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)及非接觸式蠕動泵型點(diǎn)膠技術(shù),，并簡要介紹天津大學(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；智能點(diǎn)膠
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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,，通過定量點(diǎn)膠設(shè)備實(shí)現(xiàn)對膠體的點(diǎn)、線,、面的施膠過程[1],。近年來，隨著電子封裝和各產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,，對粘合劑,、合成樹脂的產(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)簡單,、功能少、不具有光學(xué)識別系統(tǒng),、單膠頭的點(diǎn)膠系統(tǒng),，發(fā)展到近年來結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多功能,、多膠頭,、具有獨(dú)特特點(diǎn)膠嘴的多級控制的點(diǎn)膠系統(tǒng)；由在程序應(yīng)用上只可對分割基板同方向?qū)ΨQ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)在線編程的點(diǎn)膠機(jī),，極大地方便了用戶的使用,。
在定量點(diǎn)膠過程中，最基本的要求是在整個點(diǎn)膠過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],，所以必須通過程序控制和機(jī)械控制來提高點(diǎn)膠的定量精度,，并實(shí)現(xiàn)整個過程中膠體流速和點(diǎn)膠效果的一致性。
1 點(diǎn)膠技術(shù)的分類
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,；蠕動泵型點(diǎn)膠,，膠液只在軟管中流動，沒有直接和執(zhí)行部件（蠕動泵）接觸,，因此屬于非接觸式點(diǎn)膠,。
1.1? 時間/壓力型點(diǎn)膠技術(shù)
時間/壓力型點(diǎn)膠（Time-pressure Dispensing）通過調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓強(qiáng)與作用時間來控制點(diǎn)膠量，因此氣壓大小和點(diǎn)膠時間的長短直接影響點(diǎn)出的膠體體積,。這種點(diǎn)膠技術(shù)設(shè)備簡單,，只需采用脈動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)膠過程中,，壓縮空氣反復(fù)壓縮膠體,，會使其產(chǎn)生熱量，從而影響膠體的粘度,；隨著針筒內(nèi)剩余的膠體越來越少,，針筒內(nèi)氣體的體積越來越大,，將這些氣體壓縮到一定壓強(qiáng)就需要更多的時間。在高速點(diǎn)膠時,，對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開口的缸體中,，由馬達(dá)驅(qū)動的活塞將缸體密閉并產(chǎn)生運(yùn)動，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)動點(diǎn)膠速度不會很快,；點(diǎn)膠量大小不好調(diào)節(jié)；需要專門設(shè)計(jì)的點(diǎn)膠頭,，維護(hù)性較差,。
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1.3? 非接觸式蠕動泵型點(diǎn)膠技術(shù)
非接觸式蠕動泵點(diǎn)膠（Peristaltic Pump Dispensing）的機(jī)械原理是通過對泵管的交替擠壓和釋放來泵送流體，如圖3所示,。多數(shù)蠕動泵分為泵頭,、泵管以及驅(qū)動器3個組件。工作中,，當(dāng)轉(zhuǎn)子相繼碾過柔軟的泵管,，在2個轉(zhuǎn)子之間會形成泵室，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的部件,，所以對泵的維護(hù)和清潔簡單?？杀盟鸵后w,、氣體以及粘性流體，運(yùn)行效益高,，無污染,。但是它也有一定的局限性。由于蠕動泵使用了柔性泵管,，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產(chǎn)生爆裂,。蠕動泵的流量也比較低。另外,，在有些需要小流量,、要求小脈沖的場合，可以通過增加轉(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程的脈沖。
2?智能時間/壓力型點(diǎn)膠技術(shù)研究進(jìn)展
由于時間/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，雖然對空氣壓力及其作用時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)備對膠體粘度和針筒內(nèi)膠體剩余量的控制十分困難,，國內(nèi)外各大專業(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)合天波公司開發(fā)一種基于微機(jī)控制,，以實(shí)現(xiàn)對膠體粘度和對針筒內(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,，具有開機(jī)可重復(fù)調(diào)用的功能。
安裝加熱器來升高膠體溫度是穩(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)膠過程中,，隨著針筒內(nèi)剩余的膠體越來越少,，針筒內(nèi)氣體的體積會越來越大。當(dāng)針筒變空時,，壓縮針筒內(nèi)的氣體也需要更多的時間,。由于增壓時間的不同,，當(dāng)針筒變空時，會引起點(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加壓時間,，以補(bǔ)償對點(diǎn)膠所產(chǎn)生的影響,。另外，也可通過真空回吸方法來進(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)的噴墨原理相類似，這種技術(shù)并不依靠重力或表面張力來分離流體,，因此點(diǎn)膠頭就不必再做垂直運(yùn)動,，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),，它對速度、精度和點(diǎn)膠量的控制也都在改進(jìn),，變得越來越實(shí)用,。
定量點(diǎn)膠技術(shù)的另一個發(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,，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,，這就對點(diǎn)膠過程的高性能的控制要求變得越來越苛刻。高精度點(diǎn)膠控制的最終目標(biāo)是達(dá)到接近測量精度的最小誤差,，同時還要具有很好的穩(wěn)定性[8],。只有這樣，才能使點(diǎn)膠過程更精確,，點(diǎn)膠質(zhì)量更好,。
可以預(yù)見，將來的半導(dǎo)體封裝工業(yè)仍會采用定量點(diǎn)膠這一技術(shù),，而且會有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢,，因此對點(diǎn)膠技術(shù)及點(diǎn)膠裝置的研究也必將會持續(xù)下去。隨著21世紀(jì)納米電子時代的到來,，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)
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