按需式微熔滴喷射打印过程的仿真与优化研究

摘要

面阵列电子封装技术由于具有高密度、高可靠性和优良的电学性能等特点而成为顺应电子产品微型化、集成化、精密化趋势的主流封装技术。其中，球状凸点的特性将直接影响封装的可靠性，质量良好的凸点应具有光滑表面，无空洞，直径、形貌均匀统一，沉积位置准确无偏移。采用微滴喷射打印技术可进行面阵列封装凸点的快速成型，但液滴喷射、沉积凝固过程中的环境、熔滴发生器结构等参数都将影响凸点的质量。因此，研究锡熔滴的喷射特性变化规律和沉积凝固规律对有效提高凸点质量具有非常重要的意义。
　　本文以哈尔滨工业大学机械制造及其自动化系研制的振子式熔滴喷射装置为研究对象，运用FLUENT软件对振子振动促进锡熔滴喷出过程进行仿真研究，了解锡熔滴的喷射特性。通过改变工作参数（振子振幅、扰动信号幅宽、扰动信号回缩时间）及结构参数（振子与容腔内壁环隙、振子斜面倾角），获得锡熔滴喷射特性的变化规律，并研究了结构装配的误差（振子轴线与容腔轴线偏移量、偏角）对熔滴喷射特性的影响。
　　其次，对锡熔滴与焊盘的碰撞凝固过程进行了仿真计算，计算较已有结果增加考虑表面张力随温度的变化及熔滴与底板之间的热交换，考察了熔滴沉积凝固过程中流场及凝固层的变化，研究了熔滴撞击底板时的速度、温度与焊盘温度、尺寸对熔滴沉积凝固形貌的影响规律。
　　最后，在微熔滴喷射及沉积过程仿真基础上，对喷嘴结构进行阻力优化，并研究振子喷射参数（包括振子斜面倾角、振子与容腔壁面环隙以及振子振幅）对熔滴喷射特性的综合影响规律。对影响喷射质量的振子相关因素进行响应曲面优化设计，得到以上三个因素影响的最优范围，并验证模型的可靠性。

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第1章 绪 论

1.1课题来源及研究的背景和意义

1.2均匀液滴喷射沉积的研究现状及分析

1.3主要研究内容及研究方案

第2章 按需式微熔滴喷射特性分析

2.1按需式微熔滴喷射的工作原理

2.2基于流体动力学思想的熔滴喷射特性理论计算

2.3锡熔滴喷射过程仿真参数的选择

2.4锡熔滴喷射过程分析

2.5工作参数对锡熔滴喷射特性的影响

2.6结构参数及工作的对液滴喷射的影响规律

2.7本章小结

第3章 按需式微熔滴沉积特性分析

3.1锡熔滴沉积变形及凝固过程分析

3.2锡熔滴沉积过程的仿真计算

3.3相关参数对液滴沉积特性变化趋势的影响

3.4本章小结

第4章 喷嘴结构和振子喷射条件优化

4.1基于Sculptor的喷嘴结构设计优化

4.2基于Minitab响应曲面喷射条件的优化

4.3本章小结

结论

参考文献

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致谢