CN203245086U - 一种压电晶片控制型非接触点胶装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种结构简单、维护方便、成本低廉的新型压电晶片控制型非接触点胶装置，压电晶片的微小振动位移通过位移放大机构进行放大，驱动撞针上下运动实现胶液的喷射。本实用新型采用如下技术方案：压电晶片同膜片弹簧、质量块、传振杆和撞针组成位移放大机构，当施加在压电晶片上的电压频率与位移放大机构的固有频率接近或相同时，位移放大机构达到共振状态，撞针的输出位移和速度达到最大，驱动胶液从喷嘴中喷出，实现胶液的自动分配。这种新型压电晶片控制型非接触点胶装置可应用于精量化学、药物定量分配、生物医学等领域，特别适用于半导体封装中高黏度流体点胶技术领域，用于电子封装中芯片固定、表面贴装、底部填充和液晶显示平板中荧光粉涂覆等。

Description

一种压电晶片控制型非接触点胶装置

技术领域

本实用新型涉及一种压电晶片控制型非接触点胶装置，属于微电子封装领域。 

背景技术

流体点胶技术是微电子封装中的一项关键技术，它可以构造形成点、线、面(涂敷)及各种图形，大量应用于芯片固定、封装倒扣和芯片涂敷等。这项技术以受控的方式对流体进行精确分配，可将理想大小的流体(焊剂、导电胶、环氧树脂和粘合剂等)转移到工件(芯片、电子元件等)的合适位置，以实现元器件之间机械或电气的连接，该技术要求点胶***操作性能好、点胶速度高且点出的胶点一致性好和精度高。 

传统的点胶技术为接触式点胶，包括计量管式点胶、活塞式点胶和时间/压力型点胶。这种接触型点胶技术依靠点胶头引导胶液与面板接触，延时一段时间使胶液浸润面板，然后点胶头向上运动，胶液依靠和面板之间的黏性力与点胶头分离，从而在面板上形成胶点。这项点胶技术最大的特点是需要配置高精度的位移传感器，以控制点胶头下降和抬起的高度，辅助***比较昂贵，且点胶速度受到了限制。另外，胶点的一致性比较差。 

在微电子技术的发展中，集成电路越来越呈现出复杂化和微型化，半导体封装要求具有更小的尺寸、更多的引线、更密的内连线等，对点胶技术的要求也越来越高，点胶技术逐渐由接触式点胶向非接触式(喷射)点胶转变。喷射式点胶以一定的方式使胶液受到高压作用，由此获得足够大的动能后以一定的速度喷射到面板上，喷射胶液过程中点胶头无Z轴方向的位移，大大加快了点胶的速度，且胶滴的一致性好。 

非接触式点胶主要分为机械式喷射点胶和压电叠堆式喷射点胶。 

机械式喷射点胶的主要动力源是压缩空气。一个脉冲的压缩空气作用在活塞头上，压缩弹簧形成一定的位移，带动撞针抬起，然后胶液充满撞针抬起的空间，作用在活塞上的压缩空气泄掉后，在回复弹簧力的作用下，撞针向下快速运动冲击到喷嘴阀座，使胶液快速喷出形成胶滴，美国诺信公司的DJ-2100、DJ-2200、DJ-9000系列点胶头均是采用这种方式喷射点胶的。这种喷射装置较好的解决了接触式点胶的一些问题，但是由于空气的可压缩性致使胶点的一致性还不是很理想，并且工作频率比较低，一般在150Hz～200Hz。 

压电叠堆式喷射点胶采用杠杆放大原理或液压放大原理将压电叠堆的微小位移进行放大，然后驱动撞针与喷嘴阀座配合实现胶液的喷射。这种采用压电叠堆喷射点胶的方式不仅实现了非接触式喷射点胶，还解决了空气动力源喷射点胶胶滴一致性不是很理想的问题，并且喷射频率最高可以达到700Hz，大大提高了喷射速度。但是压电叠堆价格昂贵，压电叠堆式喷射点胶装置的价格远远高于机械式喷射点胶装置，大大限制了压电叠堆式喷射点胶装置的应用。 

终上所述，机械式喷射点胶装置虽然成本较低，但是在胶点一致性、点胶速度等方面还有待提高；而压电叠堆式喷射点胶装置虽然点胶精度、点胶速度、胶点一致性等方面满足了现代电子封装业的发展，但是应进一步降低其成本。 

发明内容

本实用新型提出一种压电晶片控制型非接触点胶装置，以解决接触式点胶装置和机械式喷射点胶装置的胶点一致性不好和点胶速度慢等问题，达到压电叠堆式喷射点胶装置的点胶效果，并且有效的降低压电式喷射点胶的成本。 

为达到以上的目的，本实用新型采用以下技术方案： 

由于逆压电效应，压电晶片在电压的作用下产生微小变形，由于位移很小(10μm)，不能用来直接驱动高粘度胶液，本实用新型利用位移放大机构将压电晶片的位移进行放大，从而可以驱动高粘度胶液，实现喷射点胶。 

一种压电晶片控制型非接触点胶装置，压电晶片(16)、基板(17)、传振杆(18)、膜片弹簧I(10)、膜片弹簧II(8)、质量块(9)和撞针(6)组成位移放大机构，施加在压电晶片(16)上的电压频率与位移放大机构的固有频率接近或相同时，撞针(6)的输出位移和输出速度均达到最大值，在撞针(6)的驱动下，胶液(22)从喷嘴(24)中喷射出去，形成胶滴。压电晶片(16)粘接到基板(17)上后通过紧定螺母(7)与传振杆(18)连接；基板与端盖(15)固定连接；传振杆(18)与膜片弹簧I(10)通过紧定螺母(7)固定连接，膜片弹簧I(10)与质量块(9)用螺栓连接；撞针(6)与膜片弹簧II(8)通过紧定螺母(7)固定连接，用螺栓(11)将膜片弹簧II(8)与质量块(9)固定连接；端盖(15)与盖板(12)用调节螺母(14)连接，并且通过调节螺母(14)可以调节撞针(6)与喷嘴底座(1)的间隙。 

本实用新型压电晶片控制型非接触点胶装置，压电晶片作为动力源，电压作用在压电晶片的两端，由于逆压电效应，压电晶片弯曲产生微小的伸长位移；当作用在压电晶片上的电压频率同位移放大机构的固有频率接近或相同时，位移放大机构将压电晶片的微小位移放大，驱动撞针快速向下运动，喷嘴处的胶液向喷嘴中流动，当撞针撞击到喷嘴底座时，截断流动的胶液，同时在喷嘴中形成巨大的局部压力，在局部压力的作用下喷嘴中的胶液喷射出来形成胶滴。改变作用在压电晶片上电压的方向，压电晶片回缩，通过位移放大机构将撞针抬起，准备进入下一周期的循环。 

压电晶片(16)施加低电平时，撞针(6)头部与喷嘴底座(1)有微小间隙。当压电晶片(16)作用高电平时，压电晶片(16)、膜片弹簧I(10)、膜片弹簧II(8)、质量块(9)和撞针(6)组成的位移放大机构将压电晶片(16)的微小位移放大，撞针快速向下运动贴合喷嘴底座(1)，截断胶液的流动，喷嘴中的胶液快速喷出，形成胶滴。 

本实用新型中胶液压力的大小由储液罐中压缩空气的压力来调节，既要保证撞针与喷嘴底座之间有间隙时胶液***露，又要保证撞针抬起后胶液及时的补充到空缺处，使下周期的喷射点胶顺利进行。 

本实用新型的优点在于提出了一种压电晶片控制型非接触点胶装置，可实现液体的定量输送、定量分配、以及微电子封装中高黏度流体的点胶等多种用途。本实用新型具有结构简单、易于控制的特点，既实现了压电叠堆式喷射点胶装置的功能和性能，又极大的降低了成本。 

附图说明

图1是压电晶片控制型非接触点胶装置结构示意图。 

图2是压电晶片弯曲振动的示意图。 

图3是压电晶片控制型非接触点胶装置位移放大机构的结构示意图。图3(a)是圆形压电晶片一级共振位移放大结构示意图，图3(b)是其共振原理图。图3(c)是圆形压电晶片结构示意图。图3(d)是圆形压电晶片二级共振位移放大结构示意图，图3(e)是其共振原理图。图3(f)是方形压电晶片一级共振位移放大结构示意图。图3(g)是方形压电晶片结构示意图。图3(h)是方形压电晶片一级共振位移放大结构示意图。 

图4是压电晶片的微位移经位移放大机构放大后再经过柔性铰链进行位移放大驱动撞针分配胶液的结构示意图。 

图5是位移放大机构水平放置驱动撞针分配胶液的结构示意图。 

图6是撞针向下运动时，分配腔中胶液的流动示意图。 

图7是撞针向上运动时，分配腔中胶液的流动示意图。 

具体实施方式

压电晶片控制型非接触点胶装置位移放大机构的实施方式： 

实施方式1： 

如图3(a)所示，压电晶片(16)采用双晶片结构(也可以采用单晶片结构)，质量块(9)同两个膜片弹簧串联组成位移放大机构，原理图如图3(b)所示。m₁、m₂、m₃和m₄分别是端盖(15)、传振杆(18)、质量块(9)和撞针(6)的质量；k₁、k₂和k₃分别是压电晶片(16)、膜片弹簧I和膜片弹簧II的刚度；在输出位移中，撞针(6)的输出位移y₄是最大的。 

实施方式2： 

将质量块(9)同两个膜片弹簧串联组成的位移放大机构再串联起来，2个或更多个，可以进一步放大输出的位移，图3(d)是用传振杆(18)将2个位移放大机构串联起来的结构示意图，其原理图如图3(e)所示。同图3(b)相比较，由于串联了质量块和膜片弹簧，撞针(6)的位移y₆是大于y₄的。撞针(6)位移的增加可以喷射粘度更高的胶液。 

实施方式3： 

如图3(f)所示，连接杆(25)、膜片弹簧III(26)、质量块(27)、传振杆(28)、膜片弹簧IV(29)和端盖(30)组成的弹簧-质量放大机构位于压电晶片(16)的上面，连接杆(25)通过螺纹固定在盖板(12)上。当作用在压电晶片上的电压频率与该弹簧-质量位移放大机构的固有频率接近或相同时，撞针(6)的输出位移和速度达到最大，达到喷射胶液的目的。 

上述三种实施方式所用的弹簧膜片是如图3(c)所示的圆环状弹簧膜片，弹簧膜片还可以使用长方片状形式的，如图3(g)所示，使用长方片状弹簧膜片的位移放大机构的示意图如图3(h)所示。长方片状弹簧膜片的两端分别固定在质量块(9)和腔体(3)上，沿质量块中心均匀分布，根据使用频率的要求布置弹簧膜片的个数。 

压电晶片控制型非接触点胶装置的实施方式： 

实施方式1： 

参见图1所示，本实用新型一种压电晶片控制型非接触点胶装置由图3所示的压电晶片位移放大机构及其辅助构件组成。压电晶片位移放大机构由压电晶片(16)、基板(17)、端盖(15)、传振杆(18)、紧定螺母(7)、膜片弹簧I(10)、质量块(9)、膜片弹簧II(8)、撞针(6)构成。压电晶片(16)与基板(17)粘接，基板(17)与端盖(15)固定连接；传振杆(18)的两端分别于压电晶片(16)和膜片弹簧I(10)固定连接；膜片弹簧I(10)与质量块(9)固定连接；撞针(6)与膜片弹簧II(8)连接，膜片弹簧II(8)固定在质量块(9)。喷嘴底座(1)通过螺栓(2)固定在腔体(3)上，与撞针(6)的头部配合开启或闭合实现胶液的喷射。 

储液罐(19)中的胶液在压缩空气的作用下通过胶液连接管(21)进入到腔体(3)中的分配腔中，压缩空气的压力值应保持在合适的范围，既要保证撞针与喷嘴底座不接触时胶液不会从喷嘴泄露，撞针抬起后，胶液又要迅速的补充到空白区域进入下一周期的喷射。 

作用在压电晶片上的电压的频率应与压电晶片位移放大机构的固有频率接近或相等，此时压电晶片的微小位移(10μm)才被最大限度的放大(0.3mm～0.5mm)，撞针的位移才能满足胶液喷射的需要，实现胶液的喷射。 

当压电晶片施加高电平时，撞针(6)迅速的向下运动，如图3所示，喷嘴处的胶液向喷嘴中流动，喷嘴上面的胶液则向上流动，撞针(6)头部与喷嘴紧密贴合后截断胶液的流动，撞针(6)的动量转化为喷嘴中胶液的动量，喷嘴中的胶液快速的喷射出来，形成胶滴；当压电晶片施加低电平时，撞针(6)要向上运动，如图4所示，腔体(3)中分配腔中的胶液向喷嘴处流动，填补撞针向上运动后留下的真空区域，在胶液表面张力的作用下，此时胶液不会从喷嘴泄露出去；当压电晶片再次施加高电平时，就会将胶液再次喷出形成胶滴，如此循环往复，胶液就不断的以胶滴的形式喷出。 

压电晶片位移放大机构通过调节螺母(14)固定在盖板(12)上，盖板(12)与腔体(3)固定连接，调节螺母(14)可以调节位移放大机构的上下位移，以达到调节撞针(6)与喷嘴底座(3)之间距离的目的。不同的距离配合施加在压电晶片上的合适电压，可以喷射不同粘度的胶液，形成不同大小的胶滴。 

实施方式2： 

参见图4所示，压电晶片(16)、基板(17)、传振杆(18)、膜片弹簧II(10)、质量块(9)、膜片弹簧I(8)和连接杆(31)组成的位移放大机构将压电晶片的微小位移放大，连接杆(31)与柔性铰链(32)相连接。柔性铰链(32)的一端固定在腔体(3)上，另一端与撞针(6)固定连接，通过柔性铰链(32)杠杆放大作用，当位移放大机构向下运动时，撞针(6)的位移被进一步放大，可以驱动粘度更大的胶液实现自动化分配，实现胶液的喷射。 

[0041] 实施方式3：参见图5所示，压电晶片(16)、基板(17)、传振杆(18)、膜片弹簧II(10)、质量块(9)、膜片弹簧I(8)和连接杆(33)组成的位移放大机构水平放置，连接杆(33)与转换杠杆(34)固定连接，转换杠杆(34)的中间部分铰接在腔体(3)上，在另一端，转 换杠杆(34)与撞针(6)固定连接。压电晶片(16)的微位移经位移放大机构放大后通过转换杠杆(34)，将水平方向上的位移转变为撞针(6)竖直方向上的位移，从而驱动胶液自动化分配，实现胶液的喷射。 

Claims (3)

1.一种压电晶片控制型非接触点胶装置，其特征在于：压电晶片(16)、基板(17)、传振杆(18)、膜片弹簧I(10)、膜片弹簧II(8)、质量块(9)和撞针(6)组成位移放大机构，施加在压电晶片(16)上的电压频率与位移放大机构的固有频率接近或相同时，撞针(6)的输出位移和输出速度均达到最大值，在撞针(6)的驱动下，胶液(22)从喷嘴(24)中喷射出去，形成胶滴。 

2.根据权利要求1所述的一种压电晶片控制型非接触点胶装置，其特征在于：压电晶片(16)粘接到基板(17)上后通过紧定螺母(7)与传振杆(18)连接；基板与端盖(15)固定连接；传振杆(18)与膜片弹簧I(10)通过紧定螺母(7)固定连接，膜片弹簧I(10)与质量块(9)用螺栓(１１)连接；撞针(6)与膜片弹簧II(8)通过紧定螺母(7)固定连接，用螺栓(11)将膜片弹簧II(8)与质量块(9)固定连接；端盖(15)与盖板(12)用调节螺母(14)连接，并且通过调节螺母(14)可以调节撞针(6)与喷嘴底座(1)的间隙。 

3.根据权利要求2所述的一种压电晶片控制型非接触点胶装置，其特征在于：压电晶片(16)施加低电平时，撞针(6)头部与喷嘴底座(1)有微小间隙；压电晶片(16)施加高电平时，撞针(6)头部与喷嘴底座(1)贴合。 

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