CN106687223A - 用于分配器的阀座 - Google Patents

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Abstract

一种分配头包括界定内部腔室的外壳和形成于所述腔室中的入口。所述入口在来自材料源的压力下向所述腔室供应粘性材料。所述分配头进一步包括安置于所述腔室中的活塞，以及在所述腔室的下部端紧固到所述外壳的喷嘴。所述喷嘴具有在与所述腔室同轴的方向上延伸的孔口，其中所述外壳和所述喷嘴中的一个界定所述腔室的底部壁。所述分配头进一步包括设置于所述腔室的所述底部壁上的阀座。所述阀座包括具有阀座表面的主体，所述阀座表面安置于所述腔室的所述底部壁的上方，其中所述主体具有与所述喷嘴的所述孔口同轴的开口，以使粘性材料在分配操作期间能够流过所述阀座表面。

Description

用于分配器的阀座
本公开的背景技术
1.技术领域
本发明大体涉及用于在基板(例如印刷电路板)上分配粘性材料的方法和设备，且更明确地说，涉及一种能够在基板上分配少量粘性材料的喷射器型分配器。
2.背景技术
存在用于分配用于多种应用的计量的量的液体或糊剂的若干类型的现有技术的分配***或分配器。一个此类应用为将集成电路芯片和其他电子部件组装到电路板基板上。在该应用中，自动化的分配***用于在电路板上分配点状的液体环氧树脂或焊膏或某一其他有关的材料。自动化的分配***还用于分配线状的底部填充材料和密封剂，其将部件机械地紧固到电路板。底部填充材料和密封剂用以改善组件的机械和环境特性。
此类分配***的另一应用为将非常小的量或点分配到电路板上。在能够分配点状材料的一个***中，分配器单元利用具有螺旋凹槽的旋转螺旋钻迫使材料离开喷嘴并到达电路板上。一个此***公开于美国专利第5,819,983号中，其名称为《具有密封螺旋钻螺丝的液体分配***和用于分配的方法(LIQUID DISPENSING SYSTEM WITH SEALING AUGERINGSCREW AND METHOD FOR DISPENSING)》，该专利由马萨诸塞州富兰克林Speedl ine技术有限公司拥有，所属公司为本公开的受让人的子公司。
在自动化分配器的领域中还已知将点状粘性材料朝向电路板发射。此类***有时被称作“喷射器”型***。在此喷射器型***中，微小的、不连续量的粘性材料在充分的惯性下从喷嘴喷出，以使得材料能够在接触电路板前从喷嘴分离。如上所论述，在螺旋钻型应用或其他现有的传统分配***中，有必要用点状材料润湿电路板，以使得材料能够粘附到电路板，从而使得当拉开分配器时，所述点状材料将从喷嘴释放。当喷出时，所述点可在不润湿的情况下沉积于基板上作为离散点的图案，或替代地，所述点可充分靠近彼此地放置以使得它们合并成或多或少的连续图案。此类***的实例公开于美国专利第7,980,197号中，其名称为《用于将粘性材料分配基板上的方法和设备(METHOD AND APPARATUS FORDISPENSING A VISCOUS MATERIAL ON A SUBSTRATE)》，该专利由为本公开的受让人的伊利诺斯州格伦维尤的伊利诺斯工具制品有限公司拥有。
图1示出了众所周知的喷射器型分配头的构造，其大体上以10表示。如图所示，分配头10包括具有腔室14的外壳12。通过设置于外壳12的顶部附近的供应入口16将粘性材料引入到腔室14内。喷嘴18设置于腔室14的底部，其中以传统方式通过喷嘴分配粘性材料。分配头10进一步包括往复活塞或阀20，所述往复活塞或阀20被配置成接合阀座22，所述阀座设置于在喷嘴18上方的腔室14的底部。所述布置使得活塞20一旦接合阀座22，通过喷嘴18喷出大量粘性材料。
图2示出了往复活塞20的端部在阀座22上的接触点。与喷射器型***相关联的一个劣势在于，难以控制在围绕阀座22的空间中的腔室14内的压力。如在图2中所示，阀座22形成于外壳12的底部壁24中。该构造促使压力集中在阀座22周围的空间中，并且结果是，当活塞20接合阀座时，粘性材料冲进阀座的孔口中。在阀座22周围的压力的这种积累负面地影响了在分配时控制分配头10的可重复性的能力。
发明内容
本公开的一个方面涉及一种分配器的分配头，其被配置成在基板上分配材料。在一个实施例中，所述分配头包括界定内部腔室的外壳和形成于所述腔室中的入口。所述入口被配置成在来自材料源的压力下向所述腔室供应粘性材料。所述分配头进一步包括安置于所述腔室中且在所述腔室内可轴向移动的活塞，以及在所述腔室的下部端紧固到所述外壳的喷嘴。所述喷嘴具有在与所述腔室同轴的方向上延伸的孔口，其中所述外壳和所述喷嘴中的一个界定所述腔室的底部壁。所述分配头进一步包括设置于所述腔室的所述底部壁上的阀座。所述阀座包括具有阀座表面的主体，所述阀座表面安置于所述腔室的所述底部壁的上方，其中所述主体具有与所述喷嘴的所述孔口同轴的开口以使得粘性材料在分配操作期间能够流过所述阀座表面。
所述分配头的实施例进一步可包括将所述阀座表面成形为对应于所述活塞的下部端的形状。所述阀座表面在形状上可为拱形。所述阀座表面可包括大约1.2mm的直径。所述阀座的所述开口可在直径上为大约0.20mm。在一个实施例中，所述底部壁可为所述外壳的部分，且所述阀座为所述外壳的部分。在另一实施例中，所述底部壁为所述喷嘴的部分，且所述阀座为所述喷嘴的部分。在所述腔室内的粘性材料可在15psi或以上下且具体地说在15到35psi之间加压。所述阀座表面可安置于所述底部壁上方大于1mm的距离处。
附图说明
为了更好地理解本公开，对被以引用的方式并入本文中的图进行参看，且其中：
图1为现有设计的喷射器型分配头的示意性横截面图；
图2为图1中所示的分配头的放大横截面图；
图3为具有本公开的实施例的阀座的分配头的示意性横截面图；
图4为图3中所示的分配头的放大横截面图；
图5为阀座的放大横截面图；
图6为阀座的放大俯视平面图；以及
图7为具有本公开的另一实施例的阀座的分配头的示意性横截面图。
具体实施方式
仅为了说明的目的，且并不限制一般性，现将参看附图详细描述本公开。本公开在其应用上不限于在以下描述中阐述或在图式中说明的构造的细节和部件的布置。本公开能够有其他实施例，且能够以各种方式实践或进行。并且，本文中使用的措辞和术语是为了描述的目的，且不应被视为限制性。“包括(including、comprising)”、“具有”、“含有”、“涉及”及其在本文中的变体等的使用意味着包括其后所列出的项目及其等效物，以及额外的项目。
在典型的应用中，使用分配器将粘性材料(例如，粘合剂、密封剂、环氧树脂、焊膏、底部填充材料等)或半粘性材料(例如，焊剂等)分配到电子基板(例如，印刷电路板或半导体晶片)上。分配器可替代地用于其他应用中，例如，用于涂覆汽车垫圈材料，或用于某些医疗应用中。应理解，如本文中使用的对粘性或半粘性材料的引用是示例性的且旨在是非限制性的。分配器可包括一个或多个分配单元或头以及控制器以控制分配器的操作。
分配器还可包括：框架，其具有用于支撑基板的基底或支撑件；分配头台架，其可移动地连接到框架，用于支撑且移动分配头；以及重量测量装置或称重秤，用于对粘性材料的分配的量称重，例如，作为校准程序的部分，且将重量数据提供到控制器。传送***或其他转移机构(例如，步进梁)可用于分配器中以控制将基板装载到分配器和从分配器卸载基板。可使用电动机在控制器的控制下移动台架，以将分配头定位于基板上方的预定位置处。分配器可包括连接到控制器的显示器单元，用于对操作员显示各种信息。可存在用于控制分配头的任选第二控制器。
在如上所述，在执行分配操作前，基板(例如，印刷电路板)必须被对准或以其他方式与分配***的分配器对齐。分配器进一步包括视觉***，其连接到视觉***台架，该视觉***台架可移动地连接到框架用于支撑和移动视觉***。虽然视觉***台架与分配头台架分开示出，但是视觉***台架可利用与分配头相同的台架***。如所描述，视觉***用以验证基板上的陆标(被称为基准或其他特征和部件)的位置。一旦定位，控制器可被编程以操纵分配头中的一个或两个的移动，以将材料分配于电子基板上。
本公开的***和方法涉及分配头的构造。本文中提供的描述***和方法参考示例性电子基板(例如，印刷电路板)，所述电子基板被支撑于分配器的支撑件上。在一个实施例中，分配操作由控制器控制，所述控制器可包括被配置成控制材料分配器的计算机***。在另一实施例中，控制器可由操作员操纵。
本公开的实施例涉及一种具有阀座的分配头，所述阀座具有从分配头的腔室的最低表面抬高的接触点。阀座相对于腔室的底壁的抬高使得在每活塞冲程中实现少量的材料的分配，这是因为粘性材料的压力集中(pressure concentration)远离阀座和活塞移动。在分配头的腔室内的抬高的阀座提高了以下分配能力：分配高重量粘性材料(例如，具有1.000mg或更大的材料)、或每活塞冲程的量或低重量(例如，具有0.010到1.000mg的材料)、或超低重量(例如，低于0.010mg的材料)或每活塞冲程的量。在分配头的腔室内的抬高的阀座也使得分配缺陷最小化或消除分配缺陷。
参看附图，且更明确地说，参看图3，本公开的一个实施例的分配头大体以100表示。如图所示，分配头100包括大体以102表示的外壳，所述外壳被设计成容纳分配头的工作部件。在一个实施例中，外壳102具有圆柱形壁104、界定外壳的顶部端的顶部壁106和界定外壳的底部端的底部壁108。外壳102的圆柱形壁104、顶部壁106和底部壁108一起界定与粘性材料供应器112流体连通的内部腔室110，粘性材料供应器112被配置成容纳粘性材料，例如焊膏。在一个实施例中，粘性材料通过在外壳的圆柱形壁的顶部附近的形成于外壳102的圆柱形壁104中的供应入口114被引入到腔室110。供应入口114与粘性材料的供应器112流体连通，所述供应器112可为被配置成在压力下将粘性材料供应到腔室110的粘性材料的供应筒。
在图3中所示的实施例中，分配头100进一步包括安装于外壳102的底部壁108上的喷嘴116。喷嘴116包括沿着由图3中的轴线A标识的垂直轴线延伸的孔口118，其中孔口经由形成于外壳的底部壁108中的同轴开口120与外壳102的腔室110流体连通。该布置使得通过喷嘴116的孔口118分配粘性材料，以在分配操作期间在基板上喷射粘性材料。可更换喷嘴116以根据期望的应用改变喷嘴的孔口118的直径，这又可改变在分配操作期间在基板上的从分配头100的喷嘴喷射的液滴的大小。
分配头100进一步包括安置于外壳的腔室110内的往复活塞或阀122。活塞122包括合适地连接到致动器的上部端124，致动器被配置成驱动活塞在腔室110内的上下移动。在一个实施例中，控制器控制致动器的操作以控制活塞122在腔室110内的往复移动。活塞122进一步包括下部端126，下部端126被配置成与大体以128表示的阀座匹配，在所示的实施例中，阀座128设置于腔室110的底部壁108上。该布置使得，活塞122一旦接合阀座128，即通过喷嘴116的孔口118喷射大量粘性材料。如将随着对分配头100的描述继续进行而变得显而易见，阀座128被设计成使得活塞122的下部端126与阀座之间的接触点相对于腔室110的底部壁108抬高。阀座128在腔室110的底部壁108上方的定位增强了分配头100在每活塞冲程中分配少量材料的能力，这是因为粘性材料的压力集中远离阀座和活塞122移动。
参看图4，阀座128示于分配头100的外壳102的底部壁108上。在一个实施例中，阀座128可与外壳102的底部壁108一体形成。在该实施例中，阀座128与外壳102的底部壁108一起从原料(例如，不锈钢)机械加工而成。在另一实施例中，可将阀座128紧固(例如，焊接)到外壳102的底部壁108。在所示的实施例中，阀座128包括具有阀座表面132的主体130，所述阀座表面132安置于外壳的底部壁上方且面对活塞122的下部端126。阀座表面132的轮廓被形成为与活塞122的下部端126匹配。
主体130进一步具有与喷嘴116的孔口118和底部壁108的开口120同轴的开口134，以使得粘性材料能够在分配操作期间流过阀座主体130的阀座表面132。在所示的实施例中，开口134在直径上为大约0.20mm。外壳102的底部壁108的开口120的尺寸可被选择以匹配阀座主体130的开口134。应理解，阀座的开口134和外壳102的底部壁108的开口120的直径可被选择以与喷嘴116的孔口118的直径合作，使得足够量的粘性材料进入孔口。应进一步理解，典型的喷嘴布置将提供具有比底部壁和阀座的开口120、134小的孔口的喷嘴。
图5和图6示出了本公开的实施例的示例性阀座128。如图所示，阀座128的主体130包括基底部分136和阀座部分138，基底部分136被配置成置于外壳102的底部壁108上，阀座表面132机械加工于阀座部分138上。阀座主体130的基底部分136包括紧固到分配头100的外壳102的底部壁108的底部表面140。如上所论述，阀座主体130的基底部分136可通过任何已知的方法合适地紧固到外壳102的底部壁108。阀座主体138可以由能够在操作期间经受活塞122的重复接合的合适材料制造。在一个实施例中，阀座主体130可由不锈钢制造。
如在图4中最佳地展示，阀座表面132被成形为对应于活塞122的下部端126的形状。在所示的实施例中，活塞122的下部端126在形状上为拱形，由此也使阀座表面132在形状上为拱形。在一个示例性实施例中，阀座表面132具有大约1.2mm的直径。阀座主体130经成形使得将阀座表面132安置于底部壁108的顶部表面142上方大于1mm的距离处。在所示的实施例中，将阀座表面132安置于底部壁108的顶部表面142上方1.44mm的距离和在阀座主体130的基底部分136的顶部表面144上方0.64mm处。阀座部分138包括倒棱(chamfered)边缘以隔离阀座表面132。用于阀座128的前述尺寸只是示例性，且可取决于特定应用而变化。
参看图7，本公开的另一实施例的分配头大体以150表示。分配头150的部件大体类似于分配头100，除了底部壁的构造和分配头150的喷嘴之外。在图7所示的实施例中，分配头150的外壳102包括大体以152表示的底部壁，底部壁152一体形成以包括底部壁部分154、喷嘴部分156和阀座部分158。如图所示，喷嘴部分156包括孔口160，孔口160经由形成于底部壁部分154和阀座部分158中的同轴开口162而与外壳102的腔室110流体连通。在一个实施例中，形成于底部壁部分154和阀座部分158中的开口162的直径(例如，大约0.20mm)大于喷嘴部分156的孔口160的直径。喷嘴部分156的孔口160可被选择为在分配操作期间沉积于基板上的期望量的材料。
如同分配头100，分配头150的活塞122的下部端126被配置成与阀座部分158的阀座表面164匹配。如图所示，阀座表面164相对于底部壁部分154抬高，使得活塞122的下部端126与阀座表面之间的接触点相对于腔室110的底部壁部分抬高。在所示的实施例中，底部壁部分154、喷嘴部分156和阀座部分158一体形成为单件。在该实施例中，底部壁152被机械加工以从原料(例如，不锈钢)产生底部壁部分154、喷嘴部分156和阀座部分158。
应观测到，本公开的实施例的阀座设计使得分配头能够在更大的压力下操作。根据被分配的材料的粘性，典型的分配头在相对低的压力(例如，1到10psi)下操作。然而，通过本公开的阀座设计，分配头被配置成在15psi或以上下对腔室内的粘性材料加压，取决于材料的粘性。更具体地，分配头可在15到35psi的腔室压力下操作，同样取决于被分配的材料的粘性。
由此已经描述了本公开的至少一个实施例，本领域技术人员将容易想到各种替代、修改和改善。此类替代、修改和改善旨在在本公开的范围和精神内。因此，前述描述仅仅是示例性的，且并不希望为限制性。限制仅在随附权利要求和其等效内容中被限定。
权利要求书：

Claims (12)

1.一种分配器的分配头，其被配置成在基板上分配材料，所述分配头包括：
外壳，所述外壳界定内部腔室；
入口，所述入口形成于所述腔室中，所述入口被配置成在来自材料源的压力下向所述腔室供应粘性材料；
活塞，所述活塞安置于所述腔室中且在所述腔室内可轴向移动；
喷嘴，所述喷嘴在所述腔室的下部端处紧固到所述外壳，所述喷嘴具有在与所述腔室同轴的方向上延伸的孔口，所述外壳和所述喷嘴中的一个界定所述腔室的底部壁；以及
阀座，所述阀座设置于所述腔室的所述底部壁上，所述阀座包括具有阀座表面的主体，所述阀座表面安置于所述腔室的所述底部壁的上方，所述主体具有与所述喷嘴的所述孔口同轴的开口以使得粘性材料在分配操作期间能够流过所述阀座表面。
2.根据权利要求1所述的分配头，其中所述阀座表面被成形为对应于所述活塞的下部端的形状。
3.根据权利要求1所述的分配头，其中所述阀座表面的形状为拱形。
4.根据权利要求3所述的分配头，其中所述阀座表面包括大约1.2mm的直径。
5.根据权利要求4所述的分配头，其中所述阀座的所述开口的直径为大约0.20mm。
6.根据权利要求1所述的分配头，其中所述底部壁为所述外壳的部分。
7.根据权利要求6所述的分配头，其中所述阀座为所述外壳的部分。
8.根据权利要求1所述的分配头，其中所述底部壁为所述喷嘴的部分。
9.根据权利要求8所述的分配头，其中所述阀座为所述喷嘴的部分。
10.根据权利要求1所述的分配头，其中在所述腔室内的粘性材料在15psi或以上下加压。
11.根据权利要求1所述的分配头，其中在所述腔室内的粘性材料在15到35psi下加压。
12.根据权利要求1所述的分配头，其中所述阀座表面安置于所述底部壁上方大于1mm的距离处。
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