少量の液体材料を分配するための方法
【課題】必要以上にフラックスを塗布することである。そのために洗浄時間が長くなり、材料が無駄になり、加工時間が長くなる問題がある。
【解決手段】閉位置に向かってのバルブシャフトの急速な移動により、ノズルの第二流路の出口を通って前記液体又は粘性材料の流れを分出する分出工程と、バルブシャフトを閉位置まで移動させることにより、該前記液体又は粘性材料の流れを停止して、該流れを該ノズルから分断して第一の大きさの滴を形成する滴形成工程と、該分出工程と該滴形成工程とを繰り返して、前記液体又は粘性材料の複数の滴を形成する工程と、前記複数の滴を前記基材の上に堆積させ、前記複数の滴を互いに落とし、前記基板上の単一の位置でまとめて、第二の大きさの最終滴を形成する工程とを備えることを特徴とする該方法により解決する。
【解決手段】閉位置に向かってのバルブシャフトの急速な移動により、ノズルの第二流路の出口を通って前記液体又は粘性材料の流れを分出する分出工程と、バルブシャフトを閉位置まで移動させることにより、該前記液体又は粘性材料の流れを停止して、該流れを該ノズルから分断して第一の大きさの滴を形成する滴形成工程と、該分出工程と該滴形成工程とを繰り返して、前記液体又は粘性材料の複数の滴を形成する工程と、前記複数の滴を前記基材の上に堆積させ、前記複数の滴を互いに落とし、前記基板上の単一の位置でまとめて、第二の大きさの最終滴を形成する工程とを備えることを特徴とする該方法により解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本願は、米国特許出願第０８／６０７，１２６号、（１９９６年２月２６日提出）の一部継続出願である米国特許出願第０８／５５９，３３２号（１９９５年１１月１６日提出）の関連出願である。
［発明の分野］
本発明は、液体材料を分配する分野に、より詳しくは電子部品やプリント回路基盤の組立てにおける少量の粘性接着剤、半田フラックス又は他の液体材料を迅速に分配するための方法に関する。
［発明の背景］
本発明は、電子工業でプリント回路基盤の様な表面上に流体材料を分配するための方法及び装置に関する。しかし、本発明の用途は広く、他の産業でも有利に使用できる。
【背景技術】
【０００２】
プリント回路を組立てるための基材表面を限定するプリント回路基盤（ＰＣ）の製造では、３種類の一般的な基盤が用いられることが多い。第１の基盤は、表面実装部品だけが使用され表面実装基盤と呼ばれている。部品を固定するための接着剤を載せてあるプリント回路基盤の上に部品を配置する。次いで、基盤を接着した部品と共にオーブン中に入れ、接着剤を硬化させ、部品を所定の位置に保持する。次に、基盤及び部品をウエーブ半田付け機械に通し、電気接続を完了させる。これらの部品を基盤に固定する別の方法は、リフロー半田付けと呼ばれているが、そこでは半田ペーストを基盤の上に載せ、次いで表面実装部品を所望に応じて配置する。半田を再流動させるために基盤を加熱した時に半田ペーストが硬化し、電気的接続が完了する。その後、基盤を洗浄する。
【０００３】
第２の基盤はスルーホール部品を使用する。この名称が意味する様に、これらの電気部品は基盤中のスルーホール又は開口部を通って伸びるリード線を有する。これらのリード線を半田付けして電気的接続を完了する。
【０００４】
混合技術基盤では、表面実装部品とスルーホール部品の組合わせを使用する。表面実装部品は上記の様に組み立て半田付けする。表面実装部品を基盤の第１の側に固定した後、スルーホール部品を基盤上に配置し、部品のリード線を基盤の開口部を通して伸ばし、次の工程で半田付けする。両側組立を行なう場合、基盤を裏返し、第２の表面実装部品に表面実装部品を付ける。
【０００５】
いずれの場合も、基盤の一方の表面（一般的に下側表面）に半田付け作業を行なう必要がある。幾つかの一般的な半田付け方法がある。半田付けの全工程は、実際には単一の機械中で通常行なわれる３つの個別の、不可欠な工程を含む。これらの工程には、(I) フラックス塗布、(II)基盤の予備加熱、及び(III) 半田付けがある。半田付けフラックスは、一般的に「ベース金属及び半田から酸化物又は他の表面被膜を除去することにより溶融半田による金属表面の濡れを促進する化学的及び物理的に活性な組成物。フラックスはまた、半田付けの際に表面を再酸化から保護し、溶融半田及びベース金属の表面張力変化させる。」と定義される。プリント回路基盤は、基盤の半田付け準備を効果的に行ない、部品を適切に濡らすために、フラックスで清浄にしなければならない。
【０００６】
４つの一般的な種類のフラックスが商業的に使用されている。これらの中で、ロジン系フラックスが最も広く使用されているが、このフラックスは、引き続いて基盤上のロジンフラックス残留物を除去するための清掃作業を必要とする。残留物は、引き続くプリント回路基盤の試験に悪影響を及ぼすことがある。
【０００７】
別の主要な区分のフラックスには水溶性のものがあるが、このフラックスは、その名称が示唆する様に、水溶液中で洗浄される様に設計されている。しかし様々な理由から、この技術はまだ広く受入れられていない。
【０００８】
同様に、第３の区分は合成の活性化されたフラックスであるが、これは多くの理由から需要が低下している。例えば、残留物を、環境的な問題を引き起こすクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）系のクリーナーで除去しなければならない。
【０００９】
環境上の問題からより大きな関心が寄せられている第４の種類のフラックスは、ローソリッド（低固体）フラックスと呼ばれている。ローソリッドフラックスは、少量の、例えば５重量％以下の固形分を含む。ローソリッドフラックスは、後に続く洗浄操作を無くすことができる様に、半田付けが完了した後に基盤上に残る残留物の量を抑えるために使用する。
【００１０】
上記の様に、商業的な洗浄作業は一般的にＣＦＣを使用している。現在では、研究の結果、ＣＦＣの使用は地球の成層圏のオゾンを破壊するか、又は破壊を助長することが現在分かっている。そのため、プリント回路基盤に対して行なう洗浄作業を無くすことは、半田付け後の洗浄工程により引き起こされるオゾン減少の環境的な問題に対処することになる。
【００１１】
一般的に、フラックスは溶剤、媒体、活性剤、界面活性剤及び酸化防止剤を含む。溶剤は、フラックス成分のための液体キャリヤである。溶剤としては、イソプロパノール又は同様の種類のアルコールが使用されることが多い。フラックスの媒体成分は、その後に続く半田付け作業の際に高温溶剤として作用する。他方、活性剤は酸化物の様な汚染物を除去し、半田付け作業のための濡れ易い表面を与える。界面活性剤は半田の濡れ性を助長し、酸化防止剤は部品リード線の再酸化を抑制する。
【００１２】
プリント回路基盤の製造では、非常に僅かな量の、又は小滴の半田フラックス及び粘性材料、すなわち粘度が５０センチポアズを超える材料、を始めとする液体材料を塗布しなければならない場合が多い。これらの液体及び粘性材料には、半田フラックスの他に、接着剤、半田ペースト、半田マスク、グリース、オイル、カプセル材料、ポッティングコンパウンド（結合合成物）、インク、及びシリコーンがある。
【００１３】
フラックスをプリント回路基盤に塗布するための公知の構造及び方法には、特許文献１に記載されている様に、リキッドウエーブ、発泡、ブラシ塗り、パッド印刷、又はスプレーがあるが、フラックス塗布の一様性、選択性及び効率のすべての目的を達成するには、どれも不十分であると思われる。
【００１４】
回路基盤の様な基材に塗布するための好ましい方法は、シリンジ又はバルブから粘性材料を分配することである。シリンジ又はバルブ分配は、広く使用されており、空気圧機構又は容積型バルブで達成される。シリンジ分配装置で毎秒４ドットを超える粘性材料を分配することは困難である。
【００１５】
一般的に、特許文献２に記載されている様に、シリンジ分配装置は、分配装置のシリンジ先端を基材に非常に近い所、すなわち非常に小さな滴では０．００５インチ、大きな滴では０．０６０インチの距離、に配置する。粘性材料はシリンジ先端から押し出され、まだシリンジ先端に接続している間に基材と接触する。粘性材料が基材に接触し損なうと、材料は基材に接着せず、滴が形成されない。粘性材料と基材の接触は「濡れ」と呼ばれる。粘性材料が基材の表面に接触した後、先端は引き戻され、生じた糸が破断し、滴が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許第５，３２８，０８５号
【特許文献２】米国特許第５，３２０，２５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
先行技術の方式に伴う一つの問題は、液体材料のビードがノズルに糸を引く、又は粘着することであり、そのために分配機構の正確な量の液体材料を分配する能力が悪影響を受けることである。糸引は低圧で、例えばシリンジ中の圧力が乱高下する時に最も起こり易い。この理由から、分配時間が短くなるにつれて、糸引もより頻繁に起こる。分配の最終段階におけるノズル先端からの液体材料の糸引は、シリンジの内圧を負にすることによりある程度回避することができる。しかし、分配を再開すると、ノズル先端における液体の蓄積がほとんどの場合に起こり、その後に続く押出しの安定性に悪影響を及ぼす。
【００１８】
シリンジから液体を分配する別の方法が特許文献２に記載されているが、そこでは分配装置が粘性材料の貯蔵部又はシリンジを含み、その貯蔵部は、そこから粘性材料を連続的に受け取るための室と連絡している。この室は、その外壁を形成するたわみ性の弾性ダイアフラムを有する。衝撃機構が予め決められた運動量をダイアフラムに加え、予め決められた非常に僅かな量の粘性材料を室からノズルを通して高速度で推進する。この非常に僅かな量は粘性材料の非常に小さな噴射の形態をとる。衝撃エネルギーが停止手段により除去されると、室の圧力が急激に下がり、噴射の前方向運動量が噴射を「締め付け」、滴を形成する。多くの粘性材料に対して室を加熱し、その材料の粘度を調整する。貯蔵部は、好ましくは気体で加圧し、粘性材料を室の中に押し込む。この種の設計に関わる問題の一つは、粘性材料の噴射を形成するために加えられる高速度により、噴射の末尾をより小さな滴に分断され、衛星(satellite)を形成する。
【００１９】
先行技術の装置の問題の幾つかを解決するために、２段階配送機構を使用するが、そこでは粘性材料がシリンジ中に粘度に応じて約４psi 〜約１２psi の一定空気圧下で存在し、これが回転容積型ポンプの室中への材料の一定した流れを確保する。このポンプは、毎時２５，０００ドットもの粘性流体を高密度プリント回路（ＰＣ）基盤上に分配する。粘性材料はシリンジ先端から押し出され、まだ先端に接続されている間に基材と接触するので、シリンジからの配送に関連する上記と同じ問題が存在する。
【００２０】
先行技術は、液体又は接着性の粘性材料の滴をＰＣ基盤の様な加工品上に塗布する際の問題の多くを解決した。しかし、迅速に塗布する必要がある場合に、液体又は粘性材料のノズルへの糸引の問題があるために、分配装置を取り付けたロボットは、滴毎に上下に運動しなければならない。この運動のために、滴を塗布できる速度が低下する。
【００２１】
ローソリッドフラックスの分配に関連するもう一つの問題は、フリップチップ及びボールグリッドアレー（ＢＧＡ）機構の製造における、キャリアに半田フラックスを選択的に塗布することに関連している。フリップチップ機構では、フラックスをマザーボード（母板）とも呼ばれるチップキャリアの相互接続区域に塗布する。次いで、チップの片側上の数百の接続点のそれぞれに、一般的に直径が約０．００３インチから約０．００５インチ（約３ミルから約５ミル）の半田ボールを有するシリコンダイ又はチップをマザーボード上に載せる。
【００２２】
半田を流動させるために、フラックスと接触している半田のボールがチップとマザーボードの間に半田付けされたせ接続を形成するようにマザーボードを加熱するローソリッドで一般的に樹脂系フラックスを塗布する先行技術の方法に関連する問題の一つは、必要以上にフラックスを塗布することである。そのために洗浄時間が長くなり、材料が無駄になり、加工時間が長くなる。その上、マザーボードに塗布するフラックスの厚さが大き過ぎる、すなわち半田ボールの直径よりも厚い場合、半田ボールが融解した時にチップが「浮く」傾向があり、チップとマザーボードの間が整列せず、相互接続が悪くなる。
【００２３】
半田フラックスの塗布に関連するもう一つの問題は、スルーホール部品を有する他の基盤に関連する。この場合、基盤は全体にスルーホール又は開口部を有し、ここに電気部品のリード線がホールに挿入されている。ホール中のリード線の半田付けはフラックスの塗布を必要とするので、リード線を挿入すべきスルーホールの区域だけにフラックスを塗布できるのが非常に有利である。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
［発明の目的及び概要］
本発明の目的は、先行技術の方法及び装置の問題及び制約を解決するために、プリント回路基盤の上に間隔をおいて配置されたノズルオリフィスから少量の液体又は粘性材料を高温で分配するための方法及び装置を提供することである。
【００２５】
本発明の別の目的は、少量の液体又は粘性材料を高温に加熱することにより、少量の液体又は粘性材料を分配するための糸引を少なくし、衛星の形成を最少に抑える方法及び装置を提供することである。
【００２６】
さらに別の目的は、材料が分配されているノズルの末端から材料が離れ、下方に向かって基材上に推進され、基板上に液体又は粘性材料の非常に小さな滴を形成する様に、バルブをバルブシート（弁座）に対して急速に閉鎖し、材料に運動エネルギーを与えることにより、加熱したノズルの細長いオリフィスを通して液体又は粘性材料の小滴を分配するための方法及び装置を提供することである。
【００２７】
本発明のさらに別の目的は、多数の滴のうち少なくとも２個が同じ所に落下し、一つになり、所望の形状の基材上に最終的な滴を形成する様に、ノズルの細長いオリフィスを通して変化する数の液体又は粘性材料の滴を基材上に分配するための方法を提供することである。
【００２８】
本発明のさらに別の目的は、ノズルヒーターの温度を調整することにより、滴を分配する基材の表面上の液体又は粘性材料の上表面の高さを変えるための方法を提供することである。
【００２９】
本発明のさらに別の目的は、フラックスの厚さが半田ボールの直径よりも小さくなる様に、各相互接続点に半田ボールを有するフリップチップを取り付けるべきマザーボードの表面に半田フラックスを塗布するための方法を提供することである。
【００３０】
本発明の別の目的は、半田フラックスの滴が一緒に流動し、所望の厚さの一様な被膜を形成する様に、ＰＣ基盤の様な基材の表面上に半田フラックスの複数の滴を選択的に塗布するための方法を提供することである。
【００３１】
本発明のさらに別の目的は、加熱延長部品を清掃するためにヒーター機構を容易に取り外せる様に、分配装置ハウジングの加熱延長部品の周りに配置されたヒーター機構を含む、液体又は粘性材料の小適を分配するための装置を提供することである。
【００３２】
本発明の別の目的は、ノズルが薄壁チューブ（管）で構築され、プラスチックで被覆できる液体又は粘性材料の小滴を分配するための装置を提供することである。
【００３３】
本発明のさらに別の目的は、バルブがバルブシートに対して３つの位置を有し、第１の位置で材料の大部分が供給源ならびにノズルに逆流する液体又は粘性材料の小滴を分配するための方法を提供することである。第２の位置では、供給源への流れが減少し、残りがノズルに流れ、ノズルから材料の糸を分配する。最後に、バルブがシートに対して座っている場合、供給源からの流れが停止し、ノズルから分配されている流れが壊れ、滴を形成する。
【００３４】
本発明により、フラックス又は表面実装接着剤の様な、少量の液体又は粘性材料を分配するための方法を提供する。この方法は、下記の工程を含む。加圧された液体又は粘性材料が分配装置からバルブ機構に分配される。加圧された液体は粘性材料は、バルブ機構の中で約２２ｏC〜約７５ｏCに加熱され、バルブ機構に取り付けたノズルの細長いオリフィスを通る流れとして分配される。加熱され、加圧された液体又は粘性材料の流れは、バルブ機構を急速に閉鎖することによりノズルから放出され、滴を形成する。滴は下方に向けて、プリント回路基盤上に推進され、回路基盤上に液体又は粘性材料の非常に小さな滴を形成する。
【００３５】
さらに本発明により、少量の液体又は粘性材料を分配するための分配装置を提供する。分配装置は、加圧された液体又は粘性材料のシリンジ及び加圧された液体又は粘性材料がそこを通って分配される出口チューブに接続されているハウジング機構を含む。バルブシート機構は出口チューブの開放末端に取り付けてある。バルブシート機構はその中を通る流動通路を有し、流動通路の一端にバルブシートを有し、通路の反対側の末端にノズルを有する。バルブシャフトの一端は、ハウジング機構を通って伸び、出口チューブから外に突き出て、直角に配置されたバルブシートと係合し、流動通路を閉鎖する。制御機構がバルブシャフトを、バルブシートと係合し、密封する位置及び開放する位置に往復運動させる。バルブシート機構内の液体又は粘性材料を加熱するための加熱素子がバルブシート機構の近くに配置されている。
【００３６】
また本発明により、多数の滴の少なくとも２個が同じ所に落ちて一緒になり、所望の形状を有する基材上に最終的な滴を形成する様に分配装置のノズルの細長いオリフィスを通して基材上に分配される、液体又は粘性材料の滴の数を変化させる方法も開示する。本発明のさらに別の実施態様は、分配装置のバルブシート機構の近くに配置された加熱素子の温度を設定することにより滴を分配する、基材の表面上の液体又は粘性材料の１個以上の滴の上表面の高さを変化させる方法にも関連する。
【００３７】
さらに本発明により、フラックスの滴が一緒に流れ、所望の大きさ又は厚さの一様な被膜又は被覆を形成する様に、ＰＣ基盤の様な基材の表面上に半田フラックスの複数の滴を選択的に塗布する方法を開示する。
【００３８】
また、本発明により、細長い加熱された延長部品を有する分配装置ハウジングを含み、加熱延長部品を通って伸びる流動穴の下側末端にバルブシート機構が、取り付けられている、分配装置の第２の実施態様を開示する。 本発明により、少量の液体又は粘性材料を分配する方法を開示する。この方法は、バルブ機構を通って延在する第１の流動通路の入口末端に液体材料を供給する工程を含み、バルブ機構は、第１流動通路の出口末端の近くに配置されたバルブシート及び第１流動通路の中に配置された往復運動バルブを有する。バルブヘッドがバルブシートから間隔をおいた第１の位置にある時、ノズル機構を通って延在する第２流動通路は液体材料で満たされている。第２流動通路は、第１流動通路の出口末端から液体材料を受け取る入口部分、及び液体材料を分配する細長いノズルを通って伸びるオリフィスを備えた出口部分を有する。バルブは第１位置からバルブシートの近くに間隔をおいて配置された第２位置に加速され、それによって第１流動通路中の液体材料の大部分の一部が第１流動通路の入口末端に向かって流れ、第１流動通路中の残りの液体材料は出口末端から第２流動通路の中に流れ、細長いノズルの出口から液体材料の流れとして分配される。バルブは第２位置からバルブシートと係合する第３位置に向かって移動し続け、それによって第１流動通路の入口末端に向かう液体材料の流れが減少し、第２流動通路を通る液体材料の流れが急速に増加する。最後に、バルブは第３位置に移動してバルブシートに座り、それによって第１流動通路の入口末端に向かう液体材料の流れは切断され、細長いノズルの出口から分配されている液体材料の流れがノズルオリフィスの出口末端から切れ、滴を形成する。
【発明の効果】
【００３９】
また本発明により、少量の液体材料を分配するための装置は、薄壁チューブで構築した細長いノズルを有するノズル機構を含む。ノズルの出口末端及びオリフィスはプラスチック被覆することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
本発明の現在好ましい実施態様の構造、操作、及び利点を、以下に添付の図面を参照しながら説明する。
【図１】本発明により、ＰＣ基盤上に配置した液体又は粘性材料の分配装置の好ましい実施態様の側方断面図である。
【図２】細長いノズルオリフィスを備えたノズルを有し、そのノズルオリフィスから液体又は粘性材料の流れを分配する、図１に示すバルブシート機構の拡大した側方断面図である。
【図３】ＰＣ基盤の様な基材上に配置した、基材表面上の単一の位置の上に複数の滴を分配する液体又は粘性材料の分配装置の側方断面図である。
【図４】基材表面上の単一の位置に分配された滴の数及び温度に応じて様々な高さの滴を有する基材の側面図である。
【図５】チップキャリア及びチップキャリアに半田取付けするフリップチップの分解立体図である。
【図６】半田フラックスの複数の滴を上に配置した図５の電気コネクタ区域Ａの立体図である。
【図７】図６に示すフラックス材料の滴の区域の滴が互いの中に流れ込み、フラックスの一様な被覆を形成した後の上面図である。
【図８】スルーホールを有するプリント回路基盤の上面図である。
【図９】プリント回路基盤中のスルーホールの周りに塗布した複数の滴を示す、図８の区域Ｂの拡大図である。
【図１０】フラックスの滴が流れて一つになり被覆を形成した後の、図９に示す区域の上面図である。
【図１１】ＰＣ基盤上に半田フラックス被覆を配置するための機構を示す。
【図１２】本発明の液体又は粘性材料分配装置の第２の実施態様の前面図である。
【図１３】図１２の線１３−１３に沿って見た側面図である。
【図１４】図１３の線１４−１４を通して見た、本発明の液体又は粘性材料分配装置の第２の実施態様を示す断面図である。
【図１５】加熱機構により取り囲まれ、ノズル機構を含む分配装置ハウジングの細長い加熱された延長部品の拡大図である。
【図１６】図１５に示すノズル機構の側方断面図である。
【図１７】別のバルブ機構の上面図である。
【図１８】図１７の線１８−１８に沿って見た側方断面図である。
【図１９】第１位置にあり細長い延長部品内に取り付けた、その下端に固定したノズルキャップを有するバルブを含む、図１８に示す別のバルブ機構の側方断面図である。
【図２０】第２位置にあり細長い延長部品内に取り付けた、その下端に固定したノズルキャップを有するバルブを含む、図１８に示す別のバルブ機構の側方断面図である。
【図２１】第３位置にあり細長い延長部品内に取り付けた、その下端に固定したノズルキャップを有するバルブを含む、図１８に示す別のバルブ機構の側方断面図である。
【図２２】ドットを形成するためのバルブの加速を示す図である。
【図２３】粘性材料の代表的な細長くなる挙動を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１及び２は、標準的な市販されている液体又は粘性材料を充填したシリンジ１２から、プリント回路（ＰＣ）基盤の様な基材１４の上に少量の液体又は粘性材料を分配するための分配装置１０を示す。装置１０の分配装置ハウジング２０は入口１８を有し、その中にシリンジ１２の出口１６が取り付けてある。入口１８は、穴２２により流動通路２５を形成する流動穴２４の入口開口部２３に接続されている。流動穴２４の出口２６は出口チューブ３０を通って伸び、流動通路３１を形成する穴３５の第１末端２８に接続されており、その通路から加圧された液体又は粘性材料が分配される。バルブシート機構３２は、出口チューブ３０の第２の開放末端３４に取り付けてある。バルブシート機構３２はその中を通って伸びる流動通路３６を有し、その中にバルブシート３８が配置されている。流動通路３６の入口末端は出口チューブ３０の流動通路３１と流動連絡しており、通路３６の反対側の出口末端にはノズル４０が取り付けてある。
【００４２】
バルブシャフト４２は、ハウジング機構２０の流動穴２４を通り、出口チューブ３０の穴３５を通り、さらにバルブシート機構３２の流動通路３６の中に伸びている。バルブシャフト４２は、通路３６を閉鎖するためにバルブシート３８と係合して密封する様に設計された下端４４を有する。シャフト４２の反対側の上端部４６は、分配装置１０の制御機構４８と係合している。制御機構４８は、バルブシャフト４２を往復運動させ、バルブシート３８と係合させて密封、及び解除する。また本発明により、バルブシート機構３２に隣接して加熱素子５０が配置され、以下に詳細にする様に、バルブシート機構中の非常に少量の液体又は粘性材料を加熱する。
【００４３】
分配装置ハウジング２０は、入口１８を垂直に配置された流動通路２４（そこを通してバルブシャフト４２が往復運動する様に受入れられている）に接続する全体的に水平な穴２２を含む。密封リング５２がシャフト４２の周りに密封する関係で、流動通路２４の入口２３の上に配置されており、穴２２を通って流動通路２４の中に流れる粘性液体が、バルブシャフト４２を通り制御機構４８の中に漏れない様にしている。密封リング５２は、リング５４により所定の位置に固定されており、制御機構４８のハウジングブロック５６の下側表面により、所定の位置に保持されている。
【００４４】
図１に示す様に、出口チューブ３０は、流動通路２４の出口２６がその穴３５の入口開口部６０と整列する様に、取付板５８の様な通常の手段により分配装置ハウジング２０に固定された第１末端を有する。出口チューブ３０の第２末端３４の上には、ねじ付き接続部（不図示）の様な通常の手段により、バルブシート機構３２が固定されている。
【００４５】
バルブシート機構３２（図２参照）は、全体的に円筒形の取付本体７０を含み、その中を軸方向において段差が付いた穴７２が伸びている。この穴７２は、出口チューブ３０を取り囲み、ねじ山付き接続部（不図示）の様な通常の手段により出口チューブに堅く取り付けた上側末端区域７４を有する。軸方向で段差が付いた穴７２は、交差し、上側末端区域７４よりも小さな直径を有する中間区域７６を含む。出口チューブ３０の下端部３４は、中間区域７６及び上側末端区域７４が交差する所に形成された肩部７７に載っている。中間区域７６の中には、カップ状のバルブシート部品７８が配置されている。段差の付いた穴７２は、中間区域７６よりも小さな直径を有し、中間区域と交差して肩部８２を形成する下側末端区域８０を有し、その肩部に、カップ状のバルブシート部品７８が載っている。
【００４６】
カップ状バルブシート部品７８は、図２に最も分かり易く示す様に、その中を通って伸びる中央の段差の付いた穴８４を有する。この穴８４は、中央軸８７を中心にして、出口チューブ３０の穴３５と実質的に同軸である細長い上側末端区域８６を有する。中央の段差の付いた穴８４の下側末端区域８８は、上側末端区域８６よりも小さな直径を有する。バルブシート３８は、上側末端区域８６と下側末端区域８８の間の中間テーパー区域９０により形成される。カップ状バルブシート部品７８は、出口チューブ３０の下側末端３４で取付本体７０により対向する穴６２の中で穴３５に堅く取り付けられている。対向穴６２が穴３５と交差する地点にある溝９３の中に配置されたシールリング９２がバルブシート部品７８の上側末端に対して密封し、液体又は粘性材料がバルブシート部品７８と取付本体７０の間に漏れるのを阻止している。バルブシャフト４２の下側末端４４には、バルブシート３８の上に載る全体的に球状のバルブヘッド９２がある。ここでは球状のバルブヘッドを開示しているが、所望により他の形状のバルブヘッドも本発明の範囲内に入る。
【００４７】
本発明の第１の特徴は、ろう付け接続の様な通常の手段によりバルブシート部品７８の下側末端区域８８の中に固定されたノズル機構４０である。ノズル機構４０は、その中を伸びる流動通路９６を含み、この流動通路９６は、下側末端区域８８を通って伸びる流動通路３６と流動連絡する入口区域９８を有する。流動通路９６は細長いノズルオリフィス１００も含み、このオリフィスは、入口区域９８と整列し、交差する上側末端、及び液体又は粘性材料の流れが分配される出口末端を有する。細長いノズルオリフィス１００は、長さ対直径の比が少なくとも約３対１〜約５対１である。細長いノズルは、一般的に長さが約０．０１６〜約０．０８０インチであり、直径が約０．００３〜約０．０１６インチである。オリフィス１００の長さは、それが長過ぎる場合は、バルブヘッド９２がバルブシート３８に対して閉じた時に、液体又は粘性材料がノズル４０の末端で分断されないので重要である。反対に、オリフィス１００の長さが短過ぎる場合、液体又は粘性材料が糸を形成しないか、又は滴が基材１４に直線経路で分配されないであろう。
【００４８】
図２に最も分かり易く示す様に、加熱素子５０が取付本体７０の周囲のバルブシート機構３２に隣接する区域に配置されており、以下により詳細に説明する様に、カップ状バルブシート部品７８中の非常に少量の加圧された液体又は粘性材料を加熱する。加熱素子５０はミネアポリスのミンコ社（Minco Products Company of Minnea polis,Minn.）から供給されるKapton上に支持れたサーモホイル抵抗ヒーターの形態であり、ワイヤリード線１０４及び１０６により温度制御装置に接続されている。
【００４９】
本発明の別の重要な特徴は、バルブヘッド９２を、バルブシート３８から間隔において配置された第１位置（不図示）と、バルブシート３８と係合した第２位置（図２に示す様な）の間で往復運動させるための制御機構に関連する。第２位置は、液体又は粘性材料がバルブシート部品７８の上側末端区域８６の中に蓄積し、以下に記載する様に温度制御装置１０２で予め設定された温度に加熱されるので、待機位置である。図１で分かる様に、制御機構４８はハウジングブロック５６を含む。中央に配置された縦穴１１０はハウジングブロック５６を通って延在し、軸８７と同軸に形成されている。バルブシャフト４２は、穴１１０を通って伸び、穴１１０の上側末端から空気室ブロック１１３の段差付き穴室１１２の中に突き出しており、空気室ブロック１１３が有する下側の穴１１４は、これよりも大きな直径を有する上側の穴１１６と交差している。円筒形のシール部品１１８が中央穴１２２を有する支持構造１２０の上に取り付けてあり、この中央穴１２２を通ってバルブシャフト４２が伸びて、そこに固定されている。空気入口１２４は、チューブ１２６を経由して加圧空気の供給源（不図示）に接続されている。チューブ１２６と入口１２４の間に配置された空気ソレノイド１２８が、下側の穴１１４の中でシール１１８の下に形成された室の中への空気流を制御する。シャフト４２の周りの空気シールリング１１９は、対向する穴１２１の中で穴１１０と穴室１１２の間に配置され、穴１１０の中への空気の漏れを阻止する。
【００５０】
スプリングハウジング１３０は、空気室ブロック１１３の上表面に取り付けてあり、そこに中央穴１３２が形成されている。スプリング保持部１３４がバルブシャフト４２の上側末端にしっかり取り付けてあり、支持構造１２０と突き当たっている。カップ状スプリング調節部品１３６は、スプリングハウジング１３０にねじ込んで固定してあり、細長い穴１３８（一端が開き、他端がベース１３９により閉鎖され、穴１４１がベースを通って伸びている）、及び穴１４１の周りの内側底表面１４０を有する。圧縮スプリング１４２は、スプリング保持部１３４と、スプリング調節部品１３６の底表面１４０の間に伸びている。スプリング調節部品１３６をスプリング保持部１３４により近い位置又は保持部からより遠い位置にロックできる様に、ロックナット１４４がスプリング調節部品１３６にねじ込んで固定されている。スプリング１４２の圧縮度は、スプリング調節部品１３６をスプリング保持部１３４の方に移動させると増加し、スプリング部品１３６がスプリング保持部１３４から遠くに移動させると減少する。
【００５１】
本発明の重要な特徴は、スプリング保持部１３４上の圧縮スプリング１４２、最終的にはバルブシャフト４２のバルブヘッド９２により加えられる閉鎖力に関連する。好ましくは、圧縮スプリング１４２は約１インチの高さに予め負荷をかけ、約１３〜約１７ポンドの閉鎖力を有する。スプリング１４２の圧縮量は、前に説明したスプリング調節部品１３６の位置合わせにより調節することができる。
【００５２】
制御機構４８のもう一つの特徴はロッド１４８に取り付けたノブ１４６である。このロッドは、穴１４１の中にねじ込んで固定してあり、圧縮スプリング１４２の中を通り、スプリング保持部１３４の上に伸びるバルブシャフト４４の上端部と接している。ロッド１４８を上下に移動させることにより、バルブシャフト４２の行程をバルブシート３８に対して調節することができる。
【００５３】
本発明の利点をさらに理解するために、以下に操作に関して説明する。先ず、粘度が一般的に約５０，０００〜約２５０，０００センチポアズである液体又は粘性材料のシリンジ１２を分配装置ハウジング２０の入口開口部１８に取り付ける。圧力調整装置１５２に接続した空気チューブ１５０及び低圧空気の供給源（不図示）をシリンジ１２の入口に接続し、液体又は粘性材料を穴２２及びバルブシャフト４２の周りの流動通路２４の中に約４ psi〜約３０ psiの一定圧力で押し込む。待機中の閉鎖位置では、図１及び２に示す様に、バルブヘッド９２がバルブシート３８の上に載っている間に、カップ状バルブシート部品７８が少量の液体又は粘性材料で満たされる。取付本体７０は、黄銅の様な熱伝導性材料で形成されて、取付本体７０の周囲に配置されており、そこに固定された加熱素子５０から、一般的に炭化タングステンで構築されたバルブシート部品７８に熱を伝達し、バルブシャフト４２を取り囲むバルブシート部品７８の中の液体又は粘性材料を加熱する。
【００５４】
操作のこの段階で、接着剤の様な液体又は粘性材料が、（材料に応じて）約２２℃〜約７５℃、好ましくは約４０ｏC〜約６５ｏCの温度に加熱される。この温度範囲では、粘性モジュラスは比較的一定であるが、弾性率は温度上昇と共に増加する。粘性材料の弾性率増加は、材料がより固くなるが、同時に、実質的に一定の粘性モジュラスに基づいて流体状の品質を示すことを示唆している。粘性材料、粒子のマトリックス、ワックス性の固体触媒及び樹脂の性質は、高温でより流動性となる異なったホットメルト及び他の重合体流体である。したがって、バルブシート部品７８の中に位置する粘性材料は短時間だけ加熱される。この短時間加熱の際、粘性モジュラスの弾性率に対する比は減少する。バルブヘッド９２がバルブシート９０から上がった後、粘性材料はオリフィス１００の出口から細い流れとして押し出される。次いで、バルブヘッド９２がバルブシート９０に当たって閉鎖した後、流動している材料の急激な減速が接着剤の降伏応力に打ち勝ち、流れを分断する。加熱された粘性材料の固体性質により粘性材料は糸になって流れず、オリフィス１００の出口１０１から分断される。接着剤を選択した温度範囲に短時間だけ維持し、触媒が融解して材料の最終的な硬化が起こる温度を超えないことが重要である。この理由から、バルブシート部品７８だけを加熱し、分配装置の残りの部分は加熱しない。
【００５５】
バルブを開くには、バルブシャフト４２を後退させ、バルブヘッド９２をバルブシート３８から引き上げる。この工程は、加圧空気を空気ソレノイド１２８から空気入口１２４の中に、次いでダイアフラムシール１１８の下の空気室の中に導入することにより、達成される。空気はシール１１８に作用し、バルブシャフト４２をバルブシート３８から離れて圧縮スプリング１４２に向かう方向に移動させる。この操作の際、加熱された粘性材料がバルブヘッド９２とバルブシート３８の間、及びノズルオリフィス１００の中に流れ込む。同時に、バルブシート部品７８の中にあり、バルブシャフト４２、バルブヘッド９２、及びバルブシート３８を取り囲んでいる粘性材料が加熱素子５０により所望の温度に加熱される。加熱、加圧された粘性材料はノズル４０のオリフィス１００の出口１０１を通って細い流れとして分配され、オリフィス１００の出口末端１０１に接続された糸になって流れる。
【００５６】
本発明の重要な態様は、材料が非常に短い時間は固体として作用し、オリフィス１００の出口末端１０１から放出された時はより流動性の状態に戻る様に、接着性の液体又は粘性材料を高頻度で変形させることである。液体又は粘性材料の糸のオリフィス１００からの分断を達成するには、非常に短い時間、すなわち約２２．６ミリ秒間、好ましくは約１０．３ミリ秒間未満でソレノイド１２８を切り、スプリング１４２がバルブ９２をバルブシート３８に対して移動させ、バルブを閉鎖する。ダイアフラム１１８の下の空気室１１２の中の空気は、空気ソレノイド１２８中の排気通路（不図示）を通して排気される。同時に、圧縮スプリング１４２がバルブヘッド９２をバルブシート３８に座った位置に急速に移動させる。これは積極的な排出工程であり、加熱された液体又は粘性材料をオリフィス１００の出口末端１０１から外に押し出す。バルブ９２がバルブシート３８に対して閉鎖される衝撃力が液体又は粘性材料を通して衝撃波を発生し、これが、現在流れている材料流の急激な減速と組み合わされて、液体又は粘性材料の降伏応力に打ち勝ち、ノズル４０の出口末端１０１から分配される液体又は粘性材料の流れを分断し、材料の滴を形成する。オリフィス１００の出口末端１０１で形成される液体又は粘性材料の糸が細い程、より容易に降伏応力に打ち勝つ。バルブヘッド９２の底表面はノズルオリフィス１００のテーパー付き入口９８に隣接し、バルブ９２の閉鎖により発生する衝撃波を消失させることがある液体又は粘性材料の量を最少に抑える様に、ノズル４０はバルブヘッド９２に対して配置されていることに注意する。
【００５７】
ノズル４０から出る液体又は粘性材料の滴は、毎時２２００，０００滴まで、特に毎時約７０，０００滴までの速度で分配することができる。滴はプリント回路基盤の様な基材１４の表面上に堆積するので、表面張力及び回路基盤上への衝撃が滴の最終的な形状に貢献する。最終的な滴の形状を調整する他の要因としては、加熱、複数の小滴を使用して単一の大きな滴を形成すること、及びノズルオリフィス１００の出口末端１０１の回路基盤上の高さがある。最終的な分配段階は、バルブヘッド９２のバルブシート３８に対する確実な移動により引き起こされるので、各滴の体積量の精度を注意深く調整することができる。
【００５８】
粘性材料の性質、粒子のマトリックス、ワックスの様な性質を有する固体触媒及び樹脂は、材料が固体触媒が融解し始め、架橋反応が起こり、材料が固体の固まりになる温度に達した時である。本発明では、バルブシート部品７８の中にある粘性材料が触媒融点のすぐ下の温度範囲に加熱され、架橋反応を回避する。加熱の間、粘性モジュラスの弾性率に対する比は低下する。
【００５９】
ノズルから液体又は粘性材料の滴を分配するための第１の実施態様、すなわち材料を流動通路３６の中に加圧下で押し込み、バルブ９２をバルブシート３８に対して閉鎖することにより流動通路から材料を放出する方法は、単一の滴を分配するには有効であるが、各滴の大きさは一般的にバルブヘッド９２がバルブシート３８から引き戻される時間の長さを変えることにより調整するので、より大きな寸法の滴を形成するには時間がかかる。本発明の第２の実施態様により、同じ大きさの２個以上の滴を基材表面上の単一の場所の上に分配し、複数の滴を組み合わせ、より大きな寸法及び所望の形状を有する単一の滴を形成することにより、より大きな寸法の滴を形成する時間を短縮する。図３に示す様に、前に説明した様な液体又は粘性材料の第１の滴２００Ａを基材１４の上側表面２０２の上に第１の形状で分配する。次いで、第２の滴２００Ｂを同じ場所に分配し、第１の滴２００Ａの上に落としてそれと組み合わせ、一般的に第１の滴２００Ａよりも大きな直径を有する第２の形状の最終的な滴２０４を形成する。ここでは２個の滴を説明するが、３、４個又はそれより多い滴を同じ場所の上に分配することも本発明の範囲内である。
【００６０】
複数の連続した滴２００Ａ、２００Ｂを単一の場所に塗布して所望の寸法及び形状を有する最終的な滴を形成する方法は、必要な時間を大幅に短縮できるので単純にバルブヘッド９２をより長時間開いたすなわちバルブシート３８から後退させたままにして類似の大きさの滴を形成する場合より有利である。例えば、特定の大きさの単一の滴２００Ａをバルブシート機構３２から１５ミリ秒間（１５msec）で分配する場合、４倍大きな滴を配量するには、シリンジ中役１０ポンドの圧力により２００msecが必要である。他方、４個の単一滴２００Ａを同じ場所に分配する場合、各滴は１５msecで分配され、単一の滴の４倍の大きさを有する滴を分配するには合計６０msecとなる。そこで、図３に示す様な装置１０を静止位置に置いたまま、バルブヘッド９２を急速に後退させ、次いでバルブシート３８に対して閉鎖することにより、複数の滴、２、３又は４個の滴を分配する様にプログラム化することができる。次いで装置１０を、それを取り付けたロボット装置（不図示）の様な通常の手段により別の位置に移動させ、別の選定した場所の上に複数の滴を塗布することができる。これによって、基材上のどの位置にも、どのような配置にでも、様々な形状及び大きさの滴を迅速に分配する様に、装置１０をプログラム化することができる。
【００６１】
本発明の別の態様は、液体又は粘性材料の滴２００Ａの上表面２０６のその滴を分配する基材１４の表面２０２から上の高さ「ｃ」を変化させることに関する。図４に示す様に、液体又は粘性材料の滴は、左端の滴と比較して、左から右に約２ｏCずつの分配温度増加を示している。温度が増加するにつれて、基材１４の上表面２０２上に分配される材料の滴の高さ「ｃ」は減少する。また、滴の温度が増加するにつれて、滴の輪郭も変化し、すなわち分配される材料の滴がより大きな直径を有するように、つまり滴の上表面がより平らになり、基材１４の上表面２０２により近くなる。多数の滴を分配する前に、実験的方法により、分配する材料の温度を望ましい高さが得られる様に設定する。温度は、前に説明した様に、温度制御装置１０２及び加熱素子５０により制御することができる。次いで、滴の上表面２０６が基材の上側表面から上に所望の高さ「ｃ」になる様に、所望の温度にある材料の滴を基材１４の上側表面２０２の上に分配する。
【００６２】
液体又は粘性材料の少なくとも２個の滴を予め決められた温度で分配し、２個の滴が基材１４の上側表面上の単一の場所で互いの上に落下して一つになり、基材の上側表面から上に、単一の滴の高さよりも大きな第２の高さを有する最終的な滴を形成する様にすることも本発明の範囲内である。最終的な滴の高さ及び輪郭は、材料の粘度及びそれが分配される温度により決定される。前に説明した様に、同じ場所の上に液体又は粘性材料の追加の滴を分配して組み合わせ、所望により、より大きな高さの最終的な滴を形成することができる。
【００６３】
本発明の別の実施態様は、ＰＣ基盤上に半田フラックスの滴を間隔をおいて選択的に塗布し、次いでそれらの滴を一緒に流し、一様な被覆又は被膜にする方法に関する。図５に関し、マザーボードとも呼ばれる、基盤の上表面３０４上に示す複数の電気的な相互接続部を有するＰＣ基盤３００を示す。これらの相互接続部は、薄い一様なフラックス材料の被膜を塗布すべき基盤区域に相当する周辺部の線３０６により取り囲まれている。フラックス材料を塗布した後、以下により詳細に説明する様に、多数の相互接続点を有し、接続点のそれぞれに半田の小球３１０を取り付けたフリップチップ３０８を基板３００に半田付けする。フリップチップ３０８は、チップ３０８の底表面３１２が基盤３００の表面３０４と同じ方向で上を向く様に、ＰＣ基盤の近くに配置する。次いで、自動制御装置を使用し、チップ３０８の底表面３１２が基盤３００の上表面３０４に対して配置され、半田球３１０のそれぞれが、基盤３００の上表面３０４上の相互接続部３０２の一つと係合する様に、チップ３０８を裏返す。
【００６４】
オハイオ州ウエストレイクのノードソン コーポレーション（West lake,Nordson Corporation）から市販されているコンベヤ化した選択塗装装置の様な半田フラックスの滴を塗布する代表的な装置を図１１に示す。それぞれパレット３１４上に載せられたＰＣ基盤３００が一連の隣接するコンベヤ３１６、３１８、３２０上を移動する。各パレット３１４及び基板３００は先ずコンベヤ３１６上の予備加熱区域３２３を通過し、基盤３００は所望の予備過熱温度、一般的に華氏約１００°（Ｆ）〜華氏約２００°（Ｆ）、好ましくは約１２０°Ｆ〜約１３０ｏFに加熱される。次いで、パレット３１４は基盤と共に隣接する下流のコンベヤ３１８の上に移動し、そこでフラックスが、上記の様な分配装置１０のバルブシート機構３２を通して一連の滴として塗布される。
【００６５】
半田フラックスの滴３２２は、それらの滴が流れて一つになり一様な被覆又は被膜になる様に選択された場所に選択的に塗布され、各滴の大きさ及び滴間の間隔が選択される。例えば、図５及び６に示す様に、滴３２２は基盤３００上の区域Ａに一緒に流れ、図７に示す様な実質的に一様な被覆又は被膜３２６を形成する様に、図６に示す様な分布で塗布される。滴が確実に一緒に流れ一様な被膜を形成するための各滴の正確な大きさ及び間隔は、半田フラックスの組成及び粘度、半田フラックスの塗布温度、及びＰＣ基盤３００の温度により左右される。滴の量、滴の大きさ、滴の間隔、及び滴の列の数を調節し、被覆の所望の区域及び厚さを達成することができる。
【００６６】
半田フラックスをＰＣ基盤に塗布する際の本発明の重要な態様は、正確に分布した滴が流れて一緒になり、縁部が明確に限定された半田フラックスの一様な被膜を形成する様に、半田フラックスを直径約０．１２５インチ、及び様々な大きさの滴で塗布することである。本発明の塗布方法により、約０．２ミル〜約５．０ミルの塗布厚さを達成することができる。シリコンチップ３１２を半田付けするＰＣ基盤に滴を塗布する典型的な方法では、フラックス層の厚さは約２．５ミル〜約３．５ミルである。半田球は直径が一般的に約５ミルであるので、基盤３００の表面３０４とチップ３０８の底表面３１２の間に約２ミルの空気間隙が伸びる様に、フラックス層は約２．５ミル及び約３．５ミルに選択する。この間隔の空気間隙で、フラックス支持表面をチップ３０８の底表面３１２に対して配置することにより、半田球３１０とそれらの対応する相互接続部３０２の間の接触が妨害されるのを防止する。
【００６７】
各基盤３０８を半田フラックスの滴で被覆した後、基盤は隣接する下流のチップ配置機械（不図示）への出口コンベヤ３２０の上に移動する。本発明の実施で使用する半田フラックスは、一般的に少量（例えば５重量％以下）の固体を含み、残りがイソプロパノール又は類似のアルコール、ビヒクル、活性剤、界面活性剤及び酸化防止剤であるローソリッドである。半田フラックスの非噴霧塗布は、マスキング又は過剰噴霧がないので、特に有利である。また、アプリケータがＰＣ基盤に接触しないので、ＰＣ基盤が損傷を受けることもない。さらに、この自動化された方式は、先行技術の手動塗布又は他の自動塗布方式よりも速く、品質の良い塗布を行なうことができる。
【００６８】
コンベヤ３１６、３１８及び３２０は、プリント回路基盤３０８及びパレット３１４を分配ヘッド３２の真下で移動させる簡単な一定速度のコンベヤでよい。ＰＣ基盤３０８は分配ヘッド３２の真下に配置されると、それ以上移動せず、分配ヘッド３２がフラックス塗布ルーチンを進行し、ヘッドの移動は好ましくはマイクロプロセッサー制御装置（不図示）により制御される。例えば、分配ヘッドがＰＣ基盤上を、基盤の配置及び塗布すべき半田フラックス被膜の形状に基づいてプログラム化したパターンで移動する様に、分配ヘッド３２を３本までの運動軸Ｘ、Ｙ、Ｚで操作できるロボット上に取り付ける。一般的に、制御装置（不図示）が分配ヘッド３２を静止したＰＣ基盤３０８の上でコンベヤラインに全体的に平行な第１軸（Ｘ）に沿って移動させる。次いで、アクチュエータが分配ヘッド３２をＰＣ基盤３０８の上で第２軸（Ｙ）に沿って横方向に移動させる。Ｚ軸運動により、分配ヘッド３２をプリント回路基盤に対して位置決めすることができる。分配ヘッドが基盤３０８を横切って移動する時の分配ヘッドの速度は高いので、分配操作全体は妥当なＰＣ基盤処理速度（毎時１５００枚を超えるＰＣ基盤）に入り、商業的に許容される速度である。分配ヘッド３２の横方向移動が完了すると、分配ヘッドは第１軸に沿って進行し、分配ヘッドをＰＣ基盤の別の選択された作業経路上で配置する。この工程を、フラックスの滴が基盤の所望の部分の上に分配されるまで続行する。本発明で使用するには、簡単な一定速度コンベヤで十分であるが、ＰＣ基盤をフラックス区域を通して漸進的に供給できるより高度なコンベヤを使用することも本発明の範囲に入る。例えば、分配ヘッドを止めて複数回通し、基盤の選択された表面上に複数列の半田フラックスの滴が分配される様に、ＰＣ基盤及びパレットを漸進的に移動させる。この別の配置では、基盤と分配ヘッドの間の相対的な運動（第１軸に沿った）は、より複雑で高度のコンベヤ機構により与えられるので、分配ヘッドは横方向で（第２軸に沿って）作動させるだけでよい。
【００６９】
図７に示す様に、フラックスの被膜３２６が適切に塗布された後、半田球３１０を含むフリップチップ３０８を図５に示す様に基盤上に載せる。すなわち、ロボットにより操作される機構（不図示）により、チップ３０８をＰＣ基盤３００上に、チップの底表面３１２が基盤の上表面３０４に対して配置され、半田球３１０のそれぞれが基盤３００の上表面３０４上の選択された相互接続部３０２と係合する様に配置する。次いで両者を再流動オーブン（不図示）中で加熱することにより、半田が軟化、流動してチップを基盤に相互接続する。フラックスは半田及びキャリア表面を浄化し、酸化物を除去し、チップと基盤の適切な接続及び導電性を確保する。
【００７０】
フリップチップの使用に関してプリント回路基盤に対する半田フラックス被膜を塗布を説明するが、図８に示す様なスルーホールを有する回路基盤３２８の特定区域にフラックスを選択的に塗布することも、本発明の範囲内に入る。次いで個々のフラックスの滴が互いに流れ、被膜又は被覆３３０を形成する。フラックスは、図８及び９に示す様に、区域Ｂの様な特定区域に塗布することができる。これは、選択されたスルーホールだけが、その中を通って伸びる半田付けすべき電気リード線（不図示）を有するので、有利である。
【００７１】
半田フラックス又は接着剤をプリント回路基盤に塗布することに関して説明したが、フリップチップをＰＣ基盤に取り付ける様な電子部品の製造における、フラックス又は表面実装接着剤のドット又は滴を塗布することも、本発明の範囲内に入る。
【００７２】
分配装置１０の第１の実施態様は少量の液体又は粘性材料を分配するのに効果的であるが、図１３及び１４に示す様な第２の実施態様は、以下に説明する別の改良点を含む。分配装置４００は、標準的な市販の液体又は粘性材料を充填したシリンジ１２から、前に説明したプリント回路基盤の様な基材上に、フラックス又は表面実装接着剤の様な少量の液体又は粘性材料を分配するために使用する。分配装置４００は、穴４０６により入口室４０８に接続された入口４０４を有する分配ハウジング４０２を含む。入口室４０８は、流動通路４１２を形成する流動穴４１０の上に配置されている。流動通路４１２の下側末端４１４の中には、プレスばめ及び半田付けの様な手段により出口区域４１４の中に固定された管状バルブシート機構４１６が配置されている。管状バルブシート機構４１６はその中を通って伸びる流動通路４１８を有し、バルブシート４２０は管状シート機構４１６の閉鎖された下側末端を通って伸びる出口開口部４２２の周りに配置されている。流動通路４１８の入口末端は流動穴４１０の流動通路４１２と流動連絡し、反対側の出口開口部４２２はノズル４２４と流動連絡しており、そのノズルは、分配ハウジング４０２の下側部分を形成する細長い加熱延長部品４２８の下側末端に固定されたノズルキャップ４２６により取り付けられている。
【００７３】
バルブシャフト４３０は、入口室４０８、流動穴４１０を通り、バルブシート機構４１６の流動通路４１８の中に伸びている。バルブシャフト４３０は、バルブシート４２０と密封する様に係合し、出口開口部４２２を閉鎖する下側末端４３２を有する。バルブシャフト４３０の上部は、分配ハウジング４０２上に取り付けた制御機構４３６の中に配置されている。制御機構４３６は、バルブシャフト４３０を往復運動させ、バルブシート４２０と係合させて密封、及び解除する。また本発明により、加熱される延長部品４２８の周りに加熱機構４３８が配置され、取り外し可能に固定されており、以下により詳細に説明する様に、流動通路４１２中の液体又は粘性材料を加熱する。
【００７４】
分配装置ハウジング４０２は、入口４０４を入口室４０８（そこを通してバルブシャフト４３０往復運動する様に受入れられている）に接続する全体的に水平な穴４０６を含む。通常のＵカップスプリングシールの様な密封装置４４０が、シャフト４３０の周りに密封関係で配置され、室４０８の上に配置されており、室４０８を通って流動穴４１０の中に流れる粘性又は液体が、シャフトの周りでも制御機構４３６の中にも漏れない様にしている。図１５に示す様に、バルブシート機構４２０は全体的にカップ形状の物体であり、開いた上端部、閉じた下端部、及びその閉じた下端部を通って伸び、その周囲にバルブシート４４０を有する出口開口部４２２を有する。バルブシャフト４３０の下端には全体的に半球状のヘッド４４４があり、バルブシート４４０に座る様に係合している。全体的に半球状のヘッド４４４を開示しているが、所望により他の形状のバルブヘッドも本発明の範囲内に入る。分配する材料の様々な大きさのドットを形成する様に、球及びシートの大きさを選択する。ノズル機構４２４（図１６参照）は、一般的にねじ付きで黄銅又はステンレス鋼で形成するノズルキャップ４２６、及びノズルキャップ４２６の閉じた末端４５０を通る穴４４８の中に固定した細長いノズル４４６を含む。ノズル４４６は一般的に内径が約０．００４〜約０．０１６インチのチューブで製造する。このチューブはステンレス鋼材料で製造し、その上端４５２がノズルキャップ４２６の内側底表面４５４と同一平面上になる様に穴４４８の中に取り付ける。反対側の末端４５６はノズルキャップ４２６の外側底表面４５８を越えて伸びている。バルブヘッド４４４はノズル４４６の末端４５２から間隔をおいて配置されている。ノズル４４６は穴４４８の中に押し込み、所定の位置に接着、レーザー溶接又はろう付けすることにより穴の中に固定する。ノズルの構築には、上記の様なステンレス鋼チューブが好ましいが、本発明の譲受人であるノードソン コーポレーションから市販されているホットメルトノズル（部品番号２３７２１６）の様な黄銅ホルダーで構築し、ステンレス鋼挿入物を一般的に所定の位置にスウェージ加工した従来のホットメルトノズルで置き換えることも本発明の範囲内である。ノズルホルダー機構４２４は、ノズルキャップ４２６の内側底表面４５４が延長部４２８の底表面４６０に押し付けられる様に、加熱延長部品４２８の末端上に取り付ける。これによって、分配している液体又は粘性材料の加熱延長部品４２８とノズルキャップ４２６の内側底表面４５４の界面における漏れが阻止される。
【００７５】
図１４及び１５に示すように、加熱延長部品４２８の周囲に加熱機構４３８が配置され、複数のねじ（不図示）の様な通常の手段により、そこに固定されている。加熱機構４３８は、上部外側表面４６８と底部外側表面４７０の間に伸びる段差の付いた内側穴４６６を含むヒーターハウジング４６４を含む。横穴４７２がヒーターハウジング４６４の側壁４７４から段差の付いた内側穴４６６に伸びている。加熱素子４７６は段差の付いた内側穴４６６の中に配置され、一般的にアルミニウムの様な熱伝達材料で構築されたスプール４７８、通し穴４８０を有するが、この通し穴は、加熱延長部品４２８の外側表面４８２の上にスライドさせ、取り外しできる様に取り付けられる。サーマルホイル抵抗ヒーター４８４が外側表面４８６の周りに巻き付けてあり、その両側でエポキシ４８８により所定の位置に固定されている。板４９０が横穴４７２の開口部を閉鎖し、通常のバルクヘッド電気コネクタ４９２がその上に取り付けてある。それぞれ２本の２組のワイヤ４９４及び４９６が熱抵抗ヒーター４８４をバルクヘッド電気コネクタ４９２に接続して温度を制御し、熱抵抗ヒーターに給電している。ワイヤケーブル（不図示）が電気コネクタ４９２を第１の実施態様で説明した温度制御装置に接続している。
【００７６】
図２に示す様な本発明の第１の実施態様で提供する加熱素子５０と比較してた場合の加熱素子４６２の構造の重要な特徴は、ノズル機構４２４及び加熱延長部品４２８を清掃目的で取り外す時に、加熱機構４６２を加熱延長部品から容易に分離できることである。取り外しは、ねじ込んだノズル機構４２６を加熱延長部品４２８から外すことにより簡単に達成できる。次いで、一般的に加熱延長部品を通り、分配ハウジングの中に伸びるねじ（不図示）を除去することにより、加熱延長部品を分配ハウジング４０２から外すことができる。次に、第１実施態様では問題となる場合があるヒーター制御装置へのワイヤを引っ張ることなく、加熱機構４６２を加熱延長部品の外側表面４８０からスライドさせて外すことができる。加熱延長部品を溶剤に浸漬し、そこに蓄積していることがある液体又は粘性材料を清掃できる様にするためには、加熱機構４６２を加熱延長部品４２８から除去することが重要である。溶剤は、エポキシを溶解させ、熱抵抗ヒーター４８４を壊すことがあるので、加熱素子４７６に接触してはならない。必要であれば、上表面４６８にある穴４６６の開口部を通してスプール４７８をヒーターハウジング４６４から、取りはずすことができる。スプール４７８は、穴４６６の上端部の周囲に配置されたタブ４９８とスプール４７８の間の僅かな絞りばめにより所定の位置に保持されている。
【００７７】
第１の実施態様の別の変形は、図１４に示す様な、バルブヘッド４３２をバルブシート４２０から間隔をおいた第１位置（不図示）及びバルブシート４２０と係合する第２位置（図１４及び１５に示す）の間で往復運動させるための制御機構に関する。第２位置は、液体又は粘性材料が流動通路４１２中に蓄積し、以下に説明する様に、加熱素子４７６により予め設定された温度に加熱されるので待機位置である。図１４で分かる様に、制御機構４３６はハウジングブロック５００を含む。軸方向に配置された縦穴５０２は、ハウジングブロック５００を通って伸び、分配装置４００を組み立てた時、バルブシャフト４３０の周りに同軸で配置される。バルブシャフト４３０は、穴５０２を通って伸びて上端から段差付き穴室の中に突き出ており、その段差付き穴室の下側穴５０６は中間穴５０８と交差している。その中間穴５０８は、これよりも大きな直径を有する上側穴５１０と交差し、止め表面５１２を形成する。第１実施態様における円筒形密封部品１１８と実質的に等しい円筒形密封部品５１４を有する空気作動式ピストン５１３が支持構造５１６上に取り付けてあり、その穴５１８の中をバルブシャフト４３０が伸び、そこに取り付けてある。ピストン５１３は穴５１０の中で往復運動し、ピストンの下の穴の空気の中で空気室５０７を形成する。ハウジングブロック５００を通り、穴５０２に対して横方向に伸びる空気入口５２０は、加圧空気の供給源（不図示）に接続されている。図１３に示す空気ソレノイド５１５は分配装置４００の正面に取り付けてあり、穴５２０から空気を受け取る。ソレノイド５１５は空気室５０７の中への空気流を制御し、空気ピストン５１３及び第１実施態様の図１に示す空気シールと実質的に等しい空気シール５１４の下の空気流を制御する。シール５２２と等しいシール５２２がバルブシャフト４３０の周りで、穴５０２と中間穴５０８の間の下側穴５０６の中に配置され、バルブシャフト４３０の運動に影響することがある上側穴５１０の中への空気の漏れを阻止している。
【００７８】
スプリングハウジング５２３はハウジングブロック５００の上表面に取り付けてあり、中央穴５２４が形成されている。スプリング保持部５２６はバルブシャフト４３０の上端部上に固定されており、支持構造５１６に押し付けられている。カップ状スプリング調節部品５２８はスプリングハウジング５２２にねじ込んで固定してあり、その中を通る細長い段差付き穴５３０を有する。圧縮スプリング５３２が、スプリング保持部５２６と、穴５３０の異なった直径を有する２つの部分が交差する所に形成された表面５３４の間に伸びている。スプリング調節部品５２８をスプリング保持部５２６により近い位置に、又はそこからより遠い位置にロックできる様に、ロックナット５３６がスプリング調節部品５２８にねじによりねじ込んで固定してある。スプリング５３２の圧縮は、スプリング部品５２８がスプリング保持部５２６に向かって移動すると増加し、これから遠ざかると減少する。
【００７９】
第１実施態様に関して説明した様に、圧縮スプリング５３２によりスプリング保持部５２６に、さらにバルブシャフト４３０を通してバルブヘッド４３２に加えられる閉鎖力は、所望の閉鎖力（一般的に約１３〜約１７ポンド）を与える様に注意深く調節しなければならない。 本発明の別の態様は、上側穴５３０の中に取り付け、設定ねじ５４０の様な通常の手段により所定の位置に固定する通常の微調整装置５３８を含むことである。微調整装置５３８は円筒形の延長部品５４２を有し、その底表面は、通常はバルブシャフト４３０の上端５４６から隔置されている。延長部品５４２の底表面５４４とバルブシャフト４３０の上端の間隔は、流体をノズル機構４２４を通して分配している時、バルブシートから離れたバルブヘッド４３２の位置を制御するのに重要である。
【００８０】
図１４及び１５に示す実施態様の利点をさらに理解するために、以下に図１に示す第１実施態様との違いを取り立てて説明する。液体又は粘性材料（一般的にフラックス又は表面実装接着剤）の加圧シリンジ１２を入口開口部４０４に配置し、液体又は粘性材料を穴４０６の中に押し込み、次いで入口室４０８の中、及びその下の流動通路４１２に流し込み、バルブヘッド４３２がバルブシート４２０に接している間に、管状シート機構４１６内の流動通路４１８を少量の液体又は粘性材料で満たす。加熱延長部品４２８は、黄銅の様な熱伝達性材料で形成されており、加熱延長部品４２８の周りに配置された加熱素子４６２から熱を伝達し、流動通路４１２中の液体又は粘性材料を加熱する。液体又は粘性材料を加熱し制御する温度は、分配装置４００により分配される特定の材料により異なる。代表的な温度範囲の例は前に記載してある。バルブヘッド４３２をバルブシート４２０に対して開閉すると共にシリンジ１２により流体圧力を供給することにより、粘性材料はオリフィスからノズル機構４２４を通り、細い流れとして押し出される。前に詳細に説明した様に、バルブシート４２０を閉鎖するバルブヘッド４３２の衝撃により、流動する材料が急激に減速し、流れが滴に分断される。液体又は粘性材料は、加熱延長部品の金属本体を通る熱の伝導により、流動通路４１２の中及び管状シート機構４１６の中で加熱される。
【００８１】
空気ソレノイドから空気ピストン５１４の下の空気室への加圧により、バルブシャフト４３０及びバルブヘッド４３２がシート３８から後退し、バルブが開く。支持構造５１６によりバルブシャフト４３０に固定された空気ピストンは、圧縮スプリング５３２の力に抗してバルブシートから離れる方向に、微調整装置５３８の底表面とバルブシャフト４３０の上端５４６の間の空間により設定される間隔だけ移動する。微調整により、必要な滴の大きさに応じてこの間隔を正確に制御することができる。
【００８２】
バルブヘッド４３２はバルブシート４２０に対して非常に短い時間で、すなわち約１０００分の２２．６秒間未満、好ましくは約１０００分の１０．３秒間未満、で閉鎖しなければならない。空気ピストン５１４の下の空気室５０４の中にある空気は、排気通路（不図示）を通して空気ソレノイド５１５の中に排気される。同時に、圧縮スプリング５３２がバルブヘッド４３２をバルブシート４２０に座った位置に急速に移動させる。第１実施態様と同様に、バルブヘッド４３２のシート４２０に対する閉鎖の衝撃力がノズル４５６から分配される液体又は粘性材料の流れを分断し、材料の滴を形成する。
【００８３】
分配装置４００の第２実施態様は、少量の液体又は粘性材料を分配するのに効果的に働くが、第２の装置４００の管状シート機構４１６及びノズル機構４２４をさらに改良した。図１７及び１８には、第２装置４００の管状シート機構４１６を置き換えられる改良された管状シート機構６００を示す。図１９、２０、及び２１は、第２装置４００のノズル機構４２４を置き換えられる改良されたノズル機構６０２を示す。
【００８４】
図１７及び１８において、管状シート機構６００は、入口末端６０４、出口末端６０６及び流動通路６０８を形成する段差付き軸方向穴６０７を有する管状部品６０１で構築されている。段差付き軸方向穴６０７は、第１直径を有する上側穴壁６０９及び第１直径よりも小さな第２直径を有する下側穴壁６１０を含む。バルブシート６１２は上側穴壁６０９と下側穴壁６１０が交差する所に配置され、入口末端６０４よりも出口末端６０６の近くに位置している。複数の細長いガイド６１４Ａ、６１４Ｂ、６１４Ｃが管状シート機構６００の第１穴壁６０９と一体形成され、内側方向に流動通路６０８の中に突き出ており、バルブヘッド４４４’が管状シート機構６００の中で往復運動する時にそれを支持する。本願の明細書を通して、プライム付き番号は、同じ、プライム無しの同じ番号により表される構造的要素と実質的に等しい構造的要素を表す。３本の細長いガイド６１４Ａ、６１４Ｂ、６１４Ｃを示しているが、あらゆる形状の異なった数のガイドを使用することも本発明の範囲内に入る。図１９、２０、及び２１には、組み立て、プレスばめ及び半田付けの様な手段により、延長部品４２８’の出口区域４１４’の中に固定した管状シート機構６００を示す。流動通路６０８の入口末端６０４は流動穴４１０’の流動通路４１２’と流動連絡し、反対側の出口開口部６０６は延長部品４２８’の上にねじ込んで固定したノズル機構６０２と流動連絡している。
【００８５】
ノズル機構６０２は、図１９、２０、及び２１に示す様に、内側にねじ山を付け黄銅又はステンレス鋼で形成されたノズルキャップ４２６’を含む。ノズルキャップ４２６’の閉じた末端４５０’を通る穴４４８’の中に細長いノズル６１６が固定されている。ノズル６１６は、細長いオリフィス６２２を有する円筒形のチューブであり、一般的にステンレス鋼材料で構築され、ノズルキャップ４２６’の穴４４８’の中に、ノズルの上端６１８が閉じた末端４５０’の内側底表面４５４’と同一表面上になる様に取り付けてある。ノズル６１６の反対側の下端は、ノズルキャップ４２６’の外側表面４５８’を越えて伸びている。ノズル６１６は穴４４８’の中に押し込み、ノズル６１６の内側表面すなわち細長いオリフィス６２２が損傷を受けない様に、レーザー溶接、接着又はろう付けなどの方法で穴４４８’の中に固定されている。ノズル６１６は、一般的に薄壁チューブで構築され、外径が約０．０１２〜約０．０５０インチであり、長さが約０．０２０〜約０．１００インチである。細長いオリフィスは一般的に直径が約０．００２〜約０．０１６インチである。細長いオリフィス６２２は、長さ対直径の比が約５０対１まで、好ましくは少なくとも約２５対１、最も好ましくは少なくとも約３対１である。ノズル６１６の末端６２０及び末端６２０に開いている細長いオリフィス６２２は、テフロン（登録商標）、シリコーンの様な重合体、又はセラミックを含む低エネルギー表面被覆で被覆してあるのが好ましい。低エネルギー表面被覆は、細長いオリフィスを通る流体を改善し、末端６２０の表面上に粘着する流体の量を減少させる様に機能する。さらに被覆は、ノズルの末端から垂れ下がる材料による濡れを抑え、それによって糸がより小さな直径を有し、より小さな滴を形成する様になる。この効果は、末端６２０を研磨表面仕上げするか、又はノズル６１６を完全にプラスチックで構築することによっても達成できる。ノズル６１６の構築に使用するチューブは、ノズルから分配されている材料が下端６２０に粘着し、ノズルから分配されている材料の流れがノズルの外径に実質的に等しい直径を有する様になるので、薄い壁を有する。
【００８６】
ノズル機構６０２は、ノズルキャップ４２６’の内側底表面４５４’が延長部品４２８’の底表面４６０’に押し付けられる様に取り付ける。これによって、分配されている液体又は粘性材料が延長部品４２８’とノズルキャップ４２６’の内側底表面４５４’の界面から漏れるのを防止する。
【００８７】
再び図１９、２０、及び２１に戻して、バルブシャフト４３０’は、バルブシート機構６００の流動通路６０８の中に伸びている。バルブシャフト４３０’は一端にバルブ４３２’を有し、これがバルブシート６１２と密封係合し、図１８に示すバルブシート機構６００の外側開口部６０６を閉鎖する。バルブシャフト４３０’の上側部分は、前に説明した様に制御機構４３６の中に配置されている。制御機構４３６は、バルブシャフト４３０’を往復運動させ、バルブ４３２’をバルブシート６１２と係合させ、シートから離脱させる。バルブ４３２’は、図１９に示す様なバルブシート６１２から距離「ｄ」離れた第１位置、図２０に示す様な第１位置「ｄ」よりもバルブシート６１２の近くに間隔をおいた第２位置「ｅ」、及び図２１に示す様なバルブシート６１２と係合した第３の位置を有する。第１位置「ｄ」はバルブシート６１２から約０．０５０インチにある。第２位置「ｅ」は、ノズルオリフィス６２２の直径の約３倍未満の距離、好ましくはノズルオリフィス６２２の直径の約１．５倍未満の距離にある。すなわち、第２位置はバルブシート６１２から約０．０３６〜約０．１５０インチ未満、好ましくはバルブシート６１２から約０．００３〜約０．０２４インチ未満である。
【００８８】
改良した管状シート機構６００及び改良したノズル機構６０２を備えた分配装置４００の試験により、分配装置の効果的な運転は、ノズル６１６から分配される粘性材料の流れを効果的に分断し、ドット形成する効果と、流れを複数の断片に分断して衛星を形成、散布、又は噴霧する好ましくない効果との微妙なバランスであると考えられる。試験により、液体又は粘性材料のドットは、実際にはノズル６１６の出口末端６２０から分配される液体又は粘性材料の糸又はカラムとして形成される。バルブ４３２’がシート６１２に対して急速に閉鎖することにより発生した糸に対する力が糸の強度を超えた時に、この糸は分断される。ノズル６１６の出口末端６２０から伸びる液体又は粘性材料の糸が複数の位置で分断する様に、繊維又は破片を形成せずに分断することが重要である。ある種の状況では、糸が一又は二箇所で分断されるが、第２及び／又は第３の断片が第１及び／又は第２断片の直後にあり一つに合併するので、それでも妥当なドットを形成することがある。しかし、この種の挙動は、衛星を形成することがあるので、最少に抑えるべきである。
【００８９】
分配装置４００は、ノズル６１６の上流に送られる液体又は粘性材料の流れに対する圧力を蓄積することにより、ノズル６１６から分配される流れを加速し、次いでバルブ４３２’をシート６１２に対して急速に閉鎖して流れを減速し、その流れを材料の滴に分断する力を発生する。こうして、ノズル中の剪断流動力と、押し出された流れの中の伸長流動力の複雑で動的なバランスが存在する。これらの力が発生する比は、使用可能などの測定技術でも測定不可能である。
【００９０】
ドット分断を解析するために開発した基本的なモデルにより、ドットを分断するための最小値として６００メートル／秒２ が推定される。このモデルは、糸の降伏応力（強度）、及び糸の減速と質量による慣性力の間の簡単なバランスである。このモデルは、純粋に粘性の材料に当てはまる伸長降伏応力は剪断降伏応力の３倍であるという仮定に基づいている。このモデルは下記の仮定を使用して開発されている。
ｄ＝ドットの直径
ｒ＝ドットの半径＝２／ｄ
ｃ＝糸の直径
ｈ＝糸の長さ h(d,c)=4r(d)３/6r(c)２
ρ＝接着剤の密度１ｘgm./cm２
σ＝接着剤の降伏応力＝５００ｘ３Pa（パスカル）
Ｍ＝糸の質量M(d,c)= ρｘπｘr(c)２ ｘh(d,c)
Ｆ（ｃ）＝分断に必要な力＝σｙ ｘπｘｒ（ｃ）２
ａ（ｄ，ｃ）＝力を発生するのに必要な加速
Ｆ（ｃ）／Ｍ（ｄ，ｃ）
解析すべきドットの直径が０．０２０インチである場合、
ｃ＝０．００６インチ
ｈ＝０．０７４インチ
Ｍ（ｄ，ｃ）＝３．４３２ｘ１０−５gm
Ｆ（ｃ）＝２．７３６ｘ１０−５kg m sec−２
ａ（ｄ，ｃ）＝７９７ m/sec２
【００９１】
同様に、上記のパラメータを、ドット直径０．００８〜０．０４０インチの範囲について計算した。その結果を図２２のグラフに示す。
【００９２】
図２３は、より一般的な伸長挙動を示すが、これにより、非常に低い（０．００１ s−１） 伸長速度では、弾性の影響は無視でき、伸長粘度は剪断粘度の３倍であるので、より高い加速が推定される。より高い速度では、伸長強度（繊維破断点における粘度）は３より数倍高い。 必要な加速及び減速する流れを作るには、分配装置を通る複雑な剪断流が必要である。バルブ４３２’は、最初はバルブシート６１２から最も遠い第１位置「ｄ」から下方の第２位置「ｅ」に加速する。この距離により、バルブシャフト４３０’は、大量の材料がノズル６１６から出る前に必要な速度に加速することができる。バルブ４３２’の前進速度は、バルブ４３２’で局所的な高圧を発生するには、少なくとも約５０cm／秒、好ましくは８０cm／秒、最も好ましくは１００cm／秒を超えている必要がある。液体又は粘性の流体は管状部品６０１の入口末端６０４に、すなわち液体又は粘性材料の供給源に向かって、あるいは出口末端６０６に向かって移動することができる。供給源は加圧、すなわち約１０psi の下にあるが、６１２を横切る流動面積よりもはるかに大きな流動面積（バルブシャフト４３０’と流動穴６０７の壁の間の輪状区域）の影響により、大部分すなわち約９０％の材料が供給源に向かって逆流する。例えば、コンピュータによる流体力学シミュレーションは、供給源に向かって逆流する流体の速度は約７０cm／秒であるのに対し、ノズル中の流体の速度は約１０cm／秒である。バルブ４３２’が第２位置、すなわちシートから約１．５〜約３ノズル直径に近付くにつれて、バルブ４３２’とシートの間にある面積はますます狭くなる。この運転段階中、ノズル６１６を通る流体流動の速度は約２０cm／秒に増加し、シート区域における圧力低下は約７０psiである。バルブ４３２’がシート６１２にますます近付くにつれて、バルブとシートの間の流体流動はより制限される。これが、供給源に戻る流体流動の量を約７５％減少させ、ノズル６１６における流量が約２０cm／秒に増加する。バルブ４３２’が第２位置「ｅ」を通ってバルブシート６１２に移動した後、バルブ４３２’とシート６１２の間の流れはほとんど制限され、そのために流動速度が１００cm／秒に近付き、バルブ４３２’とシート６１２の間の圧力低下が約５００ psiになる。この段階で、ノズル６１６中の流れは約３０cm／秒に加速する。この解析では、速度は主としてバルブ４３２’及びバルブアクチュエータ４３０’の幾何学的構造及び速度の関数であり、特定の材料にはほとんど無関係である。圧力低下の評価は選択した流体粘度モデルに直接関係する。これらの評価は、粘度（ポアズ）＝６６１＋３７２５／剪断率であるモデルに基づいている。これは、ドットガンで塗布される多くのエポキシ材料に代表的である。バルブ４３２’がバルブシート６１２に座ると、材料の排出が直ちに停止し、流動通路６０８が閉鎖され、供給源からの材料の流れが阻止される。ノズル６１６中の液体又は粘性材料の流れが直ちに停止する。ノズル６１６の外の液体又は粘性材料の糸が３０cm／秒で移動しており、その一部が０．１ミリ秒間で停止する場合、加速度は６００m/秒２ を超える。これは前に考察した基本的なモデルで記載した３，０００m/秒２ の概算よりはるかに高い。材料が１ms、０．１ms、あるいは０．０１msで停止するという明確な証拠はないが、０．１msは妥当な見積もりであると考えられる。
ドットの加速及び減速、したがってドットに対する力に影響する重要な変数は、下記の通りである。
ａ）流体の密度及びドットの大きさにより設定される形成されるドットの質量、
ｂ）ノズル先端における濡れた面積により設定される形成される流れの直径、
ｃ）バルブの直径、速度及び流体粘度により設定されるバルブにより発生する圧力、
ｄ）オリフィスの長さ及び直径により設定されるノズルオリフィス中の圧力低下、
ｅ）シャフトとハウジングの間の輪状区域の長さ、シャフトの直径、及びハウジングの直径により設定されるバルブから供給源に戻る圧力低下、及び
ｆ）バルブ直径及びシート直径により設定される、バルブ位置により変化するバルブとシートの間の圧力低下。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明が、上記の目的、手段及び利点を満たす液体又は粘性材料の少滴を分配するための装置及び方法を提供していることは明らかである。本発明により、少量又は少滴の液体又は粘性材料を分配するための方法及び装置は、加熱したノズルの細長いオリフィスを通して材料を分配する前に、少量の液体又は粘性材料を先ず加熱することにより達成される。次いでバルブをシートに対して急速に閉鎖し、同時に所望の量の液体又は粘性材料をオリフィスから排出し、バルブのバルブシートに対する閉鎖により材料に加えられるエネルギーにより、オリフィスから材料の滴を分断する。本発明の別の実施態様は、少なくとも２個の滴を同じ所に落下させて組み合わせ、基材上に所望の形状の最終的な滴を形成することにより、ノズルの細長いオリフィスを通して基材上に分配される液体又は粘性材料の滴の数を変化させる方法に関する。本発明の別の実施態様は、ノズルヒーターの温度を設定することにより、滴を分配する基材の表面から上の液体又は粘性材料の１個以上の滴の上表面の高さを変化させる方法に関する。本発明のさらに別の実施態様は、フラックスの滴が一緒に流れ、所望の大きさ及び厚さの一様な被膜を形成する様に、ＰＣ基盤の様な基材の表面上にフラックスの複数の滴を選択的に塗布する方法に関する。本発明のさらに別の実施態様は、分配装置ハウジングにヒーター機構を取りはずしできる様に取り付け、装置の分配部分及びノズルを清掃する時に簡単に取りはずせる様にした分配装置に関する。本発明の別の実施態様は、バルブがバルブシートに対して３つの位置を有する改良されたシート機構、及びノズルが薄壁チューブで構築され、プラスチックで被覆できる改良されたノズル機構に関する。
【００９４】
以上、本発明をその実施態様と組み合わせて説明したが、上記の開示から、当業者には多くの代案、修正及び変形が可能であることは明らかである。したがって、本発明は、その様な代案、修正及び変形をすべて、付随する請求項の精神及び範囲の中に入るものと考える。
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本願は、米国特許出願第０８／６０７，１２６号、（１９９６年２月２６日提出）の一部継続出願である米国特許出願第０８／５５９，３３２号（１９９５年１１月１６日提出）の関連出願である。
［発明の分野］
本発明は、液体材料を分配する分野に、より詳しくは電子部品やプリント回路基盤の組立てにおける少量の粘性接着剤、半田フラックス又は他の液体材料を迅速に分配するための方法に関する。
［発明の背景］
本発明は、電子工業でプリント回路基盤の様な表面上に流体材料を分配するための方法及び装置に関する。しかし、本発明の用途は広く、他の産業でも有利に使用できる。
【背景技術】
【０００２】
プリント回路を組立てるための基材表面を限定するプリント回路基盤（ＰＣ）の製造では、３種類の一般的な基盤が用いられることが多い。第１の基盤は、表面実装部品だけが使用され表面実装基盤と呼ばれている。部品を固定するための接着剤を載せてあるプリント回路基盤の上に部品を配置する。次いで、基盤を接着した部品と共にオーブン中に入れ、接着剤を硬化させ、部品を所定の位置に保持する。次に、基盤及び部品をウエーブ半田付け機械に通し、電気接続を完了させる。これらの部品を基盤に固定する別の方法は、リフロー半田付けと呼ばれているが、そこでは半田ペーストを基盤の上に載せ、次いで表面実装部品を所望に応じて配置する。半田を再流動させるために基盤を加熱した時に半田ペーストが硬化し、電気的接続が完了する。その後、基盤を洗浄する。
【０００３】
第２の基盤はスルーホール部品を使用する。この名称が意味する様に、これらの電気部品は基盤中のスルーホール又は開口部を通って伸びるリード線を有する。これらのリード線を半田付けして電気的接続を完了する。
【０００４】
混合技術基盤では、表面実装部品とスルーホール部品の組合わせを使用する。表面実装部品は上記の様に組み立て半田付けする。表面実装部品を基盤の第１の側に固定した後、スルーホール部品を基盤上に配置し、部品のリード線を基盤の開口部を通して伸ばし、次の工程で半田付けする。両側組立を行なう場合、基盤を裏返し、第２の表面実装部品に表面実装部品を付ける。
【０００５】
いずれの場合も、基盤の一方の表面（一般的に下側表面）に半田付け作業を行なう必要がある。幾つかの一般的な半田付け方法がある。半田付けの全工程は、実際には単一の機械中で通常行なわれる３つの個別の、不可欠な工程を含む。これらの工程には、(I) フラックス塗布、(II)基盤の予備加熱、及び(III) 半田付けがある。半田付けフラックスは、一般的に「ベース金属及び半田から酸化物又は他の表面被膜を除去することにより溶融半田による金属表面の濡れを促進する化学的及び物理的に活性な組成物。フラックスはまた、半田付けの際に表面を再酸化から保護し、溶融半田及びベース金属の表面張力変化させる。」と定義される。プリント回路基盤は、基盤の半田付け準備を効果的に行ない、部品を適切に濡らすために、フラックスで清浄にしなければならない。
【０００６】
４つの一般的な種類のフラックスが商業的に使用されている。これらの中で、ロジン系フラックスが最も広く使用されているが、このフラックスは、引き続いて基盤上のロジンフラックス残留物を除去するための清掃作業を必要とする。残留物は、引き続くプリント回路基盤の試験に悪影響を及ぼすことがある。
【０００７】
別の主要な区分のフラックスには水溶性のものがあるが、このフラックスは、その名称が示唆する様に、水溶液中で洗浄される様に設計されている。しかし様々な理由から、この技術はまだ広く受入れられていない。
【０００８】
同様に、第３の区分は合成の活性化されたフラックスであるが、これは多くの理由から需要が低下している。例えば、残留物を、環境的な問題を引き起こすクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）系のクリーナーで除去しなければならない。
【０００９】
環境上の問題からより大きな関心が寄せられている第４の種類のフラックスは、ローソリッド（低固体）フラックスと呼ばれている。ローソリッドフラックスは、少量の、例えば５重量％以下の固形分を含む。ローソリッドフラックスは、後に続く洗浄操作を無くすことができる様に、半田付けが完了した後に基盤上に残る残留物の量を抑えるために使用する。
【００１０】
上記の様に、商業的な洗浄作業は一般的にＣＦＣを使用している。現在では、研究の結果、ＣＦＣの使用は地球の成層圏のオゾンを破壊するか、又は破壊を助長することが現在分かっている。そのため、プリント回路基盤に対して行なう洗浄作業を無くすことは、半田付け後の洗浄工程により引き起こされるオゾン減少の環境的な問題に対処することになる。
【００１１】
一般的に、フラックスは溶剤、媒体、活性剤、界面活性剤及び酸化防止剤を含む。溶剤は、フラックス成分のための液体キャリヤである。溶剤としては、イソプロパノール又は同様の種類のアルコールが使用されることが多い。フラックスの媒体成分は、その後に続く半田付け作業の際に高温溶剤として作用する。他方、活性剤は酸化物の様な汚染物を除去し、半田付け作業のための濡れ易い表面を与える。界面活性剤は半田の濡れ性を助長し、酸化防止剤は部品リード線の再酸化を抑制する。
【００１２】
プリント回路基盤の製造では、非常に僅かな量の、又は小滴の半田フラックス及び粘性材料、すなわち粘度が５０センチポアズを超える材料、を始めとする液体材料を塗布しなければならない場合が多い。これらの液体及び粘性材料には、半田フラックスの他に、接着剤、半田ペースト、半田マスク、グリース、オイル、カプセル材料、ポッティングコンパウンド（結合合成物）、インク、及びシリコーンがある。
【００１３】
フラックスをプリント回路基盤に塗布するための公知の構造及び方法には、特許文献１に記載されている様に、リキッドウエーブ、発泡、ブラシ塗り、パッド印刷、又はスプレーがあるが、フラックス塗布の一様性、選択性及び効率のすべての目的を達成するには、どれも不十分であると思われる。
【００１４】
回路基盤の様な基材に塗布するための好ましい方法は、シリンジ又はバルブから粘性材料を分配することである。シリンジ又はバルブ分配は、広く使用されており、空気圧機構又は容積型バルブで達成される。シリンジ分配装置で毎秒４ドットを超える粘性材料を分配することは困難である。
【００１５】
一般的に、特許文献２に記載されている様に、シリンジ分配装置は、分配装置のシリンジ先端を基材に非常に近い所、すなわち非常に小さな滴では０．００５インチ、大きな滴では０．０６０インチの距離、に配置する。粘性材料はシリンジ先端から押し出され、まだシリンジ先端に接続している間に基材と接触する。粘性材料が基材に接触し損なうと、材料は基材に接着せず、滴が形成されない。粘性材料と基材の接触は「濡れ」と呼ばれる。粘性材料が基材の表面に接触した後、先端は引き戻され、生じた糸が破断し、滴が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許第５，３２８，０８５号
【特許文献２】米国特許第５，３２０，２５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
先行技術の方式に伴う一つの問題は、液体材料のビードがノズルに糸を引く、又は粘着することであり、そのために分配機構の正確な量の液体材料を分配する能力が悪影響を受けることである。糸引は低圧で、例えばシリンジ中の圧力が乱高下する時に最も起こり易い。この理由から、分配時間が短くなるにつれて、糸引もより頻繁に起こる。分配の最終段階におけるノズル先端からの液体材料の糸引は、シリンジの内圧を負にすることによりある程度回避することができる。しかし、分配を再開すると、ノズル先端における液体の蓄積がほとんどの場合に起こり、その後に続く押出しの安定性に悪影響を及ぼす。
【００１８】
シリンジから液体を分配する別の方法が特許文献２に記載されているが、そこでは分配装置が粘性材料の貯蔵部又はシリンジを含み、その貯蔵部は、そこから粘性材料を連続的に受け取るための室と連絡している。この室は、その外壁を形成するたわみ性の弾性ダイアフラムを有する。衝撃機構が予め決められた運動量をダイアフラムに加え、予め決められた非常に僅かな量の粘性材料を室からノズルを通して高速度で推進する。この非常に僅かな量は粘性材料の非常に小さな噴射の形態をとる。衝撃エネルギーが停止手段により除去されると、室の圧力が急激に下がり、噴射の前方向運動量が噴射を「締め付け」、滴を形成する。多くの粘性材料に対して室を加熱し、その材料の粘度を調整する。貯蔵部は、好ましくは気体で加圧し、粘性材料を室の中に押し込む。この種の設計に関わる問題の一つは、粘性材料の噴射を形成するために加えられる高速度により、噴射の末尾をより小さな滴に分断され、衛星(satellite)を形成する。
【００１９】
先行技術の装置の問題の幾つかを解決するために、２段階配送機構を使用するが、そこでは粘性材料がシリンジ中に粘度に応じて約４psi 〜約１２psi の一定空気圧下で存在し、これが回転容積型ポンプの室中への材料の一定した流れを確保する。このポンプは、毎時２５，０００ドットもの粘性流体を高密度プリント回路（ＰＣ）基盤上に分配する。粘性材料はシリンジ先端から押し出され、まだ先端に接続されている間に基材と接触するので、シリンジからの配送に関連する上記と同じ問題が存在する。
【００２０】
先行技術は、液体又は接着性の粘性材料の滴をＰＣ基盤の様な加工品上に塗布する際の問題の多くを解決した。しかし、迅速に塗布する必要がある場合に、液体又は粘性材料のノズルへの糸引の問題があるために、分配装置を取り付けたロボットは、滴毎に上下に運動しなければならない。この運動のために、滴を塗布できる速度が低下する。
【００２１】
ローソリッドフラックスの分配に関連するもう一つの問題は、フリップチップ及びボールグリッドアレー（ＢＧＡ）機構の製造における、キャリアに半田フラックスを選択的に塗布することに関連している。フリップチップ機構では、フラックスをマザーボード（母板）とも呼ばれるチップキャリアの相互接続区域に塗布する。次いで、チップの片側上の数百の接続点のそれぞれに、一般的に直径が約０．００３インチから約０．００５インチ（約３ミルから約５ミル）の半田ボールを有するシリコンダイ又はチップをマザーボード上に載せる。
【００２２】
半田を流動させるために、フラックスと接触している半田のボールがチップとマザーボードの間に半田付けされたせ接続を形成するようにマザーボードを加熱するローソリッドで一般的に樹脂系フラックスを塗布する先行技術の方法に関連する問題の一つは、必要以上にフラックスを塗布することである。そのために洗浄時間が長くなり、材料が無駄になり、加工時間が長くなる。その上、マザーボードに塗布するフラックスの厚さが大き過ぎる、すなわち半田ボールの直径よりも厚い場合、半田ボールが融解した時にチップが「浮く」傾向があり、チップとマザーボードの間が整列せず、相互接続が悪くなる。
【００２３】
半田フラックスの塗布に関連するもう一つの問題は、スルーホール部品を有する他の基盤に関連する。この場合、基盤は全体にスルーホール又は開口部を有し、ここに電気部品のリード線がホールに挿入されている。ホール中のリード線の半田付けはフラックスの塗布を必要とするので、リード線を挿入すべきスルーホールの区域だけにフラックスを塗布できるのが非常に有利である。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
［発明の目的及び概要］
本発明の目的は、先行技術の方法及び装置の問題及び制約を解決するために、プリント回路基盤の上に間隔をおいて配置されたノズルオリフィスから少量の液体又は粘性材料を高温で分配するための方法及び装置を提供することである。
【００２５】
本発明の別の目的は、少量の液体又は粘性材料を高温に加熱することにより、少量の液体又は粘性材料を分配するための糸引を少なくし、衛星の形成を最少に抑える方法及び装置を提供することである。
【００２６】
さらに別の目的は、材料が分配されているノズルの末端から材料が離れ、下方に向かって基材上に推進され、基板上に液体又は粘性材料の非常に小さな滴を形成する様に、バルブをバルブシート（弁座）に対して急速に閉鎖し、材料に運動エネルギーを与えることにより、加熱したノズルの細長いオリフィスを通して液体又は粘性材料の小滴を分配するための方法及び装置を提供することである。
【００２７】
本発明のさらに別の目的は、多数の滴のうち少なくとも２個が同じ所に落下し、一つになり、所望の形状の基材上に最終的な滴を形成する様に、ノズルの細長いオリフィスを通して変化する数の液体又は粘性材料の滴を基材上に分配するための方法を提供することである。
【００２８】
本発明のさらに別の目的は、ノズルヒーターの温度を調整することにより、滴を分配する基材の表面上の液体又は粘性材料の上表面の高さを変えるための方法を提供することである。
【００２９】
本発明のさらに別の目的は、フラックスの厚さが半田ボールの直径よりも小さくなる様に、各相互接続点に半田ボールを有するフリップチップを取り付けるべきマザーボードの表面に半田フラックスを塗布するための方法を提供することである。
【００３０】
本発明の別の目的は、半田フラックスの滴が一緒に流動し、所望の厚さの一様な被膜を形成する様に、ＰＣ基盤の様な基材の表面上に半田フラックスの複数の滴を選択的に塗布するための方法を提供することである。
【００３１】
本発明のさらに別の目的は、加熱延長部品を清掃するためにヒーター機構を容易に取り外せる様に、分配装置ハウジングの加熱延長部品の周りに配置されたヒーター機構を含む、液体又は粘性材料の小適を分配するための装置を提供することである。
【００３２】
本発明の別の目的は、ノズルが薄壁チューブ（管）で構築され、プラスチックで被覆できる液体又は粘性材料の小滴を分配するための装置を提供することである。
【００３３】
本発明のさらに別の目的は、バルブがバルブシートに対して３つの位置を有し、第１の位置で材料の大部分が供給源ならびにノズルに逆流する液体又は粘性材料の小滴を分配するための方法を提供することである。第２の位置では、供給源への流れが減少し、残りがノズルに流れ、ノズルから材料の糸を分配する。最後に、バルブがシートに対して座っている場合、供給源からの流れが停止し、ノズルから分配されている流れが壊れ、滴を形成する。
【００３４】
本発明により、フラックス又は表面実装接着剤の様な、少量の液体又は粘性材料を分配するための方法を提供する。この方法は、下記の工程を含む。加圧された液体又は粘性材料が分配装置からバルブ機構に分配される。加圧された液体は粘性材料は、バルブ機構の中で約２２ｏC〜約７５ｏCに加熱され、バルブ機構に取り付けたノズルの細長いオリフィスを通る流れとして分配される。加熱され、加圧された液体又は粘性材料の流れは、バルブ機構を急速に閉鎖することによりノズルから放出され、滴を形成する。滴は下方に向けて、プリント回路基盤上に推進され、回路基盤上に液体又は粘性材料の非常に小さな滴を形成する。
【００３５】
さらに本発明により、少量の液体又は粘性材料を分配するための分配装置を提供する。分配装置は、加圧された液体又は粘性材料のシリンジ及び加圧された液体又は粘性材料がそこを通って分配される出口チューブに接続されているハウジング機構を含む。バルブシート機構は出口チューブの開放末端に取り付けてある。バルブシート機構はその中を通る流動通路を有し、流動通路の一端にバルブシートを有し、通路の反対側の末端にノズルを有する。バルブシャフトの一端は、ハウジング機構を通って伸び、出口チューブから外に突き出て、直角に配置されたバルブシートと係合し、流動通路を閉鎖する。制御機構がバルブシャフトを、バルブシートと係合し、密封する位置及び開放する位置に往復運動させる。バルブシート機構内の液体又は粘性材料を加熱するための加熱素子がバルブシート機構の近くに配置されている。
【００３６】
また本発明により、多数の滴の少なくとも２個が同じ所に落ちて一緒になり、所望の形状を有する基材上に最終的な滴を形成する様に分配装置のノズルの細長いオリフィスを通して基材上に分配される、液体又は粘性材料の滴の数を変化させる方法も開示する。本発明のさらに別の実施態様は、分配装置のバルブシート機構の近くに配置された加熱素子の温度を設定することにより滴を分配する、基材の表面上の液体又は粘性材料の１個以上の滴の上表面の高さを変化させる方法にも関連する。
【００３７】
さらに本発明により、フラックスの滴が一緒に流れ、所望の大きさ又は厚さの一様な被膜又は被覆を形成する様に、ＰＣ基盤の様な基材の表面上に半田フラックスの複数の滴を選択的に塗布する方法を開示する。
【００３８】
また、本発明により、細長い加熱された延長部品を有する分配装置ハウジングを含み、加熱延長部品を通って伸びる流動穴の下側末端にバルブシート機構が、取り付けられている、分配装置の第２の実施態様を開示する。 本発明により、少量の液体又は粘性材料を分配する方法を開示する。この方法は、バルブ機構を通って延在する第１の流動通路の入口末端に液体材料を供給する工程を含み、バルブ機構は、第１流動通路の出口末端の近くに配置されたバルブシート及び第１流動通路の中に配置された往復運動バルブを有する。バルブヘッドがバルブシートから間隔をおいた第１の位置にある時、ノズル機構を通って延在する第２流動通路は液体材料で満たされている。第２流動通路は、第１流動通路の出口末端から液体材料を受け取る入口部分、及び液体材料を分配する細長いノズルを通って伸びるオリフィスを備えた出口部分を有する。バルブは第１位置からバルブシートの近くに間隔をおいて配置された第２位置に加速され、それによって第１流動通路中の液体材料の大部分の一部が第１流動通路の入口末端に向かって流れ、第１流動通路中の残りの液体材料は出口末端から第２流動通路の中に流れ、細長いノズルの出口から液体材料の流れとして分配される。バルブは第２位置からバルブシートと係合する第３位置に向かって移動し続け、それによって第１流動通路の入口末端に向かう液体材料の流れが減少し、第２流動通路を通る液体材料の流れが急速に増加する。最後に、バルブは第３位置に移動してバルブシートに座り、それによって第１流動通路の入口末端に向かう液体材料の流れは切断され、細長いノズルの出口から分配されている液体材料の流れがノズルオリフィスの出口末端から切れ、滴を形成する。
【発明の効果】
【００３９】
また本発明により、少量の液体材料を分配するための装置は、薄壁チューブで構築した細長いノズルを有するノズル機構を含む。ノズルの出口末端及びオリフィスはプラスチック被覆することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
本発明の現在好ましい実施態様の構造、操作、及び利点を、以下に添付の図面を参照しながら説明する。
【図１】本発明により、ＰＣ基盤上に配置した液体又は粘性材料の分配装置の好ましい実施態様の側方断面図である。
【図２】細長いノズルオリフィスを備えたノズルを有し、そのノズルオリフィスから液体又は粘性材料の流れを分配する、図１に示すバルブシート機構の拡大した側方断面図である。
【図３】ＰＣ基盤の様な基材上に配置した、基材表面上の単一の位置の上に複数の滴を分配する液体又は粘性材料の分配装置の側方断面図である。
【図４】基材表面上の単一の位置に分配された滴の数及び温度に応じて様々な高さの滴を有する基材の側面図である。
【図５】チップキャリア及びチップキャリアに半田取付けするフリップチップの分解立体図である。
【図６】半田フラックスの複数の滴を上に配置した図５の電気コネクタ区域Ａの立体図である。
【図７】図６に示すフラックス材料の滴の区域の滴が互いの中に流れ込み、フラックスの一様な被覆を形成した後の上面図である。
【図８】スルーホールを有するプリント回路基盤の上面図である。
【図９】プリント回路基盤中のスルーホールの周りに塗布した複数の滴を示す、図８の区域Ｂの拡大図である。
【図１０】フラックスの滴が流れて一つになり被覆を形成した後の、図９に示す区域の上面図である。
【図１１】ＰＣ基盤上に半田フラックス被覆を配置するための機構を示す。
【図１２】本発明の液体又は粘性材料分配装置の第２の実施態様の前面図である。
【図１３】図１２の線１３−１３に沿って見た側面図である。
【図１４】図１３の線１４−１４を通して見た、本発明の液体又は粘性材料分配装置の第２の実施態様を示す断面図である。
【図１５】加熱機構により取り囲まれ、ノズル機構を含む分配装置ハウジングの細長い加熱された延長部品の拡大図である。
【図１６】図１５に示すノズル機構の側方断面図である。
【図１７】別のバルブ機構の上面図である。
【図１８】図１７の線１８−１８に沿って見た側方断面図である。
【図１９】第１位置にあり細長い延長部品内に取り付けた、その下端に固定したノズルキャップを有するバルブを含む、図１８に示す別のバルブ機構の側方断面図である。
【図２０】第２位置にあり細長い延長部品内に取り付けた、その下端に固定したノズルキャップを有するバルブを含む、図１８に示す別のバルブ機構の側方断面図である。
【図２１】第３位置にあり細長い延長部品内に取り付けた、その下端に固定したノズルキャップを有するバルブを含む、図１８に示す別のバルブ機構の側方断面図である。
【図２２】ドットを形成するためのバルブの加速を示す図である。
【図２３】粘性材料の代表的な細長くなる挙動を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１及び２は、標準的な市販されている液体又は粘性材料を充填したシリンジ１２から、プリント回路（ＰＣ）基盤の様な基材１４の上に少量の液体又は粘性材料を分配するための分配装置１０を示す。装置１０の分配装置ハウジング２０は入口１８を有し、その中にシリンジ１２の出口１６が取り付けてある。入口１８は、穴２２により流動通路２５を形成する流動穴２４の入口開口部２３に接続されている。流動穴２４の出口２６は出口チューブ３０を通って伸び、流動通路３１を形成する穴３５の第１末端２８に接続されており、その通路から加圧された液体又は粘性材料が分配される。バルブシート機構３２は、出口チューブ３０の第２の開放末端３４に取り付けてある。バルブシート機構３２はその中を通って伸びる流動通路３６を有し、その中にバルブシート３８が配置されている。流動通路３６の入口末端は出口チューブ３０の流動通路３１と流動連絡しており、通路３６の反対側の出口末端にはノズル４０が取り付けてある。
【００４２】
バルブシャフト４２は、ハウジング機構２０の流動穴２４を通り、出口チューブ３０の穴３５を通り、さらにバルブシート機構３２の流動通路３６の中に伸びている。バルブシャフト４２は、通路３６を閉鎖するためにバルブシート３８と係合して密封する様に設計された下端４４を有する。シャフト４２の反対側の上端部４６は、分配装置１０の制御機構４８と係合している。制御機構４８は、バルブシャフト４２を往復運動させ、バルブシート３８と係合させて密封、及び解除する。また本発明により、バルブシート機構３２に隣接して加熱素子５０が配置され、以下に詳細にする様に、バルブシート機構中の非常に少量の液体又は粘性材料を加熱する。
【００４３】
分配装置ハウジング２０は、入口１８を垂直に配置された流動通路２４（そこを通してバルブシャフト４２が往復運動する様に受入れられている）に接続する全体的に水平な穴２２を含む。密封リング５２がシャフト４２の周りに密封する関係で、流動通路２４の入口２３の上に配置されており、穴２２を通って流動通路２４の中に流れる粘性液体が、バルブシャフト４２を通り制御機構４８の中に漏れない様にしている。密封リング５２は、リング５４により所定の位置に固定されており、制御機構４８のハウジングブロック５６の下側表面により、所定の位置に保持されている。
【００４４】
図１に示す様に、出口チューブ３０は、流動通路２４の出口２６がその穴３５の入口開口部６０と整列する様に、取付板５８の様な通常の手段により分配装置ハウジング２０に固定された第１末端を有する。出口チューブ３０の第２末端３４の上には、ねじ付き接続部（不図示）の様な通常の手段により、バルブシート機構３２が固定されている。
【００４５】
バルブシート機構３２（図２参照）は、全体的に円筒形の取付本体７０を含み、その中を軸方向において段差が付いた穴７２が伸びている。この穴７２は、出口チューブ３０を取り囲み、ねじ山付き接続部（不図示）の様な通常の手段により出口チューブに堅く取り付けた上側末端区域７４を有する。軸方向で段差が付いた穴７２は、交差し、上側末端区域７４よりも小さな直径を有する中間区域７６を含む。出口チューブ３０の下端部３４は、中間区域７６及び上側末端区域７４が交差する所に形成された肩部７７に載っている。中間区域７６の中には、カップ状のバルブシート部品７８が配置されている。段差の付いた穴７２は、中間区域７６よりも小さな直径を有し、中間区域と交差して肩部８２を形成する下側末端区域８０を有し、その肩部に、カップ状のバルブシート部品７８が載っている。
【００４６】
カップ状バルブシート部品７８は、図２に最も分かり易く示す様に、その中を通って伸びる中央の段差の付いた穴８４を有する。この穴８４は、中央軸８７を中心にして、出口チューブ３０の穴３５と実質的に同軸である細長い上側末端区域８６を有する。中央の段差の付いた穴８４の下側末端区域８８は、上側末端区域８６よりも小さな直径を有する。バルブシート３８は、上側末端区域８６と下側末端区域８８の間の中間テーパー区域９０により形成される。カップ状バルブシート部品７８は、出口チューブ３０の下側末端３４で取付本体７０により対向する穴６２の中で穴３５に堅く取り付けられている。対向穴６２が穴３５と交差する地点にある溝９３の中に配置されたシールリング９２がバルブシート部品７８の上側末端に対して密封し、液体又は粘性材料がバルブシート部品７８と取付本体７０の間に漏れるのを阻止している。バルブシャフト４２の下側末端４４には、バルブシート３８の上に載る全体的に球状のバルブヘッド９２がある。ここでは球状のバルブヘッドを開示しているが、所望により他の形状のバルブヘッドも本発明の範囲内に入る。
【００４７】
本発明の第１の特徴は、ろう付け接続の様な通常の手段によりバルブシート部品７８の下側末端区域８８の中に固定されたノズル機構４０である。ノズル機構４０は、その中を伸びる流動通路９６を含み、この流動通路９６は、下側末端区域８８を通って伸びる流動通路３６と流動連絡する入口区域９８を有する。流動通路９６は細長いノズルオリフィス１００も含み、このオリフィスは、入口区域９８と整列し、交差する上側末端、及び液体又は粘性材料の流れが分配される出口末端を有する。細長いノズルオリフィス１００は、長さ対直径の比が少なくとも約３対１〜約５対１である。細長いノズルは、一般的に長さが約０．０１６〜約０．０８０インチであり、直径が約０．００３〜約０．０１６インチである。オリフィス１００の長さは、それが長過ぎる場合は、バルブヘッド９２がバルブシート３８に対して閉じた時に、液体又は粘性材料がノズル４０の末端で分断されないので重要である。反対に、オリフィス１００の長さが短過ぎる場合、液体又は粘性材料が糸を形成しないか、又は滴が基材１４に直線経路で分配されないであろう。
【００４８】
図２に最も分かり易く示す様に、加熱素子５０が取付本体７０の周囲のバルブシート機構３２に隣接する区域に配置されており、以下により詳細に説明する様に、カップ状バルブシート部品７８中の非常に少量の加圧された液体又は粘性材料を加熱する。加熱素子５０はミネアポリスのミンコ社（Minco Products Company of Minnea polis,Minn.）から供給されるKapton上に支持れたサーモホイル抵抗ヒーターの形態であり、ワイヤリード線１０４及び１０６により温度制御装置に接続されている。
【００４９】
本発明の別の重要な特徴は、バルブヘッド９２を、バルブシート３８から間隔において配置された第１位置（不図示）と、バルブシート３８と係合した第２位置（図２に示す様な）の間で往復運動させるための制御機構に関連する。第２位置は、液体又は粘性材料がバルブシート部品７８の上側末端区域８６の中に蓄積し、以下に記載する様に温度制御装置１０２で予め設定された温度に加熱されるので、待機位置である。図１で分かる様に、制御機構４８はハウジングブロック５６を含む。中央に配置された縦穴１１０はハウジングブロック５６を通って延在し、軸８７と同軸に形成されている。バルブシャフト４２は、穴１１０を通って伸び、穴１１０の上側末端から空気室ブロック１１３の段差付き穴室１１２の中に突き出しており、空気室ブロック１１３が有する下側の穴１１４は、これよりも大きな直径を有する上側の穴１１６と交差している。円筒形のシール部品１１８が中央穴１２２を有する支持構造１２０の上に取り付けてあり、この中央穴１２２を通ってバルブシャフト４２が伸びて、そこに固定されている。空気入口１２４は、チューブ１２６を経由して加圧空気の供給源（不図示）に接続されている。チューブ１２６と入口１２４の間に配置された空気ソレノイド１２８が、下側の穴１１４の中でシール１１８の下に形成された室の中への空気流を制御する。シャフト４２の周りの空気シールリング１１９は、対向する穴１２１の中で穴１１０と穴室１１２の間に配置され、穴１１０の中への空気の漏れを阻止する。
【００５０】
スプリングハウジング１３０は、空気室ブロック１１３の上表面に取り付けてあり、そこに中央穴１３２が形成されている。スプリング保持部１３４がバルブシャフト４２の上側末端にしっかり取り付けてあり、支持構造１２０と突き当たっている。カップ状スプリング調節部品１３６は、スプリングハウジング１３０にねじ込んで固定してあり、細長い穴１３８（一端が開き、他端がベース１３９により閉鎖され、穴１４１がベースを通って伸びている）、及び穴１４１の周りの内側底表面１４０を有する。圧縮スプリング１４２は、スプリング保持部１３４と、スプリング調節部品１３６の底表面１４０の間に伸びている。スプリング調節部品１３６をスプリング保持部１３４により近い位置又は保持部からより遠い位置にロックできる様に、ロックナット１４４がスプリング調節部品１３６にねじ込んで固定されている。スプリング１４２の圧縮度は、スプリング調節部品１３６をスプリング保持部１３４の方に移動させると増加し、スプリング部品１３６がスプリング保持部１３４から遠くに移動させると減少する。
【００５１】
本発明の重要な特徴は、スプリング保持部１３４上の圧縮スプリング１４２、最終的にはバルブシャフト４２のバルブヘッド９２により加えられる閉鎖力に関連する。好ましくは、圧縮スプリング１４２は約１インチの高さに予め負荷をかけ、約１３〜約１７ポンドの閉鎖力を有する。スプリング１４２の圧縮量は、前に説明したスプリング調節部品１３６の位置合わせにより調節することができる。
【００５２】
制御機構４８のもう一つの特徴はロッド１４８に取り付けたノブ１４６である。このロッドは、穴１４１の中にねじ込んで固定してあり、圧縮スプリング１４２の中を通り、スプリング保持部１３４の上に伸びるバルブシャフト４４の上端部と接している。ロッド１４８を上下に移動させることにより、バルブシャフト４２の行程をバルブシート３８に対して調節することができる。
【００５３】
本発明の利点をさらに理解するために、以下に操作に関して説明する。先ず、粘度が一般的に約５０，０００〜約２５０，０００センチポアズである液体又は粘性材料のシリンジ１２を分配装置ハウジング２０の入口開口部１８に取り付ける。圧力調整装置１５２に接続した空気チューブ１５０及び低圧空気の供給源（不図示）をシリンジ１２の入口に接続し、液体又は粘性材料を穴２２及びバルブシャフト４２の周りの流動通路２４の中に約４ psi〜約３０ psiの一定圧力で押し込む。待機中の閉鎖位置では、図１及び２に示す様に、バルブヘッド９２がバルブシート３８の上に載っている間に、カップ状バルブシート部品７８が少量の液体又は粘性材料で満たされる。取付本体７０は、黄銅の様な熱伝導性材料で形成されて、取付本体７０の周囲に配置されており、そこに固定された加熱素子５０から、一般的に炭化タングステンで構築されたバルブシート部品７８に熱を伝達し、バルブシャフト４２を取り囲むバルブシート部品７８の中の液体又は粘性材料を加熱する。
【００５４】
操作のこの段階で、接着剤の様な液体又は粘性材料が、（材料に応じて）約２２℃〜約７５℃、好ましくは約４０ｏC〜約６５ｏCの温度に加熱される。この温度範囲では、粘性モジュラスは比較的一定であるが、弾性率は温度上昇と共に増加する。粘性材料の弾性率増加は、材料がより固くなるが、同時に、実質的に一定の粘性モジュラスに基づいて流体状の品質を示すことを示唆している。粘性材料、粒子のマトリックス、ワックス性の固体触媒及び樹脂の性質は、高温でより流動性となる異なったホットメルト及び他の重合体流体である。したがって、バルブシート部品７８の中に位置する粘性材料は短時間だけ加熱される。この短時間加熱の際、粘性モジュラスの弾性率に対する比は減少する。バルブヘッド９２がバルブシート９０から上がった後、粘性材料はオリフィス１００の出口から細い流れとして押し出される。次いで、バルブヘッド９２がバルブシート９０に当たって閉鎖した後、流動している材料の急激な減速が接着剤の降伏応力に打ち勝ち、流れを分断する。加熱された粘性材料の固体性質により粘性材料は糸になって流れず、オリフィス１００の出口１０１から分断される。接着剤を選択した温度範囲に短時間だけ維持し、触媒が融解して材料の最終的な硬化が起こる温度を超えないことが重要である。この理由から、バルブシート部品７８だけを加熱し、分配装置の残りの部分は加熱しない。
【００５５】
バルブを開くには、バルブシャフト４２を後退させ、バルブヘッド９２をバルブシート３８から引き上げる。この工程は、加圧空気を空気ソレノイド１２８から空気入口１２４の中に、次いでダイアフラムシール１１８の下の空気室の中に導入することにより、達成される。空気はシール１１８に作用し、バルブシャフト４２をバルブシート３８から離れて圧縮スプリング１４２に向かう方向に移動させる。この操作の際、加熱された粘性材料がバルブヘッド９２とバルブシート３８の間、及びノズルオリフィス１００の中に流れ込む。同時に、バルブシート部品７８の中にあり、バルブシャフト４２、バルブヘッド９２、及びバルブシート３８を取り囲んでいる粘性材料が加熱素子５０により所望の温度に加熱される。加熱、加圧された粘性材料はノズル４０のオリフィス１００の出口１０１を通って細い流れとして分配され、オリフィス１００の出口末端１０１に接続された糸になって流れる。
【００５６】
本発明の重要な態様は、材料が非常に短い時間は固体として作用し、オリフィス１００の出口末端１０１から放出された時はより流動性の状態に戻る様に、接着性の液体又は粘性材料を高頻度で変形させることである。液体又は粘性材料の糸のオリフィス１００からの分断を達成するには、非常に短い時間、すなわち約２２．６ミリ秒間、好ましくは約１０．３ミリ秒間未満でソレノイド１２８を切り、スプリング１４２がバルブ９２をバルブシート３８に対して移動させ、バルブを閉鎖する。ダイアフラム１１８の下の空気室１１２の中の空気は、空気ソレノイド１２８中の排気通路（不図示）を通して排気される。同時に、圧縮スプリング１４２がバルブヘッド９２をバルブシート３８に座った位置に急速に移動させる。これは積極的な排出工程であり、加熱された液体又は粘性材料をオリフィス１００の出口末端１０１から外に押し出す。バルブ９２がバルブシート３８に対して閉鎖される衝撃力が液体又は粘性材料を通して衝撃波を発生し、これが、現在流れている材料流の急激な減速と組み合わされて、液体又は粘性材料の降伏応力に打ち勝ち、ノズル４０の出口末端１０１から分配される液体又は粘性材料の流れを分断し、材料の滴を形成する。オリフィス１００の出口末端１０１で形成される液体又は粘性材料の糸が細い程、より容易に降伏応力に打ち勝つ。バルブヘッド９２の底表面はノズルオリフィス１００のテーパー付き入口９８に隣接し、バルブ９２の閉鎖により発生する衝撃波を消失させることがある液体又は粘性材料の量を最少に抑える様に、ノズル４０はバルブヘッド９２に対して配置されていることに注意する。
【００５７】
ノズル４０から出る液体又は粘性材料の滴は、毎時２２００，０００滴まで、特に毎時約７０，０００滴までの速度で分配することができる。滴はプリント回路基盤の様な基材１４の表面上に堆積するので、表面張力及び回路基盤上への衝撃が滴の最終的な形状に貢献する。最終的な滴の形状を調整する他の要因としては、加熱、複数の小滴を使用して単一の大きな滴を形成すること、及びノズルオリフィス１００の出口末端１０１の回路基盤上の高さがある。最終的な分配段階は、バルブヘッド９２のバルブシート３８に対する確実な移動により引き起こされるので、各滴の体積量の精度を注意深く調整することができる。
【００５８】
粘性材料の性質、粒子のマトリックス、ワックスの様な性質を有する固体触媒及び樹脂は、材料が固体触媒が融解し始め、架橋反応が起こり、材料が固体の固まりになる温度に達した時である。本発明では、バルブシート部品７８の中にある粘性材料が触媒融点のすぐ下の温度範囲に加熱され、架橋反応を回避する。加熱の間、粘性モジュラスの弾性率に対する比は低下する。
【００５９】
ノズルから液体又は粘性材料の滴を分配するための第１の実施態様、すなわち材料を流動通路３６の中に加圧下で押し込み、バルブ９２をバルブシート３８に対して閉鎖することにより流動通路から材料を放出する方法は、単一の滴を分配するには有効であるが、各滴の大きさは一般的にバルブヘッド９２がバルブシート３８から引き戻される時間の長さを変えることにより調整するので、より大きな寸法の滴を形成するには時間がかかる。本発明の第２の実施態様により、同じ大きさの２個以上の滴を基材表面上の単一の場所の上に分配し、複数の滴を組み合わせ、より大きな寸法及び所望の形状を有する単一の滴を形成することにより、より大きな寸法の滴を形成する時間を短縮する。図３に示す様に、前に説明した様な液体又は粘性材料の第１の滴２００Ａを基材１４の上側表面２０２の上に第１の形状で分配する。次いで、第２の滴２００Ｂを同じ場所に分配し、第１の滴２００Ａの上に落としてそれと組み合わせ、一般的に第１の滴２００Ａよりも大きな直径を有する第２の形状の最終的な滴２０４を形成する。ここでは２個の滴を説明するが、３、４個又はそれより多い滴を同じ場所の上に分配することも本発明の範囲内である。
【００６０】
複数の連続した滴２００Ａ、２００Ｂを単一の場所に塗布して所望の寸法及び形状を有する最終的な滴を形成する方法は、必要な時間を大幅に短縮できるので単純にバルブヘッド９２をより長時間開いたすなわちバルブシート３８から後退させたままにして類似の大きさの滴を形成する場合より有利である。例えば、特定の大きさの単一の滴２００Ａをバルブシート機構３２から１５ミリ秒間（１５msec）で分配する場合、４倍大きな滴を配量するには、シリンジ中役１０ポンドの圧力により２００msecが必要である。他方、４個の単一滴２００Ａを同じ場所に分配する場合、各滴は１５msecで分配され、単一の滴の４倍の大きさを有する滴を分配するには合計６０msecとなる。そこで、図３に示す様な装置１０を静止位置に置いたまま、バルブヘッド９２を急速に後退させ、次いでバルブシート３８に対して閉鎖することにより、複数の滴、２、３又は４個の滴を分配する様にプログラム化することができる。次いで装置１０を、それを取り付けたロボット装置（不図示）の様な通常の手段により別の位置に移動させ、別の選定した場所の上に複数の滴を塗布することができる。これによって、基材上のどの位置にも、どのような配置にでも、様々な形状及び大きさの滴を迅速に分配する様に、装置１０をプログラム化することができる。
【００６１】
本発明の別の態様は、液体又は粘性材料の滴２００Ａの上表面２０６のその滴を分配する基材１４の表面２０２から上の高さ「ｃ」を変化させることに関する。図４に示す様に、液体又は粘性材料の滴は、左端の滴と比較して、左から右に約２ｏCずつの分配温度増加を示している。温度が増加するにつれて、基材１４の上表面２０２上に分配される材料の滴の高さ「ｃ」は減少する。また、滴の温度が増加するにつれて、滴の輪郭も変化し、すなわち分配される材料の滴がより大きな直径を有するように、つまり滴の上表面がより平らになり、基材１４の上表面２０２により近くなる。多数の滴を分配する前に、実験的方法により、分配する材料の温度を望ましい高さが得られる様に設定する。温度は、前に説明した様に、温度制御装置１０２及び加熱素子５０により制御することができる。次いで、滴の上表面２０６が基材の上側表面から上に所望の高さ「ｃ」になる様に、所望の温度にある材料の滴を基材１４の上側表面２０２の上に分配する。
【００６２】
液体又は粘性材料の少なくとも２個の滴を予め決められた温度で分配し、２個の滴が基材１４の上側表面上の単一の場所で互いの上に落下して一つになり、基材の上側表面から上に、単一の滴の高さよりも大きな第２の高さを有する最終的な滴を形成する様にすることも本発明の範囲内である。最終的な滴の高さ及び輪郭は、材料の粘度及びそれが分配される温度により決定される。前に説明した様に、同じ場所の上に液体又は粘性材料の追加の滴を分配して組み合わせ、所望により、より大きな高さの最終的な滴を形成することができる。
【００６３】
本発明の別の実施態様は、ＰＣ基盤上に半田フラックスの滴を間隔をおいて選択的に塗布し、次いでそれらの滴を一緒に流し、一様な被覆又は被膜にする方法に関する。図５に関し、マザーボードとも呼ばれる、基盤の上表面３０４上に示す複数の電気的な相互接続部を有するＰＣ基盤３００を示す。これらの相互接続部は、薄い一様なフラックス材料の被膜を塗布すべき基盤区域に相当する周辺部の線３０６により取り囲まれている。フラックス材料を塗布した後、以下により詳細に説明する様に、多数の相互接続点を有し、接続点のそれぞれに半田の小球３１０を取り付けたフリップチップ３０８を基板３００に半田付けする。フリップチップ３０８は、チップ３０８の底表面３１２が基盤３００の表面３０４と同じ方向で上を向く様に、ＰＣ基盤の近くに配置する。次いで、自動制御装置を使用し、チップ３０８の底表面３１２が基盤３００の上表面３０４に対して配置され、半田球３１０のそれぞれが、基盤３００の上表面３０４上の相互接続部３０２の一つと係合する様に、チップ３０８を裏返す。
【００６４】
オハイオ州ウエストレイクのノードソン コーポレーション（West lake,Nordson Corporation）から市販されているコンベヤ化した選択塗装装置の様な半田フラックスの滴を塗布する代表的な装置を図１１に示す。それぞれパレット３１４上に載せられたＰＣ基盤３００が一連の隣接するコンベヤ３１６、３１８、３２０上を移動する。各パレット３１４及び基板３００は先ずコンベヤ３１６上の予備加熱区域３２３を通過し、基盤３００は所望の予備過熱温度、一般的に華氏約１００°（Ｆ）〜華氏約２００°（Ｆ）、好ましくは約１２０°Ｆ〜約１３０ｏFに加熱される。次いで、パレット３１４は基盤と共に隣接する下流のコンベヤ３１８の上に移動し、そこでフラックスが、上記の様な分配装置１０のバルブシート機構３２を通して一連の滴として塗布される。
【００６５】
半田フラックスの滴３２２は、それらの滴が流れて一つになり一様な被覆又は被膜になる様に選択された場所に選択的に塗布され、各滴の大きさ及び滴間の間隔が選択される。例えば、図５及び６に示す様に、滴３２２は基盤３００上の区域Ａに一緒に流れ、図７に示す様な実質的に一様な被覆又は被膜３２６を形成する様に、図６に示す様な分布で塗布される。滴が確実に一緒に流れ一様な被膜を形成するための各滴の正確な大きさ及び間隔は、半田フラックスの組成及び粘度、半田フラックスの塗布温度、及びＰＣ基盤３００の温度により左右される。滴の量、滴の大きさ、滴の間隔、及び滴の列の数を調節し、被覆の所望の区域及び厚さを達成することができる。
【００６６】
半田フラックスをＰＣ基盤に塗布する際の本発明の重要な態様は、正確に分布した滴が流れて一緒になり、縁部が明確に限定された半田フラックスの一様な被膜を形成する様に、半田フラックスを直径約０．１２５インチ、及び様々な大きさの滴で塗布することである。本発明の塗布方法により、約０．２ミル〜約５．０ミルの塗布厚さを達成することができる。シリコンチップ３１２を半田付けするＰＣ基盤に滴を塗布する典型的な方法では、フラックス層の厚さは約２．５ミル〜約３．５ミルである。半田球は直径が一般的に約５ミルであるので、基盤３００の表面３０４とチップ３０８の底表面３１２の間に約２ミルの空気間隙が伸びる様に、フラックス層は約２．５ミル及び約３．５ミルに選択する。この間隔の空気間隙で、フラックス支持表面をチップ３０８の底表面３１２に対して配置することにより、半田球３１０とそれらの対応する相互接続部３０２の間の接触が妨害されるのを防止する。
【００６７】
各基盤３０８を半田フラックスの滴で被覆した後、基盤は隣接する下流のチップ配置機械（不図示）への出口コンベヤ３２０の上に移動する。本発明の実施で使用する半田フラックスは、一般的に少量（例えば５重量％以下）の固体を含み、残りがイソプロパノール又は類似のアルコール、ビヒクル、活性剤、界面活性剤及び酸化防止剤であるローソリッドである。半田フラックスの非噴霧塗布は、マスキング又は過剰噴霧がないので、特に有利である。また、アプリケータがＰＣ基盤に接触しないので、ＰＣ基盤が損傷を受けることもない。さらに、この自動化された方式は、先行技術の手動塗布又は他の自動塗布方式よりも速く、品質の良い塗布を行なうことができる。
【００６８】
コンベヤ３１６、３１８及び３２０は、プリント回路基盤３０８及びパレット３１４を分配ヘッド３２の真下で移動させる簡単な一定速度のコンベヤでよい。ＰＣ基盤３０８は分配ヘッド３２の真下に配置されると、それ以上移動せず、分配ヘッド３２がフラックス塗布ルーチンを進行し、ヘッドの移動は好ましくはマイクロプロセッサー制御装置（不図示）により制御される。例えば、分配ヘッドがＰＣ基盤上を、基盤の配置及び塗布すべき半田フラックス被膜の形状に基づいてプログラム化したパターンで移動する様に、分配ヘッド３２を３本までの運動軸Ｘ、Ｙ、Ｚで操作できるロボット上に取り付ける。一般的に、制御装置（不図示）が分配ヘッド３２を静止したＰＣ基盤３０８の上でコンベヤラインに全体的に平行な第１軸（Ｘ）に沿って移動させる。次いで、アクチュエータが分配ヘッド３２をＰＣ基盤３０８の上で第２軸（Ｙ）に沿って横方向に移動させる。Ｚ軸運動により、分配ヘッド３２をプリント回路基盤に対して位置決めすることができる。分配ヘッドが基盤３０８を横切って移動する時の分配ヘッドの速度は高いので、分配操作全体は妥当なＰＣ基盤処理速度（毎時１５００枚を超えるＰＣ基盤）に入り、商業的に許容される速度である。分配ヘッド３２の横方向移動が完了すると、分配ヘッドは第１軸に沿って進行し、分配ヘッドをＰＣ基盤の別の選択された作業経路上で配置する。この工程を、フラックスの滴が基盤の所望の部分の上に分配されるまで続行する。本発明で使用するには、簡単な一定速度コンベヤで十分であるが、ＰＣ基盤をフラックス区域を通して漸進的に供給できるより高度なコンベヤを使用することも本発明の範囲に入る。例えば、分配ヘッドを止めて複数回通し、基盤の選択された表面上に複数列の半田フラックスの滴が分配される様に、ＰＣ基盤及びパレットを漸進的に移動させる。この別の配置では、基盤と分配ヘッドの間の相対的な運動（第１軸に沿った）は、より複雑で高度のコンベヤ機構により与えられるので、分配ヘッドは横方向で（第２軸に沿って）作動させるだけでよい。
【００６９】
図７に示す様に、フラックスの被膜３２６が適切に塗布された後、半田球３１０を含むフリップチップ３０８を図５に示す様に基盤上に載せる。すなわち、ロボットにより操作される機構（不図示）により、チップ３０８をＰＣ基盤３００上に、チップの底表面３１２が基盤の上表面３０４に対して配置され、半田球３１０のそれぞれが基盤３００の上表面３０４上の選択された相互接続部３０２と係合する様に配置する。次いで両者を再流動オーブン（不図示）中で加熱することにより、半田が軟化、流動してチップを基盤に相互接続する。フラックスは半田及びキャリア表面を浄化し、酸化物を除去し、チップと基盤の適切な接続及び導電性を確保する。
【００７０】
フリップチップの使用に関してプリント回路基盤に対する半田フラックス被膜を塗布を説明するが、図８に示す様なスルーホールを有する回路基盤３２８の特定区域にフラックスを選択的に塗布することも、本発明の範囲内に入る。次いで個々のフラックスの滴が互いに流れ、被膜又は被覆３３０を形成する。フラックスは、図８及び９に示す様に、区域Ｂの様な特定区域に塗布することができる。これは、選択されたスルーホールだけが、その中を通って伸びる半田付けすべき電気リード線（不図示）を有するので、有利である。
【００７１】
半田フラックス又は接着剤をプリント回路基盤に塗布することに関して説明したが、フリップチップをＰＣ基盤に取り付ける様な電子部品の製造における、フラックス又は表面実装接着剤のドット又は滴を塗布することも、本発明の範囲内に入る。
【００７２】
分配装置１０の第１の実施態様は少量の液体又は粘性材料を分配するのに効果的であるが、図１３及び１４に示す様な第２の実施態様は、以下に説明する別の改良点を含む。分配装置４００は、標準的な市販の液体又は粘性材料を充填したシリンジ１２から、前に説明したプリント回路基盤の様な基材上に、フラックス又は表面実装接着剤の様な少量の液体又は粘性材料を分配するために使用する。分配装置４００は、穴４０６により入口室４０８に接続された入口４０４を有する分配ハウジング４０２を含む。入口室４０８は、流動通路４１２を形成する流動穴４１０の上に配置されている。流動通路４１２の下側末端４１４の中には、プレスばめ及び半田付けの様な手段により出口区域４１４の中に固定された管状バルブシート機構４１６が配置されている。管状バルブシート機構４１６はその中を通って伸びる流動通路４１８を有し、バルブシート４２０は管状シート機構４１６の閉鎖された下側末端を通って伸びる出口開口部４２２の周りに配置されている。流動通路４１８の入口末端は流動穴４１０の流動通路４１２と流動連絡し、反対側の出口開口部４２２はノズル４２４と流動連絡しており、そのノズルは、分配ハウジング４０２の下側部分を形成する細長い加熱延長部品４２８の下側末端に固定されたノズルキャップ４２６により取り付けられている。
【００７３】
バルブシャフト４３０は、入口室４０８、流動穴４１０を通り、バルブシート機構４１６の流動通路４１８の中に伸びている。バルブシャフト４３０は、バルブシート４２０と密封する様に係合し、出口開口部４２２を閉鎖する下側末端４３２を有する。バルブシャフト４３０の上部は、分配ハウジング４０２上に取り付けた制御機構４３６の中に配置されている。制御機構４３６は、バルブシャフト４３０を往復運動させ、バルブシート４２０と係合させて密封、及び解除する。また本発明により、加熱される延長部品４２８の周りに加熱機構４３８が配置され、取り外し可能に固定されており、以下により詳細に説明する様に、流動通路４１２中の液体又は粘性材料を加熱する。
【００７４】
分配装置ハウジング４０２は、入口４０４を入口室４０８（そこを通してバルブシャフト４３０往復運動する様に受入れられている）に接続する全体的に水平な穴４０６を含む。通常のＵカップスプリングシールの様な密封装置４４０が、シャフト４３０の周りに密封関係で配置され、室４０８の上に配置されており、室４０８を通って流動穴４１０の中に流れる粘性又は液体が、シャフトの周りでも制御機構４３６の中にも漏れない様にしている。図１５に示す様に、バルブシート機構４２０は全体的にカップ形状の物体であり、開いた上端部、閉じた下端部、及びその閉じた下端部を通って伸び、その周囲にバルブシート４４０を有する出口開口部４２２を有する。バルブシャフト４３０の下端には全体的に半球状のヘッド４４４があり、バルブシート４４０に座る様に係合している。全体的に半球状のヘッド４４４を開示しているが、所望により他の形状のバルブヘッドも本発明の範囲内に入る。分配する材料の様々な大きさのドットを形成する様に、球及びシートの大きさを選択する。ノズル機構４２４（図１６参照）は、一般的にねじ付きで黄銅又はステンレス鋼で形成するノズルキャップ４２６、及びノズルキャップ４２６の閉じた末端４５０を通る穴４４８の中に固定した細長いノズル４４６を含む。ノズル４４６は一般的に内径が約０．００４〜約０．０１６インチのチューブで製造する。このチューブはステンレス鋼材料で製造し、その上端４５２がノズルキャップ４２６の内側底表面４５４と同一平面上になる様に穴４４８の中に取り付ける。反対側の末端４５６はノズルキャップ４２６の外側底表面４５８を越えて伸びている。バルブヘッド４４４はノズル４４６の末端４５２から間隔をおいて配置されている。ノズル４４６は穴４４８の中に押し込み、所定の位置に接着、レーザー溶接又はろう付けすることにより穴の中に固定する。ノズルの構築には、上記の様なステンレス鋼チューブが好ましいが、本発明の譲受人であるノードソン コーポレーションから市販されているホットメルトノズル（部品番号２３７２１６）の様な黄銅ホルダーで構築し、ステンレス鋼挿入物を一般的に所定の位置にスウェージ加工した従来のホットメルトノズルで置き換えることも本発明の範囲内である。ノズルホルダー機構４２４は、ノズルキャップ４２６の内側底表面４５４が延長部４２８の底表面４６０に押し付けられる様に、加熱延長部品４２８の末端上に取り付ける。これによって、分配している液体又は粘性材料の加熱延長部品４２８とノズルキャップ４２６の内側底表面４５４の界面における漏れが阻止される。
【００７５】
図１４及び１５に示すように、加熱延長部品４２８の周囲に加熱機構４３８が配置され、複数のねじ（不図示）の様な通常の手段により、そこに固定されている。加熱機構４３８は、上部外側表面４６８と底部外側表面４７０の間に伸びる段差の付いた内側穴４６６を含むヒーターハウジング４６４を含む。横穴４７２がヒーターハウジング４６４の側壁４７４から段差の付いた内側穴４６６に伸びている。加熱素子４７６は段差の付いた内側穴４６６の中に配置され、一般的にアルミニウムの様な熱伝達材料で構築されたスプール４７８、通し穴４８０を有するが、この通し穴は、加熱延長部品４２８の外側表面４８２の上にスライドさせ、取り外しできる様に取り付けられる。サーマルホイル抵抗ヒーター４８４が外側表面４８６の周りに巻き付けてあり、その両側でエポキシ４８８により所定の位置に固定されている。板４９０が横穴４７２の開口部を閉鎖し、通常のバルクヘッド電気コネクタ４９２がその上に取り付けてある。それぞれ２本の２組のワイヤ４９４及び４９６が熱抵抗ヒーター４８４をバルクヘッド電気コネクタ４９２に接続して温度を制御し、熱抵抗ヒーターに給電している。ワイヤケーブル（不図示）が電気コネクタ４９２を第１の実施態様で説明した温度制御装置に接続している。
【００７６】
図２に示す様な本発明の第１の実施態様で提供する加熱素子５０と比較してた場合の加熱素子４６２の構造の重要な特徴は、ノズル機構４２４及び加熱延長部品４２８を清掃目的で取り外す時に、加熱機構４６２を加熱延長部品から容易に分離できることである。取り外しは、ねじ込んだノズル機構４２６を加熱延長部品４２８から外すことにより簡単に達成できる。次いで、一般的に加熱延長部品を通り、分配ハウジングの中に伸びるねじ（不図示）を除去することにより、加熱延長部品を分配ハウジング４０２から外すことができる。次に、第１実施態様では問題となる場合があるヒーター制御装置へのワイヤを引っ張ることなく、加熱機構４６２を加熱延長部品の外側表面４８０からスライドさせて外すことができる。加熱延長部品を溶剤に浸漬し、そこに蓄積していることがある液体又は粘性材料を清掃できる様にするためには、加熱機構４６２を加熱延長部品４２８から除去することが重要である。溶剤は、エポキシを溶解させ、熱抵抗ヒーター４８４を壊すことがあるので、加熱素子４７６に接触してはならない。必要であれば、上表面４６８にある穴４６６の開口部を通してスプール４７８をヒーターハウジング４６４から、取りはずすことができる。スプール４７８は、穴４６６の上端部の周囲に配置されたタブ４９８とスプール４７８の間の僅かな絞りばめにより所定の位置に保持されている。
【００７７】
第１の実施態様の別の変形は、図１４に示す様な、バルブヘッド４３２をバルブシート４２０から間隔をおいた第１位置（不図示）及びバルブシート４２０と係合する第２位置（図１４及び１５に示す）の間で往復運動させるための制御機構に関する。第２位置は、液体又は粘性材料が流動通路４１２中に蓄積し、以下に説明する様に、加熱素子４７６により予め設定された温度に加熱されるので待機位置である。図１４で分かる様に、制御機構４３６はハウジングブロック５００を含む。軸方向に配置された縦穴５０２は、ハウジングブロック５００を通って伸び、分配装置４００を組み立てた時、バルブシャフト４３０の周りに同軸で配置される。バルブシャフト４３０は、穴５０２を通って伸びて上端から段差付き穴室の中に突き出ており、その段差付き穴室の下側穴５０６は中間穴５０８と交差している。その中間穴５０８は、これよりも大きな直径を有する上側穴５１０と交差し、止め表面５１２を形成する。第１実施態様における円筒形密封部品１１８と実質的に等しい円筒形密封部品５１４を有する空気作動式ピストン５１３が支持構造５１６上に取り付けてあり、その穴５１８の中をバルブシャフト４３０が伸び、そこに取り付けてある。ピストン５１３は穴５１０の中で往復運動し、ピストンの下の穴の空気の中で空気室５０７を形成する。ハウジングブロック５００を通り、穴５０２に対して横方向に伸びる空気入口５２０は、加圧空気の供給源（不図示）に接続されている。図１３に示す空気ソレノイド５１５は分配装置４００の正面に取り付けてあり、穴５２０から空気を受け取る。ソレノイド５１５は空気室５０７の中への空気流を制御し、空気ピストン５１３及び第１実施態様の図１に示す空気シールと実質的に等しい空気シール５１４の下の空気流を制御する。シール５２２と等しいシール５２２がバルブシャフト４３０の周りで、穴５０２と中間穴５０８の間の下側穴５０６の中に配置され、バルブシャフト４３０の運動に影響することがある上側穴５１０の中への空気の漏れを阻止している。
【００７８】
スプリングハウジング５２３はハウジングブロック５００の上表面に取り付けてあり、中央穴５２４が形成されている。スプリング保持部５２６はバルブシャフト４３０の上端部上に固定されており、支持構造５１６に押し付けられている。カップ状スプリング調節部品５２８はスプリングハウジング５２２にねじ込んで固定してあり、その中を通る細長い段差付き穴５３０を有する。圧縮スプリング５３２が、スプリング保持部５２６と、穴５３０の異なった直径を有する２つの部分が交差する所に形成された表面５３４の間に伸びている。スプリング調節部品５２８をスプリング保持部５２６により近い位置に、又はそこからより遠い位置にロックできる様に、ロックナット５３６がスプリング調節部品５２８にねじによりねじ込んで固定してある。スプリング５３２の圧縮は、スプリング部品５２８がスプリング保持部５２６に向かって移動すると増加し、これから遠ざかると減少する。
【００７９】
第１実施態様に関して説明した様に、圧縮スプリング５３２によりスプリング保持部５２６に、さらにバルブシャフト４３０を通してバルブヘッド４３２に加えられる閉鎖力は、所望の閉鎖力（一般的に約１３〜約１７ポンド）を与える様に注意深く調節しなければならない。 本発明の別の態様は、上側穴５３０の中に取り付け、設定ねじ５４０の様な通常の手段により所定の位置に固定する通常の微調整装置５３８を含むことである。微調整装置５３８は円筒形の延長部品５４２を有し、その底表面は、通常はバルブシャフト４３０の上端５４６から隔置されている。延長部品５４２の底表面５４４とバルブシャフト４３０の上端の間隔は、流体をノズル機構４２４を通して分配している時、バルブシートから離れたバルブヘッド４３２の位置を制御するのに重要である。
【００８０】
図１４及び１５に示す実施態様の利点をさらに理解するために、以下に図１に示す第１実施態様との違いを取り立てて説明する。液体又は粘性材料（一般的にフラックス又は表面実装接着剤）の加圧シリンジ１２を入口開口部４０４に配置し、液体又は粘性材料を穴４０６の中に押し込み、次いで入口室４０８の中、及びその下の流動通路４１２に流し込み、バルブヘッド４３２がバルブシート４２０に接している間に、管状シート機構４１６内の流動通路４１８を少量の液体又は粘性材料で満たす。加熱延長部品４２８は、黄銅の様な熱伝達性材料で形成されており、加熱延長部品４２８の周りに配置された加熱素子４６２から熱を伝達し、流動通路４１２中の液体又は粘性材料を加熱する。液体又は粘性材料を加熱し制御する温度は、分配装置４００により分配される特定の材料により異なる。代表的な温度範囲の例は前に記載してある。バルブヘッド４３２をバルブシート４２０に対して開閉すると共にシリンジ１２により流体圧力を供給することにより、粘性材料はオリフィスからノズル機構４２４を通り、細い流れとして押し出される。前に詳細に説明した様に、バルブシート４２０を閉鎖するバルブヘッド４３２の衝撃により、流動する材料が急激に減速し、流れが滴に分断される。液体又は粘性材料は、加熱延長部品の金属本体を通る熱の伝導により、流動通路４１２の中及び管状シート機構４１６の中で加熱される。
【００８１】
空気ソレノイドから空気ピストン５１４の下の空気室への加圧により、バルブシャフト４３０及びバルブヘッド４３２がシート３８から後退し、バルブが開く。支持構造５１６によりバルブシャフト４３０に固定された空気ピストンは、圧縮スプリング５３２の力に抗してバルブシートから離れる方向に、微調整装置５３８の底表面とバルブシャフト４３０の上端５４６の間の空間により設定される間隔だけ移動する。微調整により、必要な滴の大きさに応じてこの間隔を正確に制御することができる。
【００８２】
バルブヘッド４３２はバルブシート４２０に対して非常に短い時間で、すなわち約１０００分の２２．６秒間未満、好ましくは約１０００分の１０．３秒間未満、で閉鎖しなければならない。空気ピストン５１４の下の空気室５０４の中にある空気は、排気通路（不図示）を通して空気ソレノイド５１５の中に排気される。同時に、圧縮スプリング５３２がバルブヘッド４３２をバルブシート４２０に座った位置に急速に移動させる。第１実施態様と同様に、バルブヘッド４３２のシート４２０に対する閉鎖の衝撃力がノズル４５６から分配される液体又は粘性材料の流れを分断し、材料の滴を形成する。
【００８３】
分配装置４００の第２実施態様は、少量の液体又は粘性材料を分配するのに効果的に働くが、第２の装置４００の管状シート機構４１６及びノズル機構４２４をさらに改良した。図１７及び１８には、第２装置４００の管状シート機構４１６を置き換えられる改良された管状シート機構６００を示す。図１９、２０、及び２１は、第２装置４００のノズル機構４２４を置き換えられる改良されたノズル機構６０２を示す。
【００８４】
図１７及び１８において、管状シート機構６００は、入口末端６０４、出口末端６０６及び流動通路６０８を形成する段差付き軸方向穴６０７を有する管状部品６０１で構築されている。段差付き軸方向穴６０７は、第１直径を有する上側穴壁６０９及び第１直径よりも小さな第２直径を有する下側穴壁６１０を含む。バルブシート６１２は上側穴壁６０９と下側穴壁６１０が交差する所に配置され、入口末端６０４よりも出口末端６０６の近くに位置している。複数の細長いガイド６１４Ａ、６１４Ｂ、６１４Ｃが管状シート機構６００の第１穴壁６０９と一体形成され、内側方向に流動通路６０８の中に突き出ており、バルブヘッド４４４’が管状シート機構６００の中で往復運動する時にそれを支持する。本願の明細書を通して、プライム付き番号は、同じ、プライム無しの同じ番号により表される構造的要素と実質的に等しい構造的要素を表す。３本の細長いガイド６１４Ａ、６１４Ｂ、６１４Ｃを示しているが、あらゆる形状の異なった数のガイドを使用することも本発明の範囲内に入る。図１９、２０、及び２１には、組み立て、プレスばめ及び半田付けの様な手段により、延長部品４２８’の出口区域４１４’の中に固定した管状シート機構６００を示す。流動通路６０８の入口末端６０４は流動穴４１０’の流動通路４１２’と流動連絡し、反対側の出口開口部６０６は延長部品４２８’の上にねじ込んで固定したノズル機構６０２と流動連絡している。
【００８５】
ノズル機構６０２は、図１９、２０、及び２１に示す様に、内側にねじ山を付け黄銅又はステンレス鋼で形成されたノズルキャップ４２６’を含む。ノズルキャップ４２６’の閉じた末端４５０’を通る穴４４８’の中に細長いノズル６１６が固定されている。ノズル６１６は、細長いオリフィス６２２を有する円筒形のチューブであり、一般的にステンレス鋼材料で構築され、ノズルキャップ４２６’の穴４４８’の中に、ノズルの上端６１８が閉じた末端４５０’の内側底表面４５４’と同一表面上になる様に取り付けてある。ノズル６１６の反対側の下端は、ノズルキャップ４２６’の外側表面４５８’を越えて伸びている。ノズル６１６は穴４４８’の中に押し込み、ノズル６１６の内側表面すなわち細長いオリフィス６２２が損傷を受けない様に、レーザー溶接、接着又はろう付けなどの方法で穴４４８’の中に固定されている。ノズル６１６は、一般的に薄壁チューブで構築され、外径が約０．０１２〜約０．０５０インチであり、長さが約０．０２０〜約０．１００インチである。細長いオリフィスは一般的に直径が約０．００２〜約０．０１６インチである。細長いオリフィス６２２は、長さ対直径の比が約５０対１まで、好ましくは少なくとも約２５対１、最も好ましくは少なくとも約３対１である。ノズル６１６の末端６２０及び末端６２０に開いている細長いオリフィス６２２は、テフロン（登録商標）、シリコーンの様な重合体、又はセラミックを含む低エネルギー表面被覆で被覆してあるのが好ましい。低エネルギー表面被覆は、細長いオリフィスを通る流体を改善し、末端６２０の表面上に粘着する流体の量を減少させる様に機能する。さらに被覆は、ノズルの末端から垂れ下がる材料による濡れを抑え、それによって糸がより小さな直径を有し、より小さな滴を形成する様になる。この効果は、末端６２０を研磨表面仕上げするか、又はノズル６１６を完全にプラスチックで構築することによっても達成できる。ノズル６１６の構築に使用するチューブは、ノズルから分配されている材料が下端６２０に粘着し、ノズルから分配されている材料の流れがノズルの外径に実質的に等しい直径を有する様になるので、薄い壁を有する。
【００８６】
ノズル機構６０２は、ノズルキャップ４２６’の内側底表面４５４’が延長部品４２８’の底表面４６０’に押し付けられる様に取り付ける。これによって、分配されている液体又は粘性材料が延長部品４２８’とノズルキャップ４２６’の内側底表面４５４’の界面から漏れるのを防止する。
【００８７】
再び図１９、２０、及び２１に戻して、バルブシャフト４３０’は、バルブシート機構６００の流動通路６０８の中に伸びている。バルブシャフト４３０’は一端にバルブ４３２’を有し、これがバルブシート６１２と密封係合し、図１８に示すバルブシート機構６００の外側開口部６０６を閉鎖する。バルブシャフト４３０’の上側部分は、前に説明した様に制御機構４３６の中に配置されている。制御機構４３６は、バルブシャフト４３０’を往復運動させ、バルブ４３２’をバルブシート６１２と係合させ、シートから離脱させる。バルブ４３２’は、図１９に示す様なバルブシート６１２から距離「ｄ」離れた第１位置、図２０に示す様な第１位置「ｄ」よりもバルブシート６１２の近くに間隔をおいた第２位置「ｅ」、及び図２１に示す様なバルブシート６１２と係合した第３の位置を有する。第１位置「ｄ」はバルブシート６１２から約０．０５０インチにある。第２位置「ｅ」は、ノズルオリフィス６２２の直径の約３倍未満の距離、好ましくはノズルオリフィス６２２の直径の約１．５倍未満の距離にある。すなわち、第２位置はバルブシート６１２から約０．０３６〜約０．１５０インチ未満、好ましくはバルブシート６１２から約０．００３〜約０．０２４インチ未満である。
【００８８】
改良した管状シート機構６００及び改良したノズル機構６０２を備えた分配装置４００の試験により、分配装置の効果的な運転は、ノズル６１６から分配される粘性材料の流れを効果的に分断し、ドット形成する効果と、流れを複数の断片に分断して衛星を形成、散布、又は噴霧する好ましくない効果との微妙なバランスであると考えられる。試験により、液体又は粘性材料のドットは、実際にはノズル６１６の出口末端６２０から分配される液体又は粘性材料の糸又はカラムとして形成される。バルブ４３２’がシート６１２に対して急速に閉鎖することにより発生した糸に対する力が糸の強度を超えた時に、この糸は分断される。ノズル６１６の出口末端６２０から伸びる液体又は粘性材料の糸が複数の位置で分断する様に、繊維又は破片を形成せずに分断することが重要である。ある種の状況では、糸が一又は二箇所で分断されるが、第２及び／又は第３の断片が第１及び／又は第２断片の直後にあり一つに合併するので、それでも妥当なドットを形成することがある。しかし、この種の挙動は、衛星を形成することがあるので、最少に抑えるべきである。
【００８９】
分配装置４００は、ノズル６１６の上流に送られる液体又は粘性材料の流れに対する圧力を蓄積することにより、ノズル６１６から分配される流れを加速し、次いでバルブ４３２’をシート６１２に対して急速に閉鎖して流れを減速し、その流れを材料の滴に分断する力を発生する。こうして、ノズル中の剪断流動力と、押し出された流れの中の伸長流動力の複雑で動的なバランスが存在する。これらの力が発生する比は、使用可能などの測定技術でも測定不可能である。
【００９０】
ドット分断を解析するために開発した基本的なモデルにより、ドットを分断するための最小値として６００メートル／秒２ が推定される。このモデルは、糸の降伏応力（強度）、及び糸の減速と質量による慣性力の間の簡単なバランスである。このモデルは、純粋に粘性の材料に当てはまる伸長降伏応力は剪断降伏応力の３倍であるという仮定に基づいている。このモデルは下記の仮定を使用して開発されている。
ｄ＝ドットの直径
ｒ＝ドットの半径＝２／ｄ
ｃ＝糸の直径
ｈ＝糸の長さ h(d,c)=4r(d)３/6r(c)２
ρ＝接着剤の密度１ｘgm./cm２
σ＝接着剤の降伏応力＝５００ｘ３Pa（パスカル）
Ｍ＝糸の質量M(d,c)= ρｘπｘr(c)２ ｘh(d,c)
Ｆ（ｃ）＝分断に必要な力＝σｙ ｘπｘｒ（ｃ）２
ａ（ｄ，ｃ）＝力を発生するのに必要な加速
Ｆ（ｃ）／Ｍ（ｄ，ｃ）
解析すべきドットの直径が０．０２０インチである場合、
ｃ＝０．００６インチ
ｈ＝０．０７４インチ
Ｍ（ｄ，ｃ）＝３．４３２ｘ１０−５gm
Ｆ（ｃ）＝２．７３６ｘ１０−５kg m sec−２
ａ（ｄ，ｃ）＝７９７ m/sec２
【００９１】
同様に、上記のパラメータを、ドット直径０．００８〜０．０４０インチの範囲について計算した。その結果を図２２のグラフに示す。
【００９２】
図２３は、より一般的な伸長挙動を示すが、これにより、非常に低い（０．００１ s−１） 伸長速度では、弾性の影響は無視でき、伸長粘度は剪断粘度の３倍であるので、より高い加速が推定される。より高い速度では、伸長強度（繊維破断点における粘度）は３より数倍高い。 必要な加速及び減速する流れを作るには、分配装置を通る複雑な剪断流が必要である。バルブ４３２’は、最初はバルブシート６１２から最も遠い第１位置「ｄ」から下方の第２位置「ｅ」に加速する。この距離により、バルブシャフト４３０’は、大量の材料がノズル６１６から出る前に必要な速度に加速することができる。バルブ４３２’の前進速度は、バルブ４３２’で局所的な高圧を発生するには、少なくとも約５０cm／秒、好ましくは８０cm／秒、最も好ましくは１００cm／秒を超えている必要がある。液体又は粘性の流体は管状部品６０１の入口末端６０４に、すなわち液体又は粘性材料の供給源に向かって、あるいは出口末端６０６に向かって移動することができる。供給源は加圧、すなわち約１０psi の下にあるが、６１２を横切る流動面積よりもはるかに大きな流動面積（バルブシャフト４３０’と流動穴６０７の壁の間の輪状区域）の影響により、大部分すなわち約９０％の材料が供給源に向かって逆流する。例えば、コンピュータによる流体力学シミュレーションは、供給源に向かって逆流する流体の速度は約７０cm／秒であるのに対し、ノズル中の流体の速度は約１０cm／秒である。バルブ４３２’が第２位置、すなわちシートから約１．５〜約３ノズル直径に近付くにつれて、バルブ４３２’とシートの間にある面積はますます狭くなる。この運転段階中、ノズル６１６を通る流体流動の速度は約２０cm／秒に増加し、シート区域における圧力低下は約７０psiである。バルブ４３２’がシート６１２にますます近付くにつれて、バルブとシートの間の流体流動はより制限される。これが、供給源に戻る流体流動の量を約７５％減少させ、ノズル６１６における流量が約２０cm／秒に増加する。バルブ４３２’が第２位置「ｅ」を通ってバルブシート６１２に移動した後、バルブ４３２’とシート６１２の間の流れはほとんど制限され、そのために流動速度が１００cm／秒に近付き、バルブ４３２’とシート６１２の間の圧力低下が約５００ psiになる。この段階で、ノズル６１６中の流れは約３０cm／秒に加速する。この解析では、速度は主としてバルブ４３２’及びバルブアクチュエータ４３０’の幾何学的構造及び速度の関数であり、特定の材料にはほとんど無関係である。圧力低下の評価は選択した流体粘度モデルに直接関係する。これらの評価は、粘度（ポアズ）＝６６１＋３７２５／剪断率であるモデルに基づいている。これは、ドットガンで塗布される多くのエポキシ材料に代表的である。バルブ４３２’がバルブシート６１２に座ると、材料の排出が直ちに停止し、流動通路６０８が閉鎖され、供給源からの材料の流れが阻止される。ノズル６１６中の液体又は粘性材料の流れが直ちに停止する。ノズル６１６の外の液体又は粘性材料の糸が３０cm／秒で移動しており、その一部が０．１ミリ秒間で停止する場合、加速度は６００m/秒２ を超える。これは前に考察した基本的なモデルで記載した３，０００m/秒２ の概算よりはるかに高い。材料が１ms、０．１ms、あるいは０．０１msで停止するという明確な証拠はないが、０．１msは妥当な見積もりであると考えられる。
ドットの加速及び減速、したがってドットに対する力に影響する重要な変数は、下記の通りである。
ａ）流体の密度及びドットの大きさにより設定される形成されるドットの質量、
ｂ）ノズル先端における濡れた面積により設定される形成される流れの直径、
ｃ）バルブの直径、速度及び流体粘度により設定されるバルブにより発生する圧力、
ｄ）オリフィスの長さ及び直径により設定されるノズルオリフィス中の圧力低下、
ｅ）シャフトとハウジングの間の輪状区域の長さ、シャフトの直径、及びハウジングの直径により設定されるバルブから供給源に戻る圧力低下、及び
ｆ）バルブ直径及びシート直径により設定される、バルブ位置により変化するバルブとシートの間の圧力低下。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明が、上記の目的、手段及び利点を満たす液体又は粘性材料の少滴を分配するための装置及び方法を提供していることは明らかである。本発明により、少量又は少滴の液体又は粘性材料を分配するための方法及び装置は、加熱したノズルの細長いオリフィスを通して材料を分配する前に、少量の液体又は粘性材料を先ず加熱することにより達成される。次いでバルブをシートに対して急速に閉鎖し、同時に所望の量の液体又は粘性材料をオリフィスから排出し、バルブのバルブシートに対する閉鎖により材料に加えられるエネルギーにより、オリフィスから材料の滴を分断する。本発明の別の実施態様は、少なくとも２個の滴を同じ所に落下させて組み合わせ、基材上に所望の形状の最終的な滴を形成することにより、ノズルの細長いオリフィスを通して基材上に分配される液体又は粘性材料の滴の数を変化させる方法に関する。本発明の別の実施態様は、ノズルヒーターの温度を設定することにより、滴を分配する基材の表面から上の液体又は粘性材料の１個以上の滴の上表面の高さを変化させる方法に関する。本発明のさらに別の実施態様は、フラックスの滴が一緒に流れ、所望の大きさ及び厚さの一様な被膜を形成する様に、ＰＣ基盤の様な基材の表面上にフラックスの複数の滴を選択的に塗布する方法に関する。本発明のさらに別の実施態様は、分配装置ハウジングにヒーター機構を取りはずしできる様に取り付け、装置の分配部分及びノズルを清掃する時に簡単に取りはずせる様にした分配装置に関する。本発明の別の実施態様は、バルブがバルブシートに対して３つの位置を有する改良されたシート機構、及びノズルが薄壁チューブで構築され、プラスチックで被覆できる改良されたノズル機構に関する。
【００９４】
以上、本発明をその実施態様と組み合わせて説明したが、上記の開示から、当業者には多くの代案、修正及び変形が可能であることは明らかである。したがって、本発明は、その様な代案、修正及び変形をすべて、付随する請求項の精神及び範囲の中に入るものと考える。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出装置を用いて、基材の上に堆積される液体又は粘性材料の滴の大きさを変化させる方法であって、
前記吐出装置は、
貫通して延在し、入口と出口とを有する第一流路を有するバルブ組立体であって、前記第一流路の入口は前記液体又は粘性材料源と流体的に連通するバルブ組立体と、
ノズル入口とノズル出口とを有する第二流路を有するノズルであって、該ノズル入口は前記第一流路の出口と流体的に連通するノズルと、
該第一流路を通して可動なバルブシャフトであって、該バルブシャフトは、該ノズルまで該液体または粘性材料を流す開位置と該ノズルまでの該液体または粘性材料の流れを妨げる閉位置との間を可動なバルブシャフトとを備え、
前記方法は、
該閉位置に向かっての該バルブシャフトの急速な移動により、前記ノズルの第二流路の出口を通って前記液体又は粘性材料の流れを分出する分出工程と、
該バルブシャフトを該閉位置まで移動させることにより、該前記液体又は粘性材料の流れを停止して、該流れを該ノズルから分断して第一の大きさの滴を形成する滴形成工程と、
該分出工程と該滴形成工程とを繰り返して、前記液体又は粘性材料の複数の滴を形成する工程と、
前記複数の滴を前記基材の上に堆積させ、前記複数の滴を互いに落とし、前記基板上の単一の位置でまとめて、第二の大きさの最終滴を形成する工程とを備えることを特徴とする該方法。
【請求項２】
請求項１に記載されている方法であって、前記吐出装置は、該第一流路と流体的に連通する開口を囲んで配置されるバルブシートと、該バルブシート周りに配置されるヒータとを備え、
該方法は、さらに、前記液体又は粘性材料の少量を加熱する工程を含む該方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の該方法であって、
該バルブシャフトを該開位置まで移動し、該第二流路を前記液体又は粘性材料で満たす工程をさらに備え、
前記閉位置に向かっての該バルブシャフトの急速な移動は、前記液体又は粘性材料の大部分を該第一流路の入口に向かって流し、前記液体又は粘性材料のいくらかを該第一流路から第二流路に向かって流し、該ノズルの該第二流路から分出されるべき前記液体又は粘性材料を前記液体又は粘性材料の流れとし、そして前記一流路の入口に向かっての前記液体又は粘性材料の流れを減少させ、前記二流路を通しての前記液体又は粘性材料の流れを増加させることを特徴とする方法。
【請求項１】
吐出装置を用いて、基材の上に堆積される液体又は粘性材料の滴の大きさを変化させる方法であって、
前記吐出装置は、
貫通して延在し、入口と出口とを有する第一流路を有するバルブ組立体であって、前記第一流路の入口は前記液体又は粘性材料源と流体的に連通するバルブ組立体と、
ノズル入口とノズル出口とを有する第二流路を有するノズルであって、該ノズル入口は前記第一流路の出口と流体的に連通するノズルと、
該第一流路を通して可動なバルブシャフトであって、該バルブシャフトは、該ノズルまで該液体または粘性材料を流す開位置と該ノズルまでの該液体または粘性材料の流れを妨げる閉位置との間を可動なバルブシャフトとを備え、
前記方法は、
該閉位置に向かっての該バルブシャフトの急速な移動により、前記ノズルの第二流路の出口を通って前記液体又は粘性材料の流れを分出する分出工程と、
該バルブシャフトを該閉位置まで移動させることにより、該前記液体又は粘性材料の流れを停止して、該流れを該ノズルから分断して第一の大きさの滴を形成する滴形成工程と、
該分出工程と該滴形成工程とを繰り返して、前記液体又は粘性材料の複数の滴を形成する工程と、
前記複数の滴を前記基材の上に堆積させ、前記複数の滴を互いに落とし、前記基板上の単一の位置でまとめて、第二の大きさの最終滴を形成する工程とを備えることを特徴とする該方法。
【請求項２】
請求項１に記載されている方法であって、前記吐出装置は、該第一流路と流体的に連通する開口を囲んで配置されるバルブシートと、該バルブシート周りに配置されるヒータとを備え、
該方法は、さらに、前記液体又は粘性材料の少量を加熱する工程を含む該方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の該方法であって、
該バルブシャフトを該開位置まで移動し、該第二流路を前記液体又は粘性材料で満たす工程をさらに備え、
前記閉位置に向かっての該バルブシャフトの急速な移動は、前記液体又は粘性材料の大部分を該第一流路の入口に向かって流し、前記液体又は粘性材料のいくらかを該第一流路から第二流路に向かって流し、該ノズルの該第二流路から分出されるべき前記液体又は粘性材料を前記液体又は粘性材料の流れとし、そして前記一流路の入口に向かっての前記液体又は粘性材料の流れを減少させ、前記二流路を通しての前記液体又は粘性材料の流れを増加させることを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１０−７５９３０（Ｐ２０１０−７５９３０Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９２５３２（Ｐ２００９−２９２５３２）
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【分割の表示】特願２００４−２２８３４０（Ｐ２００４−２２８３４０）の分割
【原出願日】平成８年１１月１２日（１９９６．１１．１２）
【出願人】（３９１０１９１２０）ノードソン コーポレーション (150)
【氏名又は名称原語表記】ＮＯＲＤＳＯＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【分割の表示】特願２００４−２２８３４０（Ｐ２００４−２２８３４０）の分割
【原出願日】平成８年１１月１２日（１９９６．１１．１２）
【出願人】（３９１０１９１２０）ノードソン コーポレーション (150)
【氏名又は名称原語表記】ＮＯＲＤＳＯＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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