摘 要：定量點膠技術(shù)從用單純的針筒點膠發(fā)展到目前的全自動程控點膠，點膠體積、針尖位置及點膠精確度等在控制方面有了很大突破。綜述了時間/壓力型點膠技術(shù)、活塞式點膠技術(shù)及非接觸式蠕動泵型點膠技術(shù)，并簡要介紹天津大學(xué)在定量點膠方面的研究進展。
關(guān)鍵詞：定量點膠；點膠技術(shù)；點膠分類；智能點膠
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流體定量點膠技術(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，通過定量點膠設(shè)備實現(xiàn)對膠體的點、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]，定量點膠技術(shù)獲得了極大的提高，定量點膠設(shè)備也從早期的設(shè)計簡單、功能少、不具有光學(xué)識別系統(tǒng)、單膠頭的點膠系統(tǒng)，發(fā)展到近年來結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多功能、多膠頭、具有獨特特點膠嘴的多級控制的點膠系統(tǒng)；由在程序應(yīng)用上只可對分割基板同方向?qū)ΨQ分布坐標進行程序組循環(huán)點膠，發(fā)展到現(xiàn)在的可實現(xiàn)在線編程的點膠機，極大地方便了用戶的使用。
在定量點膠過程中，最基本的要求是在整個點膠過程中保持膠體流速和點膠效果一致。但是，由于影響點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、點膠機器結(jié)構(gòu)、點膠高度以及膠點大小和形狀等[1]，所以必須通過程序控制和機械控制來提高點膠的定量精度，并實現(xiàn)整個過程中膠體流速和點膠效果的一致性。
1 點膠技術(shù)的分類
根據(jù)膠液是否與執(zhí)行部件接觸，可分為接觸式點膠和非接觸式點膠。時間/壓力型點膠和活塞計量泵式點膠等都是膠液直接與執(zhí)行器接觸，因此屬于接觸式點膠；蠕動泵型點膠，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膠。
1.1? 時間/壓力型點膠技術(shù)
時間/壓力型點膠（Time-pressure Dispensing）通過調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓強與作用時間來控制點膠量，因此氣壓大小和點膠時間的長短直接影響點出的膠體體積。這種點膠技術(shù)設(shè)備簡單，只需采用脈動的空氣壓力和針管就能實現(xiàn)點膠，如圖1所示。它適用于中等粘度的膠體，成本低，操作、維護方便。在半導(dǎo)體封裝設(shè)備中，70%以上的點膠機采用這種技術(shù)[3]。但是，它也存在不足之處。在點膠過程中，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就需要更多的時間。在高速點膠時，對這些因素的控制更是困難。
1.2? 活塞計量泵式點膠技術(shù)
活塞計量泵式點膠(Piston Pump)用類似于活塞-氣缸的機構(gòu)實現(xiàn)點膠，如圖2所示。先將膠體引入到一個開口的缸體中，由馬達驅(qū)動的活塞將缸體密閉并產(chǎn)生運動，直到將缸體中的膠體全部從點膠頭擠出。實際上，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)點出的膠量能夠始終保持不變，出膠量一致性較好。其缺點在于利用機械運動點膠速度不會很快；點膠量大小不好調(diào)節(jié)；需要專門設(shè)計的點膠頭，維護性較差。
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1.3? 非接觸式蠕動泵型點膠技術(shù)
非接觸式蠕動泵點膠（Peristaltic Pump Dispensing）的機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，所以對泵的維護和清潔簡單?？杀盟鸵后w、氣體以及粘性流體，運行效益高，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/壓力型點膠技術(shù)研究進展
由于時間/壓力型點膠便于維護，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)點膠機生產(chǎn)商都在進行這方面的研究。
目前，天津大學(xué)聯(lián)合天波公司開發(fā)一種基于微機控制，以實現(xiàn)對膠體粘度和對針筒內(nèi)膠體的剩余量控制的精密點膠裝置。首先，該點膠裝置引入了電氣比例閥，實現(xiàn)精密調(diào)壓和連續(xù)點膠控制，在不停止點膠的情況下實現(xiàn)壓力的變化。其次，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的掉電保存，具有開機可重復(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，當針筒變空時，會引起點膠量的重大變化。因此，隨著針筒內(nèi)氣體體積的增加，可適當?shù)匮娱L加壓時間，以補償對點膠所產(chǎn)生的影響。另外，也可通過真空回吸方法來進行點膠補償。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膠機行業(yè)中普遍采用的補償方法。
3? 展望
隨著定量點膠技術(shù)的發(fā)展，新的點膠技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)，噴射點膠技術(shù)是最新發(fā)展出的一種點膠技術(shù)。其基本原理與噴墨打印機的噴墨原理相類似，這種技術(shù)并不依靠重力或表面張力來分離流體，因此點膠頭就不必再做垂直運動，點膠速度也大大提高。但是，它適用的流體材料有限，點出的膠點大小固定，不易調(diào)節(jié)。流體噴射點膠技術(shù)在電子封裝領(lǐng)域中正在成為一種點膠的標準，它對速度、精度和點膠量的控制也都在改進，變得越來越實用。
定量點膠技術(shù)的另一個發(fā)展是用于定量點膠的針頭結(jié)構(gòu)的改善，如精密機械、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。定量點膠的應(yīng)用實踐證明，這種改善可以有效地減少膠點直徑，增強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，實現(xiàn)高精度的點膠控制性能已經(jīng)成為工業(yè)進一步發(fā)展的需要，這就對點膠過程的高性能的控制要求變得越來越苛刻。高精度點膠控制的最終目標是達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，才能使點膠過程更精確，點膠質(zhì)量更好。
可以預(yù)見，將來的半導(dǎo)體封裝工業(yè)仍會采用定量點膠這一技術(shù)，而且會有進一步擴大的趨勢，因此對點膠技術(shù)及點膠裝置的研究也必將會持續(xù)下去。隨著21世紀納米電子時代的到來，電子封裝技術(shù)必將面臨更加嚴峻的挑戰(zhàn)，也孕育著更大的發(fā)展。
參考文獻
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[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.
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