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2025-09-29
气动膜片式焊料喷印成形技术分析与应用
【摘要】：华中科技大学的张鸿海等研制的气动膜片式焊料喷头如图3-67所示，这种喷头包括焊料的储料腔、节流器、隔膜、喷嘴、电磁阀和排气孔等部分，喷射过程如下：图3-67 气动膜片式焊料喷头1）发出脉冲信号，开启电磁阀，压缩空气经过电磁阀进入气体工作腔，腔内压力上升。张鸿海等采用上述喷头进行了实际喷射试验，参数如下：喷嘴直径为100μm，驱动压力为0.25MPa，驱动脉宽为1.8ms，加热温度为250℃，排气孔处管长为100mm，排气孔内径为4mm，焊料为Sn63Pb37。
华中科技大学的张鸿海等研制的气动膜片式焊料喷头如图3-67所示，这种喷头包括焊料的储料腔、节流器、隔膜（圆形不锈钢）、喷嘴、电磁阀和排气孔等部分，喷射过程如下：
图3-67 气动膜片式焊料喷头
1）发出脉冲信号，开启电磁阀，压缩空气经过电磁阀进入气体工作腔，腔内压力上升。
2）由于气体工作腔内压力上升，使隔膜两面的压力不平衡，隔膜向右挠曲变形，气体工作腔的体积变大，液体工作腔的体积变小、压力增大，使液体工作腔内一部分液态焊料通过喷嘴形成射流。
3）关闭电磁阀，气体工作腔通过电磁阀和排气孔与大气相连，气体工作腔内气压快速下降，隔膜左侧的驱动压力消失（甚至为负压），隔膜由于本身的弹性作用快速向左回弹，液体工作腔内体积增大、压力减小，喷射出的液态焊料在喷嘴处颈缩、分离形成微滴。
4）随着液体工作腔内压力释放，由储料腔向液体工作腔补充液态焊料，隔膜在大气压力作用下，最终回复到初始位置，达到平衡状态，完成微滴喷射的循环过程，准备下一次喷射循环。
张鸿海等采用上述喷头进行了实际喷射试验，参数如下：喷嘴直径为100μm，驱动压力为0.25MPa，驱动脉宽为1.8ms，加热温度为250℃，排气孔处管长为100mm，排气孔内径为4mm，焊料为Sn63Pb37。喷射的焊球直径分布如图3-68所示，偏差约为3％。
图3-68 喷射的焊球直径分布
在实验中发现，通过调节控制参数可以得到接近喷嘴内径的金属焊球，例如，喷嘴内径为100μm和驱动压力为0.15MPa时，可以得到和孔径相当的金属焊球（见图3-69）；在喷嘴孔径为80μm和驱动压力为0.20MPa时，可以得到直径为85μm的焊球。
该文献作者通过实验研究得到图3-70～图3-73所示关系曲线。研究还表明，当喷射距离（喷嘴与基板之间的距离）在0.2～2.2mm范围内变动时，液滴直径的变化小于1％。(https://www.chuimin.cn)
图3-69 直径约100μm金属焊球
图3-70 隔膜直径与液滴直径和液滴速度的关系曲线（喷嘴直径为65.78μm）
图3-71 驱动气压与液滴直径和液滴速度的关系曲线（喷嘴直径为72.11μm）
图3-72 驱动频率与液滴直径和液滴速度的关系曲线（喷嘴直径为65.78μm）
图3-73 驱动脉冲宽度与液滴直径和液滴速度的关系曲线（喷嘴直径为65.78μm）
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