(57)【要約】ディスペンシングシステム（１０）および材料を基板に分配するための方法が提供される。ディスペンシングシステム（１０）は、フレーム、フレームに結合されて、ディスペンシングシステム（１０）における分配位置で基板を支持する支持体、およびフレームに結合されて、材料を基板に分配するディスペンシングヘッド（１２４）を含む。このディスペンシングヘッド（１２４）は、出力駆動機構に結合された第１のモータを有するモータユニット（１２６）と、モータユニットに取外し可能に結合されて、分配材料が分配される材料出口を有するディスペンシングユニット（１２８）とを含む。このディスペンシングユニット（１２８）は、材料出口に結合され、かつモータユニットの出力駆動機構に結合されたディスペンシング機構を有して、第１のモータの動作によって、ディスペンシング機構が出口を通して材料を分配するようにする。ディスペンシングヘッドは、ディスペンシングユニットの分配針よりも直径の小さいドットの材料の堆積のために制御され得る。
2005532901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子基板上にドットの材料を分配する方法であって、前記方法は、
前記材料をディスペンサに充填するステップを含み、前記ディスペンサは、内径を有する出口を備えた分配針を有し、前記方法はさらに、
前記ディスペンサを前記電子基板上に位置付けるステップと、
前記ドットが前記基板で接触表面積を有するように、かつ前記接触表面積の直径が前記針の出口の内径よりも小さいまたはそれに等しくなるように、前記基板にドットの材料を分配するように前記ディスペンサを制御するステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記材料は、銀エポキシ、表面実装接着剤、フラックスおよびはんだペーストのうちの１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ディスペンサを制御するステップは、符号器を有するモータを前記ディスペンサに結合するステップと、前記モータおよび前記符号器の間で歯車減速器を結合するステップとを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ディスペンサはオーガーねじを含み、前記ディスペンサを制御するステップは、予め定められた量だけ前記オーガーねじを回転させるステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ディスペンサを前記電子基板に向けて低くするステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記低くするステップは、前記ディスペンサが低くされる間に前記モータを固定した位置に維持するステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ディスペンサを制御するステップは、符号器を有するモータを前記ディスペンサに結合するステップと、前記モータおよび前記符号器の間で歯車減速器を結合するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ディスペンサは、オーガーねじを含み、前記ディスペンサを制御するステップは、予め定められた量だけ前記オーガーねじを回転させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ディスペンサを前記電子基板に向けて低くするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記低くするステップは、前記ディスペンサが低くされる間に前記モータを固定した位置に維持するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ドットの材料を電子基板に分配するための装置であって、前記装置は、
材料が分配される内径を有する出口を有し、分配のための材料が受取られる入口を有し、かつ制御入力を有するディスペンサと、
符号器を有するモータと、
前記モータおよび前記ディスペンサの前記制御入力の間で結合されて、１よりも大きい歯車減速比を与えて前記ディスペンサの正確な制御をもたらす歯車減速器と含む、装置。
【請求項１２】
前記ディスペンサは、材料が分配されるように回転される、前記制御入力に結合されたオーガーねじを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ディスペンサを垂直に動かして、前記ディスペンサを前記電子基板上の分配の高さに位置付けるｚ軸モータをさらに含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記装置は、前記ディスペンサが前記ｚ軸モータによって下げられる間に、前記モータが固定の位置にとどまるように構成および配置される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記ディスペンサを前記分配の高さに位置付けるための前記電子基板の高さを決定するｚ軸センサをさらに含む、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
ドットの材料を電子基板に分配するための装置であって、前記装置は、
材料が分配される内径の針を有するディスペンサと、
前記ドットが前記基板上の接触表面積を有し、かつ前記接触表面積の直径が前記針の出口の内径よりも小さいまたはそれに等しくなるように、前記電子基板にドットの材料を分配するように前記ディスペンサを制御するための手段を含む、装置。
【請求項１７】
前記材料は、銀エポキシ、表面装着接着剤、フラックスおよびはんだペーストのうちの１つである、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記装置は、
符号器を有するモータと、
材料を分散させるために前記モータによって回転されるオーガーねじと、
前記オーガーねじの回転の度合いごとに符号器が数える数を増加させるために、前記モータの歯車比を減じるための手段とをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記ディスペンサを前記電子基板に向けて低くするための手段をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ディスペンサが低くされる一方で、前記モータを固定した位置に維持するための手段をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記電子基板の高さを測定するための手段をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は一般的に、１つのワークステーション内の複数の作業装置を用いて、複数の作業を並行して行なうための装置および方法に関する。より特定的に、本発明は、ディスペンシングシステムにおける１つ以上のディスペンシングヘッドを用いて、材料を基板に分配するための装置および方法に関する。さらに、特定の実施例は、マイクロドットの材料を分配するためのディスペンシングシステムのためのものである。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
さまざまな適用例のための定量の液体またはペーストを分配するために用いられる複数タイプの先行技術のディスペンシングシステムがある。１つのこのような適用例は、プリント回路基板および集積回路チップのアセンブリにおけるものである。この適用例において、ディスペンシングシステムは、封止材料で集積回路を封止するプロセスで、およびカプセル材料でフリップ集積回路チップをアンダフィルするプロセスで、用いられる。先行技術のディスペンシングシステムはまた、ドット状のもしくは球状の液状エポキシまたははんだペーストを回路基板および集積回路に分配するために用いられる。液状エポキシおよびはんだは、構成要素を回路基板または集積回路それぞれに固定または接続するために用いられる。上述のディスペンシングシステムは、ＣＡＭＡＬＯＴ（登録商標）の名のもと、本発明の譲受人であるスピードライン・テクノロジーズ・インコーポレイテッド（Speedline Technologies, Inc.）によって製造され販売されたものを含む。
【０００３】
上述のディスペンシングシステムは、典型的に、回路基板または集積回路の製造プロセスで用いられる他の機器を有する自動組立ラインにおける電子製造設備で用いられる。ディスペンシングシステムと並ぶ他の機器は、たとえばピックアンドプレース機を含み得、これは構成要素を回路基板に置き、または回路基板もしくは集積回路に分配されるはんだペースト等の材料を加熱するために用いられるリフロー炉を含み得る。
【０００４】
典型的なディスペンシングシステムにおいて、ポンプおよびディスペンサのアセンブリは、コンピュータシステムまたは制御装置によって制御されるサーボモータを用いて、３つの互いに直交する軸（ｘ，ｙ，ｚ）に沿ってポンプおよびディスペンサのアセンブリを移動させるための移動アセンブリに装着される。ドットの液体を回路基板の所望の位置に分配するために、ポンプおよびディスペンサのアセンブリは、それが所望の位置に置かれるまで水平のｘおよびｙ軸に沿って動かされる。ポンプおよびディスペンサのアセンブリは次に、そのノズルが基板上で適切な分配の高さになるまで垂直のｚ軸に沿って下げられる。ポンプおよびディスペンサのアセンブリはドットの液体を分配し、次にｚ軸に沿って上げられ、ｘおよびｙ軸に沿って新しい位置へと動かされ、ｚ軸に沿って低くされて次の液体ドットを分配する。
【０００５】
回路基板の製造の際に、２つの異なる液体またはペーストを回路基板に分配する、または異なる量の同じ材料を分配することが必要であるまたは望ましいことがある。１つのディスペンシングヘッドから複数の分配材料のうちの１つを分配することのできるディスペンシングシステムが設計されている。このようなディスペンシングシステムの一例が、引用により援用される、キャヴァレロ（Cavallaro）に付与された、１９９８年８月１８日発行の米国特許第５，７９５，３９０号に記載されている。これらのディスペンシングシステムは、典型的に一度に１つの材料を分配することができるに過ぎず、これらのシステムにおける製品のスループットは、１つのディスペンシングヘッドを用いて連続して多数
の材料を分配するのに必要とされる時間のために、望まれるよりも少ないかも知れない。
【０００６】
このスループットの問題を克服するために、第１のディスペンシングシステムが１つの材料を分配し、第２のディスペンシングシステムが第２の材料を分配する２つのディスペンシングシステムが互いに隣接して置かれ得る。この解決法は高価である。なぜなら２つの完全な機械が用いられ、かつ追加の製造空間が必要であるからである。典型的な動作において、製造現場のスペースは限られており、製造現場での各々の製造システムの「設置面積」を制限することが望ましい。
【０００７】
プリント回路基板はさらに密集し続け、回路の構成要素はさらに小さくなり続けている。結果として、直径が０．０１０インチ（１０ミル）未満のはんだペーストまたは接着剤等のドットの材料を適切に分配することのできるディスペンシングシステムの必要性が高まっている。小さなドットの材料を分配するためには、引用により援用される、ホワイト（White）等に付与された、１９９８年１０月１３日発行の米国特許第５，８１９，９８３号に開示されたようなオーガー型ポンプを用いることが知られている。このようなオーガー型ポンプは、典型的に、加圧空気を用いてオーガーに材料を供給し、オーガーからの分配はＤＣモータでオーガーを回転させることによって行なわれる。針がオーガーの出力に取付けられ、材料が針の先端から分配される。典型的な先行技術のオーガー型ポンプにおいて、オーガーの加速は、用いられるクラッチ、モータトルク、パッキングワッシャおよび摩擦の特徴の関数であり、オーガーの減速は、パッキングワッシャおよび摩擦の関数である。したがって、これらのポンプの加速および減速は、十分に制御されず、分配を適切に制御することが困難になる。したがって、これらのポンプは典型的に直径が０．０１０インチ未満の小さなドットを分配するためには用いられない。
【０００８】
ＳＭＴ誌（SMT Magazine）（２００１年７月）におけるラス・ピーク（Russ Peek）による「マイクロディスペンシングの幕開け」（“The Dawn of Micro-Dispensing”）と題された技術論文で議論されるように、電子産業で周知の経験則では、針が運ぶことのできる最小ドットの直径は、１．５を掛けた針の内径に等しい。この法則に基づくと、針の内径は、直径が５ミルのドットを分配するためには３．３ミルでなければならない。しかしながら、はんだペースト、銀エポキシおよび電子産業における他の接着剤を分配するために内径がおよそ５ミル未満の針を用いると、これらの材料に含まれる粒子のサイズのために針の目詰まりが起きることが多い。この針の目詰りは取り返しのつかない分配結果をもたらす。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明の概要
１つの一般的な局面において、本発明は材料を基板に分配するためのディスペンシングシステムを特徴とする。このディスペンシングシステムは、フレーム、フレームに結合されて、ディスペンシングシステムにおける分配位置で基板を支持する支持体、およびフレームに結合されて、材料を基板に分配するディスペンシングヘッドを含む。このディスペンシングヘッドは、出力駆動機構に結合された第１のモータを有するモータユニットと、モータユニットに取外し可能に結合されて、分配材料が分配される材料出口を有するディスペンシングユニットとを含む。このディスペンシングユニットは、材料出口に結合され、かつモータユニットの出力駆動機構に結合されたディスペンシング機構を有して、第１のモータの動作によって、ディスペンシング機構が出口を通して材料を分配するようにする。
【００１０】
モータユニットは、リフトプレートに動作可能に結合されて、リフトプレートの垂直方向の動きを与える第２のモータを含むことができ、ディスペンシングユニットは、リフト
プレートに結合されて、分配のためにディスペンシング機構を基板に向けて下げるためにディスペンシング機構を垂直に動かすアダプタをさらに含むことができる。
【００１１】
出力駆動機構は第１の歯車を含むことができ、ディスペンシング機構は第１の歯車と係合するように配置された第２の歯車を含むことができる。第１の歯車は細長い歯を有し、第２の歯車は、ディスペンシング機構が第１の歯車の細長い歯との係合を保ちながら下げられるときに、垂直に動くように構成および配置することができる。
【００１２】
ディスペンシングユニットおよびモータユニットは、ディスペンシングユニットおよびモータユニットの間で運動学的な整合を与えるように構成および配置することができる。ディスペンシングユニットは、複数の電気的接点を含むことができ、モータユニットはディスペンシングユニットの電気的接点に動作可能に結合するための複数の電気的接点を含むことができる。ディスペンシングユニットは、ディスペンシングユニットの特徴の識別を与える複数の電気的接点に結合された電気識別回路を含むことができる。電気識別回路は、ディスペンシングユニットのための較正データを含むデータ記憶要素を含むことができる。
【００１３】
ディスペンシングユニットは気体入口ポートを含むことができ、モータユニットは気体出力ポートを含むことができ、この気体出力ポートは、加圧された空気をディスペンシングユニットに与えるためのディスペンシングユニットの気体入口ポートと噛み合う。ディスペンシングユニットは、ディスペンシング機構に結合されて、分配する材料をディスペンシング機構に与えるスポイトを含むことができ、このスポイトはディスペンシング機構が下げられたときに垂直に動くように構成および配置することができる。ディスペンシングシステムは、ディスペンシング機構を運動の範囲にわたって垂直に動かすことができるように、および運動の範囲の少なくとも一部にわたってスポイトがディスペンシング機構とともに動かないように、構成および配置することができる。モータユニットは、第２の出力駆動機構をさらに含むことができ、ディスペンシングユニットは第２のディスペンシング機構をさらに含むことができる。
【００１４】
別の一般的な局面において、本発明は、ディスペンシングシステムを用いて材料を基板に分配する方法を特徴とする。本発明は、モータユニットをディスペンシングシステムに結合するステップを含み、上記モータユニットは出力駆動機構を有するモータを有し、上記方法はさらに、ディスペンシングユニットのディスペンシング機構がモータの出力駆動機構に動作可能に結合されるように、ディスペンシングユニットをモータユニットに結合するステップと、材料がディスペンシング機構から基板上に分配されるようにモータを動作させるステップとを含む。
【００１５】
出力駆動機構は第１の歯車を含むことができ、ディスペンシング機構は第２の歯車を含むことができ、ディスペンシングユニットを第１のモータユニットに結合するステップは、第１の歯車に第２の歯車を係合させるステップを含むことができる。この方法は、モータユニットおよびディスペンシングユニットを固定した位置に維持しながら、ディスペンシング機構を基板に向けて垂直に動かすステップをさらに含むことができる。ディスペンシングユニットをモータユニットに結合するステップによって、モータユニットおよびディスペンシングユニット間で運動学的な結合を与えることができる。ディスペンシングユニットをモータユニットに結合するステップは、モータユニットおよびディスペンシングユニットの間で電気的接続を与えるステップを含むことができ、この方法は、電気的な接続上でディスペンシングユニットの特徴に関するデータを受信するステップをさらに含むことができる。受信されたデータはディスペンシング機構のための較正情報を含むことができる。
【００１６】
別の一般的な局面において、本発明は、材料を基板に分配するためのディスペンシングシステムを特徴とする。このディスペンシングシステムは、フレーム、フレームに結合されて、ディスペンシングシステムにおける分配位置で基板を支持する支持体、およびフレームに結合されて、材料を基板に分配するディスペンシングヘッドを含む。このディスペンシングヘッドは、出力駆動機構に結合されたモータを有するモータユニット、および材料が分配される材料出口を有するディスペンシングユニットを含み、上記ディスペンシングユニットは、材料出口に結合されたディスペンシング機構と、モータの動作によってディスペンシング機構が出口を通して材料を分配するように、モータユニットをディスペンシングユニットに取外し可能に結合するための手段とを有する。
【００１７】
ディスペンシングシステムは、モータユニットおよびディスペンシングユニットを固定した位置に維持しながら、ディスペンシング機構を基板に向かって垂直に動かすための手段をさらに含むことができる。ディスペンシングヘッドは、モータユニットおよびディスペンシングユニットの間に運動学的な結合を与えるための手段をさらに含むことができる。ディスペンシングヘッドは、ディスペンシングユニットの特徴を検出するための手段をさらに含むことができる。特徴を検出するための手段は、ディスペンシングユニットの較正データを検出するための手段を含むことができる。
【００１８】
別の一般的な局面において、本発明は電子基板に少量の材料を分配する方法を特徴とする。この方法は、材料をディスペンサに装填するステップを含み、上記ディスペンサは、内径を有する出口を備えた分配針を有し、上記方法はさらに、ディスペンサを電子基板に位置付けるステップと、ドットが基板で接触表面積を有するように、かつ接触表面積の直径が針の出口の内径よりも小さいまたはそれに等しくなるように、基板にドット状の材料を分配するようにディスペンサを制御するステップとを含む。
【００１９】
材料は、銀エポキシ、表面実装接着剤、フラックスおよびはんだペーストのうちの１つとすることができる。ディスペンサの制御は、符号器を有するモータをディスペンサに結合するステップと、モータおよび符号器の間で歯車減速器を結合するステップとを含むことができる。ディスペンサは、オーガーねじを含むことができ、ディスペンサの制御は、予め定められた量だけオーガーねじを回転させるステップを含む。この方法は、ディスペンサを電子基板に向けて低くするステップをさらに含むことができる。ディスペンサを低くするステップは、ディスペンサが低くされる間にモータを固定した位置に維持するステップを含むことができる。
【００２０】
本発明のさらに別の一般的な局面は、少量の材料を電子基板に分配するための装置のためのものである。この装置は、材料が分配される内径を有する出口を有し、分配のための材料が受取られる入口を有し、かつ制御入力を有するディスペンサを含む。この装置は、符号器を有するモータ、モータおよびディスペンサの制御入力の間で結合されて、１よりも大きい歯車減速比を与えてディスペンサの正確な制御をもたらす歯車減速器をさらに含む。
【００２１】
ディスペンサは、材料が分配されるように回転される、制御入力に結合されたオーガーねじを含むことができる。この装置は、ディスペンサを垂直に動かして、ディスペンサを電子基板上の分配の高さに位置付けるｚ軸モータをさらに含むことができる。この装置は、ディスペンサがｚ軸モータによって下げられる間に、モータが固定の位置にとどまるように構成および配置することができる。この装置は、ディスペンサを分配の高さに位置付けるための電子基板の高さを決定するｚ軸センサをさらに含むことができる。
【００２２】
本発明の別の局面は、少量の材料を電子基板に分配するための装置のためのものである。この装置は、材料が分配される内径の針を有するディスペンサ、およびドットが基板上
の接触表面積を有し、かつ接触表面積の直径が針の出口の内径よりも小さいまたはそれに等しくなるように、電子基板にドット状の材料を分配するようにディスペンサを制御するための手段を含む。
【００２３】
材料は、銀エポキシ、表面装着接着剤、フラックスおよびはんだペーストのうちの１つとすることができる。この装置は、符号器を有するモータ、材料を分配させるためにモータによって回転されるオーガーねじ、およびオーガーねじの回転の度合いごとに符号器が数える数を増加させるために、モータの歯車比を減じるための手段をさらに含むことができる。この装置は、ディスペンサを電子基板に向けて低くするための手段、ディスペンサが低くされる一方でモータを固定した位置に維持するための手段、および電子基板の高さを測定するための手段をさらに含むことができる。
【００２４】
本発明をさらによく理解するために、本明細書に引用により援用される図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
詳細な説明
例示のために、ここで本発明の実施例が多数のヘッドディスペンシングシステム１０とともに用いられるように設計されたディスペンシングユニットを参照して記載され、これは図１に示され、以下におよび米国特許第６，００７，６３１号および第６，２０６，９６４号に記載され、これら双方はこの出願の譲受人であるスピードライン・テクノロジーズ・インコーポレイテッドに譲渡されている。当業者は、本発明の実施例が多数のヘッドディスペンシングシステム１０とともに用いられることに制限されるのではなく、単一のヘッドの適用例においても用いられ得ることを認識するであろう。
【００２６】
多数のヘッドディスペンシングシステム１０が、ここで図１および２を参照して記載される。図１は多数のヘッドディスペンシングシステム１０の斜視図であり、図２はディスペンシングシステム１０の上面図である。例示を容易にするために、このシステムは外装がない状態で図１および図２に示されている。
【００２７】
ディスペンシングシステム１０は下方コンパートメント１２を含み、このコンパートメントは電気および空気圧式制御装置および主要なシステム制御装置を収容するために用いられる。アクセスドア１４および１６は下方コンパートメントの前面に装着されて、そこに含まれる機器にアクセスできるようにする。下方コンパートメントの上面は、二重トラックコンベア２０が存在する加工物表面１８をなす。加工物表面１８に装着されているのは、４つのｘ／ｙガントリーシステム２２ａ，２２ｂ，２２ｃおよび２２ｄである。ガントリシステムの各々はディスペンシングヘッド２４ａ，２４ｂ，２４ｃおよび２４ｄを支持し、主要な制御装置の制御下で、コンベアシステム２０を用いて材料をディスペンスシステムに装備された基板に分配し、さらに本発明のいくつかの実施例において、ガントリシステムの各々は、視覚システムの位置合わせおよび検査システムの一部として用いられるカメラを支持する。加工物表面１８は、４つのテーブルトラフ２６ａ，２６ｂ，２６ｃおよび２６ｄが通過する４つの孔を有する。ケーブルトラフの各々は、ケーブルを下方コンパートメントにおける電気および空気圧式制御装置からディスペンシングヘッド２４ａ，２４ｂ，２４ｃおよび２４ｄの各々に敷くために用いられる。一実施例において、ケーブルトラフはイグス・コーポレイション（Igus Corporation）から入手可能なＥチェーン（E-Chain）を用いて実現される。
【００２８】
ガントリシステム２２ａ，２２ｂ，２２ｃおよび２２ｄは実質的に同一であり、一実施例において、「位置付けシステム」（“Positioning System”）と題された米国特許第５，８８６，４９４号、または「位置付けシステム」と題された米国特許第５，９０３，１
２５号（これら双方は本明細書に引用により援用される）のいずれかで開示されたガントリシステムのうちの１つを用いて実現される。ここでガントリシステム２２ａが図１および２を参照してより詳細に記載され、ガントリシステム２２ｂ，２２ｃ，および２２ｄはガントリシステム２２ａと実質的に同一であることが理解される。ガントリシステム２２ａは、図１に示された水平で直角のｘおよびｙ軸に沿ってディスペンシングヘッド２４ａを位置付ける。
【００２９】
ガントリシステム２２ａは、２つの水平の支持部材２６および２８、ならびに加工物表面１８に結合された４つの垂直な支持部材３０，３２，３４および３６を含む。モータ支持板３８は、水平の支持部材の間で結合され、２つのモータ７４および７６を支持するために用いられる。ガントリ２２ａは板５０を含み、この板はｙ軸に沿って動くことができるように水平の支持部材の各々の下面に配置されたレール（図示せず）に滑動可能に装着されている。ディスペンシングヘッドまたはポンプ２４ａはキャリッジ６０に装着され、このキャリッジは次に板５０に滑動可能に装着されてｘ軸に沿ったディスペンシングヘッドの移動を可能にする。
【００３０】
ガントリシステム２２ａは、２つのナットブロック６６および６８をさらに含み、このナットブロックは、水平の支持部材２６および２８の下に装着されたレールに沿って滑動可能に動くことができる。ナットブロックの各々は、それぞれのリードねじ７０，７２を通してモータ７４，７６のうちの１つに結合される。
【００３１】
ナットブロックは、ｙ軸に沿ってナットブロックを動かすためのリードねじを用いてモータによって別々に駆動することができる。ディスペンシングヘッド２４ａは、それぞれの剛性のトレーリングアーム８０，８２で各々のナットブロック６６，６８に接続され、このトレーリングアームは一方端でナットブロックのうちの１つに、他方端でディスペンシングヘッド２４ａに旋回可能に接続される。米国特許第５，９０３，１２５号でより詳細に説明されるように、ディスペンシングヘッド２４ａは、モータ７４および７６を用いてナットブロックをｙ軸に沿って動かすことによって、ｘおよびｙ軸に沿って位置付けられ得る。モータ７４および７６ならびにディスペンシングヘッド２４ａに位置するｚ軸のモータは、下方コンパートメントに位置する主要なシステム制御装置によって制御される。
【００３２】
ガントリシステム２２ａ，２２ｂ，２２ｃおよび２２ｄは、ディスペンシングシステム１０において重要な利点を与える。米国特許第５，９０３，１２５号に記載されるように、ガントリシステムの真下の動作領域とガントリシステムの全幅の比は、典型的なｘ／ｙガントリシステムよりも上述のガントリシステムの方がはるかに高い。これによって、多数のヘッドディスペンシングシステムにおいて作動位置の間で加工製品を動かすのに必要とされる時間が減じられ、さらにディスペンシングシステム１０の合計の設置面積が減じられる。
【００３３】
ディスペンシングヘッド２４ａ，２４ｂ，２４ｃおよび２４ｄは、米国特許第５，８１９，９８３号および米国特許第５，９５７，３４３号（この各々は引用により援用されてる）において開示されたものを含む複数の異なるディスペンシングヘッドまたはポンプを用いて実現され得る。さらに、ディスペンシングヘッドは、以下に記載される本発明の実施例に従ってディスペンシングヘッドを用いて実現され得る。
【００３４】
図３および図４は、本発明の一実施例に従ったディスペンシングヘッド１２４の斜視図を示し、このディスペンシングヘッドは、多数のヘッドディスペンシングシステム１０のキャリッジ６０のうちの１つに装着され得る。ディスペンシングヘッド１２４は、モータユニット１２６およびディスペンシングユニット１２８を含む。モータユニットは、キャ
リッジ６０のうちの１つに装着するための装着面１２９、および剛性のトレーリングアーム８０，８２に接続するためのヨーク部品１２７を有する。図３および４に示されるように、ディスペンシングユニット１２８はモータユニットから取外し可能である。ディスペンシングヘッド１２４は、ディスペンシングヘッドのすべてのモータがモータユニットに含まれ、かつ分配する材料が取外し可能なディスペンシングユニットにおいてのみ含まれるように設計される。したがって、ディスペンシングヘッド１２４から分配される材料を変える、または材料が分配される針のサイズを変えることが望ましいときに、ディスペンシングユニットは、モータユニットから取外され、かつ所望の材料および／または針のサイズを有する別のディスペンシングユニットと交換され得る。以下に詳細に説明されるように、ディスペンシングユニットおよびモータユニットの間に運動学的な接続が与えられて、ディスペンシングユニットが交換されるたびにディスペンシングヘッドを較正し直す必要なく、ディスペンシングユニットの分配針が正確に位置付けられる。
【００３５】
ここでディスペンシングユニット１２８が図３から６を参照してより詳細に説明される。ディスペンシングユニットは、主なハウジング１３０、下方ハウジング１３２、ディスペンシングカートリッジ１３４および分配材料のスポイト１３８を支持するためのスポイト支持１３６を含む。主なハウジング１３０は、ディスペンシングカートリッジ１３４を含む空隙部分１４０、空気圧端子ブロック１４２、および空気圧端子ブロック１４２と主なハウジング１３０の上面に装着された空気圧ポート１４６との間で結合された空気圧線１４４を有する。空気圧端子ブロックは、モータユニット１２６から加圧された空気を受ける入口ポート１４８を有する。入口ポートは、モータユニットおよびディスペンシングユニットの間で空気圧接続のための密封を与える弾性のＯリング１５６を含む。空気圧ポート１４６は、エアホース１５４（図６には示されない）を通してスポイト１３８の上部タップ（図示せず）に結合される。ディスペンシングユニットの動作の際に、加圧された空気を用いて、スポイトにおける材料を加圧して、材料がスポイトからディスペンシングカートリッジに流れるようにする。
【００３６】
空気圧端子ブロック１４２は、小さな回路基板１５２が装着された回路基板ブラケット１５０を有する。図６において、回路基板ブラケット１５０は回路基板が取外された状態で示されている。以下でより詳細に記載されるように、回路基板はモータユニットがそれに結合されたディスペンシングユニットを識別することができるようにする電気接続を与え、一実施例において回路基板は、モータユニットが電力をディスペンシングユニットにおけるヒータに与えることができるようにする。この実施例において、回路基板は、モータユニットおよびディスペンシングユニット内に位置する温度センサの間で電気的接続をさらに与える。
【００３７】
ディスペンシングユニットの下方ハウジング１３２は、ディスペンシングカートリッジを含むための円筒形の孔１５９を有する。下方ハウジングはまた、２つの調整ピン１７４，１７６およびディスペンシングユニットをモニタユニットに運動学的に装着するために用いられる３つの上げた円筒タブ１７８，１８０，１８２を有する。調整ピンは、２つのねじ１８４を用いてハウジングに結合される。
【００３８】
図５に示されるように、ディスペンシングカートリッジは、カートリッジスリーブ１５８および軸１６１を有する下方カートリッジ１６０を含む。カートリッジスリーブは下方ハウジング１３２に挿入されて、保持リング１６２を用いて下方ハウジングで保持される。下方カートリッジはカートリッジスリーブに挿入されて、下方カートリッジの溝１６１に配置された弾性リング（図示せず）によって生成された引張りを用いてカートリッジスリープで保持される。下方カートリッジは、ホース１６８を通してスポイト１３８からの分配材料を受けるための入口ポート１６６を有する。異なるサイズの複数の分配針のうちの１つが、分配される材料の量およびタイプに依存して、下方カートリッジの底部に結合
され得る。カートリッジスリーブ１５８は、以下に詳細に説明されるように、モータユニットの細長い歯車２３２と噛み合うように設計された歯車１７０を有する。この歯車は、下方カートリッジがカートリッジスリーブに挿入されるときに軸１６１と係合する。カートリッジスリーブはまた、モータユニットのリフトプレート２５６と噛み合う肩部分１７２を含む。リフトプレート２５６は、円筒形の孔１５９内のディスペンシングカートリッジの垂直の動きを制御する。
【００３９】
図６は、スポイト装着アセンブリを含むディスペンシングユニット１２８の側面をより詳細に示している。スポイト装着アセンブリの主な構成要素は、スポイト支持１３６、スポイトスライダプレート１８６、スポイトスライダガイド１８８、およびスポイトアダプタプレート１９０を含む。スポイト支持は、２つのねじ１９２を用いて主なハウジングに結合され、スポイトスライダガイドは２つのねじ１９４を用いて主なハウジングに結合される。スポイトスライダプレートは、スロット１８７を含み、スポイトスライダガイドを用いて主なハウジングに対して保持される。以下で説明されるように、スポイトスライダプレートはスポイトスライダガイド内で垂直に動くことができる。スポイトアダプタプレートは２つのねじ１９８を用いてスライダプレートに結合される。スポイト装着アセンブリは、２つの保持リング２００、スポイトフェルールノブ２０６、ルアモジュール取付具２０４およびスポイトフェルール２０２をさらに含み、これらはスポイトの出口をホース１６８を通してディスペンシングカートリッジの下方カートリッジに結合するために用いられる。
【００４０】
ここでモータユニット１２６が図３，４，７および８を参照してより詳細に説明される。モータユニットは、ディスペンシングユニットと噛み合わせるための合わせ面２１０を有する前板アセンブリ２０９を有するモータユニットハウジング２０８を含む。合わせ面２１０は、ディスペンシングユニットの円筒形のタグ１７８，１８０および１８２と噛み合い、これはディスペンシングユニットの調整ピン１７４および１７６と噛み合わうための２つの調整孔２１８および２２０を含む。
【００４１】
モータユニットおよびディスペンシングユニットの間の運動学的な接続を与えることが望まれる本発明の一実施例において、調整ピン１７４のうちの１つは円形の断面を有し、他の調整ピン１７６は図５Ａに示されるように実質的にダイヤモンド形の断面である。当業者によって理解されるように、運動学的な接続は、すべての６つの動きの度合（Ｘ,Ｙ,Ｚ，ピッチ、ヨー、ロール）に沿って位置合わせされる２つの物体の相対的な位置を一意に抑制する。本発明の実施例において、円形の調整ピン１７４は２つの動きの度合いを制御し、他の調整ピン１７６ならびに円筒形のタブ１７８、１８０および１８２の各々は、１つの動きの度合いを制御する。以下で説明されるように、本発明の実施例におけるモータユニットおよびディスペンシングユニット間の運動学的な接続の使用によって、ディスペンシングユニットが交換されるときにディスペンシングヘッドを較正し直す必要がなくなる。
【００４２】
前板アセンブリ２０９に結合されたモータユニットの主な構成要素が図７により詳細に示され、これは接触測定アセンブリ２２２、分配駆動モータアセンブリ２２４、主な回路基板２２６、出力駆動アセンブリ２２８、およびＺ軸モータアセンブリ２３０を含む。主な回路基板はディスペンシングシステムの電気的および空気圧的なシステムに結合され、制御装置からの制御信号を受信する。
【００４３】
接触測定アセンブリは、２つのねじ２２５を用いて前板アセンブリ２０９に結合される。接触測定アセンブリは、アセンブリの底部で拡張可能なピンを有し、これは分配が行なわれると、モータユニットおよび基板の間の距離を測定するために用いることができる。ピンの拡張は、接触測定アセンブリ２２２の空気圧入力２２３を通して受けられた空気圧
を用いて制御される。いくつかの適用例について、ディスペンシングユニットの材料出口は、基板よりも上の正確な距離であることが望ましく、これらの適用例について、接触測定を用いてディスペンシングヘッドから基板までの距離を測定して、分配を行なう前にディスペンシングユニットを適切に位置付ける助けをすることができる。上述のように、本発明のいくつかの実施例において、ディスペンシングユニットのモータユニットへの運動学的な装着が与えられる。したがって、所与のディスペンシングユニットにつき、リフトプレートの所与の位置、ディスペンシングユニットの針の出口は、モータユニットに対して固定された位置にあり、この固定された位置の所与の知識および接触測定アセンブリによって測定された距離、ディスペンシングシステムの制御装置は、針の出口を適切な分配の高さに位置付けることができる。
【００４４】
本発明の一実施例において、接触測定アセンブリは、本発明に引用により援用され、本発明の譲受人に譲渡された、カー（Carr）等による「ディスペンシングシステムにおける基板の高さを測定するための方法および装置」（“Method and Apparatus for Measuring
the Height of a Substrate in a Dispensing System”）と題された米国特許第６，０９３，２５１号に記載された接触測定のうちの１つを用いて実現される。
【００４５】
分配駆動モータ２２４は、細長い歯車２３２の回転運動を制御し、したがってディスペンシングカートリッジ１３４によって材料の分配を制御するために用いられる。分配駆動モータは、電力および制御信号を受信するために主な回路基板２２６に結合され、ねじ２３６，２３８および洗浄器２４０，２４２を用いてＺモータブラケット２３４に装着される。駆動ベルト２４４を用いて、分配駆動モータの出力駆動軸を細長い歯車２３２に結合させる。一実施例において、分配駆動モータは、ミネソタ州、ニューウルム（New Ulm）のＱＭＣから入手可能なシリーズＩＢＨ−１０１のブラシレスモータを用いて実現される。別の実施例において、分配駆動モータは、部品番号０９０９Ｈ２００でのＡＰＩハロウィー（API-Harowe）から入手可能なブラシレスモータを用いて実現される。分配駆動モータは、ディスペンシングユニットのための制御信号を通して主な制御装置に結合される符号器２２４Ａを含む。一実施例において、符号器はモータの回転ごとに２０４８のカウントを与える。この実施例において、駆動ベルト、プーリ構成は、細長い歯車への１０：２４のベルトおよびプーリ減少を与え、さらに細長い歯車およびディスペンシングカートリッジの歯車１７０の間で２８：４８の減少がある。これはモータおよびディスペンシングカートリッジの歯車の間で４．１１：１の全体的な減少を生じ、これはディスペンシングカートリッジの歯車の回転の度合いごとに２３．４の符号器のカウントをもたらす。上述の構成における歯車およびベルトの使用は、ディスペンシングユニットの制御を増大させる。
【００４６】
主な回路基板アセンブリ２２６は、ねじ２４８，２５０，２５２およびねじポスト２５４を用いて前板アセンブリ２０９に装着される。主な回路基板アセンブリ２２６は、主な電気インターフェイスおよびディスペンシングヘッドのための配電機能を与える。回路基板アセンブリに装着された電気コネクタ２４６は、ディスペンシングシステムの他の構成要素に電気的インターフェイスを与える。
【００４７】
モータ駆動アセンブリ２２８は、リフトプレート２５６、細長い歯車２３２、上方装着ブラケット２５８および下方装着ブラケット２６０を含む。上方装着ブラケットおよび下方装着ブラケットは、４つのねじ２６２（そのうちの１つだけが図７に示されている）を用いてモータ駆動アセンブリを前板アセンブリ２０９に装着するために用いられる。モータ駆動プレートはまた、上方装着ブラケット２５８およびリフトプレート２５６に装着されたボールねじ２６４を含んで、ボールねじの回転がリフトプレート２５６の垂直の動きおよびディスペンシングカートリッジ１３４の垂直の動きをもたらす。
【００４８】
Ｚ軸モータは、Ｚ軸モータに電力および制御信号を与える前板アセンブリ上のＺ軸モータコネクタ２６８の上に位置付けられる。Ｚ軸モータは、ボールねじ２６４に結合されてリフトプレート２５６の動きを制御する出力駆動軸２６６を有する。一実施例において、Ｚ軸モータは、フロリダ州、クリアウォータ（Clearwater）のマイクロ・モー・エレクトロニクス（Micro-Mo Electronics）から入手可能なモデル２０３６のブラシレスモータを用いて実現される。別の実施例において、Ｚ軸モータは、ポンプ駆動モータに用いられるのと同じモータおよび符号器を用いて実現化することができる。別の実施例において、Ｚ軸モータは、歯付きベルトを用いてボールねじに結合することができ、Ｚ軸モータはねじに対して軸方向に位置合わせされるのではなく、ボールねじに隣接している。
【００４９】
ここで前板アセンブリ２９０内に含まれる構成要素が、図８を参照してさらに説明される。前板アセンブリの主な構成要素は、前板２７１、Ｚ軸モータ軸受ブラケット２７０、ロックプレート２７２、ピン測定アセンブリ２７４および空気圧マニホールドヘッド２７６を含む。Ｚ軸モータ軸受ブラケットは、上述のＺモータコネクタ２６８を含み、２つのねじ２７８（そのうちの１つだけが図８に示されている）を用いて前板に装着される。Ｚ軸モータ軸受ブラケットは、２つの独立して制御可能なディスペンシングカートリッジを有するディスペンシングユニットを収容するための選択的な第２のＺ軸モータ（図示せず）のための第２のＺモータコネクタ２６９を含む。
【００５０】
ロックカムプレート２７２は、ディスペンシングユニットをモータユニットにロックするために用いられる。ロック板は、ロックされた位置およびロックを解かれた位置の間で動くことができ、ディスペンシングユニットがモータユニットに結合されるときに調整ピン１７４および１７６が通る２つの開口を有する。ロックカムプレートは、旋回ねじ２８３、ナット２８４および２つの曲がった洗浄器２８６を用いて前板２７１に結合される。曲がった洗浄器の各々は、洗浄器の凹面の側が前板に面するように装着される。
【００５１】
ピン測定アセンブリ２７４は、モータユニットおよびディスペンシングユニットの回路基板１５２の間で電気的な接続を与える。このピン測定アセンブリは、２つのねじ２８８を用いて前板に装着される。一実施例において、ピン測定は、ニューヨーク州、オイスターベイ（Oyster Bay）のミルマックス（Mill-Max)から入手可能な、ばね付きコンタクトアレイの部品番号Ｐ２９４−０３−３１４−５０を含む。この実施例において、ばね付きピンは、ディスペンシングユニットがモータユニットに結合されて、モータユニットおよびディスペンシングユニットの間に電気的な接続を与えるときに、ディスペンスユニットにおける回路基板の導電パットと接触する。
【００５２】
空気圧マニホールドヘッド２７６は、動作中に加圧された空気および加圧された空気源を用いるディスペンシングヘッドの構成要素、およびディスペンシングシステムの制御装置の間に相互接続を与える。空気圧マニホールドヘッドは、２つのねじジャッキ２９０および２つのねじ２９２（そのうちの１つだけが図８に示されている）を用いて前板２７１に結合される。空気圧マニホールドヘッドは、４つの突起のある空気圧取付部品２９４を有する空気圧コネクタ２９６を含む。４つのＯリング２９８は、コネクタおよびマニホールドヘッドの間に配置されて、堅い空気密封を与える。第１のチューブ２９５および第２のチューブ２９６は、空気圧マニホールドヘッドおよび前板２７１の間に結合される。第１のチューブ２９５は、モータユニットの前部合わせ面での空気圧出力ポート２９８に結合される。空気圧出力ポート２８８は、ディスペンシングユニットの入口ポート１４８と噛合うように設計されて、加圧された空気をディスペンシングユニットのスポイトに与える。第２のチューブ２９６は、モータユニットの４つの合わせ表面での第２の出力ポート（図示せず）と噛合うように設計される。第２の出力ポートおよび追加の出力ポートは、以下に記載されるような本発明の他の実施例における追加の空気圧構成要素を支持するための空気圧接続を与えるために用いられ得る。
【００５３】
ここでディスペンシングヘッド１２４の動作が説明される。ディスペンシングユニット１２８は、モータユニット１２６と位置合わせされ、モータユニットと噛合わされ、ロックプレート２７２を用いて適所にロックされる。ディスペンシングユニットがモータユニットと噛合うときに、モータユニットのピン測定アセンブリ２７４は、ディスペンシングユニットの回路基板１５２と電気的に接続される。一実施例において、ディスペンシングヘッドは、回路基板上の接触パッドにわたって検出された抵抗に基づいて噛合わされたディスペンシングユニットのタイプを検出することができる。この実施例において、異なるジャンパを回路基板上に設けて、ディスペンシングユニットに装備されたカートリッジのタイプ、およびディスペンシングユニットに装備された材料のタイプ等のディスペンシングユニットの特徴を識別し得る。
【００５４】
別の実施例において、回路基板は、プログラマブル読取専用メモリ等の不揮発性データ記憶装置を含む。この実施例において、記憶装置は、ディスペンシングカートリッジの較正データ、ディスペンシングカートリッジにおける材料の残りの保存寿命、ディスペンシングユニットの実行時間、およびカートリッジに装着された分配針のサイズを含むディスペンシングユニットの追加の特徴を含み得る。いくつかの実施例において、データ記憶装置に記憶されたデータはディスペンシングヘッドによって更新され得る。記憶装置に記憶された較正データは、分配針の出口の位置に関するデータを含み得る。モータユニットおよびディスペンシングユニットの間に運動学的な装着が与えられるため、この位置データを用いて、基板に分配するためのディスペンシングヘッドが正確に位置付けられ得る。いくつかの実施例において、ディスペンシングユニットは、較正されたオフラインであって、モータユニットに接続さないかもしれず、較正データは記憶装置に記憶されるかもしれない。一旦ディスペンシングユニットがモータユニットに装着されると、追加の較正は殆ど必要とされない、または必要とされないかもしれない。
【００５５】
ディスペンシングユニットがモータユニットと噛合うときに、モータユニットの細長い歯車２３２はディスペンシングユニットの歯車１７０と結合し、リフトプレート２５６はディスペンシングカートリッジの肩１７２と結合し、出力空気圧ポート２９８は空気圧入口ポート１４８と噛合う。
【００５６】
材料を基板に分配するために、ディスペンシングヘッド１２４は、最初に制御装置の制御の下でディスペンシングシステムのガントレシステムによって動かされて、針を基板の上に位置付ける。次に接触測定アセンブリ２２２を用いて、ディスペンシングヘッドおよび基板の間の距離を決定し得る。ディスペンシングカートリッジ１３４は次に、Ｚ軸モータ２３０を起動させることによって基板に向かって下げられて、リフトプレート２５６が下げられるようにする。ディスペンシングカートリッジが下げられると、下方カートリッジ１６０の入口１６６によって、スポイト滑動板１８６、スポイトアダプタプレート１９０およびスポイトが基板に向かって低くされる。本発明の一実施例において、下方カートリッジは、針を超えて延在するばね付き止め具を含み得る。ばね付き止め具は基板と接触して、針がさらに下方に動くのを妨げて、針の分配の高さを適切に設定する。
【００５７】
一旦針が正確な分配の高さにくると、分配駆動モータを起動させて、細長い歯車２３２および歯車１７０を回転させることにより、材料が分配されるようにする。本発明の実施例において、分配された材料の量は、ポンプの駆動モータに組込まれた符号器から受信された信号を用いて、制御装置によって制御される。符号器と連結した制御装置は、オーガーの回転を制御することにより、分配される材料の量を制御することができる。細長い歯車を用いることよって、ディスペンシングカートリッジは、細長い歯車２３２および歯車１７０の間での結合を維持しながら下げることができる。
【００５８】
１つのドットが第１の分配位置で分配された後で、多数のドットの材料を分配するために用いられることが好ましい本発明の一実施例において、リフトプレートは比較的少量ほど上げられて、ディスペンシングカートリッジが少量ほど上げられるようにする。ディスペンシングヘッドは次に、第２の分配位置にわたって針を位置付けるように動かされる。ディスペンシングカートリッジが上げられると、出口１６６はスライダプレート１８６のスロット１８７内で動く。ディスペンシングカートリッジが上げられる距離をスロット１８７の長さよりも短く保つことによって、ディスペンシングカートリッジはスポイトを持ち上げることなく持ち上げることができる。ディスペンシングヘッドをドットの分配位置の間で動かすときに、針を持ち上げて針が基板上の構成要素または他の突起物に接触しないようにすることが一般的に望ましい。上述の本発明の実施例において、針は、Ｚ軸モータにより少ない圧力を与えるスポイトを上げることなく、上げることができる。
【００５９】
大量の材料のために用いられることが好ましい本発明の別の実施例において、たとえばラインの材料、スポイトは、ホース１６８の代わりに剛性の金属チューブを用いてディスペンシングカートリッジに適所に固定され、スライダプレートは用いられない。持ち上げプレートがディスペンシングカートリッジを下げるときに、スポイトはディスペンシングカートリッジとともに動く。剛性のチューブを用いることによって、柔軟なホースが用いられるときに起こり得る背圧の変化が防がれる。さらに、いくつかの分配する材料につき、分配の前に材料を加熱することが望ましい。これらの材料について、金属チューブを加熱して分配材料の温度を上げ得る。
【００６０】
上述のドットを分配する実施例またはラインを分配する実施例のいずれかのための、本発明の他の実施例において、針のさらなる垂直の動きが、ディスペンシングシステムのガントリシステムに装着されたモータを用いてディスペンシングヘッド１２６全体を垂直に動かすことによって与えられ得る。
【００６１】
上述のように、本発明の実施例とともに用いられるディスペンシングカートリッジは、オーガー型ポンプを含み得、いくつかの実施例において、オーガー型ポンプは、米国特許第５，８１９，９８３号に記載されたものの１つのような遮断弁を含み得る。遮断弁が用いられると、モータユニットおよびディスペンシングユニットの間に追加の空気圧接続が与えられて、遮断弁を制御し得る。本発明のいくつかの実施例において、はんだペースト等のかなりの研磨材がディスペンシングユニットで用いられるときに、遮断弁は、完全に閉じないように制御されて、分配材料に含まれる固体粒子による弁および弁座への損傷を防ぎ得る。
【００６２】
いくつかの分配の適用例について、分配される材料を高温に保つことが望ましい。これらの適用例に対処するために、本発明のいくつかの実施例において、マサチューセッツ州、ヘーヴァリル（Haverhill）のメリマック（Merrimac）から入手可能な電気ヒータの部品番号ＭＴＷＡ−２５０−１．２５がディスペンシングユニットの下方ハウジング１３２に組込まれる。これらの実施例において、温度センサも下方ハウジングに組込まれて材料の温度を監視し得る。ヒータおよび温度センサのための電気接続は、ピン測定アセンブリ２７４および回路基板１５２を通して与えられ得る。さらに、材料の加熱を助けるために、空気は下方ブロックハウジングにおいてヒータを通過し得る。この空気は、モータユニットおよびディスペンシングユニットの間の追加の空気圧接続を通して与えられ得る。
【００６３】
二重ディスペンシングカートリッジを有するディスペンシングヘッド３２４の別の実施例が、ここで図９および１０を参照して説明される。ディスペンシングヘッド３２４は、追加のディスペンシングカートリッジおよび支持構成要素が追加されるということを除いて、ディスペンシングヘッド１２４と類似している。ディスペンシングヘッド１２４およびディスペンシングヘッド３２４の共通の要素は、同じ参照番号を用いて示される。ディ
スペンシングヘッド３２４は、モータユニット３２６およびディスペンシングユニット３２８を含む。ディスペンシングユニット３２８は、ディスペンシングユニット１２８の構成要素に加えて、第２のディスペンシングカートリッジ３３４、および第２のスポイト３３８を支持するための第２のスポイト支持３３０を含む。ディスペンシングユニットはまた、第２のスポイト３３８における材料を加圧するための加圧された空気を受けるための第２の空気圧入口ポート３４８を含む。
【００６４】
モータユニット３２６は、モータユニット１２６の構成要素に加えて、追加のＺ軸モータ、第２の細長い歯車４３２を有する追加のモータ駆動アセンブリ４２８、ディスペンスモータ２２４を２つのモータ駆動アセンブリのうちの１つに選択的に係合させるための電磁クラッチ装置（図示せず）、および第２のリフトプレート４５６を含む。
【００６５】
ディスペンシングヘッド３２４は、ディスペンシングヘッド３２４において、分配がディスペンシングカートリッジのうちのいずれかから独立して行なわれ得ることを除いて、上述のディスペンシングヘッド１２４と実質的に同じ態様で動作する。典型的な適用例において、ディスペンシングカートリッジは、異なるタイプのうちのいずれかであるか、または分配の動作に追加の柔軟性を与えるために異なる材料を含み、２つのディスペンシングカートリッジのうちの１つは特定の分配動作を行なうように選択される。たとえば、ディスペンシングカートリッジのうちの１つは、ドットを分配するのに最適にされたドットディスペンシングカートリッジでもよく、一方で他のカートリッジはラインの材料を分配するのに最適にされたラインディスペンシングカートリッジでもよい。好ましくは、使用されていないディスペンシングカートリッジは、高くした位置で維持されて、それが基板上に装着されたいかなる構成要素にも接触しないようにする。当業者によって理解されるように、特別な分配動作に対処するために、いくつかの実施例において、ディスペンシングヘッド３２４における２つのディスペンシングカートリッジは同時に動作するように設計され得る。
【００６６】
上述のディスペンシングヘッドの実施例において、１つかまたは２つのディスペンシングカートリッジがディスペンシングユニットに含まれる。他の実施例において、他の適用例に対処するために、２つよりも多いディスペンシングカートリッジを用いることもできる。
【００６７】
上述した本発明の実施例において、ディスペンシングユニットは手動でモータユニットと噛合わせられる。ここで図１１を参照して説明される他の実施例において、ディスペンシングシステムはディスペンシングユニットと自動的に交換され得る。図１１は、図１を参照して上述したディスペンシングシステム１０に類似した４つのヘッドディスペンシングシステム４１０の上面図を示している。ディスペンシングシステム４１０は、４つのガントリシステム４２２ａ，４２２ｂ，４２２ｃおよび４２２ｄを含み、各々は、本明細書に記載された本発明の二部のディスペンシングヘッドのうちの１つを用いて実現されるディスペンシングヘッド４２４ａ，４２４ｂ，４２４ｃおよび４２４ｄを有する。ガントリシステム４２２ａのうちの１つの前部垂直支持４３４，４３６に取付けられているのは、ディスペンシングユニットホルダ５１０ａおよび５１０ｂであり、これらは複数のディスペンシングユニットを含み得る。当業者によって理解されるように、ディスペンシングユニットホルダはガントリシステム４２２ａについてのみ示されているが、追加のディスペンシングユニットホルダを他のガントリシステム４２２ｂ，４２２ｃおよび４２２ｄの各々について設けることができる。
【００６８】
ディスペンシングシステム４１０は、以下のようにディスペンシングヘッド４２４ａのディスペンシングユニットと自動的に取換えられる。ガントリシステム４２２ａは、ディスペンシングヘッドをディスペンシングホルダ５１０ａに位置付ける。ディスペンシング
ヘッドは次にホルダにおける空のスロットに置かれる。ディスペンシングユニットホルダ５１０ａは、取換えられるディスペンシングユニットを解放するためにロックプレートを捕える解放機構を含み得る。ディスペンシングユニットが一旦取外されると、ディスペンシングヘッドがディスペンシングユニットホルダ５１０ｂに位置付けられて、そこに含まれる新しいディスペンシングユニットと噛合う。ディスペンシングユニットホルダ５１０ｂは、新しいディスペンシングユニットを適所にロックするためにロックプレートを捕えるロック機構を含み得る。ディスペンシングヘッドは、次に新しいディスペンシングユニットから材料を分配するために基板上に位置付けられ得る。
【００６９】
ディスペンシングユニットホルダを有する本発明のディスペンシングシステムの実施例において、ディスペンシングユニットは、ディスペンシングユニットホルダに置かれる前に較正され得る。較正データは次に、ディスペンシングユニットにおけるデータ記憶装置に記憶され得る。ディスペンシングユニットがモータユニットと噛合うときに、較正データは記憶装置から読出すことができ、それによりディスペンシングユニットが取換えられるたびに較正ルーチンを行なう必要がなくなる。
【００７０】
ディスペンシングユニット５２８の別の実施例および小さな直径のドットの材料を分配する方法が、ここで図１２および１３を参照して記載される。図１２はディスペンシングユニット５２８の分解斜視図を示している。ディスペンシングユニット５２８は、ディスペンシングユニット１２８と実質的に同様であり、同じ部分が同じ参照番号で示されている。ディスペンシングユニット５２８は、ディスペンシングユニット１２６のディスペンシングカートリッジ１３４が、ディスペンシングユニット５２８のディスペンシングカートリッジ６３４によって取換えられるという点で、ディスペンシングユニット１２８とは異なる。ディスペンシングカートリッジ６３４は、カートリッジスリーブ５５８と、軸１６１および分配針１６７を有する下方カートリッジ１６０とを含む。下方カートリッジ１６０は、ディスペンシングカートリッジ１３４とともに用いられる同じ下方カートリッジである。しかしながら、図１２において、下方カートリッジは、材料が分配され、下方カートリッジに取付けられた針１６７とともに示されている。
【００７１】
カートリッジスリーブ５５８は、図１３において分解図で示されている。カートリッジスリーブは、歯車５７０、肩５７２およびアルミニウムスリーブ５７３を含む。カートリッジスリーブ５５８は、カートリッジスリーブ１５８と同様であり、ほとんどの大きな違いは、スリーブ５５８に（以下に記載される）歯車箱が追加されたこと、およびアルミニウムスリーブ５７３が追加されたことである。しかしながら、アルミニウムスリーブはカートリッジスリーブ１５８とともに用いられてもよい。アルミニウムスリーブは、ねじ６０２および止めねじ６０４を用いて歯車５７０と噛合わされる。カートリッジスリーブはまた、スペーサ６０６、玉軸受６０８、保持クリップ６０７、ブッシング６１０，６１２、ピニオン６１４、遊星歯車箱１６６、ばね６１８、保持具６２０を含む。スペーサ６０６、玉軸受６０８および保持クリップ６０７は、ブッシング６１０，６１２を正確な配列に維持するために用いられる。ピニオン６１４は歯車箱６１６に対する入力ピニオンである。図１４では見えない歯車箱の出力は、下方カートリッジ１６０の軸１６１（図５を参照）と噛合う。保持器６２０は下方カートリッジ１６０と噛合う。ばね６１８は保持器６２０および歯車箱の間に配置され、下方カートリッジのために垂直のコンプライアンスを与える。玉軸受６２２、スペーサ６２４およびねじ６２６を用いてカートリッジスリーブ内で構成要素を保持する。
【００７２】
歯車１７０のような歯車５７０は、モータユニットの細長い歯車と噛合うように設計され、肩１７２のような肩５７２は、モニタユニットのリフトプレート２５６と噛合って、ディスペンシングカートリッジの垂直の動きを制御する。歯車１７０とは異なり、歯車５７０は下方カートリッジの軸１６１に直接結合しない。むしろ、歯車５７０は歯車箱６１
６と係合し、この歯車箱は今度は軸１６１と係合する出力を有する。本発明の一実施例において、歯車箱６１６は、ペンシルベニア州、ノリスタウン（Norristown）のホライズン・エアロスペース（Horizon Aerospace）から入手可能な、部品番号Ｕ２２３６３９−１の９：１の遊星歯車箱を用いて実現される。本発明のこの実施例において、９：１の歯車箱は、下方カートリッジに含まれるオーガーを十分に制御する。特に、９：１の歯車箱を用いることによって、下方カートリッジの軸１６１の回転の度合いにつき、合計で２１１の駆動モータの符号器のカウントがもたらされる。
【００７３】
当業者によって容易に認識されるように、１つまたは２つのディスペンシングカートリッジ６３４を、１つまたは双方のディスペンシングカートリッジ３３４の代わりに、二重カートリッジディスペンシングヘッド３２４で用い得る。
【００７４】
ここで説明されるように、本発明の実施例は、直径が分配針の内径よりも小さいドットの材料の分配針からの繰返し可能な分配を与える。本発明の実施例において、歯車減少とともにサーボ制御されたモータを用いることにより改善した制御を有するディスペンシングユニットを用いて、所与の針のサイズのための小さな直径のドットを生じる再現可能な技術を用いた精度を制御された分配が与えられる。本発明の方法において、分配針を有するディスペンシングユニットは、基板の上で正確な高さまで下げられて、ディスペンシングユニットは、針が分配の高さにくる前に、または針がその高さにあるときのいずれかに、少量の正確な量の材料を分配するように制御される。次に針を上げて、次の分配位置に動かす。分配が、針が分配の高さにくる前に生じた場合に、分配される材料の量は、それが針の端部から中断しないようにというよりは、針の端部でメニスカスを形成するのに十分に少なくされる。
【００７５】
ここで本発明の実施例を用いた検査のための分配結果が、銀エポキシ、はんだペーストならびに以下に示された表ＩＡ,ＩＢおよびＩＣで識別された表面実装接着剤を用いる複数の異なる分配のシナリオについて説明される。
【００７６】
【表１】
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【００７７】
行なわれた検査につき、分配はディスペンシングカートリッジ６３４を有するディスペンシングユニットを用いて達成された。ディスペンシングユニットは、マサチューセッツ州、フランクリン（Franklin）のクックソン・エレクトロニクス（Cookson Electronics）から入手可能なザイフレックスプロ（Xyflex Pro）ディスペンシングプラットホームに装着された。
【００７８】
２つの異なる分配検査パターンが用いられた。パターン１は、ドットの再現性を検査するために用いられ、パターン２は針が阻止されるまたは目詰まりを起こすまでの平均時間を検査するために用いられた。
【００７９】
パターン１は、ＸおよびＹの双方向における０．０１５インチの空間を有する３０×３０のドットのアレイであった。ドットが蛇行した（ジグザグの）順序で分配された。分配された後で、すべてのドットは、ニューヨーク州、ロチェスター（Rochester）のオプティカル・ゲージング・プロダクト（Optical Gaging Products）から入手可能な自動光学検査システムを用いて測定された。表ＩＩは、異なる材料のために達成された再現可能なドットのための最小ドット直径を示している。分配のために用いられる針は、クックソン・エレクトロニクスから入手可能な標準のキャメロット（Camalot）２８ＡＷＧ（０．００７インチの内径）の分配針であった。
【００８０】
【表２】
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【００８１】
パターン２は、針が目詰まりを起こす前に分配することのできたドットの平均数を決定するために用いられた。このパターンは２つの８×６のアレイを含み、各々のアレイはＸおよびＹの双方向において０．０１５インチの間隔を有する３０×３０ドットのドットアレイを含む。このパターンは、針（２８ＡＷＧキャメロット）が目詰まりを起こすか、または分配されるドットの数が１日に８時間で分配されると予測されたよりも多くなるまで繰返された。たとえば、１時間ごとに３０,０００ドットの分配率につき、２４０,０００ドットが１日８時間で分配されることになる。
【００８２】
【表３】
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【００８３】
表ＩＶは、検査中にパターン１および２を分配するために用いられたパラメータを与える。
【００８４】
【表４】
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【００８５】
表ＩＶにおいて、「ショットサイズ」として識別されたパラメータは、ディスペンシングカートリッジにおけるオーガーねじの（度合いにおける）回転量である。ＲＰＭはオーガーの回転速度であり、ドウェルは針が分配の後に分配位置に留まるミリ秒での時間であ
り、シフトアップおよびシフトダウンは、ディスペンシングユニットがＺ軸において上げられ、下げられる速度に関連するパラメータであり、これは以下で説明される。分配の高さは、基板の上での分配針の高さであり、分配率は１時間ごとのドット（ＤＰＨ）の分配速度であり、オーガー列は材料の種類および使用されるオーガーの内径を示すものであり、標準偏差および直径の範囲は分配されるドットの特徴である。
【００８６】
上述の検査のいくつかにおいて、プラスチックオーガーが用いられた。特に一実施例において、ＵＬＴＥＭ（登録商標）ポリエーテルミド(polyethermide）（ＰＥＩ)から製造されたオーガーは、表ＩＶに示されたような検査で用いられるいくらかの銀エポキシとともにうまく作用することがわかった。
【００８７】
分配の高さは、重要な要素であると考えられ、再現可能なドットのサイズを達成するように正確に制御されるべきである。上述のように、本発明の実施例は、基板の高さのセンサと関連して精度Ｙ軸モータを用いて、針を基板よりも上の分配の高さに位置付ける。いくつかの実施例において、針の端部から予め定められた分配の高さで位置付けられた最下部を有する分配針を用いることが望ましいかもしれず、ディスペンサが下げられたときに、最下部は基板と接触し、針を適切なディスペンスの高さに位置付けるようにする。
【００８８】
いくつかのディスペンシング機において、ディスペンサが「Ｚ」軸で動かされる速度は、調整可能であり、速度を上げるまたは下げるように制御することができる。シフトダウンは典型的に、ディスペンサが基板に近くなるときに速度を減じるために用いられ、針を基板に接触させるおそれのある行き過ぎ量がないように保証する。上述の検査において、シフトダウンは用いられず、ディスペンサは一定の割合で下げられた。シフトアップは典型的に、上方への動きの速度を増す前に、最初にディスペンサを遅い速度で上げ、ドットが針から適切に中断されることを保証するるために用いられる。上述の検査において、検査の一部につき、０．０５のシフトアップ係数が用いられる。この係数は、２００ｍｍ／秒の基準上方速度まで増加する前に、針が基板から約０．０５０インチ離れるまで、基準上方速度の５％で制御された上方の動きの速度をもたらす。
【００８９】
表ＩＶにおける検査の結果によって、本発明の実施例が使用される針の内径よりも小さい異なる材料のドットサイズを繰返し生成することができることを示された。当業者によって理解されるように、フラックスを含む他の材料は、本発明の実施例を用いて分配することができる。
【００９０】
本発明に従ったディスペンシングヘッドは、図１に示された多数のディスペンシングヘッドシステムとともに用いられるものとして記載されている。当業者によって理解されるように、本発明のディスペンシングヘッドはまた、１つのディスペンシングヘッドまたは１つよりも多いディスペンシングヘッドを有する他のディスペンシングシステムとともに用いられてもよい。
【００９１】
上述の本発明の実施例のディスペンシングユニットにおいて、歯車は、モータユニットのモータをディスペンシングユニットのディスペンシングカートリッジに結合するために用いられる。他の実施例において、ベルト、駆動軸または他の装置等の他の機構を用いて、モータをディスペンシングカートリッジに結合することができる。
【００９２】
上述のディスペンシングヘッドの実施例において、交換可能なディスペンシングユニットを用いることによって、ディスペンシングユニットをディスペンシングヘッド全体を取換えることなく取換えることができることにより、ディスペンシングシステムの柔軟性が大幅に拡大される。さらに、ディスペンシングユニットはモータを含まないため、異なる特徴を有する多数の予備のディスペンシングユニットを維持することが経済的である。
【００９３】
本発明の少なくとも１つの例示の実施例がこのように記載されたが、さまざまな変更、修正および改良が当業者には容易に思い浮かぶであろう。このような変更、修正および改良は、本発明の範囲および精神に含まれることが意図される。したがって、先述の説明は例示的なものに過ぎず、制限することは意図されない。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の一実施例に従った多数のヘッドディスペンシングシステムの斜視図である。
【図２】図１のディスペンシングシステムの上面図である。
【図３】図１のディスペンシングシステムで用いられ得る本発明の一実施例に従ったディスペンシングヘッドの第１の斜視図である。
【図４】図３のディスペンシングヘッドの第２の斜視図である。
【図５】図３のディスペンシングヘッドで用いられるディスペンシングユニットの第１の実施例の分解図である。
【図５Ａ】本発明の実施例で用いられる調整ピンの断面図である。
【図６】図５に示されたディスペンシングユニットの第２の分解図である。
【図７】図３のディスペンシングヘッドで用いられるモータユニットの分解図である。
【図８】図７のモータユニットで用いられる前板アセンブリの分解図である。
【図９】図３のディスペンシングヘッドで用いられるディスペンシングユニットの第２の実施例の第１の分解図である。
【図１０】図９のディスペンシングユニットの第２の分解図である。
【図１１】本発明のディスペンシングシステムの第２の実施例を示す図である。
【図１２】本発明のディスペンシングシステムとともに用いられるディスペンシングユニットの別の実施例の斜視図である。
【図１３】図１２のディスペンシングユニットで用いられるキャリッジスリーブの分解図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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