本文關鍵詞：壓電式非接觸噴射焊錫膏體機理及實驗研究

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【摘要】：SMT(表面貼裝技術(shù))具有很多有益的特點,比如元器件密集、造價低、易于元件集成、產(chǎn)品穩(wěn)定、易于實現(xiàn)自動化生產(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SMT生產(chǎn)工藝的第一個工序,同時也是最為關鍵和重要的工藝,其會影響到整條生產(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、印刷圖形錯位、有凹陷、有斷點、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構(gòu),對焊錫膏這種液固兩相流體的噴射理論進行分析,研究影響其噴射的各種因素,根據(jù)理論分析并制作樣機,對其進行實驗測試分析,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為是由單一固相和液相組成的液固兩相混合物。對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小的管道內(nèi)流動時是層流運動。根據(jù)均質(zhì)液固兩相流體流動時,切應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)流動時速度在直徑方向上的分布,推導了焊錫膏體流動時的阻力方程,得到了阻力與平均流速、管道直徑、有限粘度等的關系。3、焊錫膏微滴噴射的流體動力學理論和仿真分析分析了焊錫膏微滴噴射的三個階段的工作過程流體運動狀態(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)動撞針,并利用mixture模型仿真不同曲率半徑的撞針,通過對比得到的噴嘴中心的速度大小,得到了在本文特定假設情況下的最優(yōu)的曲率半徑。并根據(jù)仿真后壓強的分布,對噴嘴內(nèi)部的流道進行了優(yōu)化。在該結(jié)構(gòu)下,分別仿真了噴嘴直徑、撞針的運動時間、供膠壓力等不同的參數(shù)對焊錫膏微滴噴射的影響。4、壓電焊錫膏微噴結(jié)構(gòu)的動力學分析詳細介紹了壓電微噴焊錫膏閥的工作原理和對主要結(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)和對杠桿進行了校核及仿真驗證了杠桿設計的合理性。其次,對撞針進行了穩(wěn)定性分析,得到撞針的長度與其穩(wěn)定性成反比。最后,分別用Matlab和ANASYS軟件對整個放大系統(tǒng)進行了仿真分析,驗證杠桿式位移放大系統(tǒng)設計的合理性,同時這些仿真結(jié)果對我們后續(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)測試所需要的各種設備和儀器,對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行了靜態(tài)測試和動態(tài)測試,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行了比較,得到了實際的結(jié)構(gòu)位移放大倍數(shù)。當驅(qū)動電壓為100v時,壓電疊堆的位移輸出為31.61μm,撞針的位移輸出達到了202.465μm。在動態(tài)測試中,我們可以觀察到撞針抬起和下降的時間,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)的實驗測試針對影響焊錫膏微滴噴射的一些因素,撞針與噴嘴的間隙、驅(qū)動電壓的大小、開閥時間、驅(qū)動氣壓,分別在不同的變量下,測試這些因素對焊錫膏微滴噴射的影響。測試實驗表明,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后,開閥時間對微滴噴射的影響是較小的;同樣驅(qū)動氣壓對焊錫微滴的大小的影響也有限。但是如果要長期穩(wěn)定的噴射,需要協(xié)調(diào)好這些參數(shù),設置合理的參數(shù)同樣很重要。在如下條件下:驅(qū)動電壓80V,噴嘴大小0.1mm,開閥時間2.0ms,驅(qū)動氣壓0.6MPa,撞針同噴嘴之間的間隙設定為10μm,對焊錫膏微滴噴射的重復精度作了測試,結(jié)果表明重復性精度誤差在3.2%之內(nèi)。
【關鍵詞】：壓電驅(qū)動 杠桿放大 焊錫膏體 微滴噴射 兩相流體 FLUENT MIXTURE兩相流場仿真
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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)動方式29-30
• 1.4.2 直線微注射閥控式30
• 1.4.3 壓電驅(qū)動方式30-36
• 1.4.4 其他微滴噴射技術(shù)36-37
• 1.5 本文的研究內(nèi)容37-40
• 第2章 疊堆式壓電陶瓷基礎理論40-56
• 2.1 壓電陶瓷簡介40-44
• 2.1.1 壓電效應和逆壓電效應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 壓電疊堆的響應特性47-49
• 2.3.3 壓電疊堆的力學特性49-52
• 2.3.4 壓電疊堆的遲滯效應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力學原理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 焊錫膏流動時的速度分布66-69
• 3.4.3 焊錫膏流動的阻力特性69
• 3.5 焊錫膏微滴噴射的流體動力學理論69-73
• 3.6 焊錫膏體的流動仿真分析73-81
• 3.6.1 撞針結(jié)構(gòu)對焊錫膏微滴噴射的影響73-78
• 3.6.2 噴嘴直徑對焊錫膏微滴噴射的影響78-79
• 3.6.3 撞針的運動時間對焊錫膏微滴噴射的影響79-80
• 3.6.4 供膠壓力對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計與結(jié)構(gòu)分析82-96
• 4.1 壓電焊錫膏微噴裝置的結(jié)構(gòu)設計及工作原理82-83
• 4.1.1 壓電焊錫膏微噴裝置的結(jié)構(gòu)設計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 杠桿力學模型分析84-85
• 4.2.2 杠桿放大機構(gòu)的放大倍數(shù)85-86
• 4.2.3 杠桿放大機構(gòu)的輸入剛度和輸出剛度86-87
• 4.3 撞針的力學特性研究87-89
• 4.4 壓電焊錫膏微噴裝置的結(jié)構(gòu)動力學分析89-94
• 4.4.1 壓電焊錫膏微噴裝置的動力學模型89-91
• 4.4.2 壓電微噴焊錫膏閥的MATLAB動力學分析91-93
• 4.4.3 壓電微噴焊錫膏閥的ANSYS動力學有限元分析93-94
• 4.5 本章小結(jié)94-96
• 第5章 壓電焊錫膏微滴噴射實驗設計及其結(jié)果分析96-111
• 5.1 壓電焊錫膏微噴系統(tǒng)實驗平臺的搭建96-98
• 5.2 壓電疊堆放大機構(gòu)的測試98-101
• 5.2.1 靜態(tài)測試98-99
• 5.2.2 動態(tài)測試99-101
• 5.3 焊錫膏微滴噴射精度測試101-108
• 5.3.1 撞針與噴嘴間隙對焊錫膏微滴噴射的影響102-103
• 5.3.2 驅(qū)動電壓對焊錫膏微滴噴射的影響103-105
• 5.3.3 開閥時間對焊錫膏微滴噴射的影響105-106
• 5.3.4 驅(qū)動氣壓對焊錫膏微滴噴射的影響106-108
• 5.4 焊錫膏微滴噴射重復性測試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113-122
• 作者簡介及在學期間所取得的科研成果122-126
• 1. 發(fā)表的學術(shù)論文122-123
• 2. 申請的國家專利123-124
• 3.獲獎情況124
• 4. 參加的科研項目124-125
• 5.作者簡介125-126
• 致謝126

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