CN106824674A - 一种基于微流控芯片的分液点胶方法 - Google Patents

一种基于微流控芯片的分液点胶方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于微流控芯片的分液点胶方法，属于自动化装备技术领域，所述基于微流控芯片的分液点胶方法采用由阀体、阀芯、气路接头组成的微流控芯片的点胶阀进行分液点胶。根据胶液的黏度和点胶速度的要求选择胶路的配置类型，并且通过控制胶液注射器的压力，气体供应控制装置控制气路进气和排气的时间、频率、气压以及热辅助装置的温度等相关参数来实现各种黏度胶粘剂的微量分液点胶。

Description

一种基于微流控芯片的分液点胶方法
技术领域
本发明属于自动化装备技术领域，涉及自动点胶方法，尤其是一种基于微流控芯片的分液点胶方法。
背景技术
微量点胶分液技术已经广泛应用于微电子领域中的微小零件的固定与保护。根据点胶阀点胶方法机理的不同可分为接触式点胶方法与非接触式点胶方法。针对高黏度胶粘剂微量点胶分液技术的设备结构比较复杂，多采用接触式点胶方法，造价较高，并且由于需要控制的参数较多，很难实现精密微量点胶分液操作，尤其在航空航天微小器件的胶粘接和封装过程中还普遍存在着工人利用手工进行涂胶操作，效率低下、一致性差、生产成过本高。
喷射式点胶方法为代表的非接触式点胶技术消除了点胶装置在Z轴方向上的位移所用时间，因此大大提高了点胶效率，传统的喷射式点胶阀采用撞针配合进气装置的方式实现胶粘剂的喷射。在公开的中国专利文献中可见喷射式胶阀装置的技术信息如公开号为CN201008812Y公开的一种喷射式点胶阀。然而由于喷头的直径很小，很难实现高粘度微小胶滴的点胶操作；此外撞针与喷头的撞击会产生噪音，并且会造成撞针头部与喷头的接触部分的变形与消耗，影响点胶的一致性，由于撞针与喷头属于高硬度高强度零件，造价高昂。
此外，现有技术中的接触式与非接触式的点胶分液设备很难实现高效、低能的高粘度胶粘剂的微量分液点胶。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于微流控芯片的分液点胶方法，制造成本低、维护方便、一致性好、点胶效率高，并且能够实现高黏度胶粘剂的微量分液点胶。
本发明的技术方案如下：
所述基于微流控芯片的分液点胶方法采用一种基于微流控芯片的点胶阀，所述基于微流控芯片的点胶阀由阀体、阀芯、气路接头组成。其中阀体为左右结构，分为左阀体和右阀体；气路接头具有两种类型，进气口接头和出气口接头。
左阀体主体为半圆柱体，上端面为定位平面，下端为半圆锥，半圆柱体中心为贯穿左阀体轴心的圆柱通槽；左阀体的圆柱面设计正方形安装平面，安装平面与半圆柱体竖直平面平行；安装平面四个边角位置处，具有螺纹连接孔用于紧固件连接右阀体；安装平面中心具有贯穿左阀体径向通孔。
右阀体结构与左阀体结构相同。
阀芯为“十”字圆柱结构，竖直方向为主阀芯，水平方向为辅助阀芯。主阀芯中心为贯穿的胶路，用于注射胶体；辅助阀芯中心为贯穿的气路，用于喷射气体；胶路与气路交叉连通，气路中喷射的气体可以将胶路中流动的胶液切断。
主阀芯胶路的顶端为注射器连接口，用于阀芯与胶液注射器接口连接；胶路以气路为界分为两段，上段胶路和下段胶路。上段胶路为漏斗孔，收口于气路；下段胶路为圆柱通孔，孔径大小与漏斗孔的下端孔径相同。根据所使用胶液黏度以及胶滴颗粒度的不同，上段胶路漏斗孔的锥度设计为系列值，同时下段胶路通孔直径也为系列值。
辅助阀芯气路根据气体通过的先后顺序依次为进气连接口、进气段、出气段和出气连接口，进气段与出气段以胶路为界。进气连接口用于安装进气口接头，出气连接口用于安装出气口接头。进气段和出气段均具有两种结构，等径通孔和变径通孔，变径通孔均收口于胶路。气路分别具有如下结构形式：A型：进气连接口、等径进气段、等径出气段和出气连接口；B型：进气连接口、变径进气段、变径出气段和出气连接口；C型：进气连接口、变径进气段、等径出气段。
选择C型气路的阀芯时，右阀体的安装平面中心安装有气路电磁阀，等径出气段开口与气路电磁阀连通，气路电磁阀的通断可以实现等径出气段与外部的接通和断开。
根据胶路所选择胶液的黏度和点胶的速度，从A、B、C型气路阀芯中选择。
胶路的选用：
当胶液黏度大于10000cps时，胶路漏斗孔选用锥度为1:5；
当胶液黏度大于3000cps且小于10000cps时，胶路漏斗孔选用锥度为1:10；
当胶液黏度小于3000cps时，胶路漏斗孔选用锥度为1:18。
气路的选用：
点胶速度大于350mm/s时，气路选用C型；
点胶速度大于100mm/s且小于350mm/s时，气路选用B型；
点胶速度小于100mm/s时，气路选用A型。
根据上述胶路和气路的选用情况，阀芯共具有9种结构。
使用方法：
(1)根据胶液黏度和点胶速度，从9种结构阀芯中选择合适性能参数阀芯；
(2)辅助阀芯伸入左阀体和右阀体的径向通孔，同时主阀芯位于左阀体和右阀体拼接后的中心圆柱通槽内；
(3)使用紧固螺栓，通过安装平面的螺纹连接孔实现左阀体和右阀体的固定连接，并将阀芯固定在阀体中心内；
(4)若选用A型或者B型气路阀芯，辅助阀芯进气连接口安装进气口接头，出气连接口安装出气口接头；
若选用C型气路阀芯，辅助阀芯进气连接口安装进气口接头，出气段端口安装气路电磁阀；
(5)注射器连接口与胶液注射器接口(图中未示出)连接，进气口接头与进气管(图中未示出)连接，出气口接头与出气管(图中未示出)连接，气路电磁阀与电磁阀控制器(图中未示出)连接，进气管、出气管分别与气体供应控制装置(图中未示出)连接；
(6)胶液注射器控制进入胶路中的胶液量和胶液流动速度，气体供应控制装置控制气路进气和排气的时间、频率、气压，进气段中的瞬时高压气体穿过胶路从出气段排除从而切断胶路，实现胶滴点胶。
使用过程中气路控制方案：
A型或者B型气路阀芯：胶路通胶过程中，进气段和出气段通入保压气压气体，防止胶液渗入气路；需要切断胶路时，进气段充气形成高压环境，出气段抽气形成负压环境，且严格控制充气和抽气的时间和压力，实现瞬间切断胶路中的胶液；胶路中胶液切断后，立刻给进气段和出气段通入保压气压气体。
C型气路阀芯：胶路通胶过程中，进气段通入保压气压气体，出气段出口处的气路电磁阀关闭，防止胶液渗入气路；需要切断胶路时，进气段充气形成高压环境，气路电磁阀打开，控制充气的时间和压力，并确保充气和气路电磁阀打开同时进行，实现瞬间切断胶路中的胶液；胶路中胶液切断后，立刻给进气段通入保压气压气体，同时将气路电磁阀关闭。
本发明的效果和益处是：
(1)该基于微流控芯片的点胶阀，可以根据实际需求更换不同尺寸沟道的微流控芯片，所述微流控芯片可采用PMMA材料，通过超声波压印形成所需沟道尺寸，价格低廉，操作方便；
(2)所述基于微流控芯片的点胶阀利用气泵将胶粘剂喷射，避免了点胶阀的Z轴移动，提高了点胶效率；
(3)通过利用微流控芯片中的横向沟道配合断胶气压的配合，可是实现微小胶滴的点胶操作；
(4)所述基于微流控芯片的点胶阀具有热辅助功能，可对胶粘剂进行加热，从而降低胶粘剂粘度，配合通过超声波压印形成的微尺寸沟道能够实现现有技术基础上的更高粘度胶粘剂的点胶；
附图说明
图1点胶阀结构示意图。
图2左阀体结构示意图。
图3点胶阀截面图。
图4 A型气路阀芯截面图。
图5 B型气路阀芯截面图。
图6 C型气路阀芯截面图。
图7 C型气路阀芯安装截面图。
图中：1左阀体；2右阀体；3阀芯；4进气口接头；5出气口接头；11安装平面；12定位平面；13圆柱通槽；14径向通孔；30阀芯体；31注射器连接口；32上段胶路；33下段胶路；34进气连接口；35等径进气段；36等径出气段；37出气连接口；351变径进气段；361变径出气段；51气路电磁阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
所述基于微流控芯片的分液点胶方法采用一种基于微流控芯片的点胶阀，由阀体、阀芯3、气路接头组成。其中阀体为左右结构，分为左阀体1和右阀体2；气路接头具有两种类型，进气口接头4和出气口接头5。
左阀体1主体为半圆柱体，上端面为定位平面，下端为半圆锥，半圆柱体中心为贯穿左阀体轴心的圆柱通槽13；左阀体1的圆柱面设计正方形安装平面，安装平面与半圆柱体竖直平面平行；安装平面四个边角位置处，具有螺纹连接孔用于紧固件连接右阀体；安装平面中心具有贯穿左阀体径向通孔14。
右阀体2结构与左阀体1结构相同。
阀芯3为“十”字圆柱结构，竖直方向为主阀芯，水平方向为辅助阀芯。主阀芯中心为贯穿的胶路，用于注射胶体；辅助阀芯中心为贯穿的气路，用于喷射气体；胶路与气路交叉连通，气路中喷射的气体可以将胶路中流动的胶液切断。
主阀芯胶路的顶端为注射器连接口，用于阀芯3与胶液注射器接口连接；胶路以气路为界分为两段，上段胶路32和下段胶路33。上段胶路32为漏斗孔，收口于气路；下段胶路33为圆柱通孔，孔径大小与漏斗孔的下端孔径相同。根据所使用胶液黏度以及胶滴颗粒度的不同，上段胶路漏斗孔的锥度设计为系列值，同时下段胶路通孔直径也为系列值。
辅助阀芯气路根据气体通过的先后顺序依次为进气连接口34、进气段、出气段和出气连接口37，进气段与出气段以胶路为界。进气连接口34用于安装进气口接头3，出气连接口37用于安装出气口接头5。进气段和出气段均具有两种结构，等径通孔和变径通孔，变径通孔均收口于胶路。气路分别具有如下结构形式：A型：进气连接口34、等径进气段35、等径出气段36和出气连接口37；B型：进气连接口34、变径进气段351、变径出气段361和出气连接口37；C型：进气连接口34、变径进气段351、等径出气段36。
选择C型气路的阀芯时，右阀体的安装平面中心安装有气路电磁阀51，等径出气段开口36与气路电磁阀51连通，气路电磁阀51的通断可以实现等径出气段与外部的接通和断开。
根据胶路所选择胶液的黏度和点胶的速度，从A、B、C型气路阀芯中选择。
胶路的选用：
当胶液黏度大于10000cps时，胶路漏斗孔选用锥度为1:5；
当胶液黏度大于3000cps且小于10000cps时，胶路漏斗孔选用锥度为1:10；
当胶液黏度小于3000cps时，胶路漏斗孔选用锥度为1:18。
气路的选用：
点胶速度大于350mm/s时，气路选用C型；
点胶速度大于100mm/s且小于350mm/s时，气路选用B型；
点胶速度小于100mm/s时，气路选用A型。
根据上述胶路和气路的选用情况，阀芯共具有9种结构。
使用方法：
(1)根据胶液黏度和点胶速度，从9种结构阀芯3中选择合适性能参数阀芯3；
(2)辅助阀芯伸入左阀体1和右阀体2的径向通孔14，同时主阀芯位于左阀体1和右阀体2拼接后的中心圆柱通槽13内；
(3)使用紧固螺栓，通过安装平面的螺纹连接孔实现左阀体1和右阀体2的固定连接，并将阀芯3固定在阀体中心内；
(4)若选用A型或者B型气路阀芯3，辅助阀芯进气连接口34安装进气口接头4，出气连接口37安装出气口接头5；
若选用C型气路阀芯，辅助阀芯进气连接口34安装进气口接头4，出气段端口37安装气路电磁阀51；
(5)注射器连接口与胶液注射器接口(图中未示出)连接，进气口接头4与进气管(图中未示出)连接，出气口接头5与出气管(图中未示出)连接，气路电磁阀51与电磁阀控制器(图中未示出)连接，进气管、出气管分别与气体供应控制装置(图中未示出)连接；
(6)胶液注射器控制进入胶路中的胶液量和胶液流动速度，气体供应控制装置控制气路进气和排气的时间、频率、气压，进气段中的瞬时高压气体穿过胶路从出气段排除从而切断胶路，实现胶滴点胶。
使用过程中气路控制方案：
A型或者B型气路阀芯：胶路通胶过程中，进气段和出气段通入保压气压气体，防止胶液渗入气路；需要切断胶路时，进气段充气形成高压环境，出气段抽气形成负压环境，且严格控制充气和抽气的时间和压力，实现瞬间切断胶路中的胶液；胶路中胶液切断后，立刻给进气段和出气段通入保压气压气体。
C型气路阀芯：胶路通胶过程中，进气段通入保压气压气体，出气段出口处的气路电磁阀关闭，防止胶液渗入气路；需要切断胶路时，进气段充气形成高压环境，气路电磁阀打开，控制充气的时间和压力，并确保充气和气路电磁阀打开同时进行，实现瞬间切断胶路中的胶液；胶路中胶液切断后，立刻给进气段通入保压气压气体，同时将气路电磁阀关闭。
该基于微流控芯片的点胶阀，可以根据实际需求更换不同尺寸沟道的微流控芯片，所述微流控芯片可采用PMMA材料，通过超声波压印形成所需沟道尺寸。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种基于微流控芯片的分液点胶方法，其特征在于采用微流控芯片点胶阀，所述微流控芯片点胶阀由阀体、阀芯(3)、气路接头组成，其中阀体为左右结构，分为左阀体(1)和右阀体(2)；气路接头具有两种类型，进气口接头(4)和出气口接头(5)；左阀体(1)主体为半圆柱体，上端面为定位平面，下端为半圆锥，半圆柱体中心为贯穿左阀体轴心的圆柱通槽(13)；左阀体(1)的圆柱面设计正方形安装平面，安装平面与半圆柱体竖直平面平行；安装平面四个边角位置处，具有螺纹连接孔用于紧固件连接右阀体；安装平面中心具有贯穿左阀体径向通孔(14)，右阀体(2)结构与左阀体(1)结构相同，阀芯(3)为“十”字圆柱结构，竖直方向为主阀芯，水平方向为辅助阀芯，主阀芯中心为贯穿的胶路，用于注射胶体；辅助阀芯中心为贯穿的气路，用于喷射气体；胶路与气路交叉连通，气路中喷射的气体可以将胶路中流动的胶液切断，主阀芯胶路的顶端为注射器连接口，用于阀芯(3)与胶液注射器接口连接；胶路以气路为界分为两段，上段胶路(32)和下段胶路(33)，上段胶路(32)为漏斗孔，收口于气路；下段胶路(33)为圆柱通孔，孔径大小与漏斗孔的下端孔径相同，辅助阀芯气路根据气体通过的先后顺序依次为进气连接口(34)、进气段、出气段和出气连接口(37)，进气段与出气段以胶路为界，进气连接口(34)用于安装进气口接头(3)，出气连接口(37)用于安装出气口接头5，进气段和出气段均具有两种结构，等径通孔和变径通孔，变径通孔均收口于胶路，并且所述点胶阀具有热辅助功能，可对胶粘剂进行加热；当胶液黏度大于10000cps时，胶路漏斗孔选用锥度为1:5；当胶液黏度大于3000cps且小于10000cps时，胶路漏斗孔选用锥度为1:10；当胶液黏度小于3000cps时，胶路漏斗孔选用锥度为1:18。
2.根据权利要求1所述的一种基于微流控芯片的分液点胶方法，当点胶速度大于350mm/s时，所述气路布置方式为进气连接口(34)、变径进气段(351)、等径出气段(36)依次设置，右阀体的安装平面中心安装有气路电磁阀(51)，等径出气段开口(36)与气路电磁阀(51)连通，气路电磁阀(51)的通断可以实现等径出气段与外部的接通和断开。
3.根据权利要求1所述的一种基于微流控芯片的分液点胶方法，当点胶速度大于100mm/s且小于350mm/s时，所述气路布置方式为进气连接口(34)、变径进气段(351)、变径出气段(361)和出气连接口(37)依次设置。
4.根据权利要求1所述的一种基于微流控芯片的分液点胶方法，当点胶速度小于100mm/s时，所述气路布置方式为进气连接口(34)、等径进气段(35)、等径出气段(36)和出气连接口(37)依次设置。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种基于微流控芯片的分液点胶方法，其点胶阀的操作方法如下：(1)根据胶液黏度和点胶速度，从9种结构阀芯中选择合适性能参数阀芯；
(2)辅助阀芯伸入左阀体和右阀体的径向通孔，同时主阀芯位于左阀体和右阀体拼接后的中心圆柱通槽内；
(3)使用紧固螺栓，通过安装平面的螺纹连接孔实现左阀体和右阀体的固定连接，并将阀芯固定在阀体中心内；
(4)若选用A型或者B型气路阀芯，辅助阀芯进气连接口安装进气口接头，出气连接口安装出气口接头；
若选用C型气路阀芯，辅助阀芯进气连接口安装进气口接头，出气段端口安装气路电磁阀；
(5)注射器连接口与胶液注射器接口连接，进气口接头与进气管连接，出气口接头与出气管连接，气路电磁阀与电磁阀控制器连接，进气管、出气管分别与气体供应控制装置连接；
(6)胶液注射器控制进入胶路中的胶液量和胶液流动速度，气体供应控制装置控制气路进气和排气的时间、频率、气压，进气段中的瞬时高压气体穿过胶路从出气段排除从而切断胶路，实现胶滴点胶。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种基于微流控芯片的分液点胶方法，使用过程中气路的控制方法为：A型或者B型气路阀芯：胶路通胶过程中，进气段和出气段通入保压气压气体，防止胶液渗入气路；需要切断胶路时，进气段充气形成高压环境，出气段抽气形成负压环境，且严格控制充气和抽气的时间和压力，实现瞬间切断胶路中的胶液；胶路中胶液切断后，立刻给进气段和出气段通入保压气压气体；C型气路阀芯：胶路通胶过程中，进气段通入保压气压气体，出气段出口处的气路电磁阀关闭，防止胶液渗入气路；需要切断胶路时，进气段充气形成高压环境，气路电磁阀打开，控制充气的时间和压力，并确保充气和气路电磁阀打开同时进行，实现瞬间切断胶路中的胶液；胶路中胶液切断后，立刻给进气段通入保压气压气体，同时将气路电磁阀关闭。
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