一種壓電晶片控制型非接觸點膠裝置的製作方法

2023-10-05 06:07:14 1

專利名稱：一種壓電晶片控制型非接觸點膠裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種壓電晶片控制型非接觸點膠裝置，屬於微電子封裝領域。
背景技術：
流體點膠技術是微電子封裝中的ー項關鍵技術，它可以構造形成點、線、面(塗敷)及各種圖形，大量應用於晶片固定、封裝倒扣和晶片塗敷等。這項技術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、環氧樹脂和粘合劑等)轉移到エ件(晶片、電子元件等)的合適位置，以實現元器件之間機械或電氣的連接，該技術要求點膠系統操作性能好、點膠速度高且點出的膠點一致性好和精度高。傳統的點膠技術為接觸式點膠，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，然後點膠頭向上運動，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。在微電子技術的發展中，集成電路越來越呈現出複雜化和微型化，半導體封裝要求具有更小的尺寸、更多的引線、更密的內連線等，對點膠技術的要求也越來越高，點膠技術逐漸由接觸式點膠向非接觸式(噴射)點膠轉變。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後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。ー個脈衝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，然後膠液充滿撞針抬起的空間，作用在活塞上的壓縮空氣洩掉後，在回復彈簧力的作用下，撞針向下快速運動衝擊到噴嘴閥座，使膠液快速噴出形成膠滴，美國諾信公司的DJ-2100、DJ-2200、DJ-9000系列點膠頭均是採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，但是由於空氣的可壓縮性致使膠點的一致性還不是很理想，並且工作頻率比較低，一般在I 50Hz 200Hz。壓電疊堆式噴射點膠米用槓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，然後驅動撞針與噴嘴閥座配合實現膠液的噴射。這種採用壓電疊堆噴射點膠的方式不僅實現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，並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於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代電子封裝業的發展，但是應進一歩降低其成本。

發明內容
本發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，並且有效的降低壓電式噴射點膠的成本。為達到以上的目的，本發明採用以下技術方案由於逆壓電效應，壓電晶片在電壓的作用下產生微小變形，由於位移很小 (10 μ m)，不能用來直接驅動高粘度膠液，本發明利用位移放大機構將壓電晶片的位移進行放大，從而可以驅動高粘度膠液，實現噴射點膠。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及其輔助構件，其特徵在幹壓電晶片位移放大機構包括端蓋、壓電晶片、基板、緊定螺母、傳振杆、膜片彈簧I、膜片彈簧II、質量塊和撞針；輔助構件包括蓋板、調節螺母、腔體、密封板、密封環、密封圈、噴嘴底座、膠液連接管、儲液罐等。本發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，由於逆壓電效應，壓電晶片彎曲產生微小的伸長位移；當作用在壓電晶片上的電壓頻率同位移放大機構的固有頻率接近或相同時，位移放大機構將壓電晶片的微小位移放大，驅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，通過位移放大機構將撞針抬起，準備進入下一周期的循環。本發明所述壓電晶片粘接到基板兩面，基板與傳振杆用螺母固定連接，與上面的端蓋用螺栓固定連接；傳振杆與膜片彈簧I通過緊定螺母固連，膜片彈簧I固定在質量塊上；膜片彈簧II通過緊定螺母與撞針固連，膜片彈簧II固定在質量塊上；端蓋通過調節螺母固定在蓋板上，並且可以調節位移放大機構的上下高度，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、質量塊和撞針組成的位移放大機構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。本發明中膠液壓力的大小由儲液罐中壓縮空氣的壓力來調節，既要保證撞針與噴嘴底座之間有間隙時膠液不洩露，又要保證撞針抬起後膠液及時的補充到空缺處，使下周期的噴射點膠順利進行。本發明的優點在於提出了一種壓電晶片控制型非接觸點膠裝置，可實現液體的定量輸送、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。本發明具有結構簡單、易於控制的特點，既實現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構示意圖。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的結構示意圖。一種實施方式如圖3(a)所示，壓電晶片(16)採用雙晶片結構(也可以採用單晶片結構)，質量塊(9)同兩個膜片彈簧串聯組成位移放大機構，原理圖如圖3(b)所示。mi、m2、m3和m4分別是 端蓋(15)、傳振杆(18)、質量塊(9)和撞針(6)的質量;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。一種實施方式將質量塊(9)同兩個膜片彈簧串聯組成的位移放大機構再串聯起來，2個或更多個，可以進一歩放大輸出的位移，圖3(d)是用傳振杆(18)將2個位移放大機構串聯起來的結構示意圖，其原理圖如圖3(e)所示。同圖3(b)相比較，由於串聯了質量塊和膜片彈簧，撞針￠)的位移y6是大於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，連接杆(25)、膜片彈簧III (26)、質量塊(27)、傳振杆(28)、膜片彈簧IV(29)和端蓋(30)組成的彈簧-質量放大機構位於壓電晶片(16)的上面，連接杆(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-質量位移放大機構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量塊(9)和腔體(3)上，沿質量塊中心均勻分布，根據使用頻率的要求布置彈簧膜片的個數。圖4是壓電晶片的微位移經位移放大機構放大後再經過柔性鉸鏈進行位移放大驅動撞針分配膠液的結構示意圖。圖5是位移放大機構水平放置驅動撞針分配膠液的結構示意圖。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及其輔助構件組成。壓電晶片位移放大機構由壓電晶片(16)、基板(17)、端蓋(15)、傳振杆(18)、緊定螺母(7)、膜片彈簧I (10)、質量塊(9)、膜片彈簧II⑶、撞針
(6)構成。壓電晶片(16)與基板(17)粘接，基板(17)與端蓋(15)固定連接；傳振杆(18)的兩端分別於壓電晶片(16)和膜片彈簧I (10)固定連接；膜片彈簧I (10)與質量塊(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範圍，既要保證撞針與噴嘴底座不接觸時膠液不會從噴嘴洩露，撞針抬起後，膠液又要迅速的補充到空白區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後截斷膠液的流動，撞針出)的動量轉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，填補撞針向上運動後留下的真空區域，在膠液表面張カ的作用下，此時膠液不會從噴嘴洩露出去；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通過調節螺母(14)固定在蓋板(12)上，蓋板(12)與腔體
(3)固定連接，調節螺母(14)可以調節位移放大機構的上下位移，以達到調節撞針(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)、傳振杆(18)、膜片彈簧II (10)、質量塊
(9)、膜片彈簧1 (8)和連接杆(31)組成的位移放大機構將壓電晶片的微小位移放大，連接杆(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)槓桿放大作用，當位移放大機構向下運動時，撞針(6)的位移被進ー步放大，可以驅動粘度更大的膠液實現自動化分配，實現膠液的噴射。實施方式3 參見圖5所示，壓電晶片(16)、基板(17)、傳振杆(18)、膜片彈簧II (10)、質量塊
(9)、膜片彈1 (8)和連接杆(33)組成的位移放大機構水平放置，連接杆(33)與轉換槓桿
(34)固定連接，轉換槓桿(34)的中間部分鉸接在腔體(3)上，在另一端，轉換槓桿(34)與撞針(6)固定連接。壓電晶片(16)的微位移經位移放大機構放大後通過轉換槓桿(34)，將水平方向上的位移轉變為撞針(6)豎直方向上的位移，從而驅動膠液自動化分配，實現膠液的噴射。
權利要求
1.一種壓電晶片控制型非接觸點膠裝置，其特徵在於壓電晶片(16)、基板(17)、傳振杆(18)、膜片彈簧I (10)、膜片彈簧II (8)、質量塊(9)和撞針(6)組成位移放大機構，施加在壓電晶片(16)上的電壓頻率與位移放大機構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)的驅動下，膠液(22)從噴嘴(24)中噴射出去，形成膠滴。
2.根據權利要求I所述的ー種壓電晶片控制型非接觸點膠裝置，其特徵在於壓電晶片(16)粘接到基板(17)上後通過緊定螺母(7)與傳振杆(18)連接；基板與端蓋(15)固定連接；傳振杆(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與質量塊(9)固定連接；端蓋(15)與蓋板(12)用調節螺母(14)連接，並且通過調節螺母(14)可以調節撞針￠)與噴嘴底座(I)的間隙。
3.根據權利要求2所述的ー種壓電晶片控制型非接觸點膠裝置，其特徵在於壓電晶片為單晶片或雙晶片，質量塊為I個或多個組成串聯結構，一個質量塊上固定I個或2個膜片彈簧，膜片彈簧可以為圓環狀、長方片狀。
4.根據權利要求2所述的ー種壓電晶片控制型非接觸點膠裝置，其特徵在於壓電晶片(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
本發明提出一種結構簡單、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進行放大，驅動撞針上下運動實現膠液的噴射。本發明採用如下技術方案壓電晶片同膜片彈簧、質量塊、傳振杆和撞針組成位移放大機構，當施加在壓電晶片上的電壓頻率與位移放大機構的固有頻率接近或相同時，位移放大機構達到共振狀態，撞針的輸出位移和速度達到最大，驅動膠液從噴嘴中噴出，實現膠液的自動分配。這種新型壓電晶片控制型非接觸點膠裝置可應用於精量化學、藥物定量分配、生物醫學等領域，特別適用於半導體封裝中高黏度流體點膠技術領域，用於電子封裝中晶片固定、表面貼裝、底部填充和液晶顯示平板中螢光粉塗覆等。
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 優先權日2012年4月11日
發明者丁寧寧, 劉建芳, 江海, 焦曉陽, 谷峰春 申請人:吉林大學