TWI639472B - 將黏性材料分配於基板上之方法及設備 - Google Patents

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Abstract

本文介紹經配置以將材料分配至基板上之一分配器，該分配器包括分配單元，該分配單元具有含有腔室之外殼、安置在腔室中及可在腔室中軸向移動之活塞，及耦接至外殼之噴嘴。噴嘴具有孔口，該孔口與外殼之腔室共軸。分配器進一步包括致動器，該致動器耦接至分配單元及經配置以驅動活塞上下移動；及包括耦接至致動器及活塞之順應組件。順應組件經配置以允許致動器與活塞之間的有限相對行程。本文進一步揭示一種分配方法。

Description

將黏性材料分配於基板上之方法及設備
本發明一般而言係關於將黏性材料分配於諸如印刷電路板之基板上之方法及設備。
有數種類型之先前技術分配系統或分配器，該等分配系統或分配器用於分配經計量之液體或膏料量以用於多種應用。一種此類應用是將積體電路晶片及其他電子組件組裝至電路板基板之上。在此應用中，自動分配系統用於將液體環氧樹脂點或焊膏點，或一些其他相關材料點分配至電路板上。自動分配系統亦用於分配底部填充材料線及密封劑線，此舉以機械方式將組件固定至電路板。底部填充材料及密封劑用以提高組件的機械特性及環境特性。
另一應用是將極少量或點分配至電路板上。在能夠分配材料點之一種系統中，分配器單元利用具有螺旋形凹槽之旋轉螺旋將材料擠出噴嘴及擠至電路板上。一該種系統在名為「具有密封螺旋螺釘之液體分配系統及分配方法(LIQUID DISPENSING SYSTEM WITH SEALING AUGERING SCREW AND METHOD FOR DISPENSING)」之美國專利案第5,819,983號中揭示，該專利案由美國馬薩諸賽州弗蘭克林市Speedline技術公司，亦即本揭示案受讓人之附屬公司所有。
在採用螺旋類型分配器之操作中，在將材料點或材料線分配至電路板上之前，分配器單元向電路板表面降低，及在分配材料點或材料線之後升高。使用此類分配器時，可在較高準確性下放置較少及精確用量之材料。在沿垂直於電路板的方向降低及升高分配器單元(通常被稱作z軸移動)所需之時間可成為執行分配操作所需時間之一部分。具體而言，利用螺旋類型分配器是，在分配材料點或材料線之前，分配器單元降低以便材料接觸或「潤濕」電路板。潤濕過程增添了執行分配操作之額外時間。
在自動分配器領域中，亦已知向電路板發射黏性材料點。在該種系統中，微小、離散量之黏性材料以充足慣性自噴嘴噴出，以在接觸電路板之前使得材料能與噴嘴分離。如上文所論述，利用螺旋類型應用或其他先前之傳統分配系統時，必須利用材料點潤濕電路板以使得材料能黏附至電路板，以便在分配器被拉離之時，材料點將自噴嘴脫離。在噴出材料點之時，材料點可沉積在基板上，無需濕潤為離散點圖案，或者可將材料點放置在與彼此充分相近之處以使該等材料點聚結為近似連續之圖案。該種系統之實例在名為「將黏性材料分配於基板上之方法及設備(METHOD AND APPARATUS FOR DISPENSING A VISCOUS MATERIAL ON A SUBSTRATE)」之美國專利案第7,980,197號中揭示，該專 利案由美國伊利諾斯州格倫維尤市的伊利諾斯工具廠公司，亦即本揭示案之受讓人所有。
本揭示案之一個態樣係針對經配置以將材料分配至基板上的分配器。在一個實施例中，分配器包括分配單元，該分配單元包括具有腔室之外殼、安置在腔室中及在腔室內可軸向移動之活塞，及耦接至外殼之噴嘴。噴嘴具有孔口，該孔口與外殼之腔室共軸。分配器進一步包括致動器，該致動器耦接至分配單元及經配置以驅動活塞上下移動；及包括順應組件，該順應組件耦接至致動器及活塞。順應組件經配置以允許致動器與活塞之間的有限相對行程。
分配器之實施例可進一步包括感測器以感測致動器之位置。分配器可進一步包括感測器以感測活塞之位置。分配器可進一步包括控制器以用於控制致動器。控制器可經配置以執行前饋適應性常式。控制器進一步可經配置以利用來自感測器之感測器資料及前饋適應性常式來控制致動器之運動，以達成所需之致動器運動輪廓。順應組件進一步可經配置以將順應組件之長度彈壓至延伸位置。順應組件可包括耦接至致動器之外殼及安置在外殼內之外殼下端處之柱塞，該柱塞經彈壓至延伸位置。順應組件可進一步包括安置在外殼與柱塞之間的彈簧，該彈簧經配置以將柱塞彈壓至延伸位置。順應組件之柱塞可經配置以在活塞上施加向下彈壓，及在活塞之向下衝程期間，柱塞與活塞接合，及彈簧在外殼內被壓縮。在一個實施例中，致動器可為壓電致動器組件。在 另一實施例中，致動器可為音圈馬達。在一個實施例中，當活塞之尖端與底座接合時，活塞停止，及順應組件在活塞與底座相抵接合之後允許致動器之進一步行程。在另一實施例中，當活塞之特徵結構與止擋接合時，活塞停止，及順應組件在活塞與止擋相抵接合之後允許致動器之進一步行程。順應組件可具有順應剛度，順應組件經配置以使順應剛度隨著致動器與活塞之間的相對運動而變化。
本揭示案之另一態樣係針對操作分配器以將材料分配至基板上的方法。在一個實施例中，分配器包括分配單元，該分配單元包括具有腔室之外殼、安置在腔室中及在腔室內可軸向移動之活塞，及耦接至外殼之噴嘴，該噴嘴具有孔口，該孔口與外殼之腔室共軸；及包括致動器，該致動器耦接至分配單元及經配置以驅動活塞上下移動。該方法包括允許在致動器與活塞之間的有限相對行程。
該方法之實施例進一步包括將順應組件之長度彈壓至延伸位置。該方法可進一步包括使順應剛度隨著致動器與活塞之間的相對運動而變化。該方法可進一步包括感測致動器之位置及/或感測活塞之位置。該方法可進一步包括控制致動器，方法是提供前饋適應性常式以利用來自感測器之感測器資料及前饋適應性常式來控制致動器之運動，以達成所需之致動器運動輪廓。
10‧‧‧分配器
12‧‧‧基板
14‧‧‧第一分配單元
16‧‧‧第二分配單元
18‧‧‧控制器
22‧‧‧基座/支座
24‧‧‧分配單元高架
26‧‧‧重量秤
28‧‧‧顯示單元
30‧‧‧視覺系統
32‧‧‧視覺系統高架
200‧‧‧材料沉積系統
202‧‧‧框架
204‧‧‧沉積單元
206‧‧‧沉積單元
208‧‧‧高架系統
210‧‧‧傳送系統
212‧‧‧開口
300‧‧‧分配單元
302‧‧‧外殼
304‧‧‧噴嘴組件
306‧‧‧腔室
308‧‧‧密封螺母
310‧‧‧密封件
312‧‧‧活塞導軌
314‧‧‧噴嘴螺母
316‧‧‧閥座
318‧‧‧進料管
320‧‧‧入口
322‧‧‧活塞
400‧‧‧錐形表面
402‧‧‧小徑孔
404‧‧‧狹縫
500‧‧‧分配單元
502‧‧‧外殼
504‧‧‧噴嘴組件
506‧‧‧伸長腔室
508‧‧‧密封螺母
510‧‧‧密封件
512‧‧‧活塞導軌
514‧‧‧噴嘴螺母
516‧‧‧噴嘴
518‧‧‧進料管
520‧‧‧入口
522‧‧‧活塞
524‧‧‧小孔口
526‧‧‧止擋
600‧‧‧錐形表面
602‧‧‧小徑孔
700‧‧‧噴嘴加熱器組件
702‧‧‧主體
800‧‧‧順應撓性組件
802‧‧‧頭部
804‧‧‧撓性外殼
806‧‧‧螺釘
808‧‧‧撓性元件
810‧‧‧彈簧外殼
812‧‧‧柱塞
814‧‧‧彈簧
816‧‧‧軛指
818‧‧‧桿
820‧‧‧第二撓性元件
850‧‧‧順應撓性組件
852‧‧‧頭部
854‧‧‧頭部
856‧‧‧軛
858‧‧‧撓性外殼
860‧‧‧彈簧外殼
862‧‧‧柱塞
864‧‧‧彈簧
866‧‧‧桿
900‧‧‧壓電致動器組件
902‧‧‧外殼
1100‧‧‧桿臂
1102‧‧‧末端部分
1104‧‧‧壓電堆疊介面塊
1106‧‧‧安裝塊
1107‧‧‧鉸鏈
1108‧‧‧樞軸點
1110‧‧‧樞軸點
1112‧‧‧壓電堆疊
1114‧‧‧感測器組件
1116‧‧‧桿臂感測器
1118‧‧‧桿感測器
1120‧‧‧感測器目標
1122‧‧‧球形柱塞
1124‧‧‧球形柱塞
1126‧‧‧釋放桿
1200‧‧‧音圈馬達致動器組件
1202‧‧‧外殼
1204‧‧‧位置
A‧‧‧軸A
B‧‧‧軸B
為了更好地理解本揭示案，參考了圖式，該等圖式以引用之方式併入本文中，及在該等圖式中： 第1圖係本揭示案之實施例之分配器的示意圖；第2圖係本揭示案之實施例之分配器之部分的透視圖；第3圖係本揭示案之實施例之分配器之分配單元的橫剖面視圖；第4圖係第3圖中圖示之分配單元之噴嘴的橫剖面放大視圖；第5圖係本揭示案之另一實施例之分配器之分配單元的橫剖面視圖；第6圖係第5圖中圖示之分配單元之噴嘴的橫剖面放大視圖；第7圖係第3圖中圖示之分配單元的橫剖面視圖，該分配單元在分配單元外殼上安裝有受熱組件；第8A圖係致動器組件之部分之橫剖面視圖，該致動器組件經配置以操作第3圖及第4圖中圖示之分配單元；第8B圖係致動器組件之部分之橫剖面視圖，該致動器組件經配置以操作第5圖及第6圖中圖示之分配單元；第9圖係壓電致動器組件之透視圖，該壓電致動器組件操作第3圖中圖示之分配單元；第10圖係橫剖面視圖，該圖已移除交叉影線以便更清晰地圖示第9圖中圖示之壓電致動器組件；第11圖係另一橫剖面視圖，該圖已移除交叉影線以便更清晰地圖示第9圖中圖示之壓電致動器組件；及第12圖係音圈馬達致動器組件之透視圖。
為了僅進行說明及不限制一般性，本揭示案現將藉由參考附圖而進行詳細描述。本揭示案在其申請中並未限定於以下描述中介紹之或圖式中圖示之構建細節及部件佈置。本揭示案能夠實施其他實施例及能夠以多種方式實踐或執行。同樣，本文所使用之詞組及術語僅以描述為目的，及不應被視作限制。本文中對「包含(including)」、「包括(comprising)」、「具有(having)」、「含有(containing)」、「涉及(involving)」及上述各者之變體之使用意欲包括之後所列之項目及該等項目之同等物，及包括額外項目。
第1圖示意性地圖示根據本揭示案之一個實施例之分配器，該分配器一般經指示位於10處。分配器10用以將黏性材料(例如，黏著劑、密封劑、環氧樹脂、焊膏、底部填充材料等)或半黏性材料(例如，助焊劑等)分配至電子基板12上，該電子基板例如印刷電路板或半導體晶圓。或者，分配器10可用於其他應用(例如用於塗施汽車襯墊材料)或用於某些醫療應用。應瞭解，對如本文中所使用之黏性或半黏性材料之引用是以示例為目的及並非旨在限制。分配器10包括第一及第二分配單元或分配頭(一般經指示分別位於14及16處)，及包括控制器18以控制分配器之操作。儘管圖示兩個分配單元，但應瞭解，可提供一或更多個分配單元。
分配器10亦可包括：框架20，該框架具有基座或支座22以用於支撐基板12；分配單元高架24，該高架以可移動方式耦接至框架20以用於支撐及移動分配單元14、16； 及重量測量裝置或重量秤26以用於為黏性材料之分配用量稱重(例如作為校準程序之一部分)及向控制器18提供重量資料。傳送系統(未圖示)或諸如動樑之其他移送機構可用於分配器10中以控制向分配器加載基板及自分配器卸載基板。高架24可藉由使用由控制器18所控制之馬達而移動以將分配單元14、16定位在基板上之預定位置。分配器10可包括連接至控制器18之顯示單元28以用於向操作員顯示多種資訊。可視情況具有第二控制器以用於控制分配單元。
在執行分配操作之前，如上所述，諸如印刷電路板之基板必須與分配系統之分配器對準，或與分配系統之分配器對齊。分配器進一步包括視覺系統30，該視覺系統耦接至視覺系統高架32，該高架以可移動方式耦接至框架20以用於支撐及移動視覺系統。儘管視覺系統高架32經圖示與分配單元高架24分離，但視覺系統高架32可利用與分配單元14、16相同之高架系統。如本文所述，視覺系統30經採用以驗證地標在基板上之位置，該等地標已知為基準點，或其他特徵結構及部件。一旦定位之後，控制器可經程式化以操縱分配單元14、16中一或兩者之移動以將材料分配至電子基板上。
本揭示案之系統及方法係針對分配單元14、16之構建。本文提供之系統及方法之描述參考示例性電子基板(例如，印刷電路板)，該等電子基板在分配器10之支座22上得以支撐。在一個實施例中，分配操作由控制器18控制，該控制器可包括經配置以控制材料分配器之電腦系統。在另一實施例中，控制器18可由操作員操縱。
請參看第2圖，示例性材料沉積系統(一般經指示位於200處)可自XYFLEXPRO®分配器平臺經配置，該分配器平臺由美國馬薩諸賽州弗蘭克林市Speedline技術公司，亦即本揭示案之受讓人之附屬公司所提供。在一個實施例中，材料沉積系統200包括支撐材料沉積系統部件之框架202，該等部件包括但不限於控制器，例如位於材料沉積系統機櫃中之控制器18。如圖所示，材料沉積系統200進一步包括兩個沉積或分配單元(一般經指示位於204及206處)以用於沉積低黏性材料(例如，低於50厘泊)、半黏性材料(例如，50-100厘泊)、黏性材料(例如，100-1000厘泊)，及/或高黏性材料(例如，高於1000厘泊)。沉積單元204、206可由高架系統(一般經指示位於208處)在控制器18之控制下沿正交軸移動以容許將材料分配至諸如基板12之電路板上，該基板如上所述有時可被稱作電子基板或電路板。雖未圖示，但可提供罩蓋(未圖示)以便顯露材料沉積系統200之內部部件，該等內部組部件包括沉積單元204、206及高架系統208。儘管圖示及描述了兩個沉積單元204、206，但可提供任何數目之沉積單元及該任何數目之沉積單元在本揭示案之範疇內。
電路板(例如被饋送至材料沉積系統200內之基板12)通常具有襯墊或其他表面區域之圖案，材料將在該等襯墊或表面區域上沉積。材料沉積系統200亦包括傳送系統210，可經由沿材料沉積系統之每一側所提供之開口212進出該傳送系統，該傳送系統用以在x軸方向將電路板傳輸至材 料沉積系統中之沉積位置。當傳送系統210由材料沉積系統200之控制器導引時，該傳送系統210將電路板供應至沉積單元204、206下之分配位置。一旦電路板到達沉積單元204、206下之位置，該電路板便到達製造操作(例如，沉積操作)之正確位置。
材料沉積系統200進一步包括視覺檢驗系統，例如第1圖中圖示之視覺系統30，該視覺系統經配置以對準電路板及檢驗在電路板上沉積之材料。在一個實施例中，視覺檢驗系統經固定至沉積單元204、206中之一者或固定至高架系統208。為了在電路板上成功沉積材料，電路板及沉積單元204、206經由控制器18而經對準。對準操作是藉由基於來自視覺檢驗系統之讀數移動沉積單元204、206及/或電路板來完成的。當沉積單元204、206及電路板經正確對準時，沉積單元經操縱以執行沉積操作。在沉積操作之後，可憑藉視覺檢驗系統執行電路板之可選檢驗以確保適當量之材料已沉積及該材料已沉積在電路板上之正確位置處。視覺檢驗系統可使用基準點、晶片、板孔、晶片邊緣，或電路板上之其他可識別圖案以決定適當對準。在電路板檢驗之後，控制器藉由使用傳送系統來控制電路板向下一位置之移動，此時可執行板組裝製程中之下一操作，例如，可將電子部件放置在電路板上，或可固化沉積在板上之材料。
在一些實施例中，材料沉積系統200可按以下方式操作。可使用傳送系統將電路板載入材料沉積系統200內之沉積位置中。藉由使用視覺檢驗系統將電路板與沉積單元 204、206對準。然後，可由控制器18啟動沉積單元204、206以執行沉積操作，在該操作中，材料沉積在電路板上之精確位置。一旦沉積單元204、206已執行了沉積操作，便可由傳送系統將電路板自材料沉積系統200中傳送出去，以便可將後續之第二電路板載入材料沉積系統。沉積單元204、206可經構建以被快速移除及替換為其他單元。
請參看第3圖，圖示及將在下文中描述本揭示案之實施例之分配單元(一般經指示位於300處)。如圖所示，分配單元300包括外殼302及噴嘴組件(一般經指示位於304處)，該噴嘴組件以可脫離之方式經固定至外殼。具體而言，分配器外殼302沿軸A耦接至致動器，該外殼經配置以界定伸長腔室306，該伸長腔室經設計以收納黏性材料以用於分配。密封螺母308及適合之密封件310將活塞導軌或腔室結構312之上部固定在外殼302之腔室306內。活塞導軌312之下部由噴嘴組件304固定，該噴嘴組件包括噴嘴螺母314及閥座316，活塞導軌312之下部停置於該閥座316之上。圓柱形腔室306界定與進料管318形成流體連通之分配空腔，該進料管經調適以收納來自材料供應組件之材料。如圖所示，進料管318經由入口320將黏性材料引入腔室306內活塞導軌312之上部處。如下文中將更為詳細之描述，將黏性材料遞送至腔室306中處於壓力下之小分配空腔。分配單元300進一步包括往復活塞322，該活塞部分安置在密封螺母308及活塞導軌312內。活塞322之上端經由軛被彈簧及柱塞向下彈壓，該柱塞由致動器致動；及活塞322之下端經配置 以與閥座316接合。活塞322經配置以被收納在腔室306內，及可在該腔室內沿軸A以滑動方式移動。
請參看第4圖，該圖圖示分配單元300之下部。如圖所示，噴嘴螺母314以螺紋方式經固定至外殼302之下部及經配置以將閥座316固定在噴嘴螺母與活塞導軌312下端之間。閥座316包括大體為圓柱形之構件，該構件具有錐形表面400及在該構件中形成之小徑孔402，該孔之直徑例如為0.005英吋。在一個實施例中，閥座316可由諸如人造藍寶石之硬質材料製造而成。該佈置使得當活塞322與閥座316接合時，黏性材料自小徑孔402噴射至例如電路板12之基板上。在特定實施例中，可將噴嘴組件304作為完整組件提供至分配器300之最終使用者以協助清洗噴嘴組件。具體而言，舊噴嘴組件304可藉由旋開針狀螺母(needle nut)314而自分配單元300之外殼302完全移除及替換為新(清潔)的噴嘴組件。
在操作中，往復活塞322可在外殼302之腔室306內所提供之活塞導軌312內的上部位置與下部位置之間移動。諸如焊膏之分配介質在壓力下經由入口320被引入腔室306，及分配材料流動穿過在活塞導軌312中形成之狹縫404到達閥座316上方之開敞空間。在下部位置中，活塞322抵住閥座316，及在上部中，活塞升高離開噴嘴組件之閥座。如下文所述，致動器組件包括壓電致動器或音圈馬達中之一者，該者耦接至活塞322，及致動器組件之操作(經由撓性組件)導致上部位置與下部位置之間的活塞移動。當活塞322 移至其下降位置抵住閥座316時，經由在閥座中形成之小徑孔402分配材料小滴。
如本文所論述，分配單元300向分配材料來源提供加壓空氣以藉由進料管318將材料引入分配單元之外殼內。所提供之特定壓力可基於正使用之材料、經分配之材料體積，及分配單元300之操作模式而選擇。在分配器操作期間，使用者經由分配平臺之使用者介面界定在電路板上之分配區域。分配單元300可用以分配材料點及材料線。分配單元300用以分配經由分配器之多個分配週期而形成之材料線，及該分配單元用以使用單個分配週期將材料分配在電路板或其他基板上之選定位置之處。對於材料線而言，使用者界定線之起始位置及停止位置，及分配平臺能夠移動分配單元300以沿該線放置材料。當在使用分配單元控制面板界定電路板上之全部分配區域及設定分配參數之後，分配器能夠收納電路板以進行處理。在將電路板移至分配位置之後，分配器控制高架系統208以將分配單元定位在分配位置上。在另一實施例中，電路板可在靜止之分配單元下移動。針對特定板之分配將持續直至已將材料分配至板上所有位置。然後，自系統卸載該板，及可將新板載入系統。
請參看第5圖，圖示及將在下文中描述本揭示案之另一實施例之分配單元(一般經指示位於500處)。如圖所示，分配單元500包括外殼502及噴嘴組件(一般經指示位於504處)，該噴嘴組件以可脫離之方式經固定至外殼。具體而言，分配器外殼502沿軸B耦接至致動器，該外殼經配 置以界定伸長腔室506，該伸長腔室經配置以收納黏性材料以用於分配。密封螺母508及適合之密封件510將活塞導軌512之上部固定在外殼502之腔室506內。活塞導軌512之下部由噴嘴組件504固定，該噴嘴組件包括噴嘴螺母514及噴嘴516，該噴嘴516經配置以由該噴嘴螺母固持。腔室506界定與進料管518形成流體連通之小分配空腔，該進料管經調適以收納來自材料供應組件之材料。如圖所示，進料管518經由入口520將黏性材料引入腔室506內活塞導軌512之上部處。如下文中將更為詳細之描述，將黏性材料遞送至處於壓力下之腔室506。分配單元500進一步包括活塞522，該活塞安置在密封螺母508及活塞導軌512內。活塞522之上端藉由撓性組件經固定至致動器，及該活塞之下端經配置以移動進出在活塞導軌512之下部中形成之小孔口524。活塞522經配置以被收納在圓柱形腔室內，及可在該圓柱形腔室內沿軸B以滑動方式移動。在密封螺母508中形成之凹槽內提供有止擋526。止擋526可由順應材料形成，在分配操作期間，該止擋與活塞522之頭部接合以阻止活塞522向下移動。
請參看第6圖，該圖圖示分配單元500之下部。如圖所示，活塞522之下端經配置以移動穿過小孔口524以便該下端在噴嘴516上方之位置停止。噴嘴516包括大體為圓柱形之構件，該構件具有錐形表面600及在該構件中形成之小徑孔602，該孔之直徑例如為0.005英吋。在一個實施例中，噴嘴516可由諸如人造藍寶石之硬質材料製造而成。該佈置使得當活塞522將噴嘴516以上與活塞導軌512末端部分以 下之空間內提供之材料排出時，黏性材料自小徑孔602噴射至諸如電路板12之基板上。在特定實施例中，可將噴嘴組件504作為完整組件提供至分配器之最終使用者以協助清洗噴嘴組件。具體而言，舊噴嘴組件可藉由旋開針狀螺母而自分配單元500完全移除及替換為新(清潔)的噴嘴組件。
請參看第7圖，可選的噴嘴加熱器組件(一般經指示位於700處)可用於諸如分配單元300之分配單元，及噴嘴加熱器組件之溫度可藉由使用耦接至控制器18之使用者介面進行設定。應注意，可選的噴嘴加熱器組件700可用於分配單元500及在本揭示案之範疇內。噴嘴加熱器組件700由系統控制以將加熱器維持在設定溫度。噴嘴加熱器組件700經構建以附於分配單元之外殼302之下部(例如，如第7圖中圖示之噴嘴螺母314)，以向閥座316上方之材料提供熱量。在一個實施例中，噴嘴加熱器組件700包括主體702，該主體包括匣式加熱器、溫度感測器，及安裝硬體。主體702具有下開口，分配單元300之下部(亦即噴嘴組件304)穿過該下開口延伸。可提供夾具以藉由壓縮主體702外殼以抵住噴嘴組件304之噴嘴螺母314來將噴嘴加熱器組件700固定至分配單元300。匣式加熱器及溫度感測器可耦接至系統控制器，該系統控制器將溫度感測器鄰近處之溫度維持在設定值。
請參看第8A圖，在一個實施例中，活塞322之上端經固定至順應撓性組件(有時被稱作順應組件，一般經指示位於800處)，該順應撓性組件經配置以將活塞固定至致動器組件以提供活塞之往復軸向移動。如圖所示，活塞322 之上端包括頭部802。順應撓性組件800包括大體為圓柱形之撓性外殼804，該外殼可藉由螺釘806經固定至壓電致動器組件之桿臂。在另一實施例中，順應撓性組件800可經固定至音圈馬達致動器組件。撓性外殼804包括厚度減小之部分或撓性元件808，該撓性元件使得撓性組件800能夠在壓電致動器組件之桿臂驅動撓性組件與活塞322之往復運動時容納壓電致動器組件之桿臂的弓狀運動。
撓性組件800進一步包括安置在撓性外殼804內之彈簧外殼810、安置在彈簧外殼內之彈簧外殼下端處及可在彈簧外殼內軸向移動之柱塞812，及安置在彈簧外殼與柱塞之間的彈簧814。柱塞812包括經配置以捕獲活塞322之頭部802的軛指816。順應撓性組件800進一步包括安置在撓性外殼804及彈簧外殼810內之桿818，該桿之下端固定至柱塞812。該佈置使得撓性組件800之柱塞812經配置以在活塞322之頭部802上施加向下彈壓。
具體而言，在分配單元300之操作期間，致動器組件驅動撓性組件800及活塞322上下移動。在活塞322與閥座316接合之向下衝程期間，致動器組件及撓性組件800具有繼續向下驅動之趨勢，即使活塞已突然停止移動。在此運動期間，當撓性外殼804繼續其向下移動時，柱塞812與活塞322之頭部802接合及彈簧814在彈簧外殼810內被壓縮。當活塞322處於閥座316內之密封位置中時，彈簧814經配置以向下彈壓柱塞812以將活塞牢固地在閥座內固定，由此關閉分配單元300。
撓性組件800可進一步包括安置在撓性外殼804周圍之撓性外殼下端處的第二撓性元件820。在一個實施例中，第二撓性元件820可體現為賦能諸如垂直及傾斜兩種自由度之移動的支臂撓性件，該支臂撓性件進一步在壓電致動器組件之桿臂驅動活塞322之上下運動時協助容納壓電致動器組件之桿臂的弓狀運動。
請參看第8B圖，在另一實施例中，活塞522之上端經固定至順應撓性組件(有時被稱作順應組件，一般經指示位於850處)，該順應撓性組件經配置以將活塞固定至諸如壓電致動器組件之致動器組件以提供活塞之往復軸向移動。與撓性組件800一樣，撓性組件850可經固定至音圈馬達致動器組件。如圖所示，活塞522之上端包括兩個間隔分離式頭部852、854。撓性組件850包括軛856，該軛經構建以將活塞522之上頭部852固定在活塞之兩個頭部852、854之間的空間內。撓性組件850進一步包括大體為圓柱形之撓性外殼858，該撓性外殼由致動器組件操作。對於壓電致動器組件而言，撓性外殼858可包括厚度減小之部分或撓性元件(第8B圖中未圖示)，該撓性元件使得撓性組件850在桿臂驅動撓性組件與活塞522之往復運動時容納桿臂的弓狀運動。
撓性組件850進一步包括安置在撓性外殼858內之彈簧外殼860、安置在彈簧外殼內之彈簧外殼下端處及可在彈簧外殼內軸向移動之柱塞862，及安置在彈簧外殼與柱塞之間的彈簧864。該佈置使得桿866之下端經固定至柱塞862以在彈簧外殼858內提供活塞522之軸向移動，如上文所述。可 提供止擋526以藉由與活塞之下頭部854接合來阻止活塞522之移動。該佈置使得撓性組件850之柱塞862經配置以在活塞522之頭部852上施加向下彈壓。具體而言，在分配單元500之操作期間，致動器組件驅動撓性組件850與活塞522上下移動。在活塞522之頭部854與止擋526接合之向下衝程期間，致動器組件及撓性組件850具有繼續向下驅動之趨勢，即使活塞已突然停止移動。在此運動期間，當撓性外殼858繼續其向下移動時，柱塞862與活塞522之頭部852接合，及彈簧864在彈簧外殼860內經壓縮。
第9圖圖示操作本揭示案之實施例中分配單元300、500之壓電致動器組件(一般經指示位於900處)。如圖所示，壓電致動器組件900包括外殼902，該外殼經配置以將分配單元300、500固定至該外殼。壓電致動器組件900之外殼902經適當固定至高架208以在分配操作期間移動分配單元。
請參看第10圖及第11圖，壓電致動器組件900經圖示具有分配單元300。應瞭解，壓電致動器組件900可用於分配單元500及在本揭示案之範疇內。壓電致動器組件900之外殼902經配置以支撐壓電致動器組件之部件。如圖所示，壓電致動器組件經固定至撓性組件800以實現活塞322之快速上下移動。具體而言，壓電致動器組件900包括桿臂1100，該桿臂1100具有末端部分1102，該末端部分經配置以經固定至撓性組件800之撓性外殼804上端。壓電組件進一步包括壓電堆疊介面塊1104、安裝塊1106，及安置在桿臂1100與 介面塊1104與安裝塊之間的鉸鏈1107。鉸鏈1107包括兩個樞軸點1108、1110，該等樞軸點使得桿臂1100能夠相對於介面塊1104上下移動而搖動或樞轉。介面塊1104由於定位在介面塊上方之壓電堆疊1112而按上下方向移動。在一個實施例中，結果是壓電堆疊1112能夠將介面塊移動65微米(0.065毫米)之距離。介面塊1104經由桿臂1100之移動使撓性組件之軸向移動達650微米(0.65毫米)。壓電堆疊可以高達1000赫茲之速度操作。撓性組件800經配置以在活塞在上下移動中往復時解決活塞322之任何不期望之側向移動。因此，壓電致動器組件900能夠轉移壓電堆疊1112之移動以引起撓性組件800上下移動，從而又引起活塞322上下移動。
壓電致動器組件900進一步包括感測器組件(一般經指示位於1114處)以提供對壓電致動器組件移動之閉環偵測。具體而言，感測器組件1114包括桿臂感測器1116，該桿臂感測器經配置以偵測在桿臂1100上提供之目標以決定桿臂1100之移動；及包括桿感測器1118，該桿感測器經配置以偵測在桿上端上提供之目標以決定桿818之移動。桿臂感測器1116經固定至外殼902及經定位在與桿臂1100上提供之目標相距達預定距離處。此預定距離或間隙由桿臂感測器1116偵測以決定桿臂1100在操作期間之移動量。同樣，桿感測器1118經固定至外殼902及定位在與桿818上之目標相距達預定距離處。此預定距離或間隙由桿感測器1118偵測以決定桿818在操作期間之移動量。利用桿感測器1118，桿818之上端具有感測器目標1120以為桿感測器提供偵測對象。
感測器組件1114可用作控制系統之一部分以提供活塞之往復運動之前饋控制。可提供可改變用以驅動致動器組件之驅動信號之適應性常式以確保達成所需之運動輪廓，即使當諸如黏性之操作參數改變時亦如此。例如，材料黏性可隨時間及溫度而變更。此黏性變更可導致致動器組件上之負載變更，及由此改變所達成之實際運動。藉由感測此運動輪廓變更，可按照需要調整後續之驅動信號以維持所需之運動輪廓。由於該等操作參數變更傾向於隨時間及溫度而緩慢偏移，因此前饋適應性常式可實時追蹤該等變動。此性質不同於反饋控制系統之性質，在反饋控制系統中，驅動信號在系統之全帶寬下實時變化。前饋控制系統中之調適僅需以快於該系統調適旨在補償之變動的速率進行調適即可。前饋控制系統之一壓倒性優勢是：不同於反饋控制系統，該等前饋控制系統可經設計以絕對穩定。
桿818上端進一步連接至柱塞組件，該柱塞組件具有兩個球形柱塞1122、1124及連接至該等球形柱塞之釋放桿1126。在常規操作期間，兩個球形柱塞1122、1124推動釋放桿1126(向下)離開原位。由於釋放桿1126離位，分配單元可在無運動範圍限制之情況下自由操作。當釋放分配單元時，動力自壓電堆疊1112切斷，及桿臂1100移至已知位置。若要釋放活塞，則撓性組件800之順應彈簧814經壓縮以鬆開活塞322之頭部802。此舉藉由釋放桿1126上之升舉而實現，此升舉壓縮球形柱塞1122、1124。釋放桿1126上提供有兩組螺釘(未標示)。兩組螺釘在目標之底部上升舉，從而 升舉桿818，繼而升舉柱塞812，從而最終壓縮彈簧814及鬆開活塞322。
在另一實施例中，可提供音圈馬達致動器組件以操作分配單元，例如，分配單元300或500。音圈馬達致動器組件在該項技術中為眾所熟知，及可適當耦接至分配單元以驅動活塞322或522之操作。例如，第12圖圖示音圈馬達致動器組件(一般經指示位於1200)，該音圈馬達致動器組件操作諸如分配單元300或500之分配單元。如圖所示，音圈馬達致動器組件1200包括外殼1202，該外殼經配置以將分配單元固定至該外殼之位置1204處。音圈馬達致動器組件1200之外殼1202經適當固定至高架208以在分配操作期間移動分配單元。在一個實施例中，音圈馬達致動器組件可包括3個線圈/3個極/2個磁體馬達。
在操作中，分配單元300或500定位在諸如電路板12之基板上方之標稱間隙高度處。在整個分配操作期間，此間隙高度在電路板上方維持相對一致之高度，但電路板高度的變動或電路板頂表面之平整度的不規則性可能導致間隙高度變化，但對黏性材料之分配無不利影響。具體而言，分配器單元無需在每一分配操作結束時在z軸方向上將噴嘴舉離電路板。然而，若要容納電路板高度之變動及電路板平整度之不規則性(或甚至為了避免障礙物)，分配器可經配置以達成z軸移動。在某些實施例中，雷射偵測系統可用以決定分配器之高度。
因此，應注意到本揭示案之特徵係順應撓性組件800 之軸向順應。此順應允許活塞322在接觸閥座316時突然停止，或允許活塞522在活塞522之下頭部854接觸止擋526時突然停止，同時允許撓性組件800越過此接觸點之額外運動。順應撓性組件800允許致動器組件(經由撓性外殼804)與活塞322或522之間的有限相對行程。此運動解耦減少對致動器組件之衝擊負載，提高活塞可減速之快速性，及在一些操作模式下允許更高能效之操作，方式是：將撓性組件之動能轉換為壓縮順應彈簧中之位能，及隨後在彈簧工作時將此位能恢復為致動器之動能來在相反方向加速致動器。如圖所示及如所描述，順應撓性組件800經進一步配置以將組件(亦即柱塞812或862)長度延伸至延伸位置。順應撓性組件800具有順應剛度。順應撓性組件800經配置以使順應剛度隨著致動器與活塞之間的相對運動而變化。
在某一實施例中，分配器可基於已有平臺，例如在品牌名稱FX-D及XyflexPro+下提供之平臺分配系統；及藉由使用分配軟體來操作，該軟體例如在品牌名稱Benchmark下提供之軟體，該等兩個品牌名稱由美國馬薩諸賽州弗蘭克林市Speedline技術公司，亦即本揭示案之受讓人之附屬公司所提供。
本文進一步揭示了操作分配器以將一定體積之黏性材料分配至基板上之方法。分配單元可為分配單元300或500，該分配單元耦接至致動器組件900或1200。在一個實施例中，該方法包括將壓電致動器組件900連接至活塞。壓電致動器組件900經配置以驅動活塞上下移動。該方法進一步 包括致動壓電堆疊1112以驅動撓性組件800及活塞322上下移動。在特定實施例中，壓電堆疊1112以0與1000赫茲之間的速度操作。該方法可進一步包括在活塞在上下移動中往復時藉由撓性組件800限制活塞322之不期望的側向移動。該方法可進一步包括感測致動器組件之移動以提供分配器之閉環操作。該方法可進一步包括利用控制器18控制壓電致動器組件之操作。控制器18經配置以將活塞322自黏性材料被引入腔室306內之預分配位置移至一分配位置，活塞在該分配位置中自腔室穿過閥座316來分配黏性材料。
本揭示案之替代實施例可包括多種機制來實現順應撓性組件800之順應優勢。例如，一個實施例可納入液壓部件以使順應剛度隨著外殼804與柱塞812之間的相對速度而變化。此類機制之實例如現代內燃機中所使用之油壓升閥器。
因此，在描述本揭示案之至少一個實施例之後，熟習該項技術者將易於想到多種更動、潤飾，及改進。該等更動、潤飾，及改進旨在符合本揭示案之範疇及精神。由此，前述描述僅採取實例方式，而非旨在限制。僅以下申請專利範圍及其同等效力內容對限制進行定義。

Claims (21)

  1. 一種分配器，經配置以將材料分配至一基板上，該分配器包括：一分配單元，包括具有一腔室之一外殼、安置在該腔室內及可在該腔室內軸向移動之一活塞，及耦接至該外殼之一噴嘴，該噴嘴具有一孔口，該孔口與該外殼之該腔室共軸；一致動器，耦接至該分配單元，該致動器包括一桿臂，該桿臂經配置以驅動該活塞之上下移動；及一順應組件，與該致動器分離，該順應組件經固定至該活塞及該致動器組件，以對應於該致動器而提供該活塞之往復軸向移動，該順應組件包括一撓性外殼，該撓性外殼固定至該致動器之該桿臂並耦接至該活塞，以在操作期間允許在該致動器與該活塞之間之有限相對行程。
  2. 如請求項1所述之分配器，其中，該順應組件進一步包括安置在該撓性外殼內之一彈簧外殼，及安置在該彈簧外殼內之該彈簧外殼之一下端處之一柱塞。
  3. 如請求項2所述之分配器，其中，該順應組件進一步包括安置在該彈簧外殼內之一彈簧，該彈簧經配置以將該柱塞彈壓至一延伸位置。
  4. 如請求項3所述之分配器，其中，該彈簧經配置以在該柱塞及該活塞上施加一向下彈壓，並且，在該活塞之一向下 衝程期間，該柱塞與該活塞接合，且該彈簧在該外殼內被壓縮。
  5. 如請求項1所述之分配器，其中，該致動器係一壓電致動器組件及一音圈馬達中之一者。
  6. 如請求項1所述之分配器，其中，當該活塞之一尖端與一閥座接合時，該活塞停止，該順應組件允許該致動器在該活塞與該閥座之該相抵接合之後的進一步行程。
  7. 如請求項1所述之分配器，其中，當該活塞之一特徵結構與一止擋接合時，該活塞停止，該順應組件允許該致動器在該活塞與該止擋之該相抵接合之後的進一步行程。
  8. 如請求項1所述之分配器，其中，該順應組件具有一順應剛度，該順應組件經配置以使該順應剛度隨著該致動器與該活塞之間的相對運動而變化。
  9. 如請求項1所述之分配器，進一步包括一第一感測器以感測該致動器之一位置以及一第二感測器以感測該活塞之一位置。
  10. 如請求項9所述之分配器，進一步包括一控制器以用於控制該致動器，該控制器經配置以執行一前饋適應性常式， 該控制器進一步經配置以利用來自該感測器之感測器資料及該前饋適應性常式以控制該致動器之運動，以達成一所需之致動器運動輪廓。
  11. 如請求項1所述之分配器，進一步包括一感測器以感測該活塞之一位置。
  12. 如請求項11所述之分配器，進一步包括一控制器以用於控制該致動器，該控制器經配置以執行一前饋適應性常式，該控制器進一步經配置以利用來自該感測器之感測器資料及該前饋適應性常式以控制該致動器之運動，以達成一所需之致動器運動輪廓。
  13. 一種操作一分配器以將材料分配至一基板上之方法，該分配器包括一分配單元，該分配單元包括具有一腔室之一外殼、安置在該腔室內及可在該腔室內軸向移動之一活塞，及耦接至該外殼之一噴嘴，該噴嘴具有一孔口，該孔口與該外殼之該腔室共軸；及包括一致動器，該致動器耦接至該分配單元，該致動器包括一桿臂，該桿臂經配置以驅動該活塞之上下移動；該方法包括以下步驟：藉由一順應組件以在操作期間允許該致動器與該活塞之間的有限相對行程，該順應組件包括一撓性外殼，該撓性外殼固定至該致動器之該桿臂並耦接至該活塞，該順應組件與 該致動器分離，該順應組件經固定至該活塞及該致動器組件，以對應於該致動器而提供該活塞之往復軸向移動。
  14. 如請求項13所述之方法，其中，該致動器係一壓電致動器組件及一音圈馬達中之一者。
  15. 如請求項13所述之方法，其中，當該活塞之一尖端與一閥座接合時，該活塞停止，該方法進一步包括允許該致動器在該活塞與該閥座之該相抵接合之後的進一步行程。
  16. 如請求項13所述之方法，其中，當該活塞之一特徵結構與一止擋接合時，該活塞停止，該方法進一步包括允許該致動器在該活塞與該止擋之該相抵接合之後的進一步行程。
  17. 如請求項13所述之方法，該方法進一步包括使一順應剛度隨著該致動器與該活塞之間的相對運動而變化。
  18. 如請求項13所述之方法，該方法進一步包括感測該致動器之一位置以及感測該活塞之一位置。
  19. 如請求項18所述之方法，該方法進一步包括提供一前饋適應性常式以利用來自該感測器之感測器資料及該前饋適應性常式以控制該致動器之運動，以達成一所需之致動器運動輪廓，藉此來控制該致動器。
  20. 如請求項13所述之方法，該方法進一步包括感測該活塞之一位置。
  21. 如請求項20所述之方法，該方法進一步包括提供一前饋適應性常式以利用來自該感測器之感測器資料及該前饋適應性常式以控制該致動器之運動，以達成一所需之致動器運動輪廓，藉此來控制該致動器。
TW103104763A 2013-03-13 2014-02-13 將黏性材料分配於基板上之方法及設備 TWI639472B (zh)

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