스템은 처리를 위해 회로 기판을 수용할 수 있다. 회로 기판을 분배 위치로 이동시킨 후, 분배 시스템(10)은 분배 위치 위에 분배 유닛(40)을 위치시키도록 갠트리 시스템(24)을 제어한다. 다른 실시예에서, 회로 기판은 고정 분배 유닛 아래로 이동될 수 있다. 특정 기판에 대한 분배는 물질이 기판 상의 모든 위치에 분배될 때까지 계속될 것이다. 그런 다음, 기판을 시스템에서 내리고 새로운 기판을 시스템에 올릴 수 있다.
추가로 도 4, 6a 및 6b를 참조하면, 분배 유닛(40)은 유체 하우징(44) 및 피스톤(62)에 고정되는 전체적으로 70으로 표시된 고정식 플렉시블 다이어프램 밀봉부를 추가로 포함한다. 구체적으로, 다이어프램 밀봉부(70)는 피스톤(62)에 형성된 감소된 직경의 노치(66) 내에 끼워지는 크기의 내부 허브(72), 유체 하우징(44) 내에 압착되는 크기의 외부 허브(74), 및 내부 허브와 외부 허브를 연결하는 플렉시블 다이어프램 부분(76)을 포함한다. 다이어프램 밀봉부(70)의 플렉시블 다이어프램 부분(76)은 피스톤(62)이 유체 하우징(44) 내에서 상하로 왕복할 때 구부러지도록 구성된다. 일 실시예에서, 다이어프램 밀봉부(70)를 형성하는 데 사용되는 물질은 다이어프램 밀봉부를 만들기 위해 성형된 엘라스토머 물질, 예를 들어 에틸렌 고무(EPM)이다. 다른 적절한 물질, 예를 들어 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체 고무(EPDM), 플루오로엘라스토머 물질(FKM), 또는 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머 물질(TPU)이 또한 사용될 수 있다.
예시된 실시예에서, 내부 허브(72)는 A-축을 중심으로 다이어프램 밀봉부(70)의 외부 허브(74) 내에 동심으로 위치된다. 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 다이어프램 밀봉부(70)의 내부 허브(72)는 외부 허브(74)에 대해 하향 연장되며, 플렉시블 다이어프램 부분(76)은 내부 허브의 상부 부분과 외부 허브의 중앙 또는 중간 부분을 연결한다. 이러한 구성은 외부 허브(74) 및 유체 하우징(44)에 대한 다이어프램 밀봉부(70)의 내부 허브(72)와 피스톤(62)의 유연한 상대 이동을 가능하게 한다. 그 결과 유체 하우징(44) 내의 유체 압력에 의해 다이어프램 밀봉부(70)의 내부 허브(72)가 피스톤의 노치(66) 내에서 피스톤(62)에 대해 밀봉된다. 이 설계의 한 가지 장점은 작동 중에, 즉 유체 하우징(44) 내에서 피스톤의 왕복 운동 중에 피스톤(62)에 마찰이 거의 없거나 또는 전혀 없다는 것이다. 다른 장점은 다이어프램 밀봉부(70)가 제조 비용이 낮다는 것이다. 또 다른 장점은 다이어프램 밀봉부(70)가 피스톤(62) 또는 유체 하우징(44)과의 슬라이딩 계면을 갖지 않아서 계면 사이의 누출을 제거하거나 크게 감소시킨다는 것이다.
따라서, 내부 허브(72)와 외부 허브(74) 사이의 플렉시블 웹, 즉 플렉시블 다이어프램 부분(76)의 고정 각도는 플렉시블 웹이 항상 압축 상태에 있고 절대 인장 상태에 있지 않아서 엘라스토머 상의 응력을 감소시켜 밀봉부의 수명을 향상시키도록 형성된다. 플렉시블 웹의 면적은 내구성을 위해 그리고 유체 내부의 기존 유체 압력(최대 60 psi)에 노출되는 동안 왜곡을 최소화하도록 최소로 유지된다.
본 개시 내용의 다이어프램 밀봉부(70)의 실시예는 유체를 분배하기 위해 왕복 피스톤을 사용하는 광범위한 분배 유닛에 사용될 수 있다. 다이어프램 밀봉부(70)는 모든 응용에서 연장된 유지보수 기간, 또는 일부 분배 물질의 경우 누출 없이 하드웨어 및 프로세스 솔루션을 제공하는 능력을 가능하게 한다.
따라서, 본 개시 내용의 실시예의 고정식 플렉시블 다이어프램 밀봉부(70)는 생산 조립 라인 상의 분배 펌프에 대한 허용 가능한 유지보수 빈도를 허용하는 데 특히 적절하다는 것이 관찰되어야 한다. U-컵 밀봉부(7)와 같은 기존 U-컵 밀봉부의 슬라이딩 계면을 제거함으로써, 분배 도구 하드웨어가 아니라 분배되는 물질의 수명을 중심으로 분배 도구의 유지보수 빈도를 계획할 수 있다.
이와 같이 본 개시 내용의 적어도 하나의 실시예의 여러 양태를 설명하였지만, 당업자에게는 다양한 변경, 변형 및 개량이 용이하게 일어날 것임을 알아야 한다. 이러한 변경, 변형 및 개량은 본 개시 내용의 일부인 것으로 의도되고, 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 따라서, 전술한 설명 및 도면은 예시에 불과하다.
Claims (23)
- 전자 기판 상에 점성 물질을 분배하는 분배 시스템으로서,
프레임;
상기 프레임에 결합되는 지지대로서, 상기 지지대는 분배 동작 중에 전자 기판을 수용하고 지지하도록 구성되는 것인 지지대;
점성 물질을 분배하도록 구성된 분배 유닛 어셈블리;
상기 프레임에 결합되는 갠트리(gantry)로서, 상기 분배 유닛 어셈블리를 지지하고 상기 분배 유닛 어셈블리를 x-축 방향 및 y-축 방향으로 이동시키도록 구성된 갠트리
를 포함하고,
상기 분배 유닛 어셈블리는 점성 물질을 분배하도록 구성된 분배 유닛을 포함하고, 상기 분배 유닛은,
지지 하우징;
상기 지지 하우징에 의해 지지되는 유체 하우징으로서, 상기 유체 하우징은 챔버, 및 물질 공급 튜브로부터 상기 챔버로 점성 물질을 전달하도록 구성된 유입구를 포함하는 것인 유체 하우징;
상기 하우징에 해제 가능하게 고정되고 상기 유체 하우징의 단부를 폐쇄하도록 구성된 노즐 어셈블리,
상기 유체 하우징의 상기 챔버 내에 부분적으로 배치되는 왕복 피스톤으로서, 상기 노즐 어셈블리와 함께 구성되어 상기 노즐 어셈블리로부터 점성 물질이 분배되게 하는 왕복 피스톤;
상기 유체 하우징 및 상기 피스톤에 고정되도록 구성된 고정식 플렉시블 다이어프램 밀봉부(flexible diaphragm seal)
를 포함하는 것인, 분배 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 다이어프램 밀봉부는 내부 허브, 외부 허브, 및 상기 내부 허브와 상기 외부 허브를 연결하는 플렉시블 다이어프램 부분을 포함하는 것인, 분배 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 다이어프램 밀봉부의 상기 내부 허브는 상기 피스톤에 형성된 감소된 직경의 노치 내에 끼워지는 크기를 가지고, 상기 다이어프램 밀봉부의 상기 외부 허브는 상기 유체 하우징 내에 압착(compression fit)되는 크기를 가지는 것인, 분배 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 플렉시블 다이어프램 부분은 상기 피스톤이 상기 유체 하우징 내에서 상하로 왕복할 때 구부러지도록 구성되는 것인, 분배 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 노즐 어셈블리는 노즐 너트, 노즐, 및 노즐 어댑터를 더 포함하는 것인, 분배 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 노즐 너트는 상기 지지 하우징의 하부 부분에 나사식으로 고정되고, 상기 노즐 너트와 상기 유체 하우징의 하단부 사이에 상기 노즐 및 상기 노즐 어댑터를 고정하도록 구성되는 것인, 분배 시스템.
- 제6항에 있어서, 상기 밸브 어셈블리는 밸브 시트를 더 포함하고, 상기 분배 유닛은 상기 유체 하우징의 바닥과 함께 상기 밸브 시트를 밀봉하는 O-링을 더 포함하는 것인, 분배 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 밸브 시트는 내부에 소구경 보어 및 원추형 표면이 형성된 대체로 원통형인 부재를 포함하는 것인, 분배 시스템.
- 전자 기판 상에 점성 재료를 분배하도록 구성된 분배 시스템의 분배 유닛으로서,
지지 하우징;
상기 지지 하우징에 의해 지지되는 유체 하우징으로서, 상기 유체 하우징은 챔버, 및 물질 공급 튜브로부터 상기 챔버로 점성 물질을 전달하도록 구성된 유입구를 포함하는 것인 유체 하우징;
상기 하우징에 해제 가능하게 고정되고 상기 유체 하우징의 단부를 폐쇄하도록 구성된 노즐 어셈블리;
상기 유체 하우징의 상기 챔버 내에 부분적으로 배치되는 왕복 피스톤으로서, 상기 노즐 어셈블리와 함께 구성되어 상기 노즐 어셈블리로부터 점성 물질이 분배되게 하도록 하는 왕복 피스톤;
상기 유체 하우징 및 상기 피스톤에 고정되도록 구성된 고정식 플렉시블 다이어프램 밀봉부
를 포함하는 것인, 분배 유닛. - 제9항에 있어서, 상기 다이어프램 밀봉부는 내부 허브, 외부 허브, 및 상기 내부 허브와 상기 외부 허브를 연결하는 플렉시블 다이어프램 부분을 포함하는 것인, 분배 유닛.
- 제10항에 있어서, 상기 다이어프램 밀봉부의 상기 내부 허브는 상기 피스톤에 형성된 감소된 직경의 노치 내에 끼워지는 크기를 가지고, 상기 외부 허브는 상기 유체 하우징 내에 압착되는 크기를 가지는 것인, 분배 유닛.
- 제9항에 있어서, 상기 플렉시블 다이어프램 부분은 상기 피스톤이 상기 유체 하우징 내에서 상하로 왕복할 때 구부러지도록 구성되는 것인, 분배 유닛.
- 제9항에 있어서, 상기 노즐 어셈블리는 노즐 너트, 노즐, 및 노즐 어댑터를 더 포함하는 것인, 분배 유닛.
- 제13항에 있어서, 상기 노즐 너트는 상기 지지 하우징의 하부 부분에 나사식으로 고정되고, 상기 노즐 너트와 상기 유체 하우징의 하단부 사이에 상기 노즐 및 상기 노즐 어댑터를 고정하도록 구성되는 것인, 분배 유닛.
- 제14항에 있어서, 상기 밸브 어셈블리는 밸브 시트를 더 포함하고, 상기 분배 유닛은 상기 유체 하우징의 바닥과 함께 상기 밸브 시트를 밀봉하는 O-링을 더 포함하는 것인, 분배 유닛.
- 제15항에 있어서, 상기 밸브 시트는 내부에 소구경 보어 및 원추형 표면이 형성된 대체로 원통형인 부재를 포함하는 것인, 분배 유닛.
- 전자 기판 상에 점성 물질을 분배하는 방법으로서,
전자 기판을 분배 위치로 전달하는 단계;
상기 전자 기판의 적어도 하나의 이미지를 캡처하는 단계;
상기 전자 기판의 위치를 결정하도록 상기 전자 기판의 상기 적어도 하나의 이미지를 분석하는 단계;
분배 유닛으로 분배 동작을 수행하는 단계
를 포함하고, 상기 분배 유닛은,
지지 하우징;
상기 지지 하우징에 의해 지지되는 유체 하우징으로서, 상기 유체 하우징은 챔버, 및 물질 공급 튜브로부터 상기 챔버로 점성 물질을 전달하도록 구성된 유입구를 포함하는 것인 유체 하우징;
상기 하우징에 해제 가능하게 고정되고 상기 유체 하우징의 단부를 폐쇄하도록 구성된 노즐 어셈블리;
상기 유체 하우징의 상기 챔버 내에 부분적으로 배치된 왕복 피스톤으로서, 상기 왕복 피스톤은 상기 노즐 어셈블리로부터 점성 물질이 분배되게 하도록 구성되는 것인 왕복 피스톤;
상기 유체 하우징 및 상기 피스톤에 고정되도록 구성된 고정식 플렉시블 다이어프램 밀봉부
를 포함하는 것인, 방법. - 제17항에 있어서, 상기 다이어프램 밀봉부는 내부 허브, 외부 허브, 및 상기 내부 허브와 상기 외부 허브를 연결하는 플렉시블 다이어프램 부분을 포함하는 것인, 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 다이어프램 밀봉부의 상기 내부 허브는 상기 피스톤에 형성된 감소된 직경의 노치 내에 끼워지는 크기를 가지고, 상기 외부 허브는 상기 유체 하우징 내에 압착되는 크기를 가지는 것인, 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 플렉시블 다이어프램 부분은 상기 피스톤이 상기 유체 하우징 내에서 상하로 왕복할 때 구부러지도록 구성되는 것인, 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 노즐 어셈블리는 노즐 너트, 노즐, 및 노즐 어댑터를 더 포함하는 것인, 방법.
- 제21항에 있어서, 상기 노즐 너트는 상기 지지 하우징의 하부 부분에 나사식으로 고정되고, 상기 노즐 너트와 상기 유체 하우징의 하단부 사이에 상기 노즐 및 상기 노즐 어댑터를 고정하도록 구성되는 것인, 방법.
- 제21항에 있어서, 상기 밸브 어셈블리는 밸브 시트를 더 포함하고, 상기 분배 유닛은 상기 유체 하우징의 바닥과 함께 상기 밸브 시트를 밀봉하는 O-링을 더 포함하는 것인, 방법.
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