微量高粘性液体非接触式分配机理及方法研究

胶粘剂、银浆等液体的微量精确分配是电子工业领域不可或缺的技术手段，现代电子封装技术对其提出了越来越高的要求，如：液滴微量化、高粘度适应性及复杂环境下体积调控灵活性等。传统分配方案已不能满足上述要求，严重制约电子封装技术的进一步发展。课题将基于尺度效应研究高粘性微液滴的非接触式分配机理，建立机械、流体特性参数与分配液体体积的关系模型，分析小尺度条件下实现可靠非接触式分配的临界条件；在机理分析基础上，根据驱动能量最优原则，发展一种压电-机械复合驱动的新型分配方法，以获得对微量、高粘液体的非接触式分配能力；开展压电-机械-流体复杂机电系统的动态分析与优化，研究分配体积的自动调控方法，实现高粘性液体的自动化、微量精确、体积可控的智能分配操作。课题对阐明高粘性液体的微量分配机制，促进电子封装领域的自动化装备发展具有重要意义。

微量高粘性液体材料的快速精确分配操作，是微电子封装领域不可或缺的技术手段。本课题针对液滴微量化、高粘度适应性及复杂环境下体积调控灵活性等现代电子封装技术对液滴分配提出的需求，提出了一种压电——机械复合驱动的新型分配方法并基于此研制成功基于压电撞针式微喷系统，实现微量高粘性液滴的非接触式分配操作。.首先，课题基于键合图理论构建了微喷系统的动态数学模型，研究了系统结构、控制参数对分配过程的影响；通过量纲分析和数值模拟，研究了微量高粘性液滴形成和脱离机理，给出液滴非接触式脱离需要满足的三个条件，并对粘度梯度进行了划分，给出了各梯度内系统参数的控制范围；在上述理论研究的基础上，设计开发了压电驱动撞针式喷射阀，并搭建了一套由气路控制、压电驱动、监测、温控等模块构成的控制系统；接下来基于模糊自适应PID控制方法，利用精密天平实时称取液滴质量，实现了微量液体的快速灵活精确分配操作，为可控精确的液滴分配操作提供了技术支持；最后，开展了微量液体分配实验，结果表明：该喷射系统能够分配100000mPa.s粘度范围内的液体材料，分配后的液滴形状规则，一致性较好；针对不同粘度液体分配实验表明，该系统可获取的最小液滴达48nL，喷射频率可达200 点/秒，分配精度小于8%，达到良好效果。