TWI453069B - 於基材上分散黏性材料之方法及設備 - Google Patents

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Description

於基材上分散黏性材料之方法及設備
本發明大體來說係有關於在基材上分散黏性材料之方法及設備，例如印刷電路板，並且更明確地說，本發明係有關於在不潤濕基材下於基材上分散材料的方法及設備。
有數種可於若干應用中用以分散已定量液體或膏體的先前技藝分散系統類型。其中一種此類應用是積體電路晶片和其他電子零組件在電路板基材上的組裝。在此應用中，利用自動分散系統來分散液態環氧化物、焊料或某些其他相關材料的材料滴(dot)至電路板上。也用自動分散系統來分散底部填充材料(underfill material)和封裝材料(encapsulents)線，以將零組件機械性地固定在電路板上。底部填充材料和封裝材料係用來改善該組件的機械及環境特性。
另一種應用是將非常微小量或滴的材料分散至電路板上。在能夠分散材料滴的一系統中，一分散單元利用擁有螺旋形溝槽的旋轉鑽頭來迫使材料離開噴嘴並分配至電路板上。其中一種此類系統在標題為「擁有密封鑽頭螺桿之液體分散系統及分散方法」的美國專利第5,819,983號中揭示，其係本發明之受讓者麻塞諸塞州富蘭克林市的Speedline Technologies公司所擁有。
在使用鑽頭式分散器的典型操作中，該分散單元係在分散材料滴或材料線至電路板上之前，先朝該電路板表面下降，並在分散材料滴或材料線之後升起。使用此類型的分散器，可高準確度地放置微量且精確量的材料。在與該電路板垂直的方向上降低及升高該分散單元，通常稱為z軸移動，其所需的時間可能會增加執行分散操作所需的時間。明確地說，利用鑽頭式分散器，在分散材料滴或材料線之前，降低該分散單元以使材料接觸或「潤濕」該電路板。此潤濕程序增加執行該分散操作的額外時間。
在自動化分散器領域中也知道使用”噴射”將黏性材料滴射向電路板。在此類噴射系統中，以足夠的慣性從噴嘴將微量且不連續的黏性材料量噴射出，以使材料在接觸電路板之前，先離開該噴嘴。如上所述，利用鑽頭式應用或其他先前的非噴射系統，必須在噴嘴釋出材料滴之前，先以該材料滴潤濕該電路板。利用噴射，該等材料滴可能會以由不連續材料滴的圖案沉積在無潤濕的基材上，或者該等材料滴可能彼此足夠靠近而結合為大體上連續的圖案。
已知噴射系統的其一優勢在於當分散時，其對噴嘴至電路板間的距離變異相對較不敏感。在大部分情況下，噴嘴能夠朝電路板分散複數個材料滴，而不需要執行朝向或遠離電路板的z軸移動。但是，噴射系統的重大缺點在於其僅限於能分散每一個皆擁有固定尺寸的小材料滴。若需要較大的材料滴，典型的噴射系統會在相同位置分散多個單獨材料滴，從而共同提供足夠的材料而產生較大材料滴。或者，該噴射系統可配置改用較大噴嘴，以分配出較大的材料滴。若需要較小材料滴，該噴射系統可使用較小噴嘴。重新配置噴嘴是欲避免的程序，因為通常必須關閉該分散器來執行此動作，這會對具有該分散器的生產線產能造成負面衝擊。
此外，在典型噴射系統中，所沉積的材料量必是單一材料滴之材料量的總合，因為，如上所述，典型的噴射系統無法在無須大幅調整就能改變材料滴尺寸的能力。此限制通常是由界定材料滴尺寸之固定噴嘴口尺寸所造成。
已知擁有可變分散量尺寸的噴射型分散系統。但是，這些系統的其一缺點是難以控制黏性材料流經噴嘴。明確地說，黏性材料在噴嘴入口處或在遮斷閥(shut－off valve)之前的壓力通常保持相對穩定。欲分散材料之黏性上的變異和因為溫度改變或材料老化造成的變異，會導致例如在輸出流速上產生不利的變化，而造成無法控制待分配材料的量。
本發明一態樣係有關於一種在基材上分散一黏性材料量的分散器。該分散器包含一框架、一與該框架連結的升降系統(gantry system)以及一與該升降系統連結的分散器單元。在一特定實施例中，該分散器單元包含一外罩與一活塞，該外罩擁有一腔室，及該活塞設置在該腔室內。該活塞係經配置以在該腔室內的一預分散位置和一分散位置之間移動。一馬達與該活塞連結，以驅動該活塞在該腔室內移動。一噴嘴與該外罩連結。該噴嘴有一分散道(dispensing bore)，配置用以在其內容納該活塞。一控制裝置與該馬達連結，以控制該馬達的運作。該設置使得從該分散道分散出的黏性材料量，實質上與移動該活塞至分散位置時進入該分散道中的活塞體積相等。
本發明另一態樣係針對在基材上分散黏性材料之分散器。該分散器包含一框架、一與該框架連結的升降系統以及一與該升降系統連結的分散器單元。該分散器單元包含一擁有一腔室的外罩、一設置在該腔室內的活塞筒以及一活塞，該活塞設置在該活塞筒內。該活塞係經配置以在該腔室內的一預分散位置和一分散位置之間移動。一噴嘴與該外罩連結，並且該噴嘴擁有一分散道。一馬達與該活塞連結，以驅動該活塞在該活塞筒內移動。一控制裝置與該馬達連結，以控制該馬達的運作。
本發明又一態樣係針對在基材上分散黏性材料之分散器。該分散器包含一框架、一與該框架連結的升降系統以及一與該升降系統連結的分散器單元。在一實施例中，該分散器單元包含一擁有一腔室的外罩、一開口形成在該外罩內以將黏性材料傳送至該腔室，以及一活塞設置在該腔室內。該活塞係經配置以在該腔室內從一回縮的預分散位置移動至一延伸的分散位置。一馬達與該活塞連結，以驅動該活塞在在該腔室內的回縮和延伸位置之間移動。一噴嘴與該外罩連結，該噴嘴擁有一分散道。一控制裝置與該馬達連結，以控制該馬達的運作。該設置使該活塞得以從回縮位置移動至延伸位置，在該回縮位置中，黏性材料可透過該開口傳送至該腔室；在延伸位置中，該活塞朝向該噴嘴的分散道移動以阻斷黏性材料流進入該分散道。
本發明另一態樣係針對一種從分散器分散黏性材料的方法，該分散器的類型係擁有一腔室、一開口以傳送黏性材料至該腔室、一與該腔室流體連通的分散道、以及可在該分散道內移動的活塞。該方法包含：以遠離該分散道的方向移動該活塞、透過該開口輸送黏性材料至該腔室、以朝向該分散道的方向移動該活塞、藉由該活塞朝向該分散道移動時以該活塞阻斷該開口來切斷黏性材料的輸送，以及射出一黏性材料量。
本發明又另一態樣提出一種以分散器分散黏性材料的方法，該分散器種類係具有一腔室、一開口以傳送黏性材料至該腔室、一與該腔室流體連通的分散道，以及可在該分散道內移動的活塞。該方法包含：以遠離該分散道的方向移動該活塞、透過該開口輸送黏性材料至該腔室、以朝向該分散道的方向移動該活塞；以及射出實質上與移動進入該分散道內之活塞體積相等的黏性材料量。
本發明更有一態樣係有關於一種由一分散器分散黏性材料的方法，該分散器的種類係具有一腔室、一開口以輸送黏性材料至該腔室、一內部形成有一延伸道的活塞筒且該活塞筒設置在該腔室內、一與該腔室和該活塞筒之延伸道流體連通的分散道，以及設置在該活塞筒的延伸道內且配置用以進入該分散道以分散一黏性材料量的活塞。該方法包含：選擇欲設置在該腔室內之活塞筒、選擇欲設置在該活塞筒之延伸道內的活塞、以遠離該分散道的方向移動該活塞、透過該開口輸送黏性材料至該腔室、以朝向該分散道的方向移動該活塞，以及射出一黏性材料量。
在檢視過如下圖式、詳細內容說明及申請專利範圍後，可對本發明有更加完整的了解。
僅為了例示目的，而非限制其整體，現在將參考附圖詳細描述本發明。本發明的應用並不受限於如下所提出或在該等圖式中所示出的零組件之結構和配置。本發明能夠擁有其他實施例，並且能以多種方式實施或執行。此外，在此所使用之措辭和術語係為了說明，而不應理解為限制。在此使用之「包含」、「含有」、「擁有」、「容納」、「牽涉」及其類似語意指包含該用語後方所列示的物件和該等物件的等效物，以及其他附加物件。
本發明實施例係針對分散單元、分散方法以及包含本發明方法和設備的分散系統。本發明實施例可與本發明之受讓者麻塞諸塞州富蘭克林市的Speedline Technologies公司所提供商標名為CAMALOT的分散系統並用。
第1圖示出根據本發明一實施例之分散器，大體上以元件符號10來表示之，其係用來分散黏性材料(例如，膠黏劑、封裝材料、環氧化物、焊膏、底部填充材料等)或半黏性材料(例如，焊料等)至印刷電路板12上。該分散器10包含大體上以元件符號14來表示的分散單元或分散頭以及控制器16。該分散器10也包含框架18，其擁有基座20與手臂22，該基座20用以支撐該電路板12，以及手臂22用以支撐該分散單元14。如印刷電路板製造技藝中熟知者，可在該分散器10內使用輸送系統(未示出)以控制將電路板載入及載出該分散器的動作。該手臂22與該框架18以可移動的方式相連結。可利用受該控制器16控制的馬達在x軸、y軸和z軸方向上移動該手臂22，以將該分散單元安置在該電路板上方的預定位置以及高度上，若需要的話。
在一實施例中，如下所述般，該分散器10建構成可在每一次沉積時以受控制的體積流速來提供無針式分散。此外，在至少一實施例中，該分散單元14可在分散期間在該電路板12或其他基材上方橫向移動。另外，在實施例中，該分散器10係經控制以為正進行分散的材料提供足夠的速度，而使得分散終止時，材料會從該分散器射出，而不需要如先前技藝系統般需「潤濕」該電路板12。
現在參見第2圖，該分散單元14包含一分散組件24以及材料供應組件26，該材料供應組件26係固定在分散組件上並配置用以供應黏性材料至該分散組件。黏性材料的範例包含，但不限於，錫膏(solder pastes)、焊料、封裝材料、膠黏劑、底部填充材料和用來將電子零組件安裝在印刷電路板或類似基材上的任何其他材料。該材料供應組件26設計成用以容納受壓的黏性材料，並輸送加壓的黏性材料至該分散組件24。該分散組件24係經設計以透過受該控制器16控制的手臂22在基材(例如印刷電路板12)上於x和y方向移動，並且將黏性材料滴射在該基材上。
現在參見第2－6和8圖，在一實施例中，該分散組件24可配置成包含編碼器組件28、馬達組件30、分散器外罩32和噴嘴組件34。明確地說，該編碼器組件28包含編碼器外罩36、編碼器刻度計(encoder scale)38和位置編碼器40。該編碼器組件28的位置編碼器40會與該控制器16交流，以在分散器10操作期間提供該馬達組件30的位置之封閉迴路反饋。供應一具有移動式刻度計的編碼器可降低慣性(inertia)，並無需移動式編碼器頭和靜態刻度計通常所需的撓性線路。
在一實施例中，該馬達組件30係一音圈馬達，其配置成與該控制器16交流。該馬達組件30可包含由鐵磁材料製成的馬達外罩42、音圈44、磁鐵46、以及與該等磁鐵連結的驅動桿48。如所示，該編碼器外罩36和該馬達外罩42沿著A軸連結在一起。提供移動式磁鐵音圈馬達可免去傳統音圈馬達的撓性線路，而提供該音圈44和該馬達外罩42之間強化的熱連接，進而強化該馬達組件30的散熱。
該配置使得該音圈44設置在該等磁鐵46和該鐵磁馬達外罩42之間，以驅動該驅動桿48在該分散器組件26內上下移動。該位置編碼器40經定位，以在該驅動桿於該馬達外罩42內上下移動時，感應該驅動桿48的位置。該控制器16可配置有一驅動器(未示出)，其與該馬達組件30和該編碼器組件28交流。此配置阻礙換向(commutation)並最小化磁鐵頓轉(magnetic cogging)，而對該馬達有較佳的控制。
該分散器外罩32，其延著A軸與該馬達外罩42連結，且經配置以界定出腔室50(見第3－8圖)，該驅動桿48的下端可移動通過該腔室50。與該驅動桿48下端連結的是活塞驅動軛54，其伸進該分散器外罩.32的腔室50內。如由第8圖最佳示出者，一狹縫(未示出)形成在該活塞驅動軛54內，以容納一準直銷55，其確保該驅動軛和活塞接合器的對準。該準直銷55也提供確保該光學位置編碼器刻度計38正確準直的工具，其控制該活塞的位置。以下描述分散單元14時會提出對於該活塞驅動軛54更詳細的解釋。
該噴嘴組件34可包含噴嘴外罩56，該外罩56以連接螺桿58固定在該分散器外罩32上。該噴嘴外罩56可配置成包含一圓柱狀腔室60，該腔室60配置用以容納活塞筒圓柱62和活塞64，該活塞64擁有一上端及一具有平坦表面70之下端。該活塞64配置以被容納在形成於該活塞筒圓柱62中的延伸道72內，並可滑動地沿著A軸移動。在一實施例中，該活塞64的直徑介於0.020英吋至0.062英吋之間，較佳直徑是0.032英吋。該活塞筒圓柱62的延伸道72經訂製以在其內容納該活塞64，而使該活塞可在該延伸道內滑動。
密封螺帽74和適合的密封件76、78在該圓柱狀腔室60內將該活塞筒圓柱62的上部固定在該噴嘴外罩56上。可在該密封螺帽74上方設置一彈性材料件(compliant material)79以提供彈力，而在該活塞64完成其下行衝程時快速地減速。此配置使該分散器10可安靜地運作。該活塞筒圓柱62的下部係利用該噴嘴組件34的針狀螺帽80來加以固定，其會在下方更詳細描述。該圓柱狀腔室60界定出一小的分散腔，該分散腔與進料管84流體連通，其係適於容納來自該材料供應組件26的材料。如所示，該進料管84係利用入口配接件86以可卸除的方式固定在該噴嘴外罩56上。如下方更詳細描述者，該黏性材料輸送至該圓柱狀腔室60，而至該加壓的小分散腔。
如在第7圖中最佳示出者，該噴嘴組件34更包含一孔洞組件88，其設計用以利用該針狀螺帽80可穿透地固定在該噴嘴外罩56的下部。明確地說，該孔洞組件88包含一孔洞***件90、一配置用來容納該孔洞***件的孔洞接合器92以及該針狀螺帽80，其係經配置以利用該針狀螺帽80以穿透的方式連結整個孔洞組件至該噴嘴外罩56上。如所示，該孔洞***件90通常是圓柱狀構件，擁有錐狀表面94且內部形成有一小直徑通道96，例如0.005英吋的直徑。在一實施例中，該孔洞***件90可由堅硬材料製成，例如合成藍寶石。
該配置使得黏性材料從該小直徑通道96射出至基材上，例如電路板12。該孔洞接合器92，在一實施例中，係兩部分構造，其擁有一其內形成有凹槽100的下半部分98，該凹槽100的尺寸設計成用以容納該孔洞***件90。可以鍛造連接將該孔洞***件90固定在該孔洞接合器92之下半部分98的凹槽100內。該孔洞接合器92與該活塞筒圓柱62的下表面102交流。該活塞筒圓柱62內部更包含一分散道104，其與該圓柱狀腔室60流體連通。該分散道104的尺寸經訂製以在執行分散衝程時，能容納該活塞64的下半部分，如第7圖所示。如所示，不需要調整該孔洞分散道96的位置，因為該孔洞***件90被該孔洞接合器92和該針狀螺帽80機械性限制住了。在一特定實施例中，該噴嘴組件34可以一完整組件提供給該分散器10的末端使用者，以輔助清潔該噴嘴組件。明確地說，可藉由旋開該針狀螺帽80將舊的噴嘴組件從該分散器10的分散單元14完全移除，並換上新的(乾淨的)噴嘴組件。
再次參見第3－6圖，特別是第3和4圖，在一特定實施例中，該活塞64的上部包含一擴大頭部106，該擴大頭部106會被該馬達組件30的活塞驅動軛54抓住並固定。因此，該配置使該馬達組件30可藉由移動該驅動桿48，而驅動該活塞64在該腔室50內上下運動。該活塞64配置用以在回縮的預分散位置(第5圖)和延伸的分散位置(第6圖)之間往復移動。該分散單元14所分散出的黏性材料量，實質上與該活塞朝該孔洞***件90行進時該活塞64進入該分散道104(第7圖)內的體積相等。當該活塞下部降至該分散道104內時，該活塞64的平坦端70輔助切斷包含在該分散道104內的流體填充微粒，因此阻斷入口通道122。
在所示實施例中，該材料供應組件26包含一材料供應匣或容器108、進料管84以及一安裝組件。如所示，該安裝組件包含一安裝座110和一安裝桿112。安裝桿112操作一凸輪鎖(cam－lock)以將該分散單元固定在該手臂22上，其配置用以將材料供應匣108連結至該分散組件24。該進料管84利用出口配接件114連結至該材料供應匣108，其以一角度來連接該材料供應匣與該分散組件24的噴嘴外罩56，且依賴重力來輔助黏性材料流入該腔室50。提供上蓋116來封閉該材料供應匣108上端。該上蓋116配置有一空氣壓力入口118，其供應加壓空氣至該材料供應匣，以對容納在該材料供應匣內的黏性材料施壓。該加壓黏性材料從該材料供應匣108流至該進料管84，而流至該分散組件24的腔室50。可提供材料液位感應器120，其與該控制器16連結，以監控容納在該材料供應匣108內的材料液位。
黏性材料從進料管84流至該腔室50，因此黏性材料係在受壓下位在界定出該圓柱狀腔室60之該噴嘴外罩56內壁和該活塞筒圓柱62外壁之間。如第5和6圖最佳示出者，黏性材料經由形成在該活塞筒圓柱62內的兩個狹縫122進入該分散道104。該配置使該活塞64處於回縮位置時，其中該馬達組件30升起該活塞64，黏性材料進入形成在該活塞筒圓柱62內的延伸道72以及該分散道104。因此，當該活塞64朝向該孔洞***件90移動至延伸或分散位置時，其中該馬達組件30透過該驅動桿48降低該活塞64，在分散該分散道內的材料時，該活塞阻斷該等狹縫122和該分散道104之間的黏性材料交流。可在活塞筒圓柱62周圍提供套筒(未示出)，以選擇性放大或縮小該等狹縫122的尺寸，進而增加或減少進入該分散道104內的材料量。
在所示實施例中，該活塞筒圓柱62、該活塞64和該孔洞***件90係可移除且可更換，而得以改變該黏性材料滴的尺寸。例如，就較大的材料滴而言，可增加該活塞筒圓柱62、該活塞64、該小直徑通道104、和該孔洞嵌入件90內的分散道96的尺寸。相反地，就較小的材料滴而言，可以縮小這些尺寸。此外，因為一般而言，該分散組件24且特別是該噴嘴組件34很容易移除，包含該等密封件76、78在內的這些零組件可以快速且有效地移除以進行清潔和更換。
在操作該分散器10時，該活塞64在其回縮和延伸位置之間移動，以透過該孔洞嵌入件90的小直徑通道96從該孔洞接合器92的分散道104分散出材料滴。明確地說，並且參考第5和6圖，當該活塞64在其回縮位置時，黏性材料透過狹縫122從該圓柱狀腔室60進入該分散道104。當在該控制器16的操作下透過該馬達組件30的驅動桿48使活塞64移至延伸位置時，該活塞64藉由阻斷該活塞筒圓柱62的狹縫122來切斷黏性材料至該分散道104的供應。如上所述，當該活塞64進入該分散道104時，該活塞64的平坦端70切斷該分散道104內之分散腔室中所含的阻滯微粒(trapped particles)。該配置使得從該分散道104分散出的黏性材料量，實質上與進入該分散道之活塞體積相等。該活塞64的下行衝程受到該活塞頭部106的肩部124所限制，該肩部124與由設置在該密封螺帽74上之彈性材料件79所界定出的肩部126嚙合。因此，在分散材料滴時，該活塞64在該控制器16和該馬達組件30的控制下，以相對較快的速度進入該分散道104，並在該活塞64和該噴嘴組件56之密封螺帽74的肩部124、126嚙合時立即減速。該彈性材料79緩和此活塞64立即減速的衝擊。
在一實施例中，為了改變該分散單元14所分散的材料滴尺寸，可置換該活塞筒圓柱62、活塞64和孔洞***件90。明確地說，藉由旋開該針狀螺帽80，也一併移除容納在該針狀螺帽內的該孔洞***件90和該孔洞接合器92。一旦移除，該活塞筒圓柱62可從其在該密封螺帽74內的所在處移除。可用擁有不同直徑之通道72的另一個活塞筒圓柱來取代該活塞筒圓柱62。用直徑尺寸經過訂製而使該活塞可在該活塞筒圓柱62的通道72內滑動的另一個活塞取代該活塞64。此外，該孔洞***件90可置換，而擁有經訂製以與特定活塞筒圓柱62和活塞64並用的小直徑通道96和分散道104。如上所述，可以一取代噴嘴組件來置換整個噴嘴組件34，以改變該孔洞***件的小直徑通道之尺寸。
在另一實施例中，該分散單元14可配置有加熱器，以在材料從該分散單元射出時加熱該黏性材料。明確地說，提供該加熱器以降低材料的黏性，以便對材料從該分散單元的射出有更佳控制。
操作時，該分散單元(例如，分散單元14)係設置在該基材(例如印刷電路板12)上之標稱安全高度。此安全高度在整個分散操作期間，維持在該電路板上方一相對一致的高度處，雖然電路板的高度有差異，或電路板上表面平坦度的不規則可能造成安全高度的改變，但不會對黏性材料的分散造成不利影響。明確地說，該分散單元不需要在每一次分散操作結束時將該噴嘴在z軸方向上舉離該電路板。但是，為了配合電路板高度的變異和電路板平坦度的不規則性(或甚至避免障礙)，該分散器可經配置以進行z軸移動。
在本發明一實施例中，為了能將該分散單元的噴嘴高度維持在電路板上方之預期高度處，係提供在z軸方向上測量該分散器噴嘴在電路板上方高度的系統。在某些高度(或距離)測量系統中，使該測量系統和欲測量的表面(例如，包含印刷電路板等基材的表面)之間發生實體接觸。此種高度測量系統之一在標題為「測量分散系統內之基材高度之設備」的美國專利第6,093,251號中描述，其係讓渡予本發明之受讓人，並且在此藉由引用的方式併入本文中。明確地說，美國專利第6,093,251號描述一種測量探針，其可在一參考點和電路板上的一位置間延伸，以測量基材高度。
在其他高度測量系統中，合併雷射光源和光學感應系統以在不發生實體接觸下測量一物體的位置。非接觸式測量系統的其中一範例係由德國Ortenburg之Micro－Epsilon Messtechnik GmbH公司生產及販售。該光學感應系統可取代該測量探針。在本發明其他實施例中，可併入該高度測量系統，以輔助測量及補償電路板上表面垂直位置之變異。
使用上述高度測量系統，本發明之分散器能夠測量該噴嘴尖端在電路板上表面上方的距離或高度。維持噴嘴在基材上方的高度是用來控制該分散器操作最佳化之努力中的一要素。明確地說，該噴嘴在電路板上方的高度必須足夠，以確保材料會在噴嘴不會接觸電路板的情況下能從該噴嘴分散出。此外，該噴嘴的高度，若在電路板上方過高處，可能使材料潑灑在電路板上而造成不預期的衛星狀分散點。
一旦決定並校正該噴嘴在電路板上表面上方的高度，若需要的話，可連接上該分散單元，以分散黏性材料。可將預定的分散操作編程於該分散器的控制器中，其可構成用來將零組件安裝至印刷電路板上之設備線的一部分。明確地說，電路板上表面需要黏性材料的區域被編程於該控制器中。該分散器分散材料的快速度係藉由操控該馬達的運作和該噴嘴在電路板上方移動的速度來控制。該馬達運作的速度和所分散的材料之黏性是用來判定最佳所欲體積流速的因素，即，該馬達運作的速率。假設材料的分散並且該噴嘴缺少在電路板上方的z軸方向移動，該材料能夠被快速並有效率地分散而覆蓋該預定區域。
在分散期間，在啟動該分散操作之前或之後，取決於體積流速和材料的黏性，啟動材料的分散動作，並且使該分散器開始橫向移動(即，x軸和y軸)。材料的流速必須足夠，以克服該噴嘴內之材料的表面張力。一旦該區域覆蓋上預期的材料量，該分散操作即終止。該分散器從該噴嘴以足夠慣性射出材料，因此當該分散器停止材料流時，材料仍會從該針頭衝出。因此，可能必須持續移動該分散單元，即使在材料的分散步驟已經終止。如上所述，藉由操控該分散器的馬達之運作來改變分散該材料的體積流速，該材料離開該針頭時的速度以及因而衝撞電路板的速度可由該控制器來加以控制。若使用過低的體積流速，該脫出速度及該脫出慣性會不足以使材料乾淨俐落地從該噴嘴分離出。若使用過高的體積流速，則該材料會以太高速度衝撞電路板，而造成材料不預期地潑灑和衛星狀分散。此外，藉由改變該分散材料在該電路板上方x軸和y軸方向上的移動速度，可額外控制材料滴的有效直徑。
為了產生擁有均勻直徑和剖面的分散材料滴，本發明實施例可在開始輸送材料之前，展開該分散單元相對於電路板的橫向移動。同樣地，為了維持分散圖案終止時分散材料滴的均勻性，可在停止輸送材料之後，繼續使該分散單元橫向移動。取決於材料特性和應用之特定本質，此分散之前和之後的橫向移動可改善所形成的分散圖案。
測量所分散的黏性材料量之階段，可藉由監控分散操作期間所分散的材料體積流速來完成。根據本發明一實施例，該測量係利用測量分散材料的尺寸來達成。明確地說，利用離軸影像系統來測量分散至電路板上的材料高度和直徑。此種系統在標題為「分散器之影像和檢查系統及其方法」之美國專利申請案第10/831,468號中揭示，其係讓渡予本發明之受讓人，並且在此藉由引用的方式併入本文中。該影像系統可以是能夠定位的，以沿著光學軸取得電路板上表面的影像，而擷取到影像。明確地說，該系統判定所分散材料的性質(例如，分散材料的高度和直徑)。將所分散材料的性質與編程在該控制器中的可接受限定值做比較，並做出該電路板通過檢查或必須重製的決定。然後利用從此種影像系統取得的實訊來調整該分散製程的某些參數，以更精準地達到預期結果。
一經測量，可將所測得的量與所計算的分散材料量做比較，以判定該分散操作的精確性。明確地說，可計算出透過該分散噴嘴分散的材料體積流速，以建立一計算量。也可運用流量計來計算透過該噴嘴分散的材料量。雖然非必要，但可擷取影像以建立一測量量的階段，以幫助增進該分散操作的精確性，因為該測得量和該計算量之間的任何差異皆可由該控制器來校正。
因此，應觀察到本發明至少一實施例的分散器能夠在不需潤濕電路板下精確分散黏性材料。傳統分散器(例如，鑽頭式分散器)通常會在分散之前潤濕電路板。傳統的噴射系統雖然不需要潤濕，通常無法分散擁有可變量尺寸(quantity size)的材料。本發明實施例之分散器能夠擁有快速且容易置換的噴嘴組件，以改變分散在基材上的材料尺寸。此外，所提供的活塞和分散道之配置方式，更進一步改良沉積在基材上的材料量之精確度。
在此揭示之分散單元可應用在任何適合的分散器上。例如，可運用擁有不同材料供應配置或移動配置的分散單元。
文中已描述本發明之至少一實施例，依據實施例，熟知技藝者可輕易構思出各種改造、調整和改善。此類改造、調整和改善亦落在本發明範圍和精神內。據此，前面描述僅是作為範例，而非旨在限制。本發明之限制僅由如下申請專利範圍及其等效範圍所界定。
10．．．分散器
12．．．印刷電路板
14．．．分散單元
16．．．控制器
18．．．框架
20．．．基座
22．．．手臂
24．．．分散組件
26．．．材料供應組件
28．．．編碼器組件
30．．．馬達組件
32．．．分散器外罩
34．．．噴嘴組件
36．．．編碼器外罩
38．．．編碼器刻度計
40．．．位置編碼器
42．．．馬達外罩
44．．．音圈
46．．．磁鐵
48．．．驅動桿
50．．．腔室
54．．．活塞驅動軛
55．．．準直銷
56．．．噴嘴外罩
58．．．連接螺桿
60．．．圓柱狀腔室
62．．．活塞筒圓柱
64．．．活塞
70．．．平坦表面
72．．．延伸道
74．．．密封螺帽
76、78．．．密封件
79．．．彈性材料件
80．．．針狀螺帽
84．．．進料管
86．．．入口配接件
88．．．孔洞組件
90．．．孔洞***件
92．．．孔洞接合器
94．．．錐狀表面
96．．．通道
98．．．孔洞接合器下半部分
100．．．凹槽
102．．．活塞筒圓柱下表面
104．．．分散道
106．．．擴大頭部
108．．．材料供應匣
110．．．安裝座
112．．．安裝桿
114．．．出口配接件
116．．．上蓋
118．．．空氣壓力入口
120．．．液位感應器
122．．．入口通道
124、126．．．肩部
為了對本發明有更佳了解，可參考文中藉由引用方式併入的圖式，其中：第1圖係與本發明實施例並用之分散器的簡要圖；第2圖係本發明一實施例之分散單元的透視圖；第3圖係沿著第2圖所示之分散器單元的線3－3取得之剖面圖；第4圖係沿著第2圖所示之分散器單元的線4－4取得之剖面圖；第5圖係第3圖所示之分散器單元處於預分散位置時的噴嘴放大剖面圖；第6圖顯示處於分散位置時的噴嘴放大剖面圖；第7圖係第6圖噴嘴的孔洞組件之放大剖面圖；以及第8圖係文中所示之分散器單元的內部零組件分解透視圖。
14．．．分散單元
24．．．分散組件
26．．．材料供應組件
28．．．編碼器組件
30．．．馬達組件
32．．．分散器外罩
34．．．噴嘴組件
36．．．編碼器外罩
40．．．位置編碼器
42．．．馬達外罩
50．．．腔室
56．．．噴嘴外罩
58．．．連接螺桿
80．．．針狀螺帽
84．．．進料管
86．．．入口配接件
88．．．孔洞組件
108．．．材料供應匣
110．．．安裝座
112．．．安裝桿
114．．．出口配接件
116．．．上蓋
118．．．空氣壓力入口
120．．．液位感應器

Claims (33)

  1. 一種用以在一基材上分散一黏性材料量的分散器，該分散器包含：一框架；一升降系統，與該框架連結；一黏性材料供應器，與該框架連結；一分散器單元，其與該升降系統連結，該分散器單元包含：一外罩，其擁有一腔室；一活塞，設置在該腔室內；一馬達，與該活塞連結，以在該腔室內驅動該活塞移動；一分散道，配置該分散道以在其內接收該活塞，及該分散道與該黏性材料供應器流體連通，以及一噴嘴，與該外罩連結，該噴嘴有與該分散道同軸的一孔洞；以及一控制裝置，與該馬達連結，以控制該馬達的運作；其中配置該控制裝置以將該活塞自一預分散位置移動至一分散位置；於該預分散位置中，黏性材料傳至該分散道；於該分散位置中，該活塞進入該分散道，以當該活塞於該分散道內移動時，於該分散道內正排量(positively displace)黏性材料；其中配置該活塞及該分散道，使得從該分散道分散出來的黏性材料量實質上與當將該活塞自該 預分散位置移動至該分散位置時進入該分散道的該活塞體積相等。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之分散器，其中該外罩更包含形成在該外罩內的一表面，其中該馬達包含連結至該活塞的一連接器，該連接器包含一表面，配置該表面以與該外罩的該表面嚙合，以限制該活塞至其分散位置的該移動。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之分散器，其中該外罩包含設置在該腔室內的一活塞筒，該活塞筒具有可滑動容納該活塞的一內徑。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之分散器，其中該活塞筒的該內徑能容納該活塞的一直徑。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之分散器，其中該馬達包含一線性音圈馬達。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之分散器，其中該噴嘴包含一孔洞，該孔洞擁有與該分散道流體連通的一小直徑通道，該小直徑通道之直徑較該分散道之直徑小。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之分散器，其中該分散器單 元更包含形成在該外罩中的一開口，以輸送黏性材料至該分散道。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之分散器，其中該輸送黏性材料至該分散道係在該活塞移動至其分散位置時被該活塞阻斷。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之分散器，其中該活塞在毗鄰該分散道的一端處擁有一平坦端。
  10. 一種在一基材上分散一黏性材料之分散器，該分散器包含：一框架；一升降系統，與該框架連結；一分散器單元，與該升降系統連結，該分散器單元包含：一外罩，其擁有一腔室；一活塞筒，設置在該腔室內，該活塞筒具有形成於該活塞筒中的一分散道；一活塞，設置在該活塞筒的該分散道內，該活塞配置成在一預分散位置和一分散位置之間移動；於該預分散位置中，黏性材料傳至該分散道；於該分散位置中，該活塞於該分散道內正排量(positively displace)黏性材料； 其中配置該活塞筒及該活塞為選擇性地可置換的，以改變該分散道內的一直徑，一噴嘴，與該外罩連結，該噴嘴擁有與該分散道同軸的一孔洞；以及一馬達，與該活塞連結，以驅動該活塞在該活塞筒內的該移動；以及一控制裝置，與該馬達連結，以控制該馬達的運作，其中配置該控制裝置以將該活塞自一預分散位置移動至一分散位置；於該預分散位置中，黏性材料傳至該分散道；於該分散位置中，該活塞進入該分散道，以當該活塞於該分散道內移動時，於該分散道內正排量(positively displace)黏性材料；其中配置該活塞及該分散道，使得從該分散道分散出來的黏性材料量實質上與當將該活塞自該預分散位置移動至該分散位置時進入該分散道的該活塞體積相等。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之分散器，其中該外罩更包含形成在該外罩內的一表面，並且其中該馬達包含連結至該活塞的一連接器，該連接器包含一表面，配置該表面以與該外罩的該表面嚙合，以限制該活塞至該分散位置的該移動。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之分散器，其中該活塞筒擁有可滑動容納該活塞的一內徑。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之分散器，其中該活塞筒的該內徑可容納該活塞的一直徑。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之分散器，其中該馬達包含一線性音圈馬達。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之分散器，其中該噴嘴包含一孔洞，該孔洞擁有與該分散道流體連通的一小直徑通道，該小直徑通道之直徑較該分散道之直徑小。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之分散器，其中該分散器單元更包含一黏性材料供應容器，配置該黏性材料供應容器以透過形成在該外罩內的一開口輸送黏性材料至該分散道。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之分散器，其中配置該分散器使得該輸送黏性材料至該分散道係在該活塞移動至其分散位置時被該活塞阻斷。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之分散器，其中該活塞在毗鄰該分散道的一端處擁有一平坦端。
  19. 一種用以在一基材上分散一黏性材料的分散器，該分散器包含：一框架；一升降系統，與該框架連結；一黏性材料供應器，與該框架連結；一分散器單元，與該升降系統連結，該分散器單元包含：一外罩，其擁有一腔室；一開口，形成在該外罩內，以自該黏性材料供應器輸送黏性材料至該腔室；一活塞，設置在該腔室內；一馬達，與該活塞連結，以驅動該活塞在該腔室內的該回縮和延伸位置之間移動；一分散道，配置該分散道以在該分散道內接收該活塞，及配置該分散道與該腔室流體連通，以及一噴嘴，與該外罩連結，該噴嘴擁有與該分散道同軸的一孔洞；以及一控制裝置，與該馬達連結，以控制該馬達的運作，其中配置該控制裝置以將該活塞從黏性材料透過該開口可傳送至該腔室的進料位置，移動至該活塞朝向該噴嘴之該 分散道移動以阻斷進入該分散道之黏性材料的傳送的分散位置，及該活塞進入該分散道以於該分散道內正排量(positively displace)黏性材料；其中配置該活塞及該分散道，使得從該分散道分散出來的黏性材料量實質上與當將該活塞自該變化位置移動至該分散位置時進入該分散道的該活塞體積相等。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之分散器，其中該外罩更包含形成在該外罩內的一表面，其中該馬達包含連結至該活塞的一連接器，該連接器包含一表面，配置該表面以與該外罩的該表面嚙合，以限制該活塞至該分散位置的該移動。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之分散器，其中該外罩包含設置在該腔室內之一活塞筒，該活塞筒擁有可滑動容納該活塞的一內徑。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之分散器，其中該活塞筒的該內徑可容納該活塞的一直徑。
  23. 如申請專利範圍第19項所述之分散器，其中該馬達包含一線性音圈馬達。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之分散器，其中該噴嘴包含一孔洞，該孔洞擁有與該分散道流體連通的一小直徑通道，該小直徑通道之直徑較該分散道之直徑小。
  25. 如申請專利範圍第19項所述之分散器，其中該分散器單元更包含一黏性材料供應容器，配置該黏性材料供應容器以透過該開口輸送黏性材料至該腔室。
  26. 如申請專利範圍第19項所述之分散器，其中該開口的尺寸可選擇性擴大或縮小。
  27. 如申請專利範圍第19項所述之分散器，其中該活塞在毗鄰該分散道的一端處擁有一平坦端。
  28. 一種從一分散器分散黏性材料的方法，該分散器的類型係具有一腔室、用以傳送黏性材料至該腔室之一開口、與該腔室流體連通的一分散道以及可在該分散道內移動的一活塞，該方法包含：以遠離該分散道的一方向移動該活塞；透過該開口輸送黏性材料至該腔室；以朝向該分散道的一方向移動該活塞；藉由在該活塞朝向該分散道移動時，以該活塞阻斷該開口來切斷黏性材料的該輸送；以及 經由當該活塞在該分散道內移動時在該分散道內正排量(positively displace)黏性材料，射出一黏性材料量；該黏性材料量實質上與該活塞移動進入該分散道內的量相等。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之方法，更包含改變進入該腔室之該開口的尺寸。
  30. 如申請專利範圍第28項所述之方法，更包含藉由改變該活塞朝向該分散道移動的一距離來改變該射出的黏性材料量。
  31. 一種從一分散器分散黏性材料的方法，該分散器的類型係擁有一腔室、傳送黏性材料至該腔室之一開口、與該腔室流體連通的一分散道以及可在該分散道內移動的一活塞，該方法包含：以遠離該分散道的一方向移動該活塞；透過該開口輸送黏性材料至該腔室；朝向該分散道的一方向移動該活塞；以及經由當該活塞在該分散道內移動時在該分散道內正排量(positively displace)黏性材料，射出實質上與移動進入該分散道內之該活塞之量相等的一黏性材料量。
  32. 一種從一分散器分散黏性材料的方法，該分散器的種類係擁有一腔室、用以輸送黏性材料至該腔室的一開口、一活塞筒，該活塞筒具有於該活塞筒內形成的一延伸道且該活塞筒設置在該腔室內、與該腔室和該活塞筒之該延伸道流體連通的一分散道、以及設置在該活塞筒的該延伸道內且配置用以進入該分散道以分散一黏性材料量的一活塞，該方法包含：選擇欲設置在該腔室內之一活塞筒；選擇欲設置在該活塞筒之該延伸道內的一活塞；以遠離該分散道的一方向移動該活塞；透過該開口輸送黏性材料至該腔室；朝向該分散道的一方向移動該活塞；以及經由當該活塞在該分散道內移動時在該分散道內正排量(positively displace)黏性材料，射出實質上與移動進入該分散道內之該活塞之量相等的一黏性材料量。
  33. 如申請專利範圍第30項所述之方法，更包含藉由在每一次該活塞射出一黏性材料量時，使該活塞停留一段受控制的時間，以控制來自該分散器之該黏性材料的一流速。
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