Le valvole con tecnologia piezoelettrica per la dosatura ad alta

Le valvole con tecnologia piezoelettrica per la dosatura ad alta

Le valvole con tecnologia
piezoelettrica per la dosatura ad
alta velocità dei fluidi diventano
modulari per offrire nuove
soluzioni applicative.
Pubblicato da: Nordson EFD, 40 Catamore Boulevard, East Providence, RI 02904
©2014 Nordson Corporation www.nordsonefd.com
Indice dei contenuti
Introduzione ............................................................................................................3
La tecnologia piezoelettrica accelera il ciclo di dosatura........................................4
I vantaggi della dosatura ad alta velocità, senza contatto ......................................6
L’utilizzo della tecnologia di dosatura ad alta velocità, senza contatto ..................8
Modulari, intercambiabili: maggiore versatilità per le valvole di dosatura con
tecnologia piezoelettrica ........................................................................................9
Riassunto ..............................................................................................................10
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Introduzione
di Terry Dunbar e Ivica Sustic, Nordson EFD
Per molti processi automatizzati, la dosatura senza contatto ad alta velocità che
si avvale della tecnologia piezoelettrica è un’alternativa innovativa rispetto alla
tradizionale dosatura con ago.
La caratteristica principale della dosatura a getto ad alta velocità è di non entrare
mai in contatto con la superficie del pezzo, offrendo così una grande flessibilità e
la possibilità di essere utilizzata per una gamma di applicazioni più ampia, anche
laddove normalmente si renderebbe necessario un sistema con asse Z, sensore
di altezza e funzione di posizionamento.
La dosatura ad alta velocità senza contatto è resa possibile dalla tecnologia
piezoelettrica, che consente a queste valvole speciali di dosare fluidi a velocità
che possono raggiungere i 500 Hz.
Le valvole a getto modulari che possono essere configurate per usi multipli,
uniscono i benefici della dosatura con tecnologia piezoelettrica alla flessibilità
applicativa e sono una valida alternativa alle valvole di dosatura tradizionali,
spesso limitate ad un solo tipo di applicazione.
Per saperne di più, vi invitiamo a leggere le pagine che seguono. Per ulteriori
informazioni, potete contattarci al numero +39 02 216684456 oppure scrivere a
[email protected]
La valvola PICO® xMOD™ modulare con parti intercambiabili consente un livello elevato di personalizzazione alle
esigenze specifiche dell'utilizzatore.
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La Tecnologia Piezoelettrica accelera il Ciclo
di Dosatura
Le valvole di dosatura senza contatto che incorporano la tecnologia
piezoelettrica possono garantire cicli di apertura e chiusura molto veloci che
applicano o “gettano” fluidi su una determinata superficie. “Piezo” è il termine
greco per “pressione”. Quando viene applicata pressione su alcuni materiali
cristallini, ad esempio il quarzo, questa è in grado di creare tensione elettrica.
Al contrario, quando si applica tensione elettrica ad un materiale cristallino,
quest’ultimo cambia forma. Nel caso delle valvole con tecnologia
piezoelettrica, la tensione è applicata ad un attuatore piezoelettrico all’interno
della valvola.
Cavo elettrico
Attuatore piezoelettrico
Braccio cantilever
Isolatore termico
Stelo di attuazione
Veduta interna del piezo attuatore della valvola Nordson EFD PICO xMOD
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La Tecnologia Piezoelettrica accelera il Ciclo
di Dosatura
L’attuatore piezoelettrico è composto da dischi di ceramica (materiale
cristallino) impilati su due file, che cambiano forma quando viene applicata
tensione. Questo consente un controllo più preciso del movimento verticale
dell’ago di attuazione e della sfera collegata. Quando la sfera si muove dalla
sua sede, la cavità si riempie di fluido. Quando la sfera riprende la sua
posizione, la goccia di fluido fuoriesce dalla valvola. Grazie alla tecnologia
piezoelettrica, questo movimento tra sfera e sede avviene in centinaia di
microsecondi – velocità che non può essere raggiunta usando valvole
alimentate ad aria o con funzionamento a molla.
Stelo PA (Attuatore Piezo)
Anello di fissaggio
Cartuccia
Molla
O-Ring–Isolast
Guarnizione liquida
O-Ring–NBR o Isolast
Stelo della sfera
corsa completa 165 µm
Piastra dell'ugello
Sfera in ceramica
CHIUSO
APERTO
PICO xMOD in posizione aperta
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PICO xMOD in posizione chiusa
I vantaggi della dosatura senza contatto ad alta velocità
La dosatura ad alta velocità senza contatto offre molti vantaggi rispetto alla tradizionale
dosatura; di seguito alcuni di questi:
Nessun contatto con la superficie
Nei processi di dosatura, la punta di dosatura entra normalmente in contatto con la
superficie del pezzo. La dosatura senza contatto elimina questo passaggio,
permettendo di dosare il prodotto in punti di difficile accesso, oppure su superfici non
piane e parti con forme irregolari (come gli aghi per uso medicale) o ancora su superfici
delicate (fili elettrici) quando non può essere usato un tradizionale ago di dosatura.
L’eliminazione del contatto dell’ago con la superficie del pezzo implica la rimozione di
alcuni punti critici legati alla dosatura con contatto, ossia:
• il fluido applicato precedentemente può venire trascinato su altre parti del substrato.
• la variazione della distanza di dosatura in presenza di superfici irregolari, che può
impedire l’uniformità punto a punto.
• la dipendenza dalla tensione di superficie per estrarre il fluido dalla punta di dosatura
• la necessità di un posizionamento preciso in altezza (movimento asse Z)
• la necessità di posizionare il pezzo sopra un supporto; questo vale soprattutto nel
caso delle schede PCB, LEDs e altri componenti elettronici.
La dosatura tradizionale ha bisogno della
tensione di superficie per far fuoriuscire
il fluido dall'ago
Grande varietà di forme del deposito
Le valvole di dosatura a getto sono in grado di applicare depositi in forme che non
sono possibili con la tradizionale dosatura ad ago. Ad esempio:
• dosatura a getto di depositi multipli nello stesso punto per creare depositi più grandi.
• la possibilità di dosare punti adiacenti garantisce la flessibilità necessaria per
produrre linee o forme complesse.
• le valvole di dosatura a getto possono dosare il fluido verticalmente, orizzontalmente,
oppure in direzione inversa.
La dosatura senza contatto consente di
bloccare l'erogazione più rapidamente
Depositi piccoli e precisi
La possibilità di dosare quantità di fluido molto piccole e precise è molto importante
per i produttori di microelettronica e altre parti miniaturizzate.
Le valvole di dosatura a getto possono produrre depositi accurati di dimensioni
piccolissime:
• dosatura di quantità inferiore ai 0.5 nanolitri
• dosatura di punti con diametro inferiore ai 200 µm (0.008”.)
• depositi di grandezza inferiore ai 75 µm (0.003 in.)
• giunzioni inferiori ai 300 µm (0.0118 in.)
(con giunzione si intende un cordolo di fluido che viene posto sull’intersezione di linee
perpendicolari)
Dosatura su una superficie irregolare
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Applicazione di piccoli punti ravvicinati per ottenere una linea
I vantaggi della dosatura ad alta velocità senza
contatto (…/cont.)
Uniformità di prestazioni e robustezza
Le valvole di dosatura senza contatto possono produrre depositi accurati con un
grado elevato di ripetibilità e maggiore uniformità rispetto alle valvole di
dosatura con ago, principalmente grazie all’affidabilità dell’attuatore
piezoelettrico, che è progettato appositamente per cicli di dosatura prolungati.
Gli attuatori piezoelettrici della valvola xMOD sono in grado di mantenere lo
stesso livello di prestazione per migliaia di milioni di cicli. Le valvole piezo sono
di struttura robusta, i componenti in contatto con il fluido sono più piccoli, le
parti in movimento in quantità minore. Questo si traduce in riduzione del
consumo di fluido, dei fermi impianto e dei ricambi. Poiché le valvole di dosatura
a getto non utilizzano aghi di dosatura, non esiste il problema dell’usura degli
stessi e, anche in questo caso, si riducono i tempi di fermo impianto e di
manutenzione.
Velocità elevata e tempi di dosatura molto brevi
Gli attuatori piezoelettrici non solo rendono le valvole più resistenti, ma anche
molto veloci. Le valvole per la dosatura a getto possono lavorare con velocità
massima di 500 Hz. Questo consente al sistema che lavora con queste valvole
di ottenere tempi di dosatura di 140 microsecondi, regolabili in incrementi di 10
microsecondi.
Risparmio sui costi
I sistemi di dosatura a getto non richiedono un dispositivo per il movimento
sull’asse Z con sensore di altezza e sistema di posizionamento. Altri sistemi di
dosatura invece devono venire installati, programmati e mantenuti da personale
qualificato. Eliminando il movimento sull’asse Z grazie al sistema di dosatura
senza contatto, si ottiene una riduzione dei costi di montaggio e si elimina la
necessità di ricorrere all’aiuto di un tecnico specializzato.
La dosatura a getto produce depositi uniformi e ripetibili
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Utilizzo della tecnologia di dosatura senza
contatto ad alta velocità
I continui miglioramenti e le innovazioni nell’industria micro-elettronica
riducono sempre più le dimensioni e aumentano la complessità dei
componenti usati nella produzione di prodotti elettronici di consumo e altri
dispositivi. La tecnologia di dosatura senza contatto è oggi considerata il
metodo principale per l’applicazione di fluidi su componenti molto piccoli o su
superfici delicate, a velocità molto alte.
La tecnologia a getto è ideale per le seguenti applicazioni:
• Applicazioni SMA: un adesivo per surface mount (SM) viene applicato su
PCB dopo che è stata applicata la pasta saldante. La dosatura a getto in
questo caso è la soluzione ideale in quanto permette la produzione veloce di
punti grazie a una serie di depositi nella stessa posizione, senza disturbare la
pasta saldante applicata precedentemente.
• Confezionamento di circuiti integrati (BGA): un SMA viene applicato sui punti
di fissaggio del BGA su PCB, prima che il BGA venga montato. Il vantaggio
della dosatura senza contatto per il fissaggio degli angoli del BGA è la
possibilità di depositare il fluido esattamente sul bordo del circuito integrato.
• Tecnologia die stacking , nella quale chips multipli vengono montati uno
sopra l’altro nello stesso collo conduttore. Il vantaggio della dosatura senza
contatto in questo tipo di applicazione è costituito principalmente dalla
possibilità di “gettare” il fluido all’interno del collo conduttore già costituito,
permettendo che, per capillarità, il fluido si estenda tra i componenti impilati
senza danneggiare i contatti laterali.
• Tecnologia flip chip, dove il riempimento (underfilling) viene usato per garantire
una connessione meccanica più forte per dispositivi semiconduttori, ad
esempio chips IC o sistemi microelettromeccanici (MEMS) che sono stati
collegati ad un circuito esterno. Il posizionamento preciso ed uniforme del
deposito è vantaggioso per molte applicazioni su MEMS e chips IC.
• Incapsulamento IC, dove gli adesivi a polimerizzazione UV vengono usati per
incapsulare componenti o schede con superficie rigida o flessibile. La
tecnica dell’incapsulamento conferisce alla superficie della scheda la
robustezza e stabilità necessarie per resistere ai cambiamenti delle
condizioni ambientali. Anche in questo caso, la dosatura senza contatto è la
soluzione ideale per l’incapsulamento IC.
• Lubrificazione delle siringhe e interni di endoscopi, bonding di lenti con
adesivi al silicone per utilizzi ottici, bonding di aghi con adesivi a
polimerizzazione UV, applicazione di sostanze proteiche. La dosatura senza
contatto è una soluzione eccellente per questi tipi di applicazioni dove
velocità e dimensioni del deposito sono due fattori determinanti per il buon
risultato.
• Dosatura di soluzioni biologiche su campioni per test insulina o per test
veterinari, oppure applicazione di reagenti su campioni di test. I benefici della
dosatura senza contatto in questi casi sono l’alta velocità, l’accuratezza e la
ripetibilità del deposito. La dosatura senza contatto è un valido aiuto contro i
rischi di contaminazione grazie al fatto che non c’è contatto con la superficie
di applicazione.
• Applicazioni LED nelle quali l'adesivo viene "gettato" sul LED prima del
posizionamento su laminati fosforo. Altre applicazioni con LED includono la
dosatura senza contatto di silicone platinico per incapsulare gli avvolgimenti
di LED oppure di una protezione per il packaging COB (chip on board)
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Le valvole per la dosatura senza contatto sono ideali
per l’applicazione di sostanze biologiche su campioni
per test.
Valvole di dosatura a getto modulari, con parti
intercambiabili, per aumentare la versatilità applicativa.
Se siete interessati alla tecnologia di dosatura senza contatto, ma vi trovate nella
necessità di dosare con ago o di avere la flessibilità necessaria per passare da un
tipo di fluido all’altro in caso di applicazioni differenti, vi consigliamo di utilizzare
sistemi con valvole modulari, che possono soddisfare entrambe le esigenze.
Queste valvole modulari possono essere configurate sia per dosatura senza
contatto che per dosatura con ago, per applicazioni con o senza riscaldamento
del fluido; un sistema di dosatura a getto ad alta velocità con queste valvole
fornisce i vantaggi elencati di seguito, oltre a quelli già descritti in precedenza:
Vantaggi:
• La varietà di tipi di fluido e viscosità che può essere dosata con queste valvole è Vista in sezione della sede della valvola xMDO e
notevolmente aumentata. Un sistema con valvola di dosatura a getto modulare assieme cartuccia
può applicare una grande varietà di fluidi, come epossidici underfill, adesivi per
surface mount (SMA), incapsulanti, conformal coating, adesivi a
polimerizzazione UV, adesivi elettro-conduttivi e alcuni tipi di fluidi caricati.
• La gamma di applicazioni per le quali questo sistema può essere utilizzato è
stata ampliata. Per esempio, la stessa linea di produzione che viene usata per
applicare adesivo a provini per test può essere riconfigurata velocemente e
senza difficoltà per un’applicazione con ago, dove la velocità e lo spazio tra i
depositi sono di particolare importanza. Poiché il substrato (in questo caso
l’ago) ha una superficie estremamente piccola, le valvole di dosatura senza
contatto sono più indicate per il bonding di aghi rispetto alle tradizionali valvole
di dosatura; questo perché garantiscono più precisione, più controllo e spazi da
punto a punto inferiori, anche a velocità di dosatura elevate.
• Le valvole modulari consentono una sostituzione rapida delle parti bagnate con
componenti nuovi e puliti, permettendo di riprendere la produzione con altri
fluidi o per altre applicazioni più velocemente e in modo più efficace. Ciò
consente inoltre di ridurre i costi di manutenzione e i tempi di fermo impianto.
• Una valvola modulare montata può essere ri-configurata senza rimuoverla
completamente dalla linea di produzione, un vantaggio rilevante soprattutto nel
caso di grandi lotti di produzione di articoli di diversa natura, dove è necessario
cambiare spesso il tipo di applicazione.
Caratteristiche:
Quando dovete scegliere una valvola a getto modulare, cercate delle valvole con
le seguenti caratteristiche:
• Attuazione piezoelettrica, sia per il movimento di apertura che per quello di
chiusura dell’ago.
• Facile conversione da dosatura senza contatto (a getto, con testa di dosatura) a
dosatura con contatto (con ago di dosatura), semplicemente cambiando la sede
della valvola
• Semplice cambio del tipo di ugello o di ago, che consente di variare la
grandezza dell’orifizio in meno di dieci minuti.
• Grande varietà di guarnizioni, aumentando così la quantità di fluidi che possono
essere applicati (per esempio, alcuni tipi di guarnizioni possono usurarsi con
alcuni tipi di fluido – la possibilità di scegliere tra diversi tipi di guarnizioni, come
FFKM vs. NBR, amplia la gamma di fluidi e di tipi di fluido che possono essere
applicati)
• Facile pulizia e sostituzione delle parti senza rimuovere interamente la valvola
dalla linea di produzione.
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Riassunto
La tecnologia piezoelettrica per la dosatura senza contatto ha migliorato
molto l’efficienza e l’uniformità nei processi di assemblaggio di prodotti
complessi dell’industria micro-elettronica, medicale e automobilistica.
L’intersezione della tecnologia piezoelettrica con quella modulare della
nuova valvola per la dosatura senza contatto rende il processo produttivo più
dinamico, flessibile e versatile.
Gli Autori
Terry Dunbar, Global Business Development Manager, Prodotti PICO e
Ivica Sustic, Product Line Manager, fanno parte del gruppo di sviluppo della
linea PICO nel mercato mondiale. Per sapere di più e per vedere un video
della PICO xMOD in azione, visitate il sito
www.nordsonefd.com/xMOD oppure contattateci all’indirizzo
[email protected], o chiamando il numero +39 02 216684456.
Grazie per la vostra attenzione!
Speriamo che queste informazioni vi siano state utili. Se volete approfondire
la conoscenza dei nostri prodotti e sviluppare altri progetti per la dosatura
controllata dei fluidi, vi invitiamo a discutere la vostra applicazione con i
nostri Specialisti di prodotto.
Non c’è nessun costo e nessun obbligo per questo servizio di studio
applicativo; inoltre garantiamo che le informazioni che ci fornirete non
verranno divulgate a terzi. In presenza di un’applicazione con caratteristiche
di fattibilità, saremo lieti di farvi provare i nostri sistemi per un periodo
massimo gratuito di 30 giorni.
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