本文關(guān)鍵詞：壓電式非接觸噴射焊錫膏體機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：SMT(表面貼裝技術(shù))具有很多有益的特點(diǎn),比如元器件密集、造價(jià)低、易于元件集成、產(chǎn)品穩(wěn)定、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)等,電子元器件在電路板中的固定和封裝是電子產(chǎn)品在制造生產(chǎn)中的核心工藝,電子元器件的固定方式應(yīng)用最為廣泛的是焊錫膏焊接固定。在SMT生產(chǎn)工藝中,將焊錫膏印刷或分配在電路板焊盤上往往是整個(gè)SMT生產(chǎn)工藝的第一個(gè)工序,同時(shí)也是最為關(guān)鍵和重要的工藝,其會(huì)影響到整條生產(chǎn)線的效率和產(chǎn)品整體的性能和可靠性。傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷工藝存在著很多缺陷,焊錫膏的量過多或者過少甚至漏印、量不均勻、印刷圖形錯(cuò)位、有凹陷、有斷點(diǎn)、圖形拉尖、焊錫膏塌落、圖形污染、錫球橋連等缺陷。結(jié)合微滴噴射技術(shù),壓電微滴噴射技術(shù)具有精度高、響應(yīng)快,尤其是壓電撞針式微滴噴射技術(shù)可以噴射液體的粘度范圍廣泛,所以本文提出一種壓電撞針式焊錫膏微滴噴射機(jī)構(gòu),對(duì)焊錫膏這種液固兩相流體的噴射理論進(jìn)行分析,研究影響其噴射的各種因素,根據(jù)理論分析并制作樣機(jī),對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析,主要內(nèi)容如下:1、焊錫膏體非接觸噴射微滴成型原理的分析從焊錫膏的成分構(gòu)成中,我們可以將其近似的認(rèn)為是由單一固相和液相組成的液固兩相混合物。對(duì)比焊錫膏同普通膠水的差別,其含有軟性材質(zhì)的金屬合金,從該方面入手分析,焊錫膏體噴射裝置應(yīng)有別于傳統(tǒng)的膠水噴射裝置,其撞針與噴嘴不能相互接觸,必須留有一定的間隙。分析了產(chǎn)生焊錫膏微滴的成型原理和成型過程,并闡述了采用壓電材料作為驅(qū)動(dòng)源可以得到頻率更高、精度更高的焊錫膏微滴噴射。2、焊錫膏體流動(dòng)的基本特性分析從兩相流體的流型入手,考慮焊錫膏的濃度,可以將焊錫膏體的流動(dòng)看做是一種賓漢流體的均質(zhì)流。分析均質(zhì)液固兩相流體的賓漢塑性體模型的雷諾數(shù),可以判定焊錫膏這種液固兩相流體在非常細(xì)小的管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)是層流運(yùn)動(dòng)。根據(jù)均質(zhì)液固兩相流體流動(dòng)時(shí),切應(yīng)力在直徑方向上的分布規(guī)律,得到了焊錫膏體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)速度在直徑方向上的分布,推導(dǎo)了焊錫膏體流動(dòng)時(shí)的阻力方程,得到了阻力與平均流速、管道直徑、有限粘度等的關(guān)系。3、焊錫膏微滴噴射的流體動(dòng)力學(xué)理論和仿真分析分析了焊錫膏微滴噴射的三個(gè)階段的工作過程流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài),分析焊錫膏微滴的受力狀態(tài),可以得到撞擊產(chǎn)生的慣性力、拉伸粘性力和表面張力之間的關(guān)系,得到了微滴噴射的條件。根據(jù)本文所提出的壓電焊錫膏微滴噴射的理論和結(jié)構(gòu),利用FLUENT仿真了不同結(jié)構(gòu)對(duì)于微滴噴射的影響,根據(jù)仿真的結(jié)果和聚焦原理的啟示,提出了內(nèi)凹球面結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)撞針,并利用mixture模型仿真不同曲率半徑的撞針,通過對(duì)比得到的噴嘴中心的速度大小,得到了在本文特定假設(shè)情況下的最優(yōu)的曲率半徑。并根據(jù)仿真后壓強(qiáng)的分布,對(duì)噴嘴內(nèi)部的流道進(jìn)行了優(yōu)化。在該結(jié)構(gòu)下,分別仿真了噴嘴直徑、撞針的運(yùn)動(dòng)時(shí)間、供膠壓力等不同的參數(shù)對(duì)焊錫膏微滴噴射的影響。4、壓電焊錫膏微噴結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析詳細(xì)介紹了壓電微噴焊錫膏閥的工作原理和對(duì)主要結(jié)構(gòu)的分析。首先,分析了杠桿放大結(jié)構(gòu)的放大倍數(shù)和對(duì)杠桿進(jìn)行了校核及仿真驗(yàn)證了杠桿設(shè)計(jì)的合理性。其次,對(duì)撞針進(jìn)行了穩(wěn)定性分析,得到撞針的長(zhǎng)度與其穩(wěn)定性成反比。最后,分別用Matlab和ANASYS軟件對(duì)整個(gè)放大系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析,驗(yàn)證杠桿式位移放大系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性,同時(shí)這些仿真結(jié)果對(duì)我們后續(xù)調(diào)節(jié)壓電焊錫膏微噴裝置有一定的理論指導(dǎo)意義。5、壓電焊錫膏微噴系統(tǒng)的性能分析構(gòu)建了焊錫膏微滴噴射系統(tǒng)測(cè)試所需要的各種設(shè)備和儀器,對(duì)于該微滴噴射裝置所用放大結(jié)構(gòu)及撞針的輸出特性進(jìn)行了靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試,得到了在不同的電壓下撞針的位移輸出,并同在相同電壓下的壓電疊堆的位移進(jìn)行了比較,得到了實(shí)際的結(jié)構(gòu)位移放大倍數(shù)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓為100v時(shí),壓電疊堆的位移輸出為31.61μm,撞針的位移輸出達(dá)到了202.465μm。在動(dòng)態(tài)測(cè)試中,我們可以觀察到撞針抬起和下降的時(shí)間,并且依此可以得到在最大理論位移情況下的最大使用頻率為769Hz。6、壓電焊錫膏微噴系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試針對(duì)影響焊錫膏微滴噴射的一些因素,撞針與噴嘴的間隙、驅(qū)動(dòng)電壓的大小、開閥時(shí)間、驅(qū)動(dòng)氣壓,分別在不同的變量下,測(cè)試這些因素對(duì)焊錫膏微滴噴射的影響。測(cè)試實(shí)驗(yàn)表明,撞針與噴嘴之間的間隙越小,噴射力度越大,噴射出的微滴質(zhì)量也就越大;驅(qū)動(dòng)電壓越大,噴射出的微滴質(zhì)量也越大;在撞針完全上升到最高點(diǎn)后,開閥時(shí)間對(duì)微滴噴射的影響是較小的;同樣驅(qū)動(dòng)氣壓對(duì)焊錫微滴的大小的影響也有限。但是如果要長(zhǎng)期穩(wěn)定的噴射,需要協(xié)調(diào)好這些參數(shù),設(shè)置合理的參數(shù)同樣很重要。在如下條件下:驅(qū)動(dòng)電壓80V,噴嘴大小0.1mm,開閥時(shí)間2.0ms,驅(qū)動(dòng)氣壓0.6MPa,撞針同噴嘴之間的間隙設(shè)定為10μm,對(duì)焊錫膏微滴噴射的重復(fù)精度作了測(cè)試,結(jié)果表明重復(fù)性精度誤差在3.2%之內(nèi)。
【關(guān)鍵詞】：壓電驅(qū)動(dòng) 杠桿放大 焊錫膏體 微滴噴射 兩相流體 FLUENT MIXTURE兩相流場(chǎng)仿真
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN405
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-14
• 第1章 緒論14-40
• 1.1 選題背景14-15
• 1.2 表面貼裝技術(shù)概述15-20
• 1.2.1 表面貼裝技術(shù)15-16
• 1.2.2 表面貼裝工藝流程16-20
• 1.3 焊錫膏的分配方法20-29
• 1.3.1 焊錫膏的印刷工藝20-23
• 1.3.2 基于網(wǎng)版印刷的改進(jìn)方法23-25
• 1.3.3 焊錫膏滴注工藝25-27
• 1.3.4 焊錫膏噴印工藝27-29
• 1.4 微滴噴射技術(shù)概述29-37
• 1.4.1 壓縮氣體驅(qū)動(dòng)方式29-30
• 1.4.2 直線微注射閥控式30
• 1.4.3 壓電驅(qū)動(dòng)方式30-36
• 1.4.4 其他微滴噴射技術(shù)36-37
• 1.5 本文的研究?jī)?nèi)容37-40
• 第2章 疊堆式壓電陶瓷基礎(chǔ)理論40-56
• 2.1 壓電陶瓷簡(jiǎn)介40-44
• 2.1.1 壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)40-41
• 2.1.2 壓電方程41-42
• 2.1.3 壓電材料的主要性能參數(shù)42-44
• 2.2 壓電疊堆的結(jié)構(gòu)44-45
• 2.3 壓電疊堆的特性參數(shù)45-55
• 2.3.1 壓電疊堆的容抗特性45-47
• 2.3.2 壓電疊堆的響應(yīng)特性47-49
• 2.3.3 壓電疊堆的力學(xué)特性49-52
• 2.3.4 壓電疊堆的遲滯效應(yīng)52-53
• 2.3.5 壓電疊堆的溫度特性53
• 2.3.6 壓電疊堆的蠕變特性53-54
• 2.3.7 壓電疊堆的剛度特性54-55
• 2.4 本章小結(jié)55-56
• 第3章 非接觸噴射焊錫膏顆粒流體動(dòng)力學(xué)原理56-82
• 3.1 焊錫膏的成分及性質(zhì)56-58
• 3.1.1 固相合金粉末56-57
• 3.1.2 助焊劑57-58
• 3.2 焊錫膏非接觸噴射微滴成型原理58-60
• 3.3 兩相流體的基本特性60-65
• 3.3.1 兩相流的流型60-64
• 3.3.2 兩相流體在管道內(nèi)的流動(dòng)形態(tài)64-65
• 3.4 焊錫膏的管流特性65-69
• 3.4.1 焊錫膏的流態(tài)65-66
• 3.4.2 焊錫膏流動(dòng)時(shí)的速度分布66-69
• 3.4.3 焊錫膏流動(dòng)的阻力特性69
• 3.5 焊錫膏微滴噴射的流體動(dòng)力學(xué)理論69-73
• 3.6 焊錫膏體的流動(dòng)仿真分析73-81
• 3.6.1 撞針結(jié)構(gòu)對(duì)焊錫膏微滴噴射的影響73-78
• 3.6.2 噴嘴直徑對(duì)焊錫膏微滴噴射的影響78-79
• 3.6.3 撞針的運(yùn)動(dòng)時(shí)間對(duì)焊錫膏微滴噴射的影響79-80
• 3.6.4 供膠壓力對(duì)焊錫膏微滴噴射的影響80-81
• 3.7 小結(jié)81-82
• 第4章 壓電焊錫膏微噴裝置的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析82-96
• 4.1 壓電焊錫膏微噴裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理82-83
• 4.1.1 壓電焊錫膏微噴裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)82
• 4.1.2 壓電焊錫膏微噴裝置的工作原理82-83
• 4.2 杠桿位移放大結(jié)構(gòu)的分析83-87
• 4.2.1 杠桿力學(xué)模型分析84-85
• 4.2.2 杠桿放大機(jī)構(gòu)的放大倍數(shù)85-86
• 4.2.3 杠桿放大機(jī)構(gòu)的輸入剛度和輸出剛度86-87
• 4.3 撞針的力學(xué)特性研究87-89
• 4.4 壓電焊錫膏微噴裝置的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析89-94
• 4.4.1 壓電焊錫膏微噴裝置的動(dòng)力學(xué)模型89-91
• 4.4.2 壓電微噴焊錫膏閥的MATLAB動(dòng)力學(xué)分析91-93
• 4.4.3 壓電微噴焊錫膏閥的ANSYS動(dòng)力學(xué)有限元分析93-94
• 4.5 本章小結(jié)94-96
• 第5章 壓電焊錫膏微滴噴射實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及其結(jié)果分析96-111
• 5.1 壓電焊錫膏微噴系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建96-98
• 5.2 壓電疊堆放大機(jī)構(gòu)的測(cè)試98-101
• 5.2.1 靜態(tài)測(cè)試98-99
• 5.2.2 動(dòng)態(tài)測(cè)試99-101
• 5.3 焊錫膏微滴噴射精度測(cè)試101-108
• 5.3.1 撞針與噴嘴間隙對(duì)焊錫膏微滴噴射的影響102-103
• 5.3.2 驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)焊錫膏微滴噴射的影響103-105
• 5.3.3 開閥時(shí)間對(duì)焊錫膏微滴噴射的影響105-106
• 5.3.4 驅(qū)動(dòng)氣壓對(duì)焊錫膏微滴噴射的影響106-108
• 5.4 焊錫膏微滴噴射重復(fù)性測(cè)試108-109
• 5.5 本章小結(jié)109-111
• 第6章 結(jié)論、創(chuàng)新性與展望111-113
• 6.1 結(jié)論111-112
• 6.2 創(chuàng)新性112
• 6.3 展望112-113
• 參考文獻(xiàn)113-122
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間所取得的科研成果122-126
• 1. 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文122-123
• 2. 申請(qǐng)的國(guó)家專利123-124
• 3.獲獎(jiǎng)情況124
• 4. 參加的科研項(xiàng)目124-125
• 5.作者簡(jiǎn)介125-126
• 致謝126

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