一、 核心功能与应用场景功能:在高速旋转的离心机上,安全、可靠地固定住承载了COB芯片的基板(通常是铝基板、陶瓷基板等),使其承受巨大的离心力(通常用G力表示,如1000G)而不产生任何位移。
典型工艺:
荧光粉涂覆:在离心法封装中,通过高速旋转,利用离心力使滴涂在芯片表面的荧光胶液均匀铺展,并排出气泡。
底部填充:某些工艺可能用于Underfill胶水的填充。
核心要求:高刚性、高可靠性、平衡性、防污染。
二、 治具结构设计方案
治具通常由治具底座(适配离心机转子)和芯片固定模块两部分构成。
1. 治具底座 (Fixture Base)
功能:连接离心机转子,并承载所有固定模块。这是整个治具安全的核心。
材质:高强度铝合金(7075-T6等)或不锈钢。必须保证在高速旋转下不会断裂或变形。
设计要点:
动平衡:治具本身必须进行高精度动平衡校正(通常要求达到G2.5或更高等级)。不平衡会导致离心机剧烈震动,损坏设备甚至引发安全事故。设计上需对称,并在底座上预留配重调节孔或区域。
机械接口:必须与目标离心机转子的接口(如螺栓孔 pattern)完全匹配,确保紧固无误。
轻量化:在保证强度前提下,减轻重量可以降低离心机负载,提高安全性。
2. 芯片固定模块 (Chip Fixing Module)
这是直接接触和固定产品的部分,需要精心设计。
方案A:盖板压覆式(常用、可靠)
组成:
优点:固定力巨大且均匀,非常可靠。
缺点:装卸相对耗时。
下模/载板:带有定位槽,用于放置COB基板。定位方式可以是销钉或仿形槽。
上盖板:一块开有窗口的厚板,窗口尺寸大于芯片发光区但小于基板边框。
紧固方式:使用高强度内六角螺钉或快夹钳将上盖板牢牢压紧在下模上,通过摩擦力固定基板。严禁使用普通螺丝或塑料件。
方案B:弹性压臂式(适用于快速装卸)
组成:在底座上设计多个独立的、带有硅胶或软金属垫片的弹性压臂。通过压臂的弹力将基板压住。
优点:操作非常迅速,适合大批量生产。
缺点:对于极高的G力(如 >2000G),可靠性可能不如盖板式,需要精密计算和测试弹力是否足够。
方案C:真空吸附式(特殊应用)
组成:治具表面有气路,通过旋转接头在离心时提供真空,将基板吸附住。
优点:固定力均匀,不遮挡产品。
缺点:系统复杂,成本高,有泄漏风险,需额外配置真空系统。
3. 材料选择关键
与芯片接触部分:使用不锈钢、阳极氧化铝或高性能工程塑料(如PEEK、Vespel)。确保无金属屑、耐腐蚀、不易与胶水粘连。
密封材料:如果需要防止胶水飞溅,可使用耐化学腐蚀的硅胶或氟橡胶密封圈。
三、 设计考量与注意事项(重中之重)力学仿真与分析 (FEA)
应力分析:模拟在目标离心力下,治具各部件(尤其是螺钉、压臂、底座)的应力分布,确保远低于材料的屈服强度,有足够的安全系数(通常 >4)。
形变分析:检查治具在受力下的形变量,必须确保形变不会导致产品被压碎或移位。
必须进行:在设计阶段,必须使用有限元分析软件(如ANSYS)对治具进行静力学和动力学仿真。
分析内容:
动平衡 (Dynamic Balance)
加工完成的治具必须上动平衡机进行校正。通过在不平衡点去重(钻孔)或加重(加配重螺丝/垫片)的方式,将不平衡量控制在离心机要求的范围内。
防污染设计
所有表面应光滑无毛刺,避免刮伤产品或产生颗粒。
设计应易于清洁,无残留胶水的死角。
如果处理液态胶水,治具应考虑防溅设计,如增加可更换的防溅衬板或收集槽。
安全冗余
主要紧固件(如螺钉)应选择高于实际需求规格的产品。
可考虑双重 locking机制,例如在压板上再加一个防松卡扣。
标识与管理
治具上应清晰刻印其允许转速(RPM)和对应的G力。
每个治具应有编号,并建立档案,记录其使用次数和保养情况。
四、 设计流程总结明确输入:确认COB基板尺寸、离心机型号及接口、工艺要求的转速/G力。
概念设计:选择固定方案(盖板压覆式)。
3D建模与FEA仿真:迭代优化设计,确保强度和安全性。
图纸输出:标注关键尺寸、公差、材料和表面处理要求(如阳极化)。
加工与制造:选择有经验的精密机械加工商。
动平衡校正:交付专业机构进行动平衡调试。
现场测试与验证:
先在低速下空载测试,检查震动和噪音。
逐步提高转速至工艺要求,进行满载测试。
检查产品 after离心,确认无移位、无损伤。
结论与建议
对于COB芯片高速离心这种极端工况,安全性和可靠性是的位。
推荐采用“高强度铝合金底座 + 盖板压覆式固定”的方案。这是经过验证的可靠的方式。
不能省略FEA力学仿真和动平衡校正这两个步骤,它们是防止恶性事故发生的技术保障。
治具的设计和制造是一项专业性极强的任务,强烈建议与具有航空航天或汽车领域精密工装设计经验的工程师和供应商合作。