超磁歪と拡大鏡を備えた新しいジェッティングディスペンサーの原理と物理モデル

Scientific Reports volume 5、記事番号: 18294 (2016) この記事を引用

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メトリクスの詳細

LED およびマイクロエレクトロニクスのパッケージングにおける接着剤の噴射技術を開発するために、まず超磁歪材料 (GMM) を適用して噴射応答を向上させ、レバーと柔軟なヒンジを含む新しい拡大装置を設計して噴射特性を改善しました。 噴射システムの物理モデルは、回路モデル、電磁変位モデル、動的モデル、流体-固体結合モデルを含む拡大構造と動作原理から導出されます。 システム モデルは、数学モデルと Matlab-Simulink を組み合わせることによって確立されます。 GMMベースのディスペンサーの有効性はシミュレーションと実験によって確認されています。 噴射周波数は 250 Hz まで大幅に増加し、噴射ニードルの速度と変位はそれぞれ 320 mm・s-1 と 0.11 mm に達するという噴射ニードルの動的挙動が評価されました。 充填圧力または電流の振幅が増加すると、ドット サイズは大きくなります。 ドットサイズと動作周波数を簡単に調整できます。

近年、ジェッティングや接触ベースの塗布を含む塗布技術は、マイクロエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、LED のアセンブリなど、多くの産業用途で広く使用されています1、2、3、4、5。 接触ベースの塗布技術は、時間圧力、回転スクリュー、容積式の 3 つのタイプに分類できます6。 接触ベースの塗布方法では、再現性を確保するには、各ドットの塗布ギャップ (針と基板または PCB の間のギャップ) が同じであることが必要です。 このような一定の塗布ギャップを維持するには、塗布プロセス中にノズルを正確に上下に移動できる位置決めシステムが必要です。 したがって、サイクルタイムが増加し、プロセスが複雑になります7、8、9、10、11。 この問題を解決するために、一部の専門家は現在広く使用されている空気圧噴射ディスペンス技術を研究しました。 しかし、空気圧噴射ディスペンサーは高周波の電磁弁に依存しています。 電磁弁は寿命が数か月しかなく、価格も高価です。 これらの理由から、一部の専門家は PZT (Pb(ZrxTi1-x)O3 - 圧電セラミックの一種) 駆動ディスペンサーの研究に取り組み、大きな成果を上げました 12,13。 GMMはPZTに比べてエネルギー密度が大きいため、より大きな駆動力を供給することができます。 GMM は現在、主に音声認識と微小変位駆動に使用されています 14,15。

したがって、この作業は、GMM ドライブに基づいた新しいタイプのディスペンサーを検討し、動的動作を改善する拡大装置を設計するために行われました。 さらに、新しいシステムの複雑なモデルと優れたパフォーマンスについても説明します。

磁歪は、磁化の過程で形状や寸法を変化させる強磁性材料の特性です16。 GMM の伸張率は非常に小さいです。 GMM ロッドによって直接駆動されるニードルの変位が十分に大きくないため、接着剤を噴射できません。 この実験では、変位を拡大するために柔軟なヒンジを備えたレバーが使用され、電磁コイルによって交流磁場が刺激されました。 図1に示すように、部品6はマンガン鋼製のフレキシブルヒンジ付きレバーです。 レバーの一端はシェル (パーツ 4) に固定されており、もう一端は柔軟なヒンジの周りを回転できます。 レバーは力を伝達し、変位を拡大するために精巧に設計されています。

GMMベースの新構造ジェッティングディスペンサー。

1-エンドキャップ、2-コイル、3-GMMロッド、4-シェル、5-トランスミッションバー、6-ヒンジ付きレバー、7-調整ナット、8-スプリングプリロード調整ブロック、9-スプリング、10-ニードル、11 -ナット、12-ノズル、13-シリンジ。

設計されたディスペンサーには、磁歪アクチュエーターと接着剤インジェクターが含まれています。 磁歪アクチュエータは主に、シェル (パート 4)、コイル (パート 2)、GMM ロッド (パート 3)、エンド キャップ (パート 1)、ヒンジ付きレバー (パート 6)、調整ナット (パート 7) で構成されています。 ）、スプリングプリロード調整ブロック（パート8）、スプリング（パート9）、ニードル（パート10）、トランスミッションバー（パート5）。 接着剤インジェクターには、ノズル (パーツ 12)、シリンジ (パーツ 13)、および針 (パーツ 10) が含まれています。