面向芯片封装的微量胶液转移过程建模及控制研究

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微量胶液转移技术是芯片封装过程中的关键技术之一,对芯片封装质量起着决定性作用,该过程要求转移的胶液量具有很高的一致性。然而,由于胶液转移过程受胶液非牛顿流变特性及非线性动态过程的影响,要达到微量、高精度、高一致性的胶液转移性能极为困难。本文从分析影响胶液转移量的因素入手,对胶液转移过程进行动态建模,实现对胶液挤出量的精确预测,并深入研究了多参数对胶液与基板接触及拉断动态过程的影响规律,在此基础上,制定开关自适应控制策略,以提高胶液转移量的一致性。论文主要工作及研究成果如下:1)微量胶液转移原理与过程分析。针对微量胶液转移过程中存在的问题,分析了产生这些问题的原因及影响胶液转移量的主要因素,并对这些因素的可控性及可观测性作了归纳,为胶液转移过程动态建模与控制研究提供依据。2)建立了窄脉冲气压作用下注射器内部非稳态压力响应模型。由于窄脉冲(数十毫秒脉宽)气源压力作用下注射器内压力并未达到稳态,且不能直接测量,现有研究中均将注射器入口压力视为其内部压力。本文分别建立了注射器内充、放气过程压力响应模型,并将注射器入口压力、本文所建模型解析压力与数值模拟压力比较。结果表明,本文模型预测注射器内部压力的平均误差(9.6%)远小于以注射器入口压力代替内部压力时的平均误差(24.1%)。3)研究了多参数影响下胶液与基板接触及拉断过程动力学特性。胶液被挤出至针头后需与基板接触、拉断实现转移,拉断时针头胶液残留导致实际转移量并不等于挤出量。本文首先研究了针头结构参数对胶液挤出量的影响规律,并建立了胶液拉断过程气-液两相流动态流变模型,在此基础上,结合VOF模型、Brackbill表面张力模型及动网格技术对胶液拉断动态过程进行数值模拟,获得了针头与基板接触距离、针头回复速度、胶液与基板接触角等多参数对胶液转移量的影响规律。结果表明,以上参数会明显影响胶液的转移量及拉断后的形状。4)制定了基于胶点体积预测模型的时间-压力开关自适应控制策略。通过对微量胶液转移系统的气动部分和胶液微挤出部分分别进行建模,得到胶点体积预测模型,在该模型基础上,以时间和压力为补偿量,采用时间-压力开关自适应方法对微量胶液转移过程进行控制。结果表明,所建立的预测模型对胶液挤出量的预测精度为1%,且胶液转移量的最大误差由控制前的50%降为7%,转移量的一致性得到显著提高。
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