压电喷射阀及喷射装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及点胶装置领域，特别是指一种压电喷射阀及具有该压电喷射阀的喷射装置。
【背景技术】
[0002]流体点胶技术是微电子封装中的一项关键技术，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，辅助系统比较昂贵，且点胶速度受到了限制。另外，胶点的一致性比较差。随着微电子技术的发展，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。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。
[0003]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。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型提供一种压电喷射阀及喷射装置，具有结构紧凑、尺寸较小、输出力高的特点。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型提供技术方案如下:
[0006]一种压电喷射阀，包括压电驱动部分，所述压电驱动部分包括压电陶瓷致动器和推杆，其中:所述压电陶瓷致动器包括固定设置的基板和从所述基板向下伸出的能够产生d15剪切模式变形的第一压电陶瓷悬臂梁和第二压电陶瓷悬臂梁，所述第一压电陶瓷悬臂梁和第二压电陶瓷悬臂梁沿所述基板长度方向排布；所述第一压电陶瓷悬臂梁和第二压电陶瓷悬臂梁的末端连接有能够将所述第一压电陶瓷悬臂梁和第二压电陶瓷悬臂梁的d15剪切模式变形转换成竖直运动轨迹的柔性V形架，所述柔性V形架的下部固定连接所述推杆。
[0007]进一步的，所述第一压电陶瓷悬臂梁和第二压电陶瓷悬臂梁的形状均为柱形长方体，其极化方向相同，均为竖直向下；所述第一压电陶瓷悬臂梁和第二压电陶瓷悬臂梁的相对的两个内侧面连接并接地，所述第一压电陶瓷悬臂梁和第二压电陶瓷悬臂梁的相背的两个外侧面连接并外接电信号。
[0008]进一步的，所述外接电信号为占空比为0.5的方波信号或占空比大于0.5的方波信号。
[0009]进一步的，所述压电陶瓷致动器为陶瓷块体结构。
[0010]进一步的，所述压电喷射阀还包括带有内腔的壳体，所述压电陶瓷致动器、柔性V形架和推杆均设置在所述壳体的内部。
[0011]进一步的，所述壳体的下方连接有喷射部分，所述喷射部分具有喷射腔和喷孔，所述喷射腔内在所述喷孔的上方设有喷射杆，所述喷射杆的上端与所述推杆的下端接触，所述喷射杆上配合设置有回弹元件。
[0012]进一步的，所述回弹元件为弹簧或圆片式碟簧。
[0013]进一步的，所述柔性V形架的下部通过推杆套筒固定连接所述推杆；所述壳体的内部设置有压电陶瓷固定座，所述基板粘接在所述压电陶瓷固定座上，所述压电陶瓷固定座通过螺钉固定在所述壳体上；所述回弹元件的上方围绕所述喷射杆设有喷射杆密封圈；所述喷射部分通过螺栓或者卡槽连接于所述壳体的下部。
[0014]进一步的，所述压电陶瓷致动器通过将整块压电陶瓷块极化后切割制得，所述柔性V形架的材料为金属材料，所述第一压电陶瓷悬臂梁和第二压电陶瓷悬臂梁与所述柔性V形架粘接到一起。
[0015]一种喷射装置，包括上述的压电喷射阀。
[0016]本实用新型具有以下有益效果:
[0017]与现有技术相比，本实用新型的压电喷射阀利用柔性V形架将第一压电陶瓷悬臂梁和第二压电陶瓷悬臂梁的d15剪切模式变形转换成竖直方向的运动轨迹，不需要共振即可获得很大的位移，压电驱动器尺寸小、结构简单；本实用新型的压电驱动器采用d15剪切模式，由于压电常数d15通常是d33的两倍，是d31的四倍，所以相对而言，同种情况下压电陶瓷具有更大的变形，压电驱动部分具有更高的输出力；故本实用新型的采用d15剪切模式的压电驱动部分为喷射阀的动力和大位移输出提供了保障，可快速分配各类粘度的液体。
[0018]同时，申请人发现本实用新型还具有以下优点:
[0019](I)本实用新型充分地利用压电陶瓷对切割形成的液滴进行加速，使得液滴获得很大的动能，可以有效地克服液滴表面张力及其与喷嘴表面的附着力。当液体断流以后，喷射液体粘住喷嘴的现象不会再发生，因此，该装置可以很好地适应对高粘度液体的喷射；
[0020](2)本实用新型的驱动部分为压电陶瓷，主要结构是由一个长方体结构延伸出两个悬臂梁结构，虽然该部分全部为压电陶瓷，但是只有两个悬臂梁结构的压电陶瓷工作，长方体结构不参与工作，并且工作压电陶瓷的振动变形不受长方体结构压电陶瓷的影响，因此可以直接通过固定长方体结构部分来固定该压电驱动部分，固定方法多而简单，稳定性好，夹持固定方式不会对压电驱动器的性能产生影响；
[0021](3)本实用新型的压电驱动器结构简单，加工工艺简便，第一压电陶瓷悬臂梁和第二压电陶瓷悬臂梁的材质全部为压电陶瓷，不用额外粘贴压电陶瓷片，可以以较简单的工艺做到完全一致，并且第一压电陶瓷悬臂梁和第二压电陶瓷悬臂梁的变形为剪切变形，变形稳定性好。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型的压电喷射阀的压电驱动部分的结构示意图；
[0023]图2为本实用新型的压电喷射阀的U型压电陶瓷的结构示意图；
[0024]图3为本实用新型的压电喷射阀的结构示意图；
[0025]图4为本实用新型的压电喷射阀的压电陶瓷致动器的加电方式和工作状态分解示意图；
[0026]图5为本实用新型的压电喷射阀的压电陶瓷致动器所加电信号的波形图；
[0027]图6为本实用新型的压电喷射阀的喷射部分的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0029]一方面，本实用新型提供一种压电喷射阀，如图1-2所示，包括压电陶瓷驱动部分1，压电陶瓷驱动部分I包括压电陶瓷致动器12和推杆16，压电陶瓷致动器12包括基板121和位于基板121上并可以产生d15剪切模式变形的第一压电陶瓷悬臂梁122和第二压电陶瓷悬臂梁123，第一压电陶瓷悬臂梁122和第二压电陶瓷悬臂梁123竖向设置并沿基板121长度方向排布；第一压电陶瓷悬臂梁122和第二压电陶瓷悬臂梁123的末端连接有能够将第一压电陶瓷悬臂梁122和第二压电陶瓷悬臂梁123的d15剪切模式变形转换成竖直运动轨迹的柔性V形架17，柔性V形架17的下部固定连接有推杆16。
[0030]与现有技术相比，本实用新型的压电喷射阀利用柔性V形架17将第一压电陶瓷悬臂梁122和第二压电陶瓷悬臂梁123的d15剪切模式变形转换成竖直方向的运动轨迹，不需要共振即可获得很大的位移，压电驱动器尺寸小、结构简单；此外，由于压电常数d15通常是d33的两倍，是d31的四倍，所以相对而言，同种情况下压电陶瓷具有更大的变形，压电驱动部分有更高的输出力；故本实用新型的压电驱动部分为喷射阀的动力和大位移输出提供了保障，可快速分配各类粘度的液体。
[0031]具体的，柔性V形架17可以包括第一支撑脚、第二支撑脚，第一支撑脚的顶端与第一压电陶瓷悬臂梁122的末端连接，第二支撑脚的顶端与第二压电陶瓷悬臂梁123的末端连接，优选的连接方式是以环氧胶粘接，第一与第二支撑脚的底部端面连接到一起共同固定连接推杆16 ;柔性V形架17与推杆16间通过以下方式连接:在柔性V形架17上通过过盈配合将推杆套筒15固定住，然后再在推杆套筒15上固定安装推杆16。柔性V形架17不但可以把剪切运动转换为竖直运动，而且利用了三角放大原理，有位移放大作用且结构紧凑。
[0032]本实用新型的第一压电陶瓷悬臂梁122和第二压电陶瓷悬臂梁123的d15剪切模式变形与第一压电陶瓷悬臂梁122和第二压电陶瓷悬臂梁123的形状、电极面位置、极化方式和加电方式有关，可以选用能够产生d15剪切模式变形的各种形状、电极面位置、极化方式和加电方式的组合；优选的，第一压电陶瓷悬臂梁122和第二压电陶瓷悬臂梁123均加工成柱形长方体，如图4所示，压电陶瓷致动器12沿竖直向下的方向极化，将第一压电陶瓷悬臂梁122和第二压电陶瓷悬臂梁123相对的两个内侧面连接到一起并接地，相背的两个外侧面连接到一起并外接电信号。
[0033]工作时，当外接电信号如图5中电信号a时，此时压电陶瓷致动器12的两个工作压电陶瓷同时接入正电，压电陶瓷致动器12的左右两个工作压电陶瓷同时向外侧发生剪切变形如图4中S所示，此时，柔性V形架17的底端向上运动，当外接电信号如图5中b所示时，此时压电陶瓷致动器12的两个工作压电陶瓷同时接入负电，压电陶瓷致动器12的左右两个工作压电陶瓷同时向内侧发生剪切变形如图4中L所示，此时，柔性V形架17的底端向下运动。当给压电陶瓷致动器12加如图5所示的方波电信号时，柔性V形架17的底端就会在竖直方向上来回运动，并带动推杆16在竖直方向上往复运动。
[0034]目前已公开的采用多层压电陶瓷的点胶阀，多层压电陶瓷受到结构本身特性的限制，不建议采用收缩工作方式，收缩方式容易造成陶瓷损坏，且大电压下容易使压电陶瓷退极化，所以目前的多层压电陶瓷多数只能采用伸长工作方式。本方案压