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封装热压模机合模机构的有限元分析

发布于:2018-06-15 21:19
有限元分析

      热压模机是封装后工序中的主要设备之一,其作用是通过专用模具将已安装固定好的芯片密封在基板上,从而实现保护芯片和增强芯片电热性能的目的。热压模机主要由3部分组成:合模机构、注射机构、送料机构。其中,合模机构是保证成型模具可靠地锁紧和实现开闭动作及顶出制品的关键部件,其工作性能的好坏将直接影响到芯片密封的质量。
      在分析了热压模机合模机构特性的基础上,根据设计要求进行结构设计,并运用有限元分析对关键部位进行了分析,综合实验与理论计算的结果,设计了达到要求的合模机构。
      合模机构最主要的功能是实现力的放大,主要有两种类型:液压式和电动式。电动式机构相比液压驱动具有以下优点:(1)环保:不会产生漏油及其造成的环境污染;(2)高效:反应迅速,缩短工作周期;(3)易维护:不存在液压系统的维护和冷却的问题;(4)高品质:精度较高,稳定性好。由于热压模机通常工作在洁净度较高的环境中,同时考虑到要满足生产自动化和产品批量化的要求,因此其合模装置采用滚珠兹杠传动式双曲肘机构是较为理想的。
      这里对关键部件—动板进行建模分析。由于在ANSYS中直接进行实体建模比较复杂,故采用在Pro/E环境中进行三维实体建模,通过ANSYS的connection for Pro/E接口将模型传输到ANSYS中进行分析。在传输前,要将Pro/E和ANSYS的工作目录设置成同一个,并在里而建立一个Pro/E的config.pro文件,配置其中有关ANSYS的选项,这样Pro/E的模型就能顺利导入ANSYS中,且不需要修补。同时注意ANSYS中没有单位,因此为统一建模和分析过程中的单位,确保分析结果易懂、不失真,应在Pro/E的“编辑-设置-单位”中设置或新建模型单位,建议全部采用国际标准单位制,即长度为叽力为N时间为、由此在ANSYS中导出的压力压强单位为N。
      动板:45号铸钢,其弹性模量E=202GP,泊松比0. 30。
      单元类型为具有20个节点的三维实体单元Solid9}采用manual global网格划分,节点数为57 24$单元数为37 5650
      在合模过程中,曲肘通过铰耳孔带动动板运动,故应限定铰耳孔的全部自由度。
      设计要求合模力为800kg合模时作用于模具上的合模力通过肘杆传递到尾、底板及4根导柱上。合模力作为均布载荷作用于尾板的模具安装处,即可在动板的凸台上施加此均布载荷。其反作用力由动板经处于合模机构死点位置的肘杆,传递到动板和底板之间的曲肘铰链座孔上,即将合模力的反作用力作为均布载荷作用于主要受力的曲肘铰链座孔。
      在合模过程中,动板产生的最大应力值为358MP。铸钢的为600MPa,与其比较,具有一定的安全系数,其强度储备是足够的。应力集中发生在铰耳处,曲肘铰链轴孔耳部的应力较大,4根导柱的应力分布较均匀,这与实际情况相符。由应力图看出,在设计中要注意铰耳孔的改进,导柱和曲肘铰链的材料、热处理、加工等须达到设计要求。
      动板的最大位移为0.04mm,主要发生在铰耳,从热压模机的工况分析,此位移是允许的。
      由于曲肘机构的力放大效果只与结构的几何尺寸有关,根据设计要求,通过对比分析合模机构的几种类型,确定了热压模机合模机构的具体构造、材料、尺寸等,并对关键部位进行了有限元分析,与传统靠经验直觉的方法相比,大大提高了设计精度和设计效率,缩短了开发周期,为进一步改进整机的受力情况和结构设计提供了理论依据。


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