CN102935416B - 基于压电陶瓷驱动和柔性放大臂的点胶阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于压电陶瓷驱动和柔性放大臂的点胶阀，包括胶液通道部分(14)、喷嘴部分(16)和喷针(9)，所述的喷嘴部分(16)、胶液通道部分(14)和喷针(9)安装在基座(1)的一端，柔性放大臂(8)的一端与至少一个压电陶瓷致动器对接并安装在所述的基座(1)的另一端，所述的柔性放大臂(8)的另一端与所述的喷针(9)连接。该点胶阀结构简单紧凑，拆装方便，喷针的响应速度快，可以实现高粘度、高频率和高精度的胶液喷射，适于工业化生产，可以代替现有的气动驱动喷胶系统，特别适用于微电子芯片的封装中的点胶技术。

Description

基于压电陶瓷驱动和柔性放大臂的点胶阀

技术领域

本发明公开了一种点胶装置，特别是涉及一种基于压电陶瓷驱动和柔性放大臂的点胶阀，主要用于微电子封装中的点胶技术。

背景技术

本领域中，用于微电子封装的喷胶设备主要以Asymek公司的气动胶液喷射装置为主。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，从而推动喷射针头的往复运动，实现挤压胶液的喷射过程，气动胶液喷射属于接触式点胶，要求喷针与基板发生接触。非接触式点胶是一种新型的点胶方式，其喷射精度与喷射胶液粘度的高低和喷射器内喷针的行程和加速度有直接的关系，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。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种喷射频率高、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压电陶瓷驱动和柔性放大臂的点胶阀。

为了解决上述技术问题，本发明提供的基于压电陶瓷驱动和柔性放大臂的点胶阀，包括胶液通道部分、喷嘴部分和喷针，所述的喷嘴部分、胶液通道部分和喷针安装在基座的一端，柔性放大臂的一端与至少一个压电陶瓷致动器对接并安装在所述的基座的另一端，所述的柔性放大臂的另一端与所述的喷针连接。

所述的喷针通过两个球面螺母连接在所述的柔性放大臂上，采用球面螺母是为了实现喷针在横向的微动，避免其产生摆动。

所述的柔性放大臂的一端采用螺栓和螺母连接在所述的基座上，所述的压电陶瓷致动器处于所述的柔性放大臂与所述的基座之间。

所述的螺栓外套有第一套筒，用于保证柔性放大臂的水平，所述的压电陶瓷致动器的下方采用方形垫片定位安装在所述的基座上，用于调整压电陶瓷致动器在竖直方向的位置。

所述的柔性放大臂的一端通过第一螺栓连接在所述的基座上，压板通过第二螺栓连接在所述的基座上并将所述的压电陶瓷致动器压紧在所述的柔性放大臂上。

所述的第二螺栓外套有第二套筒，用于保证柔性放大臂的水平，所述的压电陶瓷致动器与所述的压板之间设有垫片，用于调整压电陶瓷致动器在竖直方向的位置。

所述的压电陶瓷致动器的截面是圆形或方形，是高压压电陶瓷或低压压电陶瓷，带有转接头或不带转接头。

所述的柔性放大臂与所述的压电陶瓷致动器配合处设有圆弧面。

所述的胶液通道部分和所述的喷嘴部分是独立的两个部分，所述的喷嘴结构上具有导向部分，使两者连接在一起时保证内孔的同轴度，同时使结构更加紧凑。

所述的喷嘴部分为接触式点胶喷嘴部分。

采用上述技术方案的基于压电陶瓷驱动和柔性放大臂的点胶阀，本点胶阀设有柔性放大臂，克服了压电陶瓷致动器位移比较小的缺点，使喷针的输出位移达到大粘度胶液喷射的要求。本发明非接触式点胶阀的工作过程简述于下：未通电状态下，喷针与喷嘴基座之间存有微小间隙，即喷嘴不封闭。工作时，首先驱动喷针向下运动的压电陶瓷致动器输入一定的高电压，在逆压电效应的作用下，其输出一定位移驱动喷针向下运动与喷嘴基座接触，喷嘴密封，然后对胶液施压使其进入胶液通道部分和喷嘴部分。然后驱动喷针向上运动的压电陶瓷致动器输入周期性的矩形脉冲，当其处于高电压时，输出一定的力，通过放大臂对压电陶瓷致动器进行压缩，使压电陶瓷致动器的位移量减小，而压电陶瓷致动器在高压驱动下位移伸长，从而驱动喷针快速向上运动，胶液填充喷嘴基座储胶腔；当压电陶瓷致动器处于低压状态时，其将放电收缩，压电陶瓷致动器1在高压作用下，位移量恢复到最大，从而驱动喷针快速向下运动，直至与喷嘴基座接触，运动的喷针驱动胶液腔体内的胶液流动，在喷针下端球体与喷嘴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。压电陶瓷致动器1处于周期性的脉冲作用下，喷针也将实现周期性的往复运动，进而实现精确、定量控制微量喷胶、大粘度喷胶的目的。

本发明采用两个压电陶瓷致动器，是为了提高喷针往复运动的速度，尤其是喷针向下运动的速度，这有利于实现对大粘度胶液的喷射点胶。此外，一个压电陶瓷致动器始终通过一定的高电压，另一个通过高低压脉冲，而不是两个交替通过高低压脉冲，是因为在通电状态下，压电陶瓷致动器的刚度会很大程度上减小，所以其可压缩量增大，有利于提高喷针的位移量。本发明由于采用以上结构，喷针可以获得很大的运动速度，可以有效提高胶液喷射速度和喷射精度，同时克服了现有气动驱动系统要求喷针与气缸高度同轴的弊端。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、喷射精度高和使用寿命长等优点，适于工业化生产，可以代替现有的气动驱动喷胶系统，特别适用于微电子芯片的封装中的点胶技术。

压电陶瓷具有体积小，驱动力大和响应速度快等优点，基于压电陶瓷致动器驱动的点胶阀结构小巧、简单，其响应速度主要取决于压电陶瓷致动器充放电的时间（小于1ms），因此基于双压电陶瓷致动器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。

综上所述，本发明是一种结构简单、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压电陶瓷驱动和柔性放大臂的点胶阀。

附图说明

图1是本发明实施例1双压电陶瓷致动器驱动的非接触式点胶阀结构的俯视图。

图2是沿图1中A--A线剖示图。

图3是本发明实施例2俯视图；

图4是沿图3中C--C线剖示图；

图5是沿图3中B—B线剖示图。

图6是本发明实施例3压电陶瓷致动器驱动的接触式点胶阀喷嘴的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实例作进一步的详细说明

实施例1：

参见图1和图2，柔性放大臂8用螺栓3和螺母4将第一压电陶瓷致动器6和第二压电陶瓷致动器7固定安装在基座1的一端并进行一定的预压，柔性放大臂8与第一压电陶瓷致动器6和第二压电陶瓷致动器7配合处设有圆弧面24，第一压电陶瓷致动器6和第二压电陶瓷致动器7的截面是圆形，是高压压电陶瓷，带有转接头，第一压电陶瓷致动器6和第二压电陶瓷致动器7的底部通过基座1上的方形孔和方形垫片2进行定位，螺栓3外套有第一套筒5，第一套筒5用于保证柔性放大臂8的水平，方形垫片2用来对第一压电陶瓷致动器6和第二压电陶瓷致动器7的位置进行微调。喷针9通过两个球面螺母10连接在柔性放大臂8的另一端上，喷针9可以在竖直方向上进行一定的位置调整，喷针末端为球面，胶液通道部分14和喷嘴部分16通过四个第一螺钉17固定在基座1上，导向套12通过四个第二螺钉11连接在胶液通道部分14上，对喷针9的运动进行导向，装配后要保证胶液通道部分14内孔、喷嘴内孔和喷针9的同轴度的要求，第一密封圈13和第二密封圈15防止胶液溢出。

2）工作原理：未通电状态下，喷针9与喷嘴部分16之间存有微小间隙，即喷嘴不封闭。工作时，首先左侧的第一压电陶瓷致动器6输入一定的恒定高压，在逆压电效应的作用下，其输出一定位移驱动喷针9向下运动与喷嘴部分16接触，喷嘴密封，然后在气压的驱动下，胶液进入胶液通道部分14和喷嘴部分16。然后右侧的第二压电陶瓷致动器7输入脉冲电压，当其处于高电压时，输出一定的力，通过柔性放大臂8对第一压电陶瓷致动器6进行压缩，使左侧的第一压电陶瓷致动器6的位移量减小，而右侧的第二压电陶瓷致动器7在高压驱动下位移伸长，从而驱动喷针9快速向上运动，胶液填充喷嘴部分16的储胶腔；当第二压电陶瓷致动器7处于低压状态时，其将放电收缩，第一压电陶瓷致动器6在高压作用下，位移量恢复到最大，从而驱动喷针9快速向下运动，直至与喷嘴部分16接触，运动的喷针9驱动喷嘴部分16的胶液腔体内的胶液流动，在喷针9下端球体与喷嘴部分16的喷嘴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。第二压电陶瓷致动器7处于周期性的脉冲作用下，喷针9也将实现周期性的往复运动，进而实现精确、定量控制微量喷胶、大粘度喷胶的目的。

实施例2：

1）参阅图3、图4和图5，柔性放大臂8的一端通过四个第一螺栓18连接在基座1上，压板27通过四个第二螺栓37连接在基座1上，同时将第一压电陶瓷致动器6和第二压电陶瓷致动器7压紧在柔性放大臂8上，第二螺栓37外有第二套筒22，第二套筒22用于保证压板37的水平，柔性放大臂8与第一压电陶瓷致动器6和第二压电陶瓷致动器7配合处设有圆弧面24，第一压电陶瓷致动器6和第二压电陶瓷致动器7的截面是方形，是低压压电陶瓷，不带转接头，第一压电陶瓷致动器6和第二压电陶瓷致动器7与压板37之间均设有垫片26，用于微调第一压电陶瓷致动器6和第二压电陶瓷致动器7在竖直方向的位置。喷针9通过两个球面螺母10连接在柔性放大臂8的另一端上，喷针9可在竖直方向可以进行一定的调整，喷针9的末端为球面，胶液通道部分14和喷嘴部分16通过第一螺钉17固定在基座1上，导向套12通过第二螺钉11连接在胶液通道部分14上，对喷针9的运动进行导向，装配后要保证胶液通道部分14的内孔、喷嘴部分16的内孔和喷针9的同轴度的要求，第一密封圈13和第二密封圈15用于防止胶液溢出。

2）工作原理与实例1基本相同。

实施例3：

1）将实施例1中的第一压电陶瓷致动器6去掉，其他结构不变，靠单个第二压电陶瓷致动器7的周期振动同样可以实现喷针的往复运动，进而达到胶液喷射的目的。

2）工作原理：未通电时，喷针9与喷嘴部分16接触，即喷嘴封闭。工作时，第二压电陶瓷致动器7输入矩形脉冲。当其处于高压状态时，第二压电陶瓷致动器7快速伸长，推动喷针9向上运动；当其处于低压状态时，第二压电陶瓷致动器7收缩，由于柔性放大臂8上的柔性铰链存在一定弯矩，将做恢复运动，从而带动喷针9向下运动。由于第二压电陶瓷致动器7的驱动力大，所以柔性铰链最薄处的尺寸可以设计大一点，所以喷针9向上运动过程中，铰链就可以获得很大的弯矩，就可以驱动喷针9向下运动并使其获得很大的速度，最终实现胶液喷射的目的。理论上，相比于使用一个压电陶瓷致动器，采用两个压电陶瓷致动器使喷针9获得的向下运动的速度更大。

当然采用实施例2的结构，去掉该结构中的第一压电陶瓷致动器6同样可行。

实施例4：

将实施例1中的喷嘴部分16设计成为图6所示的接触式点胶喷嘴部分，再将整个点胶阀安装在运动控制台上，控制整个点胶阀在竖直方向做周期性的运动，可以实现接触式点胶。

该方法同样适用于实施例2和实施例3。

Claims (6)

1.一种基于压电陶瓷驱动和柔性放大臂的点胶阀，包括胶液通道部分(14)、喷嘴部分(16)和喷针(9)，所述的喷嘴部分(16)、胶液通道部分(14)和喷针(9)安装在基座(1)的一端，柔性放大臂(8)的一端与至少一个压电陶瓷致动器对接并安装在所述的基座(1)的另一端，所述的柔性放大臂(8)的另一端与所述的喷针(9)连接，所述的柔性放大臂(8)的一端通过第一螺栓(18)连接在所述的基座(1)上，压板(27)通过第二螺栓(37)连接在所述的基座(1)上并将所述的压电陶瓷致动器压紧在所述的柔性放大臂(8)上，其特征是：所述的第二螺栓(37)外套有第二套筒(22)，所述的压电陶瓷致动器与所述的压板(27)之间设有垫片(26)。

2.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷驱动和柔性放大臂的点胶阀，其特征是：所述的喷针(9)通过两个球面螺母(10)连接在所述的柔性放大臂(8)上。

3.根据权利要求1或2所述的基于压电陶瓷驱动和柔性放大臂的点胶阀，其特征是：所述的压电陶瓷致动器的截面是圆形或方形，是高压压电陶瓷或低压压电陶瓷，带有转接头或不带转接头。

4.根据权利要求1或2所述的基于压电陶瓷驱动和柔性放大臂的点胶阀，其特征是：所述的柔性放大臂(8)与所述的压电陶瓷致动器配合处设有圆弧面(24)。

5.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷驱动和柔性放大臂的点胶阀，其特征是：所述的胶液通道部分(14)和所述的喷嘴部分(16)是独立的两个部分，所述的喷嘴结构上具有导向部分。

6.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷驱动和柔性放大臂的点胶阀，其特征是：所述的喷嘴部分(16)为接触式点胶喷嘴部分。