StarJet: Pneumatische Erzeugung von Nano- bis Picoliter Tropfen flüssigen Lötzinns in einer sternförmigen Düse

Abstract:
Der StarJet ist ein neuer drop-on-demand Dispenser zur kontaktfreien Erzeugung von Tropfen flüssigen Lötzinns mit Volumen im Nano- bis Pikoliterbereich. Das System basiert auf einer sternförmigen Düsengeometrie in der Tropfen flüssigen Metalls durch Kapillarkräfte geführt werden. Die Tropfenerzeugung wird durch ein selbstregulierendes Wechselspiel realisiert. Dieses findet zwischen dem flüssigen Metall und einer pneumatisch induzierten Schutzgasströmung in den äußeren Kanälen des Sternprofils statt. Dabei stellt sich bei statischer Aktuation eine natürliche Eigenfrequenz des Tropfenabrisses ein. Dieses Prinzip der Tropfenerzeugung wurde zuerst in Simulationen mittels Computational Fluid Dynamics (CFD) nachgewiesen. In einer ersten experimentellen Realisierung wurden Tropfen flüssigen Lötzinns mit Volumen von 120 pl bis 3,6 nl bei Eigenfrequenzen zwischen 30 und 400 Hz generiert. Einzeltropfen können durch Aktuationszeiten im Bereich der Eigenperiode des Systems generiert werden. Durch wiederholtes Dispensieren an einer festen Position wurden Säulen erstarrter Zinntropfen mit einer Höhe beispielsweise von 20 mm bei einer Breite von 300 µm erzeugt. Dies verdeutlicht die gute Richtungsstabilität des Systems.