(57)【要約】【課題】  アンダーフィル工程においては、すべての電気的な相互連結を覆うような、十分な液体エポキシが固着されることが望ましい。少なすぎるエポキシは、腐食及び過度の熱応力をもたらすので、所望サイズの隅肉が得られるように、材料固着の精度を絶えず改善する必要がある。【解決手段】  基板の表面上に粘性材料を非接触にて吐出する方法であって、基板の表面に対して非垂直である噴射方向へ粘性材料の流れを導くノズルを有してなる噴射バルブを使用する。これにより，噴射方向が非垂直であるために、液滴によって作られる基板上のぬれ領域は小さくなる。【選択図】        図２
2005131638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面上に粘性材料を非接触にて吐出する方法であって、
基板の表面に対して非垂直である噴射方向へ粘性材料の流れを導くノズルを有してなる噴射バルブを提供する工程と、
噴射バルブによって、噴射方向への前進運動量をもたせて、ノズルに通して粘性材料の流れの推進を喚起させる工程と、
粘性材料の液滴を形成すべく前進運動量を用いて粘性材料の流れを分裂させる工程と、
基板の表面に粘性材料の液滴を塗布する工程であって、噴射方向が基板の表面に対して非垂直であるために、液滴によって作られる基板上のぬれ領域が小さくなるような上記塗布する工程とを備えていることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
噴射バルブを支持し、噴射バルブに第１軸線についての動きをさせることができるような位置決め装置を提供する工程と、
基板に対して、噴射バルブに第１軸線についての動きをさせながら、基板に粘性材料のパターンを塗布するために前記推進の喚起、分裂、及び塗布を繰り返す工程とを備えていることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
第１軸線についての動きは直線軸線の動きであって、基板上における粘性材料のパターンは直線的なパターンであることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法であって、
該基板は、基板の表面から隙間をもって隔てられた側壁を有する装置を支持し、該側壁は基板の表面に対して非平行であり、かつ第１軸線についての動きに対しては実質的に平行であって、該方法はさらに、
噴射方向が基板の表面に対して斜めであって、隙間の位置においてまたは隙間に近接した位置にて基板に交差するように、該噴射方向の方位を合わせる工程と、
該基板に対して、噴射バルブに第１軸線についての動きをさせつつ、噴射バルブの移動中に、隙間に近接した基板上に粘性材料の直線的なパターンを塗布すべく、前記推進の喚起、分裂、及び塗布を繰り返す工程とを備えていることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項２に記載の方法であって、
該粘性材料は粘性コーティング材料であって、該装置は基板の表面に対して非平行かつ第１軸線についての動きに対して実質的に平行であるような側壁を有し、該方法はさらに、
噴射方向が基板の表面に対して非垂直であって、装置の側壁に交差するように該噴射方向の方位を合わせる工程と、
該基板に対して噴射バルブに第１軸線についての動きをさせながら噴射バルブの移動中に、装置の側壁に絶縁コーティング材料を直線的なパターンで塗布すべく、前記推進の喚起、分裂、及び塗布を繰り返す工程とを備えていることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項２に記載の方法であって、
該装置は基板の表面に対して非平行かつ第１軸線についての動きに対して実質的に平行であるような側壁を有し、前記方法はさらに、
噴射方向が基板の表面に対して斜めであって、基板の表面と装置の側壁との双方へ向けられて、基板の表面上に投影された噴射方向が該装置の側壁に対して実質的に垂直になるように該噴射方向の方位を合わせる工程と、
該基板に対して噴射バルブに第１軸線についての動きをさせつつ、噴射バルブの移動中に、装置の側壁に近接した基板上に粘性材料の直線的なパターンを塗布すべく、前記推進の喚起、分裂、及び塗布を繰り返す工程とを備えていることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項４に記載の方法であって、
該装置の側壁は基板の表面に対して実質的に垂直になっていることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項２に記載の方法であって、
該位置決め装置は、噴射バルブに第１軸線についての動きに対して非平行であるような第２軸線の動きをさせることができ、基板上に取り付けられた装置は基板の表面に対して非平行かつ第１軸線についての動きに対して実質的に平行であるような側壁を有し、該装置はさらに、基板の表面に対して非平行かつ第２軸線の動きに対して実質的に平行であるような側壁を有し、該方法はさらに、
噴射方向が基板の表面に対して斜めであって、基板の表面と装置の側壁との双方へ向けられて基板上に投影された噴射方向が第１及び第２の側壁に対して斜めになるように、該噴射方向の方位を合わせる工程と、
該基板に対して噴射バルブに第１軸線についての動きをさせる工程と、
噴射バルブの移動と同時に、装置の第１の側壁に近接した基板上に粘性材料の直線的なパターンを塗布すべく、推進、分裂、及び塗布を繰り返す工程と、
その後に、基板に対して、噴射バルブに第２軸線の動きをさせる工程と、噴射バルブの第２軸線の移動中に、装置の第２の側壁に近接した基板上に粘性材料を直線的なパターンで塗布すべく、前記推進の喚起、分裂、及び塗布を繰り返す工程とを備えていることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法であって、第１の側壁と第２の側壁とは、基板の表面に対して実質的に垂直になっていることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項２に記載の方法であって、前記方法は、さらに、
噴射方向を基板の表面に対して第１の角度へ向ける工程と、
該基板に対して噴射バルブに第１軸線についての動きをさせながら、噴射バルブの移動中に、基板に粘性材料の直線的なパターンを塗布すべく、前記推進の喚起、分裂、及び塗布の工程を繰り返す工程と、
噴射方向を基板の表面に対して第２の角度へ向ける工程と、
該基板に対して、噴射バルブに第１軸線の動きをさせつつ、噴射バルブの移動中に、基板に粘性材料を直線的なパターンで塗布すべく、分裂、及び塗布の工程を繰り返す工程とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
基板における第１及び第２の反対側の表面上に粘性材料を非接触にて吐出する方法であって、
基板の第１の表面に対して非垂直である第１の噴射方向へ第１の粘性材料の流れを導く第１のノズルを有してなる第１の噴射バルブを提供する工程と、
第１の噴射バルブによって、第１の噴射方向への前進運動量をもたせて、粘性材料の第１の流れを第１のノズルに通して推進させる工程と、
粘性材料の第１の液滴を形成すべく前進運動量を用いて粘性材料の第１の流れを分裂させる工程と、
基板の第１の表面に粘性材料の第１の液滴を塗布する工程と、
基板の第２の表面に対して非垂直である第２の噴射方向へ第２の粘性材料の流れを導く第２のノズルを有してなる第２の噴射バルブを提供する工程と、
第２の噴射バルブによって、第２の噴射方向への前進運動量をもたせて、粘性材料の第２の流れを第２のノズルに通して推進させる工程と、
粘性材料の第２の液滴を形成すべく前進運動量を用いて粘性材料の第２の流れを分裂させる工程と、
基板の第２の表面に粘性材料の第２の液滴を塗布する工程とを備えていることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、
第１の噴射バルブを推進させる工程と、第２の噴射バルブを推進させる工程とが、実質的に同時に行なわれることを特徴とする方法。
【請求項１３】
基板の表面上に支持された装置に絶縁コーティング材料を非接触にて吐出する方法であって、
基板の表面に対して非垂直かつ装置へ向けられた噴射方向へ絶縁コーティング材料の流れを導くノズルを有してなる噴射バルブを提供する工程と、
噴射バルブによって、噴射方向への前進運動量をもたせて、ノズルに通しての絶縁コーティング材料の流れの推進を喚起させる工程と、
粘性材料の液滴を形成すべく前進運動量を用いて絶縁コーティング材料の流れを分裂させる工程と、
装置に絶縁コーティング材料の液滴を塗布する工程とを備えていることを特徴とする方法。
【請求項１４】
基板の表面に対して非平行であるような第１及び第２の側壁を備えてなる装置を取り付けられた基板の表面上に、粘性材料を非接触にて吐出する方法であって、
噴射方向へ粘性材料の流れを導くノズルを有してなる噴射バルブを支持する位置決め装置を提供する工程であって、位置決め装置は、噴射バルブにＸ，Ｙ，Ｚ軸線の動きをさせることができ、Ｘ及びＹ軸線の動きはそれぞれ、第１及び第２の側壁に対して実質的に平行になっていて、噴射バルブは、Ｚ軸線の動きを中心として回転可能であるような第１軸線傾斜の動きと、Ｘ及びＹ軸線の動きのうちのひとつを中心として回転可能であるような第２軸線傾斜の動きとにおいて、回動可能になっているような、前記位置決め装置を提供する工程と、
噴射方向が、基板の表面に対して斜めであって、基板上に投影された噴射方向が第１及び第２の側壁に対して斜めであり、第１の側壁に近接した位置にて基板に交差するように、該噴射方向の方位を合わせる工程と、
噴射バルブにＸ軸線に沿った動きをさせつつ、噴射バルブのＸ軸線の移動中に、粘性材料の液滴を作るべく、
噴射バルブによって、噴射方向への前進運動量をもたせて、ノズルに通しての粘性材料の流れの推進を喚起させる工程と、
粘性材料の液滴を形成すべく前進運動量を用いて粘性材料の流れを分裂させる工程と、
第１の側壁に近接した基板の表面に粘性材料の液滴を塗布する工程であって、噴射方向が基板に対して斜めであるために、液滴によって作られる基板上のぬれ領域が小さくなるような上記塗布する工程とを繰り返す工程とを備えていることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
前記方法は、さらに、
噴射バルブにＹ軸線に沿った動きをさせつつ、噴射バルブのＹ軸線の移動中に、粘性材料の液滴を作るために、噴射バルブに、噴射方向への前進運動量をもたせて、ノズルに通しての粘性材料の流れの推進を喚起させる工程と、
粘性材料の液滴を形成すべく前進運動量を用いて粘性材料の流れを分裂させる工程と、
第１の側壁に近接した基板の表面に粘性材料の液滴を塗布する工程とを繰り返す工程とを備えていることを特徴とする方法。
【請求項１６】
基板の表面上に粘性材料を非接触にて吐出する方法であって、
噴射方向へ粘性材料の流れを導くノズルを有してなる噴射バルブを支持する位置決め装置を提供する工程であって、位置決め装置は、噴射バルブに第１軸線についての動きをさせることができ、噴射バルブは、位置決め装置上において回動可能であるような、前記位置決め装置を提供する工程と、
噴射バルブを基板の表面に対して非垂直である噴射方向へ向ける工程と、
噴射バルブによって、噴射方向への前進運動量をもたせて、粘性材料の流れをノズルに通して推進させる工程と、
粘性材料の液滴を形成すべく前進運動量を用いて粘性材料の流れを分裂させる工程と、
基板の表面に粘性材料の液滴を塗布する工程であって、噴射方向が基板の表面に対して非垂直であるために、液滴によって作られる基板上のぬれ領域が小さくなるような上記塗布する工程とを備えていることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、
第１軸線についての動きは直線軸線の動きであり、噴射バルブは第１軸線についての動きを中心として回転可能であるような軸線傾斜の動きについて回動可能になっている、ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
基板の表面上に粘性材料を非接触にて吐出する方法であって、この方法が、
基板の表面に対して非垂直である噴射方向へ材料の流れを導くノズルを有してなる噴射バルブを提供する工程と、
噴射バルブによって、噴射方向への前進運動量をもたせて、ノズルに通しての粘性材料の流れの推進を喚起させる工程と、
粘性材料の液滴を形成すべく前進運動量を用いて粘性材料の流れを分裂させる工程と、
前進運動量を用いて基板の表面に粘性材料の液滴を塗布する工程であって、噴射方向が基板に対して非垂直であるために、粘性材料の液滴によって作られる基板上のぬれ領域が小さくなるような上記塗布する工程とを備えていることを特徴とする方法。
【請求項１９】
基板の表面上に粘性材料を非接触にて吐出する方法であって、
噴射方向へ材料の流れを導くノズルを有してなる噴射バルブを提供する工程と、
材料の流れを基板に対して非垂直である噴射方向へ向けるべく、ノズルを回動させる工程と、
噴射バルブによって、噴射方向への前進運動量をもたせて、粘性材料の流れをノズルに通して推進させる工程と、
粘性材料の液滴を形成すべく前進運動量を用いて粘性材料の流れを分裂させる工程と、
基板の表面に粘性材料の液滴を塗布する工程であって、噴射方向が基板に対して斜めであるために、粘性材料の液滴によって作られる基板上のぬれ領域が小さくなるような上記塗布する工程とを備えていることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、粘性材料の吐出に関し、特に、粘性材料の液滴を非接触にて吐出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、印刷回路基板（以下、ＰＣ基盤）などの基板の製造においては、少量の粘性材料（すなわち５０センチポアズより大きい粘性を有する材料）を塗布することが、しばしば必要になる。そうした材料を、限定せずに例示すれば、汎用接着剤、半田ペースト、半田フラックス、半田マスク、グリース、油、封入剤、注封材料、エポキシ、ダイ固定ペースト、シリコーン、及び、シアノアクリレートが含まれる。
【０００３】
回路小型化の向上を絶えず求めて、フリップ・チップ技術として知られる製造工程が開発されたが、かかる技術は、粘性流体の吐出を必要とする多数の工程を有している。例えば、図８に示す如く、例えば半導体ダイ又はチップのような装置３９が、半田ボールないしパッドを介して、ＰＣ基板３６などの基板に取り付けられる。アンダーフィル工程において、チップ３９とＰＣ基板３６との間の隙間は、粘性液体エポキシ又はその他の接着剤によって充填される。エポキシを用いたアンダーフィルは、第１に、機械的な結合として働いて、熱サイクル中及び／又は機械的な装填中において、相互連結される半田パッドに加わる応力を低下させ、歪を制限する助けになると共に、第２に、水分その他の環境の影響から、半田パッドを保護する。アンダーフィルの作業では、チップ３９の少なくともひとつの側縁に沿って、だいたい連続させて、液体エポキシを被覆させる。液体エポキシは、基板３６の主面８０に対して実質的に垂直に向けられた、接触針や噴射吐出器４０を用いて塗布されて、連続したビードないし一連のドットとして固着される。液体エポキシは、チップの下面とＰＣ基板３６の主面８０との間の小さい隙間に起因する、毛細管現象によって、チップ３９の下側へと流れる。液体エポキシがチップの下側へ流れたとき、エポキシの薄層からなる、ぬれ領域３２が基板上に残される。ぬれ領域は、２つの悪影響を有する。第１に、ぬれ領域には、使用されずに無駄になるエポキシが存在する。第２に、隣接する装置がぬれ領域の外部に位置するように、装置をＰＣ基板上に配置する必要がある。従って、基板上のぬれ領域のサイズを最小化できるようなアンダーフィル工程を求める要望が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
いったんアンダーフィル作業が完了したならば、チップ３９の側縁に沿った隅肉３５が形成されて、すべての電気的な相互連結を覆うような、十分な液体エポキシが固着されることが望ましい。適切に形成された隅肉は、チップとＰＣ基板との間の接着に最大の機械的強度を提供できるような、十分なエポキシが固着されたことを保証する。アンダーフィル工程の品質に関しては、正確な量のエポキシが正しい位置に正確に被覆されることが重要である。少なすぎるエポキシは、腐食及び過度の熱応力をもたらす。多すぎるエポキシは、チップの下面を越えて流れて、他の半導体装置及び相互連結に対して干渉する。従って、所望サイズの隅肉が得られるように、材料固着の精度を絶えず改善する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、粘性材料を非接触にて噴射して、基板上のぬれ領域を小さくできるような方法を提供する。本発明の方法によれば、吐出される材料をより効率的に使用できるようになって、基板を効率的に使用することができ、基板のサイズを小型化することができる。さらに、本発明による方法は、ぬれ領域を小さくすることで、吐出装置の速度を高められる潜在的可能性を提供し、このために、吐出サイクルタイムを短縮できる。従って、本発明による方法は、アンダーフィル作業を実行する上で、特に有用であり、製造コストと製品コストとを潜在的に低廉化することができる。
【０００６】
本発明による粘性材料を非接触にて噴射する方法は、吐出の正確さ及び精度が重要であるような用途についても、特に有用である。
【０００７】
本発明の原理によれば、また、開示される実施形態によれば、本発明は、基板の表面上に粘性材料を非接触にて吐出する方法を提供する。かかる方法では、まず、基板の表面に対して非垂直である噴射方向へ粘性材料の流れを導くノズルを有してなる噴射バルブを提供する。噴射工程は、噴射バルブによって、噴射方向への前進運動量をもたせて、ノズルに通しての粘性材料の流れの推進を喚起させる工程と、粘性材料の液滴を形成すべく前進運動量を用いて粘性材料の流れを分裂させる工程と、液滴の前進運動量を用いて基板の表面に粘性材料の液滴を塗布する工程と、から構成される。噴射方向が非垂直であるために、液滴が基板上に作る、ぬれ領域は小さくなる。
【０００８】
本発明のひとつの観点においては、位置決め装置が、噴射バルブを支持して、噴射バルブに第１軸線についての動きをさせることができ、装置は、基板の表面から隙間を隔てられているような側壁を有している。方法はさらに、噴射方向が、基板の表面に対して斜めであって、隙間の位置にて又は隙間に近接した位置にて基板に交差するように、該噴射方向の方位を合わせる工程を備える。次に、基板に対して、噴射バルブに第１軸線についての動きをさせつつ、噴射バルブの移動中に、隙間に近接した基板上に粘性材料の直線的なパターンを塗布すべく、前記の推進の喚起、分裂、及び塗布の工程を繰り返す。
【０００９】
本発明の別の観点においては、位置決め装置が、噴射バルブに、第２軸線の動きをさせることができ、装置は第１の側壁と第２の側壁とを有している。かかる方法においては、噴射方向が、基板の表面に対して斜めであって、基板の表面と装置の側壁との双方へ向けられて、基板上に投影された噴射方向が第１及び第２の側壁に対して斜めになるように、該噴射方向の方位を合わせることが必要になる。次に、基板に対して、噴射バルブに第１軸線についての動きをさせつつ、装置の第１の側壁に近接した基板上に粘性材料の直線的なパターンを塗布すべく、前記の推進の喚起、分裂、及び塗布の工程を繰り返す。その後に、基板に対して、噴射バルブに第２軸線の動きをさせつつ、装置の第２の側壁に近接した基板上に粘性材料の直線的なパターンを塗布すべく、前記の推進の喚起、分裂、及び塗布の工程を繰り返す。
【００１０】
本発明にさらに別の実施形態においては、粘性材料は絶縁コーティング材料であって、かかる方法では、まず、噴射方向が、基板の表面に対して非垂直であって、装置の側壁に交差するように、該噴射方向の方位を合わせる。次に、基板に対して、噴射バルブに第１軸線についての動きをさせつつ、噴射バルブの移動中に、装置の側壁に絶縁コーティング材料の直線的なパターンを塗布すべく、前記の推進の喚起、分裂、及び塗布の工程を繰り返す。
【００１１】
本発明についての上述した及びその他の目的及び利点に関しては、添付図面を参照した以下の詳細な説明によって、さらに明らかになるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、コンピュータ制御される非接触式の粘性材料噴射システム１０を示した模式図であって、例えば、カリフォルニア州のカールズバッドにあるＡｓｙｍｔｅｋ社から商業的に入手可能な、“ＡＸＩＯＭ”のＸ−１０２０シリーズである。液滴発生機１２は、公知のやり方で、Ｚ軸の駆動装置に取り付けられていて、該駆動装置はＸＹ位置決め装置１４から吊下されている。ＸＹ位置決め装置１４は、フレーム１１に取り付けられていて、第１及び第２の非平行である動きの軸線を形成している。ＸＹ位置決め装置は、公知のやり方で、独立制御可能な一対のステッピングモータ（図示せず）に結合されてなる駆動ケーブルを含んでいる。ビデオカメラ及びＬＥＤ照明リングの組立体１６は、液滴発生機１２に結合されていて、ＸＹＺの軸線に沿って動き、ドットを検査し、参照基準点を見つけて確認する。ビデオカメラ及び照明リングの組立体１６は、発明の名称を「ワークピースの表面上の一定高さから粘性材料を吐出する装置("APPARATUS FOR DISPENSING VISCOUS MATERIALS A CONSTANT HEIGHT ABOVE A WORKPIECE SURFACE")」とする、米国特許第５，０５２，３３８号に開示されているタイプのもので良く、同開示の全体をここで参照して引用する。
【００１３】
コンピュータ１８は、総合的なシステム制御を提供するもので、当業者が理解するように、プログラマブル・ロジック・コントローラ("ＰＬＣ")や、又は、その他のマイクロプロセッサ・ベースの制御装置、汎用のパーソナル・コンピュータ、又は、その他の在来の制御装置であって本願記載の機能を実行できるもので良い。ユーザは、キーボード（図示せず）及びビデオモニタ２０を介してコンピュータ１８を操作する。コンピュータ１８は、標準的なＲＳ−２３２及びＳＭＥＭＡ ＣＩＭの通信バス５０を備えていて、基板生産組立ラインにおいて使用されるほとんどのタイプの他の自動化機器とコンパチブルになっている。
【００１４】
基板（図示せず）の上には、例えば接着剤、エポキシ、半田などが塗布されるが、該基板は液滴発生機１２の直下に配置されている。基板は、手作業によって載置しても良いし、自動的なコンベアによって搬送しても良い。コンベア２２は在来のデザインのものであるが、異なった寸法のＰＣ基板を受け入れるべく調整できるような幅を有している。コンベア２２は、空気圧で動作する昇降及びロック機構を含んでいる。本実施形態は、さらに、ノズル・プライミング・ステーション２４と、ノズル較正セットアップ・ステーション２６とを含んでいる。フレーム１１において、コンベア２２の高さのすぐ下方には、制御パネル２８が取り付けられていて、該制御パネルは、セットアップ、較正、及び粘性材料の積み込みの際に、所定の機能を手動で開始させるための、複数の押ボタンを含んでいる。
【００１５】
図２を参照すると、図示の液滴発生機１２は、例えば半導体チップ又はダイなどの電子装置３９を支持している、例えばＰＣ基板である基板３６上に、粘性材料の噴射３７を噴射する。ＰＣ基板３６は、所望位置に配置された粘性材料を使用して、部品を表面実装されるようにデザインされたタイプのものである。ＰＣ基板は、コンベア２２によって、所定位置へと動かされる。
【００１６】
軸線駆動装置３８は、ＸＹ位置決め装置１４（図１参照）とＺ軸駆動装置とを含んでいて、これらによって、吐出装置４０を、ＰＣ基板３６に対して、それぞれＸ軸７７、Ｙ軸７８、及びＺ軸７９に沿って敏速に動かすことができる。液滴発生機１２は、粘性材料の液滴をひとつの固定されたＺ軸高さから噴射するか、あるいは、液滴発生機１２は、動作サイクル中にプログラム制御によって上昇して、別のＺ軸高さから吐出したり、基板に取り付けられた他の部品に触れずに通り越えたりするようにしても良い。
【００１７】
液滴発生機１２は、ＯＮ／ＯＦＦ式の噴射吐出装置４０を含んでいて、これは、微小量の粘性材料を噴射すべく、特別にデザインされた、非接触式の吐出装置になっている。吐出装置４０は、ピストン４１をシリンダ４３の中に配置されて備えてなる、噴射バルブ４４を有している。ピストン４１は、該ピストンから延びて、材料チャンバ４７に通された、下部ロッド４５を有している。下部ロッド４５の下部遠位端は、戻りバネ４６によって、弁座４９に当接するように付勢されている。ピストン４１は、該ピストンから延びている、上部ロッド５１をさらに有していて、その上部遠位端は、マイクロメータ５５のネジ５３における端部のストッパ面に隣接して配置されている。マイクロメータのネジ５３を調節すると、ピストン４１のストロークの上限が変化する。吐出装置４０は、注射器型の供給装置４２を含んでいて、該供給装置は、公知のやり方で、粘性材料の供給源（図示せず）に連通している。液滴発生機の制御装置７０は、例えば流体圧力源に結合された空気圧ソレノイドである、電圧−圧力トランスデューサ７２に対して出力信号を提供し、加圧空気は供給装置４２へ送られる。従って、供給装置４２は、加圧された粘性材料をチャンバ４７へ供給することができる。
【００１８】
噴射動作は、コンピュータ１８が命令信号を液滴発生機の制御装置７０へ送ることで開始され、これにより、制御装置７０は、例えば流体圧力源に結合された空気圧ソレノイドである、電圧−圧力トランスデューサ７６に対して出力パルスを与える。トランスデューサ７６がパルス動作すると、加圧空気のパルスがシリンダ４３へ送られて、ピストン４１を敏速に持ち上げる。ピストンの下部ロッド４５が弁座４９から持ち上げられると、チャンバ４７内にある粘性材料は、ピストンの下部ロッド４５と弁座４９との間に引き込まれる。出力パルスが終わると、トランスデューサ７６は元の状態に復帰して、これにより、シリンダ４３内の加圧空気は解放され、ピストンの下部ロッド４５は、戻りバネ４６によって敏速に下げられて、弁座４９に当接した状態に戻る。この過程で、ノズル４８の開口ないし吐出オリフィス５９を通って、粘性材料の噴射が、急速に押し出されないし噴射される。図２に模式的に誇張して示すように、非常に小さい粘性材料の液滴３７が、それ自身がもつ前進運動量のために切り離されて、かかる前進運動量によって、液滴は、基板３６上の粘性材料のドットとして、基板３６の表面８０に塗布される。シリンダ４３を連続的に動作させることで、粘性材料のそれぞれの液滴３７が得られる。本願において、“噴射”という用語は、上述した粘性材料の液滴３７を形成する過程を意味している。吐出装置４０は、例えば１秒あたり１００個までの、又はそれ以上の、極めて高速にて、ノズル４８から液滴を噴射することができる。液滴発生機の制御装置７０によって制御されるモータ６１は、マイクロメータのネジ５３と機械的に結合されていて、ピストン４１のストロークを自動的に調節することができ、これにより、各液滴を形成している粘性材料の体積が変化する。
【００１９】
運動制御装置６２は、液滴発生機１２と、これに結合されたカメラ及び照明リングの組立体１６との動きを調節する。運動制御装置６２は、ＸＹＺの各軸線のモータのための別々の駆動回路へ、命令信号を与える。コンベア制御装置６６は、基板コンベア２２に結合されている。コンベア制御装置６６は、運動制御装置６２とコンベア２２との間のインターフェースになっていて、コンベア２２における幅の調節と昇降及びロック機構とを制御する。コンベア制御装置６６は、基板３６の装置への進入を制御すると共に、材料の塗布を完了した後には、基板の排出を制御する。ある種の用途では、基板加熱装置６８、及び／又は、ノズル加熱・冷却装置５６が、公知のやり方で動作して、基板が装置を通って運ばれるとき、基板を加熱し、及び／又は、ノズルを粘性材料の所望の温度特性に維持する。
【００２０】
ノズル・セットアップ・ステーション２６は、較正の目的に使用されるもので、吐出される液滴３７の重量又はサイズを正確に制御する、ドットサイズの較正と、オン・ザ・フライつまり基板３６に対して液滴発生機１２が動いている間に、粘性材料のドットを正確に位置決めする、ドット配置の較正とを提供する。さらに、ノズル・セットアップ・ステーションは、現在の材料の吐出特性と、液滴が被覆されるべき速度と、ドットパターンに吐出される粘性材料の所望の総体積との関数としての、液滴発生機１２の速度を正確に制御すべく、材料体積の較正を提供するために使用される。ノズル・セットアップ・ステーション２６は、静止した作業面７４と、計測装置５２とを含み、該計測装置は、例えば重量計５２によって計られた材料の重量を表わすフィードバック信号をコンピュータ１８へ与えるような重量計である。重量計５２は、コンピュータ１８に機能的に接続されていて、材料の重量を、予め定められた特定値、例えばコンピュータのメモリ５４に記憶された粘性材料の重量設定値と比較することができる。重量計５２に代えて、別のタイプの装置を使用しても良く、例えば、吐出された材料の直径、面積、及び／又は、体積を測定するためのカメラやＬＥＤ、又はフォトトランジスタを含む視認システムなどの、他のドットサイズ計測装置を含むようにしても良い。装置の運転前には、ノズル組立体を据え付けるが、これは通例、流体流路中の空気気泡を排除するために、公知の使い捨てタイプのデザインのものである。そうした吐出装置は、２００３年５月２３日に出願された、発明の名称を「粘性材料の非接触式の吐出装置("Viscous Material Noncontact Dispensing System")」とする、係属中の米国仮特許出願第６０／４７３，１６１６号にさらに詳しく開示されているので、同文献をここで参照して引用する。
【００２１】
動作に際し、コンピュータ１８は、ディスクに記憶された、又はコンピュータ統合生産制御装置("ＣＩＭ")からのＣＡＤデータを利用して、運動制御装置６２に命令して、液滴発生機１２を動かす。これによって確実に、粘性材料の微小ドットは、基板３６上の所望の位置に、正確に配置される。コンピュータ１８は、ユーザ仕様又は部品ライブラリに基づいて、特定の部品に自動的にドットサイズを割り当てる。ＣＡＤデータが利用可能ではない用途においては、コンピュータ１８が利用するソフトウェアによって、ドットの位置を直接プログラムすることができる。コンピュータ１８は、公知のやり方で、Ｘ及びＹの位置と、部品のタイプと、部品の向き方向とを利用して、どのくらいの量の粘性材料のドットを基板３６の上面に固着すべきであるのかについて判断する。
【００２２】
公知の噴射吐出装置にあっては、基板３６に対して実質的に垂直である噴射方向において粘性材料を導いていたところであるが、本発明のひとつの実施形態にあっては、図２に示す如く、噴射吐出装置４０は、Ｙ軸線７８を中心として回動可能に取り付けられている。噴射吐出装置４０は、公知のまっすぐな噴射ノズルを使用していて、該ノズルは、吐出装置４０の中心線８８に対して実質的に平行な方向へ、粘性材料を噴射する。しかしながら、吐出装置４０が斜めに取り付けられているために、粘性材料の液滴３７は、基板３６の上面８０に対して非垂直であるような噴射方向に向けて噴射される。このような斜めの噴射は、基板上に部品を取り付ける工程に粘性材料が使用されるような、または、部品が組み付けられた基板に１又は複数の絶縁コーティングを塗布するような、多くの用途に使用することができる。
【００２３】
例えば、図３に示したアンダーフィル動作においては、液滴３７は、基板３６の上面８０に対して斜めである方向へ噴射されて、チップ３９の側壁８２の下方にある隙間ないし空間８４に直近して固着される。傾斜したないし斜めの噴射によって、隙間８４と表面８０とで形成された隅部には衝突力が生じて、このことが粘性材料が表面８０上に広がることを防ぐ助けになる。従って、斜めの噴射によれば、図８に示すような、衝突力が表面８０に対して垂直方向に生じていた公知の噴射に比べて、より小さいぬれ領域を得ることができる。さらに、噴射過程の速度のために、複数回の工程が可能になって、先に固着された材料は毛細管現象によって部品の下側へ移動するので、追加的な材料を層状にすることができる。さらに、最終的な工程を行なって、ぬれ領域を最小に保ちつつ、所望サイズの隅肉８５を形成する。
【００２４】
噴射方向として望ましい角度は、用途に依存する。例えば、アンダーフィルの作業においては、噴射方向は、基板３６の上面８０に対して、約１０〜８０゜の範囲の角度である。別の用途においては、粘性材料を垂直基板、例えばチップ３９の垂直な側壁８２に塗布することが望ましく、そうした用途においては、噴射方向は、チップの側壁８２に対して８０〜１００゜の範囲の角度になる。
【００２５】
使用に際して、最適な角度は、試作品の噴射サイクルにて決定することができ、その工程中には、手作業にて調節されて変更された、異なった角度に取り付けられた吐出装置４０を用いて、粘性材料を吐出する。異なった角度の噴射によってもたらされる、ぬれ領域の測定とその他の品質的な指標とに基づいて、最適な角度又は角度の範囲を決定して記録する。いったん望ましい噴射角度が決定されたならば、生産サイクル中には、コンピュータ１８が運動制御装置６２に出力信号を与え、運動制御装置は、第１軸線についての動きに沿った、例えば図２のＹ軸線に沿った、吐出装置４０の動きを開始させる。かかる動きと同時に、運動制御装置は、噴射バルブ４０を前述したやり方で動作させて、粘性材料の液滴を基板の表面８０上に直線状のパターンにて塗布する。
【００２６】
噴射吐出装置４０を斜めに回転可能に取り付けることに代えて、その他の構造を使用して、基板の表面８０に対して非垂直であるような、斜めの噴射方向を提供することもできる。例えば、図４及び図５に示した他の実施形態では、吐出装置４０の端部に傾斜ノズル９０を取り付けている。傾斜ノズル９０は、側壁９４に設けられた開口ないし吐出オリフィス９２にて終端してなる、斜めの出口通路を有している。出口通路は、通例、吐出オリフィス９２の直径に対して２〜３倍の長さを有している。さらに、出口通路は、直線的な壁をもった円筒形であっても良いし、または、吐出オリフィス９２へ向けてテーパを有していても良い。吐出オリフィス９２の直径は、用途に依存するもので、傾斜ノズル９０の最適な構造及び寸法は、しばしば実験的に決定される。傾斜ノズル９０によって、粘性材料は、基板の上面８０に対して斜めに、ないし、基板の上面８０に対して非垂直である噴射方向に、噴射される。いったん噴射角度が実験的に、例えば前述の如く吐出装置４０を異なる角度に回転させて噴射工程を実行することで、決定されたならば、所望の噴射角度にて材料を噴射するように、傾斜ノズル９０を作製することができる。
【００２７】
多くの用途においては、２つの互いに垂直をなす部品の側面に粘性材料を塗布することが望ましい。図２について説明した斜めの噴射では、噴射方向は、基板に向けた下向きにされていて、すなわち、Ｙ軸線７８を中心とした回転を提供するような、第１回転Ｂの軸線８１において回動されていて、噴射方向は、第１の側壁８２に近接した上面８０に交差する。かかる噴射角度においては、図６Ａに示す如く、基板の上面８０上に投影された噴射方向は、液滴３７によって図示されるように、第１の側壁に対して実質的に垂直であって、側壁８６に対して実質的に平行になっている。従って、吐出装置４０をＹ軸線に沿って動かせば、粘性材料３７は、側壁８２の直近において直線的なパターンにて、表面８０上に噴射される。しかしながら、側壁８２と側壁８６との交差点に達したときには、吐出装置４０は、側壁８６に対して材料を斜めに噴射するようには、適切に方位を合わされていない。図６Ａに示した方位のままで、側壁８６に沿って粘性材料を噴射することは、基板３６に対して垂直に噴射していた公知技術と同等の結果をもたらす。側壁８２に関して使用されていたような、望ましい噴射角度を得るためには、噴射吐出装置４０は、Ｚ軸線７９を中心とした回転を提供するような、軸線７９について第２回転Ｃとして回動させる必要がある。
【００２８】
図６Ｂを参照すると、さらに別の実施形態では、吐出装置４０は、軸線７９について回転Ｃ９６で回転可能になるように、Ｚ軸線の位置決め装置に取り付けられている。噴射吐出装置４０を軸線７９まわりに回転Ｃ９６をさせると、基板の表面８０上に投影された噴射方向は、液滴３７によって図示されるように、側壁８２と側壁８６との双方に対して斜めになる。さらに、噴射吐出装置４０は、Ｂ回転の軸線とＣ回転の軸線との双方について回動されて、噴射方向が所望の角度にて、噴射方向が交差するようにできる。従って、吐出装置４０をＹ軸線７８に沿って動かせば、噴射された液滴３７は、側壁に直近した直線的なパターンにて、表面８０上に噴射されて塗布される。さらに、側壁８２と側壁８６との交差点に達したときには、軸線７９回りに回転Ｃをさせて、吐出装置４０をＸ軸線に沿って動かせば、粘性材料の液滴は、側壁８６の直近にて基板の表面８０へ噴射される。従って、噴射吐出装置４０を最初にＢ及びＣの軸線について固定した角度に回動させておけば、単に吐出装置４０をまずＹ軸線に沿って動かし、次にＸ軸線７７に沿って動かすだけで、粘性材料の液滴を、互いに垂直をなす側壁８２及び８６に沿って噴射することができる。
【００２９】
上述の実施形態においては、角度の動きを手作業で調節可能にしているけれども、噴射方向を斜めに設定するための、一方又は双方の角度回転は、電気モータ又は流体モータを使用して駆動しても良いことは理解できるだろう。さらに、電気モータ及び流体モータは、コンピュータ１８又は運動制御装置６２のプログラム制御の下におくことができる。Ｚ軸線を中心とするプログラム可能な第１軸線についての傾き動作と、Ｚ軸線に対して垂直な軸線を中心とする第２軸線の傾き動作とを有しているような吐出装置の例は、米国特許第６，４４７，８４７号に開示されているので、同文献をここで参照して全文を引用する。米国特許第５，１４１，１６５号は、Ｚ軸線を中心とした傾き動作のプログラム可能な軸線を有している吐出装置に関連していて、かかる吐出装置は、Ｚ軸線に対して垂直である傾き動作のプログラム可能な軸線を中心として、回動可能にされたノズルを有している。米国特許第５，１４１，１６５号をここで参照して全文を引用する。
【００３０】
粘性材料を同時的に吐出すべく、複数の吐出装置を、１又は複数の位置決め装置に設けることも知られている。図７に示した別の実施形態においては、吐出装置４０ａ及び４０ｂを使用して、それぞれ表裏、すなわち反対側となる表面８０ａ及び８０ｂ上に、液滴３７ａ及び３７ｂの流れの推進を喚起するように液滴３７ａ及び３７ｂの流れを噴射している。斜めに噴射することによって、液滴３７ａ及び３７ｂは、各装置３９ａ及び３９ｂの各側壁８２ａ及び８２ｂに隣接している各隙間８４ａ及び８４ｂに近接した、隅部をねらい打ちにする。前述の如く、斜めの噴射によって、各表面８０ａ及び８０ｂにおけるぬれ面３３ａ及び３３ｂは、アンダーフィル工程中のみならず、隅肉８５ａ及び８５ｂの形成においても、小さくなる。
【００３１】
さらに別の用途においては、噴射方向の角度を工程間で変更させて、ぬれ領域を最小に維持する助けにすることもできる。例えば、アンダーフィル作業の後に、１又は複数の追加的な工程を行なって、電気的な相互連結を適切に被覆すべく、隅肉８５（図３参照）を形成しても良い。ある種の用途では、基板の表面８０に対する噴射角度を小さくして、側壁８２に対する噴射角度を大きくすることが、つまり側壁８２に対して垂直に若干近づけるように、噴射方向を回動することが望ましい。こうして、液滴噴射の衝突力は、いっそう側壁８２へ向けられて、隅肉が側壁８２に沿って層をなす助けになることで、基板の表面８０上におけるぬれ領域３３が小さくなる。
【００３２】
粘性材料を基板３６に対して斜めに噴射することには、多くの利点がある。まず、液滴３７の噴射の精度及び再現性が向上し、そのために、基板の表面８０とチップの側壁８２との間の隅部の領域に、粘性材料を塗布することができる。さらに、液滴３７の衝突力は、隙間８４に近接した隅部へ向けられるので、基板８０上において、粘性材料によるぬれ領域は小さくなる。ぬれ領域が小さくなれば、潜在的可能性として、基板３６上の実装密度を高めることができ、従って、基板を小型化できる。加えて、吐出装置４０を位置決め装置１４によって動かす速度を高めると、普通は、ぬれ領域は大きくなってしまう。斜めに噴射するならば、斜めにしない噴射の場合と比較して、ぬれ領域のサイズを大きくせずに、位置決め装置の速度を高めることができる。従って、アンダーフィル工程のサイクル・タイムは短縮されて、結果的にコストを低下させる。さらに、粘性材料の固着の精度及び再現性が高められることはしばしば、使用する粘性材料が少なくなることを意味し、これもまた、コストの節約につながる。
【００３３】
本発明について、ひとつの実施形態を例示して説明し、かかる実施形態は詳細であると考えられる程度に開示されたけれども、特許請求の範囲をそうした詳細に制限したり限定したりする意図ではない。当業者にあっては、追加的な利点及び改変は容易に明らかであろう。例えば、図２の実施形態では、所望の斜めの噴射方向を得るために、吐出装置はＹ軸線７８を中心として回転させるように示している。他の実施形態では、図７に示す如く、吐出装置は取付具に対して直角に取り付けられて、かかる実施形態においては、所望の噴射角度を得るために、吐出装置はＸ軸線７７を中心として回転されることになることは理解されるだろう。
【００３４】
上述した実施形態においては、装置３９は、基板の表面８０に対して実質的に垂直であるような側壁８２及び８６を有するものとして示したけれども、他の用途にあっては、装置における１又は複数の側壁は非垂直であったり、曲線状その他の形状であっても良いことは理解されるだろう。さらに、位置決め装置１４は、互いに垂直で直線的な２つの軸線の動きをするものとして説明した。これについても、他の用途にあっては、位置決め装置の１又は複数の軸線の動きは直線的でなくても良いことは理解されるだろう。
【００３５】
上述した実施形態においては、粘性材料の塗布は、基板３６上における装置３９の取り付けに関連した用途、例えば基板のアンダーフィル及び形成などについて説明した。本願において説明及び開示した、粘性材料を斜めに噴射するための様々な実施形態は、装置３９に及び／又は基板３６に、絶縁コーティングを塗布するためにも使用することができる。例えば、図３を参照すると、吐出装置４０を所望の角度に回動させて、絶縁コーティング材料の液滴３７を側壁８２上に噴射することもできる。
【００３６】
従って、本発明は、その最も広義において、説明及び開示した特定の詳細事項に限定されるものではない。従って、特許請求の範囲の精神及び範囲から逸脱せずに、本願に開示した詳細に応用を行なうことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】コンピュータ制御される非接触式の粘性材料噴射システムを示した模式図であって、本発明の原理に従った、粘性材料の斜めの噴射を提供するものである。
【図２】斜めの吐出器を備えた、図１による、コンピュータ制御される非接触式の粘性材料噴射システムを示した、模式的なブロック図である。
【図３】図１に示したコンピュータ制御される非接触式の粘性材料噴射システムを用い、斜めのノズルを使用した、アンダーフィル塗布を示した模式図である。
【図４】斜めのノズルを有する吐出器を備えた、図１による、コンピュータ制御される非接触式の粘性材料噴射システムを示した、模式的なブロック図である。
【図５】図４に示した非接触式の粘性材料噴射システムにおいて使用される、斜めのノズルについて拡大して示した断面図である。
【図６Ａ】Ｚ軸線の回転を有しない吐出器を用いた噴射について示した模式図である。
【図６Ｂ】Ｚ軸線の回転を備えた吐出器を用いた噴射について示した模式図である。
【図７】図１に示したコンピュータ制御される非接触式の粘性材料噴射システムを用い、斜めのノズルを使用した、２つの噴射塗布を示した模式図である。
【図８】コンピュータ制御される非接触式の粘性材料噴射システムを用い、公知のノズルを使用した、アンダーフィルの塗布を示した模式図である。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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