(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子回路基盤上に粘性材料の定量を分配するための分配システムであって、Ｘ−Ｙガントリシステムと、
該Ｘ−Ｙガントリシステムに結合された分配ユニットとを備え、該分配ユニットが、
粘性材料を受け取るための入口ポートと、
分配システムから該粘性材料が分配される出口ポートと、
調整可能な容積を有する内部チャンバと、該粘性材料が通過して該内部チャンバに流入する第一の開口部と、該粘性材料が通過して該内部チャンバから流出する第二の開口部とを含むハウジングと、
第一の弁であって、該第一の弁を付勢するためのばね力を有する第一のばねを含み、動作の開モードおよび動作の閉モードの一つにおいて動作可能であり、該第一の弁が該開モードで動作しているときに、該粘性材料が該入口ポートから該第一の開口部を通り該内部チャンバに流入し得、該第一の弁が該閉モードで動作しているときに、該粘性材料が該入口ポートから該内部チャンバに流入するのを阻止するように、該第一の弁が該入口ポートと該第一の開口部との間に配置され、該入口ポートに受け取られる粘性材料の圧力と該内部チャンバ中の粘性材料との圧力における差異に基づいて一部制御され、ここで、該入口ポートにおける該粘性材料の圧力が、該ばね力によって与えられる圧力と該内部チャンバ中の粘性材料との圧力の合計より大きくない限り該動作の閉モードで動作する、第一の弁と、
第二の弁であって、該第二の弁を付勢するためのばね力を有する第二のばねを含み、動作の開モードおよび動作の閉モードの一つにおいて動作可能であり、該第二の弁が該開モードで動作しているときに、粘性材料が該内部チャンバから該第二の開口部を通り該出口ポートに流出し得、該第二の弁が該閉モードで動作しているときに、該粘性材料が該内部チャンバから該出口ポートに流出するのを阻止されるように、該第二の弁が該出口ポートと該第二の開口部との間に配置され、該内部チャンバ中の粘性材料の圧力と該出口ポートにおける周囲大気圧との差異に基づいて一部制御され、ここで、該内部チャンバ中の該粘性材料の圧力が、該第二のばねのばね力によって与えられる圧力と該出口ポートにおける周囲大気圧との合計より大きくない限り動作の該閉モードで動作する、第二の弁と、
該ハウジングに結合され、そして該出口ポートと流体連通するノズルアセンブリであって、電子回路基盤上に粘性材料を分配するための形態であるノズルアセンブリとを備えている、分配システム。
【請求項２】
前記第二のばねによって提供される前記ばね力は、前記第一のばねによって提供される前記ばね力よりも大きい、請求項１に記載の分配システム。
【請求項３】
前記ハウジングが、前記内部チャンバの容積を変化させるために該内部チャンバ内で移動可能なピストンを含む、請求項２に記載の分配システム。
【請求項４】
前記ハウジングが、前記ピストンに結合されたボールねじを含む、請求項３に記載の分配システム。
【請求項５】
前記ボールねじの位置を制御し、それによって前記内部チャンバ内の前記ピストンの位置を制御するために、結合ナットによって該ボールねじに結合されるモータをさらに備える、請求項４に記載の分配システム。
【請求項６】
前記分配システムによって分配される粘性材料を含むシリンジであって、該シリンジは、該分配システムの前記入口ポートに結合された出口ポートを有する、シリンジと、
該シリンジに結合されたシリンジカバーと、
をさらに備える、請求項５に記載の分配システム。
【請求項７】
前記第一の弁および前記第二の弁の各々が、ボールおよびシートタイプ弁を用いて実行される、請求項６に記載の分配システム。
【請求項８】
前記分配システムによって分配される粘性材料を含むシリンジであって、該シリンジは、該分配システムの前記入口ポートに結合された出口ポートを有する、シリンジと、
該シリンジに結合されたシリンジカバーと、
をさらに備える、請求項１に記載の分配システム。
【請求項９】
電子回路基盤上に粘性材料の定量を分配するための分配システムであって、
Ｘ−Ｙガントリシステムと、
該Ｘ−Ｙガントリシステムに結合された分配ユニットとを備え、該分配ユニットが、
粘性材料を受け取るための入口ポートと、
分配システムから該粘性材料が分配される出口ポートと、
調整可能な容積を有する内部チャンバと、該粘性材料が通過して該内部チャンバに流入する第一の開口部と、該粘性材料が通過して該内部チャンバから流出する第二の開口部とを含むハウジングと、
該内部チャンバ内で移動可能なピストンであって、該内部チャンバの容積を調節するピストンと、
該ピストンに結合されたボールねじと、
動作の開モードおよび動作の閉モードの一つにおいて動作可能な第一の弁であって、該第一の弁が該開モードで動作しているときに、該粘性材料が該入口ポートから該第一の開口部を通り該内部チャンバに流入し得、該第一の弁が該閉モードで動作しているときに、該粘性材料が該入口ポートから該内部チャンバに流入するのを阻止するように、該第一の弁が該入口ポートと該第一の開口部との間に配置されている、第一の弁と、
動作の開モードおよび動作の閉モードの一つにおいて動作可能な第二の弁であって、該第二の弁が該開モードで動作しているときに、粘性材料が該内部チャンバから該第二の開口部を通り該出口ポートに流出し得、該第二の弁が該閉モードで動作しているときに、該粘性材料が該内部チャンバから該出口ポートに流出するのを阻止されるように、該第二の弁が該出口ポートと該第二の開口部との間に配置される、第二の弁と、
該ハウジングに結合され、そして該出口ポートと流体連通するノズルアセンブリであって、電子回路基盤上に粘性材料を分配するための形態であるノズルアセンブリとを備えている、分配システム。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、種々の液体の分配デバイス、より詳細には、分配される液体量を正確に制御することを可能にする液体分配デバイスに関する。
発明の背景
先行技術の分配システムのいくつかのタイプが、種々の適用に、計量された量の液体またはペーストを分配（dispense）するために用いられている。１つのそのような適用は、プリント回路基盤および集積回路チップのアセンブリにおいてであり、そこでは、分配システムは、カプセル材料で集積回路をカプセル化するプロセスにおいて、およびカプセル材料でフリップ集積回路チップを充填する間のプロセスにおいて用いられる。先行技術の分配システムはまた、液体エポキシまたははんだのドットまたはボールを回路基盤および集積回路上に分配するために用いられる。液体エポキシおよびはんだは、主に、構成部品を回路基盤に結合するためか、または構成部品を集積回路内に結合するために用いられる。上記の分配システムは、本発明の譲受人である、Ｈａｖｅｒｈｉｌｌ，ＭＡ，Ｃａｍｅｌｏｔ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．により、ＣＡＭ/ＡＬＯＴ▲Ｒ▼の名で製造および販売されているものを含む。
代表的な分配システムでは、ポンプおよび分配器（dispenser）アセンブリが、コンピューターシステムまたはコントローラーにより制御されるサーボモーターにより、ポンプおよびディスペンサーアセンブリを３つの互いに直交する軸（ｘ、ｙ、Ｚ）に沿って移動させるための移動アセンブリに取り付けられる。所定容量の液体を回路基盤または特定の他の基盤上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ーアセンブリは、それが所望の位置の上に位置するまで、水平ｘおよびｙ軸に沿って移動する。次いで、ポンプおよびディスペンサーアセンブリは、ノズルが基盤上の適切な高さになるまで、垂直ｚ軸に沿って下げられる。ポンプおよびディスペンサーアセンブリは、所定容量の液体を分配し、次いでｚ軸に沿って持ち上げられ、ｘおよびｙ軸に沿って次の所望の位置に移動し、そして垂直ｚ軸に沿って下げられ次の位置に所定容量の液体を分配する。
上記のような分配適用には、システムにより分配される液体量の正確さがシステムの重要な特徴である。１つの先行技術分配システムでは、ポンプおよびディスペンサーアセンブリは、ディスペンサーハウジングにあるオーガリング（auguring）チャンバー内に収納されるオーガリングネジを備える。オーガリングネジは、チャンバー内で回転し、制御された量の液体を提供する。ポンプおよびディスペンサーアセンブリは、基盤上に材料を分配するためのノズルをもつ。ポンプおよびディスペンサーアセンブリにより分配される液体は、ブラケットによりディスペンサーハウジングに連結される垂直の円筒状のシリンジに収納される。シリンジは、シリンジと頂部片（top piece）との間の気密シールを提供するクランプをもつ頂部片をもつ。頂部片は、加圧空気を受けるための空気ラインに連結するためのアダプターを備える。加圧空気は、分配材料を、シリンジからポンプおよびディスペンサーアセンブリに送るために用いられる。
上記の先行技術分配システムは、基盤上に材料を分配することにおいて有効であるが、分配されるべき材料の量の制御においてより大きな正確さをもつ分配システムをもつことが所望される。
発明の要旨
本発明の実施態様は、基盤上に制御された量の材料を分配する装置および方法を提供する。
本発明の１つの実施態様によれば、液体分配システムは、標準の分配チャンバーに含まれるスイッチングデバイスおよびシーリングデバイスと協動する材料制御デバイスを備える。材料制御デバイスと連絡する、サーボモーターのような標準の出力制御システムを用いて材料制御デバイスの位置を選択的に調節し、制御された量の材料を分配する。シーリングデバイスが第１の位置にあり、そして材料制御デバイスが所定量圧縮されるとき、材料を分配チャンバー中に引く真空がつくられる。材料は、第１の位置にあるシーリングデバイスが、分配先端に至る開口をシールするとき、分配チャンバー内に残る。所定量の材料が分配チャンバー中に引かれた後、スイッチングデバイスが、シーリングデバイスを第２の位置に移動する。これは、シールが、分配チャンバー中にさらなる材料が入ることを防ぐようにする。この第２の位置で、シーリングデバイスは、材料が分配先端の開口を通じて出ることを可能にする。材料制御デバイスを拡張することにより、分配チャンバー内の材料は、分配先端の開口から強制的に出される。このように、基盤上に分配されるべき材料の正確な量が制御され得る。
別の実施態様では、材料制御デバイスは、ネジおよびピストンシステムを備える。ピストンは、対応する係合歯によってネジに受けられるその１つの部分中に開口をもつ。ピストンがネジと噛合うとき、それは、分配チャンバーから離れる。ネジは、ネジ上の逆の回転作用によりピストンから脱係合され得る。
別の実施態様では、スイッチングデバイスは、分配デバイスから突出し得るシーリングデバイスのヘッドに連結される、空気力式シリンダーである。
別の実施態様では、分配デバイスは、シーリングデバイスが第１の位置にあるとき、シーリングデバイスの第１のシーリング部分で係合かつシールするためのテーパー状エッジをもつ保持具を備える。
本発明の別の実施態様では、スイッチングデバイスは、フェールセーフ（failsafe）位置をもち、シーリングデバイスが分配先端上の閉鎖位置に残ることを確実にすることにより分配デバイスから材料が漏れることを防ぐ。
なお別の実施態様では、調節手段が、分配チャンバーの土台に提供され、これは、分配先端の開口の長さの調節を可能にする。
本発明の別の実施態様は、所定量の材料を分配するための分配システムに関する。分配システムは、材料を受けるための入口ポート、出口ポート（ここから分配システムより材料が分配される）、調節可能な容量をもつ内部チャンバーを備えるハウジング、および操作の開放モードおよび操作の閉鎖モードの１つで稼動可能な第１のバルブを備える。第１のバルブは、入口ポートと内部チャンバーとの間に、第１のバルブが開放モードで操作されているとき、材料が入口ポートから内部チャンバーに流れ得、そして第１のバルブが閉鎖モードで操作されているとき、材料が入口ポートから内部チャンバーに流れることを防ぐように配置される。分配システムは、操作の開放モードおよび操作の閉鎖モードの１つで操作可能な第２のバルブをさらに備える。第２のバルブは、出口ポートと内部チャンバーとの間に、第２のバイブが開放モードで操作されているとき、材料が内部チャンバーから出口ポートに流れ得、そして第２のバルブが閉鎖位置で操作されているとき、材料が内部チャンバーから出口ポートに流れることを防ぐように、配置される。
１つの実施態様では、第１のバルブは、第１のバルブの操作のモードが、入口ポートに受けられている材料の圧力と、内部チャンバー内の材料の圧力における差異に一部基づいて制御されるように構成および配置され、そして第２のバルブは、第２のバルブの操作のモードが、内部チャンバー内の材料の圧力と、出口ポートの周辺空気圧力における差異に一部基づいて制御されるように構成および配置される。
なお別の実施態様では、第１のバルブは、入口ポートにある材料の圧力がスプリング力および内部チャンバー内の材料の圧力により提供される圧力の合計より大きくなければ、第１のバルブを操作の閉鎖モードで稼動させるスプリング力を提供する第１のスプリリングを備え、そして第２のバルブは、入口チャンバー内にある材料の圧力が第２のスプリングのスプリング力および出口ポートの周辺空気圧力により提供される圧力の合計より大きくなければ、第２のバルブを操作の閉鎖モードで稼動させるスプリング力を提供する第２のスプリリングを備える。
なお別の実施態様では、分配システムのハウジングは、ピストンおよびピストンに連結されたボールネジを備える。ピストンは、内部チャンバー内で移動可能であり、内部チャンバーの容量を変える。
なお別の実施態様では、分配システムは、カップリングナットを通じてボールネジに連結するモーターをさらに備えボールネジの位置を制御し、そしてそれによって内部チャンバー内のピストンの位置を制御する。
別の実施態様では、分配システムは、分配システムにより分配されるべき材料を含むシリンジ、およびシリンジ中の材料に圧力を提供し、材料をシリンジから分配システムの入口ポートに流出させるシリンジカバーをさらに備える。
本発明の別の実施態様では、所定量の材料を分配するための分配システムは、材料を受けるための入口ポート、出口ポート（ここから材料が分配システムより分配される）、内部チャンバーを含むハウジング、内部チャンバー内の空気圧力を減少し入口ポートを通じて材料で内部チャンバーを満たす手段、および内部チャンバー内の材料に対する圧力を増加し材料を内部チャンバーから送り出し基盤上に材料を分配する手段を備える。
本発明の別の実施態様は、分配システム内で材料を分配する方法に関する。分配システムは、材料を受けるための入口ポート、出口ポート（ここから材料が分配システムより分配される）、および内部チャンバーを含むハウジングをもつ。この方法は、内部チャンバー内の空気圧力を減少し、材料を入口ポートを通って内部チャンバーに流す工程、および内部チャンバー内の材料に対して圧力を増加し、材料を内部チャンバーから出口ポートを通って流し、分配システムにより分配させる工程を包含する。
【図面の簡単な説明】
本発明のより良い理解のため、図面への参照がなされ、これは参考として本明細書に援用され、そしてここで：
図１は、本発明の第１の実施態様に従う分配システムの図であり；
図２は、本発明の実施態様で用いられる材料制御デバイスの断面図であり；
図３は、本発明の実施態様で用いられる分配デバイスおよびスイッチングデバイスの断面図であり；
図４Ａは、初期パージ位置にある本発明の実施態様で用いられるシーリングデバイスを図示し；
図４Ｂは、材料を分配デバイスに引くために第１の位置で協動するシーリングデバイスと材料制御デバイスを図示し；
図４Ｃは、材料を、分配デバイス中の分配開口を通って送り出すために第２の位置で協動する材料制御デバイスとシーリングデバイスを図示し；
図５は、本発明の第２の実施態様に従う分配システムの斜視図を示す図であり；
図６は、図５に示される分配デバイスの頂面図であり；
図７は、図５に示される分配システムの横断面図であり；
図８は、図５に示される分配システムの別の横断面図であり；そして
図９Ａおよび９Ｂは、図５の分配システムの動作を図示する。
実例的な実施態様の詳細な記載
説明の目的のために、基盤上に粘性材料を分配するために用いられる分配システムに関連して本発明が記載される。しかし、当業者は、本発明の実施態様が基盤上に粘性材料を分配する分配システムに制限されず、本発明の実施態様による分配装置および方法が、容器からの材料の制御された量の分配を必要とする他の用途においても用いられ得ることを理解する。
図１を参照すると、本発明の第一の実施態様による制御可能な液体分配システム10が図示されている。液体分配システム10は、材料制御装置14に結合されている動力制御システム12を備えており、この材料制御装置はディスペンサ装置16に結合されている。材料制御装置14はディスペンサ装置16と共同かつ相互作用し、材料の制御された容積を分配先端22を通って基盤（図示せず）上に送達する。ディスペンサ装置16内には、スイッチングデバイス18に結合されているシールデバイス20が存在する。当該分野で公知の標準タイミングおよび制御システムを用いて、スイッチングデバイスは、材料を分配チャンバに流入させるが、分配先端22から流出させないことを可能にする第一の位置から、材料が分配チャンバに流入することは防止されるが、分配先端22を通って流出し得る第二の位置に、シールデバイス20を移動させ得る。材料制御装置により分配チャンバ内で生成された真空によってシールデバイスが第一の位置にあるとき、材料は分配チャンバ内に引き込まれる。動力制御システム12は、当該分野において公知であるような標準の制御システムであり、材料制御装置14に結合されて、材料制御装置を選択された距離だけ変位させることによってチャンバ内に引き込まれる材料の容積を選択的に決定する。一旦材料が分配チャンバ内に引きこまれると、スイッチングデバイス18はシールデバイス20を第二の位置に移動させる。次いで、材料制御装置14は元の位置に戻され、材料を分配チャンバから分配先端22を通り基盤上に移動させる。
次に図２を参照すると、材料制御装置14がさらに詳細に見られ得る。一つの実施態様において、材料制御装置14は、ねじ30およびピストン32を備えている。好ましくは、ピストンの動きをさらに制御するために、自滑性材料および細目ねじが用いられる。ピストン32は、第一の部分34および第二の部分36を備え得る。第一の部分34は、ねじ30を受容し、ねじと噛合うための係合歯40を含む開口部38を規定する。第二のピストン部36は、材料制御装置チャンバ58内に延びる（図３を参照）。好ましい実施態様において、0.250インチの直径を有するピストンが用いられる。しかし、分配される材料の容積に依存して、より小さいまたはより大きい直径のピストンも用いられ得る。自滑性および耐磨耗性材料が好ましい。
材料制御装置14をサーボモータなどの標準動力制御システムに結合することによって、ねじ30の回転が制御され得、その結果、ねじがピストン32と噛合うと、第二のピストン部36は分配チャンバから離れて材料制御装置チャンバ58を通って引き戻され、チャンバ内に真空を生成させる。第二のピストン部36の変位距離は、ねじ30に行われる回転数によって制御され得る。ピストン部36の変位距離を制御することによって、チャンバ58および分配チャンバ52内で生成された真空の程度も制御される。これは次いで、本明細書で示されるように、分配装置16内に引き込まれる材料の量を決定する。
次に図３を参照すると、本発明の分配装置16、スイッチングデバイス18およびシールデバイス20がさらに詳細に示される。分配装置16は、第二の開口部60を通って分配先端22内に分配される材料を、開口部54から受け取るためのチャンバ52を規定するハウジング50を備える。シールデバイス20は、チャンバ52の長さだけ延びる。シールデバイス20は、相互結合腕部66によって結合されている第一のシール部62および第二のシール部64を含む。シールデバイス20全体が、スイッチングデバイス18と結合している。スイッチングデバイス18は、当該分野において公知の標準制御システムを介して制御され得る一般のスイッチ、または好ましくは、空気圧シリンダを用いて実行され得る。スイッチングデバイス18は、図２に示される装置と同様の、カム、ウエッジまたはラックとピニオン、またはモータとねじからも駆動され得る。シールデバイス20は、材料の範囲から製造され得る。研磨材を分配するためには、シールデバイス装置は、タングステンカーバイド、セラミック、または他の硬質材料（または上記の組み合わせ）から製造され得る。非研磨材については、ステンレス鋼または他の適した材料が用いられ得る。
シールデバイス20の第一のシール部62が、チャンバ52への材料の流入のための開口部54を、材料制御装置チャンバ58および材料制御装置14から分離する位置に配置されることが好ましい。このように、第一のシール部62は、材料流入開口部54と材料制御装置チャンバ58との間にシールを生成し得る。一つの実施態様において、第一のシール部62とのシールを生成する補助となるため、かつ、第一のシール部62が材料流入開口部54のレベルに上昇するのを阻止するために、保持デバイス56がチャンバ52内に配置され得る。保持デバイス56は、シール工程の補助となるために先細り縁部を有し得る。保持デバイスは、当該分野において公知のいずれの保持デバイスでもよい。第一のシール部62は、ボールおよび逆止弁または当該分野において公知の他の同様のシールデバイスの一つであり得る。
シールデバイス20は、相互結合腕部66によって第一のシール部62に結合された第二のシール部64を有する。この第二のシール部64は、チャンバ52から材料が分配されるのを阻止するために、分配ヘッドまたは先端22の上方の開口部をシールする。第一のシール部62、第二のシール部64および相互結合腕部66は、スイッチングデバイス18がシールデバイス20を第一の位置から第二の位置に移動させると、第一のシール部62または第二のシール部64のいずれかによって生成されたシールの一つが開位置にあり、他方のシールが閉位置にあるように、互いに共同して作用する。
分配装置16、スイッチングデバイス18および材料制御装置14は全て、クランプ、ねじ、ボルト、ピンなどの当該分野で公知の様々な締結手段によって組み立てられ、結合される。このように、アセンブリ全体が、容易な構成、修復および清浄を可能にする。
代替的な実施態様において、調整装置80が分配装置16の底面に配置され得る。調整装置は、流体流の容積をより大きくするために開口部長さを変化させることを可能にする。調整装置80は、ファスナ上ねじ（screw on fasteners）、ねじりキャップなどの当該分野で公知の様々な装置を備え得る。
次に、図4A、図4Bおよび図4Cを参照すると、本発明の液体分配装置10が動作中であるところが示され得る。図4Aは、いずれもの材料がチャンバ52内に流入する前の、分配装置10の初期パージ位置を示す。単純なスペーサ装置（図示せず）が、スイッチングデバイス18と分配装置16との間に配置される。このようにすると、シールデバイス20が半開／半閉位置に置かれる。第一のシール部62および第二のシール部64は、チャンバ52内のどの位置でもシールを完成または形成しない。このように、分配される材料は、開口部54を通ってチャンバ52内に送られ、チャンバ52の全長を通過し、開口部60を介して分配先端22を通って流出し得る。この工程は、分配の前にチャンバからのいずれもの空気をパージする。
初期パージが完了すると、スイッチングデバイス18はシールデバイス20を、第二のシール部64が分配先端22を覆って開口部60をシールする第一の位置に移動させる。この位置では、第一のシール部62はシールを形成せず、従って、材料開口部54からチャンバ52の下部へ材料が流れるための開口部経路を可能にする。シールデバイス20がこの位置にあるとき、材料制御装置14は、動力制御12によって所定距離だけ圧縮される。これによって、材料開口部54を介して材料を引き出し、材料供給（図示せず）をチャンバ52に引きこむための真空が生成される。液体材料は、シールデバイスの第一の部分62を通過し、保持器56を通過し、チャンバ52の下部に流れ込み得る。一旦材料の選択された容積がチャンバ52の下部に流入すると、分配先端22のための開口部60が第二のシール部64によってシールされるので、材料は分配装置16から流出し得ない。当該分野において公知の標準タイミングおよび制御システムを用いて、液体の容積が第一のシール部62を通過すると、スイッチングデバイス18はシールデバイス20を第二の位置に移動させる。このように、第二のシール部分64は、材料が流出し、基盤（図示せず）上に分配されることを可能にし得る分配開口部60から外される。シールデバイス20および第一のシール位置62が第二の位置にあるとき、材料制御装置14は、好ましくはサーボモータの形をとる動力制御12を介して初期位置に戻る。ピストン36および材料制御装置14からのこの戻り力によって、チャンバ52内の液体が開口部60および分配先端22を通り、基盤上に押し出される。材料制御装置14、スイッチングデバイス18およびシールデバイス20の相互作用によって、液体またはペーストの別個に計量された量が、基盤または積層表面に制御されて供給されることが可能になる。
次に、分配機のための液体分配システム100の別の実施態様が、図５〜図９を参照して記載される。分配システム100は、分配される材料の重量が50mgと３ｇとの間である、高粘度研磨性封入材料およびキャビティ充填材を分配するために特に有用である。
液体分配システム100は、ポンプアセンブリ102、モータアセンブリ104、ヒータアセンブリ106、シリンジ108、および液体分配システムを分配機のガントリ（gantry）システムに取りつけるための噛合わせブラケット110を含む。
ポンプアセンブリ102は、外部ハウジング112および実質的に中空の内部セクション114を有する。内部セクション内には、アダプタ118に結合されているボールねじ116が含まれている。アダプタはピストン120に結合されている。ボールねじおよびピストンは、ねじ山を用いてアダプタに結合されている。ピストンはシリンダ122内に存在し、ピストンは充填された複合材料からなるシール132を有し、これはピストンとシリンダとの間にシールを提供する。一つの実施態様において、ボールねじは鋼からなり、アダプタおよびピストンはステンレス鋼からなる。回転阻止ボールベアリング130が、アダプタに取りつけられる。ボールベアリングは、十字型穿孔およびピンを用いて実行され、これらのベアリングは、水平方向動きおよび回転を阻止しながら、ポンプアセンブリの内部セクション内のアダプタ、ボールねじおよびピストンの垂直方向の動きを可能にする。
ポンプアセンブリ102は、入力チャネル134、出力チャネル136、シリンジアダプタ138およびノズル128も含む。入力チャネルは、ポンプアセンブリの内部セクションとシリンジアダプタ138との間に配置され、出力チャネル136は、ポンプアセンブリの内部セクションとノズル128との間に配置される。分配される材料は、入力チャネル134を介してポンプアセンブリに入力され、出力チャネル136を介してポンプアセンブリから出力される。シリンジアダプタ138は、シリンジから材料を受け取るために、ルーアー（Leur loc）アダプタを用いてシリンジ108に結合される。ノズル128は、当該分野において公知のように図9Aおよび図9Bに示されている分配ピンまたは針162と噛合うためのルーアーアダプタも含む。
注入逆止弁126は注入チャネル134内に配置され、排出逆止弁124は排出チャネル136内に配置される。注入逆止弁および排出逆止弁の両方が、ボールがシートに配置されているときに閉位置を有し、ボールをシートから取り除くと開位置を有する、ボールとシートタイプ弁を用いて実行される。注入逆止弁および排出逆止弁の両方が、ばね力をボールに与えて、ボールをシートに向かって移動させるばねを有する。以下でより詳細に論じるように、排出逆止弁はより強硬なばねであり、注入逆止弁におけるばねよりもより大きいばね力を提供する。一つの実施態様において、カーバイドボールとシートが逆止弁に用いられ、ばねは、注入弁については部品番号LC-014-C2および排出弁については部品番号LC-026-C3を用いて実行され、これらの両方が、Brooklyn、New YorkのLee Springから入手可能である。
ポンプアセンブリは、ボールねじ116の周囲に配置されたナット142も含み、その結果、ナットの回転により、ボールねじおよびピストンの垂直方向の移動が生じる。ナット142は、モータアセンブリ104に結合される歯車列144に結合される。
モータアセンブリ104は、一つの実施態様において、Clearwater、FloridaのMicroMoから入手可能なモデル番号3556K024などのブラシレスサーボモータを用いて実行される。液体分配システム100を用いる一つの用途において、分配機は、モータを制御するため、ひいては、液体分配システムから材料を分配させるためのピストンの垂直方向の移動を制御するためにモータアセンブリに結合された、コンピュータ制御器を有する。
ヒータアセンブリ106は、Havehill、MAのConventronicsから入手可能な熱線空気流素子カートリッジ（hot wire air flow element cartridge）を用いて実行される。ヒータアセンブリは、低圧空気を受け取る注入ヒータホース146を有し、ヒータアセンブリは、ハウジング内の穿孔経路に加熱空気を提供する排出ヒータホースを有する。いくつかの分配用途において、材料とおよそ同じ制御温度で維持された基盤上に、制御された高温で材料を分配することが望ましい。
シリンジ108は、液体分配システム100中の取付けブラケット150内に配置される。シリンジは、分配システムによって分配される材料156を含む。シリンジは、使い捨てシリンジまたは再充填可能シリンジを用いて実行され得る。空気ラインアダプタ154および空気チャネル158を有するシリンジトップ152は、シリンジの上部を覆って空気密封を提供するために用いられる。本発明の一つの実施態様において、加圧空気源は空気ラインアダプタ154に結合され、シリンジアダプタ138を通ってポンプアセンブリ102内に材料を移動させるために、シリンジ内の材料156に圧力を与える。一つの実施態様において、シリンジまたはシリンジトップは、空気圧が与えられると、シリンジ内に延び、シリンジから材料を動かすためのピストンを含む。
次に、液体分配システム100の動作が記載される。液体分配システムについて、二つの主要な動作モード、すなわち、装填モードおよび分配モードがある。液体分配システムの動作の間、一定の空気圧が、空気ラインアダプタを介してシリンジに与えられる。一つの実施態様において、この気圧は、およそ90PSIGに等しい。装填モードにおいて、ボールねじ（従って、およびピストン）が、モータアセンブリによって引き上げられる（図9Aに図示）。ピストンがモータによって引き上げられると、部分的な真空がシリンダ122内で生成され、シリンジ内の材料156の圧力が注入逆止弁124を開き、材料をポンプアセンブリに流入させる。排出逆止弁内のばねのばね張力は、注入逆止弁のばね張力よりも大きく、その結果、材料によって与えられる圧力は、排出逆止弁内のばねのばね張力に打ち勝つには不充分である。従って、排出逆止弁は、液体分配システムの装填モードの間は閉じたままである。
ポンプアセンブリが材料で充填され、分配システムが材料を分配するように設定されると、モータはピストン120を下げ、ポンプアセンブリ内で材料を圧縮する。ポンプアセンブリ内の材料の圧力に注入逆止弁内のばねのばね張力を加えたものが、シリンジ内の材料の圧力よりも大きくなると、注入逆止弁は閉位置に移動する。ポンプアセンブリ内の材料の圧力が、排出逆止弁内のばねのばね張力と周囲大気圧との合計よりも大きくなると、排出逆止弁は開位置に移動する。一旦排出逆止弁が開位置に移動すると、分配システムは材料を分配し始め、ピストン122が移動を停止するまで材料を分配し続ける。図9Bは、分配サイクルの終了間近の、分配モードのポンプアセンブリを示す。
分配システム100によって分配された材料の容積は、分配サイクルの間にピストンが移動された垂直方向距離によって制御される。一つの実施態様において、ピストンは.625の最大ストローク距離を有し、ピストンの直径は.375であり、その結果、１ストロークについて１ccの最大分配容積となる。本発明の別の実施態様において、分配される材料の容積に依存して、ピストンおよびシリンダは異なるサイズのピストンおよびシリンダと置換可能である。
分配システム100から材料を分配するために必要となる時間、およびポンプアセンブリを材料で再充填または充填するために必要となる時間は、材料の粘度および密度を含むいくつかの要素に依存する。一つの実施態様において、1.7g/cの材料密度を有する代表的な余盛不足（underfill）材料について、7.5ｇの材料を分配するための時間はおよそ１秒であり、ポンプアセンブリを材料で充填するために必要な時間はおよそ1.5秒である。
分配システム100は、Haverhill、MAのCamelot Systems, Inc.から入手可能なXYガントリシステムなどのXYガントリシステムを有する分配機と共に用いるために特に有用である。これらの分配機において、分配システム100がXYガントリシステムに取りつけられ得、基盤上の所望の分配位置上に分配システムを配置し、かつ、分配動作の間に分配システムの動きを提供する。材料の分配の間の分配システムの動きは、材料の線またはいくつかの他の形状を基盤上に分配することを可能にする。本発明の一つの実施態様において、Sunnyvale、CaliforniaのGalil Inc.によって提供される部品番号1040を有するものなどの四軸サーボ制御器が、XYガントリシステムを制御し、かつ分配システム100のモータアセンブリ104を制御するために用いられる。本実施態様において、モータおよびモータアセンブリの動作は、サーボ制御器によって分配システムのXY動きに同期化され得る。
上記の本発明の実施態様は、弁の開閉を制御するためにばねを用いて実行される流入および排出逆止弁を含む。当業者によって理解されるように、本発明の実施態様は、他の制御機構を有する他のタイプの弁を含み得る。
上記の本発明の実施態様は、シリンダの有効容積を変えて、シリンダ内に材料を引きこみ、かつ材料をシリンダから移動させるためにピストンを利用する。他の実施態様において、シリンダの有効容積は、ピストンと同じ効果を達成するために他の方法で変えられ得る。
本発明の一つの実施態様において、分配システム100におけるように、容積を大きくして材料をシリンダ内に引き込む代わりに、真空生成器／圧縮器が、シリンダ内の気圧を減少させ、材料をシリンジからシリンダに流入させるために用いられる。シリンダから続いて材料を分配するためには、真空生成器／圧縮器からシリンダに与えられた空気圧が、分配システムから材料を移動させるために増大される。
本発明の少なくとも一つの例示的な実施態様をこのように記載したが、様々な変更、改変および改善が当業者に容易に行われる。このような変更、改変および改善は、本発明の範囲および精神内にあることが意図される。従って、上記の記載は、一例であるにすぎない。限定することを意図するものではない。本発明の限定は、以下の請求項およびその均等物においてのみ規定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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