用于将材料沉积于基板上的材料沉积系统和方法.pdf

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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201380031437.5 (22)申请日 2013.04.16 13/448,724 2012.04.17 US B41J 2/04(2006.01) B41J 2/045(2006.01) B05C 5/02(2006.01) B05C 11/10(2006.01) H05K 3/00(2006.01) B05B 15/02(2006.01) (71)申请人伊利诺斯工具制品有限公司 地址美国伊利诺伊州 (72)发明人肯尼斯C.克劳奇 罗伯特W.特蕾西 托马斯J.卡林斯基 斯科特A.里德 (74)专利代理机构上海脱颖律师事务所 312。

2、59 代理人脱颖 (54) 发明名称 用于将材料沉积于基板上的材料沉积系统和 方法 (57) 摘要 用于将材料沉积于电子基板(12)上的材料 沉积系统(10，30)，包括：框架(20，32)；支撑件 (22)，其联接至所述框架并且构造为在沉积操作 期间支撑电子基板(12)；构台(24，38)，其联接至 所述框架(20，33)；以及沉积头，其联接至所述构 台(24，38)。所述沉积头(14，36)借助构台(24， 38)的移动能够在所述支撑件(22)上移动。所述 沉积头(14，36)包括：室(1110)，其构造为保持材 料；致动器(1130)，其构造为将一定体积的材料 推出所述室(1110)；针。

3、(120)，其从所述室(1110) 延伸并且终止于针孔口(130)中；以及至少两个 空气喷嘴(140，150)，它们位于所述针孔口(130) 的相对的两侧。响应于所述致动器(1130)，期望 体积的材料形成在所述针孔口(130)处，并且所 述至少两个空气喷嘴(140，150)中的每个均产生 空气的时控脉冲，以从所述期望体积产生微滴并 且将所述微滴加速到高速率。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.12.15 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2013/036695 2013.04.16 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/158588 E。

4、N 2013.10.24 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书8页 附图6页 (10)申请公布号 CN 104395085 A (43)申请公布日 2015.03.04 CN 104395085 A 1/2页 2 1.一种用于将材料沉积于电子基板上的材料沉积系统，所述材料沉积系统包括： 框架； 支撑件，该支撑件联接至所述框架，所述支撑件构造为在沉积操作期间支撑电子基 板； 构台，该构台联接至所述框架；以及 沉积头，该沉积头联接至所述构台，并且借助所述构台的移动能够在所述支撑件上移 动，所述沉积头包括： 室，该室构造为保持材料。

5、， 致动器，该致动器构造为将一定体积的材料推出所述室， 针，该针从所述室延伸并且终止于针孔口中，以及 至少两个空气喷嘴，它们位于所述针孔口的相对的两侧， 其中，响应于所述致动器，期望体积的材料形成在所述针孔口处，并且 其中，所述至少两个空气喷嘴中的每个空气喷嘴均产生空气的时控脉冲以从所述期望 体积的材料产生微滴并且将所述微滴加速到高速率。 2.根据权利要求1所述的材料沉积系统，该材料沉积系统进一步包括控制系统，该控 制系统用于将来自所述至少两个空气喷嘴的空气的时控脉冲与通过所述致动器在所述针 孔口处形成的所述期望体积的材料进行同步。 3.根据权利要求2所述的材料沉积系统，其中，在所述针孔口处形。

6、成所述期望体积的 材料之前，所述控制系统激发所述至少两个空气喷嘴。 4.根据权利要求3所述的材料沉积系统，其中，在产生所述微滴之后，所述控制系统停 用所述至少两个空气喷嘴。 5.根据权利要求1所述的材料沉积系统，其中，所述材料包括低黏性材料和高黏性材 料。 6.根据权利要求5所述的材料沉积系统，其中，所述微滴等于或者小于所述针孔口。 7.一种用于将材料沉积于电子基板上的方法，所述方法包括： 将电子基板定位在能借助构台移动的沉积头的下方； 将材料供给至所述沉积头的室； 从所述室延伸所述沉积头的针，所述针终止于针孔口中； 用所述沉积头的致动器将一定体积的材料推出所述室以在所述针孔口处形成期望体 积。

7、的材料； 将至少两个空气喷嘴定位在所述针孔口的相对的两侧；以及 产生空气的时控脉冲，以从所述期望体积的材料产生微滴并且将所述微滴加速到高速 率以沉积所述微滴。 8.根据权利要求7述的方法，进一步包括用控制系统将来自所述至少两个空气喷嘴的 空气的时控脉冲与通过所述致动器在所述针孔口处形成的所述期望体积的材料进行同步。 9.根据权利要求8所述的系统，进一步包括在所述针孔口处形成所述期望体积的材料 之前，激发所述至少两个空气喷嘴。 10.根据权利要求9所述的系统，进一步包括在产生所述微滴之后停用所述至少两个 空气喷嘴的步骤。 权 利 要 求 书CN 104395085 A 2/2页 3 11.根据权。

8、利要求7述的方法，其中，所述材料包括低黏性材料和高黏性材料。 12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述微滴等于或者小于所述针孔口。 13.一种用于将材料沉积于电子基板上的材料沉积系统，所述材料沉积系统包括： 框架； 支撑件，其联接至所述框架，所述支撑件构造为在沉积操作期间支撑电子基板； 构台，其联接至所述框架；以及 沉积头，其联接至所述构台，并且借助所述构台的移动能够在所述支撑件上移动，所述 沉积头包括： 室，该室构造为保持材料， 致动器，该致动器构造为将一定体积的材料推出所述室， 针，该针从所述室延伸并且终止于针孔口中，其中，响应于所述致动器，所述期望体积 的材料形成在所述针孔口处，以及。

9、 位于所述针孔口的相对的两侧的装置，该装置用于产生空气的时控脉冲，以从所述期 望体积的材料产生微滴并且将所述微滴加速到高速率。 14.根据权利要求13所述的材料沉积系统，该材料沉积系统进一步包括控制系统，所 述控制系统用于将空气的时控脉冲与通过所述致动器在所述针孔口处形成的所述期望体 积的材料进行同步。 15.根据权利要求14所述的材料沉积系统，其中，在所述针孔口处形成所述期望体积 的材料之前，所述控制系统激发至少两个空气喷嘴。 16.根据权利要求15所述的材料沉积系统，其中，在产生所述微滴之后，所述控制系统 停用所述至少两个空气喷嘴。 17.根据权利要求13所述的材料沉积系统，其中，所述材料。

10、包括低黏性材料和高黏性 材料。 18.根据权利要求17所述的材料沉积系统，其中，所述微滴等于或者小于所述针孔口。 权 利 要 求 书CN 104395085 A 1/8页 4 用于将材料沉积于基板上的材料沉积系统和方法 0001 相关申请 0002 本申请涉及并且要求提交于2011年6月29日、标题为“Pulsed Air-Actuated Micro-Droplet on Demand Ink Jet(脉冲空气致动式微滴按需喷墨机)”、已转让的美国申 请序列号No.13,135,215的美国专利申请的优先权，以及提交于2010年8月25日、标题为 “Pulsed Air-Actuated M。

11、icro-Droplet on Demand Ink Jet(脉冲空气致动式微滴按需喷 墨机)”、已转让的美国申请序列号No.61/376,942的美国临时专利申请的优先权，这两个 美国专利申请由此整体通过引用并入本文用于所有目的。 0003 发明背景 0004 1.发明领域 0005 本发明总体上涉及用于将材料沉积于基板(诸如印刷电路板)上的系统和方法， 尤其涉及用于将以下材料沉积于电子基板上的装置和方法，所述材料诸如为焊膏、环氧树 脂、底部填充材料、胶囊密封材料以及其他组件材料。 0006 2.相关技术讨论 0007 存在若干类型的现有技术分配系统，用来分配可计的液体或者浆料以用于各种应 。

12、用。一种这种应用是将集成电路芯片以及其他电子部件组装在电路板基板(它们有时被称 为电子基板)上。在该应用中，自动化分配系统用来将微液体环氧基树脂或者焊膏或者一 些其他相关材料分配在电路板上。自动化分配系统还用于底部填充材料及胶囊密封材料分 配线，这些材料将部件机械地固定至电路板。底部填充材料及胶囊密封材料用以改善组件 的机械及环境特性。 0008 另一应用是用于将非常小或者微材料分配至电路板。在能够分配微材料的一个 系统中，分配器单元利用具有螺旋形凹槽的旋转螺旋机迫使材料离开喷嘴而进入电路板 上。一种这样的系统公开于马萨诸塞州富兰克林市的Speedingline Technologies公司 。

13、(本发明的受让人的子公司)拥有的标题为“LIQUID DISPENSING SYSTEM WITH SEALING AUGERING SCREW AND METHOD FOR DISPENSING(具有密封螺旋丝杆的液体分配系统以及用 于分配的方法”的美国专利No.5,819,983。 0009 在采用螺旋机型分配器的操作中，在将微材料或者线材料分配至电路板上之前， 将分配器单元朝向电路板的表面降低，并且在分配微材料或者线材料之后提升分配器单 元。使用该类型的分配器，可以以很大的精度放置小的精确的材料。在正向于电路板的方 向上降低和提升分配器单元(通常被称为z轴移动)所需的时间能够有助于执行分。

14、配操作 所需的时间。具体地，利用螺旋机型的分配器，在分配微材料或者线材料之前，降低分配器 单元，使得材料接触或者“湿化”电路板。湿化处理有助于执行分配操作的额外时间。 0010 在自动化分配器领域众所周知，朝向电路板发射或者喷射微黏性材料。在这种喷 射器型的系统中，极小的且离散的黏性材料以足够的惯性从喷嘴射出以使得材料在接触电 路板之前能够与喷嘴分离。如上所述，使用螺旋机型应用或者其他现有传统的分配系统， 在从喷嘴释放微材料之前需要用微材料湿化电路板。当射出时，微材料可以沉积在基板上 而不湿化为离散微材料的图案，或者可替换地，微材料可以放置得彼此充分靠近以使它们 说 明 书CN 1043950。

15、85 A 2/8页 5 合并成或多或少的连续图案。一种这样的喷射机型系统公开于位于伊利诺伊州格伦维尤的 Illinois Tool Works公司(本发明的受让人)拥有的标题为“METHOD AND APPARATUS FOR DISPENSING A VISCOUS MATERIAL 0N A SUBSTRATE(用于将黏性材料分配到基板上的方法 和装置)”的美国专利No.7,980,197中。 0011 在微喷技术领域中，喷墨打印机传统地使用一个或多个喷墨头来精确地投射墨滴 到打印介质(诸如纸)上以生成文字、图形图像或者其他标记。墨滴从每个头中的微小的 外部孔口投射到打印介质以便在打印介质。

16、上形成文字、图形图像或者其他标记。合适的控 制系统使墨滴的生成同步。重要的是，墨滴是大致均匀的尺寸，还重要的是，墨滴均匀地施 加在打印介质上使得打印不会失真。尤其当将材料沉积于电子基板上时，还重要的是，墨滴 精确地施加在电子基板上。 0012 现有的喷射技术，无论是热感式喷射或者压电式喷射，仅能够喷射具有低黏性液 体(通常为2至15厘泊)(诸如水基墨水)的微滴，并且仅用于短打印距离。因而，传统喷 墨系统不能特定地适用于分配上述更高黏性的材料。在这种现有喷墨技术中，压力脉冲以 足够压力施加至流体室以克服表面张力，从而从喷墨喷嘴形成并且喷射出流体滴。但是，对 于根据按需滴定要求喷射更高黏性的液体(。

17、大于100厘泊)来说，不存在已知的喷射方法。 0013 在一种基本类型的喷墨头中，墨滴按需产生，例如公开于标题为“APPARATUS FOR APPLYING LIQUID DROPLETS TO A SURFACE BY USING A HIGH SPEED LAMINAR AIR FLOW TO ACCELERATE THE SAME(用于通过使用高速层压式空气流将液滴施加至表面以加速液滴 的装置)”的美国专利No.4,106,032的那样，其整个公开通过引用并入本文。在这种按需 滴定式喷墨头中，响应于从施加至压电晶体的电脉冲所生成的压力波，喷墨头中的墨水室 内的墨水流动通过墨水室壁中的墨。

18、水通道，并且在位于墨水室壁的外表面处的内部滴形成 出口孔处形成墨滴。墨滴从滴形成出口孔穿过空气室而朝向喷墨头的外部主孔口，从而引 导至打印介质。处于压力下的连续空气被输送至空气室，并且推动墨滴通过空气室到达打 印介质。 0014 但是，这种现有技术的按需滴定喷墨头有许多劣势、缺陷和/或限制，例如在标题 为“AIR ASSISTED INK JET HEAD WITH PROJECTING INTERNAL INK DROP-FORMING ORIFICE OUTLET(具有投射内部墨滴形成出口孔的空气辅助式喷墨头)”的美国专利No.4,613,875 以及标题为“AIR ASSISTED IN。

19、K JET HEAD WITH SINGLE COMPARTMENT INK CHAMBER(具有 单舱墨水室的空气辅助式喷墨头)”的美国专利No.4,728,969中所讨论的，这些专利的整 个公开通过引用并入本文。为了尝试改进这种现有技术的按需滴定喷墨头，墨水室具有墨 滴形成出口孔，响应于由压电晶体引起的压力波，墨滴从该出口孔生成。该内部出口孔在朝 向外部孔口延伸的投射结构中居中。投射结构是截锥状的或者台面状的形状。如此处说明 的，流过突起的顶部(出口孔)的空气防止墨水湿化除了突起的顶部之外的其他地方，从而 导致极均匀的墨滴形成，其中单个均匀的微材料响应于每个压力波产生在打印介质上。 001。

20、5 现有微喷射技术，无论是否是压电式喷射，正向移位或时间压力对微滴尺寸和用 于适合喷射流体的流体黏度范围都有内在的限制，因此不曾成功结合在分配器以及用于将 这种黏性材料施加于电子基板上的系统中。 发明内容 说 明 书CN 104395085 A 3/8页 6 0016 本发明的一个方案针对用于将材料沉积于电子基板上的材料沉积系统。在一个实 施例中，所述材料沉积系统包括：框架；支撑件，该支撑件联接至所述框架并且构造为在沉 积操作期间支撑电子基板；构台，该构台联接至所述框架；以及沉积头，该沉积头联接至所 述构台。所述沉积头借助所述构台的移动能够在所述支撑件上移动。所述沉积头包括：室， 该室构造为保。

21、持材料；致动器，该致动器构造为将一定体积的材料推出所述室；针，该针从 所述室延伸并且终止于针孔口中；以及至少两个空气喷嘴，它们位于所述针孔口的相对的 两侧。所述期望体积的材料响应于所述致动器形成在所述针孔口处，并且所述至少两个空 气喷嘴中的每个空气喷嘴均产生空气的时控脉冲，以从所述期望体积产生微滴并且将所述 微滴加速到高速率。 0017 所述材料沉积系统的实施例进一步可以包括控制系统，所述控制系统用于将来自 所述至少两个空气喷嘴的空气的时控脉冲与借助所述致动器在所述针孔口处形成的期望 体积的材料进行同步。在所述针孔口处形成期望体积的材料之前，所述控制系统激发所述 至少两个空气喷嘴。在产生所述微。

22、滴之后，所述控制系统停用所述至少两个空气喷嘴。所 述材料可以包括低黏性材料和高黏性材料。所述微滴可以等于或者小于所述针孔口。 0018 本发明的另一方案针对用于将材料沉积于电子基板上的方法。在一个实施例中， 所述方法包括：将电子基板定位在能够借助构台移动的沉积头的下方；将材料供给至所述 沉积头的室；从所述室延伸所述沉积头的针，所述针终止于针孔口中；用所述沉积头的致 动器将一定体积的材料推出所述室以在所述针孔口处形成期望体积的材料；将至少两个空 气喷嘴定位在所述针孔口的相对的两侧；以及产生空气的时控脉冲，以从所述期望体积创 建微滴并且将所述微滴加速到高速率以沉积所述微滴。 0019 所述方法的实。

23、施例进一步可以包括用控制系统将来自所述至少两个空气喷嘴的 空气的时控脉冲与借助所述致动器在所述针孔口处形成的期望体积的材料进行同步。所述 方法进一步可以包括在所述针孔口处形成期望体积的材料之前，激发所述至少两个空气喷 嘴。所述方法进一步可以包括在产生所述微滴之后停用所述至少两个空气喷嘴的步骤。所 述材料可以包括低黏性材料和高黏性材料。所述微滴可以等于或者小于所述针孔口。 0020 本发明的进一步方案针对用于将材料沉积于电子基板上的材料沉积系统。在一个 实施例中，所述材料沉积系统包括：框架；支撑件，其联接至所述框架并且构造为在沉积操 作期间支撑电子基板；构台，其联接至所述框架；以及沉积头，其联接。

24、至所述构台。所述沉 积头借助所述构台的移动能够在所述支撑件上移动。所述沉积头包括：室，其构造为保持材 料；致动器，其构造将一定体积的材料推出所述室；针，其从所述室延伸并且终止于针孔口 中；以及位于所述针孔口的相对的两侧的装置，其用于产生空气的时控脉冲，以从所述期望 体积的材料产生微滴并且将所述微滴加速到高速率。 0021 所述材料沉积系统的实施例进一步可以包括控制系统，所述控制系统用于将空气 的时控脉冲与借助所述致动器在所述针孔口处形成的期望体积的材料进行同步。在所述针 孔口处形成期望体积的材料之前，所述控制系统激发至少两个空气喷嘴。在产生所述微滴 之后，所述控制系统停用所述至少两个空气喷嘴。。

25、所述材料可以包括低黏性材料和高黏性 材料。所述微滴可以等于或者小于所述针孔口。 附图说明 说 明 书CN 104395085 A 4/8页 7 0022 附图不旨在按比例绘出。在附图中，各图中的每个相同或者基本相同的部件用相 同的附图标记表示。为了清楚的目的，在每个图中并不标出所有部件。在附图中： 0023 图1是材料沉积或者施加系统的侧视示意图； 0024 图2是本发明实施例的示范材料沉积系统的立体图，其包含构台系统以及材料沉 积头； 0025 图3A、3B、3C和3D是通过本发明的方法和系统形成微滴的示意图； 0026 图4是从墨水室伸出的针以及用于在针的出口孔处暴露期望的墨的致动器的示 。

26、范实施例的示意图； 0027 图5A是示出本发明的实施例的针的立体图； 0028 图5B是上述针的俯视图； 0029 图5C是上述针的侧视图； 0030 图5D是沿着图5B的线5D-5D截取的截面图；以及 0031 图5E是沿着图5B的线5E-5E截取的截面图。 具体实施方式 0032 仅为了示意目的而不是限制一般性，现在将参考附图详细描述本发明。本发明并 不将其应用限制为以下说明书所阐述的或附图中图示的构造和布置的细节。本发明所阐述 的原理能够用于其他实施例，并且能够付诸实践或以各种方式实施。而且，此处使用的措词 以及术语用于说明的目的，不应被视为限制。使用“包括”、“包括有”、“具有”、“。

27、包含”、“涉 及”及其变型意味着包括其后列出的项目和其等同结构以及额外项目。 0033 本发明的各种实施例针对材料沉积或者施加系统、包括这种材料沉积系统的设备 以及沉积材料的方法。具体地，本发明的实施例针对用来将材料(诸如半黏性以及黏性材 料)分配于电子基板(诸如印刷电路板)上的分配器。这种材料包括但不限于焊膏、环氧 基树脂、底部填充材料及胶囊密封材料，它们都使用在印刷电路板的制造过程中。还可以使 用其他较低黏性的材料，诸如导电墨。 0034 图1示意地图示了根据本发明的一个实施例的材料沉积系统，诸如分配器，总体 表示为10。材料沉积系统10用来将黏性材料(例如，大于100厘泊的材料)沉积于电。

28、子基 板12(诸如印刷电路板或者半导体晶片)上。电子基板12进一步可以包括其他基板，诸如 太阳能电池。材料沉积系统10还可以用于将诸如导电墨的其他较低黏性的材料(半黏性 材料)沉积于电子基板12上。材料沉积系统10可以另选地用于其他应用，诸如用于施加 汽车衬垫材料或者用于特定医疗应用。应该理解的是，如在本文使用的，对较低黏性、半黏 性或者黏性材料的引用是示范性的，并且除非另有规定旨在不进行限制。 0035 材料沉积系统10包括：沉积单元或者沉积头，有时称为分配单元，其总体表示为 14；以及控制器18，该控制器用于控制材料沉积系统的操作。虽然示出了单个沉积头，但应 该理解的是，可以设置两个或多个。

29、沉积头。材料沉积系统10还包括：框架20，该框架20具 有用于支撑基板12的基座22；以及构台系统24，该构台系统24可移动地联接至框架20用 于支撑及移动沉积头14。沉积头14和构台系统24联接至控制器18，并且在控制器的指导 下操作。传送器系统(未示出)或者其他传递机构(诸如，步进梁)可以使用在材料沉积 系统10中以控制将电路板加载至材料沉积系统以及从材料沉积系统卸载电路板。使用在 说 明 书CN 104395085 A 5/8页 8 控制器18控制下的电动机，构台系统24能够移动以将沉积单元14定位在电路板上的预定 部位。 0036 材料沉积系统10可以可选地包括显示单元26，显示单元2。

30、6连接至控制器18用于 向用户显示各种信息。在另一实施例中，可以存在可选的用于控制沉积单元的第二控制器。 材料沉积系统10进一步包括当清洁针时的收集杯28，在下面将对其更详细描述。如示出 的，收集杯28放置在移动滑件30上，滑件30可相对于框架20移动。 0037 参考图2，示范材料沉积系统总体表示为30，其可以由马萨诸塞州富兰克林市的 Speedline Technologies公司提供的分配器平台构成。材料沉积系统30包 括：框架32，该框架32支撑材料沉积系统的部件，这些部件包括但不限于位于材料沉积系 统的舱34中的控制器(诸如控制器18)；以及总体表示为36的沉积头或者分配头，沉积头 。

31、或者分配头用于沉积低黏性材料(例如，小于50厘泊)、半黏性材料(例如，50-100厘泊)、 黏性材料(例如，100-1000厘泊)和/或高黏性材料(例如，大于1000厘泊)。沉积头36 可以在控制器18的控制下沿着构台系统(总体表示为38)的正交轴线移动以允许将材料 分配在电路板上，电路板诸如为以上提到的基板12，可以有时称为电子基板或者电路板。盖 40示出为处于打开位置以显示材料沉积系统30的内部部件，内部部件包括沉积头36和构 台系统38。 0038 供应至材料沉积系统30的电路板(诸如基板12)通常具有垫图案或其他图案，该 图案通常供材料沉积的导电表面区域。材料沉积系统30还包括传送器系。

32、统(未示出)，该 传送器系统能够通过沿着材料沉积系统的每侧设置的开口42进入，以沿x轴方向将电路板 传输至材料沉积系统中的沉积位置。在一些实施方案中，材料沉积系统30具有总体表示为 44的周站组件，当电路板处于沉积头36下方的沉积位置时，周站组件定位成邻近电路板。 当由材料沉积系统30的控制器引导时，传送器系统将电路板供给至沉积头36下方并邻近 周站组件44的部位。一旦到达沉积头36下方的位置，电路板就处于用于制造操作(例如， 沉积操作)的适当位置。 0039 材料沉积系统30进一步包括视觉检查系统，视觉检查系统总体上表示为46并且 构造为对准电路板并且检查沉积在电路板上的材料。为了将材料成功。

33、地沉积在电路板上， 经由控制器18将电路板和沉积头36对准。对准是通过基于来自视觉检查系统46的读数移 动沉积头36和/或电路板而实现的。当沉积头36和电路板正确地对准时，操纵沉积头以 执行沉积操作。在沉积操作之后，可以执行依靠视觉检查系统46进行电路板的可选检查， 以确保已经沉积了适当的材料并且材料已经沉积在电路板上的适当部位处。视觉检查系统 46能够使用电路板上的基准、芯片、板孔、芯片边缘或者其他可识别的图案以确定适当的对 准。在检查了电路板之后，控制器使用传送器系统控制电路板移动至下一部位，在该部位可 以执行板组装处理中的下一操作，下一操作例如是：可以将电部件放置在电路板上，或者可 以将。

34、沉积在板上的材料固化。 0040 在一些实施例中，材料沉积系统30可以如下操作。可以使用传送器系统将电路板 加载入材料沉积系统30中的沉积位置。通过使用视觉检查系统46将电路板对准沉积头 36。然后可以通过控制器启动沉积头36以执行沉积操作，在该沉积操作中，将材料沉积在 电路板上的精确部位。一旦沉积头36已经执行沉积操作，则可以通过传送器系统从材料沉 积系统30传输电路板，使得可以将随后的第二电路板加载入材料沉积系统中。 说 明 书CN 104395085 A 6/8页 9 0041 参考图3A至3D，图3A图示了沉积头，该沉积头实现为本发明的喷墨系统110的喷 墨头。虽然此处使用“墨水”以及。

35、“喷墨”来描述喷墨系统110，但是应该理解的是，“墨水” 以及“喷墨”不应限制系统以及由系统所沉积的材料。如图3A所示，在针的出口孔处且在 来自空气喷嘴的空气的时控脉冲开始时，沉积头具有材料的期望体积的初始形成物。图3B 图示了通过来自空气喷嘴的脉冲空气初始形成微滴。图3C图示了微滴从墨水的供给源和 针的出口孔脱离，以及微滴朝向打印介质的加速。图3D图示了离开喷墨头的外孔口的完成 的微滴，以及空气的时控脉冲的结束。 0042 因此，图3A至3D示意地图示了本发明的系统110的示例性喷墨头的墨滴形成部 的截面图。如能够看见的，针120的端部终止于出口孔130。第一空气喷嘴140和第二空气 喷嘴1。

36、50定位在出口孔30的相对的两侧，用于引导出口孔130处的空气的时控脉冲。示例 性喷墨头的外孔口160定位在针120的出口孔130下方。外孔口160轴向对准针120以及 其出口孔130。 0043 现在转到图3A，通过合适的致动器，在针120的出口孔130处形成墨水180的期望 体积170的初始形成物，致动器诸如是压电晶体、活塞或者任何其他合适的能够将墨水从 墨水室脉冲进入并通过针120中并且通过该针120的致动器。致动器力不需要足以从针出 口完全喷射滴。期望体积170图示为从针120的出口孔130延伸出的墨水的大致半球形突 起。在形成期望体积170之前或同时，将第一空气喷嘴140和第二空气喷。

37、嘴150一齐激发 用于以期望体积170输送空气的时控脉冲。 0044 结果，来自空气喷嘴140和150的脉冲空气的力挤压期望体积170，如图3B所示 的，直到期望体积170从针120中的剩余墨水180脱离，如图3C所示的，因而产生了微滴 170a。如图3C所示的，来自空气喷嘴140和150的脉冲空气的力继续加速微滴170a离开 外孔口160并且朝向打印介质。 0045 一旦形成了微滴170a并且将其推出外孔口160，则停用空气喷嘴140和150，如图 3D所示的。通过使用上述方法利用空气的时控脉冲来产生和加速微滴170a，能够产生小于 出口孔130的直径的微滴并且以足够高的速率将微滴加速以用于。

38、适当喷射且以较长打印 距离喷射。这甚至对于高黏性液体也是适用的。在图3D中所示的时间结束空气的时控脉 冲确保了微滴170a在其以高速率行进到打印介质时将维持其完整性。连续高速率空气流 将剪切墨滴，产生拖曳墨滴的长墨水“尾迹”，或者以其他方式不利地影响墨滴的完整性并 且导致不适当地或以其他方式有缺陷地施加至打印介质。 0046 现在参考图4，图示了所公开的方法和系统的示例性实施例。活塞壳体1100示出 为具有墨水室1110，墨水室1110终止于直径为D o 的活塞壳体孔口1120中。针120适当地 附接至活塞壳体孔口1120。针120与活塞壳体孔口D o 具有相同或者大致相同的直径。针 120还。

39、限定了长度或者液体长度S o 。活塞1130操作定位在活塞壳体1100的内部并且能够 在其中移动活塞行程距离S p 。活塞1130具有活塞直径D p 。应该理解的是，活塞1130经由 合适的活塞控制系统移动，该活塞控制系统根据需要致动活塞1130，其中，活塞1130行进 了活塞行程距离S p 以推动期望体积的墨水离开墨水室1110、进入及通过针120并离开针出 口孔130，如图3A所示的。 0047 尽管图4中的致动器示出为活塞1130，但是应该理解的是，任何合适的致动器都 可以用来推动期望体积的墨水离开针120，如图3A所示。例如，可以硬用压电晶体代替活 说 明 书CN 104395085 。

40、A 7/8页 10 塞。 0048 多种因素影响墨滴的尺寸(即，滴直径)和将墨滴喷射到打印介质。这些因素包 括加速时间 t 、孔口面积A o 、活塞面积A p 、活塞加速度a p 、孔口直径D o 、活塞直径D p 、活塞上 的力F p 、活塞质M p 、液柱长度S o 、活塞行程S p 、平均液体速率U o 、孔口处的液体最终速率U o，f 、 孔口处的液体初始速率U o，i 、平均活塞速率U p 、活塞最终速率U p，f 、活塞初始速率U p，i 、液体密 度以及表面张力。根据当前公开的方法和系统，已经确定的是，墨滴的尺寸或者更具 体地滴的直径D d 能够使用以下方程式计算： 0049 D。

41、 d (6 M p D o 3 ) 1/3 (6 M p S p D o ) 1/3 0050 F p D p 2 F p S o 0051 因而可见的是，滴体积与表面张力和液体密度之比成正比。滴体积与加速度成反 比。滴体积与孔口直径的立方根或D o3 与活塞直径的平方根或D p2 之比成正比。还可见的 是，较高的加速度产生较小的滴体积。为了获得较高的加速度，通常需要较长的行程长度， 否则必须供给大的能。但是，较长的行程会生成较大的滴体积。为了获得小的滴体积，必须 使用短行程，但是这样通常就不能获得高的加速度。但是，本方法和系统能够使用短行程来 产生小的滴体积，同时实现高的滴速率。 0052 。

42、在当前公开的方法和系统中，仅微小体积的墨水需要存在于针出口孔处，并且来 自空气喷嘴的空气的时控脉冲用于提取该微小体积。来自空气喷嘴的空气的时控脉冲能够 将滴加速到高达340m/s(声速)。因此，来自空气喷嘴的空气的时控脉冲供给从高黏性液体 提取微滴并且将它们加速到高速率所需的能。空气的时控脉冲还保持孔口清洁，保持滴在 其行进至打印介质时是直的，并且增加额外的脱附力。 0053 作为例子，图4所示的实施例用于喷射30W的马达油的微滴。在该例子中，孔口直 径D o 是152m，活塞直径D p 是850m。在使用的活塞行程S p 是100m时，来自空气喷嘴 的空气的时控脉冲产生微滴并且以高速率加速微。

43、滴，微滴具有的直径D d 小于孔口直径D o 。 尽管以上描述的尺寸是示范方法和系统的操作的示意，但是应该理解的是，可以对这些尺 寸进行与此处的教导不同的各种修改。 0054 尽管前述讨论以示范方式提出了关于公开的用于高黏性液体的按需脉冲空气致 动的高速微滴的方法和系统的教导，但是对本领域的技术人员来说很明显的是，该教导可 以应用于任何类型的产生以及施加液滴至基板(例如，喷涂、锡焊、打印等)的设备。此外， 尽管前述已经描述了最佳模式和/或其他例子，但是应理解的是，可以对其进行各种修改， 此处公开的主题可以实施为各种形式以及例子，该教导可以应用于数个应用，此处仅描述 了其中的一些应用。 0055。

44、 在一个例子中，参考图5A至5E，喷嘴或者针总体表示为2000。如示出的，在图示 于图5A和5B的一个实施例中，针2000包括三个部分，这三个部分相配在一起时形成围绕 流体分配针孔口沿周向离开的多个空气通路。该通路迫使空气平行于喷射出的流体流而均 匀地流动。随着空气流过其中，该通路的开口面积均匀地降低，从而显著增加其速率。该高 速流动引起通过表面张力附接至针孔口外部的任何液体脱附针外部并且被空气流带走。 0056 图5C示出了针的三个部分，并且包括：流体分配针2010；底座2020，其与流体泵 送设备相配以形成用于液体及空气辅助通路的壳体，从而保持流动分离并且将空气辅助流 的方向定形为与流体流。

45、平行且同心的流动；以及喷嘴2030，其迫使流动同心于所分配的液 说 明 书CN 104395085 A 10 8/8页 11 体流，还形成用于稳定及包含空气辅助流的通路。 0057 图5D图示了空气辅助入口端口2040，其围绕空气辅助流动方向端口周向地分布 空气流以均匀化流动。空气辅助流同心于分配针2010而离开，针的锯齿面2050用作进一 步定形空气流并且引导任何溅落液体离开针排放尖端。 0058 图5E图示了流体入口端口2080、分配针出口端口2090以及空气辅助流动方向端 口中的一个2070。 0059 该布置使得流过方向控制通路且围绕分配针出口离开的空气辅助空气产生“文丘 里效应”，这。

46、在分配针的最尖端产生负压并且抽出可能留在该尖端的任何残留流体。该流体 被空气辅助流带走，并且能够被收集在废物容器杯中用于处理。 0060 进一步公开了用于清洁材料沉积系统(诸如分配器)的针或者喷嘴的方法。该方 法包括用材料沉积系统(诸如系统10或者30)执行沉积操作，材料沉积系统构造为：将电 子基板定位在通过构台可移动的沉积头下方；将材料供给至沉积头的室；从该室延伸沉积 头的活塞；以及通过沉积头的致动器推动一定体积的材料离开室以在针孔口处形成沉积在 电子基板上的期望体积的材料。该方法进一步包括用引导到针孔口的空气来清洁针孔口。 清洁针孔口的步骤可以是在沉积操作之前或者之后进行。清洁步骤包括：将。

47、两个或多个空 气喷嘴定位在针孔口的相对的两侧；以及产生引导至针孔口的空气脉冲。在特定实施例中， 控制系统被同步以从两个空气喷嘴产生空气的时控脉冲以清洁针孔口。在另一实施例中， 该方法进一步包括当清洁针时将沉积头定位在收集杯上方。收集杯放置在移动滑件上以移 动或者定位收集杯于沉积头下方。 0061 因而，应该观察到的是，本发明实施例的分配头利用空气作为致动能以帮助从分 配头释放滴。小设备装配得紧靠喷嘴出口并且与其同心以产生剪切力来使滴脱附喷嘴的表 面。该设备构造为引起空气在流体的出口点处或附近冲击喷嘴，并且围绕喷嘴几何上平衡 以避免任何偏差或者力，偏差或者力会引起滴在行进至分配表面期间偏离其期望。

48、路径。空 气辅助效应能够通过改变所施加的压力而变化，还能够实施为脉冲模式以进一步打断滴和 喷嘴之间的表面张力。如果施加为脉冲模式，时间上非常重要的是脉冲和持续时间，以确保 有效的脱附并且利用离开设备的残余空气流来辅助于朝向目标承载滴。 0062 在特定实施例中，垂直于滴方向的时控脉冲允许显著减小滴尺寸。在一个实施例 中，在滴被喷射出之前不应过早启动空气辅助，否则所产生的湍流会干涉小滴的射出。此 外，空气辅助不应太晚施加，否则可能不发生期望释放并且滴将不离开喷嘴。空气的脉冲可 以足够短，使得将不存在残余压力来干涉随后滴的射出。 0063 本发明的教导可以应用于任何类型的分配系统(包括具有喷嘴型分。

49、配头的分配 系统)以将材料喷射至电子基板。 0064 如此已经描述了本发明至少一个实施例的若干方案，应理解的是，本领域的技术 人员容易想到各种变化、修改以及改进。这种变化、修改以及改进旨在是本发明的一部分， 并且旨在落入本发明的精神和范围内。因此，前述说明书以及附图仅是例子。 0065 权利要求如下： 说 明 书CN 104395085 A 11 1/6页 12 图1 说 明 书 附 图CN 104395085 A 12 2/6页 13 图2 说 明 书 附 图CN 104395085 A 13 3/6页 14 图3A 图3B 图3C 说 明 书 附 图CN 104395085 A 14 4/6页 15 图3D 说 明 书 附 图CN 104395085 A 15 5/6页 16 图4 图5A 说 明 书 附 图CN 104395085 A 16 6/6页 17 图5B 图5C 图5D 图5E 说 明 书 附 图CN 104395085 A 17 。