專利名稱：一種壓電晶片控制型非接觸點膠裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種壓電晶片控制型非接觸點膠裝置，屬于微電子封裝領域。
背景技術(shù)：
流體點膠技術(shù)是微電子封裝中的ー項關鍵技術(shù)，它可以構(gòu)造形成點、線、面(涂敷)及各種圖形，大量應用于芯片固定、封裝倒扣和芯片涂敷等。這項技術(shù)以受控的方式對流體進行精確分配，可將理想大小的流體(焊劑、導電膠、環(huán)氧樹脂和粘合劑等)轉(zhuǎn)移到エ件(芯片、電子元件等)的合適位置，以實現(xiàn)元器件之間機械或電氣的連接，該技術(shù)要求點膠系統(tǒng)操作性能好、點膠速度高且點出的膠點一致性好和精度高。傳統(tǒng)的點膠技術(shù)為接觸式點膠，包括計量管式點膠、活塞式點膠和時間/壓カ型點膠。這種接觸型點膠技術(shù)依靠點膠頭引導膠液與面板接觸，延時一段時間使膠液浸潤面板，然后點膠頭向上運動，膠液依靠和面板之間的黏性カ與點膠頭分離，從而在面板上形成膠點。這項點膠技術(shù)最大的特點是需要配置高精度的位移傳感器，以控制點膠頭下降和抬起的高度，輔助系統(tǒng)比較昂貴，且點膠速度受到了限制。另外，膠點的一致性比較差。在微電子技術(shù)的發(fā)展中，集成電路越來越呈現(xiàn)出復雜化和微型化，半導體封裝要求具有更小的尺寸、更多的引線、更密的內(nèi)連線等，對點膠技術(shù)的要求也越來越高，點膠技術(shù)逐漸由接觸式點膠向非接觸式(噴射)點膠轉(zhuǎn)變。噴射式點膠以一定的方式使膠液受到高壓作用，由此獲得足夠大的動能后以一定的速度噴射到面板上，噴射膠液過程中點膠頭無Z軸方向的位移，大大加快了點膠的速度，且膠滴的一致性好。非接觸式點膠主要分為機械式噴射點膠和壓電疊堆式噴射點膠。機械式噴射點膠的主要動カ源是壓縮空氣。ー個脈沖的壓縮空氣作用在活塞頭上，壓縮彈簧形成一定的位移，帶動撞針抬起，然后膠液充滿撞針抬起的空間，作用在活塞上的壓縮空氣泄掉后，在回復彈簧力的作用下，撞針向下快速運動沖擊到噴嘴閥座，使膠液快速噴出形成膠滴，美國諾信公司的DJ-2100、DJ-2200、DJ-9000系列點膠頭均是采用這種方式噴射點膠的。這種噴射裝置較好的解決了接觸式點膠的ー些問題，但是由于空氣的可壓縮性致使膠點的一致性還不是很理想，并且工作頻率比較低，一般在I 50Hz 200Hz。壓電疊堆式噴射點膠米用杠桿放大原理或液壓放大原理將壓電疊堆的微小位移進行放大，然后驅(qū)動撞針與噴嘴閥座配合實現(xiàn)膠液的噴射。這種采用壓電疊堆噴射點膠的方式不僅實現(xiàn)了非接觸式噴射點膠，還解決了空氣動カ源噴射點膠膠滴一致性不是很理想的問題，并且噴射頻率最高可以達到700Hz，大大提高了噴射速度。但是壓電疊堆價格昂貴，壓電疊堆式噴射點膠裝置的價格遠遠高于機械式噴射點膠裝置，大大限制了壓電疊堆式噴射點膠裝置的應用。終上所述，機械式噴射點膠裝置雖然成本較低，但是在膠點一致性、點膠速度等方面還有待提高；而壓電疊堆式噴射點膠裝置雖然點膠精度、點膠速度、膠點一致性等方面滿足了現(xiàn)代電子封裝業(yè)的發(fā)展，但是應進一歩降低其成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種壓電晶片控制型非接觸點膠裝置，以解決接觸式點膠裝置和機械式噴射點膠裝置的膠點一致性不好和點膠速度慢等問題，達到壓電疊堆式噴射點膠裝置的點膠效果，并且有效的降低壓電式噴射點膠的成本。為達到以上的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案由于逆壓電效應，壓電晶片在電壓的作用下產(chǎn)生微小變形，由于位移很小 (10 μ m)，不能用來直接驅(qū)動高粘度膠液，本發(fā)明利用位移放大機構(gòu)將壓電晶片的位移進行放大，從而可以驅(qū)動高粘度膠液，實現(xiàn)噴射點膠。一種壓電晶片控制型非接觸點膠裝置，包括壓電晶片位移放大機構(gòu)及其輔助構(gòu)件，其特征在干壓電晶片位移放大機構(gòu)包括端蓋、壓電晶片、基板、緊定螺母、傳振桿、膜片彈簧I、膜片彈簧II、質(zhì)量塊和撞針；輔助構(gòu)件包括蓋板、調(diào)節(jié)螺母、腔體、密封板、密封環(huán)、密封圈、噴嘴底座、膠液連接管、儲液罐等。本發(fā)明壓電晶片控制型非接觸點膠裝置，壓電晶片作為動カ源，電壓作用在壓電晶片的兩端，由于逆壓電效應，壓電晶片彎曲產(chǎn)生微小的伸長位移；當作用在壓電晶片上的電壓頻率同位移放大機構(gòu)的固有頻率接近或相同時，位移放大機構(gòu)將壓電晶片的微小位移放大，驅(qū)動撞針快速向下運動，噴嘴處的膠液向噴嘴中流動，當撞針撞擊到噴嘴底座時，截斷流動的膠液，同時在噴嘴中形成巨大的局部壓力，在局部壓カ的作用下噴嘴中的膠液噴射出來形成膠滴。改變作用在壓電晶片上電壓的方向，壓電晶片回縮，通過位移放大機構(gòu)將撞針抬起，準備進入下一周期的循環(huán)。本發(fā)明所述壓電晶片粘接到基板兩面，基板與傳振桿用螺母固定連接，與上面的端蓋用螺栓固定連接；傳振桿與膜片彈簧I通過緊定螺母固連，膜片彈簧I固定在質(zhì)量塊上；膜片彈簧II通過緊定螺母與撞針固連，膜片彈簧II固定在質(zhì)量塊上；端蓋通過調(diào)節(jié)螺母固定在蓋板上，并且可以調(diào)節(jié)位移放大機構(gòu)的上下高度，由此可以控制撞針與噴嘴底座的間隙。在沒有膠液噴出時，撞針與噴嘴底座留有小間隙，膠液在表面張カ的作用下停留在噴嘴處，此時壓電晶片作用低電平；當壓電晶片作用高電平時，壓電晶片、膜片彈簧、質(zhì)量塊和撞針組成的位移放大機構(gòu)將壓電晶片的微小位移放大，撞針快速向下運動貼合噴嘴底座，截斷膠液的流動，噴嘴中的膠液快速噴出，形成膠滴。本發(fā)明中膠液壓力的大小由儲液罐中壓縮空氣的壓力來調(diào)節(jié)，既要保證撞針與噴嘴底座之間有間隙時膠液不泄露，又要保證撞針抬起后膠液及時的補充到空缺處，使下周期的噴射點膠順利進行。本發(fā)明的優(yōu)點在于提出了一種壓電晶片控制型非接觸點膠裝置，可實現(xiàn)液體的定量輸送、定量分配、以及微電子封裝中高黏度流體的點膠等多種用途。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、易于控制的特點，既實現(xiàn)了壓電疊堆式噴射點膠裝置的功能和性能，又極大的降低了成本。


圖I是壓電晶片控制型非接觸點膠裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是壓電晶片彎曲振動的示意圖。
圖3是壓電晶片控制型非接觸點膠裝置位移放大機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。一種實施方式如圖3(a)所示，壓電晶片(16)采用雙晶片結(jié)構(gòu)(也可以采用單晶片結(jié)構(gòu))，質(zhì)量塊(9)同兩個膜片彈簧串聯(lián)組成位移放大機構(gòu)，原理圖如圖3(b)所示。mi、m2、m3和m4分別是 端蓋(15)、傳振桿(18)、質(zhì)量塊(9)和撞針(6)的質(zhì)量;ん、k2和k3分別是壓電晶片(16)、膜片彈簧I和膜片彈簧II的剛度；在輸出位移中，撞針(6)的輸出位移y4是最大的。一種實施方式將質(zhì)量塊(9)同兩個膜片彈簧串聯(lián)組成的位移放大機構(gòu)再串聯(lián)起來，2個或更多個，可以進一歩放大輸出的位移，圖3(d)是用傳振桿(18)將2個位移放大機構(gòu)串聯(lián)起來的結(jié)構(gòu)示意圖，其原理圖如圖3(e)所示。同圖3(b)相比較，由于串聯(lián)了質(zhì)量塊和膜片彈簧，撞針￠)的位移y6是大于y4的。撞針(6)位移的増加可以噴射粘度更高的膠液。一種實施方式如圖3(f)所示，連接桿(25)、膜片彈簧III (26)、質(zhì)量塊(27)、傳振桿(28)、膜片彈簧IV(29)和端蓋(30)組成的彈簧-質(zhì)量放大機構(gòu)位于壓電晶片(16)的上面，連接桿(25)通過螺紋固定在蓋板(12)上。當作用在壓電晶片上的電壓頻率與該彈簧-質(zhì)量位移放大機構(gòu)的固有頻率接近或相同時，撞針(6)的輸出位移和速度達到最大，達到噴射膠液的目的。上述三種實施方式所用的彈簧膜片是如圖3(c)所示的圓環(huán)狀彈簧膜片，彈簧膜片還可以使用長方片狀形式的，如圖3(g)所示，使用長方片狀彈簧膜片的位移放大機構(gòu)的示意圖如圖3(h)所示。長方片狀彈簧膜片的兩端分別固定在質(zhì)量塊(9)和腔體(3)上，沿質(zhì)量塊中心均勻分布，根據(jù)使用頻率的要求布置彈簧膜片的個數(shù)。圖4是壓電晶片的微位移經(jīng)位移放大機構(gòu)放大后再經(jīng)過柔性鉸鏈進行位移放大驅(qū)動撞針分配膠液的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是位移放大機構(gòu)水平放置驅(qū)動撞針分配膠液的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是撞針向下運動時，分配腔中膠液的流動示意圖。圖7是撞針向上運動時，分配腔中膠液的流動示意圖。
具體實施例方式實施方式I :參見圖I所示，本發(fā)明ー種壓電晶片控制型非接觸點膠裝置由圖3所示的壓電晶片位移放大機構(gòu)及其輔助構(gòu)件組成。壓電晶片位移放大機構(gòu)由壓電晶片(16)、基板(17)、端蓋(15)、傳振桿(18)、緊定螺母(7)、膜片彈簧I (10)、質(zhì)量塊(9)、膜片彈簧II⑶、撞針
(6)構(gòu)成。壓電晶片(16)與基板(17)粘接，基板(17)與端蓋(15)固定連接；傳振桿(18)的兩端分別于壓電晶片(16)和膜片彈簧I (10)固定連接；膜片彈簧I (10)與質(zhì)量塊(9)固定連接；撞針(6)與膜片彈簧II (8)連接，膜片彈簧II (8)固定在質(zhì)量塊(9)。噴嘴底座(I)通過螺栓(2)固定在腔體(3)上，與撞針￠)的頭部配合開啟或閉合實現(xiàn)膠液的噴射。儲液罐(19)中的膠液在壓縮空氣的作用下通過膠液連接管(21)進入到腔體(3)中的分配腔中，壓縮空氣的壓カ值應保持在合適的范圍，既要保證撞針與噴嘴底座不接觸時膠液不會從噴嘴泄露，撞針抬起后，膠液又要迅速的補充到空白區(qū)域進入下一周期的噴射。
作用在壓電晶片上的電壓的頻率應與壓電晶片位移放大機構(gòu)的固有頻率接近或相等，此時壓電晶片的微小位移(ΙΟμπι)才被最大限度的放大(O. 3mm O. 5mm),撞針的位移才能滿足膠液噴射的需要，實現(xiàn)膠液的噴射。當壓電晶片施加高電平時，撞針(6)迅速的向下運動，如圖3所示，噴嘴處的膠液向噴嘴中流動，噴嘴上面的膠液則向上流動，撞針(6)頭部與噴嘴緊密貼合后截斷膠液的流動，撞針出)的動量轉(zhuǎn)化為噴嘴中膠液的動量，噴嘴中的膠液快速的噴射出來，形成膠滴；當壓電晶片施加低電平時，撞針(6)要向上運動，如圖4所示，腔體(3)中分配腔中的膠液向噴嘴處流動，填補撞針向上運動后留下的真空區(qū)域，在膠液表面張カ的作用下，此時膠液不會從噴嘴泄露出去；當壓電晶片再次施加高電平時，就會將膠液再次噴出形成膠滴，如此循環(huán)往復，膠液就不斷的以膠滴的形式噴出。壓電晶片位移放大機構(gòu)通過調(diào)節(jié)螺母(14)固定在蓋板(12)上，蓋板(12)與腔體
(3)固定連接，調(diào)節(jié)螺母(14)可以調(diào)節(jié)位移放大機構(gòu)的上下位移，以達到調(diào)節(jié)撞針(6)與噴嘴底座⑶之間距離的目的。不同的距離配合施加在壓電晶片上的合適電壓，可以噴射不同粘度的膠液，形成不同大小的膠滴。實施方式2 參見圖4所示，壓電晶片(16)、基板(17)、傳振桿(18)、膜片彈簧II (10)、質(zhì)量塊
(9)、膜片彈簧1 (8)和連接桿(31)組成的位移放大機構(gòu)將壓電晶片的微小位移放大，連接桿(31)與柔性鉸鏈(32)相連接。柔性鉸鏈(32)的一端固定在腔體(3)上，另一端與撞針
(6)固定連接，通過柔性鉸鏈(32)杠桿放大作用，當位移放大機構(gòu)向下運動時，撞針(6)的位移被進ー步放大，可以驅(qū)動粘度更大的膠液實現(xiàn)自動化分配，實現(xiàn)膠液的噴射。實施方式3 參見圖5所示，壓電晶片(16)、基板(17)、傳振桿(18)、膜片彈簧II (10)、質(zhì)量塊
(9)、膜片彈1 (8)和連接桿(33)組成的位移放大機構(gòu)水平放置，連接桿(33)與轉(zhuǎn)換杠桿
(34)固定連接，轉(zhuǎn)換杠桿(34)的中間部分鉸接在腔體(3)上，在另一端，轉(zhuǎn)換杠桿(34)與撞針(6)固定連接。壓電晶片(16)的微位移經(jīng)位移放大機構(gòu)放大后通過轉(zhuǎn)換杠桿(34)，將水平方向上的位移轉(zhuǎn)變?yōu)樽册?6)豎直方向上的位移，從而驅(qū)動膠液自動化分配，實現(xiàn)膠液的噴射。
權(quán)利要求
1.一種壓電晶片控制型非接觸點膠裝置，其特征在于壓電晶片(16)、基板(17)、傳振桿(18)、膜片彈簧I (10)、膜片彈簧II (8)、質(zhì)量塊(9)和撞針(6)組成位移放大機構(gòu)，施加在壓電晶片(16)上的電壓頻率與位移放大機構(gòu)的固有頻率接近或相同時，撞針(6)的輸出位移和輸出速度均達到最大值，在撞針出)的驅(qū)動下，膠液(22)從噴嘴(24)中噴射出去，形成膠滴。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種壓電晶片控制型非接觸點膠裝置，其特征在于壓電晶片(16)粘接到基板(17)上后通過緊定螺母(7)與傳振桿(18)連接；基板與端蓋(15)固定連接；傳振桿(18)與膜片彈簧1(10)通過緊定螺母(7)固定連接，膜片彈簧1(10)與質(zhì)量塊(9)用螺栓(11)連接；撞針￠)與膜片彈簧11(8)通過緊定螺母(7)固定連接，用螺栓(11)將膜片彈簧II⑶與質(zhì)量塊(9)固定連接；端蓋(15)與蓋板(12)用調(diào)節(jié)螺母(14)連接，并且通過調(diào)節(jié)螺母(14)可以調(diào)節(jié)撞針￠)與噴嘴底座(I)的間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種壓電晶片控制型非接觸點膠裝置，其特征在于壓電晶片為單晶片或雙晶片，質(zhì)量塊為I個或多個組成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，一個質(zhì)量塊上固定I個或2個膜片彈簧，膜片彈簧可以為圓環(huán)狀、長方片狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種壓電晶片控制型非接觸點膠裝置，其特征在于壓電晶片(17)施加低電平時，撞針(6)頭部與噴嘴底座⑴有微小間隙；壓電晶片(17)施加高電平時，撞針(6)頭部與噴嘴底座(I)貼合。
全文摘要
本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、成本低廉的新型壓電晶片控制型非接觸點膠裝置，壓電晶片的微小振動位移通過位移放大機構(gòu)進行放大，驅(qū)動撞針上下運動實現(xiàn)膠液的噴射。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案壓電晶片同膜片彈簧、質(zhì)量塊、傳振桿和撞針組成位移放大機構(gòu)，當施加在壓電晶片上的電壓頻率與位移放大機構(gòu)的固有頻率接近或相同時，位移放大機構(gòu)達到共振狀態(tài)，撞針的輸出位移和速度達到最大，驅(qū)動膠液從噴嘴中噴出，實現(xiàn)膠液的自動分配。這種新型壓電晶片控制型非接觸點膠裝置可應用于精量化學、藥物定量分配、生物醫(yī)學等領域，特別適用于半導體封裝中高黏度流體點膠技術(shù)領域，用于電子封裝中芯片固定、表面貼裝、底部填充和液晶顯示平板中熒光粉涂覆等。
文檔編號B05C5/02GK102615018SQ20121011654
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者丁寧寧, 劉建芳, 江海, 焦曉陽, 谷峰春 申請人:吉林大學