거대 자기변형과 확대경을 갖춘 새로운 제트 디스펜서의 원리와 물리적 모델

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 18294(2016) 이 기사 인용

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LED 및 마이크로일렉트로닉스 패키징의 접착제 분사 기술을 개발하기 위해 먼저 거대자기왜곡물질(GMM)을 적용해 분사 반응을 높이고, 분사 특성을 향상시키기 위해 레버와 유연한 힌지를 포함한 새로운 확대 장치를 설계했습니다. 분사 시스템의 물리적 모델은 회로 모델, 전자석 변위 모델, 동적 모델 및 유체-고체 결합 모델을 포함하는 확대 구조 및 작동 원리에서 파생됩니다. 시스템 모델은 수학적 모델을 Matlab-Simulink와 결합하여 구축됩니다. GMM 기반 디스펜서의 유효성은 시뮬레이션과 실험을 통해 확인됩니다. 분사 주파수는 250Hz로 크게 증가하고 분사 바늘의 동적 거동은 분사 바늘의 속도와 변위가 각각 320mm·s-1과 0.11mm에 도달하는 것으로 평가됩니다. 충전 압력이 증가하거나 전류의 진폭이 증가하면 도트 크기가 더 커집니다. 도트 크기와 작동 빈도를 쉽게 조정할 수 있습니다.

최근에는 분사 및 접촉 기반 디스펜싱을 포함한 디스펜싱 기술이 마이크로 전자공학, 광전자공학 및 LED 조립과 같은 다양한 산업 응용 분야에서 널리 사용되었습니다1,2,3,4,5. 접촉 기반 디스펜싱 기술은 시간 압력, 회전 나사 및 정변위6의 세 가지 유형으로 분류될 수 있습니다. 접촉 기반 디스펜싱 방식에서 반복성을 위해서는 각 도트의 동일한 디스펜싱 간격(니들과 기판 또는 PCB 사이의 간격)이 필요합니다. 이러한 일정한 디스펜싱 간격을 유지하려면 디스펜싱 과정에서 노즐을 정확하게 위아래로 움직일 수 있는 포지셔닝 시스템이 필요합니다. 따라서 사이클 시간이 증가하고 프로세스가 복잡해집니다7,8,9,10,11. 이 문제를 해결하기 위해 일부 전문가들은 현재 널리 사용되는 공압식 분사 디스펜싱 기술을 연구했습니다. 그러나 공압식 분사 디스펜서는 고주파 전자기 밸브에 의존합니다. 전자기 밸브는 수명이 몇 개월에 불과하고 가격이 높습니다. 이러한 이유로 일부 전문가들은 PZT(Pb(ZrxTi1-x)O3-압전 세라믹의 일종) 구동 디스펜서 연구에 참여하여 큰 성과를 거두었습니다12,13. PZT에 비해 GMM은 에너지 밀도가 더 크기 때문에 더 큰 구동력을 공급할 수 있습니다. GMM은 요즘 소리 인식 및 미세 변위 운전에 주로 사용됩니다14,15.

따라서 본 연구에서는 GMM 구동 기반의 새로운 유형의 디스펜서를 검토하고 동적 거동을 개선할 수 있는 확대 장치를 설계하기 위해 수행되었습니다. 또한 새로운 시스템의 복잡한 모델과 우수한 성능에 대해서도 논의합니다.

자기 변형은 자화 과정에서 모양이나 크기를 변경시키는 강자성 재료의 특성입니다. GMM의 확장 비율은 매우 작습니다. GMM 막대에 의해 직접 구동되는 바늘의 변위가 충분히 크지 않기 때문에 접착제가 분사될 수 없습니다. 이 실험에서는 유연한 힌지가 있는 레버를 사용하여 변위를 확대하고 대체 자기장은 전자기 코일에 의해 자극되었습니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 부품 6은 망간강으로 만들어진 유연한 힌지가 있는 레버입니다. 레버의 한쪽 끝은 쉘(4부)에 고정되고 다른 쪽 끝은 유연한 힌지를 중심으로 회전할 수 있습니다. 레버는 힘을 전달하고 변위를 확대하도록 정교하게 설계되었습니다.

GMM 기반 제트 디스펜서의 새로운 구조.

1-엔드 캡, 2-코일, 3-GMM 로드, 4-쉘, 5-변속기 바, 6-힌지가 있는 레버, 7-조정 너트, 8-스프링 예압 조정 블록, 9-스프링, 10-니들, 11 -너트, 12-노즐 및 13-주사기.

설계된 디스펜서는 자기 변형 액추에이터와 접착제 주입기를 포함합니다. 자기변형 액추에이터는 주로 쉘(4부), 코일(2부), GMM 로드(3부), 엔드 캡(1부), 힌지가 있는 레버(6부), 조정 너트(7부)로 구성됩니다. ), 스프링 예압 조정 블록(부품 8), 스프링(부품 9), 바늘(부품 10) 및 전달 바(부품 5)로 구성됩니다. 접착제 주입기에는 노즐(부품 12), 주사기(부품 13) 및 바늘(부품 10)이 포함되어 있습니다.