摘 要：定量點(diǎn)膠技術(shù)從用單純的針筒點(diǎn)膠發(fā)展到目前的全自動(dòng)程控點(diǎn)膠，點(diǎn)膠體積、針尖位置及點(diǎn)膠精確度等在控制方面有了很大突破。綜述了時(shí)間/壓力型點(diǎn)膠技術(shù)、活塞式點(diǎn)膠技術(shù)及非接觸式蠕動(dòng)泵型點(diǎn)膠技術(shù)，并簡(jiǎn)要介紹天津大學(xué)在定量點(diǎn)膠方面的研究進(jìn)展。
關(guān)鍵詞：定量點(diǎn)膠；點(diǎn)膠技術(shù)；點(diǎn)膠分類(lèi)；智能點(diǎn)膠
?
流體定量點(diǎn)膠技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣，從半導(dǎo)體封裝工業(yè)、集成電路產(chǎn)業(yè)、SMT/PCB裝配業(yè)到一般性工業(yè)的焊接、注涂和密封，通過(guò)定量點(diǎn)膠設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)膠體的點(diǎn)、線(xiàn)、面的施膠過(guò)程[1]。近年來(lái)，隨著電子封裝和各產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)粘合劑、合成樹(shù)脂的產(chǎn)品需求也在不斷增加[2]，定量點(diǎn)膠技術(shù)獲得了極大的提高，定量點(diǎn)膠設(shè)備也從早期的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、功能少、不具有光學(xué)識(shí)別系統(tǒng)、單膠頭的點(diǎn)膠系統(tǒng)，發(fā)展到近年來(lái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多功能、多膠頭、具有獨(dú)特特點(diǎn)膠嘴的多級(jí)控制的點(diǎn)膠系統(tǒng)；由在程序應(yīng)用上只可對(duì)分割基板同方向?qū)ΨQ(chēng)分布坐標(biāo)進(jìn)行程序組循環(huán)點(diǎn)膠，發(fā)展到現(xiàn)在的可實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)編程的點(diǎn)膠機(jī)，極大地方便了用戶(hù)的使用。
在定量點(diǎn)膠過(guò)程中，最基本的要求是在整個(gè)點(diǎn)膠過(guò)程中保持膠體流速和點(diǎn)膠效果一致。但是，由于影響點(diǎn)膠定量精度的因素很多，包括流體粘度、流體溫度、針筒內(nèi)液體的高度和壓力、針尖的內(nèi)徑和長(zhǎng)度、點(diǎn)膠機(jī)器結(jié)構(gòu)、點(diǎn)膠高度以及膠點(diǎn)大小和形狀等[1]，所以必須通過(guò)程序控制和機(jī)械控制來(lái)提高點(diǎn)膠的定量精度，并實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程中膠體流速和點(diǎn)膠效果的一致性。
1 點(diǎn)膠技術(shù)的分類(lèi)
根據(jù)膠液是否與執(zhí)行部件接觸，可分為接觸式點(diǎn)膠和非接觸式點(diǎn)膠。時(shí)間/壓力型點(diǎn)膠和活塞計(jì)量泵式點(diǎn)膠等都是膠液直接與執(zhí)行器接觸，因此屬于接觸式點(diǎn)膠；蠕動(dòng)泵型點(diǎn)膠，膠液只在軟管中流動(dòng)，沒(méi)有直接和執(zhí)行部件（蠕動(dòng)泵）接觸，因此屬于非接觸式點(diǎn)膠。
1.1? 時(shí)間/壓力型點(diǎn)膠技術(shù)
時(shí)間/壓力型點(diǎn)膠（Time-pressure Dispensing）通過(guò)調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓強(qiáng)與作用時(shí)間來(lái)控制點(diǎn)膠量，因此氣壓大小和點(diǎn)膠時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響點(diǎn)出的膠體體積。這種點(diǎn)膠技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單，只需采用脈動(dòng)的空氣壓力和針管就能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)膠，如圖1所示。它適用于中等粘度的膠體，成本低，操作、維護(hù)方便。在半導(dǎo)體封裝設(shè)備中，70%以上的點(diǎn)膠機(jī)采用這種技術(shù)[3]。但是，它也存在不足之處。在點(diǎn)膠過(guò)程中，壓縮空氣反復(fù)壓縮膠體，會(huì)使其產(chǎn)生熱量，從而影響膠體的粘度；隨著針筒內(nèi)剩余的膠體越來(lái)越少，針筒內(nèi)氣體的體積越來(lái)越大，將這些氣體壓縮到一定壓強(qiáng)就需要更多的時(shí)間。在高速點(diǎn)膠時(shí)，對(duì)這些因素的控制更是困難。
1.2? 活塞計(jì)量泵式點(diǎn)膠技術(shù)
活塞計(jì)量泵式點(diǎn)膠(Piston Pump)用類(lèi)似于活塞-氣缸的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)膠，如圖2所示。先將膠體引入到一個(gè)開(kāi)口的缸體中，由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的活塞將缸體密閉并產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，直到將缸體中的膠體全部從點(diǎn)膠頭擠出。實(shí)際上，這種方法控制的是缸體內(nèi)的流體體積而非流體壓力，避免了膠體特性變化的影響[4]。不管膠體的粘度如何變化，采用這種技術(shù)點(diǎn)出的膠量能夠始終保持不變，出膠量一致性較好。其缺點(diǎn)在于利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)點(diǎn)膠速度不會(huì)很快；點(diǎn)膠量大小不好調(diào)節(jié)；需要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的點(diǎn)膠頭，維護(hù)性較差。
?
?
1.3? 非接觸式蠕動(dòng)泵型點(diǎn)膠技術(shù)
非接觸式蠕動(dòng)泵點(diǎn)膠（Peristaltic Pump Dispensing）的機(jī)械原理是通過(guò)對(duì)泵管的交替擠壓和釋放來(lái)泵送流體，如圖3所示。多數(shù)蠕動(dòng)泵分為泵頭、泵管以及驅(qū)動(dòng)器3個(gè)組件。工作中，當(dāng)轉(zhuǎn)子相繼碾過(guò)柔軟的泵管，在2個(gè)轉(zhuǎn)子之間會(huì)形成泵室，其大小取決于泵管的內(nèi)徑和轉(zhuǎn)子的幾何特征。由于只有泵管是液體流過(guò)的部件，所以對(duì)泵的維護(hù)和清潔簡(jiǎn)單。可泵送液體、氣體以及粘性流體，運(yùn)行效益高，無(wú)污染。但是它也有一定的局限性。由于蠕動(dòng)泵使用了柔性泵管，故其能承受的壓力有限。隨著管內(nèi)壓力的增加，泵管向外鼓脹，緊壓轉(zhuǎn)子而造成磨損，泵管在較高壓力下可能會(huì)產(chǎn)生爆裂。蠕動(dòng)泵的流量也比較低。另外，在有些需要小流量、要求小脈沖的場(chǎng)合，可以通過(guò)增加轉(zhuǎn)子的數(shù)量以實(shí)現(xiàn)快速、連續(xù)地泵送，可以非常理想地降低泵送過(guò)程的脈沖。
2?智能時(shí)間/壓力型點(diǎn)膠技術(shù)研究進(jìn)展
由于時(shí)間/壓力型點(diǎn)膠便于維護(hù)，耗材普遍，因此，得到廣泛的應(yīng)用。然而，這種靠壓縮空氣迫使針筒內(nèi)的液體從針尖流出的點(diǎn)膠設(shè)備，雖然對(duì)空氣壓力及其作用時(shí)間的控制有非常好的效果，但是因其影響點(diǎn)膠一致性的主要因素比較多，造成設(shè)備對(duì)膠體粘度和針筒內(nèi)膠體剩余量的控制十分困難，國(guó)內(nèi)外各大專(zhuān)業(yè)點(diǎn)膠機(jī)生產(chǎn)商都在進(jìn)行這方面的研究。
目前，天津大學(xué)聯(lián)合天波公司開(kāi)發(fā)一種基于微機(jī)控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)膠體粘度和對(duì)針筒內(nèi)膠體的剩余量控制的精密點(diǎn)膠裝置。首先，該點(diǎn)膠裝置引入了電氣比例閥，實(shí)現(xiàn)精密調(diào)壓和連續(xù)點(diǎn)膠控制，在不停止點(diǎn)膠的情況下實(shí)現(xiàn)壓力的變化。其次，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的掉電保存，具有開(kāi)機(jī)可重復(fù)調(diào)用的功能。
安裝加熱器來(lái)升高膠體溫度是穩(wěn)定膠體粘度的一種方法。提高膠體溫度能最大限度地降低脈沖所引起的溫度變化，有助于穩(wěn)定膠體的一致性。另外，它還能降低膠體的粘度。較低粘度的膠體產(chǎn)生的拖尾和拉絲現(xiàn)象比高粘度膠體要少。
在點(diǎn)膠過(guò)程中，隨著針筒內(nèi)剩余的膠體越來(lái)越少，針筒內(nèi)氣體的體積會(huì)越來(lái)越大。當(dāng)針筒變空時(shí)，壓縮針筒內(nèi)的氣體也需要更多的時(shí)間。由于增壓時(shí)間的不同，當(dāng)針筒變空時(shí)，會(huì)引起點(diǎn)膠量的重大變化。因此，隨著針筒內(nèi)氣體體積的增加，可適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng)加壓時(shí)間，以補(bǔ)償對(duì)點(diǎn)膠所產(chǎn)生的影響。另外，也可通過(guò)真空回吸方法來(lái)進(jìn)行點(diǎn)膠補(bǔ)償。采用這種方法，能夠在活塞和料液之間形成一段真空段，壓縮針筒內(nèi)的氣體僅需很少的時(shí)間。這種真空回吸方法是目前點(diǎn)膠機(jī)行業(yè)中普遍采用的補(bǔ)償方法。
3? 展望
隨著定量點(diǎn)膠技術(shù)的發(fā)展，新的點(diǎn)膠技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)，噴射點(diǎn)膠技術(shù)是最新發(fā)展出的一種點(diǎn)膠技術(shù)。其基本原理與噴墨打印機(jī)的噴墨原理相類(lèi)似，這種技術(shù)并不依靠重力或表面張力來(lái)分離流體，因此點(diǎn)膠頭就不必再做垂直運(yùn)動(dòng)，點(diǎn)膠速度也大大提高。但是，它適用的流體材料有限，點(diǎn)出的膠點(diǎn)大小固定，不易調(diào)節(jié)。流體噴射點(diǎn)膠技術(shù)在電子封裝領(lǐng)域中正在成為一種點(diǎn)膠的標(biāo)準(zhǔn)，它對(duì)速度、精度和點(diǎn)膠量的控制也都在改進(jìn)，變得越來(lái)越實(shí)用。
定量點(diǎn)膠技術(shù)的另一個(gè)發(fā)展是用于定量點(diǎn)膠的針頭結(jié)構(gòu)的改善，如精密機(jī)械、單件、固體不銹鋼針頭，更平滑的針頭內(nèi)部形狀、少量料液流出的錐形針頭或小倒角的平面針頭、頭部斜切、外觀光滑的針頭等。定量點(diǎn)膠的應(yīng)用實(shí)踐證明，這種改善可以有效地減少膠點(diǎn)直徑，增強(qiáng)外觀和大小的一致性。
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，集成電路復(fù)雜度不斷增加，這就要求半導(dǎo)體封裝具有更好的電性能、更高的可靠性。這些年來(lái)，為縮小電子產(chǎn)品的尺寸、降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)高精度的點(diǎn)膠控制性能已經(jīng)成為工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的需要，這就對(duì)點(diǎn)膠過(guò)程的高性能的控制要求變得越來(lái)越苛刻。高精度點(diǎn)膠控制的最終目標(biāo)是達(dá)到接近測(cè)量精度的最小誤差，同時(shí)還要具有很好的穩(wěn)定性[8]。只有這樣，才能使點(diǎn)膠過(guò)程更精確，點(diǎn)膠質(zhì)量更好。
可以預(yù)見(jiàn)，將來(lái)的半導(dǎo)體封裝工業(yè)仍會(huì)采用定量點(diǎn)膠這一技術(shù)，而且會(huì)有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì)，因此對(duì)點(diǎn)膠技術(shù)及點(diǎn)膠裝置的研究也必將會(huì)持續(xù)下去。隨著21世紀(jì)納米電子時(shí)代的到來(lái)，電子封裝技術(shù)必將面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，也孕育著更大的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1] Time pressure dispensing .http://www4.uic.com/wcms/WCMS2.nsf/index/ Resources_58.html.
[2]?王紅美.精密定量點(diǎn)膠裝置的開(kāi)發(fā)[D].天津：天津大學(xué)，2008.
[3]?趙翼翔，陳新度，陳新.微電子封裝中的定量點(diǎn)膠技術(shù)綜述[J].液壓與氣動(dòng)，2006，2：52-54.
[4]?CHEN X B， ZHANG W J, SCHOENAU G.Off-line control of time-pressure dispensing processes for electronics packaging.IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing，2003，26(4)：286-293.
[5]?LI Jian Ping，DENG Gui Ling.Technology development and basic theory study of fluid dispensing.Proceeding of the Sixth IEEE CPMT Conference，2004：198-205.
[6]?沈新海.點(diǎn)膠技術(shù)的基本原則[J].電子工藝技術(shù)，1999，20(06)：250-252.
[7]?NORRIS M.Dispensing technology[J].Surface Mount Technology，1996，10(10)：56-58.
[8]?CHEN X B，SCHOENAU G，ZHANG W J.Modeling of time-pressure fluid dispensing process.IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing，2000，23(4)：300-305.
?