CN101875039A - 一种加柔性放大臂的基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀 - Google Patents

一种加柔性放大臂的基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种加柔性放大臂的基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀，包括喷针(17)和基座(22)，激励线圈(5)通过端盖(3)固定在壳体(7)内，超磁致伸缩棒(6)置于激励线圈(5)的中心，一端顶紧端盖(3)，另一端与顶杆(9)传动连接；基体(22)固定在壳体(7)上，喷针(17)与壳体(7)之间设有弹性预紧装置；柔性放大臂(13)一端固定在所述的壳体(7)上，另一端与喷针(17)传动连接，顶杆(9)与柔性放大臂(13)中部传动对接；壳体(7)和端盖(3)均为导磁材料。本发明采用超磁致伸缩棒进行驱动，结构简单，可以满足高频响非接触式与接触式点胶要求，点胶胶液粘度大、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，特别适用于微电子芯片的封装。

Description

一种加柔性放大臂的基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀
技术领域
本发明公开了一种点胶装置，特别是涉及一种加柔性放大臂的基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀，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。非接触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、大粘度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，可以实现微量胶液、大粘度胶液及高频率的点胶。
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、喷液粘度大、喷射精度高、使用寿命长的加柔性放大臂的基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀。
为了解决上述技术问题，本发明提供的加放大臂的基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀，包括喷针和基体，激励线圈通过端盖固定在壳体内，超磁致伸缩棒置于所述的激励线圈的中心，一端顶紧端盖，另一端与顶杆传动连接；所述的基体固定在所述的壳体上，所述的喷针与所述的壳体之间设有弹性预紧装置；柔性放大臂一端固定在所述的壳体上，另一端与所述的喷针传动连接，所述的顶杆与所述的柔性放大臂中部传动对接；所述的壳体和端盖均为导磁材料。
所述的超磁致伸缩棒为TbDyFe棒。
所述超磁致伸缩棒与所述的顶杆之间设有导磁片，所述的导磁片为导磁材料。
所述基座内嵌有用于所述的喷针导向的导向套筒。
所述的柔性放大臂通过球头螺钉和调整垫片与所述的喷针连接。
所述的弹性预紧装置是在所述的壳体上设有旋压螺母，所述的旋压螺母与所述的喷针之间设有预压弹簧。
所述的喷针与所述的基座配合处设计为球面，所述的基座与所述的喷针球面接触处为锥面，所述的基座上设有喷孔。
所述喷针与所述的基座配合处设计为球面，所述的基座与弹性预紧装置喷针球面接触处为锥面，所述的基座上固装有点胶针头。
尽管超磁致伸缩材料应变量大(1300～2000ppm)，但为了使输出位移达到大粘度胶液喷射的要求，本点胶阀设有柔性放大臂，用于放大超磁致伸缩棒的输出位移。
本发明非接触式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基座的胶液通道，当点胶阀不通电压时，喷针与基座密闭接触，胶液不能从喷孔溢出，对激励线圈通过导线施加周期方波电压时，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基座紧密接触使胶液不能流出；当周期方波激励电压为Von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，通过柔性放大臂放大超磁致伸缩棒的输出位移，驱动喷针向上运动，胶液填充基座储胶腔；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，喷针在预压弹簧的预压力作用下加速向下运动，直至与基座接触，运动的喷针驱动胶液腔体内的胶液流动，在喷针下端球体与基座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、定量控制微量喷胶大粘度喷胶的目的。
本发明由于采用上述结构，它可以在提供较大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线圈的性能，可以实现较高的频率喷射；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。综上所述，本发明具有结构简单、使用方便、喷射频率高、喷液粘度大、喷射精度高、喷针与基座之间密封效果好，胶液不会外溢，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是本发明实施例1非接触式点胶阀喷射头局部放大图；
图4是本发明实施例2接触式点胶阀结构剖视图；
图5是本发明实施例2接触式点胶阀点胶头局部放大图；
图6是本发明实施例3非接触式点胶阀喷射头局部放大图；
图7是激励电压波形示意图。
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：
参阅图1、图2和图3，端盖4通过螺钉1和垫片2固定在壳体7上，激励线圈5通过端盖4固定在壳体7内，超磁致伸缩棒6置于激励线圈5的中心，一端顶紧端盖3，另一端通过导磁片8与顶杆9传动连接，超磁致伸缩棒6为TbDyFe棒；基体22通过螺母19固定在壳体7上，基座22内镶嵌有用于喷针17导向的铜合金的导向套筒20并且第一螺母18，基座22上设有作用于喷针17的O形密封圈21，基座2上设有与胶筒相连的转接头23，喷针17与基座22配合处设计为球面，基座22与喷针17球面接触处为锥面，基座22上设有喷孔，在壳体7上设有旋压螺母15，旋压螺母15与喷针17之间设有预压弹簧16；柔性放大臂13一端通过紧定螺钉11和第一垫片10固定在壳体7上，另一端通过球头螺钉12和调整垫片14与喷针17连接，顶杆9顶压在柔性放大臂13中部；壳体7、导磁片8和端盖3均为导磁材料电工纯铁。
柔性放大臂13放大超磁致伸缩棒6的输出位移；预压弹簧16使喷针17与基座22密闭接触并通过球头螺钉12和柔性放大臂13对超磁致伸缩棒6产生预压力。
其工作原理是通过电源及控制电路24对激励线圈5施加为周期方波电压，如图7，使激励线圈5只产生单向磁场，使超磁致伸缩棒6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，因此本发明无需设计用于提供偏置磁场的偏置线圈；当激励电压为零时，超磁致伸缩棒6处于原始状态，无伸长，喷针17通过预压弹簧16压力作用与基座22紧密接触使胶液不能流出；当周期方波激励电压为Von时，激励线圈5产生磁场，超磁致伸缩棒6在激励磁场作用下伸长，通过柔性放大臂13放大位移，驱动喷针17向上运动，胶液填充储胶腔；当激励电压下一周期为零时，激励磁场消失，超磁致伸缩棒6缩短到初始位置，喷针17在预压弹簧16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17驱动胶液腔体内的胶液流动，在喷针17下端球体与基座锥面形成的配合面处胶液动压效果明显，压力急剧增大，使胶液快速从喷嘴喷出并形成胶滴，完成一次喷胶过程；接下来激励线圈5继续通电，超磁致伸缩棒6重复上次动作，实现喷针17周期性运动，进而实现精确、定量控制微量喷胶大粘度喷胶的目的。
本实施例柔性放大臂13紧定在壳体7上，通过柔性放大臂13放大超磁致伸缩棒6的输出位移，使喷针17得到较大的位移。
本实施例预压弹簧16一端顶紧喷针17上，另一端通过旋压螺母15压紧，旋压螺母15通过螺纹固定在壳体7上，通过调整旋压螺母15改变预压弹簧16的形变量，达到调整超磁致伸缩棒预压力的目的。
本实施例基座22的胶液通道内镶嵌铜合金导向套20，与喷针17为过渡配合，目的是为了保证喷针17上下往复运动的定心精度，使喷针17与基座22的喷孔满足同轴度要求；
本实施例喷针17与基座22接触端设为球面，图3是喷针17与基座22接触处的局部放大图。
实施例2：
参阅图4和图5，基于超磁致伸缩驱动的接触式点胶阀，包括激励线圈、预压弹簧、超磁致伸缩棒、柔性放大臂、喷针、基座，所述磁致伸缩棒置于激励线圈内部，一端顶在端盖上，另一端被预压弹簧通过球头螺钉、柔性放大臂和顶杆压紧；所述柔性放大臂一端固定在壳体上，并压紧顶杆，另一端通过球头螺钉连接喷针，柔性放大臂放大超磁致伸缩棒的输出位移；所述预压弹簧装置使喷针与基座密闭接触并通过球头螺钉和柔性放大臂对超磁致伸缩棒产生预压力；基座22下面固连有点胶针头25，图5为本实施例基座点胶头局部放大图。
其工作原理为通过电源及控制电路24向激励线圈11施加PWM电压，如图7激励电压为零时，超磁致伸缩棒6处于无伸长的初始状态，它受到由预压弹簧16产生的预压应力作用，此时喷针17处于底端位置，顶紧基座22，以保证无胶液从基座22的针头25中流出；当激励电压为Von时，激励线圈5产生磁场，在此磁场的作用下超磁致伸缩棒6伸长，通过柔性放大臂13放大输出位移驱动喷针17迅速向上运动，胶液由胶液孔流进并充满喷嘴的储胶腔；当激励线圈再次为零时，超磁致伸缩棒8迅速缩短到初始长度，预压弹簧16驱动喷针17向下运动，使喷针17迅速向下运动挤压喷针胶液腔内的胶液，使胶液从点胶针头25中挤出，同时控制点胶阀的Z轴运动，当点胶阀胶液从点胶针头25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：
本实施例非接触式点胶阀喷针17与基座22接触端设为锥面，图6是喷针17与喷嘴接触处的局部放大图。

Claims (8)

1.一种加柔性放大臂的基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀，包括喷针(17)和基体(22)，其特征在于：激励线圈(5)通过端盖(3)固定在壳体(7)内，超磁致伸缩棒(6)置于所述的激励线圈(5)的中心，一端顶紧端盖(3)，另一端与顶杆(9)传动连接；所述的基体(22)固定在所述的壳体(7)上，所述的喷针(17)与所述的壳体(7)之间设有弹性预紧装置；柔性放大臂(13)一端固定在所述的壳体(7)上，另一端与所述的喷针(17)传动连接，所述的顶杆(9)与所述的柔性放大臂(13)中部传动对接；所述的壳体(7)和端盖(3)均为导磁材料。
2.根据权利要求1所述的加柔性放大臂的基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀，其特征在于：所述的超磁致伸缩棒(6)为TbDyFe棒。
3.根据权利要求1或2所述的加柔性放大臂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(6)与所述的顶杆(9)之间设有导磁片(8)，所述的导磁片(8)为导磁材料。
4.根据权利要求1或2所述的加柔性放大臂的基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀，其特征在于：所述基座(22)内嵌有用于所述的喷针(17)导向的导向套筒(20)。
5.根据权利要求1或2所述的加柔性放大臂的基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀，其特征在于：所述的柔性放大臂(13)通过球头螺钉(12)和调整垫片(14)与所述的喷针(17)连接。
6.根据权利要求1或2所述的加柔性放大臂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在所述的壳体(7)上设有旋压螺母(15)，所述的旋压螺母(15)与所述的喷针(17)之间设有预压弹簧(16)。
7.根据权利要求1或2所述的加柔性放大臂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(17)与所述的基座(22)配合处设计为球面，所述的基座(22)与所述的喷针(17)球面接触处为锥面，所述的基座(22)上设有喷孔。
8.根据权利要求1或2所述的加柔性放大臂的基于超磁致伸缩棒驱动的点胶阀，其特征在于：所述喷针(17)与所述的基座(22)配合处设计为球面，所述的基座(22)与弹性预紧装置喷针(17)球面接触处为锥面，所述的基座(22)上固装有点胶针头(25)。
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