一種採用膠形矯正器控制微膠滴形態的方法與流程
2024-01-29 05:08:15
本發明屬於微小零件連接領域，涉及一種採用膠形矯正器控制微膠滴形態的方法。
背景技術：
為實現複雜的功能，服役狀態的微傳感器一般是由多個微小零件精密裝配而成，由於材料差異、零件特徵尺寸小、要求系統內應力小，靜電鍵合、螺紋連接、熱封合等方法難以適用，膠連仍是保證微小零件可靠連接的主要途徑。點膠量和膠滴形狀是影響膠連環節的蠕變和應力集中的主要因素。目前可以通過控制點膠壓力和時間來實現納升級的點膠量，而微膠滴形狀還缺乏可靠的方法，一般在實踐中是採用人工塗掃來實現，一致性差，並且容易將膠塗掃到工件的非粘接面上，造成汙染。
現有技術中，蘇斌發明的公開號為CN201510506087.4的發明專利提供一種塗膠裝置及其塗膠方法，其中的裝置包括電動馬達、點膠閥、旋轉定位機構、安裝底板及固定在安裝底板上的連接機構。該專利是一種依靠點膠閥體積和電動馬達推動產生定量膠滴的方法，僅控制膠滴體積，不涉及到膠滴形態的控制。全威等人發明的公開號為CN201410122809.1的發明專利是通過在待滴注的膠黏劑中添加磁性材料，利用向滴注頭中施加的感應磁場，對磁性材料施加與滴注方向相同或相反的作用力，這樣通過磁性材料對膠黏劑的作用力，達到控制膠黏劑朝滴注方向流動速度的目的。它對膠滴形態的控制是通過膠內添加磁性材料和外加磁場來實現的，但不滿足有些膠黏場合中不允許有磁場的要求。
技術實現要素：
本發明為克服現有技術的缺陷，在接觸式點膠的基礎上，發明了一種採用膠形矯正器控制微膠滴形態的方法，其關鍵是採用具有約束功能面的膠形矯正器，能夠較好地控制微膠滴在待粘接表面的形狀，解決零件待粘接面附近區域的膠液汙染問題和由膠滴鋪展形態不一引起的應力集中問題，該方法具有成本低、可重用、操作靈活等優點。
本發明採用的技術方案是一種採用膠形矯正器控制微膠滴形態的方法，其特徵是，該方法採用一種具有約束功能面的膠形矯正器控制微膠滴在待粘接表面的形狀，通過微流體方法製備膠形矯正器上的約束功能面，其方法的具體步驟如下：
第一步膠形矯正器的加工
膠形矯正器1是階梯柱狀零件，膠形矯正器1表面的階梯圓柱承膠塊1b、針栓1e、上端螺紋1f和圓柱形內孔1d通過機械加工出來，採用微細電火花加工直徑100-300微米的出膠口1a和導向孔1c；
第二步通過微流體方法製備約束功能面：
約束功能面1g是膠形矯正器1的承膠塊1b下表面的一部分、位於出膠口1a旁，約束功能面1g相對於承膠塊1b下表面未經1％-5％氟矽烷溶液浸泡過的部分為疏膠區域，把膠滴限制在約束圖案1h內；約束功能面1g通過微流體方法製備，首先用微機電系統方法製造背板2和微流道模板3，微流道模板3上有微流道3a，其內的突起輪廓為模板圖案3b，形狀為三角形、正方形、六邊形、八邊形或十字形，然後將膠形矯正器1夾在背板2和微流道模板3之間，用螺栓16、彈簧墊圈17、螺母18通過四個螺栓孔3c鎖定保證無液體洩漏，把1％-5％氟矽烷溶液由微流道入口4灌入，液體充滿微流道3a和約束功能面1g形成的空間，從微流道出口5流出，使1％-5％氟矽烷溶液在約束功能面1g充分浸潤一定時間，抽出多餘1％-5％氟矽烷溶液，並取出膠形矯正器1，放置在烘箱內固化半小時，形成穩定的約束功能面1g；
第三步安裝膠形矯正器1：
膠形矯正器1的針栓1e末端有螺紋1f，通過螺紋卡口6a安裝在點膠針筒6末端；點膠針筒6先安裝在針筒連接件7上，再套進針筒固定件8的圓孔中，並用螺釘擰緊，針筒固定件8通過兩個螺釘安裝在夾具9上；夾具9安裝在Z向定位滑臺10的工作檯面上，Z向定位滑臺10安裝在Y向定位滑臺11的工作檯面上；Y向定位滑臺11安裝在兩個長支架12上；兩個長支架12安裝在工作檯13上；X向定位滑臺14安裝在工作檯13上，工件15固定在X向定位滑臺14工作面上；膠形矯正器1、點膠針筒6、針筒連接件7、針筒固定件8、夾具9、Z向定位滑臺10、Y向定位滑臺11、長支架12、工作檯13、X向定位滑臺14共同組成點膠裝置。
第四步點膠過程：
根據點膠量要求，外加氣壓將膠液從針筒連接件7的針筒連接件入口7a壓入點膠針筒6，再從點膠針筒6擠入膠形矯正器1中，依次經過內孔1d、導向孔1c、最後由出膠口1a擠出，在經1％-5％氟矽烷溶液浸泡的約束功能面1g的相對疏膠作用和未經1％-5％氟矽烷溶液浸泡的約束圖案1h內部相對親膠作用導向下矯正為近似約束圖案1h的膠液形態；控制X向定位滑臺14、Y向定位滑臺11和Z向定位滑臺10移動，使約束功能面1g到工件15的待膠連面15a正上方，下降至預設高度30-1500微米，使約束功能面1g上的近似約束圖案1h的膠液在界面親和作用下轉移到待膠連面15a上。
第五步圖案變換：
當工件15的待膠連面15a所需膠滴形狀需要改變時，先以等離子體轟擊約束功能面1g，去除烘乾後殘留的1％-5％氟矽烷溶液。換用所要求的模板圖案3b的微流道模板3，重複加工約束功能面1g的步驟。
本發明的有益之處：能夠控制微膠滴在待粘接表面的形狀，提高微小零件膠連一致性和成功率。操作靈活，對所需不同膠滴圖案可以採用不同的微流道模板實現，並且膠形矯正器是可重用的。
附圖說明
附圖1為膠形矯正器全剖視圖；附圖2為約束功能面加工圖；附圖3為附圖2的A-A視圖，表示膠形矯正器1的約束功能面1g的結構；附圖4為附圖2的B-B視圖，表示微流道模板3的結構。圖中，1-膠形矯正器，1a-出膠口，1b-承膠塊，1c-導向孔，1d-內孔，1e-針栓，1f-螺紋，1g-約束功能面，1h-約束圖案；2-背板；3-微流道模板；3a-微流道，3b-模板圖案，3c-螺栓孔；4-微流道入口；5-微流道出口；16-螺栓；17-彈簧墊圈；18-螺母。
附圖5為點膠裝置結構示意圖；圖中，10-Z向定位滑臺；11-Y向定位滑臺；12-長支架；13-工作檯；14-X向定位滑臺；15-工件，15a-待膠連面；附圖5採用空間直角坐標系，水平方向為Y方向，豎直方向為Z方向，垂直紙面向外為X方向。
附圖6為圖5的I部分結構放大圖；圖中，1-膠形矯正器；6-點膠針筒，6a-螺紋卡口；7-針筒連接件；7a-針筒連接件入口；8-針筒固定件；9-夾具。
附圖7為採用膠形矯正器控制微膠滴形態的方法流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和技術方案詳細闡述本發明的具體實施方式。
附圖1為膠形矯正器全剖視圖，附圖2、附圖3、附圖4分別表示出膠形矯正器1的具體結構。附圖7為採用膠形矯正器控制微膠滴形態的方法流程圖。以採用膠形矯正器控制微膠滴形態的方法製作具有整體寬度在毫米級的十字圖案膠滴為例，採用膠形矯正器控制微膠滴形態的方法的具體步驟如下：
第一步膠形矯正器1的加工：
膠形矯正器1是階梯柱狀零件，膠形矯正器1表面的階梯圓柱承膠塊1b、針栓1e、上端螺紋1f和圓柱形內孔1d通過機械加工製造，採用微細電火花加工300微米的出膠口1a和導向孔1c。
第二步加工約束功能面1g：
約束功能面1g是膠形矯正器1的承膠塊1b下表面的一部分、位於出膠口1a附近，模板圖案3b其形狀為一圓形去掉中間的十字形部分，相對於承膠塊1b下表面未經1％氟矽烷溶液浸泡過的部分為疏膠區域，要把膠滴限制在十字形約束圖案1h內；約束功能面1g通過微流體方法製備，首先用微機電系統方法製造背板2和微流道模板3，微流道模板3上有微流道3a，其內的突起輪廓為十字形模板圖案3b，然後將膠形矯正器1夾在背板2和微流道模板3之間，用螺栓16、彈簧墊圈17、螺母18通過四個螺栓孔3c鎖定保證無液體洩漏，把1％氟矽烷溶液由微流道入口4灌入，液體充滿微流道3a和約束功能面1g形成的空間，從微流道出口5流出，使1％氟矽烷溶液在約束功能面1g充分浸潤一定時間，抽出多餘1％氟矽烷溶液，並取出膠形矯正器1，放置在烘箱內固化半小時，形成穩定的約束功能面1g。
第三步安裝膠形矯正器1
膠形矯正器1的針栓1e末端有螺紋1f，通過螺紋卡口6a安裝在點膠針筒6末端；點膠針筒6先安裝在針筒連接件7上，再套進針筒固定件8的圓孔中並用螺釘擰緊，針筒固定件8通過兩個螺釘安裝在夾具9上；夾具9安裝在Z向定位滑臺10的工作檯面上，Z向定位滑臺10安裝在Y向定位滑臺11的工作檯面上；Y向定位滑臺11安裝在兩個長支架12上；兩個長支架12安裝在工作檯13上；X向定位滑臺14安裝在工作檯13上，工件15固定在X向定位滑臺14工作面上；膠形矯正器1、點膠針筒6、針筒連接件7、針筒固定件8、夾具9、Z向定位滑臺10、Y向定位滑臺11、長支架12、工作檯13、X向定位滑臺14共同組成點膠裝置，如附圖5、附圖6所示。
第四步點膠過程：
根據點膠量要求，外加氣壓將膠液從針筒連接件7的針筒連接件入口7a壓入點膠針筒6，再從點膠針筒6擠入膠形矯正器1中，依次經過內孔1d、導向孔1c、最後由出膠口1a擠出，在經1％氟矽烷溶液浸泡的約束功能面1g的相對疏膠作用和未經1％氟矽烷溶液浸泡的十字形約束圖案1h內部相對親膠作用導向下矯正為近似約束圖案1h的膠液形態；控制X向定位滑臺14、Y向定位滑11和Z向定位滑臺10移動，使約束功能面1g到工件15的待膠連面15a正上方，下降至預設高度1500微米，使約束功能面1g上的近似約束圖案1h的膠液在界面親和作用下轉移到待膠連面15a上。
第五步圖案變換：
當工件15的待膠連面15a所需膠滴形狀需要改變時，先以等離子體轟擊約束功能面1g，去除烘乾後殘留的1％氟矽烷溶液。換用所需要的模板圖案3b的微流道模板3，如三角形。重複加工約束功能面1g的步驟即可。