基于HyperWorks的LED粘片机焊头摆杆静力学分析

　　1 引 言

　　全自动 LED 粘片机是一个高精密机构。芯片拾放装置是粘片机最重要的部件，其功能是将晶圆上已切割分离成一粒粒的芯片逐个吸起，传送并放置到引线框架上涂有银浆的装载杯中，使芯片在引线框架上被粘焊固定。芯片拾放装置需要精确、快速、平稳地往返于拾片和粘片两个位置，实现拾取、传送和放置芯片等动作。摆杆是芯片拾放机构中最重要的部件。摆杆既要精密、轻巧又要刚度高。摆杆质量的好坏直接影响到粘片机速度的提高。传统的设计只是要求摆杆转动半径要达到要求，尽量省材料。摆杆在工作过程中，当摆到引线框架上方时，压缩空气通到吸嘴，迅速将芯片吹出释放，并通过吸嘴对芯片施加压力将芯片放置在引线框架上涂有银浆的位置。

　　2 有限元静力学分析方程

　　静力学分析是指求解不随时间变化的系统平衡问题,如线弹性系统的应力等。线性方程的等效方程为[1]：

　　式中：[K]为总刚度矩阵，[K]=nm=1ΣKe，{u｝为节点位移矢量，n 为单元数，[Ke]为单元刚度矩阵，{Fr｝为支反载荷矢量，{Fa｝为所受的总外载荷。

　　通过式(1)和式(2)得出各点的位移矢量{u｝。根据位移插值函数，由弹性力学中的应变和唯一、应力和应变的关系，得出节点的应变和应力表达式

　　式中，{εel｝为由应力引起的应变，[B]为节点上的应变-位移矩阵，{u｝为节点上的位移矢量，{εth｝为热应变矢量(本文不考虑)，{σ｝为应力矢量，[D]为弹性矩阵系数。

　　求解式(3)和式(4)，得到各节点的应力。

　　3 摆杆静力学分析

　　3.1 摆杆几何模型的导入

　　在 HyperWorks 里可以先划网格，然后再定义单元类型，对划好的单元赋以材料属性。CAE 软件的几何模型一般都是从 CAD 软件中导入进来的，CAE 软件在几何建模方面的功能一般都不是很强大。HyperWorks 的几何模型一般多从 Pro/E、UG、CATIA、SolidWorks 等三维 CAD 软件导入。在导入 CAD 模型进行有限元分析(FEA)时，要考虑有限元分析对几何模型的要求与 CAD 的不同。CAD 模型需要精确的几何表述，通常会包含某些细微特征。进行有限元分析时，如果要准确模拟这些特征，需要用到很多小单元，导致求解时间延长。FEA 只需要简化的几何模型，因此需要对模型部件的一些细节信息进行简化，以便于网格划分和分析。此外，模型的一些几何信息在导入时可能会出错，如导入曲面数据时可能会存在缝隙、重叠、边界错位等缺陷，导入单元质量不高，求解精度差。

　　HyperWorks 可以直接导入几何模型，也可以导入有限元模型。HyperWorks 支持的几何模型很多，几乎所有常用的 3D 软件的几何模型都支持，一般常用的是 IGES 和STEP 格式。另外，HyperWorks 处理几何数据的能力很强大，一般情况下，导入的几何模型很少有问题。