專利名稱：一種雙流體噴射系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙流體噴射系統(tǒng)，尤其涉及一種高精度、高一致性、微量體積(納升級(jí))、快速響應(yīng)、可控性好、適用性好(低粘度、高粘度液體)的非接觸式雙流體噴射系統(tǒng)。 可以廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體薄膜制備、復(fù)合材料制備、電子封裝、MEMS系統(tǒng)、噴墨、噴涂、粉末冶金、生物醫(yī)藥、食品加工、焊接、快速原型制造、燃燒、化工、發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域中多流體的噴射工藝。
背景技術(shù)：
本發(fā)明源于對(duì)電子封裝領(lǐng)域膠液噴射技術(shù)的研究。電子封裝技術(shù)是當(dāng)今半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要組成部分，它隨著半導(dǎo)體薄膜制造技術(shù)的微型化、集成化而不斷發(fā)展，目前呈現(xiàn)出高密度、高效率、低成本的趨勢(shì)。膠液分配技術(shù)是電子封裝中關(guān)鍵技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于芯片貼裝、芯片包覆、導(dǎo)熱硅膠填充、熒光膠涂覆、芯片與基板互連等工藝中。膠液分配技術(shù)主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段大量式布月交(mass dispensing)、接角蟲(chóng)式,點(diǎn)月交(contact dispensing)>#iiM5^^l$(non-contact dispensing)。其中大量式布膠中典型技術(shù)主要有絲網(wǎng)印刷和針轉(zhuǎn)移式點(diǎn)膠，這兩種點(diǎn)膠設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且成本低，由于膠點(diǎn)體積量得不到精確控制，其膠點(diǎn)一致性都不均勻。接觸式點(diǎn)膠是點(diǎn)膠針頭將膠液擠出形成膠點(diǎn)與基板的接觸，停留一段時(shí)間使膠液浸潤(rùn)基板，然后點(diǎn)膠頭向上運(yùn)動(dòng)，由于膠液與基板的潤(rùn)濕力大于膠液與針頭的潤(rùn)濕力，膠液與點(diǎn)膠針頭分離完成點(diǎn)膠過(guò)程；典型技術(shù)有時(shí)間/壓力型、螺桿泵式、活塞式點(diǎn)膠。非接觸式點(diǎn)膠(又稱噴射點(diǎn)膠)中點(diǎn)膠頭與基板不接觸且留有較大距離，并在點(diǎn)膠動(dòng)作中點(diǎn)膠針頭無(wú)運(yùn)動(dòng)，從而極大的縮短了點(diǎn)膠周期，提高了點(diǎn)膠速度。主要依靠外部介質(zhì)給膠液一個(gè)較大的動(dòng)量使其從噴嘴中以較高速度噴射到基板上。典型技術(shù)有機(jī)械噴針式噴射點(diǎn)膠，噴針的驅(qū)動(dòng)方式包括電磁鐵驅(qū)動(dòng)、高壓氣體和電磁閥組合驅(qū)動(dòng)、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)以及隔膜泵驅(qū)動(dòng)等。非接觸式點(diǎn)膠逐漸成為電子封裝行業(yè)主流的膠液分配技術(shù)，具有精度高、速度快、微量體積等特點(diǎn)。目前，噴射點(diǎn)膠設(shè)備無(wú)論是采用高壓氣體驅(qū)動(dòng)機(jī)械噴針，還是電磁鐵、壓電陶瓷、 隔膜泵驅(qū)動(dòng)噴針，都存在幾個(gè)主要問(wèn)題一、點(diǎn)膠頭內(nèi)均有運(yùn)動(dòng)部件(如噴針)存在，依靠運(yùn)動(dòng)部件與點(diǎn)膠頭腔體的碰撞來(lái)實(shí)現(xiàn)膠液從點(diǎn)膠頭噴射到基板這個(gè)過(guò)程，由于存在機(jī)械碰撞，增大了噴針和閥體的磨損，降低設(shè)備的點(diǎn)膠精度及使用壽命；二、噴針的往復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)引起粘性流體材料對(duì)其摩擦導(dǎo)致磨損，降低噴針的運(yùn)動(dòng)精度、密封性和噴射膠點(diǎn)的尺寸一致性；三、噴射點(diǎn)膠設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、維護(hù)較為困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述噴射點(diǎn)膠方法的不足，基于微通道氣液兩相流運(yùn)動(dòng)原理，提供一種雙流體噴射系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高一致性、微量體積(納升級(jí))、快速響應(yīng)、 可控性好、適用性好(低粘度、高粘度液體)的非接觸式流體噴射。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是本發(fā)明的雙流體噴射系統(tǒng)包括(a)氣動(dòng)模
3塊，它至少具有一控制信號(hào)輸入/輸出口和一脈動(dòng)氣體輸出口 ；其中控制信號(hào)輸入/輸出口與氣動(dòng)控制模塊信號(hào)輸入/輸出口連通，脈動(dòng)氣體輸出口與雙流體噴射閥導(dǎo)氣管連通。(b) 液動(dòng)模塊，它至少具有一控制信號(hào)輸入/輸出口和一連續(xù)液體輸出口 ；其中控制信號(hào)輸入/ 輸出口與液動(dòng)控制模塊信號(hào)輸入/輸出口連通，連續(xù)液體輸出口和雙流體噴射閥導(dǎo)液管相通。(C)控制模塊，它具有氣動(dòng)和液動(dòng)控制信號(hào)輸入/輸出口，分別與液動(dòng)和氣動(dòng)模塊控制信號(hào)輸入/輸出口連通，它將控制信號(hào)通過(guò)端口傳送至執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)其控制功能。(d)雙流體噴射閥，其可將液體材料施加至基板的預(yù)定位置上，它至少具有一氣體輸入口、一液體輸入口和一噴嘴出口。1)氣動(dòng)模塊
所述氣動(dòng)模塊依次設(shè)有高壓氣體源、空氣干燥機(jī)、氣源三聯(lián)體、氣體壓力控制單元、氣體流量控制單元以及氣體電磁閥。高壓氣體源的輸出口與空氣干燥機(jī)的輸入口連通，為系統(tǒng)提供了氣體來(lái)源，保障工作介質(zhì)的存在，高壓氣體由空氣壓縮機(jī)提供，氣流穩(wěn)定性較差，脈動(dòng)明顯，且含有水分等雜質(zhì)。空氣干燥機(jī)的輸出口與氣源三聯(lián)體的輸入口連通，通過(guò)加熱裝置使輸入的高壓氣體中的濕分(一般指水分或其他可揮發(fā)性液體成分)汽化溢出，為下游設(shè)備提供干燥的高壓氣體。氣源三聯(lián)體的輸出口與精密減壓閥的輸入口連通，它由過(guò)濾器、油霧器和減壓閥三部分，將經(jīng)過(guò)的、干燥的壓縮氣體中未汽化的液體，再降低壓縮氣體的壓力，去除氣體中的油霧及其它固態(tài)雜質(zhì)，為下游設(shè)備提供純凈的氣體。 氣體壓力控制單元的輸出口與質(zhì)量流量控制器的輸入口連通，包括一組精密減壓閥及控制電路，能夠進(jìn)一步減小氣體的壓力值，調(diào)整并輸出的壓力值為所設(shè)定的恒定值，同時(shí)反饋輸出壓力給計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)輸出氣體的穩(wěn)壓。氣體流量控制單元的輸出口與高頻電磁閥的氣體輸入口連通，包括質(zhì)量流量控制器及控制電路，能夠利用流動(dòng)中的流體與熱源(流體中的加熱物體或測(cè)量管外的加熱物體) 之間熱量交換關(guān)系來(lái)測(cè)量氣體的流量，并通過(guò)精密調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)氣體的流量值，實(shí)現(xiàn)微流量的、恒定的氣流輸出。氣體電磁閥具有一氣體輸入口和一氣體輸出口，其氣體輸入口與氣體流量控制單元相連，氣體輸出口與雙流體噴射閥的氣體入口相連，它的作用是控制高壓氣體的方向，實(shí)現(xiàn)連續(xù)供氣和脈動(dòng)供氣。2)液動(dòng)模塊
所述液動(dòng)模塊依次設(shè)有供液桶、低脈動(dòng)蠕動(dòng)泵、液體微流量控制單元、液體電磁閥。供液桶的輸出口與低脈動(dòng)蠕動(dòng)泵的輸入口連通，提供了連續(xù)的、不間斷的純凈液體供給。低脈動(dòng)蠕動(dòng)泵的輸出口與液體為流量單元的輸入口連通，它包括兩個(gè)以上泵頭， 各個(gè)泵頭的滾輪夾角呈等角度交錯(cuò)分布，此結(jié)構(gòu)能大幅度降低輸出液體的脈動(dòng)。多路液體從供液桶的同時(shí)流入多個(gè)泵頭，經(jīng)蠕動(dòng)泵后單路液體流出到液動(dòng)模塊。行星輪結(jié)構(gòu)的滾輪對(duì)輸液軟管擠壓，在輸入端負(fù)壓迫使液體由供膠桶吸進(jìn)軟管，在輸出端正壓迫使液體流動(dòng)。 滾輪每?jī)纱螖D壓會(huì)使得液體發(fā)生脈動(dòng)的流動(dòng)，多泵頭供液時(shí)滾輪間夾角較小，輸出液體的脈動(dòng)得到有效控制，實(shí)現(xiàn)了液體的流速穩(wěn)定及壓力恒定。液體微流量控制單元的輸出口與液體電磁閥的輸入口連通，它包括電控比例閥和數(shù)字流量開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)液體連續(xù)流的通斷動(dòng)作。其中電控比例閥精密調(diào)節(jié)液體的流量至設(shè)定值，數(shù)字流量開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)液體連續(xù)流的開(kāi)啟、關(guān)閉控制。液體電磁閥具有一液體輸入口和一液體輸出口，其液體輸入口與微量液體控制單元相連構(gòu)成，液體輸出口與雙流體噴射閥的液體入口相連，它的作用是控制液體的流動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)連續(xù)供液和脈動(dòng)供液。3)雙流體噴射閥
所述雙流體噴射閥依次設(shè)有導(dǎo)氣管、氣針、導(dǎo)液管、閥體、噴嘴。導(dǎo)氣管的進(jìn)氣端與高頻電磁閥的出氣口連通，它將外部氣動(dòng)模塊提供的恒定壓力、微流量的氣體向氣針中輸送，其輸入端與高頻電磁閥連接，輸出端與氣針連接。氣針進(jìn)氣端與導(dǎo)氣管連通，它是一根等截面管，從雙流體噴射閥的頂部插入閥體直至靠近噴嘴處；恒壓、恒流的脈動(dòng)氣體從導(dǎo)氣管流經(jīng)氣針進(jìn)入氣相和液相的閥體。氣針的內(nèi)徑與噴射流體的液滴體積、氣體的壓力及流量等參數(shù)密切相關(guān)；氣針末端與閥體側(cè)壁的距離取決于流體的粘度、流體的潤(rùn)濕性、側(cè)壁的粗糙度、側(cè)壁的幾何結(jié)構(gòu)等流體特性參數(shù)。導(dǎo)液管其液體輸入端與單向閥液體輸出口連通，將液動(dòng)模塊提供恒定壓力、微流量的液體向閥體輸送，其輸入端與液體電磁閥連接，輸出端與閥體連接。導(dǎo)液管與閥體的側(cè)壁成一定夾角，以保證液體的流向朝噴嘴處，提供噴射液滴及推動(dòng)氣泡的壓力。閥體是雙流體噴射閥的主體，金屬材料加工而成；在內(nèi)壁涂覆疏液薄膜，以降低液體與閥體的潤(rùn)濕力、增加液體的流動(dòng)特性。閥體有三個(gè)出口與外部相通a)頂部出口，與導(dǎo)氣管連接，輸入外部恒壓、橫流的壓縮空氣；b)側(cè)壁出口，與導(dǎo)液管連接，輸入外部恒壓、橫流的液體；c)底部出口，與噴嘴連接，輸出段塞流的氣泡和液滴。氣針由閥體上部裝入、氣密性連接，閥體上部裝有微調(diào)裝置，可調(diào)整氣針在閥體內(nèi)的深度；噴嘴由閥體下部裝入、氣密性連接，閥體下部裝有定位環(huán)，可調(diào)整氣針末端的中心軸與噴嘴的中心軸重合。噴嘴是內(nèi)壁涂覆疏液薄膜的金屬部件，通過(guò)外部的螺紋與閥體實(shí)現(xiàn)氣密連接。脈動(dòng)控制的氣體切割連續(xù)的液體在噴嘴的內(nèi)部附近區(qū)域形成氣液兩相的段塞流，具有一定動(dòng)能的氣泡和液滴從噴嘴內(nèi)噴射出來(lái)，氣泡在空氣中破碎、液滴噴射在基板上。段塞流流型與噴嘴的材料及加工精度、內(nèi)壁幾何結(jié)構(gòu)及粗糙度、噴嘴孔的形狀及尺寸、噴嘴外部的形狀及潤(rùn)濕性、氣針末端與噴嘴內(nèi)壁的距離等流體特性參數(shù)密切相關(guān)。4)控制模塊
所述控制模塊依次設(shè)有人機(jī)交互界面、控制與通訊單元、氣動(dòng)控制單元、液動(dòng)控制單兀。人機(jī)交互界面是本發(fā)明的信息輸入與輸出窗口，能夠進(jìn)行程序化、可視化操作，控制雙流體噴射系統(tǒng)按照預(yù)設(shè)指令的運(yùn)行。通用操作系統(tǒng)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的專用軟件，能夠?qū)崟r(shí)顯示及同步存儲(chǔ)雙流體噴射系統(tǒng)的設(shè)置、運(yùn)行和輸出的各個(gè)參數(shù)及其變化?？刂婆c通訊單元與人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集與通訊處理、反饋控制信號(hào)的實(shí)時(shí)輸出、各個(gè)功能單元之間的協(xié)同控制等，包括數(shù)據(jù)采集卡、控制電路、通訊接口及協(xié)議等。氣動(dòng)控制單元的信號(hào)輸入/輸出口與啟動(dòng)單元的控制信號(hào)輸入/輸出口信息完成氣動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)及反饋控制、數(shù)據(jù)通訊，包括驅(qū)動(dòng)電路、通訊接口等。氣動(dòng)控制單元開(kāi)啟，脈動(dòng)的氣體進(jìn)入氣針并在末端流出，壓縮氣體在液體中形成氣泡；氣動(dòng)控制單元關(guān)閉，氣針中氣體不運(yùn)動(dòng)，液體中的氣泡在慣性及液體擠壓的共同作用下往噴嘴運(yùn)動(dòng)。這種周而復(fù)始的連續(xù)液體和脈動(dòng)氣體的混合流動(dòng)在噴嘴附近區(qū)域產(chǎn)生氣泡、液滴間隔的段塞流現(xiàn)象。液動(dòng)控制單元完成液動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)及反饋控制、數(shù)據(jù)通訊，包括驅(qū)動(dòng)電路、通訊接口等。精確控制微流量、恒定壓力、無(wú)脈動(dòng)的液體連續(xù)輸入閥體與氣體混合，滿足形成持續(xù)的氣液兩相段塞流實(shí)現(xiàn)液體噴射過(guò)程的連續(xù)、可控。改變液體的流量和壓力，以符合氣體的脈動(dòng)頻率、流量和壓力，可以控制兩相段塞流中氣泡、液滴的尺寸、得到納升級(jí)的微量體積液滴。一種雙流體噴射系統(tǒng)的噴射原理
氣液兩相流各自以連續(xù)的流型進(jìn)入細(xì)長(zhǎng)管，根據(jù)不同的流速比兩相流在細(xì)長(zhǎng)管中呈現(xiàn)出不同的流型，如圖1所示(氣液兩相流流型圖)。從流型圖中可知，當(dāng)氣相和液相的流速在一定的范圍內(nèi)，細(xì)長(zhǎng)管中將會(huì)出現(xiàn)段塞流流型，即液滴和氣泡沿著細(xì)長(zhǎng)管呈現(xiàn)出等間距的間隔分布，氣泡中沒(méi)有液滴、液滴中也沒(méi)有氣泡。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)氣相和液相的流速比或流量比，可以在細(xì)長(zhǎng)管中形成氣液段塞流流型；精確控制間隔液滴的氣體體積和頻率就能夠改變細(xì)長(zhǎng)管中氣泡和液滴的長(zhǎng)度(體積)及數(shù)量。一種雙流體噴射系統(tǒng)的噴射方法
連接并調(diào)試好系統(tǒng)各個(gè)功能模塊，準(zhǔn)備雙流體噴射。開(kāi)機(jī)設(shè)置氣動(dòng)控制模塊的電磁閥通斷頻率、氣體壓力及流量、液體流量等工藝參數(shù)；將所需噴射的液體進(jìn)行適當(dāng)?shù)?、必要的預(yù)處理(如脫泡、分離等)，放進(jìn)儲(chǔ)液桶中；開(kāi)啟低脈動(dòng)蠕動(dòng)泵，將液體輸送至閥體直至其充滿；開(kāi)啟高壓氣體閥門(mén)，導(dǎo)入壓縮空氣進(jìn)入氣針；氣體從氣針中噴出進(jìn)入并切斷液體的連續(xù)流動(dòng)，在閥體前端形成段塞流；氣泡以一定速率推動(dòng)液滴從噴嘴中噴出。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種雙流體噴射系統(tǒng)，包括氣動(dòng)模塊、液動(dòng)模塊、控制模塊、雙流體噴射閥，其特征在于所述控制模塊通過(guò)氣動(dòng)模塊連接控制雙流體噴射閥的氣管，并通過(guò)液動(dòng)模塊連接控制雙流體噴射閥的液管。所述氣動(dòng)模塊為系統(tǒng)提供了氣體來(lái)源，保障工作介質(zhì)的存在；所述氣動(dòng)模塊的結(jié)構(gòu)是一個(gè)高壓氣體源依次連接一個(gè)空氣干燥機(jī)、一個(gè)氣源三聯(lián)體、一個(gè)氣體壓力控制單元、一個(gè)氣體流量控制單元和一個(gè)氣體電磁閥，氣動(dòng)模塊中的氣體壓力控制單元和氣體流量控制單元具有控制信號(hào)輸入/輸出端口并與控制模塊中的氣動(dòng)控制單元相連，氣體電磁閥的氣體輸出端口與雙流體噴射閥的進(jìn)氣口相連。所述液動(dòng)模塊為體統(tǒng)提供了液體來(lái)源，保障工作介質(zhì)的存在；所述液動(dòng)模塊的結(jié)構(gòu)是一個(gè)供液桶依次連接一個(gè)低脈動(dòng)蠕動(dòng)泵、一個(gè)微流量控制單元和一個(gè)液體電磁閥，液動(dòng)模塊中的微流量控制單元和低脈動(dòng)蠕動(dòng)泵均具有控制信號(hào)輸入/輸出端口并與控制模塊的液動(dòng)控制單元相連，液體電磁閥液體輸出端口與雙流體噴射閥的進(jìn)液口相連。所述控制模塊向氣動(dòng)模塊和液動(dòng)模塊發(fā)送控制信號(hào)，控制其氣體和液體的流量和壓力；所述控制模塊的結(jié)構(gòu)是一個(gè)人機(jī)交互界面通過(guò)一個(gè)控制與通訊單元連接一個(gè)氣動(dòng)控制單元和一個(gè)液動(dòng)控制單元，氣動(dòng)控制單元和液動(dòng)控制單元均設(shè)有控制信號(hào)輸入/輸出端口，分別與氣動(dòng)模塊和液動(dòng)模塊的控制信號(hào)輸入/輸出端口相連。
所述雙流體噴射閥包括氣管、液管、閥體、混合腔、噴嘴；氣管為等截面圓管，其外徑小于液管內(nèi)徑，氣管末端穿過(guò)液管直接插入混合腔；雙流體噴射閥混合腔具有一楔形的收斂結(jié)構(gòu)，其收斂角不大于35° ；所述噴嘴是毫米或微米或納米量級(jí)；所述雙流體噴射閥將液體材料噴射至一基板上。所述控制模塊分別與氣動(dòng)模塊和液動(dòng)模塊相連，能精確控制液體和液體的壓力和流量，通過(guò)調(diào)節(jié)氣液流速比或流量比，實(shí)現(xiàn)液點(diǎn)大小和噴射平率的精確控制，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)霧噴。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)
1)采用雙流體噴射的方法，根據(jù)兩相流在一定的流速范圍內(nèi)細(xì)長(zhǎng)管中將會(huì)出現(xiàn)氣相和液相的段塞流流型，實(shí)現(xiàn)高一致性、微體積量的液滴噴射；沒(méi)有利用現(xiàn)有的機(jī)械式噴射點(diǎn)膠結(jié)構(gòu)，無(wú)機(jī)械噴針與閥體基座碰撞導(dǎo)致的機(jī)械磨損，極大的提高了噴射點(diǎn)膠設(shè)備的使用壽命，降低了設(shè)備的研制、制造和維護(hù)成本。2)利用氣體在連續(xù)流體中的運(yùn)動(dòng)特性以及氣體可壓縮的性質(zhì)，通過(guò)調(diào)節(jié)液體和氣體的流量和壓力，得到氣液兩相流的段塞流流型，進(jìn)而精確控制段塞流氣泡、液滴各自的尺寸和噴射頻率，極大簡(jiǎn)化了液體噴射的實(shí)現(xiàn)途徑。3)采用壓力精密控制單元和微流量控制單元得到氣體、液體的恒壓、恒流，通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)液滴噴射的頻率可控、體積可控，得到納升級(jí)的微量體積液滴，解決噴射液體的微型化、高一致性、無(wú)衛(wèi)星點(diǎn)、快速響應(yīng)、可控性好等技術(shù)難題。4)采用本發(fā)明的雙流體噴射方法適用于低粘度或高粘度的流體，流體材料的選擇多氣體-液體、液體-液體、氣體-氣體、氣體-其它流體(如粉體漿料)、液體-其它流體等不同組分的雙流體噴射，在半導(dǎo)體薄膜制備、復(fù)合材料制備、電子封裝、MEMS系統(tǒng)、噴墨、 噴涂、粉末冶金、生物醫(yī)藥、食品加工、焊接、快速原型制造、燃燒、化工、發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域的多流體噴射工藝中得到推廣及應(yīng)用。


圖1 一種雙流體噴射系統(tǒng)框圖。圖2雙流體噴射系統(tǒng)氣動(dòng)模塊系統(tǒng)框圖。圖3雙流體噴射系統(tǒng)液動(dòng)模塊系統(tǒng)框圖。圖4雙流體噴射系統(tǒng)控制模塊系統(tǒng)框圖。圖5 —種雙流體噴射系統(tǒng)原理圖。圖6雙流體噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖7雙流體噴射系統(tǒng)操作流程圖。圖8微通道中氣液兩相流的流型圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例結(jié)合

如下
實(shí)施例一參照?qǐng)D1，本雙流體噴射系統(tǒng)包括氣動(dòng)模塊(1)、液動(dòng)模塊(2)、控制模塊 (3)、雙流體噴射閥(4)。氣動(dòng)模塊(1)和液動(dòng)模塊(2)的控制信號(hào)輸入/輸出端口分別與控制模塊(3)相連，其輸出氣體和液體的流量和壓力均受控制模塊(3)的控制，且氣動(dòng)模塊 (1)和液動(dòng)模塊(2)的工作介質(zhì)輸出口分別與雙流體噴射閥(4)的氣體、液體進(jìn)口相連，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)液體材料的噴射。實(shí)施例二 參照?qǐng)D1和圖2，本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處是所述氣動(dòng)模塊(1)為雙流體噴射系統(tǒng)的子系統(tǒng)，依次設(shè)有高壓氣體源(10)、空氣干燥機(jī)(11 )、氣源三聯(lián)體(12)、氣體壓力控制單元(13)、氣體流量控制單元(14)、氣體電磁閥(15)，各元器件之間均有Φ6—M5的快插接頭和Φ6的軟管連接，該子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工作介質(zhì)——?dú)怏w的供給。實(shí)施例三參照?qǐng)D1和圖3，本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處是所述液動(dòng)模塊(2)為雙流體噴射系統(tǒng)的子系統(tǒng)，依次設(shè)有供液桶(24)、低脈動(dòng)蠕動(dòng)泵(23)、微流量控制單元(22)、液體電磁閥(21)，各元器件之間均有Φ6—Μ5的快插接頭和Φ6的軟管連接， 該子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工作介質(zhì)——液體的供給。實(shí)施例四參照?qǐng)D1和圖4，本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處是所述控制模塊(3)為雙流體噴射系統(tǒng)的子系統(tǒng)，依次設(shè)有人機(jī)交互界面(31)、控制與通訊單元(32)、 氣動(dòng)控制單元(33)、液動(dòng)控制單元(34)，人機(jī)交互界面(31)與控制與通訊單元(32)相連， 該子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣動(dòng)模塊(1)和液動(dòng)模塊(2)中氣體和液體壓力和流量的精確控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)噴射液點(diǎn)直徑的精確控制。實(shí)施例五參照?qǐng)D1和圖5，本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處是所述雙流體噴射閥(4)為雙流體噴射系統(tǒng)的子系統(tǒng)，包括氣管(40)、液管(41)、閥體(42)、混合腔 (43)、噴嘴(44)，氣管(40)為等截面圓管，其外徑小于液管(41)內(nèi)徑，氣管(40)末端穿過(guò)液管(41)直接插入混合腔(43)。雙流體噴射閥(4)混合腔(43)具有一楔形的收斂結(jié)構(gòu)，其收斂角不大于35°，所述噴嘴是毫米或微米或納米量級(jí)，該子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)將液體材料噴射至一基板(5)上。實(shí)施例六參照?qǐng)D1、2、3、4和5，本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，并綜合實(shí)施例二、 三、四、五的特點(diǎn)，將雙流體噴射系統(tǒng)各子系統(tǒng)集成，系統(tǒng)原理圖如圖6所示，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的總體功能；按照?qǐng)D7的控制流程圖實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定、完成膠液噴射的精確運(yùn)動(dòng)控制；通過(guò)調(diào)節(jié)氣動(dòng)模塊(1)和液動(dòng)模塊(2)中氣體和液體的流量和壓力工藝參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)狀噴射，噴射點(diǎn)一致性好，且無(wú)任何衛(wèi)星點(diǎn)，體積大小達(dá)到納升量級(jí)；通過(guò)調(diào)節(jié)氣動(dòng)模塊(1)和液動(dòng)模塊(2)中氣體和液體的流量和壓力工藝參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)霧狀噴射，噴射點(diǎn)一致性好，特別適應(yīng)于微電子封裝中芯片包敷、圍壩等大面積涂敷工藝；通過(guò)調(diào)節(jié)氣動(dòng)模塊(1)和液動(dòng)模塊(2)中氣體和液體的流量和壓力工藝參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)微通道中各種流態(tài)，以實(shí)現(xiàn)圖8中不同流態(tài)氣泡流、段塞流、柱塞-環(huán)狀流、環(huán)狀流以及混流的參數(shù)控制。
權(quán)利要求
1.一種雙流體噴射系統(tǒng)，包括氣動(dòng)模塊(1)、液動(dòng)模塊(2)、控制模塊(3)、雙流體噴射閥(4)，其特征在于所述控制模塊(3)通過(guò)氣動(dòng)模塊(1)連接控制雙流體噴射閥(4)的氣管(40)，并通過(guò)液動(dòng)模塊(2)連接控制雙流體噴射閥(4)的液管(41)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙流體噴射系統(tǒng)，其特征在于所述氣動(dòng)模塊(1)為系統(tǒng)提供了氣體來(lái)源，保障工作介質(zhì)的存在；所述氣動(dòng)模塊(1)的結(jié)構(gòu)是一個(gè)高壓氣體源(10) 依次連接一個(gè)空氣干燥機(jī)(11)、一個(gè)氣源三聯(lián)體(12)、一個(gè)氣體壓力控制單元(13)、一個(gè)氣體流量控制單元(14)和一個(gè)氣體電磁閥(15)，氣動(dòng)模塊(1)中的氣體壓力控制單元(13) 和氣體流量控制單元(14)具有控制信號(hào)輸入/輸出端口并與控制模塊(3)中的氣動(dòng)控制單元(33)相連，氣體電磁閥(15)的氣體輸出端口與雙流體噴射閥(4)的進(jìn)氣口相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙流體噴射系統(tǒng)，其特征在于所述液動(dòng)模塊(2)為系統(tǒng)提供了液體來(lái)源，保障工作介質(zhì)的存在；所述液動(dòng)模塊(2)的結(jié)構(gòu)是一個(gè)供液桶(24)依次連接一個(gè)低脈動(dòng)蠕動(dòng)泵(23)、一個(gè)微流量控制單元(22)和一個(gè)液體電磁閥(21)，液動(dòng)模塊 (2)中的微流量控制單元(22)和低脈動(dòng)蠕動(dòng)泵(23)均具有控制信號(hào)輸入/輸出端口并與控制模塊(3)的液動(dòng)控制單元(34)相連，液體電磁閥(21)液體輸出端口與雙流體噴射閥(4) 的進(jìn)液口相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙流體噴射系統(tǒng)，其特征在于所述控制模塊(3)向氣動(dòng)模塊(1)和液動(dòng)模塊(2)發(fā)送控制信號(hào)，控制其氣體和液體的流量和壓力；所述控制模塊 (3 )的結(jié)構(gòu)是一個(gè)人機(jī)交互界面(31)通過(guò)一個(gè)控制與通訊單元(32 )連接一個(gè)氣動(dòng)控制單元(33 )和一個(gè)液動(dòng)控制單元(34 )，氣動(dòng)控制單元(33 )和液動(dòng)控制單元(34 )均設(shè)有控制信號(hào)輸入/輸出端口，分別與氣動(dòng)模塊(1)和液動(dòng)模塊(2)的控制信號(hào)輸入/輸出端口相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙流體噴射系統(tǒng)，其特征在于所述雙流體噴射閥(4)包括氣管(40)、液管(41)、閥體(42)、混合腔(43)、噴嘴(44);氣管(40)為等截面圓管，其外徑小于液管(41)內(nèi)徑，氣管(40)末端穿過(guò)液管(41)直接插入混合腔(43);雙流體噴射閥(4) 混合腔(43)具有一楔形的收斂結(jié)構(gòu)，其收斂角不大于35° ；所述噴嘴是毫米或微米或納米量級(jí)；所述雙流體噴射閥(4)將液體材料噴射至一基板(5)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙流體噴射系統(tǒng)，其特征在于所述控制模塊(3)分別與氣動(dòng)模塊(1)和液動(dòng)模塊(2)相連，能精確控制液體和液體的壓力和流量，通過(guò)調(diào)節(jié)氣液流速比或流量比，實(shí)現(xiàn)液點(diǎn)大小和噴射頻率的精確控制，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)霧噴。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙流體噴射系統(tǒng)。它包括氣動(dòng)模塊、液動(dòng)模塊、控制模塊、雙流體噴射閥，控制模塊通過(guò)氣動(dòng)模塊和液動(dòng)模塊分別連接控制雙流體噴射閥的氣管和液管。所述雙流體噴射系統(tǒng)基于微通道氣液兩相流運(yùn)動(dòng)原理，即通過(guò)控制模塊控制氣動(dòng)模塊和液動(dòng)模塊中氣液流速比或流量比使得微通道中出現(xiàn)段塞流的液體噴射。本發(fā)明適用于半導(dǎo)體薄膜制備、復(fù)合材料制備、電子封裝、MEMS系統(tǒng)、噴涂、噴墨、粉末冶金、生物醫(yī)藥、食品加工、焊接、燃燒、化工等領(lǐng)域的流體噴射。
文檔編號(hào)B05B7/04GK102527541SQ20121000694
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者張建華, 張金松, 彭鵬, 王志亮 申請(qǐng)人:上海大學(xué)