离散元仿真在电子制造工艺中应用

 北京合工仿真技术有限公司 

在电子制造工艺中常涉及功能性金属粉末及由粉末构成的导电涂层、浆料、填料等材料，离散单元法（DEM）能够在颗粒尺度上模拟颗粒材料的力学行为，为考察制造过程中的力学提供独特视角，并能够快速优化供给原料的相关属性及工艺参数，缩短产品研发周期，降低生产成本。

本文将以多层陶瓷电容器（MLCC）生产过程为例，介绍离散元仿真在电子元器件生产中的应用。

针对流延成型工艺，分析粉末和浆料沉积过程，可以采用DEM方法预测最终铺层的厚度、表面均匀性、孔隙率分布、和颗粒尺度的作用力等结果。

DEM方法可以模拟颗粒固体和浆料在丝网印刷等扩散过程中的流动，以预测最终的孔隙率分布和印刷电极的电热性能。这使得工艺参数和原料流变特性的优化具有可行性，以提高制造精度和可靠性。

DEM方法可以模拟高压压实过程，如层压过程，以了解压实机理，识别欠固结区域并预测最终孔隙度分布。嵌入元件的应力及其位移也可以分析，以评估结构破坏或被压实部件功能丧失的风险。

DEM方法可以模拟在板材切割等过程中刚性刀片与颗粒固体、浆料或糊状物之间的相互作用。刀片速度和几何形状可以进行优化，以最大限度地减少局部片材变形以及由于材料粘附和扩散而产生的污染。这可以提高产品质量并减少停机过程时间。

DEM方法可以模拟由可变温度热源产生的颗粒组件的传导、辐射和对流热流，由此可以预测颗粒温度、热力学和热电性质的时空演变。在干燥和烧结过程中，也可以捕获颗粒的收缩或膨胀，以预测颗粒组件的最终形状和体积，以及由于热循环而产生的任何残余应力和疲劳积累。

DEM方法可以提供独特的视角考察颗粒固体和浆料混合系统的力学，包括内部流动模式和混合物均匀性的时空演变。搅拌器和容器的运动和设计，以及填充的方法和水平，可以进行虚拟优化，以最大限度地提高系统中的对流，减少死区，提高效率。可以进行不同规模地虚拟试验，以扩大生产规模，加速工艺设计并降低工艺失败的风险。