TW200927292A - Fluid dispensers and methods for dispensing viscous fluids with improved edge definition - Google Patents

Fluid dispensers and methods for dispensing viscous fluids with improved edge definition Download PDF

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TW200927292A
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TW097140171A
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William L Hassler Jr
Jon D Tedrow
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Nordson Corp
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Description

200927292 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般而言係關於用於分配黏滯流體之流體分配 益’且特定而言，係關於經構形以將黏滞流體分配至基板 上之具有改良精確性及邊緣精度之流體分配器。 【先前技術】
非接觸流體分配器經常用來將少量黏滯材料施加至基板 上。例如’非接觸流體分配器用來將各種黏滯材料少量地 施加至電子基板上，如印刷電路板（PCB)或半導體載體或 晶圓。存在諸多將黏滯材料從非接觸分配器分配至基板上 之應用。在半導體封裝組裝中，還存在用於（除其他用途 之外）底部填充、球柵陣列中之焊料球加固、圍堰及填充 作業、晶片囊封、底部填充晶片級封裝、腔填充分配、晶 粒附接分配、壓蓋密封分配、無流動底部填充、助銲劑喷 射（flux jetting)及分配熱化合物之應用。對於表面安裝技 術PCB生產，可從非接觸分配器以及選擇佳助銲劑喷射分 配表面安裝黏合劑、焊料膏、導電黏合劑及焊料遮罩材 料。還可使用非接觸分配器有選擇地施加等形塗層。在磁 碟驅動機工業中、在用於醫療電子學之生命科學應用中、 及在用於接合、密封、形成整片、塗漆及潤滑之一般工業 應用中亦存在應用。 機械裝置上之 習用自動化流體分配系統包含一安裝於一 非接觸流體分配器 該機械裝置具有一使該分配器相對於 接收基板移動之關節臂 。該系統經裝備以重複地自流體分 135114.doc -6 · 200927292 配器將黏滞材料量精確地分配在每—基板上之目標位置 處&用机體分配器中流體之流動及排放受一間組合件調 節，該閥組合件以—流體通道中之閥座及—閥元件為特 徵’㈣元件可移動以有選擇地接觸該閥座以提供分別允 許及中斷材料流向排放口之明顯打開及閉合情形。因此， 在打開與閉合位置之間的循環移動致使在產品或產品封裝 之表面上產生流體圖案必須之間歇流動不連續。 ❹
習用自動化流體分配器依靠各種用於將一黏滞流體施加 在電子基板（如，PCB)上之大表面積上方之技術，為避免 與自基板表面突出之物件接觸，將流體分配器懸吊在基板 上方且使其在分配流體之同時相對於基板移動。一個方法 涉及遮蔽表面上之選定區且不加選擇地將流體喷射至整個 表面上。另一方法係使用具有明確定義之扇形寬度之霧化 喷射。然而’此方法限於基板表面上具有隨扇形喷射邊緣 之間的位置變化之膜厚度之低黏度流體及沈積物。其他方 法係使用能夠按具有明確定義寬度之圖案（例如，漩渦圖 案）分配流體之喷嘴或使用縫式噴嘴。然而，對於霧化喷 射或圖案化流體施加，邊緣精度可不盡如人意。 因此’將需要提供一種可以邊緣精度之改良精確性及準 確構造厚度在一基板之大表面積上施加一黏滯流體之流體 分配器。 【發明内容】 根據本發明之一個實施例，提供一種用於將經加壓流體 施加在一靜止基板上以形成一塗層之設備。該設備包括至 135114.doc 200927292 少一個流體分配器及一以機械方式與該（等）流體分配器耦 合之多轴平臺。每一流體分配器皆包含一致動器、一含有 該經加壓流體之流體室、一與該致動器耦合之閥元件及一 在一閥座處與該流體室連接之流體通道。每一流體分配器 之該致動器經構形以使該閥元件相對於該閥座在一允許該 經加壓流體自該流體室流入至該流體通道中之打開位置與 一其中該閥元件接觸該閥座以在該流體室與該流體通道之 間建立一流體密封之閉合位置之間移動。該多轴平臺經構 形以使該（等）流體分配器相對於該靜止基板移動。 該設備進一步包括至少一個以機械方式與該至少一個流 體分配器耦合之喷嘴板。每一喷嘴板皆包含一與該流體通 道耦合之流體腔及複數個與該流體腔耦合之喷嘴。當每一 流體分配器之該閥元件處於該打開位置時，對應流體腔經 構形以接收該經加壓流體以自該複數個喷嘴排放。 該（等）流體分配器及喷嘴板能夠分配各種不同類型之流 體且允許嚴密控制基板上之膜構造或厚度。該（等）流體分 配器及噴嘴板能夠達成準確邊緣精度，此至少部分係因為 自該喷嘴陣列分配之直線或梯形圖案隨著該（等）流體分配 器相對於基板移動而重疊且界定沈積於該基板上之一流體 條帶。因此，該（等）流體分配器可將流體分配成一基板上 之更緻密填裝物件。 根據本發明之另一實施例，提供一種用於將一經加壓流 體分配至一靜止基板上以界定一塗層之方法。該方法包括 自一第一複數個喷嘴將一第一複數個該經加壓流體液滴排 135ll4.doc -8 · 200927292 放至該靜止基板上及自—笫_ 兮㈣女 第一複數個喷嘴將一第二複數個 ㈣㈣㈣㈣靜止基板上。該方法進-步包 括相對於該靜止基板移動該第一 複數個喷嘴及該第二複數 個喷嘴同時排放該第-複數個液滴及該第二複數個液滴數 対嘴板之構造結合高頻率運作及低工作猶環致使自該 喷嘴喷出之流體沿一近似平行於每一噴嘴中排放通道之
中心線之方向行進。該流體腔具有經最優化以最小化死體 積及能夠實現高頻運作之尺寸。 【實施方式】
芩照圖1-3，複數個流體搶或分配器1〇、12、14構形為 一單個分配頭且可用於一流體分配機或系統丨1〇(圖6)中以 間歇地將黏滞流體之總量分配至一靜止基板12〇(圖6)上。 流體分配器10、12、14可用來分配環境溫度黏滞流體，包 含冷的黏合劑或膠水及經加熱黏滯液體，例如等形塗層、 助銲劑及熱熔化黏合劑。流體分配器10、12、14以一已知 方式運作來間歇地將分立體積之黏滯流體分配在靜止基板 120上。如圖1中所示，流體分配器1〇、12、14成一堆叠並 列定位或經並置以界定流體分配系統110之分配頭且與一 喷嘴板18相關聯。流體分配器1〇、12、14之緊湊且尤其流 體分配器10、12、14之狹窄允許毗鄰流體分配器10、12、 14之間的間隔最小化及並置流體分配器1〇、12、14之更緻 密填裝。 流體分配器10、12、14中之每一者皆具有大致相同之構 造。因此，應理解，下文對流體分配器10之闡述同樣適用 135114.doc • 9· 200927292 於流體分配器12及14。在替代實施例中，額外流體分配器 (未顯示）可與流體分配器1〇、12、14聯接在一起。流體分 配器之總數目將視分配應用而變化。個別流艎分配器1 〇、 12、14具有一狹窄寬度（例如，約〇 3 3英吋），以使得多個 單元可具有一橫跨基板120之整個寬度或基板丨2〇之寬度之 一部分之並置佈置。 參照圖2及3，流體分配器1 〇包含一模組本體丨6、一流體 室22及一流體入口 24，流體入口 24經構形以將流體室22與 和一流體供應25連通之經加熱歧管麵合。容許在壓力下自 流禮供應25供應之流體經由流體入口 24進入流體室22。流 體分配器10裝備有一電磁致動器，其包含一可移動電樞 26、一沿一縱向轴30與電樞26同轴對準之靜態磁極件28及 流體室22内之一復位彈簧32，該復位彈簧32沿一遠離磁極 件28之方向偏置電柩26。自電樞26沿軸向延長的係一必須 閥桿34。一凸緣36自閥桿34徑向向外突出。復位彈簧32在 界定於流體室22内側之一肩部38與凸緣36之間被捕獲為一 壓縮狀態。 一螺線管線圈40環繞地纏繞在一電樞管41上，該電樞管 41具有一其中安置有電樞26及磁極件28之嫂孔。螺線管線 圈40之繞組與一驅動機電路54電耦合，驅動機電路54以一 受控方式致能螺線管線圈4〇及對其去致能以使流體分配器 ίο運作。一安置於一 u形磁通迴路44與螺線管線圈4〇之間 的散熱器42吸取經致能之螺線管線圈4〇所產生之熱。不同 流體分配器1G、12、14之散熱器42相接觸以使得熱可在散 135114.doc -10- 200927292 熱器42之間傳遞且可傳遞至另一具有一相對較大熱容量之 本體（未顯示）以吸取來自流體分配器10、12、14之熱且藉 此使流體分配器1 0、12、14冷卻。 在代表實施例中’螺線管線圈40(例如）藉由在螺線管線 圈40之繞組與電樞管41之外表面之間安置一電絕緣障壁層 (例如’—介電層43)與電樞管41電絕緣。介電層43可由一 聚醯亞胺層界定。一適合聚醯亞胺層為一 Kapt〇n<B聚醯亞 胺膜，其可自DuPontTM購得。在另一實施例中，螺線管線 圈40或電樞管41之外表面可塗覆有一薄的介電塗層。在又 一實施例中’電樞管41可由陽極氧化鋁構成，其中電樞管 41之經陽極化外表面起到用作電樞管41與螺線管線圈切之 間的電絕緣障壁層之電介質的作用。 介電層4 3消除對結合螺線管線圈4 Q —起使用-線轴之需 要，而此又可允許使用一較大規格導線用於螺線管線圈 之繞組，此乃因作為省略線軸之結果存在較大填裝空間。 ❹ 該較大規格導線藉由減少經致能之螺線管線圈财之数產 生而減少線圈電阻且增加電磁致動器之效率。此结合螺線 管線圈40之高頻率運作可係有益。 、Q累線 時 當驅動機電路54致能螺線管線_之繞組 ’ -安置於閥桿34之—自由端 、去致能 樞26及閥桿34之移動同時發生移動與電 為具有一球形或半球形形狀之闕2表實施例中圖解說明 通道50之-進口處與一閥座㈣人 構^在一排放 安裝板51固定在模組本體16與噴嘴㈣之 135114.doc •1J- 200927292 上。 在用來自驅動機電路54之電力脈衝致能螺線管線圈40時 電流流過螺線管線圏40之繞組產生一電磁場。電磁場之場 力線限定於電枢26及磁極件28，以及模組本體16及磁通迴 路44。場強隨流過螺線管線圈4〇之繞組之電流量值而增 減°當用一沿一適合方向流動之充分電流致能螺線管線圈 40之繞組時，電磁場產生一足夠克服復位彈簧32施加之偏 置力且使可移動電樞26朝向靜態磁極件28移動之吸引力。 閥桿34(與電樞26—起）移動至閥元件46與閥座48分離之打 開位置。在打開位置中’流體能夠在壓力下自流體室22流 入至通向喷嘴板18之排放通道50中。 自流體室22排放之黏滞流體不斷地由藉助流體入口 24自 流體供應25流入至流體室22中之新鮮流體供應補充。經由 流體入口 24自流體供應25引進之黏滯流體亦使流體室22壓 力增加，此促進流體自流體室22流入至排放通道5〇中。流 體供應25可係一流體歧管，其藉助一或多個習用加熱器 (例如，筒形電阻加熱器）加熱且裝備有一或多個習用溫度 感測器（例如，一電阻溫度偵測器（RTD)、一熱敏電阻器或 一熱電偶），該（等）溫度感測器提供一回饋信號以供一溫度 控制器使用其來調節供應至該（等）加熱器之電力。 當流體分配器1〇分配流體時，藉由不斷地向螺線管線圈 40供應一保持電流來維持電樞26相對於磁極件28之位置。 若至螺線管線圈40之電流係恆定，則電磁場同樣恆定且不 隨時間變化。恆定電磁場維持一足夠抵抗正沿—使電樞％ 135114.doc -12- 200927292 返回以使閥元件46與閥座48接觸之方向起作用之復位彈簧 32之偏置的吸引力。 當移除或減小自驅動機電路54遞送至螺線管線圈4〇之繞 組之電流時’復位彈簧32向電樞26施加一使閥桿34朝向間 座48移動之軸向力。當藉由復位彈菁32之作用使間桿_ 動至一完全閉合位置時，閥元件46與閥座48接觸，如圖2 中所示。流體自流體室22流入至排放通道5〇被中止直至起 始-分配順序為止。在流體分配器1G之此閉合情形中填 充》瓜體至2 2之流體成靜態且被加堡。 一系統控制器52提供對流體分配器1〇、12、14以及含有 流體分配器ίο、12、14之流體分配系統11〇(圖7)之總控 制’其協調移動及致動。系統控制器52可係一可程式化邏 輯控制器(PLC)、一數位信號處理器(Dsp)或另一基於微處 理器之具有一中央處理單元(cpu)(其能夠執行儲存於一記 隐體中之軟體且實施本文所閣述之功能）之控制器，如熟 悉此項技術者將瞭解。 機"面（HMI)裝置126(圖7)以一已知方式操作地連 ，至系統控制器52。HMI裝置126可包含輸出裝置（例如， 字母數字顯示器、-觸摸榮幕及其他視覺指示器）及輸入 裝置及控制裝置（例如，一字母數字鍵盤、一指向裝置、 數子鍵台、按la、控制把手等），其能夠接受命令或來自 ,、之輸入且將進入之輸入傳輸至系統控制器52之中央 處理單一 么 70系統控制器52亦可與一控制面板130(圖7)連 接’該控制面板13G可包含用於（例如）在設置、校準及流體 135114.doc 13 200927292 材料加載期間手動起始某些功能之按鈕。 參照圖2-6’與分配器10、12、14耗合之喷嘴板18包含 一本體58，其具有一面向模組本體16之上游表面6〇及一面 向流體自流體分配器10分配於其上之產品之下游表面62。 螺栓孔64代表之螺栓孔在上游與下游表面6〇、62之間延 長。緊固件19、20(圖2)代表之緊固件突出穿過螺栓孔64且 緊固件19、20之頭於螺栓孔64之埋頭區中被接納以使得頭 不伸出越過下游表面62之平面。安裝板51亦包含與螺栓孔 64及分配器10、12、14中之每一者之模組本體16中之螺旋 開口對齊之開口’該等螺旋開口接納緊固件19、2〇之尖 端。 凹入本體58之上游表面60中之係具有腔67、68、69形式 之喷嘴室或封閉空間。腔67以流體連通方式與流體分配器 1〇之排放通道50之出口耦合。類似地，腔68以流體連通方 式與流體分配器12之排放通道50之出口耦合且腔69以流體 連通方式與流體分配器14之排放通道5〇之出口耦合。一填 隙片71捕獲於分配器10、12、14之安裝板51與喷嘴板18之 上游表面60之間。可由不銹鋼構造之填隙片71包含與不同 流體分配器1 0、1 2、14之排放出口 5 0對齊之開口。另外， 一密封構件73(例如，一密封圈）安置於一限定流體分配器 10、12、14中之每一者之排放出口 5〇之環形腔中且壓縮在 填隙片71與對應模組本體16之間。另一密封構件75(例如 一密封圈）位於每一安裝板51之一外徑中之槽中且壓縮在 每女裝板51與流體分配器1〇、12、14中之對應一者之模 135114.doc • 14 - 200927292 組本體16之間。 ❹ ❷ 腔67、68、69係平坦、薄且通常為矩形且具有-大致相 同構造。因此，應理解下文對喷嘴板18之本體58中之㈣ 之間述同樣適用於腔68及69。腔67包含一基地表面川及一 在基地表面70與上游表面60之間延長之側壁^。排放通道 5〇之出口經定位以在腔67之幾何中心處或其附近與腔⑺目 交來使流體平衡地分佈至不同通道74。通道74延長穿過喷 嘴板之厚度且與下游表面62相交。每—通道取有一在 基地表面70附近之第-區76及一具有大於第一區％之直徑 之第二區78。每一通道74之第一區㈣由一由喷嘴板狀 材料構成之側壁限界。每—通道74之第二_與本體似 下游表面62相交。可在腔67、68、69中之每一者中在通道 74上方供m網（未顯示）以在所分配之流體進入腔 67、68、69之前移除微粒物質且防止堵塞。額外過遽器可 安裝在其他位置處用於自流體移除微粒^ 通常，使腔67之體積最小化以最小化嗔嘴㈣中經加麼 流體之死體積及確保在一較短持續時間中發生對㈣之加 壓如腔67可具有一約〇5 _(約為㈣英叶）之深 度、-約L8 _(約為G.G7G87英七之長度及—約7 _(約 為0.2756英忖）之寬度以使得體積約為η賴3。然而本 發明在數字上並不受M_ ;此°腔67之體積最優化可促進分 配器1〇以一相對較高頻率運作，可認為該相對較高頻率為 一比約30 Hz大得多之頻率。 喷嘴板18進一步包含複數個接納來自腔67之流艘之嗔嘴 135114.doc 15- 200927292 8〇。喷嘴附之-者安置在通道74中之每—者之第二區78 …喷嘴8〇中之每—者皆包含一以近似等於對應通道74第 區76之直徑之直控為表徵之第一通道a及一流體自其排 放之更狹窄第二通道84。第一通道82安置在每一通道Μ 第一區76與第二通道84之間。 Ο ❹ 成交錯列或排85a、85b之陣列以促進緊密填裝之 喷嘴8〇突出越過噴嘴板18之下游表面^朝向基板120。 喷嘴叫軸嘴板18之寬度料似㈣間隔佈置^在一個 實施例中’排85a中之批鄰喷嘴8G及排㈣中之她鄰喷嘴8〇 0藉由約1.528 mm(約為0.06016英时）間隔s分離且喷嘴 8〇之兩個排…、85b之間沿-垂直方向之間隔X可約為 0.764 mm(約為 0.03008英吋）。 ，喷嘴80可包括藍寶石噴嘴，其尺寸經調整較佳具有一稍 微小於相應通道74之第二區78之内徑之外徑，且以黏合方 、接口至通道74中。在一替代實施例巾，嗔嘴8〇可由鈦或 鈦合金(例如Ti-6A1_4V合金)形成，且以黏合方式接合在相 應通道74之第二區78内側。用於精確形成此等喷嘴川之一 種技術利用-瑞士螺旋機來車喷嘴㈣，但本發明並不限於 此。 十如圖6中最佳顯示，喷嘴8〇中之每一者之第二通道討可 疋形為以一同度或長度h及一内徑3為表徵之直圓柱體。 在一個實施例中，長度h與内徑d之比率至少為3比丨。在另 一實施例中，長度h與内徑d之比率約為6比丨。在該等範圍 之一者中選擇-可運作以致使所喷出之流體流在—相對直 135114.doc •16- 200927292 路按中離開第二通道84之比率在噴嘴80懸停於基板120上 方一相對大高度處時可係重要。 通常，在每一噴嘴80中之第二通道84之内徑d約為6密耳 或更乂。在-個具體實施例中，第二通道Μ之内徑柯約 為5:耳。在另-具體實施例中’第二通道84之内徑d可約 • 為4密耳。在又一具體實施例中，第二通道84之内徑d可約 • 為1密耳，此可允許以基板HO(圖6)上之一相對薄之膜構造 I表徵材料之施加，此乃因伴隨的所喷出流體液滴大小較 臀 小。 在一分配事件期間，系統控制器52致使驅動機電路“致 能流體分配器10之螺線管線圈40之繞組以使閥元件46相對 於閥座48移動（亦即，使電樞26相對於磁極件28移動）且在 壓力下引入新鮮流體量至腔67中。當閥元件46自閥座料提 升時，新鮮經加壓流體量通過排放通道5〇流入腔67中。此 進入的經加壓流體量取代駐存於腔67中之流體進入通道74 參 中之體積。當閥元件46接觸閥座48時，駐存於腔67中之流 體不再受壓力且不發生自腔68至通道74中之流動。當系統 控制器52指令流體分配器1 0引入一經加壓流體量至腔67中 時，流體同時自所有喷嘴80之第二通道84排放。引入至腔 . 67中之每一流體量致使分佈在與腔67連通之不同通道74之 間的一對應流體總量。每一所分佈量作為一流體滴自喷嘴 80中之一者噴出。 具有近似相等大小之所喷出流體液滴沿軌迹移動穿過喷 嘴80與基板120之間的開放行進空間。流體液滴撞擊基板 135114.doc •17· 200927292 m之相對衝擊位置類似於噴嘴板18上喷嘴8〇之佈置。該 等流體液滴在基板120上流在一起且聚合（亦即，融合）以界 定一直線或梯形流體條帶。當流趙分配器Π)相對於基板 m移動時，順次㈣流體分配㈣以將連續的流體液滴 群組分配為重疊條帶，該等重疊帶整體上具有一所分配流 體條帶之外觀。經聚合之流體液滴在基板12〇上自我調整 為水平以界定-具有—相對均句厚度之塗層或膜。 類似描述同樣適用於其他流體分配器12、M，其分別供 應經加壓流體至謂及腔69β系統控制器52致使驅動機電 路54致能分配器12及14之彼此獨立且亦獨立於與流體分配 器10相關聯之螺線管線圈40之相應螺線管線圈4G之繞組。 以此方式，可獨立地控制分配器1〇、12、Μ中之每一者。 與腔67 68、69中之每-者相關聯之噴嘴⑽之數目將取 決於分配應用而變化。在一個實施例中，喷嘴板“中之腔 67、68、69中之每一者皆可包含9個喷嘴8〇且每一喷嘴8〇 ❹ 中之第二通道84可具有一約4密耳之直徑。在另一實施例 中，喷嘴板18中之腔67、68、69中之每一者皆可包含8個 喷嘴80且母喷嘴80中之第二通道84可具有一約5密耳之 直徑。 在一個實施例中，一構造上類似於具有一單個流體腔之 喷嘴板108(圖10)之噴嘴板可與一單個分配器（例如，分配 器1〇)一起使用以將一流體材料之狹窄條帶沈積在基板12〇 上。此構造可適合於（例如）將等形塗層材料精確地施加至 狹窄基板120上。 135114.doc •18· 200927292 驅動機電路54包含-電力切換電路，其向螺線管線圈4〇 之繞組提供電流控制輸出信號。在—個實施例中，流體分 "12 14十之每一者之螺線管線圈4〇由系統控制器 52使用對自驅動機電路54發送之電流控制輸出信號之脈寬
e 調變（PWM)來獨立運作。為達成該目的，驅動機電路54調 變供應至流體分配器10、12、14中每一者之螺線管線圈4〇 之繞組之電流之工作循環。沈積在基板12〇上之膜之構造 厚度可因改變輸出信號之工作循環而改變。 對於流體分配器1()、12、14中之每—者，_職機€ 路54及系統控制器52來精確地調節並控制拉人電流之施 加、拉入電流之後用來建立排放流體之打開狀態之保持電 流之施加及用來建立閉合狀態之自螺線管線圈4()移除該電 流。為達成該目在一排放循環之開糾，驅動機電路 54向每-螺線管線圈4〇施加_快速拉人電流以使相應閥元 件46迅速地移動不與對應閥座48接觸。另外，驅動機電路 54維持一保持閥元件46處於一打開位置之經減小保持電流 同時最小化分配期間螺線管線圈4〇之繞組中積累之熱量。 最後，在分配循環結束時，驅動機電路54提供螺線管線圈 4〇之敏捷退磁以使得相應閥元件46迅速地移動與其閥座48 接觸以建立一閉合情形。該等驅動機電路揭示於（例如）共 同持有之美國專利第6,978,978、6,318,599、5,812,355及 4,467,182號中，該等專利之全文以引用方式併入本文中。 在系統控制器52之控制下自驅動機電路54發送至每一螺 線管線圈40之電流控制輸出信號之pwM致使相應電樞26循 135114.doc -19- 200927292 環並重複地相對於磁極件28移動。此致使相應閥元件46在 其相對於對應閥座48之打開及閉合位置之間週期性地反覆 運動’且藉此控制液滴自分配器1〇、12、μ中之每一者供 給之喷嘴80之排放或喷出。每次對應閥元件46打開及閉合 時，一液滴群組自分配器丨〇、U、14中之每一者供給之噴 嘴80喷出。藉由改變供應至螺線管線圈4〇之電流控制輸出 k號之工作循環，可向腔67、68、69供應不同流體量且隨 後該等流體量作為一液滴群組（其各自具有一與該工作循 環相關之大小）自喷嘴80排放。脈寬表示確定液滴大小之 一個因數，此乃因在閥元件46之一個循環期間自喷嘴排放 之流體量直接取決於脈寬。其他因數，例如流體溫度、流 體壓力等亦可影響液滴大小。 驅動機電路54可自0%至1〇〇%改變PWM輸出信號之工作 循環《在一個實施例中，PWM輸出信號之工作循環可少於 50%，且在另一實施例中，PWM輸出信號之工作循環可約 為40%(亦即，40%工作且60%空閒）。在此方面，利用小於 50%之工作循環可促進所排放之流體流之直行進路徑。供 應至螺線管線圈40之脈衝之頻率可約為最高2〇〇 ^^至斗⑼ Hz。 利用PWM來以-相對較高頻率及一相對較低工作循環自 驅動機電路54將電流控制輸出信號遞送至螺線管線圈4〇促 進自喷嘴80噴出之流體流之直行進路徑。因此，流體流很 可能作為液滴在既定位置處衝擊基板12〇，與習用分配系 統相比，此可允許增加喷嘴80之分配高度。當分配器1〇、 135114.doc -20- 200927292 12、14相對於基板12〇移動時，此可有益於躍過在基板 上方突出一相對較大高度之物件或組件。例如，若電流限 制輸出信號工作循環低於5〇%且以2〇〇 112或更大之頻率， 則該多軸平臺懸吊該至少一個流體分配器以使得該複數個 喷嘴位於靜止基板上方大於0.25英 吋之高度處。 另一選擇為，流體分配器10、12、14中之每一者之螺線 管線圈40由系統控制器52使用對自驅動機電路54發送之電 流控制輸出信號之頻率調變來獨立地運作。為達成此目 的’驅動機電路54調變供應至流體分配器10、、14中之 每一者之螺線管線圈40之繞組的電流頻率。頻率調變改變 液滴自噴嘴80之相繼排放之間的時間，此在假設分配頭以 一怪定速度移動之情形下有效地改變自同一喷嘴8〇噴出之 連續液滴在基板120上之衝擊點之間的間隔。在本發明之 一個實施例中，頻率調變可與電流控制輸出信號之pwM組 合使用。 參照圖7，一流體分配系統丨1()包含一櫃j 12，其由部分 地被面板覆蓋之互連的水平及垂直樑框架構成。在流體分 配系統110中’流體分配器10、12、14安裝於一多軸平臺 上，該多軸平臺包含一由櫃112支撐之X_y平臺定位器116 及一懸吊於x-y定位器116上之z-轴定位器114。x_y定位器 116由一對可獨立控制之軸驅動（未顯示）來運作。類似地， Z-軸定位器114由另一可獨立控制之軸驅動（未顯示）來運 作。z-軸定位器114及χ-y定位器116提供用於流體分配器 1〇、12、14移動之三個大致垂直軸，實際上，z•軸定位器 135114.doc 21 200927292 及X y疋位器116可包括各種習用機電及/或機械裝置中 之任一者。 藉由冑送器128將意欲用於接收所分配之流體量之基 板120運輸至流體分配器1〇、12、14下面之一靜止位置， 仁可使用其他遞送機構。x_y定位器工Μ能夠使流體分配器 10 12、Μ作為一群組在— x_y平面中以系統控制器^所 ❹ 協調之高精確性坐標位置控制相對於一基板12〇(例如，一 印刷電路板）之正對表面迅速地移自。Z-軸定位器114沿一 垂直平面之方向升高及降低流體分配器H)、12、14 乂界疋用來運動之三維笛卡爾坐標框架。軸定位器 114用來叹疋基板m上方之—高度自該高度分配流體材 料以使得分配器10、12、14相對於基板12〇移動時不接觸 自基板120突出之物件。通常，2_軸定位器"4用來將流體 :配器10、12、14放置在基板12〇上方之—躍過自基板12〇 大出之物件之恆定高度處。z_軸定位器114及”定位器"6 包含機電組件’例如電動機(例如’侍服機)及用以移動流 體分配器H)、12、14之驅動電路 '然而，在流體分配器 10、12、14懸吊於一單個固定高度處時，可分配流體。 一與系統㈣器52、x-y定位器116及2•軸定位器114電耦 合之運動控制器124(圖2)控制流體分配器1〇、12、14之三 維移動。系統控制器52通常指令運動控制器124使x_y定Z 器及z-軸定位器114運作而以一針對一系列基板12〇重 複之所撰寫方式移動流體分配器1〇、12、14。在一個實施 例中’ x-y定位H116能夠以—高達每秒約4〇英对（約為每秒 I35II4.doc -22- 200927292 1米）之速度移動流體分配器10、12、14。 在使用中，流體分配HU)、12、14中之每—者之螺線管 線圈40由來自在系統控制器52控制下之驅動機電路54之電 流控制輸出信號獨立控制。同時，x_y定位器116在一含有 靜止基板12〇之平面上方一既定高度處將流體分配器1〇、 12、14作為一群組移動。此將一直線或梯形流體條帶沈積 在基板120上。當基板120之表面上接有物件或特徵時及根 據一經程式化塗層圖案，系統控制器52可藉由中止來自驅 動機電路54之輸出脈衝流來停用流體分配器1〇、12、“中 之一者或多者且藉此致動少於所有流體分配器1〇、12、14 之流體分配器。流體不自閒置流體分配器丨〇、12、丨4排 放。因此，可有選擇地起動流體分配器丨〇、1 2、丨4以使得 基板120之表面上之某些物件、特徵或區域不被流體塗 覆。此允許流體分配器1〇、12、14按區選擇地將流體分配 至基板120上而不改變流體分配器1〇、η、14之運動方 向0 例如，基板120上之一組件或其他特徵可具有一小於跨 越流體分配器中一者（例如流體分配器丨2)之噴嘴板丨8之噴 嘴80之對應範圍的寬度。在流體分配器1〇、12、14相對於 基板120移動時，系統控制器52指令驅動機電路54中斷對 流體分配器12之輸出信號流以使得在流體分配器1〇、12、 Μ在該特徵上並跨越其移動時流體分配器12保持閉合以使 知該特徵不被塗覆。流體分配器1 〇及丨4繼續將流體分配至 她鄰該特徵之基板12〇上。流體分配器12在與特徵相遇之 135ll4.doc •23· 200927292 前閉合且在通過該特徵之後再對其供應致使流體排放以塗 覆基板120之控制信號。 流體分配系統110克服相對於一具有多個喷嘴之靜止分 配頭沿一直線路徑平移一基板之習用塗覆系統之諸多缺 °例如’該等習用塗覆系統必須使基板之寬度與喷嘴陣 列之寬度匹配。否則，由於基板沿一單個方向平移且不允 許邊側移動’因此不可能塗覆整個基板。另外，此習用分 配方案缺乏繞過基板上意欲不被塗覆之區域之能力。 通常，習用分配方案受基板可相對於靜止分配頭平移之 速度（每秒5英吋或更少）之限制，且可需要具有相對較大排 放通道（例如0.0155英吋或更大）之噴嘴。相反地，流體分 配系統110之多軸平臺可相對於基板12〇以接近每秒4〇英叶 (約為每秒1米）之速度移動分配頭，除其他因素外流體分配 器10、12、14之高頻率運作可係達成上述運作之可能因 素。習用塗覆系統之運作頻率通常限於小於3〇 Hz之頻 率，此係可由流體分配系統110之某些實施例克服之限 制。習用塗覆系統可包含具有一相對較大流體腔之噴嘴板 及一段使該流體腔與一分配器耦合之管道，代替直接使噴 嘴板18與分配器10、12、14耦合而不插入若干段管道且具 有最小流體腔體積。 在一替代實施例中，流艘分配系統11〇可包含一用於相 對於基板120移動流體分配器之不同類型機構。例如，多 軸平臺可由一具有一承載具有分配器1〇、12、14之分配頭 之關節臂之可程式化機械裝置（未顯示）替換。可程式化機 135114.doc -24- 200927292 械裝置可包括任何普遍構形，包含但不限於：由熟悉此項 技術者所識別之笛卡爾及SCARA(選擇順應性裝配機器手 臂）構形。可程式化機械裝置包含各種運動控制器及電子 系統裝置’例如限制開關、感測器、輸入輸出終端機、放 大器、氣控閥、配件、螺線管、電源、可程式化控制器， 及用於實施關節臂及分配頭之所需多轴運動之伺服電動機 及皮帶輪驅動。
❹ 參照圖8-10(其中相同參考編號指代圖丨_7中之相同特徵） 且根據本發明之一替代實施例，其顯示一流體分配器85， 其可代替流體分配器10、12、14(圖1·7)中之一者或多者。 流體分配器85包含一類似於噴嘴板18(圖之喷嘴板 108，但代替一電磁致動器，流體分配器85經構形以使用 一具有一壓電致動器86形式之轉矩電動機來運作。具有一 習用構造之壓電致動器86藉由一槓桿臂89與一軸或閥桿88 以機械方式耦合。閥桿88相對於槓桿臂89大體正交突出。 一位於閥桿88之自由端處之閥元件9〇藉由壓電致動器％之 運作來相對於一承載於閥座構件92上之閥座91移動。閥座 構件92及閥元件90可由一具有一熟悉此項技術者瞭解之組 成之陶瓷材料構成。 閥座構件92耦合至模組本體94，該模組本體料包含一容 納壓電致動器86之内部腔。閥座91界定一排放通道％與一 流體室96之間的接面，該流體室％藉由—流體人㈣與流 體供應25(圖合。容許在壓力下自流體供應⑽應之流 體經由流體入口 98進入流體室96中。密封構件97、98、99 135114.doc -25· 200927292 向閥座構件92、模組本體94及噴嘴板⑽供應流體嚴密密 封。模組本體94包含一細長腔10〇,其由一習用力口熱器（未 顯示）佔據，例如一筒形電阻加熱器。模組本體Μ還裝備 有一習用溫度感測器（未顯示），例如—RTD、一熱敏電阻 器，-熱電偶，該溫度感測器提供供溫度控制器使用其來 調節供應至加熱器之電力之回饋信號。
Ο 壓電致動器86藉由絕緣線102、1〇4、1〇6與驅動機電路 54電搞合’驅動機電路54藉助以上關於供應至螺線管線圈 4〇之電力所描述之脈寬調變、頻率調變或其—組合來向致 動器86供應電流限制輸出信號。絕緣線1〇2與電接地電連 接。絕緣線104與壓電致動器86之一上半部電連接且絕緣 線106與壓電致動器86之一下半部電連接。當經由絕緣線 1 〇6自驅動機電路54向壓電致動器86之下半部供應電力 時，建立一電場，其改變致動器86之尺寸以使得槓桿臂89 向上轉動。壓電致動器86之向上移動（其亦被槓桿臂91之 力矩以機械方式放大）將閥元件90自閥座91提升以使得經 加壓流體可自流體室96流入排放通道95中。當經由絕緣線 104自驅動機電路54向壓電致動器86之上半部供應電力 時’建立一電場’其改變致動器86之尺寸以使得槓桿臂89 向下轉動。向下移動（其被槓桿臂89之力矩以機械方式放 大）使閥桿88向下移動以使閥元件90與閥座91接觸。 可結合噴嘴板108 一起使用其他類型之壓電致動分配 器。例如’壓電致動分配器可包含一機械放大器，其將一 壓電致動器之輸出驅動力轉換為閥桿88之有用位移，該有 1351I4.doc •26· 200927292 用位移大致大於閣述於美國專利第6，157，115號中之致動器 之相對較小輸出位移，該專利之全文以引用方式併入本文 中。 如圖10中最佳顯示’噴嘴板108僅包含一個流體腔1〇7， 其構造及功能類似於流體腔67、68、69。腔107使排放出 口 95與喷嘴80陣列以流體連通方式耦合，如上文關於喷嘴 板18及腔67、68、69所闡釋。附接至噴嘴板1〇8相對側邊 緣之係遮蔽構件l〇9a、109b ’其在藉由多軸平臺在x_y平 面中相對於基板12〇移動分配器85時保護喷嘴8〇不被接 觸。喷嘴80空間上位於遮蔽構件1〇9a、1〇9b之間。遮蔽構 件109a、109b自喷嘴板108突出一大於喷嘴8〇之距離，從 而還防止當分配器85相對於基板120沿z-方向移動時基板 120上之組件或物件與噴嘴8〇之間的接觸。 系統控制器52之驅動機電路54可自〇%至100%改變遞送 至壓電元件86之PWM輸出信號之工作循環。在一個實施例 中，PWM輸出信號之工作循環可少於5〇%，且在另一實施 例中，PWM輸出信號之工作循環可約為25%(亦即，25%工 作及75%空閒）。向螺線管線圈4〇供應脈衝之頻率可約為 200 Hz至400 Hz，或另一選擇為，高達約1 kHz*甚至更 高。還可使用自系統控制器52之驅動機電路54遞送之頻率 調變輸出L號或PWM與頻率調變輸出信號之組合來運作分 配器85。 參照圖11及12，其中相同參考編號指代圖1-7中之相同 特徵且根據本發明之一替代實施例，結合一間隔噴嘴板 135114.doc 27· 200927292 134與流體分配器10之延長部136一起使用一類似於喷嘴板 圖1-7)之喷嘴板134。延長部136包含在一個端處以嚴密 流體方式與分配器10之模組本體16耦合之安裝板138、在 一相對端處之另一安裝板140及一連接安裝板138、14〇之 桿142。噴嘴板134包含一構造及功能類似於本體58(圖 之本體144及構造及功能等效於喷嘴8〇(圖ι_7)之喷嘴146。 在一個實施例中，喷嘴板134之本體144可鐳射焊接至延長 部136之距分配器1〇最遠之自由端處之安裝板14〇。 一在延長部136内側中央處界定之中央鏜孔149延長分配 器10之流體室22。中央鏜孔149在一閥座152處鄰接一排放 通道150，該閥座152承載於一閥座構件154上。一類似於 閥桿34之閥桿156自電樞26突出至中央鏜孔149十。當藉由 系統控制器52之電力供應來致能螺線管線圈4〇之繞組及對 其去致能時，電樞26及閥桿156移動》在閉合情形下，閥 桿156之自由端處之閥元件46接觸閥座152。 排放通道150與界定在喷嘴板134中之流體腔158連通。 當運作分配器10時，喷嘴146自流體腔158排放相繼經加壓 流體量。延長部136(其具有一相對狹窄輪廓）間隔噴嘴板 134與分配器1〇所呈現之較大輪廓。此允許喷嘴板134定位 於基板120上之毗鄰較高輪廓組件之間，從而有效地減少 在較高輪廓組件之間分配流體時噴嘴146在基板120上方之 高度。此可促進將流體更準確地分配至基板12〇上。 為了此闞述’結合用於清晰目的之圖式應用例如"向上"、 "垂直"、”水平"、"右面"、"左面"等之方向詞及類似詞。 135114.doc • 28 - 200927292 衆所周知，液體分配裝置可沿大致任何方位定向，因此該 等方向性詞不應用來暗示符合本發明之設備之任何特定絕 對方向。 儘管已藉由闡述各個實施例來圖解說明本發明，且儘管 對該等實施例之闡述十分詳盡，然而將隨附申請專利範圍 • ⑯定或以任何方式限制至此等細節並㈣請者之目的。熟 f此項技術者將易於聯想出本發明之額外優點及修改。因 此，本發明之更寬廣態樣並非侷限於所示及所闡述之特定 細節、代表性方法及說明性實例。因此，可在不背離申請 者之廣義發明概念之精神或範圍之條件下作出各種變更。 【圖式簡單說明】 併入本文並構成此說明書之一部分的附圖圖解說明本發 明之實施例，並與上文給出之本發明之一般說明及實施例 之詳細說明一起用於闞釋本發明原理。 圖1係根據本發明之一實施例具有一併置空間關係之複 Φ 數個分配器之透視圖。 圖2係一大概沿圖1中之線2_’2截取之剖面圖，其中將分 配器繪示為處於一閉合情形。 ； 圖3係一大概沿圖1中之線3-3截取之剖面圖，其中將分 . 配器缯'示為處於一閉合情形。 圖4係一與圖1之分配器一起使用之噴嘴板之一部分之透 視圖’其中將該噴嘴板繪示為自分配器移除。 圖5係圖4之喷嘴板之一仰視圖。 圖6係圖2之一部分之一放大視圖。 135114.doc -29- 200927292 圖7係一流體分配系統之示意圖，該流體分配系統包含 根據本發明之一實施例圖1-6之流體分配器。 圖8係一根據一替代實施例一分配器及喷嘴板之部分斷 掉的側視圖。 圖9係圖8之分配器及喷嘴板之部分斷掉的端視圖。 ' 圖10係一與圖8之分配器一起使用之喷嘴板之透視圖， • 其中將該喷嘴板繪示為自該分配器移除。 圖11係一根據另一替代實施例之一分配器及一喷嘴板之 〇 一部分之透視圖，其包含一間隔喷嘴板與分配器之延長 部。 圖12係一大致沿圖11中之線12-12截取之剖面圖。 【主要元件符號說明】 10 流體分配器 12 流體分配器 14 流體分配器 ❹ 16 模組本體 18 喷嘴板 19 緊固件 - 20 緊固件 * 22 流體室 24 流體入口 25 流體供應 26 電樞 28 磁極件 135114.doc -30- 200927292
30 縱向軸 32 復位彈簧 34 閥桿 36 凸緣 38 肩部 40 螺線管線圈 41 電樞管 42 散熱器 43 介電層 44 U形磁通迴路 46 閥元件 48 閥座 49 閥座構件 50 通道 51 安裝板 52 系統控制器 54 驅動機電路 58 喷嘴板之本體 60 上游表面 62 下游表面 64 螺栓孔 67 腔 68 腔 69 腔 135114.doc -31 - 200927292
70 基地表面 71 填隙片 72 侧壁 73 密封構件 74 通道 75 密封構件 76 第一區 78 第二區 80 喷嘴 82 第一通道 84 第二通道 85 流體分配器 85a 排 85b 排 86 壓電致動器 88 軸或閥桿 89 槓桿臂 90 閥元件 91 閥座 92 閥座構件 94 模組本體 95 排放通道 96 流體室 97 密封構件 135114.doc -32 200927292
98 密封構件 99 密封構件 100 細長腔 102 絕緣線 104 絕緣線 106 絕緣線 107 腔 108 喷嘴板 109a 遮蔽構件 109b 遮蔽構件 110 流體分配系統 112 櫃 114 Z軸定位器 116 X-Y定位器 120 基板 124 運動控制器 126 人機介面裝置 128 輸送器 130 控制面板 134 喷嘴板 136 延長部 138 安裝板 140 另一安裝板 142 桿 135114.doc -33- 200927292 144 本體 149 中央鏜孔 150 排放通道 152 閥座 154 閥座構件 156 閥桿 158 流體腔
135114.doc •34

Claims (1)

  1. 200927292 十、申請專利範圍： 1. 一種用於在一靜止基板上施加一經加壓流體之設備，該 設備包括： 至少一個流體分配器，其包含一致動器、一含有該經 加壓流體之流體室、一與該致動器耦合之閥元件、一流 體通道、一位於該流體室與該流體通道之間的閥座，該 致動器經構形以使該閥元件相對於該閥座在一允許該經 加壓流體自該流體室流入至該流體通道中之打開位置與 & 一其中該閥元件接觸該閥座以在該流體室與該流體通道 之間建立一流體密封之閉合位置之間移動； 多軸平臺’其以機械方式與該至少一個流體分配器 耦合，該多軸平臺經構形以使該至少一個流體分配器相 對於該靜止基板移動；及 μ體通道耦合之流體腔及複數個與該流體 嘴，該流體腔經構形以當該至少一個流體分 元件處於該打開位置時，接納來 至少一個喷嘴板，其以機械方式與該複數個流體分配 器中之一相應一者耦合，該至少一個噴嘴板包含一與該 室耦合之噴
    135114.doc 200927292 ❹ ❹ 3. 如請求項1之設備，其進一步包括： 一與該致動器電耦合之驅動機電路，該 哪勒機;電路經 構形以向該至少一個流體分配器之該致動 、 丨予适電流限 制輸出信號，該等電流限制輸出信號經脈寬 "· 調變 該閥元件在該打開與閉合位置之間的移動。 4. 如請求項1之設備，其進一步包括： -與該致動器電耦合之驅動機電路’該驅動機電路經 構形以向該等流體分配器中之每一者之該致動器傳送電 流限制輸出信號’該等電流限制輸出信號經頻率調變以 調變該Μ元件在該打開與閉合位置之間的移動。 5. 如請求項1之設備，其進一步包括： -安置於該喷嘴板與分配器之間的延長部，該延長部 將該噴嘴板與該分配器間隔開，且該延長部包含一將該 流體腔與該流體通道耦合之鏜孔。 6. 厂種用於將-經加Μ流體分配至_靜止基板上以界定一 塗層之方法，該方法包括： 將複數個該經加塵流體之液滴自複數個嘴嘴排放 靜止基板上；及 在排放該等液滴之同時相對於該靜 至該 嘴 止基板移動該等喷 7.如:求項6之方法’其中排放該等液滴進一步包括： 向該流體分配器之—致動器— 信號。 如凊求項6之方法，其中排放該等液滴進一步包括： 經脈寬調變之輸出 135II4.doc 200927292 向該流體分配器之一致動器遞送一經頻率調變之輸出 信號。 9.如請求項6之方法，其進一步包括： 自一第一流體分配器向該等喷嘴之一第一部分供應該 經加壓流體；及 獨立於將該經加壓流體供應至該第一複數個喷嘴，自 ' 一第二流體分配器向該等噴嘴之一第二部分供應該經加 壓流體。 ® 10.如請求項6之方法，其進一步包括： 調節該等液滴之一大小以使得該等液滴在該基板上聚 合在一起以形成一界定該塗層之連續廣。
    135114.doc
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