一种基于压电致动器的喷射设备的制作方法

本实用新型涉及一种点胶装置，特别是涉及一种基于压电致动器的喷射设备。

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。目前常用的点胶技术有接触式点胶和非接触式喷胶，接触式点胶技术存在分配速度慢、分配精度低、一致性差、胶滴体积大的缺点；接触式点胶技术对工作空间、基板表面质量要求较高，在针头靠近基板过程中，非常容易损坏周围器件。

非接触式点胶技术主要有机械式喷射点胶，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。这种喷射装置存在以下问题：是由于空气的可压缩性，不能保证胶点的一致性，并且工作频率比较低，一般在150Hz左右。

技术实现要素：

本实用新型就是为了解决现有接触式点胶和非接触式喷胶技术分配速度慢、分配精度低、一致性差、胶滴体积大、工作频率低的技术问题，提供一种分配速度快、分配精度高、一致性好、胶滴体积小、工作频率高的基于压电致动器的喷射设备。

本实用新型的技术方案是，包括支撑框架、工控机、控制柜、三轴工作平台和压电陶瓷致动器驱动的喷射式点胶装置，支撑框架分为三层，工控机连接在支撑框架的第三层，控制柜连接在支撑框架的第二层，三轴工作平台连接在支撑框架的第一层；工控机用于控制三轴工作平台和控制柜动作；

三轴工作平台由X轴线性模组、Y轴线性模组和Z轴线性模组组成，X轴线性模组通过垂直支架与支撑框架连接，X轴线性模组上设有X轴方向滑台，Z轴线性模组与X轴方向滑台连接；Y轴线性模组与支撑框架连接，Y轴线性模组位于X轴线性模组的下方，Y轴线性模组上设有Y轴方向滑台，Z轴线性模组设有Z轴方向滑台，压电陶瓷致动器驱动的喷射式点胶装置与Z轴方向滑台连接；所述X轴线性模组设有X轴伺服电机，Y轴线性模组设有Y轴伺服电机，Z轴线性模组设有Z轴伺服电机；

控制柜包括基板，所述基板正面连接有开关电源、信号发生器、功率放大器、电磁阀、电气比例阀、继电器、空气开关、X轴伺服电机驱动器、Y轴伺服电机驱动器和Z轴伺服电机驱动器，基板背面连接有空气过滤器；

开关电源与空气开关连接，所述X轴伺服电机驱动器、Y轴伺服电机驱动器和Z轴伺服电机驱动器的电源输入端分别与空气开关连接，继电器与开关电源连接，信号发生器、功率放大器、电磁阀和电气比例阀的电源输入端分别与继电器连接，所述功率放大器与信号发生器的信号输出端连接，所述功率放大器的信号输出端与压电陶瓷致动器驱动的喷射式点胶装置的压电陶瓷致动器连接，所述信号发生器的信号输入端与工控机连接；电气比例阀与空气过滤器连接，电磁阀与电气比例阀连接；

工控机连接有PCI接口板卡一和PCI接口板卡二，X轴伺服电机驱动器、Y轴伺服电机驱动器分别和PCI接口板卡一连接，Z轴伺服电机驱动器与PCI接口板卡二连接，X轴伺服电机与X轴伺服电机驱动器连接，Y轴伺服电机与Y轴伺服电机驱动器连接，Z轴伺服电机与Z轴伺服电机驱动器连接。

优选地，压电陶瓷致动器驱动的喷射式点胶装置包括储胶筒、接头、导胶管、压电陶瓷致动器、菱形位移放大器、支撑连接架、撞针、弹簧、圆形法兰、调整螺母、端盖、阀体、喷嘴定位螺母、下直线轴承、上直线轴承、储胶筒支架、夹持架、位移传感器和振动感应板，所述菱形位移放大器的顶部与支撑连接架固定连接，底部与撞针的顶部固定连接；所述压电陶瓷致动器夹持在菱形位移放大器的左端面和右端面之间；上直线轴承设于支撑连接架上的连接部内，端盖与支撑连接架连接，阀体与端盖连接；下直线轴承设于端盖内；撞针穿过上直线轴承和下直线轴承，撞针的下端设于阀体内，圆形法兰与撞针的中部连接，调整螺母与支撑连接架上的连接部通过螺纹连接，调整螺母套在撞针上，弹簧设于圆形法兰和调整螺母之间，喷嘴定位螺母与阀体连接，储胶筒通过储胶筒支架与支撑连接架连接，接头与阀体连接，导胶管连接于接头和储胶筒之间，位移传感器通过夹持架与支撑连接架连接，振动感应板与撞针的上部连接，位移传感器的球形探头与振动感应板接触。

本实用新型的有益效果是，控制柜中的器件布局合理，节省空间，散热效果好，功耗低，运行稳定可靠，使整个控制系统小型化；信号发生器能够输出频率、幅值可调的稳定的正弦波或方波信号。胶液被高频振动的撞针驱动从喷嘴内高速喷出，具有反应速度快，胶滴体积小、分配精度高的优点。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。

本实用新型进一步的特征，将在以下参考附图的具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。

附图说明

图1是基于压电致动器的喷射设备的立体图；

图2是基于压电致动器的喷射设备的主视图；

图3是基于压电致动器的喷射设备的左视图；

图4是基于压电致动器的喷射设备的右视图；

图5是基于压电致动器的喷射设备的俯视图；

图6压电陶瓷致动器驱动的喷射式点胶装置的主视图；

图7压电陶瓷致动器驱动的喷射式点胶装置的立体图；

图8压电陶瓷致动器驱动的喷射式点胶装置的爆炸图；

图9是控制柜的立体图；

图10是控制柜的主视图；

图11是控制柜的左视图；

图12是控制柜的电气接线图。

图中符号说明：

1.支撑框架，2.工控机，3.控制柜，4.X轴线性模组，5.Y轴线性模组，6.Z轴线性模组，7.垂直支架，8.产品安装座，9.压电陶瓷致动器驱动的喷射式点胶装置；901.储胶筒，902.接头，903.导胶管，904.压电陶瓷致动器，905.菱形位移放大器，906.支撑连接架，907.撞针，908.弹簧，909.圆形法兰，910.调整螺母，911.端盖，912.阀体，913.喷嘴定位螺母，914.下直线轴承，915.O型密封圈，916.陶瓷发热片，917.密封垫，918.上直线轴承，919.连接部，920.储胶筒支架，921.夹持架，922.位移传感器，923.振动感应板；301.基板，302.开关电源，303.信号发生器，304.功率放大器，305.电磁阀，306.电气比例阀，307.继电器，308.空气过滤器，309.空气开关，310.X轴伺服电机驱动器，311.Y轴伺服电机驱动器，312.Z轴伺服电机驱动器。

具体实施方式

如图1-5所示，基于压电致动器的喷射设备包括支撑框架1、工控机2、控制柜3和三轴工作平台。支撑框架1分为三层，工控机2安装在支撑框架1的第三层，控制柜3安装在支撑框架1的第二层，三轴工作平台安装在支撑框架1的第一层。工控机2用于控制三轴工作平台和控制柜3工作。

三轴工作平台由X轴线性模组4、Y轴线性模组5和Z轴线性模组6组成，X轴线性模组4通过垂直支架7与支撑框架1连接，X轴线性模组4上设有X轴方向滑台，Z轴线性模组6与X轴方向滑台连接。Y轴线性模组5与支撑框架1连接，Y轴线性模组5位于X轴线性模组4的下方。Y轴线性模组5上设有Y轴方向滑台，产品安装座8与Y轴方向滑台连接。Z轴线性模组6设有Z轴方向滑台，压电陶瓷致动器驱动的喷射式点胶装置9与Z轴方向滑台连接。

X轴线性模组4可以是由X轴伺服电机驱动的滚珠丝杆副，滚珠丝杆副由滚珠丝杆和螺母座组成，滚珠丝杆的两端通过轴承座安装在垂直支架7上，伺服电机的输出轴与滚珠丝杆的一端连接。

Y轴线性模组5和Z轴线性模组6与X轴线性模组4的结构相同，Y轴线性模组5设有Y轴伺服电机，Z轴线性模组6设有Z轴伺服电机。

如图6-8所示，压电陶瓷致动器驱动的喷射式点胶装置9包括储胶筒901、接头902、导胶管903、压电陶瓷致动器904、菱形位移放大器905、支撑连接架906、撞针907、弹簧908、圆形法兰909、调整螺母910、端盖911、阀体912、喷嘴定位螺母913、下直线轴承914、O型密封圈915、陶瓷发热片916、密封垫917、上直线轴承918、连接部919、储胶筒支架920、夹持架921、位移传感器922和振动感应板923。菱形位移放大器905的顶部与支撑连接架906固定连接，底部与撞针907的顶部固定连接。压电陶瓷致动器904夹持在菱形位移放大器905的左端面和右端面之间。支撑连接架906上设有连接部919，上直线轴承918设于连接部919内。端盖911与支撑连接架906连接，阀体912与端盖911连接。下直线轴承914设于端盖911内。撞针907穿过上直线轴承918和下直线轴承914。撞针907的下端穿过阀体912，末端位于喷嘴定位螺母913内的储液腔中。圆形法兰909与撞针907的中部连接，调整螺母910与连接部919通过螺纹连接，调整螺母910套在撞针907上，弹簧908设于圆形法兰909和调整螺母910之间。O型密封圈915设于端盖911和阀体912之间。喷嘴定位螺母913与阀体912连接。陶瓷发热片916和密封垫917与喷嘴定位螺母913连接。储胶筒901通过储胶筒支架920与支撑连接架906连接，接头902与阀体912连接，导胶管903连接于接头902和储胶筒901之间。位移传感器922通过夹持架921与支撑连接架906连接，振动感应板923与撞针907的上部连接，位移传感器922的球形探头与振动感应板923接触。

喷嘴定位螺母913内设有与阀体912内腔连通且同轴线的储液腔。接头902与阀体912内腔连通。

支撑连接架906安装在Z轴线性模组6上的Z轴方向滑台上。

菱形位移放大器905将压电陶瓷致动器904的位移变化放大后转换为撞针907的高频振动，撞针907振动时造成的冲击驱动胶液从喷嘴定位螺母913内喷出。具体是：压电陶瓷致动器904在正电压信号作用下将沿轴向输出一定位移，由于压电陶瓷致动器904卡在菱形位移放大器905内部，这导致菱形位移放大器905在横向也发生相同位移量的变化。此时，菱形位移放大器905将横向位移量放大一定倍数后转换为竖直方向的位移变化量，从而使撞针907将沿轴向做高频振动。

如图9-12所示，控制柜3包括基板301，连接在基板正面的开关电源302、信号发生器303、功率放大器304、电磁阀305、电气比例阀306、继电器307、空气开关309、X轴伺服电机驱动器310、Y轴伺服电机驱动器311、Z轴伺服电机驱动器312，空气过滤器308连接在基板背面。基板安装在支撑框架1的第二层。空气过滤器308放置在背面可以避免其对证明其他器件的影响。

开关电源302与空气开关309连接，X轴伺服电机驱动器310、Y轴伺服电机驱动器311、Z轴伺服电机驱动器312的电源输入端分别与空气开关309连接。继电器307与开关电源302连接，信号发生器303、功率放大器304、电磁阀305、电气比例阀306的电源输入端分别与继电器307连接。功率放大器304与信号发生器303的信号输出端连接，功率放大器304的信号输出端与压电陶瓷致动器驱动的喷射式点胶装置9的压电陶瓷致动器904连接。信号发生器303的信号输入端与工控机2连接。

电气比例阀306与空气过滤器308连接，电磁阀305与电气比例阀306连接，电磁阀305的气压输出端与压电陶瓷致动器驱动的喷射式点胶装置9的储胶筒连接。

工控机2连接有PCI接口板卡一和PCI接口板卡二，板卡各端口作用：使能：总控制信号开关；脉冲；提供脉冲信号给伺服电机驱动器进而驱动电机工作；方向：提供高低电平信号控制电机正反转；回零信号：控制电机回到原点。

X轴伺服电机驱动器310、Y轴伺服电机驱动器311分别和PCI接口板卡一连接，Z轴伺服电机驱动器312与PCI接口板卡二连接。X轴伺服电机与X轴伺服电机驱动器310连接，Y轴伺服电机与Y轴伺服电机驱动器311连接，Z轴伺服电机与Z轴伺服电机驱动器312连接。

X轴伺服电机驱动器310、Y轴伺服电机驱动器311和Z轴伺服电机驱动器312连接有限位开关和原点开关。限位开关由于控制伺服电机运动最大距离。

原点开关和限位开关都是放在伺服电机的导轨上的，只要电机运动到限位开关，不管给电机多少信号它都不会走了，只要给电机复位信号，电机就会自动回到原点位置。

在工控机的控制下，信号发生器303产生一定频率、幅值的方波或正弦波信号，经过功率放大器304放大20倍，然后驱动压电陶瓷致动器工作。

PCI接口板卡一输出两路脉冲信号给X轴伺服电机驱动器310、Y轴伺服电机驱动器311，进而驱动X轴伺服电机和Y轴伺服电机工作，PCI接口板卡二输出一路脉冲信号给Z轴伺服电机驱动器312，进而驱动Z轴伺服电机工作，三个电机同时工作带动三轴工作平台动作，同时结合喷射式点胶装置9动作，来完成产品安装座8上待加工产品的点胶作业。

以上所述仅对实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。