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Dokumentenidentifikation DE69715741T2 10.07.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0819473
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Auftragen eines flüssigen Beschichtungsmittels in atomisierter oder nichtatomisierter Form mittels einer einzigen Düse
Anmelder Nordson Corp., Westlake, Ohio, US
Erfinder Hogan, Patrick Thomas, Lorain, US;
Selestak, David M., Avon, US;
Zakrajsek, Richard, Lorain, US;
Donges, William E., Wellington, US;
Havlik, Chris, Elyria, US;
Harrell, Greg, Clyde, US;
Omilion, Zygmunt Carl, Parma, US;
Fox, Kevin, Avon Lake, US
Vertreter Eisenführ, Speiser & Partner, 28195 Bremen
DE-Aktenzeichen 69715741
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 16.07.1997
EP-Aktenzeichen 973053119
EP-Offenlegungsdatum 21.01.1998
EP date of grant 25.09.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.07.2003
IPC-Hauptklasse B05B 7/08
IPC-Nebenklasse B05C 5/02   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft das Auftragen einer Flüssigkeit auf ein Substrat entweder als zerstäubtes oder nicht zerstäubtes Sprühmuster. Insbesondere betrifft die Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum selektiven Auftragen eines Beschichtungsmateriales auf gewünschte Bereiche eines Substrates, wie zum Beispiel einer Leiterplatte, während der. Auftrag von Beschichtungs-material auf Bereiche, die unbeschichtet bleiben sollen, vermieden wird.

Typischerweise werden Leiterplatten, die Schutz gegen Feuchtigkeit, elektrischen Streuverlust und Staub benötigen, mit feuchtigkeitsdichten Isolierschichten beschichtet, die als konforme Schichten bekannt sind, wie zum Beispiel in einem flüchtigen Lösungsmittel gelöste Acryl-, Polyurethan-, Silikon- oder Epoxidkunstharze. Beim Auftragen auf saubere Leiterplatten wird, wenn sich das Lösungsmittel verflüchtigt, eine isolierende Harzschicht gleichmäßiger Dicke und ohne Gasbläschen gebildet.

Das Sprühen ist das am meisten verbreitete, in der Massenproduktion angewandte Isolierbeschichtungsverfahren. Das Sprühen kann entweder in das Luftsprühen, bei dem ein Luftstrom auf den Strom des flüssigen Beschichtungsmateriales auftrifft, nachdem dieser die Sprühdüse verlassen hat, um ein zerstäubtes Sprühmuster zu bilden, oder luftloses Sprühen kategorisiert werden, bei dem das Beschichtungsmaterial als ein nicht zerstäubtes Sprühmuster ausgegeben wird, wie es im US-Patent Nr. 5,294,459 offenbart ist, das auf die Nordson Corporation übertragen wurde.

Beim luftlosen Sprühen eines konformen Beschichtungsmateriales, wie es in dem Patent 5,294,459 beschrieben ist, wird das Beschichtungsmaterial als ein flaches, nicht zerstäubtes Muster auf eine Leiterplatte gespritzt. Zwischen der Düse und der Leiterplatte wird eine relative Bewegung in eine Richtung quer zur Ebene des aus der Düse ausgetragenen, flachen Musters bewirkt. Die Zuführung von Beschichtungsmaterial zur Düse wird intermittierend unterbrochen, um ein Auftrag von flüssigem Beschichtungsmaterial auf Bereiche der Leiterplatte und/oder Schaltungskomponenten zu verhindern, die unbeschichtet bleiben sollen.

Während das Luftsprühen, bei dem ein Luftstrom auf den Strom des flüssigen Beschichtungsmateriales auftrifft, um das Material nach dem Verlassen der Sprühdüse zu zerstäuben, wie es in dem Patent 5,294,459 offenbart ist, sich als ein effektives Mittel zum Aufbringen des Materiales auf ein Substrat bestätigt hat, gibt es immer noch etwas Übersprühung, die die Herstellungskosten der Leiterplatten erhöht. Sogar beim luftlosen Sprühen bewirkt der Abstand der Düse zur Leiterplatte manchmal das Beschichten von Bereichen mit Beschichtungsmaterial, die unbeschichtet bleiben sollen.

Die WO 91/12088 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ablenken eines Flüssigkeitsstromes während des Ausgebens, bei dem Luft aus mehreren Ausblasöffnungen geführt wird. Der Flüssigkeitsstrom kann abgelenkt werden, um ein gewünschtes Punkt- oder Sprühausbreitungsmuster auf einem Substrat zu erreichen. Die Flüssigkeit kann eher als Tropfen, Tröpfchen oder zerstäubte Partikel als als ein Flüssigkeitsstrom ausgegeben werden.

Die vorliegende Erfindung stellt ein System zum Sprühbeschichten eines Substrates mit einem flüssigen Beschichtungsmaterial zur Verfügung, umfassend eine Flüssigkeitssprüheinrichtung mit einem Flüssigkeitszuleitungskanal zum Zuführen von flüssigem Beschichtungsmaterial und einem Luftzuleitungskanal zum Zuführen von Druckluft, eine an der Flüssigkeitssprüheinrichtung befestigte Düse mit einer Austragsöffnung an einem Ende und einer mit dem Flüssigkeitszuleitungskanal in Strömungsverbindung stehenden Durchgangsbohrung zum Austragen des flüssigen Beschichtungsmateriales als eine Raupe aus flüssigem Beschichtungsmaterial aus der Austragsöffnung, wobei die Düse eine Vielzahl mit dem Luftzuleitungskanal in Strömungsverbindung stehende Luftbohrungen umfasst, um zur Umformung des flüssigen Beschichtungsmateriales in ein Zerstäubungssprühmuster Druckluft gegen den Außenrand der aus der Austragsöffnung ausgetragenen Raupe aus flüssigem Beschichtungsmaterial zu richten, und eine Steuereinrichtung zum selektiven Öffnen und Schließen des Luftzuleitungskanales der Flüssigkeitssprüheinrichtung, die funktionell mit der Flüssigkeitssprüheinrichtung verbunden ist, wodurch die aus der Austragsöffnung ausgetragene Raupe aus flüssigem Beschichtungsmaterial entweder als ein Zerstäubungssprühmuster oder als eine Raupe der Flüssigkeit auf das Substrat aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl Luftbohrungen die Druckluft so lenkt, dass das flüssige Beschichtungsmaterial in dem Zerstäubungssprühmuster wirbelt.

Somit stellt die Erfindung ein System und auch Verfahren zum Beschichten von Substraten, wie Leiterplatten, mit entweder einer Raupe oder einem zerstäubten konischen oder Wirbelsprühmuster des aus einer an einer Flüssigkeitssprüheinrichtung befestigten Düse ausgetragenen flüssigen Beschichtungsmateriales zur Verfügung. Dieses beseitigt die Probleme und Beschränkungen der bekannten Systeme.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Vorrichtung und ein Verfahren vorgesehen, das drei Betriebsmodi zum selektiven Beschichten von Substraten, wie Leiterplatten, mit entweder einer durch eine verlängerte Düsenspitze ausgegebenen Raupe des flüssigen Beschichtungsmateriales oder mit einem zerstäubten konischen Sprühmuster, das durch Leiten von Luftstrahlen mit relativ hohem Druck auf die durch die verlängerte Düsenspitze ausgegebene Raupe des flüssigen Beschichtungsmateriales gebildet wird, oder mit einem nicht zerstäubten, sanft wirbelnden Sprühmuster, das durch Leiten von Luftstrahlen mit relativ niedrigem Druck auf die durch die Düse ausgegebene Raupe des flüssigen Beschichtungsmateriales gebildet wird.

Ein Teil der Druckluftstrahlen kann auf die durch die verlängerte Düsenspitze ausgegebene Raupe des flüssigen Beschichtungsmaterial und ein Teil der Druckluft auf die Düsenspitze gerichtet werden, um die Düsenspitze zu stabilisieren.

In einer anderen Ausführungsform wird das Volumen der restlichen, in der Durchgangsbohrung vorhandenen Beschichtung minimiert, und demzufolge das Tröpfeln und Nachtropfen während des Anfahrens minimiert oder im wesentlichen beseitigt.

Eine erste Ausführungsform eines Systems und Verfahrens zum Sprühbeschichten eines Substrates mit einem flüssigen Beschichtungsmaterial umfasst eine Düse mit einer sich von dieser nach außen erstreckenden verlängerten Düsenspitze. Jede Bohrung ist in einem Winkel in bezug auf die Durchgangsbohrung ausgebildet, um Druckluft sowohl auf die verlängerte Düsenspitze als auch den Außenrand der Raupe der aus der verlängerten Düsenspitze ausgetragenen Raupe des flüssigen Beschichtungsmateriales zu leiten, um aus dem flüssigen Beschichtungsmaterial ein zerstäubtes, konisches Wirbelsprühmuster zu bilden.

In einer zweiten Ausführungsform kann das System und Verfahren der ersten Ausführungsform mit einer Düse angewandt werden, die ohne die verlängerte Düsenspitze ausgebildet ist.

In einer dritten Ausführungsform wird zur Sprühdüse zugeführte Druckluft zu einer Entlüftungsöffnung umgeleitet, wenn die Spritzpistole in einem nicht- druckunterstützten Betriebsmodus arbeitet.

In einer vierten Ausführungsform wird die der Sprühdüse zugeführte Druckluft durch ein Flüssigkeitsdämpfungssystem beim Ingangsetzen der Spritzpistole in einem druckunterstützten Betriebsmodus behandelt.

Dieses minimiert Druckspritzen beim Initiieren eines druckunterstützten Betriebsmodus und minimiert oder beseitigt demzufolge im Wesentlichen Spritzer während des Anfahrens.

Die Erfindung wird nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines erfindungsgemäßen Beschichtungssystems ist, das eine verlängerte Düse mit mehreren, um diese herum angeordneten Luftbohrungen besitzt;

Fig. 2 eine Draufsicht der Düse mit den Luftbohrungen ist;

Fig. 3 eine teilweise Schnittansicht durch die Linie 3-3 der Fig. 2 ist;

Fig. 4 eine Draufsicht einer Leiterplatte mit einem als ein zerstäubtes konisches Sprühmuster aufgebrachten Beschichtungsmaterialstreifen ist, wenn das Beschichtungssystem in einem ersten Modus arbeitet, und eine aufgebrachte Beschichtungsmaterialraupe, wenn das Beschichtungssystem in einem zweiten Modus arbeitet;

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer Sprühdüse ist, die zur Anwendung mit dem erfindungsgemäßen Beschichtungssystem angepasst ist;

Fig. 6 eine alternative Konstruktion einer Düse mit sechs Luftbohrungen ist;

Fig. 7A eine Darstellung eines erfindungsgemäß in einem ersten (Zerstäubungs-)Betriebsmodus aufgebrachten Beschichtungsmaterialmusters auf ein Substrat ist;

Fig. 7B eine Darstellung eines erfindungsgemäß in einem dritten (sanft wirbelnden) Betriebsmodus auf ein Substrat aufgebrachten Beschichtungsmusters ist;

Fig. 7C eine Darstellung eines erfindungsgemäß im dritten (sanft wirbelnden) Betriebsmodus auf ein Substrat aufgebrachten Beschichtungsmusters ist;

Fig. 8 eine Schnittansicht eines Teiles einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Beschichtungssystems ist;

Fig. 9 ein Diagramm ist, das den Aufbau des Luftdruckes beim Betreiben der erfindungsgemäßen Spritzpistole zeigt;

Fig. 9A eine schematische Darstellung einer Ausführungsform gemäß einem Softstart-Aspekt der Erfindung ist;

Fig. 9B eine schematische Darstellung einer arideren Ausführungsform eines Softstart-Aspekts der Erfindung ist; und

Fig. 9C ein Diagramm ist, das den Aufbau des Luftdruckes beim Betreiben der erfindungsgemäßen Spritzpistole unter Anwendung der erfindungsgemäßen Soft-Start-Verfahren zeigt.

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist ein Beschichtungssystem 10 zum selektiven Beschichten eines Substrates 11, typischerweise einer Leiterplatte, mit einem feuchtigkeitsdichten Isoliermaterial dargestellt. Das Beschichtungssystem 10 umfasst eine Spritzpistole (nicht gezeigt), die eine zylindrische Verlängerung (Spritzgehäuse) 12 mit einer daran befestigten Düsenanordnung 14 besitzt. Die Gesamtkonstruktion des Beschichtungssystems 10 einschließlich einer · Spritzpistole, einer Luftquelle und einer Beschichtungsmaterialquelle bilden keinen Teil dieser Erfindung an sich und werden nur kurz hierin beschrieben. Die Düsenanordnung 14 könnte zum Beispiel an dem Gewindeende einer Verlängerung einer Spritzpistole befestigt sein, wie zum Beispiel der in dem US-Patent Nr. 5,294,459 offenbarten Spritzpistole. Die Spritzpistole wird durch einen konventionellen Roboter betätigt, der die Bewegung der Spritzpistole in die X-, Y-, und Z-Achsen steuert.

Die zylindrische Verlängerung 12 hat eine Durchgangsbohrung 16, die einen hin und her gehenden Ventilschaft 18 darin aufnimmt. Die Durchgangsbohrung 16 ist an eine Quelle (nicht dargestellt) von unter Druck stehendem Beschichtungsmaterial 20 angeschlossen (siehe Fig. 2). Das Beschichtungsmaterial umfasst einen weiten Bereich von Materialien, die einen Viskositätsbereich von ungefähr 10 cps (centipoise) bis 1000 cps besitzen. Das System wird am vorteilhaftesten mit einem konformen Material verwendet, das entweder lösungsmittelfrei ist oder einen geringen Prozentsatz Lösungsmittel enthält. Es kann jedoch mit einem konformen Beschichtungsmaterial mit einem beliebigen Prozentsatz Lösungsmitteln verwendet werden, die in der Industrie allgemein bekannt sind, oder zum Sprühen anderer Flüssigkeitsarten oder viskoser Materialien, wenn es erwünscht ist.

Das Beschichtungsmaterial 20 wird an einem Ende der zylindrischen Verlängerung 12 in die Durchgangsbohrung 16 eingeführt und fließt an der Außenseite des Ventilschaftes 18 entlang und durch das Auslassende 22 der Verlängerung 12. Das untere Ende des Ventilschaftes 18 ist vorzugsweise konisch und so ausgebildet, dass es mit einem Ventilsitz 24 ineinander greift, der in einer am unteren Ende der Durchgangsbohrung 16 nahe dem Auslassende 22 der zylindrischen Verlängerung 12 ausgebildeten Zylindersenkung 26 angeordnet ist. Der Ventilschaft 18 bewegt sich zwischen einer offenen, zurückgezogenen offenen Position, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, in der sein unteres Ende nicht mit dem Ventilsitz 24 ineinandergreift und eine Austragsöffnung 28 darin öffnet, und einer ausgefahrenen geschlossenen Position (nicht gezeigt), in der das untere Ende des Ventilschaftes 18 mit dem Sitz 24 ineinander greift und die Austragsöffnung 28 verschließt, hin und her. Das Öffnen und Schließen der Austragsöffnung 28 regelt den Austrag von Beschichtungsmaterial aus der Durchgangsbohrung 16 und in die Düsenanordnung 14 zum Auftrag auf einem Substrat 11, wie einer Leiterplatte.

Bezugnehmend auf Fig. 1 umfasst die Düsenanordnung 14 einen Düsenträger 32, der eine abgestufte Durchgangsbohrung 34 besitzt, die um eine vertikale Mittelachse 36 herum zentriert ist. Die Durchgangsbohrung 34 hat einen oberen Ge-windebohrungsabschnitt 38, der mit dem Außengewinde am unteren Ende der Verlängerung 12 zusammen passt. Die Durchgangsbohrung 34 hat einen zweiten Bohrungsabschnitt 40 unterhalb des Gewindebohrungsabschnittes 38 und daran durch eine nach außen geneigte, kegelstumpfförmige Fläche 42 befestigt. Der zweite Bohrungsabschnitt 40 ist, wie in Fig. 1 dargestellt ist, so angepasst, dass er eine Dichtung 44 trägt, wie zum Beispiel einen O-Ring, der mit dem Sitz 24 ineinander greift und eine flüssigkeitsundurchlässige Dichtung zwischen der Düsenanordnung 14 und der zylindrischen Verlängerung 12 bildet. Die Durchgangsbohrung 34 hat einen dritten Bohrungsabschnitt 46 zwischen dem zweiten Bohrungsabschnitt 40 und einer nahe dem Auslassende 50 des Düsenträgers 32 angeordneten Zylindersenkung 48.

Der Düsenträger 32 hat eine an einer Seite der Durchgangsbohrung 34 angeordnete Lufteinlassbohrung 52. Die Einlassbohrung 52 hat einen Einlassabschnitt 54, der an eine Luftleitung 56 angeschlossen ist. Die Luftleitung 56 ist an die Auslassöffnung 64 einer Regeleinrichtung angeschlossen, wie zum Beispiel ein elektromagnetisch betätigtes Ventil 66. Das Ventil 66 ist durch eine Luftleitung 68 an eine Druckgasquelle, typischerweise Luft, angeschlossen. Das Öffnen und Schließen des Ventils 66 durch eine externe Steuerung (nicht gezeigt) steuert die auf das aus dem Düsenträger 32 ausgetragene Beschichtungsmaterial auftreffenden Luftstrahlen. Die Einlassbohrung 52 hat einen Auslassabschnitt 72, der an eine ringförmige Auslassöffnung 74 am Auslassende 50 des Düsenträgers 32 angeschlossen ist.

Die Düsenanordnung 14 umfasst eine Sprühdüse 76, die am Auslassende 50 des Düsenträgers 32 angeordnet und daran mit einer Düsenmutter 77 lösbar befestigt ist, die auf dem mit Gewinde versehenen unteren Ende der Düsenanordnung 14 festgeschraubt ist, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Bezugnehmend auf die Fig. 1, 2 und 3 ist die Sprühdüse 76 im Detail gezeigt. Die Sprühdüse 76 ist eine ringförmige Platte 78, bei der eine Seite mit einer ersten oder oberen Fläche 80 ausgebildet ist, und eine gegenüber liegende Seite mit einer zweiten oder unteren Fläche 82 ausgebildet ist, die von der oberen Fläche 80 beabstandet ist. Von der oberen Fläche 80 erstreckt sich ein Vorsprung 84 nach außen, und ein Düsenkopf 86 erstreckt sich von der unteren Fläche 82 konzentrisch zum Vorsprung 84 nach außen. In der Sprühdüse 76 zwischen dem Vorsprung 84 und dem Düsenkopf 86 ist eine Durchgangsbohrung 88 ausgebildet, die eine Austragsöffnung 90 besitzt. Die Sprühdüse 76 ist an dem Auslassende 50 des Düsenträgers 32 befestigt, so dass sich der Vorsprung 84 in die Zylindersenke 48 der Durchgangsbohrung 34 erstreckt. Das Einlassende 92 der Durchgangsbohrung 88 ist mit einer sich in bezug auf die Längsachse 94 der Durchgangsbohrung 88 in einer radial nach innen neigenden Seitenwand ausgebildet und hat allgemein die Form eines Kegelstumpfes. Eine ring-förmige, V-förmige Nut 96 ist in der oberen Fläche 80 der Sprühdüse 76 ausgebildet und erstreckt sich nach innen zur unteren Fläche 82. Die Nut 96 steht in Strömungsverbindung mit der Auslassöffnung 74. Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, sind in der Ringplatte 78 zwölf Luftstrahlbohrungen 100 mit einer Längsachse 102 ausgebildet. Die Bohrungen 100 haben eine Einlassöffnung 103, die die Ringnut 96 schneidet, und eine Auslassöffnung 105, die die untere Fläche 82 in 30º-Intervallen dort entlang schneidet. In der bevorzugten Ausführungsform haben die Bohrungen 1% einen Durchmesser von ungefähr 0,33 mm (ungefähr 0,013 inches) (13 mils) bis ungefähr 0,61 mm (ungefähr 0,024 inches) (24 mils). Wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist die Längsachse 102 durch jede Luftstrahlbohrung 100 vorzugsweise in einem Winkel "a" von ungefähr 30º in bezug auf die Längsachse 94 der Durchgangsbohrung 88 ausgebildet. Es fällt jedoch unter den Wortlaut der Erfindung, den Winkel "a" zu verändern, um ihn an Düsenspitzen 86 unterschiedlicher Größen anzupassen. Obwohl die dargestellte Ausführungsform mit zwölf gleichmäßig beabstandeten Strahlbohrungen 100 beschrieben wurde, fällt es auch unter den Wortlaut der Erfindung, sechs oder mehr gleichmäßig beabstandete Strahlboh-rungen 100 zu verwenden, wie es in Fig. 6 gezeigt ist.

In einer Ausführungsform hat der Düsenkopf 86 eine verlängerte Düsenspitze 87, die aus einem Rohr 104 mit einem Einlassende 106 und einem Auslassende 108 aufgebaut und in der Durchgangsbohrung 88 befestigt und darin durch konventionelle Mittel, wie Löten, befestigt ist. Das Einlassende 106 des Rohres 104 erstreckt sich vorzugsweise zum Schnittpunkt des Einlassendes 92 und der Durchgangsbohrung 88. Das Auslassende 108 erstreckt sich von der Austragsöffnung 90 des Düsenkopfes 86 nach außen und endet in einer Düsenöffnung 107. In der bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Rohr 104 in einem Abstand von ungefähr 6,35 mm (0,250 inches) bis ungefähr 25,4 mm (1,0 inches) von der Austragsöffnung 90. Eine sich durch das Rohr 104 erstreckende Bohrung von ungefähr 0,20 mm (0,008 inches) bis ungefähr 1,27 mm (0,05 inches) im Durchmesser endet mit einer Düsenöffnung 107. Obwohl das Rohr 104 innerhalb der Bohrung 88 der Sprühdüse 76 befestigt gezeigt ist, kann die Düse 76 mit dem Rohr 104 als ein einheitliches Element hergestellt werden.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Längsachse 102 durch jede Luftstrahlbohrung 100 abgewinkelt, so dass sie sowohl einen sich vom Austragsende 90 nach außen ragenden Teil des Rohres 104 als auch eine aus dem Auslassende 108 des Rohres ausgetragene Raupe 112 des Beschichtungsmateriales schneidet.

Der Luftstrom aus den Strahlbohrungen 100, der auf das Rohr 104 gerichtet wird, ist wirksam, um das Rohr zu stabilisieren und seine Vibrationen zu reduzieren. Wie unten ausführlich erläutert wird, prallen die durch jede der gleichmäßig beabstandeten Luftstrahlbohrungen 100 hindurchgehenden Luftstrahlen auf die Außenseite der Raupe 112 des Beschichtungsmateriales 20, um das Beschichtungsmaterial 20 zu zerstäuben und das Ausbilden eines konischen Sprühmusters des zerstäubten Beschichtungsmateriales zum Auftrag auf das Substrat 11 zu bewirken. Außerdem bewirken die Luftstrahlen das Wirbeln des zerstäubten Beschichtungsmateriales innerhalb des konischen Sprühmusters. In Abhängigkeit von der Länge des Rohrabschnittes 104, der vom Auslass 90 hervorsteht, kann der Winkel der Achse 102 in bezug auf die sich durch die Bohrung 88 erstreckende Achse 94 vergrößert oder verkleinert werden, um den Anteil des Luftstromaufpralles auf die verlängerte Düsenspitze 87 und auf die Raupe 112 zu regulieren. Auch der Abstand der Auslässe 105 der Strahlbohrungen 100 kann dichter oder weiter von der Achse 94 durch die Durchgangsbohrung 88 beabstandet sein, wenn es für die weitere Regulierung des Anteiles des Luftstromaufpralls auf die verlängerte Düsenspitze 87 und auf die Raupe 112 erforderlich ist.

Ein Strömungsweg für das Beschichtungsmaterial 20 erstreckt sich von der zylindrischen Verlängerung 12 zur Düsenanordnung 14, der eine Durchgangsbohrung 16 in der Verlängerung 12, die Austragsöffnung 28 des Ventilsitzes 24, die Durchgangsbohrung 34 in der Düsenanordnung 14 bzw. die in der Öffnung 107 endende Bohrung durch die verlängerte Düsenspitze 87 umfasst. Der Beschichtungsmaterialstrom durch diesen Strömungsweg wird durch den Ventilschaft 18 geregelt, der sich zwischen einer zurückgezogenen offenen Position in Bezug auf die Austragsöffnung 28 im Ventilsitz 24 und einer geschlossenen ausgefahrenen Position in bezug auf die Austragsöffnung 28 bewegt.

Das typischerweise zum Besprühen einer Leiterplatte 11 mit Beschichtungsmaterial 20 verwendete System 10 hat zwei Betriebsarten zum Auftragen des Beschichtungsmateriales auf ausgewählte Bereiche der Leiterplatte ohne Auftragen des Beschichtungsmateriales auf Bereiche, die unbeschichtet bleiben sollen. In einem ersten Modus, in dem die Luftstrahlen auf die aus der Düsenöffnung 107 der verlängerten Düsenspitze 87 ausgetragene Raupe des Beschichtungsmateriales gerichtet wird, kann eine hochqualitative, luftlochfreie, dünne Beschichtung des Materiales zwischen ungefähr 0,0127 mm (0,5 mils (0,0005 inches)) und ungefähr 0,127 mm (5 mils (0,005 inches)) auf dem Substrat 11 aufgetragen werden. In einem zweiten Modus, bei dem die Luftstrahlen ausgeschaltet sind, kann eine Beschichtungsmaterialraupe zwischen ungefähr 0,127 mm (5 mils) und ungefähr 0,254 mm (10 mils) auf das Substrat 11 aufgebracht werden.

In dem ersten Betriebsmodus öffnet das Ventil 66, um Luftstrahlen durch die Luftbohrungen 100 zu leiten. Als nächstes wird der Strom des flüssigen Beschichtungsmateriales durch Bewegen des Ventilschaftes 18 aus einer ausgefahrenen geschlossenen Position in bezug auf die Austragsöffnung 28 im Ventilsitz 24 in eine offene zurückgezogene Position in bezug auf die Austragsöffnung 28 eingeleitet. Das flüssige Beschichtungsmaterial fließt nun von einer Quelle (nicht gezeigt) in die Durchgangbohrung 16 in der Verlängerung 12, durch die Austragsöffnung 28 des Ventilsitzes 24, durch die Durchgangsbohrung 34 in der Düsenanordnung 14, durch das Rohr 104 und tritt aus der Düsenöffnung 107 der verlängerten Düsenspitze 87 als eine Beschichtungsmaterialraupe 112 aus. Der Druck des an die zylindrische Verlängerung 12 abgegebenen flüssigen Beschichtungsmateriales im ersten Modus ist ungefähr 34, 47 kPa (ungefähr 5 psi (pounds per square inch)) bis ungefähr 413, 68 kPa (ungefähr 60 psi), und vorzugsweise zwischen ungefähr 68,947 kPa (10 psi) und 206, 84 kPa (30 psi). Die Luftstrahlen treffen im wesentlichen tangential auf den Außenrand der aus der Düsenöffnung 107 der verlängerten Düsenspitze 87 ausgetragenen Beschichtungsmaterialraupe 112 auf, um das flüssige Beschichtungsmaterial in Tröpfchen aufzubrechen und eine zerstäubte Sprühwolke zu bilden, die eine allgemein konische Form besitzt, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Im ersten Betriebsmodus wird die Luft mit einem Druck von ungefähr 68,947 kPa (ungefähr 10 psi) bis ungefähr 482,63 kPa (ungefähr 70 psi), und vorzugsweise ungefähr 68,947 kPa (ungefähr 10 psi) bis ungefähr 137,894 kPa (ungefähr 20 psi) ausgegeben. Infolge der Richtung, in der die Druckluftstrahlen aus den Luftbohrungen 100 von gegenüber liegenden Seiten auf die aus der Düse ausgetragene Raupe des flüssigen Materiales aufprallen, tendiert die zerstäubte Sprühwolke dazu, innerhalb der konischen Form zu wirbeln und dadurch eine dichte Beschichtung auf der Leiterplatte zu bilden. Während des Auftrags des Beschichtungsmateriales 20 wird die Leiterplatte 11 typischerweise in einer stationären Position gehalten und der Roboter, an dem die Spritzpistole befestigt ist, bewegt die Pistole in einem vorprogrammierten Muster. Ein besonderer Vorteil ist, dass sich der Roboter in der Z-Achse bewegen kann, so dass das Ende 108 des Rohres 104 sehr dicht an der Leiterplatte positioniert ist, d. h. ungefähr 6,35 mm (ungefähr 0,250 inches) bis ungefähr 25,4 mm (ungefähr 1,0 inches) vom Substrat 11, so dass das zerstäubte konische Sprühmuster streng kontrolliert wird und nahe den Rändern der Leiterplatte 11 oder nahe einer auf der Oberfläche 110 der Leiterplatte befestigten Leiterkomponente 109 aufgebracht werden kann. Obwohl der erste Betriebsmodus zum allgemeinen Sprühen von Leiterplatten effektiv ist, wird manchmal durch das konische Sprühmuster eine geringe, jedoch feststellbare Übersprühung und Verspritzen erzeugt und verhindert die Anwendung des Luftaufpralls beim Sprühen des Beschichtungsmateriales entlang den Rändern der Leiterplatte oder direkt neben einem Bereich, (der typischerweise eine Schaltungskomponente, wie zum Beispiel einen Schalter, besitzt), der unbeschichtet bleiben soll.

Unter den zuletzt genannten Umständen wird der zweite Betriebsmodus angewandt, bei dem das Luftventil 66 geschlossen ist und das Beschichtungsmaterial als eine nicht zerstäubte Raupe 112 aufgetragen wird. In dem zweiten Betriebsmodus wird das Beschichtungsmaterial an die zylindrische Verlängerung 12 mit einem Druck von ungefähr 206,84 kPa (ungefähr 30 psi) bis ungefähr 413,68 kPa (ungefähr 60 psi) abgegeben. Ein besonderer Vorteil ist die Fähigkeit des Roboters, das Ende 108 des Rohres 104 sehr dicht an die Leiterplatte 11 heran zu bewegen. Wenn zum Beispiel ein Schaltungselement 109 von der Oberfläche 110 der Leiterplatte 11 nach oben ragt, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, kann das Rohr 104 sehr dicht an der Leiterplatte positioniert werden, so dass die Beschichtungsmaterialraupe 112 direkt neben dem Schaltungselement ohne irgend einen Kontakt mit dem Beschichtungsmaterial aufgetragen wird. Dann kann der Roboter das Ende 108 des Rohres 104 von der Oberfläche 110 weg anheben, so dass sich das Rohr über das Element 109 ohne irgend eine Beeinträchtigung desselben bewegen kann. In ausgewählten Anwendungen kann die Raupe 112 auch entlang der Ränder der Leiterplatte 11 aufge-tragen werden.

Für Fachleute auf dem Gebiet ist es verständlich, dass das oben beschriebene Zwei-Modus-System zur Anwendung mit einer Spritzpistole angepasst ist, die durch einen Roboter automatisch gesteuert wird. Wenn ein Bereich einer Leiterplatte eine Isolierschicht erfordert, wird vorzugsweise in einem ersten Modus gearbeitet, um eine zerstäubte Beschichtung des Isoliermateriales aufzutragen, die vorzugsweise eine Dicke von ungefähr 0,0127 mm (0,5 mils) bis ungefähr 0,127 mm (5 mils) besitzt. Immer dann jedoch, wenn der zu sprühende Bereich direkt in der Nähe eines Bereiches ist, der unbeschichtet bleiben soll, wird das System in den zweiten Modus umgeschaltet, wodurch eine nicht zerstäubte Beschichtungsmaterialraupe aufge-tragen wird. Obwohl die Beschichtung aus dem zweiten Modus dicker ist, d. h. ungefähr 0,127 mm (5 mils) bis ungefähr 0,254 mm (ungefähr 10 mils) wird diese, außer es ist anders erwünscht, typischerweise nur auf einen kleinen begrenzten Bereich aufgetragen und der gesamte Beschichtungsprozess ist wirtschaftlich.

In einer zweiten Ausführungsform wird die Sprühdüse 76 durch eine Sprühdüse 120 ersetzt, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, die identisch mit der Düse 76 ist, mit Ausnahme des Weglassens der verlängerten Düsenspitze 87 vom Düsenkopf 86. Das Beschichtungssystem 10 arbeitet mit der Sprühdüse 120 wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, mit der Ausnahme, dass das Beschichtungsmaterial durch die Durchgangsbohrung 88' fließt und aus der Austragsöffnung 90' des Düsenkopfes 86' austritt. Wie in der ersten Ausführungsform werden Luftstrahlen durch die Luftbohrungen 100' im wesentlichen tangential zum Außenrand der aus dem Düsenkopf 86' ausgetragenen Beschichtungsmaterialraupe gerichtet. In der Beschreibung stellen mit Strichindex versehene Bezugszeichen Bauelemente dar, die im wesentlichen identisch zu den Bauelementen sind, die durch die gleiche Zahl ohne Strichindex dargestellt sind.

Obwohl das System unter Bezugnahme auf die Anwendung von Luftstrahlen beschrieben wurde, fällt es unter den Wortlaut der Erfindung, irgend ein anderes gewünschtes Gas anzuwenden.

Sanfter Wirbelbetriebsmodus

Wie hierin oben beschrieben wurde, kann das Beschichtungssystem 10 in zwei Betriebsmodi arbeiten, einem ersten Modus, der ein konisches Sprühmuster des zerstäubten Beschichtungsmateriales ausgibt, und einem zweiten Modus, der eine Raupe des nicht zerstäubten Beschichtungsmateriales ausgibt, um selektiv eine konforme (z. B. schützende) Beschichtung auf Substrate, wie Leiterplatten, auszugeben.

Beim Aufbringen von Beschichtungsmaterialien auf ein Substrat, wie zum Beispiel eine Leiterplatte, ist es wichtig, dass der Übertragungswirkungsgrad so hoch wie möglich ist und es mit dem Auftragen von Beschichtungsmaterial neben Komponenten auf der Leiterplatte verbundene Anforderungen gibt.

Ein besonders vorteilhaftes Merkmal des Beschichtungssystems besteht darin, dass es in einem zusätzlichen dritten Betriebsmodus arbeiten kann, und zwischen jedem der drei Betriebsmodi beim Überfliegen(während des Beschichtens eines einzelnen Substrates) umgeschaltet werden kann.

Fig. 7A zeigt ein Beschichtungsmaterialmuster, das auf einem Substrat im ersten (Zerstäubungs-) Modus erzeugt wurde, der oben erläutert wurde. Wenn die Spritzpistole (nicht gezeigt) linear über die Oberfläche des Substrates bewegt wird, wird ein vollständig ausgefülltes kreisrundes Beschichtungsmaterialmuster aus einer ersten Position 130 (in durchgehenden Linien gezeigt) zu einer zweiten Position 130' (in gestrichelten Linien gezeigt) aufgetragen, die von der ersten Position versetzt ist. Wie oben erläutert wurde, wird der erste (zerstäubende) Modus durch einen Luftdruck von mindestens 68,947 kPa (10 psi) entsprechend eingeleitet.

In dem zweiten (Raupen-) Modus wird eine Beschichtungsmaterialraupe auf dem Substrat abgelegt, während die Spritzpistole linear über die Oberfläche des Substrates bewegt wird.

Im dritten (sanft wirbelnden) Betriebsmodus wird ein Luftdruck im Bereich von 27,579 kPa (4 psi) bis 68,947 kPa (10 psi) vorgesehen, der ausreichend ist, um das Beschichtungsmaterial auf eine Folge ausgewählter Positionen auf dem Substrat zu leiten, es aber nicht zu zerstäuben.

Fig. 7B zeigt das Beschichtungsmuster, das aus der Arbeitsweise der Spritzpistole im dritten (sanft wirbelnden) Modus resultiert, wenn sich die Sprühdüse nicht in bezug auf das Substrat bewegt. Dieses führt zu einem Beschichtungsmuster eines kleinen gefüllten Kreises 132 des Beschichtungsmateriales, das sich um die Mittellinie 36 der Sprühdüse 76 herum bewegt. Der Beschichtungsmaterialweg ist in gestrichelten Linien dargestellt. Dieses würde zu einem ringförmigen Bereich der Beschichtungsabeckung auf dem Substrat mit einem leeren Bereich führen.

Fig. 7C zeigt das Ergebnis, das im dritten (sanft wirbelnden) Betriebsmodus entstehen würde, wenn sich die Spritzpistole über der Oberfläche des Substrates von einer ersten Position 134 (in durchgehenden Linien gezeigt) zu einer zweiten Position 134' (in gestrichelten Linien gezeigt), die von der ersten Position versetzt ist, linear bewegt. In Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der sich die Spritzpistole über die Oberfläche des Substrates bewegt, führt dieses zu einem sinusförmigen oder überlappenden schleifenförmigen (sanft wirbelnden) Beschichtungsmaterialmuster auf dem Substrat. Solch ein sanft wirbelnder Auftrag des Beschichtungsmateriales (dritter Modus) stellt einen 100%igen Übertragungswirkungsgrad ohne Zerstäuben des Beschichtungsmateriales zur Verfügung und wird allgemein bevorzugt, wenn Beschichtungsmaterial neben Komponenten auf dem Leiter-plattensubstrat aufgebracht wird. Das auf dem Substrat im dritten (sanft wirbelnden) Betriebsmodus aufgetragene Beschichtungsmaterialmuster ist vergleichbar mit den Spiralmustern von Klebstoffen, die durch die Düsen aus dem in Gemeineigentum befindlichen, am 13. November 1990 erteilten US-Patent Nr. 4,969,602 und dem in Gemeineigentum befindlichen, am 16. März 1993 erteilten US-Patent Nr. 5,194,115 erzeugt werden.

Es wird somit ein Beschichtungssystem mit drei Betriebsmodi beschrieben: einem ersten druckunterstützten Modus (mit mindestens 68,947 kPa (10 psi)), in dem Beschichtungsmaterial als ein zerstäubtes konisches Sprühmuster auf dem Substrat aufgetragen wird; einem zweiten, nicht druckunterstützten Modus, in dem eine Beschichtungsmaterialraupe auf dem Substrat aufgetragen wird; und einem dritten druckunterstützten Modus (mindestens 27,579 kPa (4 psi) und weniger als 68, 947 kPa (10psi)), in dem Beschichtungsmaterial in einem sanften Wirbelmuster auf dem Substrat aufgetragen wird, ohne zerstäubt zu werden. Diese drei Modi werden selektiv eingeleitet und während des Beschichtens eines einzigen Substrates angewandt, um hochkonforme Beschichtungen auf ausgewählten Bereichen des Substrates ohne Abfall aufzubringen, wodurch die mit dem Beschichtungsmaterial verbundenen Kosten minimiert werden. Mit der in einem der drei Modi arbeitenden Spritzpistole können unterschiedliche Bereiche des Substrates beschichtet werden.

Geringes Wirbeln

in dem oben beschriebenen Beschichtungssystem 10 bewegt sich der Ventilschaft 18 zwischen einer offenen zurückgezogenen Position, wie in Fig. 1 gezeigt, in der sein unteres Ende nicht mit dem Ventilsitz 24 ineinander greift, und einer ausgefahrenen geschlossenen Position, in der das untere Ende des Ventilschaftes 18 mit dem Sitz 24 ineinander greift und die Austragsöffnung 28 schließt, hin und her.

Wenn die Austragsöffnung 28 verschlossen wird, bleibt eine Restmenge des Beschichtungsmateriales im Raum der Durchgangsbohrung 34 verteilt. Es würde beobachtet, dass, wenn die Austragsöffnung 28 nachfolgend geöffnet wird (d. h., wenn der Ventilschaft 18 aus dem Ventilsitz 24 gelöst wird), zu Beginn aus der Sprühdüse 76 Beschichtungsmaterial tröpfeln und nachtropfen wird.

Es ist somit wünschenswert, solch ein Tröpfeln und Nachtropfen beim Anfahren zu minimieren.

Zu diesem Zweck ist die Sprühdüse vorzugsweise ganz dicht am Ventilsitz angeordnet, wodurch das Volumen des in der Durchgangsbohrung vorhandenen rest-lichen Beschichtungsmateriales minimiert wird und demzufolge das Tröpfeln oder Nachtropfen während des Anfahrens minimiert oder im wesentlichen beseitigt wird.

Fig. 8 zeigt einen entsprechenden Teil eines Beschichtungssystems 140, das ähnlich dem Beschichtungssystem 10 ist. Bestimmte gleiche Elemente zwischen dem Beschichtungssystem 140 und dem Beschichtungssystem 10 werden zur erläuternden Klarstellung durch ihre dem Beschichtungssystem 10 zugeordneten Nummern (in runden Klammern) bezeichnet.

In dieser Ausführungsform ist die Sprühdüse 142 am Ende des Vorsprunges 144 (vergleiche 12) angeordnet und ist ein integraler Teil desselben. Die Sprühdüse 142 hat Luftstrahlbohrungen (100), die in Auslassöffnungen (105) enden, und hat ein Einlassende (92), eine Durchgangsbohrung (88) und eine Austragsöffnung (90), und kann mit einem Rohr (104) in der oben in bezug auf die Sprühdüsen 76 und 87 beschriebenen Art und Weise versehen sein. Zu Zwecken der nachfolgenden Erläuterung ist die Sprühdüse 142 identisch mit der Sprühdüse 76.

In dieser Ausführungsform eines Beschichtungssystems 140 ist ein zylindrisches Element 146 im Vorsprung 144 angeordnet, und der Ventilschaft 148 (vergleiche 18) ist in dem zylindrischen Element 146 angeordnet. Das zylindrische Element 146 hat eine Durchgangsbohrung 150 (vergleiche 16), die als Flüssigkeitszuführungskanal wirkt. Der Ventilsitz 152 (vergleiche 24) ist am Ende des zylindrischen Elementes 146 angeordnet.

Der Ventilschaft 148, das zylindrische Element 146, der Vorsprung 144, der Ventilsitz 152 und die Sprühdüse 142 sind alle um eine vertikale Mittellinie 156 (vergleiche 36) herum konzentrisch.

Während des Betriebes bewegt sich der Ventilschaft 148 zwischen einer offenen zurückgezogenen Position, wie in Fig. 8 gezeigt, in der sein unteres Ende nicht mit dem Ventilsitz 152 im Eingriff ist und eine Austragsöffnung 154 (vergleiche 28) darin öffnet, und einer ausgefahrenen geschlossenen Position (nicht gezeigt), in der das untere Ende des Ventilschaftes 148 mit dem Ventilsitz 152 ineinander greift und die Austragsöffnung 154 verschließt, hin und her. Das Öffnen und Schließen der Austragsöffnung 154 reguliert den Strom des Beschichtungsmateriales durch den Flüssigkeitszuführungskanal 150 zur Sprühdüse 142 zum Auftrag auf einem Substrat 11, wie einer Leiterplatte. In dieser Ausführungsform ist eine Kugel 158 an dem unteren Ende des Ventilschaftes 128 befestigt, zum Beispiel durch Löten, und dichtet in der ausgefahrenen geschlossenen Position des Ventilschaftes 148 gegen die Austragsöffnung 154 des Ventilsitzes 152 ab.

Die Gesamtkonstruktion des Beschichtungssystems 140 einschließlich einer Spritzpistole, einer Luftquelle und einer Beschichtungsmaterialquelle bildet für sich keinen Teil dieser Erfindung und wird nur kurz hierin beschrieben. Die Spritzpistole wird durch einen konventionellen Roboter betätigt, der die Bewegung der Spritzpistole in die X-, Y- und Z-Achsen steuert.

In dieser Ausführungsform eines Beschichtungssystem 140 ist die Sprühdüse 142 dicht neben dem Ventilsitz 152 angeordnet, wodurch restliches, sich in einem Raum zwischen dem Ventilsitz 152 und der Sprühdüse 142 sammelndes Beschichtungsmaterial im Wesentlichen beseitigt wird. Die Sprühdüse 142 hat einen Vorsprung (84) auf ihrer oberen Fläche (80), die in eine entsprechende Zylindersenke (48) an der unteren Fläche des Ventilsitzes 152 passt. Um eine gute Dichtung zwischen der Sprühdüse 142 und dem Ventilsitz 152 zu gewährleisten, ist zwischen der oberen Fläche der Sprühdüse 142 und der unteren Fläche des Ventilssitzes 152 eine Unterlegscheibe 160 angeordnet. Die Unterlegscheibe 160 hat einen ausreichend großen Innendurchmesser, um um den Vorsprung auf der oberen Fläche der Sprühdüse 142 herum zu passen, und einen Außendurchmesser, der ausreichend klein ist, um die Einlassöffnungen (103) der Luftstrahlbohrungen (100) nicht zu verschließen.

In dieser Ausführungsform eines Beschichtungssysfems 140 ist zwischen der Außenfläche des zylindrischen Elements 146 und der Innenfläche des Vorsprunges 144 ein Luftzuführungskanal 162 (vergleiche 52) ausgebildet. Ein oberes Ende des Luftkanales 162 ist abgeschlossen. Ein unteres Ende des Luftzuführungskanales 162 steht in Strömungsverbindung mit den Luftstrahlbohrungen (100) in der Sprühdüse 142. Dem Luftkanal wird Druckluft von einer geeigneten Quelle (nicht gezeigt) durch einen Lufteinlass 164 zur Verfügung gestellt, der sich durch den Vorsprung 144 in den Luftkanal 162 erstreckt, wie es oben beschrieben wurde, so dass das Beschichtungssystem 140 in einem der hierin beschriebenen drei Betriebsmodi arbeiten kann.

Beseitigen von Druckstößen

Oben wurden Beschichtungssysteme beschrieben, die in verschiedenen Betriebsmodi arbeiten, die das selektive Zurverfügungstellen von Druckluft (im ersten und dritten Betriebsmodus) und keiner Druckluft (im zweiten Betriebsmodus) umfassen. Es wurde beobachtet, dass beim Einleiten eines Modus, der das Vorsehen von Luftdruck umfasst, es beim Anfahren eine Druckspitze gibt, die ungefähr das Sechsfache der Sollströmungsgeschwindigkeit beträgt. Dieses kann zu einem unerwünschten Verspritzen von Beschichtungsmaterial auf dem Substrat führen.

Fig. 9 ist ein Diagramm, das das zuvor erwähnte Problem von Druckspitzen darstellt, die beim Einleiten eines Modus auftreten, der das Zurverfügungstellen von Luftdruck umfasst. Die X-Achse ist die Zeit, und die Y-Achse ist der Druck. Dieses Diagramm 170 zeigt, dass es erwünscht ist, die Spritzpistole mit 25 Luftdruckeinheiten (z. B. 172,37 kPa (25 psi) zu versorgen, beginnend bei 10 Millisekunden (10 ms) von einem Anfangsdruck von 0 kPa (0 psi) bei t0). Wie durch die Linie 172 dargestellt ist, beginnt eine Druckspitze bei 10 ms und steigt über 861,84 kPa (125 psi) im Intervall zwischen 10 ms und ungefähr 27 ms an. Dann zwischen 27 ms und ungefähr 35 ms sackt der Druck auf die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit von 172,37 kPa (25 psi) ab, um die Spritzpistole in einem druckunterstützten Modus zu betreiben (z. B. im ersten Zerstäubungsmodus). Somit ist offensichtlich, dass es eine Druckspitze beim Anfahren gibt, die vom Beginn 15 ms dauert, die bis zum ungefähr sechsfachen der gewünschten Strömungsgeschwindigkeit betragen kann. Dieses kann zu einem unerwünschten Verspritzen von Beschichtungsmaterial auf dem Substrat führen. Was gebraucht wird, ist ein Verfahren zum Vorsehen eines Softstartes beim Einleiten eines druckunterstützten Betriebsmodus, mit anderen Worten, zum wesentlichen Reduzieren oder Beseitigen von das Einleiten eines druckunterstützten Modus begleitenden Druckspitzen.

In einem Softstart-Verfahren wird der Luftstrom (Druck), der zur Spritzpistole geleitet wird, in einem nicht beschichtenden Modus (oder im zweiten, nicht- druckunterstützten, nicht zerstäubenden Raupenbeschichtungsmodus) durch ein Ventil zu einer Entlüftungsöffnung geleitet, so dass beim Einleiten der Ausgabe des Beschichtungsmateriales oder Einleiten eines druckunterstützten Betriebsmodus (d. h. des oben beschriebenen ersten zerstäubenden oder dritten, sanft wirbelnden Betriebsmodus) kein Wechsel zwischen statischem und dynamischem Druck stattfindet. Wenn der druckunterstützte Modus oder die druckunterstützten Modi ermöglicht werden, richtet ein Ventil den Luftstrom einfach zurück zur Beschichtungs-pistole statt zur Entlüftungsöffnung.

Fig. 9A zeigt eine Ausführungsform 174 eines Softstart-Verfahrens, bei dem der Luftstrom (Druck), der zur Spritzpistole geleitet wird, durch ein Ventil 176 über eine Leitung 178 in einem nicht beschichtenden Modus (oder in dem zweiten, nicht druckunterstützten, nicht zerstäubenden Raupenbeschichtungsmodus) zu einer Entlüftungsöffnung geführt wird, so dass beim Einleiten eines druckunterstützten Betriebsmodus kein Wechsel zwischen statischem und dynamischem Druck stattfindet. Wenn der druckunterstützte Modus ermöglicht wird oder die druckunterstützten Modi ermöglicht werden, richtet das Ventil 176 den Luftstrom durch eine Auslassöffnung 64 (siehe Fig. 1) einfach über die Leitung 56 (siehe Fig. 1) zurück zur Beschichtungspistole statt zu der Entlüftungsöffnung 178. Das Ventil 176 ist geeigneterweise ein elektromagnetisch betätigtes Ventil und ist durch eine Luftleitung 68 an eine Druckgasquelle, typischerweise Luft, angeschlossen.

Das Öffnen und Schließen des Ventils 176 durch eine externe Steuerung (nicht gezeigt) reguliert die auf das aus der Düse (76, 142) ausgetragene Beschichtungsmaterial auftreffenden Luftstrahlen.

Fig. 9B zeigt eine andere Ausführungsform 180 eines Softstart-Verfahrens zum Beseitigen von Druckspitzen beim Umschalten eines Luftstromes von einer Druckgaszuführung 182, typischerweise Luft, über eine Leitung 56 zur Spritzpistole. Allgemein ist ein Flüssigkeitsdämpfungssystem vorgesehen, dass die folgenden Hauptkomponenten und Konstruktion besitzt.

In einer zylindrischen Kammer 186 ist ein Kolben 184 angeordnet. Über dem Kolben 184 ist eine Feder 188 angeordnet und eine Stange 190 erstreckt sich von der unteren Fläche des Kolbens 184. Das untere (wie betrachtet) Ende der Stange 190 ist geeignet ausgebildet (z. B. konisch), um zu einer Einlassseite einer Öffnung in einem Ventilsitz 192 abzudichten. Die Stange 190 ist in ihrer "geschlossenen" Position am Ventilsitz 192 dargestellt und wird durch die Feder 188, die eine nach unten (wie betrachtet) gerichtete Schließkraft auf den Kolben 184 ausübt, in die geschlossene Position gedrückt. Die Leitung 56 ist an eine Auslassseite des Ventilsitzes 192 angeschlossen.

Druckluft von der Druckgasquelle 182 wird durch einen Luftregler 194 reguliert und wird über eine Leitung 196 einer Kammer 198 nahe dem Ventilsitz zur Verfügung gestellt. Auf diese Art und Weise kann, wenn die Stange 190 in ihrer "offenen" Position (nicht gezeigt) ist, regulierte Druckluft von der Druckgasquelle 182 durch die Leitung 56 zur Spritzpistole strömen.

Die Stange 190 ist in ihrer geschlossenen Position gezeigt und wird in geeigneter Art und Weise, wie zum. Beispiel durch Vorsehen von ausreichendem Luftdruck auf die Unterseite des Kolbens 184 zum Überwinden der Schließkraft der Feder 188, nach oben in ihre offene Position bewegt. Zu diesem Zweck erhält ein Elektromagnetventil 200 unregulierten Luftdruck von der Druckgasquelle 182 (vor dem Regu-lieren durch den Regler 194), und ein Auslass des Elektromagnetventils 200 ist über eine Leitung 202 an einen Teil der zylindrischen Kammer 186 angeschlossen, die unterhalb des Kolbens 184 ist. Das Elektromagnetventil 200 wird in einer ähnlichen Art und Weise, in der das Öffnen und Schließen des Ventils 66 gesteuert wurde (d. h. durch eine externe Steuerung, nicht gezeigt) eingeschaltet (geöffnet) und ausgeschaltet (geschlossen). Der Aufwärtshub des Kolbens 184 wird durch eine Stellschraube 204 begrenzt, wie zum Beispiel eine Flügelschraube, die auf der Oberseite der zylindrischen Kammer 186 eintritt und auf die obere Fläche des Kolbens 184 wirkt.

Die Bewegung der Stange 190 aus ihrer geschlossenen Position in ihre offene Position wird in der folgenden Art und Weise gedämpft. Der Teil der zylindrischen Kammer 186 über dem Kolben 184 wird mit Fluid (nicht gezeigt) gefüllt, wie zum Beispiel Hydrauliköl, das von einem Ölvorratsbehälter 206 zugeführt wird. Der Ölvorratsbehälter 206 ist über eine Leitung 208 zu einem Strömungsregelungsventil (Öffnung) 210 an die Kammer 186 angeschlossen, und über eine Leitung 212 von dem Strömungsregelungsventil 210 an die Kammer 186. Das Dämpfen wird durch das Strömungsregelungsventil 210 bewirkt, das den freien Ölstrom zurück und vorwärts zwischen der Kammer 186 und dem Vorratsbehälter 206 begrenzt. Das Strömungsregelungsventil 210 ist einstellbar, um die auf die Bewegung des Kolbens 184 ausgeübte Dämpfungsgröße zu regeln.

Wenn ein druckunterstützter Modus ermöglicht wird, bewegt somit ein ungeregelter Luftdruck den Kolben 184 und die Stange 190 in eine offene Position, ein regulierter Luftdruck wird über die Leitung 56 zur Spritzpistole vorgesehen, und Druckstöße werden durch den Dämpfungsmechanismus des sich durch das Strömungsregelungsventil 210 bewegenden Öles absorbiert, wenn sich der Kolben 184 nach oben bewegt, so dass die zuvor erwähnten Druckstöße und -spritzer vermieden werden, wenn die Spritzpistole in einem druckunterstützten Modus arbeitet.

Fig. 9C ist ein Diagramm, das die durch die Anwendung der Softstartverfahren der Ausführungsformen 174 oder 180 erreichten Ergebnisse zeigt, bei denen das zuvor erwähnte Problem von Druckspitzen überwunden wird, die beim Einleiten eines Modus auftreten, der das Zurverfügungstellen eines Luftdruckes umfasst. Wie in Fig. 9 ist die x-Achse die Zeit und die y-Achse ist der Druck. Dieses Diagramm 210 (vergleiche 170) zeigt, dass es erwünscht ist, die Spritzpistole mit 25 Luftdruckeinheiten vorzusehen (z. B. 172, 137 kPa (25 psi), beginnend bei 10 Millisekunden (10 ms) von einem Anfangsdruck von 0 kpa (0 psi) bei t&sub0; Wie durch die Linie 212 (vergleiche 172) dargestellt ist, steigt der Druck in dem Intervall zwischen 10 ms und ungefähr 18 ms langsam auf die gewünschten beispielhaften 172,37 kPa (25 psi) Strömungsgeschwindigkeit an, um die Spritzpistole in einem druckunterstützten Modus (z. B. im ersten zerstäubenden Modus) zu betreiben. Es ist somit offensichtlich, dass das Problem des Auftretens einer Anfahrdruckspitze und dem begleitenden Verspritzen von Beschichtungsmaterial beim Anfahren wesentlich reduziert wurde, wenn nicht vollständig beseitigt.

Es ist offensichtlich, dass eine Vorrichtung und Verfahren zum Beschichten ausgewählter Bereiche einer Leiterplatte mit einem flüssigen Beschichtungsmaterial ohne Beschichten von Bereichen der Leiterplatte, die unbeschichtet bleiben sollen, zur Verfügung gestellt wird, das die zuvor gestellten Ziele, Mittel und Vorteile erfüllt. In einem Betriebsmodus einer ersten Ausführungsform wird eine aus einer verlängerten Düsenspitze ausgegebene Raupe von flüssigem Beschichtungsmaterial durch Leiten von Luftstrahlen auf die Raupe zum Ausbilden eines konischen wirbelnden Sprühmusters zerstäubt, das auf ausgewählte Bereiche einer Leiterplatte gesprüht wird, bei denen der Übersprühung keine erhebliche Bedeutung zukommt. In einem zweiten Modus wird die durch die verlängerte Düsenspitze ausgegebene, nicht zerstäubte Raupe des flüssigen Beschichtungsmateriales auf ausgewählte Bereiche der Leiterplatte aufgebracht, bei denen Übersprühung nicht toleriert werden kann. In einer zweiten Ausführungsform arbeitet ein erster Modus durch Ausgeben der Raupe des flüssigen Beschichtungsmateriales aus einer Düse ohne die verlängerte Düsenspitze und Zerstäuben der Materialraupe durch Leiten von Luftstrahlen auf die Raupe zum Ausbilden eines konischen, wirbelnden Sprühmusters, das auf ausgewählte Bereiche einer Leiterplatte gesprüht wird, bei denen der Übersprühung keine erhebliche Bedeutung zukommt. In einem zweiten Modus der zweiten Ausführungsform wird die aus der Düse ohne die verlängerte Düsenspitze ausgegebene Raupe des flüssigen Beschichtungsmaterials auf ausgewählte Bereiche der Leiterplatte aufgebracht, bei denen Übersprühung nicht toleriert werden kann.


Anspruch[de]

1. System (10, 140) zum Sprühbeschichten eines Substrates (11) mit einem flüssigen Beschichtungsmaterial, umfassend eine Flüssigkeitssprüheinrichtung mit einem Flüssigkeitszuleitungskanal (16, 34, 150) zum Zuführen von flüssigem Beschichtungsmaterial und einem Luftzuleitungskanal (52, 162) zum Zuführen von Druckluft, eine an der Flüssigkeitssprüheinrichtung befestigte Düse (76, 120, 142) mit einer Austragsöffnung (90, 90') an einem Ende und einer mit dem Flüssigkeitszuleitungskanal (16, 34, 150) in Strömungsverbindung stehenden Durchgangsbohrung (88, 88') zum Austragen des flüssigen Beschichtungsmateriales als eine Raupe aus flüssigem Beschichtungsmaterial aus der Austragsöffnung (90, 90'), wobei die Düse (76, 120, 142) eine Vielzahl mit dem Luftzuleitungskanal (52, 162) in Strömungsverbindung stehende Luftbohrungen (100) umfasst, um zur Umformung des flüssigen Beschichtungsmateriales in ein Zerstäubungssprühmuster Druckluft gegen den Außenrand der aus der Austragsöffnung (90, 90') ausgetragenen Raupe aus flüssigem Beschichtungsmaterial zu richten, und eine Steuereinrichtung zum selektiven Öffnen und Schließen des Luftzuleitungskanales (52, 162) der Flüssigkeitssprüheinrichtung, die funktionell mit der Flüssigkeitssprüheinrichtung verbunden ist, wodurch die aus der Austragsöffnung (90, 90') ausgetragene Raupe aus flüssigem Beschichtungsmaterial entweder als ein Zerstäubungssprühmuster oder als eine Raupe der Flüssigkeit auf das Substrat (11) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl Luftbohrungen (100) die Druckluft so lenkt, dass das flüssige Beschichtungsmaterial in dem Zerstäubungssprühmuster wirbelt.

2. System gemäß Anspruch 1, bei dem die Düse (76, 120, 142) mit mindestens sechs mit dem Luftzuleitungskanal (52, 162) in Strömungsverbindung stehenden Bohrungen (100) ausgebildet ist, wobei die Luftbohrungen (100) in Bezug auf die Durchgangsbohrung (88, 88') in einem Winkel ausgebildet sind.

3. System gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Düse (76, 120, 142) mit mindestens zwölf mit dem Luftzuleitungskanal (52, 162) in Strömungsverbindung stehenden Luftbohrungen (100) ausgebildet ist.

4. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Austragsöffnung (90) aus einer verlängerten Düsenspitze (87) besteht, die ein sich von der Düse (76) nach außen erstreckendes Rohr (104) umfasst, wobei das Rohr (104) eine an einem Ende angeordnete Düsenöffnung (107) besitzt, um das flüssige Beschichtungsmaterial als eine Raupe aus flüssigem Beschichtungsmaterial auszutragen.

5. System gemäß Anspruch 4, bei dem die Düse (76) aus einer Ringplatte (78) mit einer ersten Fläche (80) auf ihrer einen Seite, und einem sich von einer zweiten Fläche (82) auf einer zweiten, gegenüberliegenden Seite der Platte (78) nach außen erstreckenden Düsenkopf (86) besteht, wobei die Platte (78) die Durchgangsbohrung (88) aufweist, die sich zwischen der einen Seite und dem Düsenkopf (86) erstreckt, um das Rohr (104) aufzunehmen, und die Platte (78) mit den sich zwischen der ersten Fläche (80) und der zweiten Fläche (82) erstreckenden Luftbohrungen (100) ausgebildet ist.

6. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuereinrichtung angepasst ist, um die Druckluft für den selektiven Auftrag des flüssigen Beschichtungsmateriales als eine wirbelnde Raupe der Flüssigkeit zu steuern.

7. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuereinrichtung das flüssige Beschichtungsmaterial selektiv unter Nutzung von drei auswählbaren Betriebsmodi aufträgt, umfassend ein Raupenmuster, ein wirbelndes Zerstäubungsmuster und ein wirbelndes Raupenmuster.

8. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuereinrichtung das flüssige Beschichtungsmaterial durch Auswahl eines Sprühmusters basierend auf einer vorgegebenen Konfiguratioin des Sprühmusters basierend auf einer vorgegebenen Konfiguratioin des Substrates auf das Substrat aufträgt.

9. Verfahren zum Auftragen von flüssigem Beschichtungsmaterial auf ein Substrat (11), umfassend die Schritte des Zuführens von flüssigem Beschichtungsmaterial durch einen Flüssigkeitszuleitungskanal (16, 34, 150) einer Flüssigkeitssprüheinrichtung und Zuführens von Druckluft zu einem Luftzuleitungskanal (52, 162) der Flüssigkeitssprüheinrichtung, Leitens des flüssigen Beschichtungsmateriales aus dem Flüssigkeitszuleitungskanal in eine Durchgangsbohrung (88, 88'), die sich durch eine in einer Austragsöffnung (90, 90') an der Sprüheinrichtung befestigte Düse (76, 120, 142) zum Austragen des flüssigen Beschichtungsmateriales als eine Raupe aus flüssigem Beschichtungsmaterial erstreckt; selektiven Leitens der Druckluft aus dem Luftzuleitungskanal (52, 162) in eine Vielzahl von in der Düse (76, 120, 142) ausgebildeten Luftbohrungen (100) zum Betreiben der Flüssigkeitssprüheinrichtung in drei Betriebsmodi: einem ersten Betriebsmodus, in dem zum Ausbilden eines Sprühmusters aus zerstäubtem flüssigen Beschichtungsmaterial zum Auftrag auf ein Substrat (11) mit einem ersten Druck durch die Luftbohrungen (100) strömende Druckluft gegen den Außenrand der Raupe aus flüssigem Beschichtungsmaterial gerichtet wird; einem zweiten Betriebsmodus, in dem keine Luft durch die Luftbohrungen (100) strömt und das flüssige Beschichtungsmaterial als eine Raupe aufgetragen wird; und einem dritten Betriebsmodus, in dem zum Ausbilden eines Musters aus nicht zerstäubtem flüssigen Beschichtungsmaterial zum Auftrag auf ein Substrat (11) mit einem zweiten Druck, der geringer ist als der erste Druck, durch die Luftbohrungen strömende Druckluft gegen den Außenrand der Raupe aus flüssigem Beschichtungsmaterial gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt des Richtens der Druckluft zum Ausbilden eines wirbelnden Sprühmusters des zerstäubten flüssigen Beschichtungsmateriales im ersten Betriebsmodus umfasst.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem der erste Druck größer ist als 10 psi (68,947 kPa) und der zweite Druck zwischen 4 psi und 10 psi (27,579 und 68,947 kPa) liegt.

11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, umfassend den Schritt des Richtens der Druckluft gegen den Außenrand der Raupe aus flüssigem Beschichtungsmaterial zum Ausbilden eines wirbelnden Sprühmusters aus zerstäubtem flüssigen Beschichtungsmaterial im dritten Betriebsmodus.

12. Verfahren zum Auftragen von flüssigem Beschichtungsmaterial auf ein Substrat, umfassend die Schritte des Zuführens von flüssigem Beschichtungsmaterial durch einen Flüssigkeitszuleitungskanal (16, 34, 150) einer Flüssigkeitssprüheinrichtung und Zuführens von Druckluft von einer Druckluftquelle zu einem Luftzuleitungskanal (52, 162) der Flüssigkeitssprüheinrichtung, Leitens des flüssigen Beschichtungsmateriales aus dem Flüssigkeitszuleitungskanal (16, 134, 150) in eine Durchgangsbohrung (88, 88'), die sich durch eine an der Sprüheinrichtung befestigte und an einer Austragsöffnung (90, 90') endende Düse (76, 120, 142) zum Austragen des flüssigen Beschichtungsmateriales als eine Raupe des flüssigen Beschichtungsmateriales erstreckt, selektiven Leitens der Druckluft aus dem Luftzuleitungskanal (52, 162) in eine Vielzahl von in der Düse (76, 120, 142) ausgebildeten Luftbohrungen (100) zum Betreiben der Flüssigkeitssprüheinrichtung in mindestens zwei Betriebsmodi: mindestens einem druckunterstützten Betriebsmodus, in dem Druckluft durch die Luftbohrungen (100) strömt und gegen den Außenrand der Raupe aus flüssigem Beschichtungsmaterial gerichtet wird; und einem nicht-druckunterstützten Betriebsmodus, in dem keine Luft durch die Luftbohrungen (100) strömt, mit intermittierendem Öffnen und Schließen des Luftzuleitungskanales (52, 162) der Flüssigkeitssprüheinrichtung in jedem der mindestens zwei Betriebsmodi, wodurch die aus der Austragsöffnung ausgetragene Raupe aus flüssigem Beschichtungsmaterial entweder als ein Zerstäubungssprühmuster, ein nichtzerstäubtes Sprühmuster oder als eine Raupe auf das Substrat aufgetragen wird, und Anordnens eines Flüssigkeitsdämpfungssystems (174, 180) in einer Leitung zwischen der Druckluftzuführung und dem Luftzuleitungskanal (52, 162) der Flüssigkeitssprüheinrichtung, wobei das Verfahren den Schritt des Richtens der Druckluft zum Ausbilden eines wirbelnden Sprühmusters des zerstäubten flüssigen Beschichtungsmateriales im ersten Betriebsmodus umfasst.







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