分配器以及利用流量计的分配和控制方法与流程

分案申请说明

本申请是申请日是2013年10月29日、申请号是201380060859.5、发明名称是“分配器以及利用流量计的分配和控制方法”的中国发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年11月21日提交的序列号为61/728,886的申请(待决)的优先权，其公开内容在此通过引用以其整体并入。

本申请总体涉及流体分配器领域，流体分配器以各种形式，诸如点或液滴或管线精确地分配少量粘性流体。

背景技术：

在各种物件，诸如印刷电路(“pc”)板的制造中，必需频繁地向衬底施加少量粘性流体材料，即，粘性大于50厘泊的那些粘性流体材料。这些材料例如包括但不限于通用粘合剂、焊膏、助焊剂、组焊层、油脂、油、密封剂、灌封化合物、环氧树脂、贴片膏、硅树脂、rtv和氰基丙烯酸盐粘合剂。

作为实例，已经开发出一种称为倒装芯片技术(flipchiptechnology)的制作工艺，其具有需要粘性流体分配的多个过程。例如，首先经由焊球或垫将半导体芯片或倒装芯片附接至pc板，并且在该过程中，在倒装芯片和pc板之间施加粘性助焊剂。然后分配粘性液体环氧树脂，并且允许其流动并完全地覆盖芯片的下侧。这种底部充满操作要求沿半导体芯片的至少一个侧边缘沉积精确量的液体环氧树脂。随着环氧树脂的体积在固化过程期间减小，将在焊球或垫上施加类似流体静力学状态的应力，并且这将提供对焊球或垫变形的抵抗力，并且因此提供对破裂的抵抗力。由于芯片的下侧和pc板的上表面之间的小间隙导致的毛细管作用，液体环氧树脂在芯片之下流动。一旦底部填充完成，就期望沉积足够的液体环氧树脂，以囊封全部电互连，以便沿芯片的侧边缘形成倒角。正确成型的倒角确保已经沉积了足够的环氧树脂，以在芯片和pc板之间提供最大粘合机械强度。对于底部填充过程的质量关键的是，在正确位置精确地沉积精确量的环氧树脂。太少环氧树脂能够导致腐蚀和热应力过大。太多环氧树脂能够流动超出芯片的下侧，并且干扰其它半导体装置和互连。在需要高速生产力的制造环境的背景下，必须精确地控制这些参数。

在另一应用中，芯片被粘合至pc板。在该应用中，在pc板上沉积一定图案的粘合剂；并且以向下的压力将芯片布置在粘合剂上。将粘合剂图案设计成粘合剂在芯片的底部和pc板之间均匀地流动，并且不从芯片的下部流出。同样地，在该应用中，重要的是在pc板上的精确位置处沉积精确量的粘合剂。

通常由经过粘性材料分配器的运输机承载pc板，粘性材料分配器被安装成用于在pc板上双轴运动。移动分配器通常为下列类型，其能够在pc板上的期望位置处沉积粘性材料的小点或液滴。通常将这种分配器称为非接触式喷射分配器。存在通常控制的几个变量，以便提供高质量粘性材料分配过程。首先，控制每个点的重量和大小。已知的粘性材料分配器具有闭环控制器，闭环控制器被设计成在材料分配过程期间保持点的大小恒定。已知通过改变粘性材料的供应压力、分配器内的分配阀的开启时间以及喷射分配器的阀构件的冲程长度控制所分配的重量或点大小。取决于具体分配的设计和所分配的粘性材料，已知的控制环具有优势和劣势。然而，已知技术通常需要另外的组件和机械结构，诸如天平，由此提出额外的成本、时间和可靠性问题。此外，已知方法通常包括使用与制造过程分离的校准程序，这降低生产力。因此，存在一种对提供更快和更简单的措施，以控制诸如点大小以及所分配的流体体积或重量的参数的持续需求。

在分配过程中可能控制的另一重要变量是，将在具体循环中分配的粘性材料的总量或体积。通常，芯片的设计师指定粘性材料的总量或体积，例如底部填充中的环氧树脂或粘合时的粘合剂，其用于提供期望的底部填充或粘合过程。在喷射时，例如，对于给定的点大小和分配器粘性，已知对分配器控制器编程，以便分配器分配适当数目的点，从而在期望位置处以期望的线或图案分配特定量的粘性材料。当分配参数保持恒定时，这种系统相当有效。然而，这些参数持续变化，虽然短期内仅稍微变化。这些变化的累积效应能够导致分配器分配的流体体积不良地变化。因此，也存在一种对能够检测所分配重量的变化并且做出自动调节的控制系统的需求，以便在整个分配循环期间都均匀地分配期望总体积的粘性材料。

总而言之，存在一种对改进的计算机控制粘性流体分配系统的需求，其解决高生产力制造过程等中的精确分配少量粘性流体的这些和其它挑战。

技术实现要素：

本发明提供一种精确地分配粘性流体和控制分配操作的粘性流体分配系统。该系统包括具有进口和出口的粘性流体分配器。该分配器可操作用以开始和停止以各种方式将粘性流体通过出口分配到衬底上。所述分配可包括各种类型的离散体积输出，诸如粘性流体的点、液滴或线，或者其它类型的输出。该系统还包括粘性流体供应容器，粘性流体供应容器适于保持粘性流体，并且粘性流体供应容器与粘性流体分配器的进口以流体连通的方式联接，以在粘性流体供应容器和粘性流体分配器的出口之间建立粘性流体的流动路径。电子流量计装置可操作地联接在流动路径中，以在分配器通过出口分配流体时产生与流经流动路径的流体的流量成比例的电输出信号。控制器可操作地联接至电子流量计，以连续地接收和处理电输出信号并以闭环方式执行响应控制功能。

可替代地，电子流量计装置被设置成与系统的气动侧连通。也就是说，当通过加压空气操作粘性流体供应时，可使用电子流量计产生与加压空气的流量成比例的电输出信号，所述加压空气用于迫使来自供应的粘性流体流入到流动路径中，并且最终通过出口分配。控制器可操作地联接至电子流量计，以连续地接收和处理电输出信号并以闭环方式执行响应控制功能。在该实施例中，通过控制器使致动空气的流量与所导致的被分配的粘性流体的流量相关。

可在系统中包括各种另外的或可替换的方面。电输出信号可为输出数据集的形式。参考数据集被存储在控制器中，并且处理包括：将输出数据集与参考数据集进行比较。处理电输出信号还包括：检测流经分配器的出口且通过分配器的出口分配的粘性流体的流量的不一致。在该情况下，响应控制功能还包括：做出调节，以改变流经分配器的出口且通过分配器的出口分配的粘性流体的流量。也可能存在维持期望分配量的其它控制功能。例如，可调节总分配时间，以改变总分配体积，或者可调节分配器相对于衬底移动的速度。处理电输出信号还包括：检测流经分配器的粘性流体中的气泡和/或检测阻塞或半阻塞状况。在检测出诸如这些状况的情况下，控制器可向操作者提供合适的指示，诸如警报声或光指示器，或者是在关联控制器的屏幕或监控器上的指示。

在不同实施例中，电子流量计可位于各种位置，诸如在分配器中，或者与通往分配器的供应导管联接，或者也如上文所述的，联接在通往粘性材料供应容器的加压空气供应路径中。控制器可在粘性流体分配器将粘性流体分配到衬底上时处理电输出信号并执行响应控制功能。在其它实施例中，控制器在粘性流体分配器远离衬底并且位于校准站处时操作，以处理电输出信号并执行响应控制功能。

还提供一种控制粘性流体分配系统以精确地分配粘性流体的方法。该方法主要包括将来自粘性流体供应的粘性流体引导到分配器中，并从分配器的出口排出粘性流体。电子流量计装置可操作地联接在供应和分配器的出口之间的流动路径中，并且产生与流过流动路径的流体的流量成比例的电输出信号。处理该电输出信号并以闭环方式执行响应控制功能。通过回顾上文所述以及下文更详细所述的系统操作，将理解该方法的另外方面。

在另一可替代方法中，流量计被联接至通往粘性流体供应容器的加压空气流动路径，并且监控空气的流动，并且使其与所导致的粘性流体的流动相关。然后使用电输出信号，以使得能够按本文所述，通过控制器执行期望的控制功能。

在另一实施例中提供一种非接触式喷射分配器系统，并且其包括具有粘性材料进口和粘性材料出口的非接触式喷射分配器。分配器器可操作用以开始和停止粘性流体从出口到衬底上的流动。该非接触式喷射分配器包括粘性流体供应容器，粘性流体供应容器适于保持粘性流体，并且粘性流体供应容器与粘性流体分配器的进口流体连通地联接，以在粘性流体供应容器和粘性流体分配器的出口之间建立粘性流体的流动路径。该非接触式喷射分配器还包括电子流量计装置，该电子流量计装置可操作地联接在流动路径中，以在从出口喷射流体时产生与流过流动路径的流体的流量成比例的电输出信号。

在结合本文的附图阅读下文详细说明期间，将更易于明白本发明的这些和其它目标和优点。

附图说明

图1是根据本发明的示意性实施例构造的粘性流体分配系统的立面图。

图2是示意与图1中所示的系统相关联的控制器所执行的步骤的流程图。

具体实施方式

图1是用于精确地分配粘性流体和控制分配操作的粘性流体分配系统10的示意图。该系统10包括粘性流体分配器12，其具有粘性流体进口14、用于粘性流体的分配出口16以及用于控制将粘性流体20分配到衬底22上的分配操作的开/关的内部可移动阀18。阀18可在开启和闭合位置之间移动，以将粘性流体20例如以离散体积从出口16分配到衬底22上。本发明不限于这种类型的开始和停止从分配器的流动的方法和结构。例如，可使用依赖于开始和停止流动的压力诱导方式的其它类型的分配器。取决于分配应用和用户的需求，分配器12可为任何适当的类型和构造。大体上，分配器将粘性流体20的连续线或其它图案分配可在衬底22上，或者分配器可为喷射式分配器，其以点或液滴的形式快速地分配小、离散体积的粘性流体。例如，可从美国加利福尼亚州卡尔斯巴德的诺信asymtek获得这种名称为和nexjet^tm的喷射分配器。例如，分配器12可气动地或电动地操作。如图所示，分配器12包括螺线管阀24或与螺线管阀24联接，螺线管阀24以已知方式调节加压致动气体通过管线或导管25的引入，从而将阀18至少移动至开启位置。在双气室分配器中，加压空气也将被用于将阀18移动至闭合位置。在其它实施例中，可使用弹簧将阀18移动至闭合位置。

系统10还包括粘性流体供应容器26，其适于保持粘性流体20，并且与分配器12的进口14流体连通地联接，以在粘性流体供应容器26和粘性流体分配器12的出口之间建立粘性流体的流动路径。在该实施例中，利用来自由压力调节器30调节的合适源28的空气对容器26中的流体20的供应进行加压。电子流量计32a或流量传感器装置被联接在流动路径中，以在阀18处于开启位置时产生与流过流动路径的流体20的流量成比例的电输出信号。流量计32a可直接联接在从供应容器26的出口36延伸至分配器12的进口14的流体管线或导管34中。在该实施例中，优选地，流量计32a为可从瑞士sensirion股份有限公司获得的sensirion型lg-2000或lg16–1000液体流量传感器，或者slq-qt105型流量传感器。所选择的流量计通常的具体类型将取决于应用所需的流量以及诸如响应时间和灵敏度的因素。在其它实施例中，流量计32a可直接结合在分配器12中，如图1中的虚线所示，处于出口16上游的流动路径中的任何位置处。例如，另一替换方案将把流量计32a定位在喷嘴16中。在又另一实施例中，气体流量计32b可联接至系统的气动致动侧。例如，气体流量计32b可联接在压力调节器30和容器26的进口38之间。控制器40可操作地联接至电子流量计32a或32b，与其在系统中的位置无关。如下文将进一步讨论的，控制器40连续地接收和处理指示分别来自流量计32a或32b的粘性流体或气体流量数据点的电输出信号，并以闭环方式执行响应控制功能。例如，控制器40可为plc或可编程逻辑控制器，或者是能够处理来自流量计32a或32b的信号并执行将在下文讨论的功能的任何其它合适的基于计算机的控制装置。系统10的应用，以及待被分配的流体材料，可为任何期望类型，包括上文的背景技术中讨论的那些类型。

图2示意了由控制器40实施和执行的软件的总体流程图。在第一步骤50中，初始化流量计32a或32b、压力调节器30以及与分配器12相关联的任何其它控制组件，以开始分配操作。在下一步骤52中，分配器12开始以所编程的且由控制器40执行的期望方式分配粘性流体，以例如将流体20的多个点或液滴或线快速地分配到衬底22(图1)上。在执行分配操作的同时，控制器40从流量计32a或32b收集粘性流体或空气流数据点(信号)。在步骤54中，以下文进一步讨论的一种或更多种方式处理该数据。例如，在步骤54中的处理能够包括所收集的数据集与所存储的参考数据集的比较或其它分析。在步骤56处，控制器40确定粘性流体的流量是否在容限(tolerance)内。如果流量在容限内，则过程返回至步骤52，并且继续分配操作。如果流体流量不在容限内，则相应地在步骤58处调节分配参数。然后，控制器40继续以闭环方式执行分配操作和控制功能。

为了分析从流量计32a或32b收集的数据或信号，例如，控制器40可将来自流量计32a或32b的输出数据与所储存的参考数据进行比较。例如，来自流量计32a或32b的输出数据可为数据集。可将该数据集图形地绘制成流量与时间图。因此，可由控制器40产生曲线或波形。可产生大致方波，其中信号在分配器阀18开启时处于峰值，并且然后在阀闭合时快速下降。在喷射操作期间，由流量计32a或32b输出的流动信号数据产生的波或曲线将类似于沿曲线的锯齿状图案，其指示随着将流体材料20快速地作为点从分配器出口16喷射时，阀18的快速接通和断开或开启和闭合状态。当在喷射操作结束处将阀18保持在闭合位置时，波形或曲线将降为零。在该操作中，控制器40执行的分析可将来自流量计32a或32b的数据所产生的波形与代表更理想的流动模式的参考波形进行比较。如果被比较的两个波形或曲线相异，则控制器40对系统10做出调节，以改变流动特性。更通常地，控制器40比较基于来自流量计32a或32b并且代表粘性流体或空气流动的信号的当前或实时数据集，并且将该实时数据集与粘性流体或空气流的类似参考数据集进行比较。基于正被比较的该两个数据集之间的检测差异，控制器被编程为然后对系统10的流动特性做出调节。数据集被控制器40实际地集合成波形不是必要的。这些调节可例如包括对压力调节器30、阀18的开启时间、粘性流体20的温度或其它参数的调节。在具有分配循环的连续分配操作的情况下，波形可甚至更成方波形，在所述分配循环中，阀18连续地开启，以例如分配粘性流体20的线。

从流量计32a或32b收集信号/数据时执行的分析可包括各种处理和/或算法。一个处理可包括将所检测的波形中的峰值的平均值与存储在控制器40中的参考或理想波形进行比较。另一种方法能够包括确定波形之下的面积(即，对曲线积分)，并且对该面积与参考数据进行比较。

在分配流体20线或喷射流体20点的情况下，能够将代表分配或喷射期间的正确流动的数据集存储为参考数据集，并且然后将其与来自流量计32a或32b的实时数据集进行比较。如果实时数据集与参考数据集不同，就能够通过下列方式对分配或喷射做出修正，诸如改变供应流体20的注射器或容器26的空气压力。能够非常快速地，诸如在40毫秒的响应时间内做出修正。例如，在两次连续分配之间通常存在约100毫秒，并且可使用该时间以对流动特性做出调节或修正，而不影响处理时间。因此，能够在一次分配或喷射操作的结束和下一次分配或喷射操作的开始之间做出修正。这种非常短的响应时间与下列几分钟时间形成对比，即现有校准程序每次在天平上分配流体材料、称重、计算流量等所需的时间。

系统10还能够用于检测通过出口16排出的一个或更多个气泡。在该情况下，流量计32a或32b将在气泡穿过分配器出口16时检测到流量的瞬时增大。如果被控制器40基于来自流量计32a或32b的信号检测到，该流量的瞬时增大可用于向操作者指示问题，诸如通过警告器、信号灯或控制器或计算机屏幕上的其它指示器。然后，操作者可检查衬底22的任何质量问题并执行对系统10的任何必要维护。还可使用系统10检测与分配器12相关联的，并且最可能与分配器12的喷嘴或出口16相关联的阻塞或半阻塞状况。在该情况下，流量计32a或32b将检测出无流动或明显减小的流动。如果检测出该状况，则控制器40可使用来自流量计32a或32b的信号诸如通过使用警告器、信号灯或控制器或计算机屏幕上的其它指示器向操作者指示该状况。这将允许操作者为了维护的目的而关闭系统。由于诸如气泡或阻塞状况的问题而快速关闭系统10将最小化产品浪费并且提高产量。

应明白，系统10可在包括分配操作的制造过程正进行时用于对分配参数的飞敏调节以及用于上述飞敏检测目的。也就是说，可在制造过程期间连续地使用图2中所示的例行程序，从而在制造期间调节分配参数，从而提高生产率，这与那些包括单独的校准步骤或程序和校准站的系统不同。系统10还可或者可替换地与校准站一起使用，其中将分配器12脱机移动至校准站，并且在校准站执行图2中所示的例行程序，这与在制造过程期间飞敏执行该程序相反。即使是这种在校准站使用系统10也有优势。例如，与使用天平的典型校准站相比，将使用较少流体材料20，并且校准和调节过程将更快并且潜在地更精确。特定的流体材料，诸如助焊剂，有挥发性，并且与这些流体相关联的溶剂将在暴露于大气时蒸发。因而，如果称重过程耗时足够长从而允许蒸发，则结果将较不精确。通过本发明的系统10，控制器40以接近实时的时间量收集流量数据。在该度量体制中，与流体相关联的溶剂蒸发不是一种因素。

虽然已经通过若干实施例的说明示意了本发明，并且虽然已经相当详细地描述了这些实施例，但是无意约束，或者以任何方式将附加权利要求的范围限于这些细节。本领域技术人员应易于明白另外的优势和改型。因此，本发明在其最广泛方面不限于所示和所述的特定细节。可以具体应用必需或期望的任何组合使用本文公开的各种特征。因此，不偏离下文权利要求书的精神和范围的情况下，可对本文所述的细节做出偏离。