基于双压电致动器的喷射装置的制作方法

本发明涉及一种喷射式点胶装置，具体而言，涉及一种基于双压电致动器的喷射装置。

背景技术：

在微电子技术领域，点胶机是电子产品加工和封装中常用的设备。随着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。目前常用的基于压电陶瓷等高频元件的撞针驱动胶液分配的喷射式点胶技术，其利用高频振动的撞针驱动胶液从喷嘴内高速喷出，具有反应速度快，胶滴体积小、分配精度高的优点。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。

授权公告号为cn103157577b的中国发明专利公开了一种压电陶瓷致动器驱动的喷射式点胶装置，包括压电驱动机构、喷射机构、胶液输送机构和支撑连接架，压电驱动机构包括有菱形放大模块和压电致动器，喷射机构包括撞针，菱形放大模块上端与支撑连接架连接固定，下端与撞针上端面连接固定，压电致动器夹持在菱形放大模块内部的左端面和右端面之间，通过螺钉经菱形放大模块左端的孔将压电致动器与菱形放大模块紧定在一起，菱形放大模块内部的右端面上开有v型槽，压电致动器的半球形端部顶在该v型槽内。菱形放大模块实质上是一种位移放大机构。该喷射式点胶装置具有响应速度快，胶液体积小的优点，但该装置也存在以下不足：

压电陶瓷致动器的振动频率很高，能达到15khz，但是，由于菱形放大模块的位移放大不及时，导致撞针的振动频率只能达到100hz，难以进一步提高，最终输出液滴的频率也只能达80-100hz，点胶速度慢，不能满足目前点胶系统的高标准要求。

技术实现要素：

本发明就是为了解决现有压电陶瓷致动器驱动的喷射式点胶装置点胶频率低、速度慢的技术问题，提供了一种点胶频率高、速度快的基于双压电致动器的喷射装置。

本发明使用两套压电陶瓷和撞针，对称放置，充分应用杠杆放大原理，提供一套双压电撞针式胶体微喷阀结构。

本发明的技术方案是，包括左支撑板、右支撑板、左压电陶瓷致动器、右压电陶瓷致动器、左位移放大机构、右位移放大机构、左喷射机构、右喷射机构和三角形喷嘴阀，左压电陶瓷致动器连接在左支撑板上，右压电陶瓷致动器连接在右支撑板上，左喷射机构通过左位移放大机构与左压电陶瓷致动器连接，右喷射机构通过右位移放大机构与右压电陶瓷致动器连接，左喷射机构设有左撞针，右喷射机构设有右撞针；左撞针和右撞针对称设置，左撞针和右撞针之间设有夹角；

三角形喷嘴阀的底面连接有喷嘴，三角形喷嘴阀内从上到下设有左储胶腔和右储胶腔；左储胶腔和右储胶腔对称设置，两者之间设有的夹角，三角形喷嘴阀设有左导胶腔和右导胶腔，左导胶腔与左储胶腔连通，右导胶腔与右储胶腔连通；喷嘴内设有挤胶腔，喷嘴的底部设有喷口，喷口与挤胶腔连通，左储胶腔与挤胶腔连通，右储胶腔与挤胶腔连通；

左撞针的下部位于左储胶腔内，右撞针的下部位于右储胶腔内。

优选地，左位移放大机构包括左连杆和左轴，左喷射机构包括左上端盖和左弹簧，左上端盖连接在左支撑板上，左轴固定连接在左支撑板，左上端盖内设有左上直线轴承，左撞针穿过左上直线轴承，左撞针的中部连接有左法兰，左弹簧设于左上端盖和左法兰之间；左连杆的一端与左撞针的顶部铰链在一起，另一端与左轴转动连接；左压电陶瓷致动器的顶部端面与左连杆的中部底面接触；

右位移放大机构包括右连杆和右轴，右喷射机构包括右上端盖和右弹簧，右上端盖连接在右支撑板上，右轴固定连接在右支撑板上，右上端盖内设有右上直线轴承，右撞针穿过右上直线轴承，右撞针的中部连接有右法兰，右弹簧设于右上端盖和右法兰之间；右连杆的一端与右撞针的顶部铰链在一起，另一端与右轴转动连接；右压电陶瓷致动器的顶部端面与右连杆的中部底面接触。

优选地，左喷射机构还包括左下端盖和左调整螺母，左下端盖连接在左支撑板上，左下端盖设有左下直线轴承，左调整螺母与左上端盖的下部螺纹连接，左调整螺母套在左撞针上，左弹簧设于左调整螺母和左法兰之间；

右喷射机构还包括右下端盖和右调整螺母，右下端盖连接在右支撑板上，右下端盖设有右下直线轴承，右调整螺母与右上端盖的下部螺纹连接，右调整螺母套在右撞针上，右弹簧设于右调整螺母和右法兰之间。

优选地，基于双压电致动器的喷射装置包括后座，后座的底部设有三角形喷嘴阀安装部，后座的上部设有左支撑板定位部和右支撑板定位部，左支撑板靠在左支撑板定位部上，右支撑板靠在右支撑板定位部上。

优选地，左撞针和右撞针之间的夹角是10°～160°。

优选地，左撞针和右撞针之间的夹角是30°，左储胶腔和右储胶腔之间的夹角是30°。

优选地，左支撑板上连接有用于检测左撞针振幅的第一激光位移传感器，右支撑板上连接有用于检测右撞针的第二激光位移传感器，靠近喷嘴处设有用于检测喷嘴喷出液滴的体积的图像采集装置；

采用双闭环自适应控制方法对基于双压电致动器的喷射装置进行控制：

建立rbf神经网络参数化模型，构建通过rbf神经网络进行自适应整定的分数阶pi^λd^μ控制器，利用rbf神经网络分数阶pi^λd^μ控制器实现对两个撞针振幅的精确控制；

采用模糊自适应pid算法对液滴体积进行控制。

本发明的有益效果是，充分结合了压电陶瓷振动频率快、位移精确和撞针式驱动力大、适合高粘性液体分配的优点，同时利用杠杆原理将压电陶瓷的微小振幅放大，能够将快速的将高粘性液体喷射出来；而且两个压电陶瓷轮流工作，更加提高了分配液体的工作效率，使液滴的喷射频率达到200hz～500hz。提高了当前国内市场上微电子封装领域分配胶体的工作效率。

本发明进一步的特征，将在以下具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。

附图说明

图1是基于双压电致动器的喷射装置的立体图；

图2是基于双压电致动器的喷射装置的立体图；

图3是基于双压电致动器的喷射装置的主视图；

图4是基于双压电致动器的喷射装置的右视图；

图5是基于双压电致动器的喷射装置的俯视图；

图6是基于双压电致动器的喷射装置的仰视图；

图7是图5中a-a方向的剖视图；

图8是右撞针的顶部与右连杆的连接示意图；

图9是图8中所示结构的右视图；

图10是图8中b-b方向的剖视图；

图11是图8中所示结构的俯视图；

图12是右连杆的立体图；

图13是右连杆的主视图；

图14是右连杆的俯视图；

图15是右撞针与三角形喷嘴阀的连接示意图；

图16是三角形喷嘴阀的立体图；

图17是三角形喷嘴阀的立体图；

图18是三角形喷嘴阀的主视图；

图19是三角形喷嘴阀的俯视图；

图20是图19中c-c的剖视图；

图21是18中d-d的剖视图；

图22是18中e-e的剖视图；

图23是三角形喷嘴阀的透视图；

图24是喷嘴的示意图；

图25是喷嘴的剖视图；

图26是后座的立体图；

图27是后座的主视图；

图28是后座的俯视图；

图29是给两个压电陶瓷致动器上电的波形示意图；

图30是两个撞针交替工作示意图；

图31是第一激光位移传感器、第二激光位移传感器和图像采集装置的安装图；

图32是根据喷出液滴的体积以及撞针的振动振幅进行控制的流程图；

图33是双闭环控制方法示意图；

图34是内环撞针控制算法示意图。

图中符号说明：

1.后座，2.左支撑板，3.右支撑板，4.储胶筒支架，5.三角形喷嘴阀，5-1.喷嘴，5-1-1.挤胶腔，5-1-2.喷口，501.左储胶腔，502.右储胶腔，503.左导胶腔，504.右导胶腔，6.储胶筒，7.导胶管，8.左接头，9.右接头，10.左压电陶瓷致动器，11.右压电陶瓷致动器，12.左连杆，13.右连杆，131.右转动孔，132.铰链孔，133.右撞针顶部容纳槽，14.左电陶瓷致动器连接架，15.右电陶瓷致动器连接架，16.左轴，17.右轴，18.左撞针，19.右撞针，191.右撞针的顶部，20.左上端盖，21.右上端盖，22.左下端盖，23.右下端盖，24.左调整螺母，25.右调整螺母，26.左弹簧，27.右弹簧，28.左法兰，29.右法兰，30.左上直线轴承，31.左下直线轴承，32.右上直线轴承，33.右下直线轴承，34.右销钉，35.右螺母。101.三角形喷嘴阀安装部，102.左支撑板定位部，103.右支撑板定位部。36.第一激光位移传感器，37.第二激光位移传感器，38.图像采集装置。

具体实施方式

以下参照附图，以具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1-7，15所示，基于双压电致动器的喷射装置包括后座1、左支撑板2、右支撑板3、储胶筒支架4、三角形喷嘴阀5、储胶筒6、导胶管7、左接头8、右接头9、左压电陶瓷致动器10、右压电陶瓷致动器11、左连杆12、右连杆13、左轴16、右轴17、左撞针18、右撞针19、左上端盖20、右上端盖21、左下端盖22、右下端盖23、左调整螺母24、右调整螺母25、左弹簧26、右弹簧27、左上直线轴承30、左下直线轴承31、右上直线轴承32、右下直线轴承33。

左支撑板2安装在后座1的左侧，右支撑板3安装在后座1的右侧，左支撑板2和右支撑板3对称设置，且存在一定夹角。储胶筒6通过储胶筒支架4安装在后座1上，储胶筒6位于左支撑板2和右支撑板3之间。三角形喷嘴阀5安装在左支撑板2和右支撑板3的下方。导胶管7与储胶筒6连接，左接头8的一端与导胶管7连接，另一端与三角形喷嘴阀5连接；右接头9的一端与导胶管7连接，另一端与三角形喷嘴阀5连接。导胶管7的输出分两路分别通过左接头8、右接头9与三角形喷嘴阀5内的两个储胶腔连通。

左压电陶瓷致动器10通过左电陶瓷致动器连接架14安装在左支撑板2上，左上端盖20连接在左支撑板2的上部，左下端盖22连接在左支撑板2的下部。左上端盖20内设有左上直线轴承30，左下端盖22内设有左下直线轴承31，左撞针18依次穿过左上直线轴承30和左下直线轴承31。左撞针18的中部连接有左法兰28，左调整螺母24与左上端盖20的下部螺纹连接，左调整螺母24套在左撞针18上，左弹簧26设于左调整螺母24和左法兰28之间。左连杆12的一端与左撞针18的顶部铰链在一起，另一端与左轴16转动连接(左连杆12能够以左轴16为支点转动)。左轴16固定连接在左支撑板2上。左压电陶瓷致动器10的顶部端面设有球形凸起，该球形凸起与左连杆12的中部底面接触。

右压电陶瓷致动器11通过右电陶瓷致动器连接架15安装在右支撑板3上，右上端盖21连接在右支撑板3的上部，右下端盖23连接在右支撑板3的下部。右上端盖21内设有右上直线轴承32，右下端盖23内设有右下直线轴承33，右撞针19依次穿过右上直线轴承32和右下直线轴承33。右撞针19的中部连接有右法兰29，右调整螺母25与右上端盖21的下部螺纹连接，右调整螺母2套在右撞针19上，右弹簧27设于右调整螺母25和右法兰29之间。右连杆13的一端与右撞针19的顶部铰链在一起，另一端与右轴17转动连接(右连杆13能够以右轴17为支点转动)。右轴17固定连接在右支撑板3上。右压电陶瓷致动器11的顶部端面设有球形凸起，该球形凸起与右连杆13的中部底面接触。

左弹簧26、右弹簧27在撞针被抬起时被压缩，弹簧的张力使撞针下降。

三角形喷嘴阀5的一个侧面与左下端盖22之间通过○型密封圈连接，另一个侧面与右下端盖23之间通过○型密封圈连接。

如图8-14所示，右连杆13的一端设有右转动孔131，另一端设有右撞针顶部容纳槽133，右撞针顶部容纳槽133的两侧设有铰链孔132。右轴17穿过右转动孔131。右撞针19的顶部设有通孔，右销钉34穿过铰链孔132和右撞针19顶部的通孔，右螺母35与右销钉34的一端连接。右销钉34能够在铰链孔132中移动。

左连杆12与右连杆13的结构相同，左撞针18的顶部设有通孔，左撞针18的顶部和左连杆12的连接方式与右撞针19顶部和右连杆13的连接方式相同。左轴16穿过左连杆12端部的左转动孔。

如图16-25所示，三角形喷嘴阀5整体呈三角形。三角形喷嘴阀5的底面连接有喷嘴5-1。三角形喷嘴阀5内从上到下设有左储胶腔501和右储胶腔502，左储胶腔501和右储胶腔502对称设置，两者之间存在30°的夹角(30°只是最优方案，这个夹角的范围可以是10°～160°)。30°的夹角能够使喷出液滴的频率达到最高且最稳定。三角形喷嘴阀5内从前到后设有左导胶腔503和右导胶腔504。左导胶腔503与左储胶腔501连通，右导胶腔504与右储胶腔502连通。

左导胶腔503、右导胶腔504的入口位于三角形喷嘴阀5的正面。左导胶腔503、右导胶腔504的入口分别与左接头8、右接头9连接。

左储胶腔501的入口位于三角形喷嘴阀5的一个侧面，右储胶腔502的入口位于三角形喷嘴阀5的另一个侧面。左撞针18的下部位于左储胶腔501内，右撞针19的下部位于右储胶腔502内。左撞针18和右撞针19之间的夹角是30°，30°只是最优方案(使喷出液滴的频率达到最高且最稳定)，这个夹角的范围可以是10°～160°。

喷嘴5-1内设有挤胶腔5-1-1，喷嘴5-1的底部设有喷口5-1-2，喷口5-1-2与挤胶腔5-1-1连通。左撞针18的下部末端伸入挤胶腔5-1-1中，右撞针19的下部末端伸入挤胶腔5-1-1中。左储胶腔501与挤胶腔5-1-1连通，右储胶腔502与挤胶腔5-1-1连通。

如图26-28所示，后座1的底部设有三角形喷嘴阀安装部101，后座1的上部设有左支撑板定位部102和右支撑板定位部103。在安装左支撑板2时，将左支撑板2靠在左支撑板定位部102上。在安装右支撑板3时，将右支撑板3靠在右支撑板定位部103上。因为左支撑板定位部10和右支撑板定位部103之间有一定夹角，这样就能保证左支撑板2和右支撑板3之间保持一定夹角。由于左上端盖20、左下端盖22连接在左支撑板2上，右上端盖21、右下端盖23连接在右支撑板3上，因此，确定了左支撑板2的倾斜角度，就能确定左上端盖20和左下端盖22所在直线的倾斜角度，进一步确定了左撞针18的倾斜角度；确定了右支撑板3的倾斜角度，就能确定右上端盖21和右下端盖23所在直线的倾斜角度，进一步确定了右撞针19的倾斜角度。最终，确保左撞针18和右撞针19之间的夹角。

下面介绍基于双压电致动器的喷射装置的工作过程：

参考图29和30，外部信号发生器发出两路交替信号，驱动两个压电陶瓷致动器轮流交替工作；

步骤(1)：给左压电陶瓷致动器10高电平，左压电陶瓷致动器10伸长，左撞针18抬起；同时向另一个右压电陶瓷致动器11供给低电平，右撞针19下降，右撞针19的末端将喷嘴5-1内挤胶腔5-1-1中的胶液从喷口5-1-2喷射出来，形成液滴。

步骤(2)：给左压电陶瓷致动器10低电平，左压电陶瓷致动器10下降，左撞针18下降；同时向另一个右压电陶瓷致动器11供给高电平，右撞针19抬起，左撞针18的末端将喷嘴5-1内挤胶腔5-1-1中的胶液从喷口5-1-2喷射出来，形成液滴。

步骤(3)：返回上述步骤(1)。

图29中的t表示液滴喷射周期。

如图31所示，为了保证产品运行的可靠性，增加设置第一激光位移传感器36、第二激光位移传感器37和图像采集装置38。第一激光位移传感器36安装在左支撑板2上，靠近左连杆处，左撞针延长线处。第二激光位移传感器37安装在右支撑板2上，靠近右连杆处，右撞针延长线处。图像采集装置38安装在靠近喷嘴5-1处。

图像采集装置38可以采用基于ccd的高速摄像机、led光源和镜头。

第一激光位移传感器36用于对左撞针18的高频振动的振幅进行检测，第二激光位移传感器37用于对右撞针19的高频振动的振幅进行检测。图像采集装置38用于检测喷嘴5-1喷出液滴的体积。

如图32-34所示，控制系统通过图像采集装置38检测液滴的体积，并对液滴进行划分，识别是左撞针还是右撞针作用下喷出的液滴。左右撞针交替振动，各自形成的液滴相继喷出，如在左压电陶瓷致动器10的作用下形成第1、3、5…个液滴，在右压电陶瓷致动器11的作用下形成第2、4、6…个液滴。后续通过检测第1、3、5…号液滴的体积来调整座撞针的振幅，通过检测第2、4、6…号液滴的体积来调整右撞针的振幅。

然后，进行双闭环自适应控制，内环精确控制撞针振动，外环进行体积检测和控制的模糊自适应双闭环智能控制方法，实现不同粘度范围内液滴的微量精确、体积可控、快速自适应分配作业。具体步骤是：

建立rbf神经网络参数化模型，结合胶体高频、精确微喷的需求，构建通过rbf神经网络进行自适应整定的分数阶pi^λd^μ控制器；利用rbf神经网络分数阶pi^λd^μ控制器实现对两个撞针振幅的精确控制。

采用模糊自适应pid算法实现对高频分配液滴体积的精确控制。

通过上述控制方法能够保证喷射出液滴的均匀一致性。

应用杠杆原理，前述左压电陶瓷致动器10的振动位移量被左连杆12放大，右压电陶瓷致动器11的振动位移量被右连杆13放大。最终使左撞针18和右撞针19振动。需要说明的是，除了杠杆机构的位移放大结构外，还可以用其他位移放大机构，比如菱形放大模块等。

前述的左上端盖20、左下端盖22、左上直线轴承30、左下直线轴承31、左撞针18、左调整螺母24、左法兰28、左弹簧26所组成的机构是基于撞针的喷射机构，需要说明的是，还可以采用其他结构形式的喷射机构，只要能够与位移放大机构连接匹配，使撞针振动即可。同理，可以对右支撑板3上的移放大机构、喷射机构进行变化。

以上所述仅对本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。