点胶微通道结构参数对胶体挤出过程影响规律研究

Research on Influence 0f M icro-Channel StructureParameters for Glue Soluting Dispensing ProcessChen Congping Zhang Tao Dong Xiaogang(College of Mechanical& Material Engi，mering，China Three Gorges Univ.，Yichang 443002，China)Abstract For the problem that micro-channel structure parameters have important effects on micro-dispen-·sing process is often ignored，the micro-dispensing process model including micro-channel structure parame-ters has been established.The influence law of the entrance contraction angle，the length of the micro-channeland the outlet inner diameter for micro-dispensing process were also studied by numerical simulation.The re-sults show that the structure parameters changes will significantly affect the pressure and the flow velocitywhen the glue soluting through the micro-channel and then affect the cycle dispensing quality。

Keywords micro-channel structure parameters； micro dispensing； Influence law点胶是指以可控的方式对胶体进行精确分配的- 种技术 ，已被广泛应用于集成电路封装及表面贴装等工艺过程中，对芯片的封装质量起着关键性的作用l1].典型的点胶原理如 图 1所示 ，在点胶过程 中，密封在注射筒中的胶体受压力 P(如压缩气体等)的驱动而从针头(微通道)挤出并被布施于指定位置 ，该过程受众多因素的耦合影响，周期挤出量难以满足高-致性的要求.在现有对点胶过程研究 的文献 中，几乎全部将微通道的结构简化为圆形直管 ，在此基础上对胶体流经圆管时的动态特性进行研究 ]，重点考虑胶体特性、驱动压力及压力作用时间等对胶体挤出过程的影响，而微通道的结构参数如人口形状、长度及出口内径等均未加考虑，而事实上这些参数对胶体流经微管道时的动态特性有较大的影响，尤其在微量点胶(如毫克、微克级)的情况下影响更为显著，忽略这些影响因素势必会引入较大的模型误差。

注射筒图 1 点胶头结构示意 图本文通过研究微通道结构参数变化对点胶过程的影响，应用数值仿真手段，研究微通道入 口收缩角、收稿日期：2012-06-25通信作者：陈从平(1976-)，男，副教授，博士，主要研究方向为机器视觉及智能控制.E-mail：mechencr ###163.corn74 三 峡 大 学 学 报(自然 科 学 版) 2013年 2月长度、出口内径对点胶过程的影 响规律.所获得的结果对点胶时正确选用针头有-定的指导意义，同时也为建立符合实际情况的点胶预测模型提供参考。

1 过程建模微通道结构如图 2所示，根据点胶实际情况和胶体所具有的属性，文中做出以下合理假设：1)认为在点胶过程中没有发生热传递和能量耗散；2)胶体的流动状态为层流 ；3)胶体不可压缩.由此，建立胶体流动的连续性方程和动量方程分别为 .( )- 0 (1)o Z ·( H)- - V p r Pg (2)2 微 通 遭 结 构 不 意点胶过程中使用的胶体大多为非牛顿流体，-般满足幂率非牛顿流体的数学模型：r- K(Su/Sy)” (3)式中，p为胶体密度，l-u(x，Y，)为速度向量，g为重力加速度，V-(a/a a/a )为微分算子，r为剪切应力 ，P为压力 ，K 为流动系数 ，n>0为流动指数 ，当- l时为牛顿流体，当 ”≠1时为非牛顿流体.在此基础上 ，考虑微通道结构参数 ，可建立胶体通过微通道的流量模型为[6Q- 去(臀 )]i ㈩式 中，P。为喷管出 口压力 (-般为 1个大气压 )， 为与微通道入口收缩角有关的参数，令.8-D/d，有 (5) - -由式(4)、(5)可 以看 出，针头人 口收缩角、半径、长度对点胶过程有重要影响，不能被忽略。

2 数值仿真2.1 仿真条件采用 CFD仿真软件 FI UENT对针头内部流场进行数值模拟，仿真时保持注射筒几何尺寸不变，利用单-变量法 ，逐-改变针头 收缩 角 a、点胶针头总长 L和胶体出 口内径 d的数值 大小 ，研究这些参数变化对点胶过程的影响.所选取的胶体特性参数和初始边界压力设置见表 1。

表 1 胶体属性及作用压力胶体属性及 密度 流动系数 流动指数 人口压力 出Vl压力作用压力 p/(kg·m ) K p/MPa Pl，/MPa数值 1 780 283 0.57 2 1由于点胶头为对称结构 ，为降低计算量 ，取其-半作为数值计算域，并在 Gambit中划分结构化 四边形网格 ，图 3为 口90。、L15 mm和 d-1.08 mm时计算域的边界条件设置和网格划分.图 4为该情况下的胶体流速云图.从 图中可 以得到：1)胶体在注射筒内部 的流速远小于在针头 内部的流速；2)胶体流速在缩口处快速降低，在针头直管部分基本保持不变。

Axis图 3 边 界条 件设 置及 网格划分XVetr.iet4 胶体在注射 简和针头内部 流动的速 度云图2.2 各参数对胶体微挤出过程的影响结果分析1)收缩角保持针头的总长 L和胶体出口内径d分别为 15mm和 1.08mm不变，在 30～150。范围逐步改变针头的入口收缩角 a，分别对其进行数值仿真，得到不同收缩角下的胶体沿针头轴线方向所受压力大型胶体在针头出口的流速，如图 5所示，由其变化趋势可以看 出，收缩角越大 ，沿针头轴线方 向胶体所 受压力衰减越快 ，针头入 口压力衰减也越显著 ；同时，针头出口流速也随收缩角变大而快速衰减。

2)针头总长采用与上述相同的方法 ，在保持收缩角 a和出口内径d不变的情况下，逐步改变针头的总长 L，分别对其进行数值计算，得到计算结果如图 6所示.由图6(a)可知，针头越长，沿针头轴线方向胶体所受压力衰减越慢；由图6(b)可知，针头出口流速随针管长度第 35卷 第 1期 陈从平 ，等 点胶微通道结构参数对胶体挤出过程影响规律研究 75J 4 8 12 16 2U 24 0 U.1 0 2 U.3 U.4 0.，点胶针头总长Llmm 针头出口半径dl21mm(a)针头轴线上的压力值 (b)针头出口流速图 6 L变化 对点胶过程的影响 (口90。， i.08ram)3)出口内径同样，在保持针头的收缩角 a和针头总长L不变的情况下 ，逐步改变针头的出 口内径 d，对其进行数值计算后的结果如图 7所示，从图 7(a)可知，胶体在针头轴线方向上的压降随内径增大而减小，表明管径大小对压力阻力变化的作用 明显 ；同时 ，图 7(b)中胶体在针头出口流速随针管半径增大而迅速增加，当d-0.16 mm时 ，胶体流速几乎为零 ，进-步说 明了内径对胶体阻力的影响作用。

1·O0矗0.6娶0-O·20o 2 4 6 8 1o 12 i4 i6 o o.2 o.4 o.6 o.8 i.o点胶针头总长Llmm 针头出口半d/2/mm(a)针头轴线上的压力值 (b)针头出口流速图 7 d变化对 点胶 过程的影响(a90。，L-15 mm)3 结 论分析研究表明，人 口形状 、长度及 出 口内径结构参数对胶体微挤 出过程有 较大影响.其 中，收缩角越大，沿针头轴线方向胶体所受压力衰减越快，胶体挤出速度也就越小 ；针头越长 ，沿针头轴线方 向胶体所受压力衰减越慢，胶体挤出速度却越小；而胶体在针头轴线方向上的压降随内径增大而减小，胶体挤出速度随内径增大而增大.在对点胶过程建模 、控制 ，以及在实际选用点胶头时 ，应充分考虑微通道结构参数的影响，以提高点胶的-致性，提高点胶质量。