CN107486348B - 一种推-拉联合按需微滴喷射装置 - Google Patents

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Abstract

一种推‑拉联合按需微滴喷射装置，属于微喷装置技术领域。上部采用作用于熔腔金属液体上的电磁力作为“推”动力，下部采用作用于金属颗粒上的电场力作为“拉”动力，并在二者的配合上实现大小、方向可变的协调控制；在带喷嘴的下盖板上方施加电磁驱动装置，下方施加电场力驱动装置。设有空气压缩机，减压阀，上盖板，储液腔，节流板，电磁驱动装置，电极，带喷嘴的下盖板，电场力驱动装置，电磁驱动装置用电源，电信号输出控制装置，电场力驱动装置用电源，导液孔，永磁铁放置位，喷射腔，微滴通过孔；通过调节电信号输出控制装置与电磁驱动装置用电源和电场力驱动装置之间电信号的大小以及时间间隔，从而实现对液微尺寸的精确控制。

Description

一种推-拉联合按需微滴喷射装置
技术领域
本发明涉及一种微喷射装置，尤其涉及“推”“拉”联合微滴喷射装置及方法，属于微喷射装置技术领域。
背景技术
微电子器材都是由半导体芯片和封装两个部分组装而成的，两者在相互促进中共同发展。目前光刻图形化和刻蚀加工等减材制造技术在微电子制造和封装技术中得到广泛应用，但当前的微电子封装用减材制造技术工艺复杂且需要真空，同时在后面的腐蚀过程中极易污染环境，同时微电子制造和封装过程中对贵重金属材料的使用越来越多。为提高贵重金属材料的利用率，避免污染环境，简化装置，提出基于传统喷墨打印技术发展起来的按需喷射增材技术，该技术的核心是微滴喷射技术。微滴喷射技术是以一种按需可控的方式对液态金属进行精确分配，以实现元器件之间的机械或电器连接，是一种很具有前途的精密直写式新增材制造技术。
目前，按需喷射模式的微喷射装置主要有压电式驱动，气压膜片式驱动，电磁驱动。中国专利CN200610138558.1公开了一种气压脉冲式微滴按需驱动制备系统，该装置制备微滴频率较低，并且通过利用“推”力的方式迫使流体从喷嘴口处断裂成滴。中国专利CN205890212U公开了一种按需式静电喷射的设备，该方法利用“拉”力的方式迫使金属微滴从喷嘴口处断裂成滴，驱动力单一，难以实现较小微滴的制备。中国专利CN103212516A公开了一种安培力驱动式微喷装置，该方法利用“推”力的方式迫使金属微滴从喷嘴口处断裂成滴，驱动力单一，难以实现较小微滴的制备。
发明内容
本发明的目的是提供适用于金属微滴制备的一种“推”“拉”联合微滴喷射装置及方法。
本发明一种推-拉联合按需微滴喷射装置，包括空气压缩机(1)、减压阀(2)、上盖板(3)、储液腔(4)、节流板(5)、电磁驱动装置(6)、金属电极(7)、带喷嘴的下盖板(8)、电场力驱动装置(9)、电磁驱动装置用电源(12)、电信号输出控制装置(11)、电场力驱动装置用电源(10)、喷射腔(15)；
上盖板(3)、储液腔(4)、节流板(5)、电磁驱动装置(6)、带喷嘴的下盖板(8)、电场力驱动装置(9)依次上下安装在一起；上盖板(3)上设有孔，空气压缩机(1)经由减压阀(2)与上盖板(3)的孔连接，上盖板(3)盖在储液腔(4)上；储液腔(4)的下面通过节流板(5)与电磁驱动装置(6)安装在一起；电磁驱动装置(6)的下端面为带喷嘴的下盖板(8)，带喷嘴的下盖板(8)的下面为电场力驱动装置(9)，电场力驱动装置(9)为带微滴通过孔(16)的金属板，电场力驱动装置(9)与带喷嘴的下盖板(8)平行写之间具有空隙；电场力驱动装置(9)和带喷嘴的下盖板(8)分别与电场力驱动装置用电源(10)的两极连接，电场力驱动装置用电源(10)与电信号输出控制装置(11)连接；
电磁驱动装置的中间为喷射腔(15)；电磁驱动装置相对的两侧面A、B设有金属电极(7)，两金属电极(7)伸入到喷射腔(15)；电磁驱动装置另外相对的两侧面C、D外部设有永磁铁放置位(14)永磁铁，侧面A、B、C、D为电磁驱动装置的四周，电磁驱动装置的上端为节流板(5)，电磁驱动装置的上端设有导液孔(13)，使得喷射腔(15)导液孔(13)、节流板连接储液腔；电磁驱动装置的下端面为带喷嘴的下盖板(8)，使得喷射腔(15)能够通过下盖板(8)的喷嘴喷滴液体；两金属电极(7)分别与电磁驱动装置用电源(12)的两电极连接；电磁驱动装置用电源(12)与电信号输出控制装置(11)连接；
在喷射腔内液态金属或离子溶液与两金属电极(7)接触；
金属电极(7)为铜电极；金属电极(7)、电磁驱动装置用电源、电磁驱动装置用电源、电信号输出控制装置之间的连接采用导线连接；
在微喷射过程中，通过调节电信号输出控制装置，进而调节电磁驱动装置用电源信号1和电场力驱动装置用电源信号2的大小，两电源之间信号时间间隔，从而实现对液微尺寸的精确控制。
与现有技术相比，本发明的一种“推”“拉”联合按需微滴喷射装置的工作原理及有益效果如下：
上部采用作用于熔腔金属液体上的电磁力作为“推”动力，下部采用作用于金属微滴上的电场力作为“拉”动力，并在二者的配合上实现大小、方向可变的协调控制。实现上述方法的微喷射装置，其在带喷嘴的下盖板上方施加电磁驱动装置，下方施加电场力驱动装置。
本发明的技术效果体现在：本发明采用一种“推”“拉”联合驱动制备微溶滴，对喷嘴内的微金属流体先后施加信号1(产生电磁力)和信号2(产生电场力)(如上图5所示)。无驱动信号施加时，喷嘴在表面张力和储液腔内气压的作用下呈现弯月面(如图5(b))。当电流大小和方向可控的带电金属流体流经恒定磁场时，就会在腔体液态金属内产生大小和方向可变的电磁力，该电磁力迫使喷嘴上下端口产生随动可变的压力差。这一随动变化的压力差克服表面张力驱动喷嘴微通道内金属流体流出喷嘴(如图5(c))，熔滴经过加速获得速度v。随后电磁力消失，由于喷嘴端口处金属熔滴的速度和微通道内金属流体的速度不同，导致在端口处发生微小的颈缩(如图5(d))。在喷嘴及下方的金属板之间施加脉动电场，喷嘴端口处的熔滴由于电荷的聚集，导致表面张力减小，在电场力和表面张力的作用下进一步发生颈缩(如图5(e))，随后通过滴落的方式断裂成金属液滴，断流后的金属液滴在保护气氛腔体中继续自由下落成球(如图5(f))。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例电磁力驱动装置分解结构示意图。
图3为本发明实施例带喷嘴下盖板结构示意图。
图4为本发明实施例电场力驱动装置分解结构示意图。
图5为本发明实施例原理示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
一种“推”“拉”联合微滴喷射装置，带喷嘴的下盖板上部采用作用于熔腔金属液体上的电磁力作为“推”动力，带喷嘴的下盖板下部采用作用于金属颗粒上的电场力作为“拉”动力，并在二者的配合上实现大小、方向可变的协调控制。
参见图1-4，本发明实施例设有空气压缩机1，减压阀2，上盖板3，储液腔4，节流板5，电磁驱动装置6，金属电极7，带喷嘴的下盖板8，电场力驱动装置9，电场力驱动装置用电源10，电信号输出控制装置11，电磁驱动装置用电源12，导液孔13，永磁铁放置位14，喷射腔15，微滴通过孔16，喷嘴17，带有喷嘴的下盖板密封槽18。
在永磁铁放置位14通过加载永磁铁产生恒定磁场，永磁铁用于产生磁场，喷射腔15两端的金属电极7与液态金属溶液接触，通过电磁驱动装置用电源12和电信号输出控制装置11产生信号可变的多种驱动电信号，驱动电信号两端置于金属电极7两端，在磁场作用下驱动腔内产生可变电磁力，迫使喷射腔体内的金属溶液从带喷嘴的下盖板8处流出，随后电磁驱动装置用电源12关闭，通过电场力驱动装置和电信号输出控制装置在带喷嘴的下盖板与电场力驱动装置之间产生可变电场力，在可变电场力的作用下，在喷嘴处的溶滴被拉断，拉断后形成的微滴通过16后滴落到所需位置。
电磁驱动装置用电源，电信号输出控制装置信号源，铜电极，喷射腔等组成电磁驱动装置。电场力驱动装置用电源，电信号输出控制装置信号源和等组成电场力驱动装置。在微滴的按需制备过程中，通过调节电信号输出控制装置与电磁驱动装置用电源和电场力驱动装置之间电信号的大小以及时间间隔，可控制并调整微滴的大小，本发明适用于微滴的微量制备，也适用于均匀颗粒的制备。

Claims (3)

1.一种推-拉联合按需微滴喷射装置，其特征在于，包括空气压缩机(1)、减压阀（2）、上盖板（3）、储液腔（4）、节流板（5）、电磁驱动装置（6）、金属电极（7）、带喷嘴的下盖板（8）、电场力驱动装置（9）、电磁驱动装置用电源（12）、电信号输出控制装置（11）、电场力驱动装置用电源（10）、喷射腔（15）；
上盖板（3）、储液腔（4）、节流板（5）、电磁驱动装置（6）、带喷嘴的下盖板（8）、电场力驱动装置（9）依次上下安装在一起；上盖板（3）上设有孔，空气压缩机(1)经由减压阀（2）与上盖板（3）的孔连接，上盖板（3）盖在储液腔（4）上；储液腔（4）的下面通过节流板（5）与电磁驱动装置（6）安装在一起；电磁驱动装置（6）的下端面为带喷嘴的下盖板（8），带喷嘴的下盖板（8）的下面为电场力驱动装置（9），电场力驱动装置（9）为带微滴通过孔（16）的金属板，电场力驱动装置（9）与带喷嘴的下盖板（8）平行且之间具有空隙；电场力驱动装置（9）和带喷嘴的下盖板（8）分别与电场力驱动装置用电源（10）的两极连接，电场力驱动装置用电源（10）与电信号输出控制装置（11）连接；
电磁驱动装置的中间为喷射腔（15）；电磁驱动装置相对的两侧面A、B设有金属电极（7），两金属电极（7）伸入到喷射腔（15）；电磁驱动装置另外相对的两侧面C、D外部设有永磁铁放置位（14）放置永磁铁，侧面A、B、C、D为电磁驱动装置的四周，电磁驱动装置的上端为节流板（5），电磁驱动装置的上端设有导液孔（13），使得喷射腔（15）、导液孔（13）、节流板连接储液腔；电磁驱动装置的下端面为带喷嘴的下盖板（8），使得喷射腔（15）能够通过下盖板（8）的喷嘴喷滴液体；两金属电极（7）分别与电磁驱动装置用电源（12）的两电极连接；电磁驱动装置用电源（12）与电信号输出控制装置（11）连接；
在喷射腔内液态金属或离子溶液与两金属电极（7）接触；在微喷射过程中，通过调节电信号输出控制装置，进而调节电磁驱动装置用电源信号1和电场力驱动装置用电源信号2的大小，两电源之间信号时间间隔，从而实现对液微尺寸的精确控制。
2.按照权利要求1所述的一种推-拉联合按需微滴喷射装置，其特征在于，金属电极（7）为铜电极。
3.按照权利要求1所述的一种推-拉联合按需微滴喷射装置，其特征在于，金属电极（7）、电磁驱动装置用电源、电磁驱动装置用电源、电信号输出控制装置之间的连接采用导线连接。
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Assignor: Beijing University of Technology

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Denomination of invention: A push pull combined on-demand micro droplet injection device

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