CN118977418A - 电子信息装备模块装配定位精度控制工艺优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子信息装备模块装配技术领域，提供一种电子信息装备模块装配定位精度控制工艺优化方法，包括：优化打印图形的工艺参数；调控和优化表面处理工艺；通过设计的定位工装优化尺寸补偿。与传统的装配工艺技术相比，本发明具有高效、高精度、低成本、多功能的技术优点；并且，本发明不仅能够实现电子信息装备高精度定位，还能实现后续的高精度装配以及尺寸补偿等；同时，本发明特别适用于新一代电子信息装备——多功能射频蒙皮天线模块单元，能够显著提升飞机的功能性能，尤其是隐身性能。

Description

电子信息装备模块装配定位精度控制工艺优化方法

技术领域

本发明涉及电子信息装备模块装配技术领域，具体而言，涉及一种电子信息装备模块装配定位精度控制工艺优化方法。

背景技术

制造业高速发展的今天，传统的制造业加工工艺已经无法满足许多高精度、高复杂度、异形的加工要求，在各类高要求高标准的加工需求催生之下，新的快速成型方法应运而生：3D打印。3D打印技术凭借其诸多优势，成为了目前新型制造领域中最受欢迎同时最具生命力的技术之一，3D打印利用三维CAD 数据模型，操控机器对打印材料进行逐层堆积的操作，通过堆积实现3D模型的实体还原，这种制造方式在生产复杂零部件时不仅缩短了研制周期同时还降低了研发成本。3D打印可利用熔融沉积制造工艺，采用加热的喷嘴，将热塑性丝状材料挤出成型。熔融沉积成型设备具有成本低，工艺简洁，可选择的材料种类多等优点。基于熔融沉积制造工艺的3D打印机的工作原理是先将由CAD软件生成的实物模型数据导入3D打印机的控制软件，并通过计算机处理生成支撑材料和热喷头的运动轨迹。然后在程序的控制下，热喷头根据实物模型数据在打印平面上作平面运动，同时热塑性丝状材料因经过热喷头时被加热而熔融成半液态，因此能够从喷嘴中挤压出，并喷涂在工作台上的对应位置。热塑性材料冷却凝固后，在平台上形成一层具有特定轮廓的薄片，厚度约为0.1mm，这就是一个3D打印截面。随着这一作业过程不断重复，承载工作台高度随之逐渐降低，一层层熔覆的打印截面就会形成多层堆叠，最终形成所需的三维实物。

以3D打印为代表的快速成型技术已经在军工制造行业得到大量应用，由于其材料利用率高、响应速度快、复杂零件制造性好等优点，大幅降低了武器装备研制风险和研制时间。就整机电子产品制造而言，由于其构成较为复杂，组成的零部件较多，包括外壳、电子电路板、元器件、连接器和电线电缆等，涉及的材料多种多样，金属材料有铝及合金、不锈钢、碳钢、铜及合金、镁及合金等，非金属有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(AcrylonitrileButadiene Styrene，ABS)、聚酰胺(Polyamide，PA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、有机玻璃(Polymethyl Methacrylate，PMMA)、覆铜环氧板(FR4 Copper Clad Laminate)、聚酰亚胺(Polyimide，PI)、聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，PTFE）等，电子整机产品实现快速制 造对3D打印技术的要求更高，需求更多，不仅需要打印单一结构和单一材料，如结构件、外壳等，而且还需要打印异质异构零部件，如电子元器件和印制电路板等。印制电路板作为电子整机的核心部件，对其功能性能进行快速验证，是缩短研制周期的关键所在。因此，对其需求也更为迫切。

电子信息装备模块装配是整机制造的关键环节，在3D打印制造完成以后，需要采用大量的工艺装备来保证电子信息装备模块装配精度，满足协调性要求。工装设计、制造的周期和成本占据了飞机制造的周期和成本中的较大比重，柔性工装以其柔性的特点，不仅降低了飞机制造成本，还缩短了更新周期，同时实现了数字量在制造过程中的全流通。因此，对电子信息装备模块装配定位精度控制工艺方法提出了新的挑战。

本发明提出了电子信息装备模块装配定位精度控制工艺优化方法，首先，对打印图形的工艺参数进行优化：主要优化叠印率、基材表面粗糙度、表干温度、基材倾斜角度、打印层数等，针对压电式按需喷射机制和非牛顿流体特性，并基于非牛顿流体力学理论建立了喷墨管道中非牛顿流体的流态模型，同时建立压电阵列喷头的压电耦合模型，优化激励波形，避免出现卫星液滴，最后建立喷射过程的气-液两相流模型，模拟液滴形成过程，调控液滴成型质量的影响因素，改善液滴铺展质量。其次，调控和优化表面处理工艺：对主要的加工工艺参数进行优化，主要优化表干温度、表干时间等，分析喷射成型要素对非展开导电图形边缘精度的影响，建立非展开曲面导电图形边缘精度的预测模型。再次，定位控制工艺优化：设计了定位工装，采用该技术同张core的正反面对位精度能够达到1mil以内。

为此，本发明电子信息装备模块装配定位精度控制工艺优化方法，主要提出了喷墨管道中非牛顿流体的流态模型，压电阵列喷头的压电耦合模型，喷射过程的气-液两相流模型，并创新设计了定位工装，解决了电子信息装备模块定位精度控制的工艺优化难题，从而满足电子信息装备多功能低成本、高效、高可靠、高精度装配定位工艺优化的需求。

发明内容

针对电子信息装备——射频蒙皮模块单元新技术特点，本发明提供一种电子信息装备模块装配定位精度控制工艺优化方法，以解决电子信息装备模块定位精度控制的工艺优化难题，从而满足电子信息装备多功能低成本、高效、高可靠、高精度装配定位工艺优化的需求，能够实现电子信息装备——射频蒙皮天线模块单元多功能、低成本以及隐身要求。

本发明提供的一种电子信息装备模块装配定位精度控制工艺优化方法，包括如下步骤：

优化打印图形的工艺参数；

调控和优化表面处理工艺；

通过设计的定位工装优化尺寸补偿。

进一步地，

进一步地，所述优化打印图形的工艺参数的方法包括：

通过建立喷墨管道中非牛顿流体的流态模型，优化喷嘴出口位置的流量和流速；

通过建立压电阵列喷头的压电耦合模型，改变液滴尺寸，避免出现卫星液滴；

通过建立喷射过程的气-液两相流模型，模拟液滴形成过程，调控液滴成型质量的影响因素，改善液滴铺展质量。

进一步地，建立喷墨管道中非牛顿流体的流态模型的方法为：根据非牛顿流体在喷墨管道中流动时的压力表示形式，结合具体的喷墨管道结构和喷墨管道出入口边界条件，求得非牛顿流体受到不同激励作用在喷墨管道中的压力和速度，进而确定在喷嘴出口位置的流量和流速，结合液滴的成形条件得到施加的外界激励和喷墨打印液滴形成之间的对应关系，从而建立喷墨管道中非牛顿流体的流态模型；利用该喷墨管道中非牛顿流体的流态模型优化和确定不同激励作用在喷墨管道中的压力和速度，进而优化喷嘴出口位置的流量和流速。

进一步地，建立压电阵列喷头的压电耦合模型的方法为：对压电材料施加不同幅值的激励电压，以毛细玻璃管内侧的中心点作为目标对象，分析毛细玻璃管中心点最大位移与施加的激励电压之间的变化关系，毛细玻璃管中心点最大位移与激励电压最大值是线性变化的，施加的激励电压越大，毛细玻璃管中心点最大位移越大，通过改变激励电压幅值改变喷头喷墨量，从而改变液滴尺寸，避免出现卫星液滴。

进一步地，建立喷射过程的气-液两相流模型的方法为：给予墨水腔、喷嘴口和空气腔体的输入条件，以墨水的形成过程及下落速度为目标对象；通过修改激励电压幅值使多个液滴在降落过程中形成新液滴，最终在基板上的铺展效果优于多个液滴依次铺展，由此在基板上建立喷射过程的气-液两相流模型；通过该喷射过程的气-液两相流模型模拟液滴形成过程，调控液滴成型质量的影响因素，改善液滴铺展质量。

进一步地，所述调控和优化表面处理工艺的方法包括：

分析喷射成型要素对非展开导电图形边缘精度的影响，建立非展开曲面导电图形边缘精度的预测模型；

利用该预测模型调控和优化表面处理工艺。

进一步地，所述喷射成型要素包括：叠印率、基材表面粗糙度、表干温度、表干时间、基材倾斜角度和打印层数；以喷射成型要素为输入条件，以打印精度和位置精度为优化目标，利用响应面法，进行若干次平行验证试验，得到打印精度和位置精度的平均值，以及喷射成型要素与优化目标之间的相互影响关系，从而得到非展开曲面导电图形边缘精度的预测模型；该预测模型能够准确地反映各喷射成型要素对边缘精度的影响，从而得到打印精度和位置精度的最佳成型参数。

进一步地，所述定位工装包括定位基座、在矩形的定位基座的四角设有靶台，在各靶台上设有靶位孔；

定位控制时，将被定位件放在定位基座的中心，利用靶台上的靶位孔对被定位件进行精确定位。

进一步地，所述通过设计的定位工装优化尺寸补偿的方法包括：

多层基板下料后在半边四周进行钻孔，LDI识别定位基座四角的靶位孔，自动抓取靶位孔中心进行对位，无需使用菲林底片即直接实现CAM设计线路图形向内层芯板面的转移。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明基于非牛顿流体力学理论建立了喷墨管道中非牛顿流体的流态模型，同时建立压电阵列喷头的压电耦合模型，优化激励波形，避免出现卫星液滴，最后建立喷射过程的气-液两相流模型，模拟液滴形成过程，调控液滴成型质量的影响因素，改善液滴铺展质量。并且本发明建立了非展开曲面导电图形边缘精度的预测模型，创新设计了定位工装，与传统的装配工艺技术相比，本发明除了具有技术上的先进性之外，还具有高效、高精度、低成本、多功能的技术优点。

2、本发明不仅能够实现电子信息装备高精度定位，还能实现后续的高精度装配以及尺寸补偿等。

3、本发明特别适用于新一代电子信息装备——多功能射频蒙皮天线模块单元，能够显著提升飞机的功能性能，尤其是隐身性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中电子信息装备模块装配定位精度控制工艺优化方法的流程图。

图2为本发明实施例中定位工装的示意图。

附图标记：1-定位基座、2-被定位件、3-靶台、4-靶位孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本发明提供一种电子信息装备模块装配定位精度控制工艺优化方法，包括：

（1）优化打印图形的工艺参数，具体优选方法包括：

通过建立喷墨管道中非牛顿流体的流态模型，优化喷嘴出口位置的流量和流速；具体地：根据非牛顿流体在喷墨管道中流动时的压力表示形式，结合具体的喷墨管道结构和喷墨管道出入口边界条件，求得非牛顿流体受到不同激励作用在喷墨管道中的压力和速度，进而确定在喷嘴出口位置的流量和流速，结合液滴的成形条件得到施加的外界激励和喷墨打印液滴形成之间的对应关系，从而建立喷墨管道中非牛顿流体的流态模型；利用该喷墨管道中非牛顿流体的流态模型优化和确定不同激励作用在喷墨管道中的压力和速度，进而优化喷嘴出口位置的流量和流速。

通过建立压电阵列喷头的压电耦合模型，改变液滴尺寸，避免出现卫星液滴；具体地：对压电材料施加不同幅值的激励电压，以毛细玻璃管内侧的中心点作为目标对象，分析毛细玻璃管中心点最大位移与施加的激励电压之间的变化关系，毛细玻璃管中心点最大位移与激励电压最大值是线性变化的，施加的激励电压越大，毛细玻璃管中心点最大位移越大，通过改变激励电压幅值改变喷头喷墨量，从而改变液滴尺寸，避免出现卫星液滴。

通过建立喷射过程的气-液两相流模型，模拟液滴形成过程，调控液滴成型质量的影响因素，改善液滴铺展质量。具体地：给予墨水腔、喷嘴口和空气腔体的输入条件，以墨水的形成过程及下落速度为目标对象；通过修改激励电压幅值使多个液滴在降落过程中形成新液滴，最终在基板上的铺展效果优于多个液滴依次铺展，由此在基板上建立喷射过程的气-液两相流模型；通过该喷射过程的气-液两相流模型模拟液滴形成过程，调控液滴成型质量的影响因素，改善液滴铺展质量。

（2）调控和优化表面处理工艺：

分析喷射成型要素对非展开导电图形边缘精度的影响，建立非展开曲面导电图形边缘精度的预测模型；利用该预测模型调控和优化表面处理工艺。

所述喷射成型要素包括：叠印率、基材表面粗糙度、表干温度、表干时间、基材倾斜角度和打印层数，以喷射成型要素为输入条件，以打印精度和位置精度为优化目标，利用响应面法，进行若干次平行验证试验，得到打印精度和位置精度的平均值，以及喷射成型要素与优化目标之间的相互影响关系，从而得到非展开曲面导电图形边缘精度的预测模型。该预测模型能够准确地反映各喷射成型要素对边缘精度的影响，从而得到打印精度和位置精度的最佳成型参数，例如将基材表面粗糙度带到预测模型优化后，建议基材表面粗糙度控制在0.08~0.15。

（3）通过设计定位工作优化尺寸补偿：

设计定位工装，如图2所示。所述定位工装包括定位基座1、靶台3和靶位孔4，使用冲孔机在矩形的定位基座1四角的四个靶台3上面冲出四个靶位孔4，将被定位件2放在定位基座1的中心，利用靶台3上面设计的靶位孔4对被定位件2进行精确定位，定位工装设计的目的是，多层电路打印完成后，对多层基板固化、粘合进行精确定位，确保精确装配。

优化尺寸补偿：在进行多层基板图形制作时，使用菲林底片做涨缩补偿，只能在X、Y单方向各按某一固定比例进行缩放，为降低菲林涨缩和人工对位的精度偏差等带来的不良影响，在进行预实验时采用LDI(Laser Direct Imaging，激光直接成像)的图形转移对位方式进行作业，能够提升整体图形的对位精度。具体操作为：多层基板下料后在半边四周进行钻孔，LDI识别定位基座1四角的靶位孔4，自动抓取靶位孔4中心进行对位，无需使用菲林底片即直接实现CAM(Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)设计线路图形向内层芯板面的转移，采用该技术同张芯板的正反面对位精度能够达到1mil以内。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电子信息装备模块装配定位精度控制工艺优化方法，其特征在于，包括：

优化打印图形的工艺参数；

调控和优化表面处理工艺；

通过设计的定位工装优化尺寸补偿。

2.根据权利要求1所述的电子信息装备模块装配定位精度控制工艺优化方法，其特征在于，所述优化打印图形的工艺参数的方法包括：

通过建立喷墨管道中非牛顿流体的流态模型，优化喷嘴出口位置的流量和流速；

通过建立压电阵列喷头的压电耦合模型，改变液滴尺寸，避免出现卫星液滴；

通过建立喷射过程的气-液两相流模型，模拟液滴形成过程，调控液滴成型质量的影响因素，改善液滴铺展质量。

3.根据权利要求2所述的电子信息装备模块装配定位精度控制工艺优化方法，其特征在于，建立喷墨管道中非牛顿流体的流态模型的方法为：根据非牛顿流体在喷墨管道中流动时的压力表示形式，结合具体的喷墨管道结构和喷墨管道出入口边界条件，求得非牛顿流体受到不同激励作用在喷墨管道中的压力和速度，进而确定在喷嘴出口位置的流量和流速，结合液滴的成形条件得到施加的外界激励和喷墨打印液滴形成之间的对应关系，从而建立喷墨管道中非牛顿流体的流态模型；利用该喷墨管道中非牛顿流体的流态模型优化和确定不同激励作用在喷墨管道中的压力和速度，进而优化喷嘴出口位置的流量和流速。

4.根据权利要求2所述的电子信息装备模块装配定位精度控制工艺优化方法，其特征在于，建立压电阵列喷头的压电耦合模型的方法为：对压电材料施加不同幅值的激励电压，以毛细玻璃管内侧的中心点作为目标对象，分析毛细玻璃管中心点最大位移与施加的激励电压之间的变化关系，毛细玻璃管中心点最大位移与激励电压最大值是线性变化的，施加的激励电压越大，毛细玻璃管中心点最大位移越大，通过改变激励电压幅值改变喷头喷墨量，从而改变液滴尺寸，避免出现卫星液滴。

5.根据权利要求2所述的电子信息装备模块装配定位精度控制工艺优化方法，其特征在于，建立喷射过程的气-液两相流模型的方法为：给予墨水腔、喷嘴口和空气腔体的输入条件，以墨水的形成过程及下落速度为目标对象；通过修改激励电压幅值使多个液滴在降落过程中形成新液滴，最终在基板上的铺展效果优于多个液滴依次铺展，由此在基板上建立喷射过程的气-液两相流模型；通过该喷射过程的气-液两相流模型模拟液滴形成过程，调控液滴成型质量的影响因素，改善液滴铺展质量。

6.根据权利要求1所述的电子信息装备模块装配定位精度控制工艺优化方法，其特征在于，所述调控和优化表面处理工艺的方法包括：

分析喷射成型要素对非展开导电图形边缘精度的影响，建立非展开曲面导电图形边缘精度的预测模型；

利用该预测模型调控和优化表面处理工艺。

7.根据权利要求6所述的电子信息装备模块装配定位精度控制工艺优化方法，其特征在于，所述喷射成型要素包括：叠印率、基材表面粗糙度、表干温度、表干时间、基材倾斜角度和打印层数；以喷射成型要素为输入条件，以打印精度和位置精度为优化目标，利用响应面法，进行若干次平行验证试验，得到打印精度和位置精度的平均值，以及喷射成型要素与优化目标之间的相互影响关系，从而得到非展开曲面导电图形边缘精度的预测模型；该预测模型能够准确地反映各喷射成型要素对边缘精度的影响，从而得到打印精度和位置精度的最佳成型参数。

8.根据权利要求1所述的电子信息装备模块装配定位精度控制工艺优化方法，其特征在于，所述定位工装包括定位基座、在矩形的定位基座的四角设有靶台，在各靶台上设有靶位孔；

定位控制时，将被定位件放在定位基座的中心，利用靶台上的靶位孔对被定位件进行精确定位。

9.根据权利要求8所述的电子信息装备模块装配定位精度控制工艺优化方法，其特征在于，所述通过设计的定位工装优化尺寸补偿的方法包括：

多层基板下料后在半边四周进行钻孔，LDI识别定位基座四角的靶位孔，自动抓取靶位孔中心进行对位，无需使用菲林底片即直接实现CAM设计线路图形向内层芯板面的转移。