压电阀工作原理

叠堆压电陶瓷在压电喷射点胶行业中的应用

随着电子产品朝着超小型、高密度、超高集成度方向发展，高精度的智能点胶设备的点胶技术也在不断发生变化。近十几年，点胶技术在控制流体沉积、针头定位和胶点一致性方面都取得长足的进步，点胶速度也得到较大提升。根据PCB点胶原理不同，全自动点胶机的点胶技术主要分为：接触式点胶与非接触式点胶。

接触式点胶

接触式点胶是依靠点胶针头引导胶液与基板接触，延时一段时间后使胶液能浸润基板，然后让点胶针头向上运动，胶液借助和基板之间的黏性力与点胶针头分离，从而在基板上形成胶点。其技术特点是需要配置高精度的高度传感器，以此准确控制针头下降和抬起的高度

非接触式点胶

非接触式喷射阀点胶不依赖表面张力将胶水从喷嘴引出，而是利用喷射阀中产生的高流体动量将一定体积的胶水快速喷射到目标上。喷射点胶时不用与工件接触，无需点胶阀沿着Z轴方向移动，不会有所接触，因此不会对工件产生任何影响。

与接触式点胶技术相比，非接触式点胶技术具有更高的效率和精度，正快速成为电子集成、半导体封装和平板显示集成点胶分配的标准方式。非接触喷射点胶按照驱动方式不同可分为：气动驱动式喷射点胶阀和压电驱动式喷射点胶阀

第一种：气动驱动式喷射点胶阀

气动驱动式喷射点胶阀的工作原理：当电磁阀开启时，压力气体推动撞针离开喷嘴并压缩作用于撞针上的弹簧，胶液在供胶系统的作用下流入撺针和喷嘴之间的腔体。当电磁阀关闭时，被压缩的弹簧推动撞针撞向喷嘴，在撞针和喷嘴之间的胶液瞬间产生高压通过喷嘴喷射，即可完成一次点胶。

气动喷射阀的驱动力是弹簧和压力气体共同作用的结果，利用了高频电磁阀对撞针运动进行切换。其结构比较简单，维护成本低，但是由于高频电磁阀结构原理的限制，气动喷射阀最大工作频率为333Hz。

第二种：压电驱动式喷射点胶阀

压电材料具有响应速度快、输出位移精度高等优势，在点胶行业内发挥着重要的作用。而压电驱动式喷射点胶阀采用压电材料，喷射胶液体积最小可以达到PL级別，最高频率可达1000KHz。

压电驱动式喷射点胶阀按照工作方式可分为：容积式压电喷射点胶阀和撞针式压电喷射点胶阀。

容积式压电喷射点胶阀利用压电材料的变形改变容积腔内的体积，使容积内的胶液受到挤压通过喷嘴喷射出来。目前，各个研究机构设计此类喷射阀，主要是将压电陶瓷片粘接在金属膜片上，利用压电陶瓷片的振动带动金属膜片振动，从而实现容积腔内体积变化，进而让胶液通过喷嘴喷射出去。

容积式压电喷射点胶阀

容积式压电喷射点胶阀的点胶一致性维持在士2%，最高点胶频率可以达到40KHZ，用在低于40mPa.s的胶液喷射中，喷射体积一般处于1-140PL之间。这项技术主要应用于油墨喷印，UV胶水喷印，银浆喷印等。

撞击式压电喷射点胶阀:目前点胶业界较多利用的喷射阀，其利用压电叠堆作为驱动源，放大了机构对压电叠堆的位移。位移放大后驱动撞针运行，使得撞针撞击喷嘴将胶液喷射出去。由于压电式喷射点胶阀具有高精度、高效率的优势，所以可以完成更大粘度、更小液滴的喷射。图为撞击时压电喷射点胶阀结构。

压电点胶阀包括:

阀体（1）和与之相连的顶杆（2）、调节杆（22）、喷嘴组件（11）、电缆接头（23），撞针组件（14）、流体腔（16），以及安装在阀体内部型腔（3）之内的压电叠堆（20）、杠杆放大机构（19）、小基板（21）组成。压电叠堆（20）上端面与调节杆（22）相抵接，下端面与杠杆放大机构（19）的杠杆相抵接；撞针组件穿设于阀体内部型腔（3）之内，穿透流体腔（16），与喷嘴组件（11）的喷嘴相抵接，流体腔（16）内有型腔以安装密封圈（13）。

撞针组件（14）包括:

针、撞针复位弹簧（5）和撞针套筒（15）。撞针复位弹簧（5）置于撞针与撞针套筒（15）之间，而撞针穿透撞针复位弹簧（5）和撞针套筒（15）。

杠杆放大机构（19）包括:

杆、支点（17）、支点轴套（18）、杠杆复位弹簧（4）及弹簧座（8）。支点轴套（18）镶嵌在阀体内部型腔（3）之中，支点（17）则镶嵌在支点轴套（18）之中，杠杆的旋转圆弧面与支点（17）抵接，杠杆放大端与杠杆复位弹簧（4）抵接，杠杆复位弹簧（4）下端面则与弹簧座（8）相抵接；弹簧座（8）镶嵌在阀体内部型腔（3）之中。

喷嘴组件（11）包括:

嘴、撞针引导环（12）、喷嘴锁紧螺母（10）和波形弹簧片（9）。

流体腔（16）上设有进胶口（6）和流道（7）。

动作说明:

外部液体由此流入喷嘴中。顶杆（2）上设有进气孔（24），调节杆（22）上设有出气孔（25），外部压缩气体由进气孔（24）进入阀体，经过阀体内部型腔后，再由出气孔（25）排出，由此组成压电点胶阀的冷却系统，以给长时间工作的压电叠堆进行冷却。

断电的状态下，压电叠堆（20）不输出向下的压力，撞针受杠杆复位弹簧（4）和撞针复位弹簧（5）向上的推力，与喷嘴处理分离状态，此时流体在外部压力的作用下流入喷嘴，为喷射点胶做准备。

通电状态下，压电叠堆（20）向下伸长，给杠杆向下的压力，杠杆向下旋转，带动撞针向下运动，直到撞击到喷嘴，喷嘴中的流体被喷射出去。

通电升降压切换一次，就是一次完整的喷射过程，点胶阀能连续喷射点胶，就是这个过程不断地循环的结果。

本发明最大的优点之一：

调节杆（22）可精确上下调整，使压电叠堆（20）轴向的尺寸能够调整到一个最理想的状态，保证杠杆的输入端有一个稳定的输入，从而保证点胶的一致性。

综上所述，接触式点胶方式在每一次点胶的过程中都必须与基板或者电路板接触，点胶针头需要抬起和下降，从而导致点胶速率慢。而非接触式喷射点胶则提高了胶液的分配速度，喷射频率高。