當下社會,電子信息技術(shù)迅猛地發(fā)展和人們對消費電子類產(chǎn)品需求的日益增高,使得手機、平板、電腦等智能電子產(chǎn)品日新月異,并向多樣化、新穎化、微型化和智能化的方向快速發(fā)展。同時,這些智能電子產(chǎn)品內(nèi)部的元器件也愈發(fā)微小,其生產(chǎn)組裝工藝也更加精細,特別是大屏幕窄邊框等手機組裝工藝的出現(xiàn),對粘接膠線的精細度提出了更高的要求,但同時也需要更高粘度、更佳粘接性能的膠水與之配合。熔融狀態(tài)的熱熔膠屬于高粘度膠水,其粘接性能優(yōu)異,目前在電子封裝領(lǐng)域使用的最為廣泛。若要完成高粘度熱熔膠微滴的噴射成型,點膠領(lǐng)域現(xiàn)有的各類壓電噴射閥均必須在高電壓的作用下,驅(qū)動撞針高速大力地沖擊噴嘴,但是高電壓往往會產(chǎn)生較大的撞針運動位移,而大位移便會造成噴射的膠點尺寸過大,從而無法滿足精密電子元器件粘接與封裝的工藝要求。目前,行業(yè)內(nèi)可獲得的高粘度熱熔膠的最小噴射點徑在270μm左右,而250μm是現(xiàn)階段點膠領(lǐng)域內(nèi)的專家學(xué)者在集中攻克的一個目標。因此本文提出雙撞針式壓電驅(qū)動熱熔膠噴射閥,使用雙撞針二次撞擊的驅(qū)動形式進行點膠,使撞針能以更高的速度、更小的位移沖擊噴嘴,從而形成更小尺寸的熱熔膠微滴的噴射成型,以更加完美地匹配當今時代3C行業(yè)電子封裝工藝的要求。本文結(jié)合了流體力學(xué)、材料力學(xué)、振動力學(xué)和彈性力學(xué)等知識對所設(shè)計的系統(tǒng)進行分析,并應(yīng)用Fluent、Matlab、Ansys和Ls-dyna等軟件對構(gòu)建的模型進行仿真分析,最后通過實驗對理論進行驗證。本文具體的研究工作及研究結(jié)果如下:(1)噴射點膠過程的流體力學(xué)分析首先確定本文所研究的介質(zhì)即熔融狀態(tài)熱熔膠的流型及其本構(gòu)方程;接著,對粘性液滴噴射成型的必要條件進行分析,得到粘性液滴的噴射速度必須大于一定值,才能形成完整的噴射成型,且液滴的噴射速度越大,系統(tǒng)的噴射能力相應(yīng)地也越強;然后對液滴噴射速度的影響因素進行理論計算并得到相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,后又對液滴噴射的體積進行理論計算并得到相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)兩個數(shù)學(xué)模型分別定性分析了撞針運動速度對液滴噴射速度的影響,撞針運動位移對液滴噴射體積的影響;最后,應(yīng)用Fluent軟件對液滴噴射過程中,撞針與噴嘴包封區(qū)域瞬時壓力的變化情況進行仿真分析,并通過仿真研究了撞針運動速度對于液滴噴射速度的影響,撞針運動位移對于液滴噴射重量的影響,并與前文的數(shù)學(xué)模型進行對比分析,得到的結(jié)論一致。這為本文的雙撞針二次撞擊結(jié)構(gòu)中撞針高沖擊速度、小運動位移的設(shè)計思路提供了堅實的理論依據(jù)。(2)雙撞針二次撞擊結(jié)構(gòu)的動力學(xué)分析首先詳細介紹了雙撞針式壓電驅(qū)動熱熔膠噴射閥的結(jié)構(gòu)及工作原理,并闡明該結(jié)構(gòu)所具有的優(yōu)勢;接著,通過模塊化設(shè)計將系統(tǒng)分為驅(qū)動子系統(tǒng)和執(zhí)行子系統(tǒng),并分別建立振動力學(xué)模型,求解兩個子系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及固有頻率,并通過Matlab對兩個子系統(tǒng)進行仿真以指導(dǎo)壓電疊堆、下撞針、上下撞針回復(fù)彈簧的設(shè)計和選型;然后,建立雙撞針與噴嘴的二次撞擊力學(xué)模型,運用特征線法和能量守恒定律求解終端(下撞針)的撞擊力和撞擊速度、輸入端(上撞針)的撞擊力和撞擊速度,并通過定性分析得出,若要終端(下撞針)的撞擊速度比輸入(上撞針)速度大,即實現(xiàn)速度放大,我們在設(shè)計結(jié)構(gòu)時需適當減小下撞針的質(zhì)量或者減小下撞針回復(fù)彈簧的剛度,再或者適當減小下撞針的運動位移;之后,應(yīng)用Ls-dyna軟件對雙撞針和噴嘴的二次撞擊模型進行動力學(xué)仿真,并與前文的理論分析進行比較。在本文選定的參數(shù)條件下,仿真得到,當上撞針以0.8m/s的速度沖擊下撞針時,撞擊瞬間下撞針的速度提升為0.88m/s,因受到膠液阻力和彈簧回復(fù)力的作用,最后下撞針撞擊噴嘴的速度為0.85m/s,但是實現(xiàn)了速度的放大;上撞針沖擊下撞針的撞擊力為213N,而下撞針沖擊噴嘴的撞擊力提升為560N,也實現(xiàn)了撞擊力的放大。最后,設(shè)計了本裝置的溫度控制系統(tǒng),并且應(yīng)用Ansys軟件對系統(tǒng)進行熱力學(xué)仿真,得到當加熱塊溫度設(shè)置為110℃時,加熱筒溫度設(shè)置為100℃時,主管道內(nèi)膠水流經(jīng)區(qū)域以及噴嘴口膠液待噴射區(qū)域的溫度均分布在100℃-110℃之間,滿足熱熔膠保持熔融狀態(tài)且符合最佳使用性能的溫度要求。(3)雙撞針式壓電驅(qū)動熱熔膠噴射閥的實驗研究首先搭建速度測試實驗平臺,測得當系統(tǒng)的驅(qū)動電壓在40V-100V之間時,下撞針的運動速度大于上撞針的運動速度,且二者的速度之差逐漸增大,證明在一定的電壓區(qū)間內(nèi),雙撞針結(jié)構(gòu)具有速度放大的作用;然后通過實驗測得,下撞針的運動速度越大,系統(tǒng)對于膠液的噴射能力越強,當下撞針的運動速度小于0.32m/s時,膠滴附著在噴嘴口導(dǎo)致“掛膠”,當下撞針的運動速度大于0.32m/s時,液滴才開始噴射成型,但是下撞針的運動速度對于噴射膠量的影響甚微;除此之外,系統(tǒng)噴射膠液的重量隨下撞針位移的增加而增加,但撞針位移過大或者過小均會出現(xiàn)“掛膠”現(xiàn)象。實驗測得,在40V驅(qū)動電壓的作用下,選擇球頭半徑為0.75mm的下撞針,選擇孔徑和內(nèi)錐角分別為0.1mm和90°的噴嘴,設(shè)定下撞針位移為0.1mm時,系統(tǒng)噴射膠液的重量和體積最小,膠重均值為0.01mg,平均直徑為234μm,突破了250μm這一點徑目標,且噴射的精度在±2.5%以內(nèi);除此之外,通過實驗驗證了由上述最小的熱熔膠微滴連成的膠線滿足模擬手機邊框的粘接力要求;最后,搭建系統(tǒng)的撞擊力測試平臺,實驗測得,當驅(qū)動電壓為100V,在該電壓下的上撞針以0.68m/s的速度撞擊下撞針,受到?jīng)_擊后的下撞針以0.8m/s的速度撞擊噴嘴,此時瞬時撞擊力約為593N,這與前文的仿真結(jié)果接近。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TN05
【部分圖文】：

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文4圖1.1熱熔膠涂布機根據(jù)不同的粘接與涂布工藝，熱熔膠涂布機又需配備不同的涂布機構(gòu)，如刮涂機構(gòu)、網(wǎng)紋涂布機構(gòu)、壓延涂布機構(gòu)。1）刮涂機構(gòu)圖1.2為刮涂機構(gòu)及通過該機構(gòu)涂成的膠的樣式，常規(guī)的熱熔膠涂布機在涂布過程中往往會涂膠不均勻，這就需要額外配備刮膠機構(gòu)，將基材上的熱熔膠刮涂均勻。刮涂機構(gòu)的主體是鋼絲刮刀、不銹鋼片刮刀、氣流刮刀、刮棒等[26-27]。圖1.2刮涂機構(gòu)2）網(wǎng)紋涂布機構(gòu)圖1.3為網(wǎng)紋涂布機構(gòu)及通過該機構(gòu)涂成的膠的樣式，網(wǎng)紋涂布機構(gòu)主要利用網(wǎng)紋涂布輥來實施涂布上膠，其涂布量相對準確且涂布均勻。但如果熱熔膠的種類和涂布網(wǎng)紋輥確定之后，就很難調(diào)整其涂布的膠量，這也是上述網(wǎng)紋涂布輥的應(yīng)用受到限制的最主要原因。采用網(wǎng)紋輥進行涂膠時，涂布的膠量主要與膠水粘度和網(wǎng)紋輥的凹眼深度有關(guān)。凹眼越深，膠水從網(wǎng)紋輥的凹眼轉(zhuǎn)移到基材上的量也越多；反之，凹眼越淺，轉(zhuǎn)移到基材上的量也相應(yīng)地減校除此之外，膠水粘度過小和過大都不利于膠

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文4圖1.1熱熔膠涂布機根據(jù)不同的粘接與涂布工藝，熱熔膠涂布機又需配備不同的涂布機構(gòu)，如刮涂機構(gòu)、網(wǎng)紋涂布機構(gòu)、壓延涂布機構(gòu)。1）刮涂機構(gòu)圖1.2為刮涂機構(gòu)及通過該機構(gòu)涂成的膠的樣式，常規(guī)的熱熔膠涂布機在涂布過程中往往會涂膠不均勻，這就需要額外配備刮膠機構(gòu)，將基材上的熱熔膠刮涂均勻。刮涂機構(gòu)的主體是鋼絲刮刀、不銹鋼片刮刀、氣流刮刀、刮棒等[26-27]。圖1.2刮涂機構(gòu)2）網(wǎng)紋涂布機構(gòu)圖1.3為網(wǎng)紋涂布機構(gòu)及通過該機構(gòu)涂成的膠的樣式，網(wǎng)紋涂布機構(gòu)主要利用網(wǎng)紋涂布輥來實施涂布上膠，其涂布量相對準確且涂布均勻。但如果熱熔膠的種類和涂布網(wǎng)紋輥確定之后，就很難調(diào)整其涂布的膠量，這也是上述網(wǎng)紋涂布輥的應(yīng)用受到限制的最主要原因。采用網(wǎng)紋輥進行涂膠時，涂布的膠量主要與膠水粘度和網(wǎng)紋輥的凹眼深度有關(guān)。凹眼越深，膠水從網(wǎng)紋輥的凹眼轉(zhuǎn)移到基材上的量也越多；反之，凹眼越淺，轉(zhuǎn)移到基材上的量也相應(yīng)地減校除此之外，膠水粘度過小和過大都不利于膠

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文4圖1.1熱熔膠涂布機根據(jù)不同的粘接與涂布工藝，熱熔膠涂布機又需配備不同的涂布機構(gòu)，如刮涂機構(gòu)、網(wǎng)紋涂布機構(gòu)、壓延涂布機構(gòu)。1）刮涂機構(gòu)圖1.2為刮涂機構(gòu)及通過該機構(gòu)涂成的膠的樣式，常規(guī)的熱熔膠涂布機在涂布過程中往往會涂膠不均勻，這就需要額外配備刮膠機構(gòu)，將基材上的熱熔膠刮涂均勻。刮涂機構(gòu)的主體是鋼絲刮刀、不銹鋼片刮刀、氣流刮刀、刮棒等[26-27]。圖1.2刮涂機構(gòu)2）網(wǎng)紋涂布機構(gòu)圖1.3為網(wǎng)紋涂布機構(gòu)及通過該機構(gòu)涂成的膠的樣式，網(wǎng)紋涂布機構(gòu)主要利用網(wǎng)紋涂布輥來實施涂布上膠，其涂布量相對準確且涂布均勻。但如果熱熔膠的種類和涂布網(wǎng)紋輥確定之后，就很難調(diào)整其涂布的膠量，這也是上述網(wǎng)紋涂布輥的應(yīng)用受到限制的最主要原因。采用網(wǎng)紋輥進行涂膠時，涂布的膠量主要與膠水粘度和網(wǎng)紋輥的凹眼深度有關(guān)。凹眼越深，膠水從網(wǎng)紋輥的凹眼轉(zhuǎn)移到基材上的量也越多；反之，凹眼越淺，轉(zhuǎn)移到基材上的量也相應(yīng)地減校除此之外，膠水粘度過小和過大都不利于膠
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本文編號：2874713