喷射点胶结构中顶针的寿命分析研究

发布时间：2020-02-02 14:04

【摘要】：随着全球经济发展的一体化模式,电子信息制造产业间的竞争日趋激烈,电子产品的设计、制造越来越趋于微型化,小巧化和精致化,微电子产业成为市场发展的主流。喷射点胶是非接触式涂胶技术,与传统涂胶技术相比,喷射点胶量能够精确控制,点胶质量一致性较高。但是点胶阀中顶针容易磨损断裂,点胶设备使用寿命受到限制,因此需要运用理论知识并结合实际点胶过程对顶针的疲劳寿命进行分析研究,设计加工符合使用寿命要求的高质量顶针。首先本文以美国诺信公司的喷射点胶设备为研究对象,采用CFD流体力学分析软件模拟喷射点胶过程,并对胶水的流体动力学特性进行分析研究,在模拟分析结果的基础上,借助公司的试验平台设计DOE正交试验,通过试验分析法得出顶针的几何外形和行程是决定点胶量和胶点直径的最显著影响因素。其次根据胶液动态特性CFD分析结果,为了达到较高水平的点胶效果,需要对顶针几何外形和实际应用参数进行优化设计和合理选择。从材料的强度分析和疲劳寿命计算理论基础出发,建立顶针强度分析和疲劳寿命计算方法,并且参照顶针材料的力学特性,结合顶针极限应力曲线来检验顶针疲劳强度,校验其疲劳强度安全系数是否达到设计要求。强度分析过程中结合CFD结论,不断改进顶针设计和调整应用参数直到其疲劳强度和寿命符合设计和使用要求。最后在本文对喷射点胶过程胶液动态特性模拟分析、顶针强度分析和疲劳寿命计算的基础上,借助企业某款产品及测试平台,设计正交试验,安排顶针性能及疲劳寿命测试试验。正交试验结果表明影响点胶效果的主要因素与CFD模拟结果一致。根据顶针疲劳强度和寿命分析结论,测试不同设计结构的顶针所对应的点胶效果和实际疲劳寿命。性能和疲劳寿命试验结果表明:0.75mm顶针不但能够喷射0.3mm胶点,而且其疲劳寿命达到5500万次仍旧在继续工作,完全符合疲劳寿命分析计算结果。虽然0.5mm顶针能够喷射0.3mm胶点,但是其疲劳寿命不高,不符合设计要求,并且实际使用过程中顶针断裂最多的就是此类设计。本文对顶针的疲劳寿命进行分析和研究,为微电子封装生产提供高性能、高可靠性、长寿命的喷射点胶设备提供理论研究基础和试验数据参考。
【图文】：

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点胶装置采用顶针撞击喷胶方式，该装置主统加热模块等部分组成如图 1 所示。它通常熔化后的胶水在气压活塞作用下源源不断地动顶针向喷嘴口运动，直到高速撞击喷嘴内聚，随着密闭内腔胶水液压不断增大，胶水阀快速切换进排气回路，顶针往回运动，胶水，胶水就持续不断地从喷嘴口喷射出来。喷，顶针挤压胶液在喷嘴内腔中做杂乱无章地及密闭内腔体积的变化，因此无法通过建立文采用 CFD 仿真软件来模拟顶针撞击喷嘴，同时仿真模拟顶针碰撞过程中密闭内腔体完成整个喷射点胶过程的数值模拟分析。

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顶针撞击喷嘴时的速度可以通过顶针运动学方程（2-2）和（2-3）组合求得。图2 喷射点胶装置工作原理Fig.2 The jetting device working principle2.3.2 顶针行程 l 对流体动力学特性的影响为了研究分析顶针行程是如何影响胶水动力学特性，，使用 CFD 软件模拟不同顶针行程对应的喷口胶水喷射速度矢量分布。本文中分别模拟行程为：0.5 mm、1.0 mm和 1.5 mm 时，对应胶水动力学特性的不同表现。模拟过程中数值模型所有内外载荷设置均保持一致，其基本参数设置是：①. 顶针与喷嘴贴合时接触线大小都是 1.5mm如图 2 中所示；②. 作用在顶针顶帽上的气压设定值为 0.5 Mpa ；③. 胶水注入压力始终保持在 0.3 Mpa ；④. 对以上三种顶针行程进行模拟分析时，都使用相同的顶针和喷嘴结构。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN05

【参考文献】