CN105289934A - 压电喷射式精确定量点胶装置及其点胶方法 - Google Patents

压电喷射式精确定量点胶装置及其点胶方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电子封装领域，具体为压电喷射式精确定量点胶装置及其点胶方法，压电叠堆PZT驱动器过盈配合镶嵌在一次放大机构内；压电叠堆PZT驱动器与压电陶瓷高压电源连接；一次放大机构上贴有金属薄片，金属薄片上粘贴SGS应变片；SGS应变片与信号调理单元连接；一次放大机构上方有三次放大机构，三次放大机构包括下板、上板、连接杆和撞针；上板和下板的同一端柔性连接，下板还与弹性放大机构本体的上部连接；撞针插入机械底座的空腔上方盖板的孔内，孔内有密封圈，撞针挤压空腔内的胶液从喷嘴喷出。该装置实现了对压电叠堆PZT驱动器产生的微小伸长量的四次放大，利用压电叠堆PZT驱动器作为动力实现喷射式非接触点胶，提高了点胶质量。

Description

压电喷射式精确定量点胶装置及其点胶方法
技术领域
本发明涉及电子封装领域，具体为压电喷射式精确定量点胶装置及其点胶方法。
背景技术
点胶技术指的是以受控的出胶速度和出胶量将胶体按照预定轨迹分配到指定位置上。点胶系统广泛应用于产品生产领域，包括半导体封装、微电子封装、SMT/PCB装配、乃至一般性工业的焊接、注涂和密封等。通过该系统可以实现对胶体的点、线、面的施胶过程。典型的喷射点胶技术有机械气动式和压电式。
机械气动式是基于电气动的原理，以其结构简单、成本低等特点占据了市场优势，但是这种点胶装置的结构一般较复杂，且存在着噪声大、稳定性不高、频率低等缺点。这种方式采用脉冲式高压空气驱动撞针向下运动，利用压缩弹簧实现撞针复位。存在的问题是：(1)撞针行程无法在线实时调节，而相关文献表明，撞针行程是影响分配体积和速度的重要因素，实时在线调整撞针行程，是实现智能灵活分配的重要条件之一；(2)胶液分配速度依然较慢，压缩弹簧、电磁阀等元器件严重限制了分配速度的进一步提高；(3)点胶一致性较差，高压空气快速通断过程中，气体的快速膨胀和压缩非常容易导致撞针抖动，从而降低了胶液分配精度。
压电非接触式则是利用了压电陶瓷的逆压电效应，具有体积小、无噪声、分辨率高和频响高等优点。它可以在一定程度上避免气动式存在的缺陷，但是压电式中应用的压电陶瓷驱动器输出位移范围较小，因而在实际应用中，常常需要将压电陶瓷驱动器的输出位移进行放大。压电驱动器的位移输出存在一定的迟滞现象，即电压上升过程和下降过程产生的位移存在不重合现象，导致位移输出存在一定的偏差，从而影响了压电式喷射点胶的胶体体积，造成点胶的不精确性，然而现有技术中尚无该问题的解决对策，进而影响到高品质点胶系统中点胶量的精确性和点胶的可控性。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种压电喷射式精确定量点胶装置，提供较大的位移输出，克服现有技术变形量不足、影响点胶质量的问题，同时提高点胶量的精确控制。
具体技术方案为：
压电喷射式精确定量点胶装置，包括压电叠堆PZT驱动器、一次放大机构、三次放大机构和机械底座；一次放大机构包括弹性放大机构本体和两个弹性金属薄片，每个弹性金属薄片的两端通过胶水粘贴在一次放大机构的中部，压电叠堆PZT驱动器通过过盈配合镶嵌在一次放大机构的内部；压电叠堆PZT驱动器的输入接线端与压电陶瓷高压电源连接；在一次放大机构的两个弹性金属薄片上粘贴SGS应变片；SGS应变片与信号调理单元连接，信号调理单元与单片机控制器连接，单片机控制器与压电陶瓷高压电源连接；机械底座包括前侧壁、底板、隔板、后侧壁和空腔；机械底座顶部有顶盖密封；空腔上方有带孔的盖板密封，下方有喷嘴，空腔与胶液箱连通；一次放大机构通过螺栓固定连接固定安装在机械底座的底板；一次放大机构上方有三次放大机构，三次放大机构包括下板、上板、连接杆和撞针；上板固定安装在顶盖下方；上板和下板上下平行安装，上板和下板的同一端柔性连接，下板另一端柔性连接隔板；下板还与弹性放大机构本体的上部连接；撞针插入空腔上方盖板的孔内，孔内有密封圈，撞针挤压空腔内的胶液从喷嘴喷出。
弹性放大机构本体为八边框形结构，弹性金属薄片的两端分别粘贴在弹性放大机构本体的上顶边和下底边的外侧；压电叠堆PZT驱动器通过过盈配合镶嵌在弹性放大机构本体的左侧边和右侧边之间；下板与弹性放大机构本体的上顶边连接。
压电喷射式精确定量点胶装置的控制方法为：
通过在单片机控制器上设定期望的喷射速度和喷射强度，通过单片机控制器的计算得出控制电压，经D/A输出到压电陶瓷高压电源，从而驱动压电叠堆PZT驱动器产生位移量，该位移量被SGS应变片感知后，输出到信号调理单元经放大滤波之后，经A/D转换进入单片机控制器参与PID控制算法的实现；压电叠堆PZT驱动器产生伸长量再经过一次放大机构的弹性侧边变形放大，然后再带动三次放大机构进行三次位移放大，产生较大的位移输出，从而推动撞针挤压空腔内胶液从喷嘴喷出。
本发明提供的压电喷射式精确定量点胶装置，通过一次放大机构和三次放大机构，实现了对压电叠堆PZT驱动器产生的微小伸长量的四次放大，利用压电叠堆PZT驱动器作为动力实现喷射式非接触点胶，提高了点胶质量。采用PID控制算法对压电迟滞进行校正，使得PZT的位移量精确可控，进而提高了压电式点胶机的点胶精度，通过SGS应变片实现应变反馈和预先标定，使得点胶头的位移可以间接得到，通过闭环控制使得压电叠堆PZT驱动器电压的幅值和频率可调可控，进而使得点胶头喷射的强度和速度可调可控，提高了点胶量的可控性和出胶速度的可控性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的局部结构示意图。。
具体实施方式
结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，压电喷射式精确定量点胶装置，包括压电叠堆PZT驱动器1、一次放大机构2、三次放大机构3和机械底座11；
一次放大机构2采用了三角形放大原理，一次放大机构2包括弹性放大机构本体202和两个弹性金属薄片201，弹性放大机构本体202是一个整体结构，由线切割而成，两个弹性金属薄片201采用具有较大弹性模量的65Mn材料，压电叠堆PZT驱动器1通过过盈配合镶嵌在弹性放大机构本体202的内部；压电叠堆PZT驱动器1与压电陶瓷高压电源8连接；
一次放大机构2的弹性放大机构本体202的两侧边上贴有金属薄片201，在金属薄片201上粘贴SGS应变片5；SGS应变片5与信号调理单元6连接，信号调理单元6与单片机控制器7连接，单片机控制器7与压电陶瓷高压电源8连接；
机械底座11包括前侧壁1101、底板1102、隔板1103、后侧壁1104和空腔4；机械底座11顶部有顶盖12密封；空腔4上方有带孔的盖板密封，下方有喷嘴9，空腔4与胶液箱10连通；
一次放大机构2通过螺栓固定连接固定安装在机械底座11的底板1102；
一次放大机构2上方有三次放大机构3，三次放大机构3包括下板301、上板302、连接杆303和撞针304，三次放大机构3是一个一体结构，由线切割而成；上板302固定安装在顶盖12下方；上板302和下板301一上一下平行，上板302和下板301的同一端柔性连接，下板301另一端柔性连接隔板1103；下板301还与弹性放大机构本体的上部连接；撞针304插入空腔4上方盖板的孔内，孔内有密封圈，撞针304挤压空腔4内的胶液从喷嘴9喷出。
如图2所示，弹性放大机构本体202为八边框形结构，弹性金属薄片201的两端分别粘帖在弹性放大机构本体202的上顶边2021和下底边2022的外侧；压电叠堆PZT驱动器1通过过盈配合镶嵌在弹性放大机构本体202的左侧边2023和右侧边2024之间；下板301与弹性放大机构本体202的上顶边2021连接。弹性放大机构本体202由线切割工艺一体化加工而成，该八边形结构，基于三角放大原理将压电驱动器PZT的轴向伸缩量放大为垂直于其轴线方向的伸缩量。
压电喷射式精确定量点胶装置的控制方法为：
通过在单片机控制器7上设定期望的喷射速度和喷射强度，通过单片机控制器7的计算得出控制电压，经D/A输出到压电陶瓷高压电源8，从而驱动压电叠堆PZT驱动器1产生位移量，该位移量被SGS应变片5感知后，输出到信号调理单元6经放大滤波之后，经A/D转换进入单片机控制器7参与PID控制算法的实现；压电叠堆PZT驱动器1产生伸长量再经过一次放大机构2的弹性侧边变形放大，然后再带动三次放大机构3进行三次位移放大，产生较大的位移输出，从而推动撞针304挤压空腔4内胶液从喷嘴9喷出。胶液在恒定的压力下，保持不会自动流出的临界状态，胶液箱10中的胶液在气压的作用下再次充满空腔4。

Claims (3)

1.压电喷射式精确定量点胶装置，其特征在于：包括压电叠堆PZT驱动器(1)、一次放大机构(2)、三次放大机构(3)和机械底座(11)；一次放大机构(2)包括弹性放大机构本体(202)和两个弹性金属薄片(201)，每个弹性金属薄片(201)的两端通过胶水粘贴在弹性放大机构本体(202)的中部，压电叠堆PZT驱动器(1)通过过盈配合镶嵌在弹性放大机构本体(202)的内部；压电叠堆PZT驱动器(1)的输入端导线与压电陶瓷高压电源(8)连接；在一次放大机构(2)的两个弹性金属薄片(201)上粘贴SGS应变片(5)；SGS应变片(5)与信号调理单元(6)连接，信号调理单元(6)与单片机控制器(7)连接，单片机控制器(7)与压电陶瓷高压电源(8)连接；机械底座(11)包括前侧壁(1101)、底板(1102)、隔板(1103)、后侧壁(1104)和空腔(4)；机械底座(11)顶部有顶盖(12)密封；空腔(4)上方有带孔的盖板密封，下方有喷嘴(9)，空腔(4)与胶液箱(10)连通；一次放大机构(2)通过螺栓固定连接于机械底座(11)的隔板(1103)；一次放大机构(2)上方有三次放大机构(3)，三次放大机构(3)包括下板(301)、上板(302)、连接杆(303)和撞针(304)；上板(302)固定安装在顶盖(12)下方；上板(302)和下板(301)上下平行安装，上板(302)和下板(301)的同一端柔性连接，下板(301)另一端柔性连接隔板(1103)；下板(301)还与弹性放大机构本体(202)的上部连接；撞针(304)插入空腔(4)上方盖板的孔内，孔内有密封圈，撞针(304)挤压空腔(4)内的胶液从喷嘴(9)喷出。
2.根据权利要求1所述的压电喷射式精确定量点胶装置，其特征在于：弹性放大机构本体(202)为八边框形结构，弹性金属薄片(201)的两端分别粘贴在弹性放大机构本体(202)的上顶边(2021)和下底边(2022)的外侧；压电叠堆PZT驱动器(1)通过过盈配合镶嵌在弹性放大机构本体(202)的左侧边(2023)和右侧边(2024)之间；下板(301)与弹性放大机构本体(202)的上顶边(2021)连接。
3.根据权利要求1或2所述的压电喷射式精确定量点胶装置的控制方法为：通过在单片机控制器(7)上设定期望的喷射速度和喷射强度，通过单片机控制器(7)的计算得出控制电压，经D/A输出到压电陶瓷高压电源(8)，从而驱动压电叠堆PZT驱动器(1)产生位移量，该位移量被SGS应变片(5)感知后，输出到信号调理单元(6)经放大滤波之后，经A/D转换进入单片机控制器(7)参与PID控制算法的实现；压电叠堆PZT驱动器(1)产生伸长量再经过一次放大机构(2)的弹性侧边变形放大，然后再带动三次放大机构(3)进行三次位移放大，产生较大的位移输出，从而推动撞针(304)挤压空腔(4)内胶液从喷嘴(9)喷出。
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