CN102069050B - 双流体喷射器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双流体喷射器。它包括阀体、喷射机构、行程调节机构，阀体由中阀体的上下端分别固定连接上阀体和下阀体构成；在中阀体与上阀体间形成的内腔中安置行程调节机构，该行程调节机构为微分头行程调节机构；在中阀体、下阀体与行程调节机构间形成的内腔中安置喷射机构，该喷射机构为双流体喷射机构。通过调节输入气体和液体的流量和压力来控制混合腔内的双流体流型，实现液体从下阀体喷嘴的点状、线状以及雾状喷射。本发明结构简单、使用寿命长、气体和液体可控性好、喷射精度高、工作频率高，可用于半导体薄膜制备、复合材料制备、电子封装、MENS系统、喷墨、喷涂、润滑、粉末冶金、食品加工、生物医药、焊接、快速原型制造、燃烧、发动机、化工等多流体的喷射工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种双流体喷射器，尤其涉及一种高精度喷射的喷射结构。它能够产生高频率、高精度和可控的液体点状、线状和雾化喷射效果。它可以广泛应用于半导体薄膜制备、复合材料制备、电子封装、MENS系统、喷墨、喷涂、润滑、粉末冶金、食品加工、生物医药、焊接、快速原型制造、燃烧、发动机、化工等多流体的喷射工艺。
背景技术
在半导体封装行业中，胶液分配技术是关键技术之一，广泛应用于芯片贴装、芯片包敷、导热硅胶填充、芯片与基板互连等工艺中。胶液分配技术的发展先后出现了大量式布胶（mass dispensing）、接触式点胶（contact dispensing）、非接触式点胶（non-contact dispensing），其中大量式布胶中典型技术主要有丝网印刷和针转移式点胶，接触式点胶中典型技术主要有典型技术有时间/压力型、螺杆泵式、活塞式点胶胶，接触式点胶主要有喷射点胶阀。随着胶液分配技术的发展，点体积由不均匀、控制精度不高到高一致性、精确可控，点胶周期由长到短，目前，非接触式点胶是最为常用的胶液分配技术，它具有高精度、高速等有点，被认为是半导体封装行业未来的胶液分配技术。
国际上，美国Asymtek公司和日本MUSASHI在非接触式胶液分配技术研究和应用方面走在了世界前列，并占领了很大一部分市场。美国Asymtek公司推出的DJ9500点胶头，最小喷射点直径为200μm，喷射精度为1 nanoliter，喷射流线宽度可达50μm；日本MUSASHI推出的型号为MJET-A-HU*-RL点胶头，点胶频率达到世界最高，为270 dps，平均点胶量为0.02 mg/d。国内的非接触式胶液分配技术还处于起步阶段，差距较大。
非接触式胶液分配技术中，胶液的驱动方式主要有机械喷针式的和气动式的。机械喷针式的胶液驱动方式是喷针头往复运动作用于胶液，将胶液精确分配的同时给胶液足够的动量使其喷出阀体外，喷针头往复运动的实现方式主要有电磁铁驱动、高压气体和电磁阀组合驱动、压电陶瓷驱动以及隔膜泵驱动等；在这种技术中，点胶阀内部有运动部件的存在，靠运动部件与点胶头腔体的碰撞来实现胶液从点胶头喷射到基板这个过程，由于存在机械碰撞，增大了喷针和阀体的磨损，降低设备的点胶精度及使用寿命。气动式的胶液分配技术是高压气体直接作用于胶液或活塞，实现胶液喷射，但在这种技术中，随着点胶的进行，胶桶内剩余的胶液体积量的不同，它对相同压力、流量大小的高压气体的响应不同，造成前后胶点大小不一致。以上技术没有考虑流体自身的特性，比如流体在微通道内的运动特性，所以在非接触式胶液分配技术的实现中会存在各种各样的缺陷和限制。
发明内容
本发明的目的针对已有技术存在的不足，提供一种双流体喷射器，可以获得高频率、高精度和可控的液体点状、线状和雾化喷射效果。
为达到上述目的，本发明的构思是：
本发明的一种双流体喷射器，具有微分头行程调节机构。
微分头行程调节机构通过微分头顶杆来回移动带动针阀和气针来回移动来调节气针出口截面和喷嘴出口的距离。通过调节其距离，可以改变液体喷射点的大小和喷射线的宽度。
本发明的一种双流体喷射器，具有双流体喷射机构。
双流体喷射机构包括一气体进口，气体进口为双流体喷射器提供了气体来源，通过气体通道向气液混合腔注入气体，气体的压力和流量可调节，用以调节气液的流量比。
双流体喷射机构包括一液体进口，液体进口为双流体喷射器提供了液体来源，输入液体的流速可调节。
双流体喷射机构包括一气针，气针一端连接针阀，另一端伸入气液混合腔，相当于一导气管，它具有气体输送功能。
双流体喷射机构包括一导向盘，导向盘置于下阀体上端面的沉头槽内，它的中心孔直径具有不同的直径，用于导向不同型号的气针。
本发明的一种双流体喷射器，具有阀体。
阀体包括上阀体、中阀体和下阀体，分别通过螺钉连接；所述阀体阀体的功能在于实现微分头行程调节机构、双流体喷射机构和阀体的固定连接，针阀将三个阀体内壁形成的腔体分隔成上腔体和气液混合腔，实现微分头行程调节机构和双流体喷射机构各自的功能。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种双流体喷射器包括阀体、喷射机构、行程调节机构，其特征在于：所述阀体由中阀体的上下端分别固定连接上阀体和下阀体构成；在所述中阀体与上阀体间形成的内腔中安置所述行程调节机构，该行程调节机构为微分头行程调节机构；在所述中阀体、下阀体与行程调节机构间形成的内腔中安置所述喷射机构，该喷射机构为双流体喷射机构。
所述微分头行程调节机构包括微分头、针阀、O型密封圈和紧定螺钉；其特征在于：所述微分头安装位置有外螺纹与上阀体上端的内螺纹旋配，实现微分头与阀体的固定连接，微分头末端与针阀顶端的沉头配合并通过侧壁紧定螺钉固定连接；在所述针阀侧壁与中阀体之间设有O型密封圈，实现针阀与中阀体间的密封。
所述双流体喷射机构包括气针、导向盘、液体进口、喷嘴、气体进口、气体通道和气液混合腔；其特征在于：在所述针阀侧壁上有气体进口并与针阀下端的气体通道相通，在所述气体通道下端设有内螺纹与气针外螺纹旋配，实现微分头行程调节机构和双流体喷射机构的连接和双流体喷射机构行程的调节；在所述下阀体上端面有沉头槽，其中嵌有导向盘，导向盘中心孔内壁与气针外壁配合，实现气针和喷嘴的轴线重合；导向盘中心上部内腔构成所述气液混合腔，气液混合腔下部连通所述喷嘴，导向盘上有液体通道；所述气针的末端伸入下阀体上的喷嘴中，并与喷嘴出口保持最小设定距离，该距离可由微分头行程调节机构调节；所述喷嘴的结构包括一收敛的锥形结构和一发散的喇叭形结构。在所述中阀体侧壁上有液体进口，实现液源的供给；
所述中阀体上端有向上的凸台与上阀体下端的定位腔滑配实现径向定位；所述中阀体和上阀体分别有通孔和螺纹孔，通过内六角螺钉固定连接；所述中阀体下端有环形槽，其中嵌有O型密封圈，实现下阀体与中阀体间的密封；所述下阀体和中阀体分别有通孔和螺纹孔，通过内六角螺钉固定连接；所述中阀体侧壁上有回吸口，连通气液混合腔，实现避免液体拖尾、拉丝现象。
本发明的工作原理简述如下：
开启外部液源的阀门，让液体流经液体入口进入下阀体、中阀体和针阀所形成的气液混合腔直至其填满；开启外部压缩气体阀门，让气体流经气体进口和针阀的气体通道进入气针，最终到达混合腔；气体从气针中喷出与连续液流汇合，由于气体和液体自身的流动特性，在一定的速度范围内会形成气泡、液滴均匀相隔的段塞流流型，气泡以一定的速度推动液滴从下阀体的喷嘴中喷出。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1、本发明的双流体喷射器，结构简单，操作方便，内部没有机械碰撞，使用寿命长。
2、通过调节进入双流体喷射器的气体和液体的流量和压力，可以实现液体的点状、线状和雾状的喷射效果。
3、本发明采用微分头调节气针出口和喷嘴出口之间的距离，通过调节其距离，可以改变液体喷射点的大小和喷射线的宽度。
4、点状喷射效果中，在所属参数范围内，通过调节气液流量比来控制气泡和液滴产生的频率以及气泡和液滴间隔分布的长度和比例，实现对出液的液点大小和液滴产生频率的精确控制。
5、通过改变下阀体喷嘴的几何结构和尺寸，适应粘度由低到高的流体喷射，可应用于粘度范围宽广的各种流体。
附图说明
图1双流体喷射器最小剖面的结构示意图
图2双流体喷射器最大剖面的结构示意图
图3是图1中A处的局部放大图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实例作进一步的详细介绍。
实施例一：
参照图1和图2，本双流体喷射器包括阀体（1）、喷射机构（2）、行程调节机构，其特征在于：所述阀体（1）由中阀体（12）的上下端分别固定连接上阀体（11）和下阀体（13）构成；在所述中阀体（12）与上阀体（11）间形成的内腔中安置所述行程调节机构，该行程调节机构为微分头行程调节机构（3）；在所述中阀体（12）、下阀体（13）与微分头行程调节机构（3）间形成的内腔中安置所述双流体喷射机构（2）。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
所述微分头行程调节机构（3）包括微分头（31）、针阀（32）、O型密封圈（33、34）和紧定螺钉（35）；其特征在于：所述微分头（31）安装位置有外螺纹与上阀体（11）上端的内螺纹旋配，实现微分头（31）与阀体（1）的固定连接，微分头（31）末端与针阀（32）顶端的沉头配合并通过侧壁紧定螺钉（35）固定连接；在所述针阀（32）侧壁与中阀体（12）之间设有O型密封圈（33、34），实现针阀（32）与中阀体（12）间的密封。
参照图3，所述双流体喷射机构（2）包括气针（21）、导向盘（22）、液体进口（23）、喷嘴（24）、气体进口（25）、气体通道（26）和气液混合腔（27）；其特征在于：在所述针阀（32）侧壁上有气体进口（25）并与针阀（32）下端的气体通道（26）相通，在所述气体通道（26）下端设有内螺纹与气针（21）外螺纹旋配，实现微分头行程调节机构（3）和双流体喷射机构（2）的连接和双流体喷射机构（2）行程的调节；在所述下阀体（13）上端面有沉头槽，其中嵌有导向盘（22），导向盘（22）中心孔内壁与气针（21）外壁配合，实现气针（21）和喷嘴（24）的轴线重合；导向盘（22）中心上部内腔构成所述气液混合腔（27），气液混合腔（27）下部连通所述喷嘴（24），导向盘（22）上有液体通孔（28）；所述气针（21）的末端伸入下阀体（13）上的喷嘴（24）中，并与喷嘴（24）出口保持最小设定距离，该距离可由微分头行程调节机构（31）调节；在所述中阀体（12）侧壁上有液体进口（23），实现液体的供给；
所述中阀体（12）上端有向上的凸台与上阀体（11）下端的定位腔滑配实现径向定位；所述中阀体（12）和上阀体（11）分别有通孔和螺纹孔，通过内六角螺钉（15）固定连接；所述中阀体（12）下端有环形槽，其中嵌有O型密封圈（17、18），实现下阀体（13）与中阀体（12）间的密封；所述下阀体（13）和中阀体（12）分别有通孔和螺纹孔，通过内六角螺钉（16）固定连接；所述中阀体（12）侧壁上有回吸口（14），连通气液混合腔（27），实现避免液体拖尾、拉丝现象。
所述喷嘴（24）的结构包括一收敛的锥形结构和一发散的喇叭形结构，其出口的直径为毫米、微米、纳米量级。
本双流体喷射器的使用功能：
1、开启外部液源的阀门，让液体流经液体入口进入气液混合腔直至填满，随后开启压缩气体阀门，让气体进入气体入口流经气针进入混合腔与液体混合。由于气体和液体自身的流动特性，在一定速度和流量、压力范围内形成气泡液滴均匀相隔的段塞流，气泡以一定的速度推动液滴从喷嘴中喷出，实现点状喷射。
2、调节气体、液体的速度、流量和压力至形成段塞流的参数范围之上，由于气体压力增大，液体被推出喷嘴后被爆破成雾状，实现雾化喷射；气液的压力或流量比值越高，喷射出的雾滴越均匀。
3、关闭外部气源阀门，外部液源对双流体喷射阀进行连续供液，可以实现线状喷射；通过改变喷嘴出口的直径，可以改变液线的宽度。
4、双流体喷射阀结束工作时，混合腔内有残余流体，本实施案例涉及一种混合腔清洗方法。
将外部液源阀门换向，反抽混合腔内残余液体，同时打开高压气体阀门，将喷嘴内壁的残余液体吹出喷嘴；随后将有机溶剂填充满气液混合腔，让其溶解残余液体，实现对气液混合腔的清洗。
Claims (5)
1.一种双流体喷射器，包括阀体(1)、喷射机构(2)、行程调节机构，其特征在于：所述阀体(1)由中阀体(12)的上下端分别固定连接上阀体(11)和下阀体(13)构成；在所述中阀体(12)与上阀体(11)间形成的内腔中安置所述行程调节机构，该行程调节机构为微分头行程调节机构(3)；在所述中阀体(12)、下阀体(13)与微分头行程调节机构(3)间形成的内腔中安置所述双流体喷射机构(2)；所述微分头行程调节机构(3)包括微分头(31)、针阀(32)、O型密封圈(33、34)和紧定螺钉(35)；所述微分头(31)安装位置有外螺纹与上阀体(11)顶端的内螺纹旋配，实现微分头(31)与上阀体(11)的固定连接，微分头(31)末端与针阀(32)顶端的沉头配合并通过侧壁紧定螺钉(35)固定连接；在所述针阀(32)侧壁与中阀体(12)之间设有所述O型密封圈(33、34)，实现针阀(32)与中阀体(12)间的密封；所述双流体喷射机构(2)包括气针(21)、导向盘(22)、液体进口(23)、喷嘴(24)、气体进口(25)、气体通道(26)和气液混合腔(27)；在所述针阀(32)侧壁上有气体进口(25)并与针阀(32)下端的气体通道(26)相通，在所述气体通道(26)下端设有内螺纹与气针(21)外螺纹旋配，实现微分头行程调节机构(3)和双流体喷射机构(2)的连接和双流体喷射机构(2)行程的调节；在所述下阀体(13)上端面有沉头槽，其中嵌有导向盘(22)，导向盘(22)中心孔内壁与气针(21)外壁配合，实现气针(21)和喷嘴(24)的轴线重合；导向盘(22)中心上部内腔构成所述气液混合腔(27)，气液混合腔(27)下部连通所述喷嘴(24)，导向盘(22)上有液体通孔(28)；所述气针(21)的末端伸入下阀体(13)上的喷嘴(24)中，并与喷嘴(24)出口保持最小设定距离，该距离可由微分头行程调节机构(31)调节；在所述中阀体(12)侧壁上有液体进口(23)，实现液体的供给。
2.根据权利要求1所述的双流体喷射器，其特征在于：所述中阀体(12)上端有向上的凸台与上阀体(11)下端的定位腔滑配实现径向定位；所述中阀体(12)和上阀体(11)分别有通孔和螺纹孔，通过内六角螺钉(15)固定连接；所述中阀体(12)下端有环形槽，其中嵌有O型密封圈(17、18)，实现下阀体(13)与中阀体(12)间的密封；所述下阀体(13)和中阀体(12)分别有通孔和螺纹孔，通过内六角螺钉(16)固定连接；所述中阀体(12)侧壁上有回吸口(14)，连通气液混合腔，实现避免液体拖尾、拉丝现象。
3.根据权利要求1所述的双流体喷射器，其特征在于：所述喷嘴(24)是由一收敛的锥形腔连通一发散的喇叭形喷口构成，其出口的直径为毫米或微米或纳米量级；通过改变下阀体(13)喷嘴(24)的几何结构和尺寸，实现不局限于液体的、粘度范围宽广的各种流体喷射。
4.根据权利要求1或2所述的双流体喷射器，其特征在于：通过微分头(31)调节固定连接在针阀(32)上气针(21)出口和喷嘴(24)出口之间的距离，改变液体喷射点的大小和喷射线的宽度；通过调节流经气体进口(25)和液体进口(23)的气体和液体的流量和压力来控制气液混合腔内的气液两相流流型，实现液体点状或线状或雾化喷射。
5.根据权利要求1、2或3所述的双流体喷射器，其特征在于：通过调节气针(21)出口和喷嘴(24)出口之间的距离、流经气体进口(25)和液体进口(23)的气体和液体的流量和压力来控制气液混合腔(27)内的气液两相流流型，实现粘度范围宽广的各种流体点状、线状、雾化的喷射和喷射点大小和喷射线宽度的控制。
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