专利名称：分配系统和方法
技术领域：
本发明通常涉及到用于实现在一个工作间内使用多种操作工具实现多个工作同时进行的设备和方法。更特殊的是，本发明关系到一种在分配系统中用一个或多个分配头将分配材料放置在基板上的设备和方法。另外，特殊实施例是直接用于分配材料微型点的分配系统。
本发明的技术背景现有技术中有多种形式的分配系统用于分配已测定量的液体和粘合剂用于多种应用中。一个这样的应用是印刷电路板和集成电路板的装配。在这个应用中，分配系统备用在使用压缩材料生产压缩集成电路和在使用压缩材料对集成电路进行底层填料的程序中。现有技术的分配系统也用于向电路板和集成电路上分配点状和球状的环氧液体和焊剂。环氧液体和焊剂被用于电路板和集成电路中的组件固定和连接。上面所述的分配系统包括那些由在CAMALOT名下本发明的代理Speedline科技公司制造和分配的。
上面讨论的分配系统典型的应用于电子制造行业中的自动生产线上，与其它设备一同用于电路板和集成电路的生产过程中。与分配系统一起的其它在线设备包括，例如挑选和定位机械，用于在电路板上放置组件，或回流炉用于加热材料，比如被分配在电路板或集成电路中的焊剂。
在典型的分配系统中，泵和分配器装置被安置在移动装置上，使用由计算机系统或控制器控制的补助马达间接变速装置驱动沿着3个相互垂直的轴(x，y，z)移动的泵和分配器装置。为了将一滴材料放置在电路板上的指定位置上，泵和分配器装置沿着水平x，y轴移动到指定位置，然后泵和分配器装置沿垂直的z轴下降，直到泵和分配器装置与基板间达到适当的距离。泵和分配器装置放置一个材料点在基板上，随后沿z轴抬高，沿x，y轴继续移动到达新的放置位置，再沿z轴下降放置一个材料点。在电路板的生产过程中，有时候是必须的或预定放置两个不同种类材料在同一点上或在不同点分配不同量的同种材料。分配系统被设计成在一个分配口中出现多个需放置的材料中的一种。这种分配系统的一个例子是Cavallaro出版于1998年8月18日专利号为No，5,795,390的美国专利，在这里作为参考。这些分配系统典型的只能在同一时间分配一种材料，并且这些系统的生产能力要比希望实现的小，因为时间要求连续的使用同一分配头分配多种材料。
为了解决生产能力的问题，两套分配系统会被安装在一起。第一分配系统分配了一种材料随后第二分配系统分配第二种材料。这种解决方法因为使用两套完整的分配方法会很贵，并且还需要额外的安装空间。在典型的操作中工作区域是有一定限制的，并且一般情况下希望每个工作系统的占用空间也是有限制的。
印刷电路板的板上集成度逐渐增加，并且电路组件逐渐变小。这样就要求分配系统发展成为可以准确地分配材料点，例如焊剂或粘合剂，直径小于0.010英寸(10mils)。为分配小材料点，众所周知使用螺丝钻泵，比如在美国专利No.5,819,983由怀特(White)等人出版于1998年10月13日的，在这里作为参考。这些螺丝钻泵典型的使用压缩空气为螺丝提供材料，并且分配在直流电动机驱动下的螺丝钻的旋转发生。针与螺丝钻的出口相连，材料由针尖处分配出来。
现有技术中典型的螺丝钻泵，螺丝钻加速度是离合器使用，电动机转矩，压紧垫圈，和摩擦力的特征功能，并且螺丝钻减速度是因为压紧垫圈和摩擦力作用。因此这些泵的加速度和减速度是很难控制的，使得精确的控制分配变得很难。因此，这些泵不能被用于直径小于0.010英寸的点的分配。
如题目为微型分配的希望，作者为卢斯.皮克(Russ Peek)SMT杂志2001年7月出版。在电子工业中众所周知的经验方法一个针可以释放的最小直径的点其直径为针管内径的1.5倍。基于这个规则，针管内径必须为3.3mils其释放出的液滴直径为5mils。可是，为了分配焊剂，环氧银和其它电子工业粘结剂，当一个内径小于5mils的针被使用时，由于这些材料内包含的颗粒尺寸经常发生针的阻塞现象。针被阻塞导致不可重复的分配结果。
本发明的简单描述在一般情况下，本发明的特征是一个用于将分配材料分配到基板上的分配系统。分配系统包括框架，与框架相连接的支撑，用于在分配系统中在分配位置支撑基板，和分配头，与框架相连接，用于将分配材料分配在基板上。分配头包括电动机单元，包括与输出驱动机构相连的第一电动机和分配单元，可变的连接在电动机单元上，有一个材料出口，由这里分配材料。分配单元有一个与材料出口相连的分配机构并与电动机单元中的输出驱动机构相连，这样第一电动机的运转导致分配机构通过出口分配材料。
电动机单元包括与升降平台相连的第二电动机，提供升降盘的垂直运动，并且分配单元能进一步包括与升降盘相连的配置器用来提供分配机构在垂直方向上运动，向着基板的方向降低分配机构。
输出驱动机构包括的第一齿轮和分配机构包括被安排与第一齿轮啮合的第二齿轮，第一齿轮有伸长的齿和第二齿轮可以被制造并安排，在分配机构下降时可以垂直运动并与第一齿轮的延长齿保持啮合。
分配单元和电动机单元可以被制造和安排提供在分配单元和电动机单元之间的动态配合。分配单元能够包括多重的电接触，电动机也包括多重电接触用来与分配单元之间形成电的工作连接。分配单元能够包括电子的辨别电路与规定分配单元特征鉴定的多重电子连接相连。电子辨别线圈能够包含资料存储元件，其中包含分配单元刻度数据。
分配单元包括气动进入口，并且电动机单元包括输出气动口与分配单元的气动进入口紧密配合为分配单元提供压缩空气。分配系统包括注射器与分配机械相联为分配机构提供分配材料，并且注射器可能被制造和安排可以在一定范围内垂直移动，并且这样至少在一部分移动范围内，注射器不随着分配机构移动。电动机单元能够进一步包括第二输出驱动机构。
在另一种情况下，发明特别描述了使用分配系统将分配材料分配到基板上的方法。方法包括连接电动机单元与分配系统的步骤。电动机单元有带有输出驱动机构的电动机，连接分配单元到电动机上，这样分配单元的分配机构被连接到电动机的输出驱动机构上，并且运行电动机将材料由分配机构分配到基板上。
输出驱动机构能够包括第一齿轮和分配机构能够包括第二齿轮，并且联接分配单元到第一电动机单元的步骤可包括第二齿轮与第一齿轮的啮合。方法还进一步包括将电动机单元和分配单元保持在固定位置上分配机构向基板方向的移动的步骤。连接分配单元与电动机单元的步骤可以建立在电动机单元与分配单元之间的运动连接。连接分配单元与电动机单元的步骤包括在连接分配单元与电动机单元之间建立电连接，并且方法进一步包括通过电连接接受关于分配单元特性的资料。资料接收包括分配机构的刻度信息。
在另一个方面，发明的特点为分配系统用来将分配系统分配到基板上。分配系统包括框架，与框架连接的支撑，在分配系统中在分配位置支撑基板，和与框架连接的将材料分配到基板上的分配头。分配头包括电动机单元包括连接到输出驱动机构上的电动机，分配单元包括材料出口，材料从这里分配出去。分配单元包括一个与材料出口相连的分配单元，电动机单元与分配单元之间可变连接装置，这里电动机的运转使得分配单元通过出口将材料分配出去。
分配系统能够进一步包括当电动机单元与分配单元保持在固定位置时，向基板垂直移动分配机构的装置。分配头能够进一步包括在电动机单元与分配单元之间形成运动连接的装置。分配头能够进一步包括探测分配单元特征的装置。探测特征的方法包括探测分配单元刻度值的装置。
在另一个方面，本发明的特征为，在电子基板上分配材料点的方法。方法包括将材料装在分配器中，分配器带有一个有出口和一定内径分配针，将分配针在电子基板上方定位，控制分配器分配一个材料点在基板上，这样点在基板上有接触表面区域，接触表面区域的直径小于或等于针出口内径。
分配材料是环氧银，表面粘结剂，熔化物或焊剂中之一。控制分配器包括连接带有编码器的电动机到分配器上，并且在电动机与编码器之间联结齿轮减速器。分配器包括螺丝钻螺杆，这里控制分配器包括旋转螺丝钻螺杆到预先设定量。方法可进一步包括分配器向电子基板方向下降。下降分配器包括分配器下降时将电动机保持在固定位置。
然而本发明另一个方面涉及在电子基板上分配点状材料的设备。设备包括具有用于分配材料的一定内径的出口的分配器，一个用于接收分配材料的入口，并且输入是可控的。设备进一步包括带有编码器的电动机，连接在电动机与编码器之间的齿轮减速器并可控制分配器的输入，提供大于1的齿轮减速率/为分配提供精确控制。
分配器包括与控制输入连接的螺丝钻螺杆，通过旋转控制材料的分配。设备进一步包括Z轴电动机可以垂直移动分配器到达在电子基板上方的分配位置。设备可以被制造和安排当电动机保持在固定位置时分配器由Z轴电动机驱动下降。设备进一步包括用于定义电子基板的高度Z轴传感器，将分配器定位在分配高度上。
本发明的另一个方面主要讨论了将材料滴分配到电子基板上的设备。设备包括用于分配材料的一定内径的出口的分配器，和控制在电子基板上分配材料点的方法，这样点与基板有一个接触表面区域，接触表面区域的直径小于或等于针出口内径。
材料可以是环氧银，表面粘结剂，熔化物或焊剂。设备进一步包括带有编码器的电动机，由电动机带动的螺丝钻螺杆使材料被分配，和减少电动机齿轮齿数比来增加螺丝钻螺杆每转动一度编码器的计数。设备进一步包括向着电子基板降低分配器的方法，当分配器下降时保持电动机在固定位置上的方法，测量电子基板高度的方法。
本发明的附图本发明将通过实施例参照所附示图进行描述，其中
图1是本发明一个实施例多头分配系统的透视图。
图2是图1中分配系统的端视图。
图3是图1中本发明一个分配系统实施例中使用的分配头的第一透视图。
图4是图3中分配头的第二透视图。
图5是图3中分配头中使用的分配单元的第一实施例的第一剖面图。
图5A是本发明实施例中应用的连接销的截面图。
图6是图5中分配单元的第二剖面图。
图7是图3中分配头中传动单元的剖面图。
图8是图7中传动单元前盖装配剖面图。
图9是图3中用于分配头中的分配单元第二实施例的第一剖面图。
图10是图9中分配单元的第二剖面图。
图11本发明中分配系统的第二实施例。
图12本发明中分配系统中使用的分配单元另一个实施例的透视图。
图13是图12中分配系统中使用的管子的剖视图。
本发明的详细描述示图的目标是，将被本发明的实施例将被描述涉及到的与在图1中显示的多头分配系统10中的分配单元和在下面描述的和在美国专利No.6007631和No.6206964中描述的，这两个都是由本发明的代理人Speedline科技公司代理。领域内的技术人员应该了解本发明不仅仅局限于使用多头分配系统，也可以应用于单头分配系统。
多头分配系统10现在将参考图1和图2来描述，图1是多头分配系统10的透视图，图2是分配系统10的端面图，为了便于说明，图1和图2中的分配系统没有外壳。
分配系统10包括一个下部隔间12，用来收纳电器和气动控制器和主要系统控制器。两个门14和16安装在下部隔间的前方，通过这两个门可以接触到安装在内部的设备。下部隔间顶部是工作平台18，上面安装着双轨传递工具20。在工作台18的上方安装有四个x/y框架系统22a，22b，22c和22d每个框架系统支撑一个分配头24a，24b，24c和24d，在主控制系统的控制下，使用传递系统20将装满分配系统中分配材料放置在基板上。另外，在本发明的一些实施例中，每个框架还支撑著作为可视系统和监视系统的一部分的照相机。操作台18上有四个孔，四个电缆26a，26b，26c和26d通过这四个孔。每个电缆槽用来驱动由下部隔间中的电器和气动控制器到分配头24a，24b，24c和24d。在一个实施例中电缆槽可以通过使用Igus公司的电子连接来实现。
框架系统22a，22b，22c和22d是在实质上相同的并且在一实施例中，使用的框架系统为美国专利，专利号为No.5886494，名称为“位置系统”或美国专利，专利号为No.5903125，名称也为“位置系统”，两者在这里被合成一体作为参考。框架系统22a现在将被更加详细在图1和图2中描述，框架系统22b，22c和22d与22a是在实质上相同的。框架系统22a为分配头在图1中显示的水平XY轴位置上提供位置。
框架系统22a包括两个水平支撑组件26和28，和4个垂直支撑单元30，32，34和36，与工作台18相连接。电动机支撑板38被连接在两个水平支撑之间，用来支撑两个电动机74和76。框架22a还包括可在轨道(没有显示)上滑动的板50，轨道在每个水平支撑原件的下表面上，这样板就可以在轨道上沿着y轴移动。分配头或泵24a被安装在车架60上，车架安装在板50上，并可以使分配头沿着x轴运动。
框架系统22a还包括两个螺母块66和68可以沿着在水平支撑26和28下面的轨道移动。每个螺母块与电动机74和76中的一个通过他们各自的导向螺杆相配套，螺母块可以单独的通过导向螺杆被电动机驱动沿着y轴移动。分配头24a与分别由两个刚性的两个拖动臂80和82与螺母块66，68相连接，拖动臂一端与螺母块相连另一端与分配头24a相连。在美国专利No.5,903,125，中有更详细的描述，分配头24a可以随着被74和76驱动的螺母块沿着x和y轴移动定位。电动机74和76，也是z轴电动机，安装在分配头24a中，由安装在下部隔间主系统控制器控制。
框架系统22a，22b，22c和22d在分配系统10中具有明显的优点。如美国专利No.5,903,125中描述的，上面描述的结构在框架下面的工作面面积与框架的整体宽度之间的比值要比传统X/Y框架系统大。减少了产品在多头分配系统中工作位置之间的移动时间，并且减少了分配系统10的工作点。
分配头24a，24b，24c和24d被装备使用一系列不同的分配头或泵包括那些在美国专利No.5,819,983和美国专利No.5,957,343中介绍的，每个都可以作为参考。另外，也可以装配在下面描述的本发明中的分配头。
图3和图4是本发明一个实施例中的，分配头124的透视图，分配头可以安装在多头分配系统10中的一个车架60上。分配头124包括电动机单元126和分配单元128。电动机单元有一个安装表面129用来将电动机单元安装于车架60中的一个上面，轭状结构127用来连接刚性拖动臂80和82。如图3和图4所示，分配系统128可以从电动机单元上分离出来。分配头124被设计成所有的分配头中的电动机都被包含在电动机单元中，并且分配材料只装在可分离的分配单元中。因此，当想要更换分配材料或更换不通型号的分配针时，就可以将分配单元从电动机单元移开，再装上另一个带有所需材料或所需型号针头的分配系统。如下面详细描述的那样，分配单元和电动机单元之间是运动连接，在任何时候更换分配单元在不需要重新校正的情况下就可以提供精确的分配针位置、分配单元128在图3-6中给予更加详细的描述。分配单元包括主壳体130，下部壳体132，分配管134和注射器支撑136用来支撑分配材料的注射器138。主壳体130包括一个带有分配管134空间部分140，气动终端部分142和连接气动终端部分142和安装在主壳体130上的空气舱146的气动线144。气动终端部分包括一个入口舱门148，用来接受由电动机单元126传送来的加压空气。入口舱门包括弹性O型线圈156保证电动机单元与分配单元之间气动连接的气密性。气动舱门146通过气管154(图6中显示)与注射器138的顶帽(没有显示)相连接。在分配系统工作过程中，压缩空气用于给针管中的材料加压，使材料由注射器中流到分配管中。
气动终端部分142包括电路板支架150，上面有一个小电路板152。在图6中显示的是电路板拿掉后的电路板支架150。下面将更加详细的描述，电路板提供了电子连接，这样可以电动机单元识别与之连接的分配单元，并且在一个实施例中，电路板还可以将电传递到分配单元中的加热器中。在这个实施例中，电路板还起到连接电动机单元和安装在分配单元中的温度传感器的作用，分配单元的下部壳体132有一个圆柱型的孔，用来安装分配管。下部壳体也有两个连接销174，176和三个圆柱形的小突起178，180，182用来实现分配单元和电动机单元的运动连接。连接销用两个螺栓184连接在壳体上。
如图5中所示，分配管包括分配材料管包括外管158和底部带有杆161的材料管160。分配材料管外管插在下部壳体132中，并用固定环162固定在下部壳体中。下部管插在外管中并使用在下部管凹槽中的弹性圈(未表示)来固定。下部管有一个入口门166，接收由从注射器138通过软管168过来的分配材料。选择一个与分配材料和所需体积相配的分配针安装在下部管的底部。外管158有传动装置170设计为与前面描述的电动机单元中的延长齿轮232相啮合。齿轮也可在下部管插入到外管中后与轴161接合，外管还包括侧翼部分172与电动机单元升降板256相连。升降板256控制着分配管在圆柱孔中的垂直方向上的运动。
图6表现的是分配单元128的侧面，包括详细的注射器安装装置。注射器安装装置包括注射器支撑136，注射器滑动板186，注射器滑动导向188，和注射器配置板190。注射器支撑用两个螺栓192与主壳体相连，并且注射器滑动导向由两个螺栓194与主壳体相连。注射器滑动板包括狭槽187并且用注射器滑动导向保持与主壳体的连接。如下面讨论的，注射器滑动板可以在注射器滑动导向中作垂直运动。注射器配置板用两个螺栓198与滑动板相连。注射器安装装置还包括两个固定环200，注射器金属环节206，模块装置204和用于通过软管168与分配管的注射器出口连接的下部管注射器环202。
电动机单元126可以参考图3、4、7和图8作详细的说明，电动机单元包括带有前部板装置209和与分配单元配合的表面210的电动机单元框架208。配合表面210与分配单元中的圆柱突起178，180和182配合，并且配合表面210包括两个连接孔218和220，用来与分配单元中的连接销174和176配合。
在本发明的一个实施例中，希望达到电动机单元与分配单元的运动连接，一个连接销174的横截面为圆形，另一个连接销的横截面为菱形如图5A中显示的。如同本领域专业人士所知道的，唯一用运动连接来保持相对位置的两个物体要在运动的六个自由度(X，Y，Z，pitch，yaw，roll)都达到一致。在本发明的实施例中，圆形连接销174控制两个自由度，另一个连接销176和每个圆柱突起178，180和182分别控制一个自由度。如下面描述的，在本发明实施例中使用运动连接来连接电动机单元和分配单元就不需要在更换分配单元时重新校正分配头。
在图7中有详细描述了分配单元与前面板装置209相连接的主要原件，并且包括接触探测装置222，一个分配驱动电动机装置224，一个主电路板226， 输出驱动装置228，和z轴电动机装置230。主电路板与分配系统和电器和气动系统相连接，并由控制器接收控制信号。
接触探测设备209用两个螺钉225与前面板相连。接触探测装置的底部有可伸展的针，可以用来测量电动机单元和要分配的基板之间的距离。针的延长受到由接触探测装置222的气动入口223收到的空气压力驱动。在一些应用中，要求材料出口与和分配板之间有一个精确的距离，并且这些应用中，接触探测可以用来测量分配头到基板之间的距离，来协助分配单元在分配前的定位。如上讨论的，在本发明的一些实施例中，为分配单元和电动机单元之间提供了运动连接，从而，对于给定的分配单元，和升降盘给定的位置，分配单元的分配针的出口是相对于电动机单元的位置是固定的，和给定的关于固定位置的信息，并且这个距离也可以由接触感应设备测量出来，分配系统控制器可以将针的出口定位在合适的分配高度。
在本发明的一个实施例中，接触探测装置使用的是美国专利No.6,093,251，题目为“在分配装置中测量与基板间距离的方法和设备”里面描述的一个接触探测器，授权给本发明的申请人，并在这里作为参考。
分配驱动电动机224用来控制伸长齿轮232的旋转运动，通过分配管134控制材料的分配。分配驱动电动机与主电路板226相连来接收动力和控制信号，并通过螺钉236和238和垫圈240和242安装在z轴发动框架234上、传动带244被用来与分配传动电动机和延长齿轮232间的输出传动杆相连。在一个实施例中，分配传动电动机是无刷电动机，为QMC公司的型号IBH-101。在另外的实施例中，分配传动电动机使用的是无刷电动机，由API-HAROWE授权的在No.0909H200范围内的。分配传动电动机包括编码器224A，通过分配单元的控制信号与主控制器相连。在一个实施例中，电动机每转一圈编码器在记录中加上2048，在这个实施例中，传动带排列提供10∶24带和滑轮间相对于齿轮的减速量，并且另外，还有在伸长齿轮和分配管齿轮170之间28∶48的减速。这样会输出在分电动机和分配管之间的4.11∶1的减速比，导致分配管齿轮每转动一度编码器计数23.4。上面所述的齿轮和带的装置增加了对分配单元的控制。
主电路板装置226使用螺钉248、250、252和螺杆254在前部盘209上安装，主电路板装置226为分配头提供主电源接触面和电气分配功能。电连接器246安装在电路板上，为分配系统中的其它提供电源、电动机传动装置228包括升降盘256，伸长齿轮232，上部安装支架258和下部安装支架260。上部安装支架和下部安装支架通过四个螺钉262(只有一个在图7中显示)将电动机传动装置安装在前部板装置上。电动机传动板还包括一个球状螺钉264，安装在上部支架258和升降板，球形螺钉的旋转可使升降板256在垂直方向上的运动，和分配管134在垂直方向上的运动。
Z轴电动机安装在Z轴电动机连接器268上在前面板装置上，为Z轴电动机提供动力和控制信号。Z轴电动机有传动输出杆266与球状螺栓264相连接，以控制升降板256的运动。在一个实施例中，Z轴电动机是型号2036的无刷电动机，在另外的实施例中，Z轴电动机可以与泵驱动电动机相同的电动机和编码器。在另一实施例中，在Z轴电动机与球状螺栓的距离比与螺栓之间的轴向距离近时，Z轴电动机可以使用冠状齿轮与球状螺栓相连Z轴电动机相连。
参考图8，前部盘装置209的各部分可以在这里更加详细的描述。前部盘装置的主要组成部分包括，前部盘271，Z轴电动机方位(轴承)支架270，锁定盘272，针状探测装置274和气动多头276。Z轴电动机轴承支架包含前面描述的Z轴连接器268，并使用两个螺钉278(只有一个在图8中描述)安装在前部板上。Z轴电动机轴承支架包括第二电动机连接器269用来安装一个可以选择的用于有两个单独控制分配管的分配单元的第二Z轴电动机(未显示)。
锁定凸轮板272用来锁定分配单元与电动机单元。锁定板可在锁定位置和非锁定位置间移动，并且有两个口280和282，当分配单元与电动机单元连接时。连接销174和176通过这两个孔。锁定凸轮板使用螺栓283，螺母284和两个曲线形垫圈286与前部板271相连接。曲线形垫圈安装好后，垫圈的凹面对着前面板。
针状探测设备274为电动机单元和分配单元的电路板提供电连接。针状探测装置使用两个螺钉288安装在前部板上。在一个实施例中，针状探测器，包括弹簧式接触排列部分no.P294-03-314-50，由纽约牡蛎湾米尔马克思(Mill-Max of OysterBay，NY)授权。在这个实施例中，当分配单元与电动机单元相连接用于为电动机单元和分配单元间的电气连接时，弹簧销与分配单元中的电路板上的传到垫接触。
气动多头276为分配头的组件间提供内部连接，气动多头还在工作中为他们提供压缩空气和压缩空气源以及分配系统的控制器。气动多头使用两个螺旋起重机290和两个螺钉292(在图8中只显示了一个)与前部板271相连。气动多头包括，气动连接器296具有4个突出的气动装置294。四个o形圈298在连接器和多头之间保证其气密性。第一管295和第二管296连接气动多头和前部板271。第一管295与电动机单元前面安装表面气动输出口298相连接。气动输出口288被设计成与分配单元入口148相配合，向分配单元中的注射器提供压缩空气。第二管296被设计成与电动机单元前部安装表面上的第二出口(没有显示)相配合。这个第二输出口，和附加的输出口，在下面描述的其它实施例中，可以用来为附加的气动单元提供气动连接。
现在介绍分配头124的工作。分配单元128与电动机单元126连接，与电动机单元紧密配合并用锁定盘272固定位置。当分配系统与电动机单元紧密配合后，电动机单元的针状探测装置274与分配单元的电路板152相接触。在一个实施例中，分配头可以基于穿过电路板上连接板上的电阻来判断与之相配的分配单元的型号。在这个实施例中，电路板上不同的跳动都可以识别分配单元的特征，比如分配单元中使用的分配管和分配管中所装的材料。
在另一实施例中，非易失数据存储器比如可编程只读存储器。在这个实施例中，包括附加特征，存储装置包括分配管的刻度资料，保持分配管中材料中隔板剩余使用时间，分配系统的工作时间和安装在分配管上的针头的尺寸。在一些实施例中，储存在资料储存装置中的资料可以由分配头来更新。储存在存储设备中的刻度资料包括关于分配针出口的位置资料，因为电动机单元和分配单元间是运动连接，这个位置资料可以用来优化分配头在工作时相对基板的位置。在一些实施例中，分配单元可以在不与电动机单元相连的离线状态下被校准。当与电动机单元连接后，需要进行小范围的校准或不需要校准。
分配单元与电动机单元配合后，电动机单元的伸长齿轮232与分配单元的齿轮170啮合，升降板256与分配管的侧翼172相连，输出气动口298与气动入口148紧密结合。
为了将材料放到基板上，分配头首先在控制器的控制下，在分配系统的框架系统上运动，在基板上方定位分配针。接触探测装置222可以接下来被用来确定分配头与基板间的距离。分配管134由Z轴电动机230驱动的升降板256作用向基板下移。当分配管降低了，下部管160入口166注射器滑动板186，注射器调整板190和注射器向着基板方向降低。在本发明的一个实施例中，下部管可以包括弹簧塞延长到超出针的范围。弹簧塞与基板相接触来防止针相对于基板的进一步向下移动，来保证针的准确的分配高度。
当针处于合适的分配高度，分配传动电动机被激活用于驱动伸长齿轮232和齿轮170转动，从而分配材料。在本发明的实施例中分配材料的量由控制器使用由泵的传输电动机编码器传递的信号控制。与编码器相连的控制器能控制螺丝钻的转动从而控制分配量。延长齿轮的使用可以使分配管在降低时仍能保持延长齿轮232和齿轮170之间的啮合。
在本发明的一个实施例中，更适合用于多点材料的分配，在一个点分配到第一位置后，升降盘会抬起一个相对小的距离使分配管也上升一个小距离。分配头被移动到分配针的下一个分配位置上。当分配管抬起时，出口166在滑动板186的狭槽187中运动。为保持运动距离，分配管被抬高的距离小于狭槽187的长度，分配管可以在注射器没有上升的情况下被升高。通常在分配头由一个分配点到另一个分配点的运动中要将其抬起，以免分配针碰到基板上的组件或其它突出。在上述描述的本发明的实施例中，在不用抬高注射器的情况下抬高针头有助于减小作用在Z轴电动机的压力。
在本发明的另一个实施例中，更适合于使用大体积的材料，例如，材料线，注射器使用一个刚度金属管代替软管168与分配管相连，并且没有使用滑动盘。当升降板降低了分配管，注射器随着分配管运动。刚性管的使用避免了在使用软管时会发生的后压力的变化。另外，对于一些分配材料而言，在分配前要将材料加热。这些材料金属管会被加热来升高分配材料的温度。
在本发明的另一个实施例中，不论是上面讨论的点分配实施例还是线分配实施例，针进一步的垂直运动可以由使用安装在分配系统的框架系统上的电动机驱动的分配头126的整体垂直运动来完成。
如上所述，本发明实施例中使用的分配管可以包括，螺丝钻类型的泵，并且在一些实施例中，螺丝钻泵可以包括一个关闭阀，例如在美国专利5,819,983中描述的一个。当使用了关闭阀时，另一个气动连接将在电动机单元和分配单元之间用来控制关闭阀。在本发明的一些实施例中，适当的研磨材料，例如焊剂被使用在分配单元中，关闭阀可以被控制，它不能被完全关闭来避免对阀门的损害和分配材料中的固体粒子阀门位置。
为了一些分配应用，需要将被分配的材料升高温度后分配。为了适应这个要求，在本发明的一些实施例中，电加热器，例如那些可利用的由哈沃希尔的梅里麦克(Merrimac OFHAVERHILL，MA)授权这部分编号为No.MTWA-250-1.25，被装置在分配单元的下部壳体132。在这些实施例中，温度传感器也可以被安装在下部壳体中来监视材料的温度。加热器和温度传感器之间的电连接可以由探针装置274和电路板152。另外，为帮助加热材料，空气会通过地框架中的加热器。空气也可以为电动机单元和分配单元之间附加的气力连接。
分配头324的另一个实施例，具有两个分配管将在这里参考图9和图10介绍。分配头324与分配头124相似除了它具有附加的分配管并且增加了支撑组件。分配头124和分配头324的普通原理使用相同的参考数字。分配头324包括电动机单元326和分配单元328。分配单元328包括，除了分配单元128的成分，第二分配管326，和第二注射器支撑330用来支撑第二注射器338。分配单元也包括第二气动进入口348来接收压缩空气用来压缩材料进入第二注射器338。
电动机单元326包括，除了分配单元126的组件以外，附加的Z轴电动机，附加的电动机传动组件428具有一个第二延长齿轮432，电磁离合器装置(未显示)用来选择啮合的分配电动机224到两个电动机驱动装置之中的一个，和第二升降盘456上。
分配头324与上述的分配头124以相同的模式工作，分配头324分配可以发生由任一分配管中单独的分配。在典型的应用中，分配管可以具有不同的类型，或包含不同的材料用于提供附加对分配操作的可变性，并且两个分配管之中的一个被选择执行一个特殊的分配操作。例如，一个分配管可以是一个点分配管适合于分配点状材料，而另一个是一个线分配管适合于分配线状材料。优选的，在为避免与基板上的组件接触的抬高的位置上分配头是不能工作的。如同本领域内的专业人员所知道的，在一些实施例中，为适应特殊分配工序，分配头324中的两个分配管可以被设计成同时工作。
上面描述的分配头的实施例，不管分配单元包含一个还是两个分配管。在其它的实施例中，为适应其它应用两个以上的分配管被使用。
在上面描述的本发明的实施例中，分配单元可以手工的与电动机单元紧密配合。在另一个实施例中，将要参考图11的描述，分配系统可以自动的更换分配单元。在上面描述的本发明的实施例中，图11显示与上面描述的参考图1中分配系统10相似的四头分配系统410端视图，分配系统410包括四个框架系统422a，422b，422c和422d，每个都包括一个分配头424a，424b，424c，和424d，使用两组分配头之中的一组实现这里描述的发明。贴近422a框架其中之一的前面垂直支撑434，436，是分配单元固定器510a和510b可以包含多个分配单元。如本领域专业人员所知道的，尽管仅显示了分配系统422a中的分配单元固定器，附加的分配单元固定器在其它框架系统422b，422c，和422d上。
分配系统410自动的更换分配头424a中的分配单元。框架系统422a在分配头固定器510a上固定分配头。分配头接下来被安装在固定器上的空槽中。分配单元固定器510a可以包括一个释放机构固定锁定板来释放被固定的分配单元。一旦分配单元被移动了，分配头被放置在固定单元固定器510b与这里包含的新的分配单元紧密配合。分配单元固定器510b可以包括一个锁定器械夹紧锁定板来锁定新的分配单元。分配头可以接下来被安置在基板上方由新的分配单元分配材料。
本发明分配系统的实施例中具有分配单元固定器，分配单元可以在被固定在分配单元固定器上之前被校准。校准资料可以被存储在分配单元中的资料存储装置中。当分配单元与电动机单元紧密配合，校准数据可以通过存储装置读出，从而，可以避免每次重新安装分配头时的校对步骤。
另一个实施例，分配单元528和分配小直径材料点，将要在此结合图12和13描述。图12显示了分配单元528的透视图。分配单元528与分配单元128在实质上相同，并且与相似的部分用相同的参考数字表示。分配单元528与分配单元128不同的地方是分配单元126的分配管134被分配单元528中的分配管634代替。分配管634包括分配外管558和带有轴161的低管160与在分配管134中使用的低管相同。可是在图12中分配低管与针167一起显示，针安装在低管上，用来分配材料。
图13种显示的外管558剖面图。外管包括齿轮570，突出装置572和铝管573。外管558与外管158相似，最明显的不同是在管558上有一个附加的齿轮箱(下面描述)和附加的铝管。但是铝管也在外管158中使用。铝管与齿轮570使用螺栓602和一个一套螺栓604紧密连接。外管也包括了间隔装置606，球状轴承608，保持夹607，刷610和612，小齿轮614，行星齿轮箱616，弹簧618，固定器620。间隔装置606，球星轴承608和保持夹607用来保持刷610和612在适当的位置。小齿轮614是行星齿轮箱616的进入齿轮。齿轮箱的出口在图14中没有显示，与低管160(见图5)轴161紧密结合。固定器620与低管160紧密结合。弹簧618安装在固定器160与齿轮箱之间，并提供与低管垂直的配合。球状轴承622，间隔装置624和螺栓626用于将各个部分固定在外管内。
齿轮570，与齿轮170相似，被设计与电动机单元地延长齿轮啮合，并且侧翼结构572与侧翼结构172相似与电动机单元升降盘256紧密配合来控制分配管的垂直运动。与齿轮170不同的是齿轮570不与下部管的轴161直接连接。齿轮570与齿轮箱相啮合，齿轮箱有一个输出轴与轴161相连。在本发明的一个实施例中，齿轮箱616使用的是9∶1行星齿轮箱由诺里斯城地平线宇航中心(Horizon Aerospace OF NORRISTOWN，PA)授权在部分编号为No.U223639-1范围内。在本发明的这个实施例中，使用9∶1齿轮箱可以为下部管的螺丝钻提供良好的控制。特殊的，使用9∶1齿轮箱得到下部管中的轴161旋转一个角度，传动电动机编码器记录211。
作为易于被此领域的技术人员所了解，一个或两个分配管634可以被用于双管分配头324中代替一个或两个分配管334。
如将要解释的，本发明实施例提供可从分配针分配的其直径小于分配针的内径点状材料的重复分配。在本发明的实施例中，使用分配单元可以改良控制，应为使用了伺服控制电动机，连同齿轮的缩减量被用于提供准确的控制的分配，使用重复技术来生产给定针直径的较小直径材料点。本发明的方法中，一个带有分配针的分配单元被降低到基板上方一个准确的高度，并且分配单元被用来控制分配被控制来分配少量准确地材料，无论在针到达分配高度之前或在分配高度。接下来针被抬起并移动到下一个分配位置。当材料的分配发生在针在分配位置之前的情况下，被分配的材料的量十分小以至于不能够从针头滴落，但会在针头的末端形成半月形。用于检验分配结果，适用本发明的实施例现在将要被使用不同的材料环氧银，焊料，和表面装配粘合剂由下面提供的表格IA，IB和IC来区分，产生的不同分配情况。
表IA环氧银
表IB焊剂
表IC粘合剂
在试验中，分配在使用的是具有分配管634的分配单元完成的。分配单元安装在由位于Cooksond电气公司XyflexPro分配平台上使用了两个不同的分配试验模式。模式1被用来检验点的可重复性，模式2可用来检验针被阻塞的平均时间。
模式1是X、Y方向上都相距0.015英寸的30×30个点的排列。点按照蜿蜒排列(Z字形)顺序。分配结束后，所有的点都使用由罗切斯特(Rochester)光学计量器产品授权的自动光学检查系统测量。表II表现的是可重复点中由同材料组成的最小点的直径。用来分配的针是标准的Camalot 28(内径为0.007英寸)分配针由库克森(Cookson)电气公司授权。
表II.材料相对应的点直径
模式2被用来确定在针被阻塞之前可以分配点数的平均值。这个模式包括两个8×6排列，每个排列包括X、Y方向上都相距0.015英寸的30×30个点的排列。
重复该模式直到针(28 AWG Camalot)被阻塞或直到分配的点多余在正常一天8小时工作时分配的点。例如，一个分配率为每小时30,000点，一天8小时分配240,000点。
表III规格28针分配的平均时间
表IV提供了实验中使用模式1和模式2分配的参数表IV不同材料的程序参数
在表IV中，参数“挤压大小”是指在分配管中螺丝钻旋转的量(用度表示)；RPM是螺丝钻的旋转速度；停留是指分配后针在分配位置上停留的时间，以毫秒计；上升和下降是有关指分配单元在Z轴上上升和下降速度的参数，如下所描述的；分配高度是指在基板上分配针的高度；分配速度是指每小时分配的点(DPH)；螺丝钻一拦表示物料的类型以及使用的螺丝钻的内径；标准偏移和直径范围是指分配点的特征特性。
在上述的一些实验中，塑性螺丝钻被使用，特殊的在一个实施例中，螺丝钻由ULTEMPOLYETHERMIDE(PEI)制造，被发现在实验中与某种环氧银在一起工作良好。
分配高度被认为是重要的因素，并且应该被精确的控制来达到一个可重复的材料滴大小。如上所述，本发明的实施例使用精确的Z轴电动机与基板高度传感器相连用于定位分配针在基板上方的分配高度。在一些实施例中，可能会要求使用带有脚的分配针，脚可以用来定位由针的末端在预先设定的分配高度上，当分配器降低，脚与基板相接触后，就可以将针定位在适当的分配高度了。
在一些分配机械中，分配器在Z轴上的移动速度是可以调整的并且可以被控制成快上慢下形式，变速下降习惯于减小速度，在分配器接近基板并保证不过于接近，导致针接触到基板上。在上面所述的检验中，变速下降没有被用到，分配器以相同的速度下降，变速上升被用于第一次提升分配器以较慢的速度来保证材料滴在提高上升速度前与针头以适当的形式分开。在上述的检验中，为一些检验，可变上升要素0.05被使用。这个要素导致上升运动的速度被控制为5％名义上升速度，直到针头与基板之间的距离大约0.050英寸，在将名义上升速度提高到200mm/秒之前。
表IV的实验显示了本发明的实施例可以重复生产大小小于使用的针管内径不同材料的分配点。本领域内专业人士理解的，其它材料，包括熔化物，能通过本发明的实施例进行分配。
分配头与本发明已经描述的，使用于图1中显示的多头分配系统中的一致。如本领域内专业人士所理解的，本发明的分配头也可以与其它具有一个分配头或一个以上分配头的分配系统中使用。
在上面描述的本发明分配系统的实施例中，齿轮被用来连接电动机单元中的电动机和分配单元中的分配管。在其它实施例中，其它的机械例如带，传动轴或其它机械被用来连接电动机和分配管。
在上面所述的分配头的实施例中，使用可替代的分配单元极大的扩大了分配系统的灵活度，允许分配单元在不用更换整体分配头的情况下更换分配单元。进一步，因为分配单元不包括电动机，这样可以很经济的保持很大数量的具有不同特征的分配单元。
这些在至少一个本发明示范性的实施例中描述，本领域内的专业人士可以很容易的进行各种变化，改正和改进。这些变化，改正和改进会被确定为在本发明的领域和思路范围内。从而，前面的描述仅仅作为例子，但不局限于此。
权利要求
1.一种将材料点分配在电子基板上的方法，这种方法包括将材料装进分配器中，分配器包括有具有一定内径的出口的分配针；在电子基板的上方定位分配器；控制分配器分配材料滴在基板上，这样液滴与基板有一个接触区域，接触区域的直径等于或小于分配针出口内径。
2.根据权利要求1中所述方法，其中，材料是环氧银，表面装配粘合剂，熔化物和焊剂中的一种。
3.根据权利要求2中所述方法，其中分配器控制包括将分配器带有编码器的电动机连接，和将齿轮减速器连接在电动机和编码器之间。
4.根据权利要求3中所述方法，其中分配器包括螺旋杆，其中分配器控制包括以设定的量旋转螺旋杆。
5.根据权利要求4中所述方法，进一步包括向电子基板方向降低分配器。
6.根据权利要求5中所述方法，其中降低的步骤包括，在分配器降低时，电动机保持在一个固定的位置上。
7.根据权利要求1中所述方法，其中分配器控制包括将具有编码器的电动机连接到分配器上，并且在电动机和编码器之间安装齿轮减速器。
8.根据权利要求1中所述方法，其中分配器包括螺丝杆，其中控制分配器包括以预先设定量旋转螺丝杆。
9.根据权利要求1中所述方法，进一步包括向电子基板方向降低分配器。
10.根据权力要求9中所述方法，其中降低步骤包括在分配器降低时，电动机保持在一个固定的位置上。
11.分配材料点在电子基板上的设备，设备包括分配器，包括有可以分配材料的内径的出口，用于接收分配材料的入口，和控制入口；带有编码器的电动机；安装在电动机和分配器控制入口之间的齿轮减速器，提供大于1的减速率来为分配器提供精确控制。
12.根据权利要求11中所述的设备，其中分配器包括与控制入口相连的螺丝杆，旋转螺丝杆可分配材料。
13.根据权力要求12中所述设备，进一步包括Z轴电动机，可在垂直方向上移动分配器使分配器定位在电子基板上方的分配高度上。
14.根据权利要求13中所述设备，其中仪器被构造和排列为，当分配器在z轴电动机驱动下降低时，电动机仍保持在固定位置。
15.根据权利要求14中所述设备，进一步包括Z轴传感器确定电子基板的高度，用于将分配器定位在分配高度上。
16.一种用于在电子基板上分配材料点的设备，设备包括带有针的分配器，针有可以分配材料的内径，控制分配器分配材料点在电子基板上的装置，使点与基板有一个表面接触区，接触表面区半径小于或等于针出口的内径。
17.根据权利要求16中所述设备，其中，材料是环氧银，表面装配粘合剂，熔化物和焊剂中的一种。
18.根据权利要求16中所述方法，其中设备进一步包括带有编码器的电动机；由电动机驱动用于分配材料的螺丝钻螺杆；和减小电动机齿轮减速比用于增加螺丝钻螺杆每转动一度时编码器计数的装置。
19.根据权力要求18中所述方法，进一步包括向电子基板降低分配器的装置。
20.根据权利要求19中所述方法，进一步包括当分配器下降时保持电动机在固定位置的装置。
21.根据权利要求20中所述方法，进一步包括测量电子基板高度的装置。
全文摘要
一种用于将材料分配到基板上分配系统(10)和方法。分配系统(10)包括框架，与框架相连接的支撑，在分配系统(10)中支撑基板在分配位置上，和与框架相连接的分配头(124)，用于将材料分配到基板上。分配头(124)包括带有与输出传动系统相连的第一电动机的电动机单元(126)，和分配单元(128)，可变的与电动机单元连接，包括出口，分配材料就是由这个出口分配的，分配单元(128)含有一个与材料出口和电动机单元中的输出驱动机构相联接的分配机构，第一电动机工作使分配机构通过出口分配材料。分配头可能被控制用来分配具有小于分配单元中分配针直径的材料点。
文档编号B23K3/06GK1675018SQ03818845
公开日2005年9月28日 申请日期2003年7月16日 优先权日2002年7月16日
发明者托马斯·C·普恩蒂西, 布赖恩·P·普雷斯科特, 肯尼思·C·克劳奇, 穆雷·D·斯科特, 小厄尔利·斯威特, 柯英菲, 托马斯·J·卡林斯基 申请人:斯皮德莱技术公司