基于柔性铰链型位移放大机构的高速喷射点胶头研究

摘要

流体点胶技术是微电子封装行业的关键技术之一，它是一种以受控的方式对胶体进行精确分配的技术。开关阀式喷射点胶技术，相比其它喷射点胶技术，有着胶体适用范围广、工作效率高、喷射胶点一致性好的优点，是流体点胶技术中最重要的发展趋势。针对国内在开关阀式喷射点胶技术中频率较低、胶点体积过大等缺点，本文的研究目的是设计开发出一套以压电陶瓷叠堆作为驱动源的具有自主知识产权的开关阀式喷射点胶头，实现对胶体的高频微量喷射。主要的研究工作如下:
　　(1)提出了开关阀式喷射点胶头中核心部分——位移放大机构的设计方案，通过有限元仿真确定了该放大机构的特征尺寸参数，以此参数加工出位移放大机构样机并进行测试，在压电陶瓷通入电压为200V的条件下，获得最大位移输出为367μm，与仿真结果一致，满足了开关阀式喷射点胶头对阀杆位移的应用要求。
　　(2)对开关阀式喷射点胶头的点胶过程进行理论分析并建立了流体动力学模型，以此为指导，通过流体仿真软件对比了阀杆与阀座分别为锥面-锥面配合、球面-锥面配合、球面-球面配合等几种组合形式喷嘴的喷射性能，基于工业实际中使用胶体粘度范围广的考虑，最终确定了球面-球面配合的阀杆与阀座配合形式，并对影响该喷嘴性能的阀杆升程和速度参数进行了仿真分析。
　　(3)完成了开关阀式喷射点胶头的整体设计和装配，设计了阀杆-阀座研磨装置，解决了点胶头的密封问题，在此基础上搭建了包括压电叠堆测温系统、压电叠堆驱动系统等子系统的完整测试系统。
　　(4)通过对比分析，选择甘油作为实验材料，完成了供料压力、驱动方波占空比、驱动方波频率对喷射胶点直径影响的实验和分析，实验采用粘度为180cps的甘油/酒精混合液能达到的最大喷射频率为400Hz，最小胶点直径为525μm。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 流体点胶技术的应用背景

1．2 流体点胶技术的分类

1．3 喷射点胶技术的分类与原理

1．3．1 热气泡式

1．3．2 压电式

1．3．3 超声聚焦式

1．3．4 气动式

1．3．5 电磁力驱动式

1．3．6 开关阀式

1．4 开关阀式点胶技术的研究进展

1．5 开关阀式点胶头驱动方式的对比与选择

1．6 开关阀式点胶头位移放大机构的对比及方案改进

1．7 研究目标

1．8 本文的研究内容

第二章 基于柔性铰链的位移放大机构仿真设计与实验测试

2．1 压电陶瓷叠堆的驱动特性与选型

2．2 基于柔性铰链的位移放大机构仿真分析

2．2．1 位移放大机构的有限元仿真模型及考察参数

2．2．2 位移放大机构的静态性能仿真计算

2．2．3 位移放大机构的尺寸确定及谐振频率仿真验算

2．2．4 不同结构位移放大机构的性能对比

2．3 位移放大机构的性能测试

2．3．1 位移放大机构输出位移与电压关系测试

2．3．2 位移放大机构在不同驱动电源下的性能对比

2．4 小结

第三章 开关阀式喷嘴的设计与仿真优化

3．1 开关阀式喷射点胶过程的理论分析

3．1．1 开关阀式喷射点胶过程

3．1．2 开关阀式喷射点胶过程的流体动力学模型

3．2 喷射点胶头喷嘴的仿真设计

3．2．1 喷嘴腔的配合形式

3．2．2 喷嘴腔仿真模型及参数

3．2．3 流体仿真中考查参数的选择

3．2．4 不同配合形式喷嘴工作平均压强P的对比分析

3．2．5 不同配合形式喷嘴胶体流出时间t0的对比分析

3．2．6 不同配合形式喷嘴胶体射流持续时间ts的对比分析

3．2．7 不同配合形式喷嘴的综合分析

3．3 阀杆升程与速度对喷嘴性能的影响

3．3．1 阀杆升程对喷嘴性能影响的仿真分析

3．3．2 阀杆速度对喷嘴性能影响的仿真分析

3．4 小结

第四章 喷射点胶头测试系统的搭建

4．1 喷射点胶头结构设计与加工

4．1．1 点胶头的结构与装配

4．1．2 点胶头的间隙分析

4．1．3 阀杆-阀座研磨装置

4．2 喷射点胶头测试系统介绍

4．2．1 喷射点胶头测试系统概述

4．2．2 压电叠堆测温子系统

4．2．3 压电叠堆驱动子系统

4．2．4 胶体温度控制子系统

4．2．5 气动子系统与收集平台子系统

4．3 小结

第五章 点胶头喷射性能的实验研究

5．1 流体材料的选择

5．1．1 影响点胶头喷射实验的胶体特性参数

5．1．2 部分胶体的特性参数及喷射材料的选择

5．2 甘油初步喷射实验

5．2．1 不同供料压力的喷射实验分析

5．2．2 不同方波占空比的喷射实验分析

5．2．3 不同方波频率的喷射实验分析

5．3 小结

第六章 总结与展望

6．1 研究总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的科研成果