短距离压电式喷射点胶卫星滴形成机理及抑制策略

doi:10.3901/JME.2024.19.347

机械工程学报 ›› 2024, Vol. 60 ›› Issue (19): 347-355.doi: 10.3901/JME.2024.19.347

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短距离压电式喷射点胶卫星滴形成机理及抑制策略

李亚栋¹, 陶友瑞¹, 王崇帅², 段书用¹, 李长峰³, 姬昭鑫¹

1. 河北工业大学机械工程学院天津 300401;
2. 河北工业大学电气工程学院天津 300401;
3. 常州铭赛机器人科技有限公司常州 213162

收稿日期:2023-11-03 修回日期:2024-04-12 出版日期:2024-10-05 发布日期:2024-11-27
作者简介:李亚栋,男,1999年出生。主要研究方向为工业设备可靠性。E-mail:401036273@qq.com;陶友瑞,男,1971年出生,教授、博士研究生导师,主要研究方向为可靠性设计与优化。E-mail:taoyourui@hebut.edu.cn;王崇帅(通信作者),男,1991年出生,博士,讲师。主要研究方向为高效数值求解方法、不确定性分析方法、压电式喷射点胶。E-mail:wangchongshuai@hebut.edu.cn;段书用,女,1984年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为机器人动力学、机器人可靠性、计算反求技术。E-mail:duanshuyong@hebut.edu.cn;李长峰,男,1976年出生,高级工程师,硕士研究生导师,主要研究方向为工业机器人技术,高速高精度运动控制技术,机器视觉技术,软件控制技术。E-mail:lichangfeng@mingseal.com;姬昭鑫,男,1998年出生,硕士研究生。主要研究方向为爬壁机器人。E-mail:1061394342@qq.com
基金资助:
河北省自然科学基金青年(E2023202190)和国家自然科学基金面上(52175222)资助项目。

Formation Mechanism and Suppression Strategies of Satellite Droplets for Piezoelectric Jet Dispensing within Short Distance

LI Yadong¹, TAO Yourui¹, WANG Chongshuai², DUAN Shuyong¹, LI Changfeng³, JI Zhaoxin¹

1. College of Mechanical Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401;
2. School of Electrical Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401;
3. Changzhou Mingseal Robot Technology Co., Ltd., Changzhou 213162

Received:2023-11-03 Revised:2024-04-12 Online:2024-10-05 Published:2024-11-27

摘要/Abstract

摘要： 喷射点胶是微电子封装领域的核心技术，射流破碎产生的卫星滴会造成基板污染、胶点形状不规则等，是点胶技术面临的难点问题。压电式喷射点胶的真实服役工况是短距离(0.7～1.2 mm)射流过程，射流破碎发生在液滴接触基板之后，破碎机制复杂，卫星滴形成机理尚不明晰。以某环氧树脂胶水为研究对象，基于试验与数值模拟研究了短距离喷射点胶过程中卫星滴的形成机理，并基于此提出卫星滴抑制策略。研究表明：短距离喷射点胶卫星滴的形成模式可分为三类：第二次射流破碎在卫星滴下方、两次射流破碎同时发生、第二次射流破碎在卫星滴上方，其中第三类卫星滴最容易形成散点；卫星滴生成率与射流破碎时间呈负相关关系，减小射流速度、降低喷射高度与喷嘴温度可有效提升射流破碎时间，降低卫星滴生成率；通过增加微喷孔长径比、喷嘴锥角或在喷嘴内部增设台阶等结构设计来降低射流速度，有利于抑制卫星滴的形成。

关键词: 喷射点胶, 卫星滴, 数值分析, 射流破碎时间, 长径比

Abstract: Jet dispensing is the core technology in the field of microelectronic packaging.The problems including substrate pollution, irregular shape of glue spots, etc., will be caused by the satellite droplets generating in jet breakup, which is a serious problem for the dispensing technology.The distance between nozzle and substrate is very short (0.7-1.2 mm) during piezoelectric driven dispensing, and jet breakup usually occurs after the droplet contact with the substrate.The process of jet breakup is complex, and the mechanism of satellites formation is still unclear.Numerical and experimental analysis for the dispensing of epoxy glue within short distance is implemented aiming to explore the mechanism of satellites formation, and the strategies to suppress satellites are presented.The results show that the formation modes of satellites can be classified into three types: the second breakup occurs under the satellite droplets, two breakups occur simultaneously at different positions, the second breakup occurs above the satellite droplets, and the third mode is worst, for which the satellites will become scattered spots.There is a negative relation between generation rate of satellite droplets and jet breakup time.The generation rate of satellites can be reduced by raising breakup time through decreasing the jet velocity, shortening the distance between nozzle and substrate, and reducing the temperature.In addition，the jet velocity can be decreased by increasing the angle of nozzle and the ratio of length to diameter of nozzle, or designing steps in the nozzle.

Key words: jet dispensing, satellite droplets, numerical analysis, jet crushing time, aspect ratio

中图分类号:

TH16
TP301

李亚栋, 陶友瑞, 王崇帅, 段书用, 李长峰, 姬昭鑫. 短距离压电式喷射点胶卫星滴形成机理及抑制策略[J]. 机械工程学报, 2024, 60(19): 347-355.

LI Yadong, TAO Yourui, WANG Chongshuai, DUAN Shuyong, LI Changfeng, JI Zhaoxin. Formation Mechanism and Suppression Strategies of Satellite Droplets for Piezoelectric Jet Dispensing within Short Distance[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2024, 60(19): 347-355.

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