[发明专利]液体分配系统以及提高液体与衬底之间接触面积的方法

说明书

本发明总体上涉及一种液体分配设备，特别是涉及一种用于将液滴分配到衬底上的设备。

电气元件通常要通过软焊而固定到电路板或其它衬底上。虽然现有多种普通软焊方法用以将元件固定到衬底上，但传统的软焊过程以便可以包含三个分开的步骤。这些步骤包括：(1)向衬底施加助焊剂，(2)预热衬底，以及(3)将各种元件软焊到衬底上。在某些条件下，例如软熔和表面安装过程中，则不需要预热。作为示例，本发明适合用于电路板、微板、内置板、受控折叠的芯片集中器、VGA和其它计算机芯片上的元件固定。

助焊剂是一种化学化合物，其通过熔融态焊料而增加金属表面的湿润性。助焊剂可以将氧化物和其它表面薄膜从基体金属表面上去除。助焊剂还可以保护表面不在软焊过程中重新氧化，并且改变融态焊料和基体金属的表面张力。诸如印刷电路板等衬底必需通过助焊剂清洁，以使电路板有效地准备软焊，并适宜地湿润将要被固定到电路板上的电气元件。

在软焊操作中，需要将微量或液滴状助焊剂分配到衬底的不连续部分上。各种类型的分配器已被用于这个目的，例如注射器式接触分配器和阀控非接触分配器。除了助焊剂，其它液体也可以施加到衬底上。这样的液体包括粘接剂、焊膏、软焊保护剂、润滑脂、密封油、封装化合物、油墨和硅酮等。

由于表面张力作用，阀控非接触分配器中发出的液体通常会在到达衬底之前形成一个浮在空气中的大致球形液滴。因此该液滴将以特定的大致圆形表面区域接触衬底。根据液滴材料的粘度和表面张力特性，液滴可能在表面接触区域之上保持一个大致半球形。例如，如果液滴材料具有高粘度和高表面张力，则液滴通常会在衬底表面上保持一个大致半球形，而表面接触面积相对较小。对于普通助焊剂，液滴的高度大致等于液滴半径。然而，如果液滴材料具有相对低粘度和低表面张力，则球形会在表面上变得扁平，而表面接触面积会变大。大体上讲，高粘度或高表面张力的液滴在表面上散布的面积小于低粘度或低表面张力的液滴。

在电气装置的制造过程中，希望使用最少有效量的助焊剂，同时又使助焊剂覆盖住最大的表面面积。在许多软焊操作中，助焊剂施加在衬底上的最佳形式是以一系列液滴施加在衬底的不连续区域上。相对于厚层助焊剂来说，薄层助焊剂具有多种优点。例如，薄层助焊剂可以在电气元件与诸如衬底印刷电路之间产生更可靠的软焊连接，特别是在未使用清洁助焊剂时。由单一的助焊剂液滴形成的薄层所使用的助焊剂要少于覆盖了同样面积的多个较厚液滴。此外，因此第一助焊剂液滴散布所形成的薄层还可以提高生产率，这是因为施加单一的扁平液滴要比施加覆盖了同样面积的多个较厚液滴快。

由于助焊剂通常具有高表面张力，因而不会在与衬底接触时扁平到适宜程度。另一方面，非接触分配操作将产生相对较厚的液滴，即具有大致半球形和小接触面积。其结果是，难以利用传统的非接触分配器和传统的助焊剂产生薄层助焊剂。

因此，希望提供这样一种非接触液滴分配器，其既能够分配诸如助焊剂等粘性液体的液滴，又能够使液滴在衬底上变得扁平或散布，以增大表面接触面积。

本发明的设备适合于将诸如助焊剂等液滴分配到一个衬底上，再通过向液滴上排放至少一股压缩空气喷流而使液滴扁平或散布。本发明特别适合于非接触分配器，即在分配操作中喷嘴不与衬底相接触的分配器。在本发明的一个适宜的实施方式中，衬底是一个印刷电路板。压缩空气喷流撞击到由一个或多个分配液滴形成的液滴上，并以足够的力克服液滴的表面张力，从而使液滴在衬底表面上散布而形成增大的接触面积。

为此，根据本发明的原理，一种用于将液滴排放到衬底上并以空气撞击液滴的分配器包含一个分配器体，其带有一个用于连接诸如助焊剂等液体源的液体供应通道。一个喷嘴连接着分配器体并包含一个与液体供应通道相流通的液体排放通道。喷嘴还包含一个用于连接到压缩气源以排放压缩空气喷流的空气排放口。空气排放口邻近于液体排放通道成形，从而使得排出的压缩空气喷流能够撞击到由一个或多个从液体排放通道排出的液滴形成的液滴上。空气可以大体上使液滴扁平和散布并增大液滴与衬底之间的接触面积。液体排放通道和空气排放口优选以同轴的方式彼此对齐。例如，液体排放通道可以安置在空气排放口中并因此而被后者环绕着。