CN101786068B - 一种基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀，包括喷针(13)和阀体，端盖(3)固定在壳体(12)上，激励线圈(11)通过端盖(3)固定在壳体(12)内；在端盖(3)上设有弹性预紧装置；所述的喷针(13)上端被所述的弹性预紧装置压紧，下端通过所述的壳体(12)进入所述的阀体内，超磁致伸缩棒置于所述的激励线圈(11)中心，一端顶紧固定于所述的壳体(12)上，另一端通过导磁片(8)顶住在被所述的弹性预紧装置压紧的所述的喷针(13)上，所述的端盖(3)、导磁片(8)及壳体(12)均为导磁材料，与所述的超磁致伸缩棒共同构成闭合磁路。本发明是一种结构简单、使用方便、喷射频率高、喷射精度高、使用寿命长的基于超磁致伸缩驱动的点胶阀。

Description

一种基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀

技术领域

本发明公开了一种用于非接触式与接触式两用点胶装置，特别是涉及一种超磁致伸缩驱动点胶阀，涉及微电子装备技术领域，主要适用于微电子及光电子芯片封装。

背景技术

现有的技术领域中，用于微电子封装的喷胶设备主要以Asymtek公司的气动胶液喷射装备为主。它是通过气控阀控制高压气流的进出来推动驱动器活塞上下移动，从而推动喷射针头往复运动，实现挤压胶液的喷射过程。喷射式点胶阀喷射精度与可以喷射胶液的粘度高低和喷射器内喷针的行程和加速度有直接关系，针头的行程越小，加速度越大则喷射的精度越高，且能喷射更大粘度的胶液；然而气动驱动喷射式点胶阀的驱动力较小、响应时间较慢(5～10ms)且难以实现较小的喷针行程，从而难以实现微量及高频率的胶液喷射；同时由于喷针直接与底座碰撞，使得喷针材料和尺寸都受到很大限制以及使用寿命比较短，而且要求与汽缸的同轴度很高，因此制造工艺复杂。超磁致伸缩材料具有应变量大(1300～2000ppm)、输出力大及响应速度快等优点，基于超磁致伸缩驱动的喷射器结构简单，其响应速度主要取决于激励线圈的励磁时间(小于1ms)，因此基于超磁致伸缩驱动的喷射式点胶阀其动态特性好、输出力大及响应频率高，可以实现微量点胶及高频率的点胶。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、使用方便、喷射频率高、喷射精度高、使用寿命长的基于超磁致伸缩驱动的点胶阀。

为了解决上述技术问题，本发明提供的基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀，包括喷针和阀体，端盖固定在壳体上，激励线圈通过端盖固定在壳体内；在端盖上设有弹性预紧装置；所述的喷针上端被所述的弹性预紧装置压紧，下端通过所述的壳体进入所述的阀体内，超磁致伸缩棒置于所述的激励线圈中心，一端顶紧固定于所述的壳体上，另一端通过导磁片顶住在被所述的弹性预紧装置压紧的所述的喷针上，所述的端盖、导磁片及壳体均为导磁材料，与所述的超磁致伸缩棒共同构成闭合磁路。

所述的壳体下端设有用于所述的喷针的导向与定心的导向套。

所述的弹性预紧装置是在所述的端盖上设有旋压螺钉，所述的端盖和所述的旋压螺钉之间设有预紧力调整垫片，所述的旋压螺钉顶紧碟簧，所述的碟簧压紧在所述的喷针上。

所述超磁致伸缩棒为圆筒状超磁致伸缩棒，所述的喷针通过所述的圆筒状超磁致伸缩棒的中心。

所述的喷针下端为球面，所述的阀体为非接触式阀体，所述的非接触式阀体的喷嘴中间为锥面，下面设有喷孔。

所述的喷针下端为球面，所述的阀体为接触式阀体，所述的接触式阀体的喷嘴中间为锥面，下面固接针头。

本发明点胶阀的工作过程简述于下：对胶筒施加恒定的气压，气压推动胶液从胶筒、进胶管、进胶转接头进入充满胶液腔体的胶液通道，当点胶阀激励电压为零时，喷针与喷嘴密闭接触，胶液不能从喷孔溢出，对激励线圈通过导线施加PWM电压时，激励线圈只产生单向磁场，使超磁致伸缩棒工作于单向磁场作用状态，避免了倍频现象，保证喷针运动频率与施加激励频率一致，即点胶阀喷胶频率与激励频率一致，所以本发明无需加偏置电流或者偏置线圈，当激励电压为零时，超磁致伸缩棒处于原始状态，无伸长，喷针通过弹簧压力作用与喷嘴紧密接触使胶液不能流出；当周期方波激励电压为V_on时，激励线圈产生磁场，超磁致伸缩棒在激励磁场作用下伸长，驱动喷针向上运动，胶液填充喷嘴储胶腔；当激励电压到下一周期为零时，激励磁场消失，超磁致伸缩棒缩短到初始位置，喷针在弹簧的预压力作用下加速向下运动，直至与喷嘴接触，运动的喷针驱动胶液腔体内的胶液流动，在喷针下端球体与喷嘴锥面形成的配合面处胶液动压效果明显，压力急剧增大，使胶液快速从喷孔喷出并形成胶滴，完成一次喷胶过程；接下来激励线圈继续通电，超磁致伸缩棒重复上次动作，实现喷针周期性运动，进而实现精确、定量控制微量喷胶的目的。

本发明由于采用上述结构，它可以在提供较小的喷针行程的同时获得较大的驱动力，且响应时间短，可有效提高胶液喷射速度和喷射精度；由于超磁致伸缩材料响应频率高，该喷射阀喷射频率主要取决于激励线圈的性能，可以实现较高的喷射频率；克服现有气动驱动系统要求喷针与汽缸高度同轴的弊端，并且喷针位移的调整与控制相对于气动驱动更方便，改变激励电压V_on幅值即可改变喷针的位移。本发明提供的基于超磁致棒伸缩驱动的点胶阀，可用于非接触式微量点胶与接触式微量点胶。由于喷针位移较小，可实现小粘度(0.1Pa.s～1Pa.s)胶液的喷射，非接触式点胶阀不需要Z轴方向运动，只需保证点胶阀与点胶平台有合适的距离，更利于实现精确点胶。用于接触式点胶时，通过更换该点胶阀的喷嘴可实现接触式点胶功能，胶液粘度范围大，接触式点胶需要点胶阀的Z轴方向运动。

综上所述，本发明采用超磁致伸缩棒进行驱动，可以满足高频响点胶要求，喷针和喷嘴之间密闭接触，避免了胶液溢出，本发明具有结构简单、使用方便、喷射频率高、喷射速度快、喷射精度高、使用寿命长，适于工业化生产，可以替代现有气动驱动喷胶系统，特别适用于微电子及光电子芯片的封装。

附图说明

图1是本发明非接触式点胶阀结构剖视图；

图2是本发明非接触式点胶阀结构主视图；

图3是实施例1非接触式点胶阀喷射头局部放大图；

图4是本发明接触式点胶阀结构剖视图；

图5是本发明接触式点胶阀结构主视图；

图6是实施例2接触式点胶阀点胶头局部放大图；

图7是本发明实施例3非接触式点胶阀结构剖视图；

图8是本发明实施例3非接触式点胶阀喷射头局部放大图；

图9是本发明实施例4非接触式点胶阀喷射头局部放大图；

图10是本发明线圈施加激励电压PWM波形示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步的详细说明。

实施例1：

参见附图1，端盖3通过螺栓4、垫片5、螺母6固定在壳体12上，激励线圈11通过端盖3和垫片9固定在壳体12内；圆筒状超磁致伸缩棒10置于激励线圈11中心，一端顶紧固定于壳体12的凹台上，另一端通过导磁片8顶住被碟簧7压紧的喷针13，在端盖3上设有旋压螺钉1，端盖3和旋压螺钉1之间设有预紧力调整垫片2，旋压螺钉1顶紧碟簧7；壳体12下端设有导向套14，用于喷针13的导向与定心，喷嘴21通过压嘴套23固定在胶液腔体17上，喷嘴21与胶液腔体17之间设有第一O型密封圈22，防止胶液溢出，胶液腔体17通过压紧杯15固定在壳体12上且在胶液腔体17与壳体12之间设有垫片16，喷针13通过圆筒状超磁致伸缩棒10中心，上端被碟簧7压紧，下端通过壳体12和导向套14进入胶液腔体17的空心储胶孔与喷嘴21密封接触；同时保证喷针13与喷嘴21密闭接触，胶液腔体17与喷针之13间设有第二O型密封圈20防止胶液向上流动，第二O型密封圈20通过密封圈挡圈18和螺钉19固定在胶液腔体17上，胶液腔体17上设有螺纹，用于转接头24安装，转接头24与胶筒相连。通过改变预紧力调整垫片2的厚度改变预压力大小，导磁片8与喷针13过盈配合，导磁片8、端盖3及壳体12均为导磁材料电工纯铁，与圆筒状超磁致伸缩棒10共同构成闭合磁路。

其工作原理是，通过电源及控制电路25向激励线圈11施加PWM电压，如附图10激励电压为零时，圆筒状超磁致伸缩棒10处于无伸长的初始状态，它受到由碟簧7产生的预压应力作用，在有预压应力的情况下圆筒状超磁致伸缩棒10能获得更大的伸缩量，此时喷针13处于底端位置，顶紧喷嘴21，以保证无胶液从喷嘴21流出；当激励电压不为零时，激励线圈11产生磁场，在此磁场的作用下圆筒状超磁致伸缩棒10伸长，驱动喷针13迅速向上运动，胶液由胶液孔流进并充满喷嘴21的储胶腔；当激励线圈11再次断电时，圆筒状超磁致伸缩棒10迅速缩短到初始长度，碟簧7驱动喷针13向下运动，使喷针13迅速向下运动挤压喷针胶液腔内的胶液，使胶液从喷嘴21的细孔内喷出并形成胶滴，完成一次喷胶过程。

本实施例旋压螺母1、预紧力调整垫片2及碟簧7共同构成预压力装置，由于圆筒状超磁致伸缩棒10在一定预压力(6-8MPa)条件下磁致伸缩系数最大，通过预紧力调整垫片2的厚度改变碟簧7的形变量，进而调整圆筒状超磁致伸缩棒10的预压力，预压力调整方便。

本实施例的圆筒状超磁致伸缩棒10为圆筒状，喷针13穿过圆筒状超磁致伸缩棒10中心，目的是为了实现当圆筒状超磁致伸缩棒10伸缩时喷针13往复运动与圆筒状超磁致伸缩棒10的伸缩运动方向一致，从而使圆筒状超磁致伸缩棒10处于初始状态时喷针13与喷嘴21紧密接触。

本实施例壳体12内镶嵌铜合金的导向套14，与喷针13为过渡配合，目的是为了保证喷针13上下往复运动的定心精度，是喷针13与喷嘴21满足同轴度要求。

本实施例喷嘴21与胶液腔体17之间设有第一O型密封圈22，胶液腔体17上端设有第二O型密封圈20，防止胶液溢出。

本实施例喷嘴21固定在胶液腔体17内通过压嘴套23紧固，目的是考虑到喷嘴21的加工工艺的方便性与保证喷嘴21的加工精度。

实施例2：

参见附图4，本实例为接触式点胶阀，附图5为接触式点胶阀主视图，附图6为点胶阀点胶头放大图。

其工作原理：通过电源及控制电路25向激励线圈11施加PWM电压，如图10激励电压为零时，圆筒状超磁致伸缩棒10处于无伸长的初始状态，它受到由碟簧7产生的预压应力作用，此时喷针13处于底端位置，顶紧喷嘴21，以保证无胶液从喷嘴21流出；当激励电压为V_on时，激励线圈11产生磁场，在此磁场的作用下圆筒状超磁致伸缩棒10伸长，驱动喷针13迅速向上运动，胶液由胶液孔流进并充满喷嘴21的储胶腔；当激励线圈11再次为零时，圆筒状超磁致伸缩棒10迅速缩短到初始长度，碟簧7驱动喷针13向下运动，使喷针13迅速向下运动挤压喷针胶液腔体17内的胶液，使胶液从喷嘴21的针头26中挤出，同时控制点胶阀的Z轴运动，当点胶阀胶液从喷嘴21的针头26挤出时，点胶阀通过运动平台控制与点胶平台接触一次，实现一次点胶。每次点胶调节PWM的频率可以实现胶滴大小的控制，胶滴尺寸调节方便，易于实现。

实施例3：

参加附图7，本实施例基座27将实施例1中的喷嘴21、胶液腔体17及压嘴套23设为一体，减少装配误差，附图8为基座27与喷针13接触处的放大图；

实施例4：

本实施例喷针13与喷嘴21接触端设为锥面，附图9是喷针13与喷嘴21接触处的放大图。

Claims (6)

1.一种基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀，包括喷针(13)和阀体，其特征是：端盖(3)固定在壳体(12)上，激励线圈(11)通过端盖(3)固定在壳体(12)内；在端盖(3)上设有弹性预紧装置；所述的喷针(13)上端被所述的弹性预紧装置压紧，下端通过所述的壳体(12)进入所述的阀体内，超磁致伸缩棒置于所述的激励线圈(11)中心，一端顶紧固定于所述的壳体(12)上，另一端顶住在被所述的弹性预紧装置压紧的所述的喷针(13)上，所述的超磁致伸缩棒与所述的喷针(13)之间设有导磁片(8)，所述的端盖(3)、导磁片(8)及壳体(12)均为导磁材料，与所述的超磁致伸缩棒共同构成闭合磁路。

2.根据权利要求1所述的基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀，其特征在于：所述的壳体(12)下端设有用于所述的喷针的导向与定心的导向套(14)。

3.根据权利要求1或2所述的基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀，其特征在于：所述的弹性预紧装置是在所述的端盖(3)上设有旋压螺钉(1)，所述的端盖(3)和所述的旋压螺钉(1)之间设有预紧力调整垫片(2)，所述的旋压螺钉(1)顶紧碟簧(7)，所述的碟簧(7)压紧在所述的喷针(13)上。

4.根据权利要求1或2所述的基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀，其特征在于：所述超磁致伸缩棒为圆筒状超磁致伸缩棒(10)，所述的喷针(13)通过所述的圆筒状超磁致伸缩棒(10)的中心。

5.根据权利要求1或2所述的基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀，其特征在于：所述的喷针(13)下端为球面，所述的阀体为非接触式阀体，所述的非接触式阀体的喷嘴(21)中间为锥面，下面设有喷孔。

6.根据权利要求1或2所述的基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀，其特征在于：所述的喷针(13)下端为球面，所述的阀体为接触式阀体，所述的接触式阀体的喷嘴(21)中间为锥面，下面固接针头(26)。

Images