DE69716628T2

DE69716628T2 - Verfahren zum auftragen von tropfen einer flüssigkeit auf eine unterlage

Info

Publication number: DE69716628T2
Application number: DE69716628T
Authority: DE
Inventors: Jens Hansson; William Holm; Johan Kronstedt
Original assignee: MyData Automation AB
Current assignee: Mycronic AB
Priority date: 1996-10-16
Filing date: 1997-10-16
Publication date: 2003-07-10
Anticipated expiration: 2017-10-17
Also published as: JP2001502230A; ATE226483T1; EP0932452B1; DE69716628D1; SE507519C2; US6508196B1; SE9603808D0; SE9603808L; EP0932452A1; JP3990459B2; WO1998016323A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Auftragen kleiner Volumina eines Materials, das in flüssiger oder fluider Form vorliegt, wie beispielsweise viskose Medien und flüssige Dispersionen, insbesondere eine viskose Dispersion, beispielsweise eine Lötpaste und verschiedene Arten von Leimen und Klebstoffen, mit hoher Geschwindigkeit auf ein Substrat oder eine Unterlage durch Abgabe von Tropfen des Materials aus einer Kammer durch eine Düse.

HINTERGRUND

Bei der Montage elektronischer Bauteile auf Druckschaltkarten und Substraten kann es erforderlich sein, daß kleine Inseln oder Flecke aus Lötpaste mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit auf eine solche Unterlage aufgetragen werden. Auch das Auftragen von Lacken und Klebern, insbesondere eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs, kann notwendig sein. Die hohe Geschwindigkeit ist wegen der immer größer werdenden Geschwindigkeiten erforderlich, mit der heutzutage elektronische Vorrichtungen hergestellt werden.
In der veröffentlichten internationalen Patentanmeldung WO 91/12106 ist eine Vorrichtung zum Auftragen von Material beschrieben, die einen Stab aufweist, dessen Länge verändert wird, wenn er einem geeigneten Magnetfeld unterworfen wird. Das Ende des Stabes bildet eine Wand einer Kammer, die mit dem Material gefüllt ist. Wenn die Länge des Stabes plötzlich verändert wird, um länger zu werden, dann wird das Volumen der Kammer verändert, und das Material hat die Gestalt eines Tropfens, der aus einer Düse hinaus gedrückt wird. In der veröffentlichten internationalen Patentanmeldung WO 90/00852 wird hingegen das Volumen der Kammer verändert, indem man die Kammer aus einem piezoelektrischen Material herstellt und sie einem elektrischen Feld aussetzt.
In der europäischen Patentveröffentlichung EP-B1 0 517 767 ist eine Vorrichtung zum Auftragen von Tropfen eines flüssigen Materials, wie beispielsweise einer Lötpaste, eines Klebers oder ähnlicher Materialien, beschrieben. Die Vorrichtung enthält ein starres Metallrohr, durch das Material strömt und das eine Düse in einer Wand des Rohrs enthält, und sie enthält ferner einen Stab, der an der Außenseite der Rohrleitung ruht und aus einem magnetostriktiven Material besteht. Indem der Stab einem Magnetfeld unterworfen wird, ändert er seine Länge, um an der Außenseite des Rohrs einen Schlag zu erzeugen, um dadurch den Druck im Rohr örtlich zu steigern, so daß ein Tropfen des Materials durch die Düse ausgestoßen wird.
Im US-Patent US-A-5 320 250 ist ein Verfahren zum schnellen Abgeben kleiner Mengen eines viskosen Materials beschrieben. Eine Kammer, die das Material enthält, hat eine Düse in einer Wand, und eine weitere Wand der Kammer hat die Gestalt einer flexiblen, elastischen Membran. Ein Aufschlagmechanismus, wie beispielsweise ein elektrisch betätigter Hammer, schlägt gegen die Außenseite der Membran, um eine Volumenänderung der Kammer hervorzurufen, so daß ein Tropfen aus der Düse ausgestoßen wird.

ÜBERSICHT

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mit der kleine Mengen eines flüssigen oder fluiden Materials aus einer das Material enthaltenden Kammer ausgestoßen werden können, so daß jeweils ein Tropfen eines genau bestimmten Volumens ausgestoßen werden kann, oder das flüssige Material in fein verteilter Form ausgestoßen wird.
In einer Vorrichtung zum Abgeben kleiner Mengen eines Materials ist somit eine Kammer vorgesehen, die eine in einer ersten Wand angeordnete Düsenöffnung aufweist. Die Kammer hat eine zweite Wand, die der ersten Wand parallel gegenübersteht. An der zweiten Wand ist ein Stab beweglich montiert oder derart befestigt, daß eine Stirnfläche des Stabs und ein benachbarter Abschnitt der Umfangsfläche des Stabs sich in der Kammer befinden. Diese Stirnfläche steht weiterhin der Düsenöffnung gegenüber. Mit diesem Stab ist eine Betätigungsvorrichtung gekoppelt, um ihn um eine kurze Distanz vorwärts und rückwärts zu verstellen oder auf andere Weise, z. B. durch Änderung der Stablänge, zu bewegen. Die eine Stirnfläche des Stabs bewegt sich dann innerhalb der Kammer in Längsrichtung des Stabs senkrecht zu der einen Stirnfläche vorwärts und rückwärts. Der Durchmesser oder die größere Querschnittsabmessung des Stabs ist vorzugsweise groß im Vergleich zum Durchmesser der Düsenöffnung. Die Hublänge des Stabs, oder äquivalent die Verstellung der Stirnfläche des Stabs, ist klein, jedoch erfolgt die Hubbewegung mit großer Beschleunigung und großer Kraft, so daß dadurch eine Druckwelle gebildet wird, die sich in dem viskosen Medium fortpflanzt. Wenn sie auf den Einlaß des Düsenkanals trifft, spritzt die Druckwelle das Material durch die Düse aus. Das Ausstoßen des Materials wird somit hauptsächlich durch eine Druckwelle oder einen Druckschock erzeugt, die bzw. der sich in dem Material ausbreitet, und nicht durch eine Volumenänderung der Kammer. Damit die Druckwelle wirksam auf die Düsenöffnung einwirkt, ist weiterhin die Stirnfläche des Stabes vorteilhafterweise dicht bei ihr angeordnet. Der Abstand zwischen der Stirnfläche des Stabes und dem Einlaß der Düsenöffnung ist somit vorzugsweise klein im Verhältnis zum Durchmesser der Stirnfläche. Dieser Durchmesser kann als Äquivalent zur größten Abmessung der Stirnfläche in Querschnittrichtung des Stabes gesehen werden, d. h. von einem Rand der Stirnfläche zum gegenüberliegenden Rand derselben.
Die Verstellung des Stabes oder seiner Stirnfläche kann auf einfache Weise hervorgerufen werden, wobei eine hohe Genauigkeit der Bewegung aufrechterhalten wird, ohne daß diese wegen Abnutzung oder Spiel in Lagern und aus ähnlichen Gründen verschlechtert wird. Beispiele geeigneter Antriebsvorrichtungen sind elektrostriktive, piezoelektrische, magnetostriktive Stellantriebe und Memorylegierungs-Antriebe.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung wird nun an Hand einer nicht einschränkenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung erläutert, in der
Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum Zuführen oder Auftragen von Material ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

In Fig. 1 ist eine Kammer 1, die aus einem starren Metallblock besteht, dargestellt, die über eine Öffnung 3 in einer Seitenfläche mit einem nicht gezeigten Materialbehälter verbunden ist. Die Kammer 1 hat die Gestalt eines niedrigen Zylinders mit Seitenflächen, einer oberen Wand und einer unteren Wand. In der unteren Wand befindet sich eine enge Auslaß- oder Düsenöffnung 7. Die Öffnung 7 kann ein Kanal in einer Düse 5 sein, die in einer Bohrung in der unteren Wand mittels geeigneter zusammenwirkender Gewinde befestigt ist. Diese Düse 5 hat eine Düsenöffnung 7 in Gestalt eines engen Kanals. Das innere Ende des Düsenkanals 7, das sich in der Kammer befindet, ist angeschrägt oder als Trichter gestaltet. Gegenüber dem inneren Ende des Kanals 7 befindet sich ein Stab 9. Der Stab ist gleitfähig in der Wand gehalten, die der Wand gegenübersteht, in der sich die Düse 5 befindet, d. h. der Stab ist in der oberen Wand der Kammer 1 gehalten. Die untere Stirnfläche 11 des Stabes 9 kann sich in Richtungen auf die Düse 5 und die untere Wand zu und von dieser weg bewegen aufgrund einer geeigneten Antriebsvorrichtung und durch die gewählte Konstruktion des Stabes zusammen mit einem geeigneten, nicht gezeigten, Stellantrieb. Beispielsweise der Stab selbst oder seine Antriebsvorrichtung, wenn der Stab insgesamt zu verstellen ist, kann sich auf elektrostriktive, piezoelektrische oder magnetostriktive Materialien stützen. Einige Abschnitte des Stabes das Antriebsmechanismus können auch aus Memorylegierungen bestehen.
Wenn dann der unteren Stirnfläche 11 des Stabes 9 eine plötzliche, nähr kleine Bewegung nach unten in Richtung auf die untere Wand und die Düse 5, insbesondere in Richtung auf das innere Ende des Kanals 7, vermittelt wird, dann erhält man in dem Material in der Kammer 1 dicht beider unteren Stirnfläche 11 des Stabes 9 eine örtliche Drucksteigerung oder Druckstoß oder -schock. Es wird somit in dem Material in der Kammer eine Stoßwelle erzeugt, und diese geht von der Stirnfläche 11 in einer im wesentlichen senkrecht dazu verlaufenden Richtung aus. Diese Drucksteigerung oder Druckwelle trifft dann bei geeigneter Abmessung auf den Bereich der Kammer 1, an dem der innere Kanal 7 der Düse 9 in die Kammer 1 mündet. Dadurch wird eine spezielle Menge, beispielsweise ein Tropfen des Materials in der Kammer 1 aus dem Düsenkanal 7 an dessen anderen, unteren Ende ausgestoßen. Die spezielle Menge des Materials bewegt sich dann frei mit hoher Geschwindigkeit in Luft längs eines Weges, der im wesentlichen mit der Verlängerung der Längsachse des geraden Kanals 7 zusammenfällt. Die Menge kann somit auf ein (nicht gezeigtes) Substrat treffen und aufgebracht werden, beispielsweise eine Druckschaltkarte oder irgend ein anderes Substrat, das elektrische Leiterteile aufweist. Damit die Drucksteigerung oder Druckwelle wirkungsvoll in Richtung auf den Düsenkanal 7 einwirkt, kann die Stirnfläche 11 des Stabes 9 nur in einer kleinen Distanz zu dem Bereich angeordnet sein, in dem der Düsenkanal 7 innerhalb der Kammer 1 beginnt, verglichen mit dem Durchmesser des Stabes oder besonders mit dem Durchmesser seiner Stirnfläche. Die Distanz kann somit innerhalb des Bereiches von 0,05 und 0,5 mm liegen, wobei der Durchmesser der Stirnfläche 11 beispielsweise zwischen 1 und 4 mm liegt. Der Durchmesser der Stirnfläche 11 ist ebenfalls groß im Verhältnis zum Durchmesser des engsten Abschnitts des Düsenkanals, der im Bereich zwischen 0,1 und 0,5 mm liegen kann. Weiterhin ist die Hublänge der Stirnfläche 11 klein im Vergleich zu deren Durchmesser, beispielsweise höchsten 0,01 bis 0,02 mm.
Die Düse 5 ist in Fig. 1 als eine Gewindehülse von grundsätzlich zylindrischer Gestalt hergestellt. Die Innenseite der Düse ist im wesentlichen flach an der Oberfläche, die den zentral angeordneten, koaxialen Kanal 7 umgibt. Eine tiefe, zylindrische, koaxiale Vertiefung befindet sich in der gegenüberliegenden Seite der zylindrischen Düse, die von der Kammer 1 weg weist. Der Düsenkanal 7 erstreckt sich dann nur einen kurzen Weg durch den inneren Abschnitt der Düse 5, wobei das äußere Ende von den Wänden der Vertiefung umgeben ist. Der Düsenkanal 7 ist somit derart angeordnet, daß sie direkt mit dem Hauptraum der Kammer 1 verbunden ist, wobei ihr inneres Ende in der Ebene der unteren Wand liegt, was dazu führt, daß eine Drucksteigerung in der Kammer 1 einfach so gerichtet werden kann, daß sie auf den Düsenkanal wirkungsvoll einwirkt. Andere Detaillösungen und Befestigungsverfahren der Düse kommen natürlich ebenfalls in Betracht. Die Stirnfläche 11 des Stabes 9 ist weiterhin als eine im wesentlichen flache Oberfläche gestaltet, die senkrecht zur Längsachse des Stabes und zur Längsachse des Kanals 7 und parallel zur inneren Oberfläche der Düse 5 und zur unteren Wand verläuft, und ihr Zentrum ist genau über dem Düsenkanal 7 angeordnet. Insbesondere jene Bereiche der Kammerwand, die an und dicht beim inneren Ende des Kanals 7 liegen, diese Bereiche sind die innere, obere Oberfläche der Düse 5, sind im wesentliche flach und haben eine Ausdehnung, die wenigstens der Ausdehnung der Stirnfläche 11 entspricht. Diese Bereiche sind ebenfalls zur Stirnfläche 11 des Stabes 9. Die Längsachsen des Stabes 9 und des Kanals 7 können somit zusammenfallen. Die Stirnfläche 11 des Stabes kann auch modifiziert werden, daß sie eine konkave, zentral angeordnete, flache Vertiefung aufweist, um eine verbesserte Ortsbestimmung der Drucksteigerung zu erzeugen oder die Richtung des Druckstoßes besser zu bestimmen. In der Vertiefung in der Stirnfläche 11 kann ein kleiner und niedriger, vorstehender Abschnitt oder Anschlag 13 zentral angeordnet sein, der weiterhin die Intensität des Druckstoßes im Bereich zentral unter der Stirnfläche 11 und somit dicht beim inneren Ende des Düsenkanals steigern kann.

Claims

1. Vorrichtung zum Auftragen eines Fluids, eines viskosen Mediums oder einer Dispersion als Tropfen auf ein Substrat, die umfasst:

eine Kammer (1), die dazu dient, das aufzutragende Material aufzunehmen, wobei die Kammer eine erste Wand und eine zweite Wand umfasst und die zweite Wand der ersten Wand gegenüberliegt,

eine Düsenöffnung (7) in der ersten Wand,

eine Stange (9) mit einer Stirnfläche (11) und einer Mantelfläche, die mit der Stirnfläche (11) verbunden ist, und

eine Antriebseinrichtung, die mit der Stange verbunden ist, um auf sie einzuwirken,

dadurch gekennzeichnet, dass:

die Stange (9) in der zweiten Wand der Kammer (1) montiert oder daran angebracht ist,

die Stirnfläche (11) der Stange (9) und ein verbindender Abschnitt der Mantelfläche im Inneren der Kammer (1) angeordnet sind und die Stirnfläche (11) der Stange (9) der Düsenöffnung (7) gegenüberliegt, und

die Antriebseinrichtung die Stirnfläche (11) der Stange (9) so antreibt, dass sie sich im Inneren der Kammer vorwärts auf die Düsenöffnung zu bewegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (9) und/oder die Antriebseinrichtung so gestaltet sind, dass, wenn die Antriebseinrichtung nicht aktiv ist, die Stirnfläche (11) der Stange in eine Ausgangsposition derselben zurückkehrt, wobei die Stirnfläche dann im Inneren der Kammer (1) eine Bewegung rückwärts von der Düsenöffnung (7) weg ausführt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Hubes der Stirnfläche (11) der Stange (9) bei ihrer Bewegung vorwärts und/ oder rückwärts jeweils erheblich kleiner ist als der Durchmesser bzw. die größte Querabmessung der Stirnfläche (11).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser bzw. die größte Querabmessung der Stirnfläche (11) verglichen mit dem Durchmesser des schmalsten Abschnitts der Düsenöffnung (7) groß ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Stirnfläche (11) der Stange (9) und dem Ende der Düsenöffnung (7) im Inneren der Kammer (1) verglichen mit dem Durchmesser bzw. der größten Querabmessung der Stirnfläche (11) klein ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung, die mit der Stange verbunden ist, so ausgeführt ist, dass die Bewegung der Stirnfläche (11) mit einer hohen Beschleunigung und mit einer großen Kraft erzeugt wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnung (7) so ausgeführt ist, dass das Material, das durch die Öffnung hindurchtritt, auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (11) der Stange (9) eine im Wesentlichen plane Form hat.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (11) der Stange (9) so ausgeführt ist, dass sie bei der Bewegung der Stirnfläche (11) in einer Richtung auf die Düsenöffnung (7) zu eine Fokussierung einer Druckwelle in dem Material im Inneren der Kammer (1) in einer Richtung auf die Düsenöffnung (7) zu erzeugt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (11) der Stange (9) eine konkave, mittig angeordnete flache Vertiefung umfasst.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung in der Stirnfläche (11) der Stange (9) einen niedrigen Vorsprungsabschnitt (13) umfasst, der mittig in der Vertiefung angeordnet ist.