压电驱动非接触喷射点胶阀的设计理论与实验研究

发布时间：2016-10-23 08:16

第 1 章 绪论

电子封装技术在电子制造业中具有关键性的作用，而点胶技术又是电子封装的关键技术之一[1,2]。随着电子制造业的快速发展，为了满足现代电子产品的发展需要，电子产品不断向智能化、微型化、多样化发展。我国是电子制造业大国，国内的电子制造不仅要满足国内国民需求，而且还影响着全世界电子产品的需求。电子制造产业与国家经济息息相关，国家投入大量精力于电子制造业的发展，使我国电子制造业有更多的知识产权，从制造强国逐渐转变为设计制造强国。点胶技术是将流体分配到指定位置，从而实现电子元件的固定、包封、焊接等功能[3,4]。在电子制造中当电子元件需要装配到一起，点胶技术将胶水分配到指定位置对元件进行粘接，实现元器件组装；当电子元件需要与电器连接，点胶技术将锡膏、银浆等分配到指定位置，实现电子元件电器连接。电子元件在实际工作中会面临各种复杂情况，点胶技术还可将芯片包封，使芯片具有防水，防电，防潮，防撞，防腐蚀等功能。

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第 2 章 压电陶瓷基础理论

2.1 压电学基础

在实验中发现，当对某些材料施加外力后，这些材料被压缩的表面会产生游离的电荷，材料两端形成电势差，且在一定范围内外力越大在材料两端形成的电势差越大，表现出更强的带电性，科学家将带这种性能的材料命名为压电材料。将在材料两端上施加作用力会产生电势差的现象称之为正压电效应。随着对压电材料研究，当在压电材料两端施加电势差，压电材料会输出微小的位移，而且压电材料的位移会随着电势差的变化而产生变化，当作用在压电材料两端的电势差在一定范围内，压电陶瓷输出的位移与电势差成正比，当电势差去除后压电陶瓷会停止输出位移，科学家将此现象称为逆压电现象[97-99]。

2.2 压电叠堆

本章主要对压电喷射点胶阀核心驱动元件压电叠堆进行介绍；对压电陶瓷材料力电之间转换机理进行介绍；并对压电叠堆的位移，温度，迟滞，蠕变的特性进行描述与分析；给出压电叠堆输出位移与电压之间的关系，为压电叠堆喷射点胶阀驱动设计提供依据。

第 3 章 喷射点胶流体动力学模型……………31

3.1 喷射点胶原理……………31
3.2 流体基本属性……………32
3.3 喷射流体理论……………43
5第 4 章 压电喷射点胶阀的设计及工作原理•……………53
4.1 不同种类喷射阀结构介绍……………53
4.2 自适应杠杆放大压电喷射点胶阀结构设计……………57
4.3 杠杆放大位移分析…………… 59
第 5 章 视觉点胶机运动平台的设计……………68
5.1 桌面型视觉点胶运动平台机械结构…………… 68
5.2 视觉点胶运动平台控制系统……………70

第 6 章 压电喷射点胶阀实验设计及结果分析

6.1 压电叠堆放大机构的测试

利用激光测微仪如图 6.1 所示，对压电放大机构的位移进行测量，得到撞针在通过杠杆放大后的实际位移。对压电叠堆施加方形脉冲信号，信号高电平 80V，低电平0V。方形波脉冲信号，，高电平保持时间 2ms，低电平保持时间 8ms，激光测微仪采样周期 2.55μs，测定撞针位移曲线。通过撞针的运动曲线可以得到，撞针运动轨迹为梯形波，在此电压信号内撞针可以完全伸长，撞针上升时间和下降时间基本相同，但是撞针在抬起到最大位置和撞针由从最大位置下降撞击到喷嘴时，撞针位移出现抖动，其原因主要是因为撞针的运动是由压电叠堆和弹簧共同作用，撞针向上运动是由压电叠堆推动杠杆实现的，撞针向下运动是由弹簧推动杠杆实现的，当叠堆升起或下降到指定位移的时候，叠堆停止运动，而由于惯性撞针还在继续运动改变弹簧的位移，撞针和弹簧一起与压电叠堆分离，此时撞针产生微小振动，此微小振动位移很小，并不能影响到压电喷射阀的喷射性能，但是当撞针与叠堆分开再接触时会产生噪声，这就是压电喷射点胶阀噪音的一部分来源，而且在撞针与压电叠堆分开再接触时，压电叠堆的负载会产生剧烈变化，对压电叠堆寿命产生影响，为此要选择合理的弹簧。弹簧刚度越大，撞针在运动过程中产生的振动越小，撞针的响应速度越快，但是压电叠堆的输出力有限，弹簧刚度过大则叠堆不能驱动杠杆运动。通过撞针位移曲线可以得到撞针在上升和下降的斜率基本相同，说明了本文所选用的弹簧和压电叠堆刚度匹配，放大结构设计合理。

6.2 压电喷射阀喷射胶液的速度和体积实验

本文实验系统主要由压电喷射点胶阀、点胶运动平台、PC 主机、精密电子称、气源、调压阀等组成，如图 6.2 所示。压电喷射点胶阀装置，主要利用杠杆对压电叠堆位移进行放大，从而驱动撞针撞击喷嘴。喷射出的胶点可通过精密电子称测量其质量，最后并计算出其体积。由上述理论分析可知，在确保可以喷射的前提下，当其他条件不变可得出：通过喷嘴孔胶液的流速越快，一个喷射周期内喷射出的胶液体积也就越大，因此在实验中可以用喷射体积的大小来表征喷射阀在喷射中的喷射速度。同时，由于要实现高粘度胶液的喷射，则所需的喷嘴孔处胶液流速也就越大，因此当喷射阀结构参数一定时，喷射胶液体积越大，喷射速度也就越大，则就可实现更高粘度的胶液喷射。
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第 7 章 结 论

点胶技术几乎渗透到电子制造各个领域中，随着 3C 产品的快速发展，点胶技术在电子制造中起着更大的作用。点胶技术中非接触喷射点胶具有高精度，高效率等特点，逐渐代替传统接触式点胶并成为新一代点胶技术。本文首先介绍了点胶设备的发展、分类、应用与功能、以及国内外研究现状，在此基础上对非接触喷射点胶技术的核心设备压电喷射点胶阀所涉及的理论、设计、制造、调试、应用等进行了研究，并研制了一种自适应压电喷射点胶阀，：1） 设计并制造压电喷射点胶阀。设计一款杠杆放大式自适应压电喷射点胶阀。其利用刀撑对杠杆进行支撑，使杠杆可承受更大负载，提高杠杆带动撞针运动的速度；其采用螺套结构调节撞针喷嘴位置，使压电喷射点胶阀杠杆放大的位移不随着刀撑的磨损而改变，实现杠杆位移放大的自适应。2） 对压电喷射点胶阀喷射胶液过程中流体理论进行分析。a、压电喷射点胶阀喷射过程中的理论分析分为可喷射性和喷射体积，为压电喷射点胶阀设计和点胶作业调试提供理论支撑。b、总结研究机构提出的高粘度喷射点胶阀喷射模型，孔口流模型、牛顿定律能量模型、哈伯-肖博叶积分模型，并提出一种相似极限喷射模型简化压电喷射点胶阀喷射过程流体计算方法。

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参考文献（略）

本文编号：150022