實驗名稱：顆粒電霧化(hua)布控(kong)實驗研究

　　測試目的：圍繞導電顆粒電霧化布控的(de)(de)有關特(te)性展開具(ju)體研究(jiu)，通(tong)過對(dui)比(bi)不同參數下的(de)(de)顆粒沉積情況來考察該工藝(yi)的(de)(de)目標工作(zuo)區(qu)間，并就實驗中遭遇到(dao)的(de)(de)其他現(xian)象(xiang)進(jin)行(xing)分析(xi)和說明。

　　測試設備：高壓放大器、驅(qu)動器、工業相機(ji)、注射控制泵、電腦等。

　　實驗過程：

　　圖1：顆粒布控原(yuan)型裝置

　　設計加工了(le)用于(yu)(yu)導(dao)電(dian)顆粒布(bu)控噴灑的(de)(de)(de)原(yuan)型裝置(zhi)（圖1a）。該裝置(zhi)基于(yu)(yu)自動化和(he)模塊化的(de)(de)(de)思(si)路更新(xin)了(le)原(yuan)平臺的(de)(de)(de)若干(gan)功能組(zu)件，包括高壓電(dian)源(yuan)器件及注射控制泵，同(tong)時擴展了(le)具備(bei)運(yun)動能力的(de)(de)(de)底部平臺來輔助提升顆粒沉(chen)積的(de)(de)(de)效果并兼容預期尺度(du)的(de)(de)(de)芯片晶圓。

　　高壓(ya)(ya)發(fa)(fa)生模(mo)(mo)塊采用了高壓(ya)(ya)放(fang)大器，該組件的(de)(de)(de)功能是將輸(shu)入(ru)的(de)(de)(de)弱電(dian)(dian)壓(ya)(ya)信號(hao)增(zeng)強放(fang)大至所需(xu)強度，通(tong)過(guo)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)PC端的(de)(de)(de)數模(mo)(mo)轉換元件可(ke)以實時(shi)(shi)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)輸(shu)出電(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)(de)(de)大小，這樣可(ke)以實現兩個(ge)功能：1）可(ke)以根據參考運動平臺以及流量(liang)控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)時(shi)(shi)序(xu)來同步施加(jia)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)引發(fa)(fa)霧(wu)(wu)化噴(pen)射，因而可(ke)以選(xuan)定(ding)沉(chen)積區的(de)(de)(de)大致位置；2）可(ke)以設定(ding)霧(wu)(wu)化發(fa)(fa)生時(shi)(shi)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)值(zhi)函數，前面介紹過(guo)在穩態錐(zhui)模(mo)(mo)式(shi)下，隨著電(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)(de)(de)升高噴(pen)霧(wu)(wu)射流及噴(pen)霧(wu)(wu)場會持續(xu)發(fa)(fa)生偏轉，若希望沉(chen)積斑紋的(de)(de)(de)形態對稱(cheng)均(jun)一(yi)應盡量(liang)選(xuan)擇靠近觸發(fa)(fa)穩態錐(zhui)模(mo)(mo)式(shi)的(de)(de)(de)下緣電(dian)(dian)壓(ya)(ya)值(zhi)作(zuo)(zuo)為霧(wu)(wu)化工作(zuo)(zuo)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)。但由于(yu)遲滯效應的(de)(de)(de)關(guan)系，當(dang)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)值(zhi)過(guo)于(yu)接近觸發(fa)(fa)下緣時(shi)(shi)，存在一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)概率使得霧(wu)(wu)化仍處在脈沖(chong)錐(zhui)射流模(mo)(mo)式(shi)下。此時(shi)(shi)可(ke)通(tong)過(guo)PC控(kong)(kong)(kong)制(zhi)(zhi)端設定(ding)一(yi)個(ge)較高的(de)(de)(de)起始值(zhi)并隨即略微下調，即可(ke)在確保形成穩態錐(zhui)噴(pen)射的(de)(de)(de)同時(shi)(shi)降(jiang)低選(xuan)定(ding)的(de)(de)(de)工作(zuo)(zuo)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)值(zhi)。

　　圖2：不同極間距下顆(ke)粒沉積(ji)斑紋的整體形(xing)貌(mao)

　　首(shou)先(xian)對(dui)比使用不(bu)同極(ji)間(jian)距(ju)時(shi)顆粒(li)整體(ti)沉積斑(ban)紋(wen)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)小，當極(ji)間(jian)距(ju)過小時(shi)噴霧(wu)無法有效(xiao)展開(kai)，而(er)當極(ji)間(jian)距(ju)過大(da)時(shi)噴霧(wu)場則因易受外(wai)部氣流的(de)(de)(de)(de)(de)影響而(er)失去(qu)較(jiao)優的(de)(de)(de)(de)(de)對(dui)稱性。顯(xian)然這兩種條件都不(bu)利于獲得(de)(de)均勻的(de)(de)(de)(de)(de)沉積圖(tu)案，所以在本(ben)次(ci)實驗(yan)中選取的(de)(de)(de)(de)(de)針頭高度范圍限(xian)制在10~30mm。圖(tu)2分別展示了(le)(le)在10mm、20mm和30mm極(ji)間(jian)距(ju)下獲得(de)(de)的(de)(de)(de)(de)(de)沉積斑(ban)紋(wen)的(de)(de)(de)(de)(de)全(quan)貌，從圖(tu)像左側的(de)(de)(de)(de)(de)校驗(yan)刻度（1mm每格）可(ke)以測(ce)得(de)(de)斑(ban)紋(wen)直(zhi)徑(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)小。總的(de)(de)(de)(de)(de)來看(kan)(kan)獲得(de)(de)的(de)(de)(de)(de)(de)沉積斑(ban)紋(wen)邊(bian)界清晰、形態完整且較(jiao)為平滑，可(ke)見電霧(wu)化工藝能夠較(jiao)好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)將(jiang)大(da)量導電顆粒(li)均勻的(de)(de)(de)(de)(de)散布(bu)到大(da)面(mian)積的(de)(de)(de)(de)(de)基板(ban)上。圖(tu)3統(tong)計了(le)(le)不(bu)同極(ji)間(jian)距(ju)下10次(ci)實驗(yan)獲得(de)(de)的(de)(de)(de)(de)(de)沉積斑(ban)紋(wen)直(zhi)徑(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)分布(bu)情況，從直(zhi)徑(jing)隨極(ji)間(jian)距(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)變化情況來看(kan)(kan)，除了(le)(le)在較(jiao)近距(ju)離處存在略微(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)偏差(cha)外(wai)，整體(ti)呈線性增長關系。

　　圖3：不同(tong)極(ji)間距下沉積斑紋直(zhi)徑(jing)分布圖

　　實驗結果：

　　通(tong)過沉(chen)積斑紋(wen)整體(ti)形(xing)貌的(de)(de)(de)(de)對比觀(guan)測(ce)，初步選定工作極間距為(wei)20mm，這是綜合(he)覆(fu)蓋(gai)面積以及沉(chen)積均勻性(xing)兩(liang)方(fang)面考(kao)慮的(de)(de)(de)(de)結果。實驗參數(shu)方(fang)面，本節內容(rong)主要采用(yong)的(de)(de)(de)(de)是質量分數(shu)0.2wt.%（約為(wei)每ml溶液中0.02g顆粒）的(de)(de)(de)(de)導電顆粒懸浮液，溶劑為(wei)純(chun)異丙(bing)醇溶液，所(suo)用(yong)的(de)(de)(de)(de)針(zhen)頭規格為(wei)24G，供(gong)給流(liu)量為(wei)0.5ml/H，噴霧時(shi)(shi)間持續一分鐘。以上參數(shu)除了流(liu)量和針(zhen)頭型號外(wai)對沉(chen)積斑紋(wen)的(de)(de)(de)(de)形(xing)狀(zhuang)基本沒有影響(xiang)，濃度變化僅影響(xiang)斑紋(wen)的(de)(de)(de)(de)明暗程度，同(tong)樣延(yan)長噴霧時(shi)(shi)間也不會顯著(zhu)改變斑紋(wen)直徑(jing)的(de)(de)(de)(de)大小。

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