摘要：本文詳細(xì)對(duì)當(dāng)前電子封裝中各種流體點(diǎn)膠技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比研究，對(duì)于流體點(diǎn)膠技術(shù)分類及發(fā)展趨勢(shì)指出了各自的優(yōu)缺點(diǎn)從而對(duì)未來(lái)流體點(diǎn)膠技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)做出闡述。
關(guān)鍵字：電子封裝、點(diǎn)膠方式、發(fā)展
1.點(diǎn)膠技術(shù)的發(fā)展背景：
自1974 年世界上**只晶體管出現(xiàn)以來(lái)，各種微電子封裝技術(shù)極大地影響并推動(dòng)著以電子計(jì)算機(jī)為核心、集成電路(Integrated Circuit,IC)產(chǎn)業(yè)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使 IC產(chǎn)業(yè)及封裝產(chǎn)業(yè)已成為衡量綜合國(guó)力的重要標(biāo)志之一。現(xiàn)代微電子封裝技術(shù)已形成與 IC 產(chǎn)業(yè)相適應(yīng)的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，并且隨著 IC 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而不斷前進(jìn)。微電子封裝業(yè)中，以表面貼裝技術(shù)(Surface Mount Technology，SMT)為新一代電子封裝技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。在SMT中通常需要點(diǎn)膠來(lái)固定元件，對(duì)元件進(jìn)行密封等，所以隨著SMT的發(fā)展對(duì)點(diǎn)膠的技術(shù)要求也越來(lái)越苛刻。
2.點(diǎn)膠技術(shù)的作用及其應(yīng)用形式：
PCB板上的元件從開始到*后進(jìn)行波峰焊焊接，歷時(shí)較長(zhǎng)，而且其他工藝較多，元件的固定尤為重要。PCB 板上廣泛使用膠體進(jìn)行元件固定、引線搭接、保形涂料以及元件密封，主要作用如下：
1）在制造過(guò)程起輔助作用，如在元件完全焊接前臨時(shí)固定元件；
2）在產(chǎn)品服務(wù)期限內(nèi)，能減輕焊接部位的應(yīng)力以防止電子連接的過(guò)早損壞；
3）防止元件連接受環(huán)境振動(dòng)的影響而引線位置移動(dòng)，起結(jié)構(gòu)上的粘結(jié)作用；
4）防止元件受到環(huán)境的損壞和腐蝕。
微電子封裝工業(yè)中包含多種流體點(diǎn)膠技術(shù)，一般用來(lái)完成點(diǎn)、線、面（涂敷）以及簡(jiǎn)單圖案的點(diǎn)膠，點(diǎn)膠技術(shù)主要用在芯片固定、倒扣封裝、表面涂層等。
3.點(diǎn)膠技術(shù)的定義及分類：
點(diǎn)膠技術(shù)是一種通過(guò)可控的方式，將注射器中的膠體輸送到基板的指定位置，以實(shí)現(xiàn)元器件之間的機(jī)械或電氣的連接。
隨著SMT的不斷變革，點(diǎn)膠技術(shù)也不斷的發(fā)生變化，適應(yīng)的環(huán)境越來(lái)越廣，采用的膠體種類、粘度范圍也越來(lái)越多。根據(jù)點(diǎn)膠技術(shù)的特征可分成：大量式點(diǎn)膠(MassDispensing)、接觸式點(diǎn)膠(Contact Dispensing)和非接觸式點(diǎn)(Non-Contact Dispensing)，每類又有衍生出幾種方式，具體如下：
3.1大量式點(diǎn)膠
這種方法針對(duì)不同膠點(diǎn)的引腳或者在模板上開啟的導(dǎo)孔，一次能完成整塊PCB的點(diǎn)膠，有針腳點(diǎn)膠(Pin-Transfer)和絲印點(diǎn)膠(Screen-Printing)。它有一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)是速度*快，主要用于 PCB 板等大規(guī)模生產(chǎn)線上，但通常只對(duì) PCB 裸板使用；輔助裝置較多，清潔和保存繁雜；膠體露于大氣中易受污染；點(diǎn)膠精度不高。
3.2接觸式點(diǎn)膠
接觸式點(diǎn)膠過(guò)程是靠末端裝有針管的 Z 軸向下運(yùn)動(dòng)靠近 PCB 板，使粘結(jié)劑與PCB板接觸，然后Z軸向上運(yùn)動(dòng)，膠體靠與基板間的接觸表面張力和針尖自然斷開或拉斷，也有稱其為針頭式點(diǎn)膠，如圖1所示。在這種點(diǎn)膠方式中，除膠體本身的特性會(huì)影響其一致性或可重復(fù)性外，針尖與PCB間的距離以及針頭直徑也是影響一致性的重要因素。對(duì)于高粘度的膠體，接觸式點(diǎn)膠中針尖膠體易殘留，即拖尾效應(yīng)明顯，嚴(yán)重影響點(diǎn)膠一致性，尤其對(duì)于微量高速點(diǎn)膠影響明顯，這是一個(gè)至今懸而未決的問(wèn)題。
圖1
在接觸式點(diǎn)膠中，針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的點(diǎn)膠設(shè)備是提高效率的關(guān)鍵，點(diǎn)膠設(shè)備因作用膠體的壓力方式不同，常分為：
a)時(shí)間/壓力式 b)螺桿式 c)活塞式
圖2
3.2.1時(shí)間/壓力式點(diǎn)膠
以高壓氣體為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)針筒內(nèi)的膠體通過(guò)針尖流出至 PCB 板，如圖2.a。一個(gè)典型的時(shí)間/壓力式點(diǎn)膠系統(tǒng)主要由幾部分組成：氣壓穩(wěn)定裝置、控制裝置、連接氣管、控制器以及裝滿膠體的針筒。該點(diǎn)膠技術(shù)適用于中等粘度的膠體，膠點(diǎn)的大小取決于氣體壓力和作用時(shí)間。這種設(shè)備價(jià)格便宜、操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，但對(duì)膠體粘度敏感，氣壓反復(fù)壓縮釋放過(guò)程中易使膠體溫度升高影響膠體流變特性，點(diǎn)膠速度難以提高，針筒內(nèi)膠體余量變化及針管尺寸都會(huì)影響點(diǎn)膠體積。
3.2.2螺桿式點(diǎn)膠
采用恒定的氣壓使膠體流入螺紋空隙，通過(guò)旋轉(zhuǎn)的螺紋作用擠出膠體，膠點(diǎn)的大小取決于螺紋旋轉(zhuǎn)速度和時(shí)間，如圖2.b。一個(gè)典型的螺桿式點(diǎn)膠系統(tǒng)主要由幾部分組成：氣壓穩(wěn)定裝置、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、物料桶、螺桿以及針頭。這種點(diǎn)膠方式點(diǎn)膠過(guò)程控制簡(jiǎn)單，適用的膠體較廣；可以軟件編程決定點(diǎn)膠量，控制靈活，且**度比時(shí)間/壓力式高，有較高的一致性；但是它對(duì)膠體粘度同樣比較敏感，螺紋反復(fù)旋轉(zhuǎn)會(huì)降低粘度。點(diǎn)膠體積的一致性受到液面高度、氣壓、膠體粘度、溫度等因素的影響。
3.2.3活塞式點(diǎn)膠
活塞式點(diǎn)膠是一種正向位移的點(diǎn)膠方式，采用恒壓使膠體流入針尖內(nèi)，通過(guò)活塞沖擊擠壓針管內(nèi)膠體使其流出，特別適合中等到高粘度的流體，如圖2.c。點(diǎn)膠體積受活塞位移的控制，對(duì)膠體粘度、溫度和壓力不敏感，在高速時(shí)有很好的一致性，可重復(fù)性高，特別適合小體積的點(diǎn)膠。但這種方式清洗過(guò)程復(fù)雜，對(duì)針管容腔內(nèi)氣體敏感，密封要求高。
3.3非接觸式點(diǎn)膠
和接觸式點(diǎn)膠不同，非接觸式點(diǎn)膠不需要 Z 軸方向的運(yùn)動(dòng)，極大地減少了點(diǎn)膠周期，且不需考慮針尖和 PCB 板之間的距離對(duì)點(diǎn)膠質(zhì)量的影響，一致性也有所提高。常用的點(diǎn)膠方式有：
3.3.1流體噴射點(diǎn)膠
是一種剛剛興起的點(diǎn)膠技術(shù)，它的工作原理和噴墨打印機(jī)類似。其基本原理是向膠水上施加一個(gè)波動(dòng)的壓力，在壓力作用下膠水通過(guò)一個(gè)小孔后會(huì)自動(dòng)分離，這樣就在基板上留下了一個(gè)膠點(diǎn)。致動(dòng)器一般由壓電晶體來(lái)實(shí)現(xiàn)，并配有專用的溫度控制裝置。
噴射式點(diǎn)膠（Jet Dispensing）如圖3.a，膠體被注射器內(nèi)的恒壓擠到噴嘴和活塞之間的空腔內(nèi)，通過(guò)馬達(dá)快速驅(qū)動(dòng)活塞（球狀或柱狀）上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)噴射出膠體，可以實(shí)現(xiàn)高速點(diǎn)膠。但機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，清潔麻煩；成本很高，不方便維護(hù)；同樣還受到流體粘度變化影響。
3.3.2壓電式點(diǎn)膠（Piezoelectric Dispensing）
壓電式點(diǎn)膠如圖3.b，壓電陶瓷是具有雙向作用的介質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)電-力相互轉(zhuǎn)化。在壓電陶瓷上通以高頻率交流電，產(chǎn)生的作用力可以使壓電陶瓷做同頻震動(dòng)。在點(diǎn)膠過(guò)程中，膠體被注射器內(nèi)的恒壓擠到噴嘴和壓電陶瓷之間的空腔內(nèi)，壓電陶瓷沿噴嘴軸向震動(dòng)，擠出膠體。
非接觸式點(diǎn)膠過(guò)程中，噴嘴不與工作面接觸，噴嘴尺寸一定的情況下，可以通過(guò)在同一位置連續(xù)噴射多點(diǎn)疊加來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)膠點(diǎn)尺寸的目的。影響非接觸式點(diǎn)膠質(zhì)量的主要因素有：噴嘴內(nèi)徑、活塞的直徑和行程、膠體溫度等。
a)噴嘴放大圖 b)噴射式 c)壓電式
圖3
4.點(diǎn)膠技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：
盡管上述方法均可以點(diǎn)膠各種膠體，但每一種都有其適用的膠體和特定的場(chǎng)合以及各自的應(yīng)用特點(diǎn)。其中，超過(guò) 70％的點(diǎn)膠系統(tǒng)是使用針頭點(diǎn)膠方式，但熟悉液態(tài)點(diǎn)膠過(guò)程的技術(shù)人員知道，如果采用針頭式點(diǎn)膠技術(shù)，點(diǎn)膠針頭必須距離器件很近。對(duì)于需要進(jìn)行底部填充的器件，點(diǎn)膠針頭需要降低至器件頂部以下，針頭邊緣必須盡可能地與器件邊緣靠近，且不會(huì)引起接觸和器件損壞。同時(shí)，針頭式點(diǎn)膠需要高**的傳感器系統(tǒng)以決定針頭相對(duì)于電路板各個(gè)器件的高度，通過(guò)編程控制針頭在電路板上的三維運(yùn)動(dòng)，避免與器件產(chǎn)生碰撞。隨著電子封裝技術(shù)的發(fā)展，對(duì)點(diǎn)膠技術(shù)也提出了更高的要求，這就不僅激發(fā)電子產(chǎn)品制造商對(duì)現(xiàn)行的點(diǎn)膠技術(shù)更深入的研究，以提高點(diǎn)膠效果，而且也觸發(fā)他們研究新的點(diǎn)膠技術(shù)。
*新的噴射式點(diǎn)膠技術(shù)采用噴嘴替代針頭，解決了上述難題。噴嘴可在需要進(jìn)行底部填充的器件上方進(jìn)行點(diǎn)膠，無(wú)需到達(dá)其頂面以下的位置。噴嘴在整個(gè)電路板上方沿x、y方向運(yùn)動(dòng)，而無(wú)需垂直運(yùn)動(dòng)。
與針頭式點(diǎn)膠技術(shù)不同，噴射式點(diǎn)膠并不是形成連續(xù)的膠液流體，而代之以每秒鐘噴射200點(diǎn)以上經(jīng)過(guò)**測(cè)量的膠點(diǎn)。隨著噴嘴的水平移動(dòng)，膠點(diǎn)可形成各種需要的線型與圖案，如實(shí)線、虛線等以及其他各種不同的圖案。每次噴射都經(jīng)**控制，一次噴射所形成的膠點(diǎn)直徑*小可達(dá)0.33mm，這對(duì)于涂敷貼片膠等需要對(duì)面積進(jìn)地**控制的場(chǎng)合非常重要。
噴嘴并不像點(diǎn)膠針頭那樣對(duì)點(diǎn)膠高度要求嚴(yán)格。根據(jù)膠液類型的不同，噴嘴可置于電路板上0.5mm到3mm的高度范圍內(nèi)，但在水平方向上，則必須對(duì)噴嘴進(jìn)行**定位。對(duì)于電容、電阻非常接近需進(jìn)行底部填充的器件時(shí)，為避免膠液沾染無(wú)源器件，也可采用噴射點(diǎn)膠技術(shù)。
這些特點(diǎn)使噴射點(diǎn)膠技術(shù)更具靈活性、生產(chǎn)效率顯著提高，因此在大多數(shù)的電子封裝和電路板的組裝中，與針頭式點(diǎn)膠技術(shù)相比，噴射式點(diǎn)膠已經(jīng)成為優(yōu)選的點(diǎn)膠方法。利用噴射點(diǎn)膠技術(shù)，設(shè)計(jì)者可以修改設(shè)計(jì)規(guī)則，把設(shè)備設(shè)計(jì)得更小、成本更低、功能更強(qiáng)。
5.結(jié)束語(yǔ)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)，它還在繼續(xù)發(fā)展。每天都不斷有新的膠水在通過(guò)測(cè)試和認(rèn)證。速度、精度和膠點(diǎn)體積控制都在改進(jìn)。提高操作的簡(jiǎn)易性，同時(shí)降低成本是一直追求的目標(biāo)。對(duì)于焊膏、高黏度熱敏材料之類具有磨損性及難以點(diǎn)膠的材料，也在嘗試使用噴射點(diǎn)膠技術(shù)，它將變得更加實(shí)用。隨著噴射點(diǎn)膠技術(shù)的能力越來(lái)越為人所認(rèn)識(shí)，設(shè)計(jì)師們可以結(jié)合各。種標(biāo)準(zhǔn)來(lái)充分利用該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，為用戶帶來(lái)更低的成本，更高的成品率和產(chǎn)出率，以及更好的質(zhì)量。
