隨著電子產品朝著超小型、高密度、超高集成度方向發展,高精度的智能點膠設備的點膠技術也在不斷發生變化。
近十幾年,點膠技術在控制流體沉積、針頭定位和膠點一致性方面都取得長足的進步,點膠速度也得到較大提升。根據PCB點膠原理不同,全自動點膠機的點膠技術主要分為:接觸式點膠與非接觸式點膠。
接觸式點膠
接觸式點膠是依靠點膠針頭引導膠液與基板接觸,延時一段時間后使膠液能浸潤基板,然后讓點膠針頭向上運動,膠液借助和基板之間的黏性力與點膠針頭分離,從而在基板上形成膠點。其技術特點是需要配置高精度的高度傳感器,以此準確控制針頭下降和抬起的高度。
非接觸式點膠
非接觸式噴射閥點膠不依賴表面張力將膠水從噴嘴引出,而是利用噴射閥中產生的高流體動量將一定體積的膠水快速噴射到目標上。噴射點膠時不用與工件接觸,無需點膠閥沿著Z軸方向移動,不會有所接觸,因此不會對工件產生任何影響。
與接觸式點膠技術相比,非接觸式點膠技術具有更高的效率和精度,正快速成為電子集成、半導體封裝和平板顯示集成點膠分配的標準方式。非接觸噴射點膠按照驅動方式不同可分為:氣動驅動式噴射點膠閥和壓電驅動式噴射點膠閥。
第一種:氣動驅動式噴射點膠閥
氣動驅動式噴射點膠閥的工作原理:當電磁閥開啟時,壓力氣體推動撞針離開噴嘴并壓縮作用于撞針上的彈簧,膠液在供膠系統的作用下流入攛針和噴嘴之間的腔體。當電磁閥關閉時,被壓縮的彈簧推動撞針撞向噴嘴,在撞針和噴嘴之間的膠液瞬間產生高壓通過噴嘴噴射,即可完成一次點膠。
氣動噴射閥的驅動力是彈簧和壓力氣體共同作用的結果,利用了高頻電磁閥對撞針運動進行切換。其結構比較簡單,維護成本低,但是由于高頻電磁閥結構原理的限制,氣動噴射閥最大工作頻率為333Hz。
第二種:壓電驅動式噴射點膠閥
壓電材料具有響應速度快、輸出位移精度高等優勢,在點膠行業內發揮著重要的作用。而壓電驅動式噴射點膠閥采用壓電材料,噴射膠液體積最小可以達到PL級別,最高頻率可達1000KHz。
壓電驅動式噴射點膠閥按照工作方式可分為:容積式壓電噴射點膠閥和撞針式壓電噴射點膠閥。
容積式壓電噴射點膠閥利用壓電材料的變形改變容積腔內的體積,使容積內的膠液受到擠壓通過噴嘴噴射出來。目前,各個研究機構設計此類噴射閥,主要是將壓電陶瓷片粘接在金屬膜片上,利用壓電陶瓷片的振動帶動金屬膜片振動,從而實現容積腔內體積變化,進而讓膠液通過噴嘴噴射出去。圖1.17為容積式噴射點膠閥的原理圖。
容積式壓電噴射點膠閥的點膠一致性維持在士2%,最高點膠頻率可以達到40KHZ,用在低于40mPa.s的膠液噴射中,噴射體積一般處于1-140PL之間。這項技術主要應用于油墨噴印,UV膠水噴印,銀漿噴印等。
撞擊式壓電噴射點膠閥:目前點膠業界較多利用的噴射閥,其利用壓電疊堆作為驅動源,放大了機構對壓電疊堆的位移。位移放大后驅動撞針運行,使得撞針撞擊噴嘴將膠液噴射出去。由于壓電式噴射點膠閥具有高精度、高效率的優勢,所以可以完成更大粘度、更小液滴的噴射。圖為撞擊時壓電噴射點膠閥結構。
壓電點膠閥包括:閥體(1)和與之相連的頂桿(2)、調節桿(22)、噴嘴組件(11)、電纜接頭(23),撞針組件(14)、流體腔(16),以及安裝在閥體內部型腔(3)之內的壓電疊堆(20)、杠桿放大機構(19)、小基板(21)組成。壓電疊堆(20)上端面與調節桿(22)相抵接,下端面與杠桿放大機構(19)的杠桿相抵接;撞針組件穿設于閥體內部型腔(3)之內,穿透流體腔(16),與噴嘴組件(11)的噴嘴相抵接,流體腔(16)內有型腔以安裝密封圈(13)。
撞針組件(14)又包括撞針、撞針復位彈簧(5)和撞針套筒(15)。撞針復位彈簧(5)置于撞針與撞針套筒(15)之間,而撞針穿透撞針復位彈簧(5)和撞針套筒(15)。
杠桿放大機構(19)又包括杠桿、支點(17)、支點軸套(18)、杠桿復位彈簧(4)及彈簧座(8)。支點軸套(18)鑲嵌在閥體內部型腔(3)之中,支點(17)則鑲嵌在支點軸套(18)之中,杠桿的旋轉圓弧面與支點(17)抵接,杠桿放大端與杠桿復位彈簧(4)抵接,杠桿復位彈簧(4)下端面則與彈簧座(8)相抵接;彈簧座(8)鑲嵌在閥體內部型腔(3)之中。
噴嘴組件(11)又包括噴嘴、撞針引導環(12)、噴嘴鎖緊螺母(10)和波形彈簧片(9)。
流體腔(16)上設有進膠口(6)和流道(7)。
動作說明:外部液體由此流入噴嘴中。頂桿(2)上設有進氣孔(24),調節桿(22)上設有出氣孔(25),外部壓縮氣體由進氣孔(24)進入閥體,經過閥體內部型腔后,再由出氣孔(25)排出,由此組成壓電點膠閥的冷卻系統,以給長時間工作的壓電疊堆進行冷卻。
斷電的狀態下,壓電疊堆(20)不輸出向下的壓力,撞針受杠桿復位彈簧(4)和撞針復位彈簧(5)向上的推力,與噴嘴處理分離狀態,此時流體在外部壓力的作用下流入噴嘴,為噴射點膠做準備。
通電狀態下,壓電疊堆(20)向下伸長,給杠桿向下的壓力,杠桿向下旋轉,帶動撞針向下運動,直到撞擊到噴嘴,噴嘴中的流體被噴射出去。
通電升降壓切換一次,就是一次完整的噴射過程,點膠閥能連續噴射點膠,就是這個過程不斷地循環的結果。
本發明最大的優點之一:調節桿(22)可精確上下調整,使壓電疊堆(20)軸向的尺寸能夠調整到一個最理想的狀態,保證杠桿的輸入端有一個穩定的輸入,從而保證點膠的一致性。
綜上所述,接觸式點膠方式在每一次點膠的過程中都必須與基板或者電路板接觸,點膠針頭需要抬起和下降,從而導致點膠速率慢。而非接觸式噴射點膠則提高了膠液的分配速度,噴射頻率高。