影响压电陶瓷喷射点胶技术的条件与实验
时间：2021-01-07 12:03:32 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：为了实现封装的中的高速精密点胶，改进了传统点胶方式，运用了先进的压电陶瓷喷射技术实现。本文介绍了该点胶技术的工作原理、应用及实验。使用Nordson EFD的非接触式压电陶瓷喷射阀PICO XMOD和Henkel UV9060F湿气双固化胶进行点胶实验。通过实验得到了影响点胶质量的因素。实验选用直径为0.3mm的陶瓷喷嘴。选用30psi气压。实现了25℃，11000mPa·s粘度的喷射点胶，获得最小胶点直径为0.3mm，点胶频率可以达到500HZ，胶点一致性误差在5%以内。并且和传统点胶进行对比分析。
关键词：非接触喷射式;压电陶瓷技术;生产效率;生产精度;
随着电子产品在人们日常生活中更新换代的加速，微电子技术得到了高速的发展，流体点胶技术在微电子封装领域也同样得到了飞速发展。目前常用的流体点胶技术主要为接触式点胶技术：时间压力型，活塞型，喷雾型，电磁阀型，螺杆型。本文分析了这种非接触式压电陶瓷技术，对微滴喷射进行了理论分析及流体动力学仿真，并且进行了实验研究。
1.压电陶瓷喷射微滴流体动力学分析与仿真
1.1 压电陶瓷式微滴喷射理论分析
2非接触压电陶瓷式喷射原理
2.1压电陶瓷技术
多层压电陶瓷是一种重要的换能材料，具有优良的机电耦合效应和对外场响应迅速且体积小、驱动电压低的特点，在机电换能及自动控制等领域得到了广泛应用。
2.2非接触压电式驱动装置原理
非接触式喷射阀集成两个压电式驱动装置。压电式驱动装置由堆叠的陶瓷硬片构成。陶瓷硬片随阀驱动器供应电压的变化膨胀和收缩。两个传动装置连接到一个垂直撞针上，撞针底端有一个耐磨陶瓷密封球。当关闭胶阀时，球处于胶阀喷嘴上。电压施加到传动装置上时，棒和密封球升起使加压流体流向喷嘴。电压发生变化时，棒和密封球迅速下降，将流体“喷出”喷嘴到基板上。由于压电式传动装置极快的动作使得其可以在高达500循环/秒的速度上连续喷涂流体。根据流体的不同，该系统可以进行最小为2纳升的喷射。
图1 压电陶瓷阀的工作原理
3.压电陶瓷式喷射实验测试
3.1实验系统
压电陶瓷式非接触式点胶阀Nordson EFD PICO XMOD，点胶阀控制器，点胶阀陶瓷喷嘴，三轴运动平台，恒压供气系统，供料系统，气压调节系统组成。
3.2 实验测量工具
梅特勒托利多MS105天平（Max=120g、0.01mg）、KEYENCE VHX-5000（焦距Z=20倍，放大X=30倍）
3.3 实验胶水
Henkel UV9060F湿气双固化胶（现今应用最广泛的UV胶，在苹果的数据线上使用）
3.4 压电陶瓷点胶实验
通过对时间、频率、喷嘴大小、点胶气压、胶水粘度（温度）进行定性分析，根据胶点的平均质量、胶点的直径大小来判定影响因素。并和传统点胶工艺进行对比分析。
3.4.1 压电陶瓷开启时间t对胶点直径、高度、重量的影响
3.4.1.1压电陶瓷开启时间t对胶点直径的影响
压电陶瓷开启时间t是压电陶瓷电源所发出的高电平脉冲的倒数，它影响压电陶瓷作用在撞针上的时间长短，并间接影响撞针在陶瓷喷嘴口的开闭时间，从而控制点胶时间的长短。实验条件：Henkel UV9060F湿气固化胶供料压力30PSI， 压电陶瓷开阀时间0.3ms， 压电陶瓷循环时间15ms，T分别设定为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10s， 改变t所能获得直径大小不同的胶点如图_1_所示，表_1_为胶点直径随着压电陶瓷开启时间的变化所变化的情况
实验结果，从图_1_和表_1_看出，所喷射的胶点直径大小随t的增加而增加，并不符合线性关系。这主要是由于出胶量随着开阀时间t，单位时间出胶量基本恒定，但是点到基板上会发生一定的流动。实验发现t（≤2 ms），会发生喷嘴挂胶现象，主要是开阀时间太短，出胶量太小，胶点形成困难，撞针冲量不足以撞击出一个完整的胶点。通常情况下，可以通过几种方式解决：1）增大供料压力，在开阀时间恒定的前提下，出胶量会增大 2）选择驱动力更大的压电陶瓷阀，并且保证撞针头部的陶瓷头直径更大，形成更大的撞针冲量。
3.4.1.2压电陶瓷开启时间t对胶点高度的影响
压电陶瓷开启时间t同样也影响胶点的高度。实验条件：Henkel UV9060F湿气固化胶供料压力30PSI， 压电陶瓷开阀时间0.3ms， 压电陶瓷循环时间15ms， t分别设定为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10ms， 改变t所能获得高度大小不同的胶点如图_1_所示，表_1_为胶点直径随着压电陶瓷开启时间的变化所变化的情况
实验结果，从图_2_和表_2_看出，所喷射的胶点高度大小随t的增加而增加，但不符合线性关系。这主要是由于出胶量随着开阀时间t，单位时间出胶量基本恒定，但是堆叠之后，根据胶水重量、粘度、流动性的关系，不是按照半球体积公式：
而是随着胶量的增加，根据胶水的自身重量、粘度发生流动，导致胶点直径、高度不成线性关系。
图3 第一个胶点的直径和高度图4为第十个胶点的直径高度
我们不难发现，第一个胶点呈现半球状，第十个胶点呈现梯形状，并不成半球状。这是因为随着胶量的增加，影响着胶点形状的因素：胶水本身的粘度。
3.4.1.3压电陶瓷开启时间t对胶点重量的影响
压电陶瓷开启时间t是压电陶瓷电源所发出的高电平脉冲的倒数，它影响压电陶瓷作用在撞针上的时间长短，并间接影响撞针在陶瓷喷嘴口的开闭时间，从而控制点胶时间的长短。实验条件：Henkel UV9060F湿气固化胶供料压力30PSI， 压电陶瓷开阀时间0.3ms， 压电陶瓷循环时间15ms，t分别设定为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10s， 改变t所能获得直径大小不同的胶点如图_1_所示，表_1_为胶点重量随着压电陶瓷开启时间的变化所变化的情况
