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精密流量控制
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用于压电式喷射点胶阀的压电陶瓷

1.点胶机和点胶阀简介

点胶设备是运用点胶技术,通过机械结构设计、运动算法、影像视觉等技术,实现对胶粘剂高精度、高效稳定控制性输出的设备。从智能点胶设备产业链来看,该产业链上游是电子元器件、机械零部件、系统集成;产业链中游是流体控制设备生产制造,主要包括点胶机、涂覆机等;产业链下游广泛应用于消费电子、新能源汽车、光伏、半导体等领域。

根据国际半导体产业协会(SEMI)及相关资料整理,2022 年全球点胶机行业市场规模预测为 90.3 亿美元,其中亚太地区占比 53%,至 2028 年预测为 106.8 亿美元,点胶机的市场空间较为广阔。

消费电子方面价值量持续提升,预计 2025 年点胶设备市场容量将由 2020 年 133.3 亿元上涨至 191.8 亿元;新能源汽车方面预计 2025 年国内销量将达 1150 万辆,汽车电子及动力系统将带动点胶需求。光伏方面 2023 年光伏组件产量预计超 400GW,高增长带动点胶设备市场容量由 2020 年 9.8 亿元增长至2025 年的 17.2 亿元。

定位精度、重复精度、点胶速度等核心技术参数是影响终端产品的稳定性、可靠性和安全性等指标,亦是精密智能制造产品的加工工艺设计能否实现的关键影响因素。

点胶工艺设备的性能由点胶核心部件和点胶设备机台综合决定,核心部件点胶阀的性能指标决定了胶量精度,包括最小点胶直径、粘度范围、持续运行频率以及一致性误差;点胶设备机台的性能指标决定了位置精度及运动速度,包括 XY 轴定位精度、XY 轴重复精度、点胶速度、最大加速度等常规参数。其中阀门机构是流体控制设备核心部件,主要应用于点胶机和涂覆机中,点胶阀和涂覆阀会影响点胶机的技术参数。

2.点胶阀分类和比较

早期自动化点胶设备采用接触式的针头点胶筒,易造成拉丝拖尾、针头撞断等问题,且精度不高,效率低。此后行业内出现电磁驱动型喷射阀,形成了非接触式点胶(又称为喷射点胶)这一新型点胶方式。喷射点胶具有不接触工件、无Z轴运动、点胶速度快、喷射精度高和一致性好等特点,更适用于小微流量、工件表面不平整的精密点胶。但电磁驱动型喷射阀工作频率最高约为200Hz,点胶精度和速度受到了一定限制。

随着以智能手机为代表的3C电子产品快速发展,电子制造产业对点胶工艺的精度和效率提出更高要求,国外品牌如美国诺信、德国马科、德国微密斯、日本武藏等的压电喷射阀开始进入市场。压电喷射阀也属于非接触式点胶,除点胶精度和速度相较于电磁驱动型喷射阀大幅提高外,其还具有点胶一致性好,易于维护和调试的特点。基于以上优势,压电喷射阀开始得到大规模应用。

制造产业的持续精密化发展为压电喷射阀的迅速普及带来成熟的市场条件以及广阔的市场空间。如在半导体制造领域,压电超声波流量控制方式不产生磁场,不会破坏去离子水的性状,可应用于刻蚀机、薄膜沉积设备、真空镀膜设备等多种高端装备中。随着TWS耳机、智能手表等可穿戴产品的出现以及人工智能、5G等技术的快速发展,电子元器件持续向微型化发展且集成度不断提高,对高精度点胶封装的需求不断增加,压电喷射阀有望成为3C电子、新能源电池、半导体等精密电子制造领域的主流点胶方式。

(压电陶瓷喷射阀结构图)

 

项目

压电驱动

电磁驱动

换能原理

利用逆压电效应将电能转换为机械能

利用电磁感应原理将电能转换为机械能

电学属性

电容型

电感型

最高频响

大于50,000Hz

小于10,000Hz

位移分辨率

最小可达1nm

大于100nm

响应时间

小于0.1ms

大于10ms

电驱动属性

大电压、小电流

低电压、大电流

(压电驱动与电磁驱动技术特点对比分析)

 

项目

压电驱动

电磁驱动

输出功率

输出功率小,适于形成微功率或小功率驱动

可形成大至上数万瓦、小至几毫瓦的驱动
能力

器件结构

易于做成微型或小型结构,且可根据需要形成片状、柱状、盘状等结构

体积较大、构件较多、结构复杂,做成微型
或小型结构时,驱动能力微弱,不适于用作
微小与精密型的动力驱动

功耗

压电器件功耗低,发热少

电磁线圈功耗大,易发热

安全性

不生成磁场,不产生电火花,也不受磁场干扰,耐高温、腐蚀,适合在有防爆需要场景下应用

对外部产生磁干扰,某些情况下产生电火花,不宜在有易燃、易爆物质环境下工作,一般需采用防爆线圈等措施以提高安全性

噪音

噪音低,适合医疗等有静音需要的场景

噪音较大

(压电驱动与电磁驱动应用特点对比分析)

 

3.压电式喷射阀压电陶瓷选择

压电式喷射阀常用的结构是压电叠层式驱动器,优点是对负载的输出力大,响应时间短; 缺点是驱动电压高,位移小,需要位移放大机构配合使用。

4.为什么选择隐冠半导体

隐冠半导体压电部门专注于精密定位执行器及运动系统的研发、生产制造、销售;是国内压电领域极少数拥有从压电陶瓷材料到压电陶瓷电机再到纳米精度压电运动台全产品链研发与批量生产能力的高科技企业,公司具有丰富的产业化经验。

隐冠可提供叠堆型压电陶瓷,具有亚毫秒的响应时间和亚纳米分辨率,最大位移达180微米,谐振频率高达250KHZ,以保证更快响应和更高精度的控制。隐冠自研自产的叠堆型压电陶瓷可以在较低电压下产生较大的驱动位移。

公司压电陶瓷已实现批量化生产,具有丰富的产品规格和种类以匹配不同的点胶阀结构设计。

针对客户的个性化集成需求,公司可以定制封装尺寸、电压、行程、金属端件等,以满足机械刚度和稳定性,以保证点胶阀的可靠性和长期运行效果。

同时公司针对客户特定需求和具体应用场景,集成应变片实现闭环控制。

公司在国内拥有上海、苏州、广州、成都四个服务中心,可快速响应全国客户的技术升级&更新更换、项目开发、维修维护等需求。

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