具有快速释放喷射阀的压电喷射系统的制作方法

本申请要求2015年5月22日提交的美国临时专利申请号62/165,245的优先权，其整个内容在此通过引用并入。

技术领域

本申请总的涉及用于在衬底上沉积粘性流体小液滴的非接触式喷射分配器，并且更特别地涉及由一个或者更多压电元件致动的这种类型的分配器。

背景技术：

非接触粘性材料分配器通常被用于在衬底上施加微量的粘性材料，例如具有超过五十厘泊粘性的那些材料。例如，非接触粘性材料分配器被用于在电子衬底(如印刷电路板)上施加各种粘性材料。作为示例而非限制，被施加至电子衬底的粘性材料包括通用粘合剂、紫外光固化粘合剂、焊膏、助焊剂、阻焊剂、导热油脂、盖密封剂、油、胶囊密封材料、灌封化合物、环氧树脂、芯片贴装液、硅胶、RTV和氰基丙烯酸盐粘合剂。

对于将粘性材料从非接触式喷射分配器分配到衬底上，存在大量具体应用。在半导体封装装配中，存在用于底层填充、球栅阵列中的焊料球加固、坝填充操作、芯片封装、底层填充芯片尺寸封装、型腔填充分配、芯片贴装分配、盖密封分配、非流动底层填充、助焊剂喷射和分配热化合物以及其它用途的应用。对于表面贴装技术(SMT)印刷电路板(PCB)生产，可以从非接触分配器，以及选择性助焊剂喷射来分配表面贴装粘合剂、焊膏、导电粘合剂以及阻焊剂材料。也可以使用非接触分配器选择性地施加保形涂层。通常，已固化的粘性材 料保护印刷电路板以及上面安装的装置不受源自环境影响，如湿气、菌类、灰尘、腐蚀和磨蚀的损害。已固化的粘性材料也可以在特定未涂层区域上保留导电和/或导热特性。应用也存在于硬盘驱动器行业中、医疗电子器械的生命科学应用中，以及用于粘合、密封、形成垫圈、涂装和润滑的一般工业应用中。

喷射分配器通常可以具有气动或者电动致动器，以朝着底座反复地移动轴或者挺杆，同时从分配器的出口孔喷射粘性材料液滴。更特别地，电致动的喷射分配器能够使用压电致动器。

清洁喷射分配器阀的能力对于阀门性能而言非常重要。为了实现适当的清洁，应易于接近通往阀门以及阀门内部的流体路径。许多喷射分配器设计仍不具有适当地清洁所有所需表面的足够通路。一些材料(诸如紫外光固化材料)将由于与分配器相关联的加热元件施加的热而在流体路径中固化。通常，用户必须以一些方式拆开加热元件，以获得用于清洁目的的同路。这需要时间以及另外的工具。

至少出于这些原因，将期望提供一种解决这些和其它问题的喷射系统和方法。

技术实现要素：

本发明总的提供一种包括致动器壳体、致动器、流体本体壳体和流体本体的喷射分配器。致动器位于致动器壳体内，并且流体本体壳体能够联接至致动器壳体以及与致动器壳体分离。流体本体联接至流体本体壳体，并且包括与流体孔连通的流体进口。流体本体还包括喷射阀，喷射阀具有当流体本体壳体联接至致动器壳体时可操作地联接致动器的可移动轴。该轴被致动器移动，以从流体孔喷射一定量的流体。当流体本体壳体与致动器壳体分离时，流体本体能够被从流体本体壳体移除。这允许易于清洁和/或替换喷射阀和/或流体本体。

另一方面，致动器还可以包括响应于所施加的电压而加长第一距离的压电单元，以及可操作地耦合至压电单元的放大器。流体本体壳体可以通过铰链联接至致动器壳体，并且流体本体壳体可以在流体本体壳体联接至致动器壳体所处的位置以及流体本体壳体与致动器壳体分离所处的位置之间枢转。以这种方式，流体本体壳体可以易于在联接和分离状态之间移动，而不必使流体本体壳体完全地与致动器壳体分离。然而，流体本体壳体可以通过任何适当的方式联接至致动器壳体，包括将流体本体壳体与致动器壳体完全分离的任何方式。

另一方面，喷射分配器可以通过旋转连接器而联接至致动器壳体。流体本体壳体还可以包括钩状凸缘，旋转连接器可以接合该钩状凸缘，以联接致动器壳体与流体本体壳体。此外，连接器壳体可以被刚性地附接至致动器壳体，其中旋转轴包括所述旋转连接器，并且位于连接器壳体内。

又另一方面，喷射分配器可以通过可移动销联接至致动器。可移动销可以通过在流体本体壳体内的狭槽内移动而联接流体本体壳体和致动器壳体。此外，连接器壳体可以被刚性地附接至致动器壳体，并且可以包括弹簧偏压元件。可移动销可以被顶着弹簧偏压元件朝着致动器壳体移动，以联接流体本体壳体和致动器壳体或者将其分离。

另一方面，致动器壳体可以包括孔，并且流体本体可以包括具有喷射阀的挺杆组件。当致动器壳体和流体本体壳体联接时，挺杆组件可以被保持在致动器壳体的孔内。此外，挺杆组件可以从流体本体移除。

又另一方面，流体本体壳体可以被配置有T形凹槽，以提供用于流体渗漏的路径。

通过结合附图回顾下文例示性实施例的详细说明，本领域技术人 员将更明白本发明的各种另外的特征和优点。

附图说明

图1是根据本发明的例示性实施例的喷射分配器的透视图。

图2是沿图1的线2-2截取的横截面图。

图2A是从图2截取的挺杆组件和流体本体的放大横截面图，并且示出挺杆处于打开状态。

图2B是类似于图2A的横截面图，但是示出挺杆在喷射流体液滴之后处于闭合状态。

图3是分配器的压电致动器的部分分解透视图。

图4是以虚线示出特定元件以更好地示出内部细节的压电喷射分配器的透视图。

图5是示出连杆放大机构的致动器的下部的侧视立面图。

图6A是联接至致动器壳体的流体本体壳体的放大示意图。

图6B是类似于图6A的视图，但是示出连接器正在被旋转，以便流体本体壳体可以与致动器壳体分离。

图7是示出与致动器壳体分离的流体本体壳体以及正在被移除的流体本体的透视图。

图8是示出允许流体本体壳体相对于致动器壳体联接和分离的连接器的可替选实施例的透视图。

图8A是沿图8的线8A-8A截取的横截面图。

具体实施方式

参考图1至4，根据本发明实施例的喷射系统10通常包括联接至主电子控制装置14的喷射分配器12。喷射分配器12包括联接至致动器壳体18的流体本体16。更特别地，流体本体16被保持在流体本体壳体19内，取决于应用的需要，流体本体壳体19可以包括一个或者更多个加热器(未示出)。流体本体16在压力下从适当的流体源20，诸如注射器筒(未示出)接收流体。挺杆或者阀门组件22联接至壳体18，并且延伸到流体本体16内。如下文将进一步描述的，机械放大器 (例如，连杆24)联接在压电致动器26和挺杆或者阀门组件22之间。

为了冷却压电致动器26，空气可以被从气源27引入进口端口28中，并且从排气端口30引出。可替选地，取决于冷却需要，端口28、30两者都可以从如图2中所示的气源27接收冷却空气。在这种情况下，一个或者更多个其它排气端口(未示出)将被设置在壳体18内。设置温度和循环控制装置36，以在喷射操作期间使致动器26循环，并且控制分配器12所带的一个或者更多个加热器(未示出)，以将所分配的流体保持为所需温度。作为另一选项，这种控制装置36或者另一控制装置可以以闭环方式控制致动器26的冷却需求。如图4中进一步所示的，压电致动器26还包括压电元件堆叠40。通过联接在堆叠40的相对两侧上的相应扁平的压缩弹簧元件42、44，保持这种堆叠40处于压缩状态。更特别地，设置上部和下部销46、48，并且上部和下部销46、48使扁平弹簧元件42、44彼此保持，压电元件堆叠40处于两者之间。上部销46被保持在致动器26的上致动器部26a中，而下部销48直接或者间接地接合堆叠40的下端。上致动器部26a稳固地容纳压电元件堆叠40，以便使得堆叠40抵抗任何侧向运动稳定。在该实施例中，下部销48联接至下致动器部26b，并且更特别地联接至机械电枢50(图2)。

机械电枢50的上表面50a抵靠支承于压电堆叠40的下端。弹簧元件42、44在销46、48之间伸展，以便如图4中的箭头53所示，弹簧42、44向堆叠40施加恒定的压缩。更特别地，扁平弹簧元件42、44可以由线切割(EDM)工艺形成。抵靠上致动器部26a的内部表面保持压电元件堆叠40的上端。因此，如本文将描述的，上部销46在下部销48随着弹簧元件42、44以及随着机械电枢50浮动或者移动的同时固定。

当电压被施加给压电堆叠40时，堆叠40膨胀或者加长，这使得电枢50克服弹簧元件42、44的力向下移动。堆叠40将与所施加电压 的量成比例地改变长度。

如图2中进一步所示的，机械电枢50可操作地联接至机械放大器，在该例示性实施例中，机械放大器被形成为大致在第一端24a附近联接至电枢50并且在第二端24b处联接至推杆68的连杆24。连杆24可以例如通过EDM工艺与下致动器部26b一体成型，EDM工艺也形成机械电枢50和连杆24之间的一系列狭槽56。如下文将进一步讨论的，连杆24或者其它类型的机械放大器将堆叠40膨胀或者加长的距离放大一个期望的量。例如，在该实施例中，堆叠40和机械电枢50的向下运动在连杆24的第二端24b处被放大约8倍。

现在更特别地参考图2、2A、2B和5，弯曲部60将连杆24联接至机械电枢50。如图5中最清楚地示出的，连杆24绕枢轴点62枢转，枢轴点62近似处于与连杆25的第二端24b相同水平高度处。枢轴点62的该位置用于最小化连杆24旋转通过的圆弧的影响。该系列狭槽56在形成弯曲部60的下致动器部26b中形成。如图5中的箭头66所示，当压电堆叠40在由主控制器14施加的电压下而加长时，连杆24随着堆叠24在机械电枢50上向下推动而大致绕枢轴点62顺时针旋转。连杆24的轻微旋转克服弯曲部60施加的弹性偏压发生。随着第二端24b绕枢轴点62稍微顺时针旋转，如图5中的箭头67所示，第二端24b向下移动并且同样地将所附接的推杆68向下移动(图2)。

连杆24的第二端24b使用适当的螺纹紧固件70、72固定至推杆68。推杆68具有在引导轴衬74内行进并且抵靠支承与挺杆或者阀门组件22相关联的挺杆或者阀门元件76的上侧头部76a的下侧头部68a。如图2A和2B中最佳示出的，通过销75而将引导轴衬74保持在壳体18内。推杆68、引导轴衬74和销75构成的组件允许一些“弹性(give)”，以在操作期间确保推杆68的适当运动。另外，推杆68由在其随着挺杆或者阀门元件76和连杆24的往复运动期间以弹性方式稍微侧向弯曲的材料制成。挺杆组件还包括使用环形元件80安装在壳体18的下 部内的螺旋弹簧78。挺杆或者阀门组件22还包括通过O形环84保持在流体本体16内的插入体82。环形元件80和插入体82包括一体元件，即该实施例中的筒本体。交叉钻出的泄水孔85与弹簧78的下端近似一致，以允许穿过O形环86渗漏的任何流体流出。另外的O形环86密封挺杆或者阀门元件76，以便流体本体16的流体孔88内所含的加压流体不漏出。流体通过流体本体16的进口90和通道92、94从流体源20供应至流体孔88。O形环84将环形元件80和插入体82形成的筒本体的外部与孔88和通道94内的加压流体密封开。流体通道92、94被拧入流体本体16中的插销构件96密封。插销构件96可以被移除，以允许为了清洁内部通道94而提供通路。

通过结合图2A和2B回顾图2-4将最清楚地理解喷射液滴或者少量流体的系统10的操作。图2A示出当对压电堆叠40的电压已经被充分地移除时升高至打开状态的挺杆或者阀门组件76。这引起堆叠40收缩。随着堆叠40收缩，扁平弹簧42、44向上拉动电枢50，并且这使连杆24的第二端24b升高，并且也使推杆68升高。因而，然后挺杆或者阀门组件22的螺旋弹簧78在挺杆或者阀门元件76的头部76a上向上推动，并且使挺杆或者阀门元件76的远端76b升高，离开附接至流体本体16的阀座100。在该位置中，流体孔88和处于挺杆或者阀门元件76的远端76b之下的区域充满另外的流体，以对喷射分配器12“填料”，并且为了下一个喷射循环而准备喷射分配器12。

当压电堆叠40被激活时，即：当通过主电子控制装置14(图1)向压电堆叠40施加电压时，堆叠40膨胀，并且推动机械电枢50。这使得连杆24顺时针旋转，并且向下移动第二端24b，也使推杆68向下移动。如图2B中所示，推杆68的下侧头部68a在挺杆或者阀门元件76的头部76a上向下推动，并且挺杆或者阀门元件76克服螺旋弹簧78的力快速地向下移动，直到远端76b接合阀座100。在运动过程中，挺杆或者阀门元件76的远端76b将流体液滴102从排出出口104强制推出。然后，从压电堆叠40移除电压，并且这使得这些部件中的每个部 件的运动反转，从而为了下一个喷射循环而升高挺杆或者阀门元件76。

应明白，可以相反地采用压电致动器26以喷射液滴。在这种情况下，包括连杆24的各种机械致动结构将被不同地设计，以便当从压电堆叠40移除电压时，所造成的堆叠40的收缩将引起挺杆或者阀门元件76朝着阀座100移动，并且引起排出出口104排出流体液滴102。然后，一旦向堆叠40施加了电压，则放大系统和其它致动部件将升高挺杆或者阀门元件76，以便为了下一个喷射操作而以另外的流体填充流体孔88。在该实施例中，挺杆或者阀门元件76通常将闭合，也就是说，当不存在对压电堆叠40施加的电压时，挺杆或者阀门元件76将接合阀座100。

如图2中进一步所示的，上致动器部26a与下致动器部26b分离，并且这些相应的部分26a、26b由不同材料形成。特别地，上致动器部26a由具有比形成下致动器部26b的材料更低热膨胀系数的材料形成。致动器部26a、26b每个都使用从下致动器部26b延伸到上致动器部26a中的螺纹紧固件(未示出)而稳固地紧固在一起。然后，上和下致动器部26a、26b构成的组件被多个螺栓110紧固至壳体。更特别地，下致动器部26b可以由PH17-4不锈钢形成，而上致动器部26a可以由镍铁合金(诸如殷瓦合金)形成。17-4PH不锈钢具有非常高的持久极限或者疲劳强度，这提高了弯曲部60的寿命。这种不锈钢的热膨胀系数约为10μm/m-C，而殷瓦合金的热膨胀系数约为1μm/m-C。热膨胀系数的比例可以高于或者低于这些材料的近似10：1的比例。与上和下致动器部26a、26b相关联的热膨胀系数有效地提供了彼此的偏移特性。由此，上和下致动器部26a、26b的不同热膨胀系数允许致动器26跨更宽的温度范围一致地运行。同样地，当以高占空比运行时，压电堆叠能够产生相当大的热。使用殷瓦合金提供对致动器26的端部的更绝对定位，并且因此提供更精确和可用的冲程。

现在参考图6A、6B和7，结合图1和2，流体本体壳体19用于 将流体本体16保持在图2中所示的适当位置中。在这一点上，图2和6A示出流体本体壳体19通过一端处的铰链122以及紧邻相反端的可旋转连接器124a联接至致动器壳体18。可旋转连接器124a连接流体本体壳体19上的钩状凸缘126a以及与其分离。可旋转连接器124a是在连接器壳体127内延伸的旋转轴124或者凸轮锁的一部分。如下文将讨论的，旋转轴124具有处于相反端上的相同的连接器(未示出)，该连接器在旋转轴124旋转时接合另一钩状凸缘126b以及与其分离。为了将旋转轴124锁定在接合或者锁定位置中，固定螺钉128被拧紧，摩擦接合凹槽129(图2)。凹槽129保持旋转轴124的轴向位置。连接器壳体127被刚性地附接至致动器壳体18。当流体本体16被流体本体壳体19固定时，如图所示，挺杆或者阀门组件22被保持在致动器壳体18的孔130内(图2A和2B)。在致动器壳体18和流体本体壳体19内设置另外的通道131、132、133，例如用以允许提供配线、一个或者更多个温度传感器以及一个或者更多加热器(未示出)。为了加热其中的流体，一个或者更多个加热元件(未示出)可以被直接定位在流体本体壳体19内。当为了维护和/或其它维修，流体本体壳体19与致动器壳体18分离时，将不需要移除或者以其它方式处理这些加热元件。

如图6A和6B中所示，旋转轴124可以在流体本体壳体19被抵靠致动器壳体18(图6A)稳固保持所处的位置以及流体本体壳体19可以绕铰链122(图7)向下旋转从而与流体本体壳体18分离所处的位置之间旋转。为了使轴在图6A和6B之间的位置之间旋转，工具(未示出)接合六边形孔134。一旦分离，则如图7中进一步所示的，流体本体16就可以被从流体本体壳体19移除。流体本体壳体19的上表面包括提供用于任何渗漏或者过压状况的路径的T形凹槽40。穿过O形环84和/或86渗漏的流体将能够排出T形凹槽140(图2)。如图2和7中最清楚地示出的，移除流体本体16将允许在流体本体16被再次插入流体本体壳体19之前更容易清洁和/或其它维护或者替换部件。在这一点上，挺杆或者阀门组件22也可以易于从流体本体16移除，并且 用一个或者更多个新零件替换和/或为了再次使用而清洁。同样地，可以易于清洁通道92、94。当流体本体16被移除时，能够易于清洁通道92，而当插销构件96被移除时，能够易于清洁通道94。

图8和8A示出用于将流体本体壳体19联接至致动器壳体18的连接器的可替选实施例。在该实施例中，可移动销150联接至致动器壳体18的连接器壳体127。该销150能够克服一对弹簧154(图8A)的偏压，在图8的双头箭头152的方向上在在一对狭槽151a、151b内前后移动。因而，销150克服弹簧154的偏压朝着致动器壳体18移动，并且离开狭槽151a、151b，以便允许流体本体壳体19向下枢转，以使流体本体壳体19与致动器壳体18分离，并且允许上述对流体本体16的维护和/或替换。当在流体本体壳体19内替换流体本体16时，流体本体16和流体本体壳体19构成的组件然后向上旋转，并且流体本体壳体19的凸轮表面160克服弹簧154的偏压朝着致动器壳体18推动销150。当流体本体壳体19到达图8中所示的位置时，弹簧偏压销150由于弹簧154的偏压力而从致动器壳体18弹开，并且卡入狭槽151a、151b中。这将流体本体16锁定在图2中所示的位置中，以作为喷射分配器操作。

虽然已经通过本发明的特定实施例的描述例示了本发明，并且虽然已经相当详细地描述了实施例，但是无意约束或者以任何方式将所附权利要求书的范围限于这些细节。可以单独地或者结合地使用本文所讨论的各种特征。本领域技术人员应易于明白另外的优点和变型。因此，本发明在其更广泛方面不限于特定细节、代表性设备和方法以及所示和所述的例示性示例。因而，在不偏离总体发明概念的范围和精神和范围的情况下，可以作出对这些细节的偏离。