实验名称：颗粒电雾化布控实验研究

　　测试目的：围绕导电颗粒电雾化布控的有关特性展开具体研究，通过对比不同参数下的颗粒沉积情况来考察该工艺的目标工作区间，并就实验中遭遇到的其他现象进行分析和说明。

　　测试设备：高压放大器、驱动器、工业相机、注射控制泵、电脑等。

　　实验过程：

　　图1：颗粒布控原型装置

　　设计加工了用于导电颗粒布控喷洒的原型装置（图1a）。该装置基于自动化和模块化的思路更新了原平台的若干功能组件，包括高压电源器件及注射控制泵，同时扩展了具备运动能力的底部平台来辅助提升颗粒沉积的效果并兼容预期尺度的芯片晶圆。

　　高压发生模块采用了高压放大器，该组件的功能是将输入的弱电压信号增强放大至所需强度，通过控制PC端的数模转换元件可以实时控制输出电压的大小，这样可以实现两个功能：1）可以根据参考运动平台以及流量控制时序来同步施加电压引发雾化喷射，因而可以选定沉积区的大致位置；2）可以设定雾化发生时的电压值函数，前面介绍过在稳态锥模式下，随着电压的升高喷雾射流及喷雾场会持续发生偏转，若希望沉积斑纹的形态对称均一应尽量选择靠近触发稳态锥模式的下缘电压值作为雾化工作电压。但由于迟滞效应的关系，当电压值过于接近触发下缘时，存在一定的概率使得雾化仍处在脉冲锥射流模式下。此时可通过PC控制端设定一个较高的起始值并随即略微下调，即可在确保形成稳态锥喷射的同时降低选定的工作电压值。

　　图2：不同极间距下颗粒沉积斑纹的整体形貌

　　首先对比使用不同极间距时颗粒整体沉积斑纹的大小，当极间距过小时喷雾无法有效展开，而当极间距过大时喷雾场则因易受外部气流的影响而失去较优的对称性。显然这两种条件都不利于获得均匀的沉积图案，所以在本次实验中选取的针头高度范围限制在10~30mm。图2分别展示了在10mm、20mm和30mm极间距下获得的沉积斑纹的全貌，从图像左侧的校验刻度（1mm每格）可以测得斑纹直径的大小。总的来看获得的沉积斑纹边界清晰、形态完整且较为平滑，可见电雾化工艺能够较好的将大量导电颗粒均匀的散布到大面积的基板上。图3统计了不同极间距下10次实验获得的沉积斑纹直径的分布情况，从直径随极间距的变化情况来看，除了在较近距离处存在略微的偏差外，整体呈线性增长关系。

　　图3：不同极间距下沉积斑纹直径分布图

　　实验结果：

　　通过沉积斑纹整体形貌的对比观测，初步选定工作极间距为20mm，这是综合覆盖面积以及沉积均匀性两方面考虑的结果。实验参数方面，本节内容主要采用的是质量分数0.2wt.%（约为每ml溶液中0.02g颗粒）的导电颗粒悬浮液，溶剂为纯异丙醇溶液，所用的针头规格为24G，供给流量为0.5ml/H，喷雾时间持续一分钟。以上参数除了流量和针头型号外对沉积斑纹的形状基本没有影响，浓度变化仅影响斑纹的明暗程度，同样延长喷雾时间也不会显著改变斑纹直径的大小。

　　电压放大器推荐：ATA-67100

　　图：ATA-67100高压放大器指标参数

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