摘要：本文詳細(xì)對當(dāng)前電子封裝中各種流體點膠技術(shù)進(jìn)行了對比研究，對于流體點膠技術(shù)分類及發(fā)展趨勢指出了各自的優(yōu)缺點從而對未來流體點膠技術(shù)的發(fā)展趨勢做出闡述。

關(guān)鍵字：電子封裝、點膠方式、發(fā)展

1.點膠技術(shù)的發(fā)展背景：

自1974 年世界上**只晶體管出現(xiàn)以來，各種微電子封裝技術(shù)極大地影響并推動著以電子計算機(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中通常需要點膠來固定元件，對元件進(jìn)行密封等，所以隨著SMT的發(fā)展對點膠的技術(shù)要求也越來越苛刻。

2.點膠技術(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，歷時較長，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）在制造過程起輔助作用，如在元件完全焊接前臨時固定元件；

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早損壞；

3）防止元件連接受環(huán)境振動的影響而引線位置移動，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)中包含多種流體點膠技術(shù)，一般用來完成點、線、面（涂敷）以及簡單圖案的點膠，點膠技術(shù)主要用在芯片固定、倒扣封裝、表面涂層等。

3.點膠技術(shù)的定義及分類：

點膠技術(shù)是一種通過可控的方式，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，點膠技術(shù)也不斷的發(fā)生變化，適應(yīng)的環(huán)境越來越廣，采用的膠體種類、粘度范圍也越來越多。根據(jù)點膠技術(shù)的特征可分成：大量式點膠(MassDispensing)、接觸式點膠(Contact Dispensing)和非接觸式點(Non-Contact Dispensing)，每類又有衍生出幾種方式，具體如下：

3.1大量式點膠

這種方法針對不同膠點的引腳或者在模板上開啟的導(dǎo)孔，一次能完成整塊PCB的點膠，有針腳點膠(Pin-Transfer)和絲印點膠(Screen-Printing)。它有一個明顯的優(yōu)勢是速度*快，主要用于 PCB 板等大規(guī)模生產(chǎn)線上，但通常只對 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；點膠精度不高。

3.2接觸式點膠

接觸式點膠過程是靠末端裝有針管的 Z 軸向下運動靠近 PCB 板，使粘結(jié)劑與PCB板接觸，然后Z軸向上運動，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膠，如圖1所示。在這種點膠方式中，除膠體本身的特性會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。對于高粘度的膠體，接觸式點膠中針尖膠體易殘留，即拖尾效應(yīng)明顯，嚴(yán)重影響點膠一致性，尤其對于微量高速點膠影響明顯，這是一個至今懸而未決的問題。

圖1

在接觸式點膠中，針對不同應(yīng)用場合選擇合適的點膠設(shè)備是提高效率的關(guān)鍵，點膠設(shè)備因作用膠體的壓力方式不同，常分為：

a)時間/壓力式          b)螺桿式            c)活塞式

圖2

3.2.1時間/壓力式點膠

以高壓氣體為動力，驅(qū)動針筒內(nèi)的膠體通過針尖流出至 PCB 板，如圖2.a。一個典型的時間/壓力式點膠系統(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。該點膠技術(shù)適用于中等粘度的膠體，膠點的大小取決于氣體壓力和作用時間。這種設(shè)備價格便宜、操作簡單，維護(hù)方便，但對膠體粘度敏感，氣壓反復(fù)壓縮釋放過程中易使膠體溫度升高影響膠體流變特性，點膠速度難以提高，針筒內(nèi)膠體余量變化及針管尺寸都會影響點膠體積。

3.2.2螺桿式點膠

采用恒定的氣壓使膠體流入螺紋空隙，通過旋轉(zhuǎn)的螺紋作用擠出膠體，膠點的大小取決于螺紋旋轉(zhuǎn)速度和時間，如圖2.b。一個典型的螺桿式點膠系統(tǒng)主要由幾部分組成：氣壓穩(wěn)定裝置、驅(qū)動電機(jī)、物料桶、螺桿以及針頭。這種點膠方式點膠過程控制簡單，適用的膠體較廣；可以軟件編程決定點膠量，控制靈活，且**度比時間/壓力式高，有較高的一致性；但是它對膠體粘度同樣比較敏感，螺紋反復(fù)旋轉(zhuǎn)會降低粘度。點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活塞式點膠

活塞式點膠是一種正向位移的點膠方式，采用恒壓使膠體流入針尖內(nèi)，通過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。點膠體積受活塞位移的控制，對膠體粘度、溫度和壓力不敏感，在高速時有很好的一致性，可重復(fù)性高，特別適合小體積的點膠。但這種方式清洗過程復(fù)雜，對針管容腔內(nèi)氣體敏感，密封要求高。

3.3非接觸式點膠

和接觸式點膠不同，非接觸式點膠不需要 Z 軸方向的運動，極大地減少了點膠周期，且不需考慮針尖和 PCB 板之間的距離對點膠質(zhì)量的影響，一致性也有所提高。常用的點膠方式有：

3.3.1流體噴射點膠

是一種剛剛興起的點膠技術(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波動的壓力，在壓力作用下膠水通過一個小孔后會自動分離，這樣就在基板上留下了一個膠點。致動器一般由壓電晶體來實現(xiàn)，并配有專用的溫度控制裝置。

噴射式點膠（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)，通過馬達(dá)快速驅(qū)動活塞（球狀或柱狀）上下往復(fù)運動噴射出膠體，可以實現(xiàn)高速點膠。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壓電式點膠（Piezoelectric Dispensing）

壓電式點膠如圖3.b，壓電陶瓷是具有雙向作用的介質(zhì)，可以實現(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。在點膠過程中，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，擠出膠體。

非接觸式點膠過程中，噴嘴不與工作面接觸，噴嘴尺寸一定的情況下，可以通過在同一位置連續(xù)噴射多點疊加來達(dá)到調(diào)節(jié)膠點尺寸的目的。影響非接觸式點膠質(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.點膠技術(shù)的發(fā)展趨勢：

盡管上述方法均可以點膠各種膠體，但每一種都有其適用的膠體和特定的場合以及各自的應(yīng)用特點。其中，超過 70％的點膠系統(tǒng)是使用針頭點膠方式，但熟悉液態(tài)點膠過程的技術(shù)人員知道，如果采用針頭式點膠技術(shù)，點膠針頭必須距離器件很近。對于需要進(jìn)行底部填充的器件，點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，且不會引起接觸和器件損壞。同時，針頭式點膠需要高**的傳感器系統(tǒng)以決定針頭相對于電路板各個器件的高度，通過編程控制針頭在電路板上的三維運動，避免與器件產(chǎn)生碰撞。隨著電子封裝技術(shù)的發(fā)展，對點膠技術(shù)也提出了更高的要求，這就不僅激發(fā)電子產(chǎn)品制造商對現(xiàn)行的點膠技術(shù)更深入的研究，以提高點膠效果，而且也觸發(fā)他們研究新的點膠技術(shù)。

*新的噴射式點膠技術(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)行點膠，無需到達(dá)其頂面以下的位置。噴嘴在整個電路板上方沿x、y方向運動，而無需垂直運動。

與針頭式點膠技術(shù)不同，噴射式點膠并不是形成連續(xù)的膠液流體，而代之以每秒鐘噴射200點以上經(jīng)過**測量的膠點。隨著噴嘴的水平移動，膠點可形成各種需要的線型與圖案，如實線、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直徑*小可達(dá)0.33mm，這對于涂敷貼片膠等需要對面積進(jìn)地**控制的場合非常重要。

噴嘴并不像點膠針頭那樣對點膠高度要求嚴(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，則必須對噴嘴進(jìn)行**定位。對于電容、電阻非常接近需進(jìn)行底部填充的器件時，為避免膠液沾染無源器件，也可采用噴射點膠技術(shù)。

這些特點使噴射點膠技術(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，與針頭式點膠技術(shù)相比，噴射式點膠已經(jīng)成為優(yōu)選的點膠方法。利用噴射點膠技術(shù)，設(shè)計者可以修改設(shè)計規(guī)則，把設(shè)備設(shè)計得更小、成本更低、功能更強(qiáng)。

5.結(jié)束語噴射點膠技術(shù)在電子封裝領(lǐng)域中正在成為一種點膠的標(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測試和認(rèn)證。速度、精度和膠點體積控制都在改進(jìn)。提高操作的簡易性，同時降低成本是一直追求的目標(biāo)。對于焊膏、高黏度熱敏材料之類具有磨損性及難以點膠的材料，也在嘗試使用噴射點膠技術(shù)，它將變得更加實用。隨著噴射點膠技術(shù)的能力越來越為人所認(rèn)識，設(shè)計師們可以結(jié)合各。種標(biāo)準(zhǔn)來充分利用該技術(shù)的優(yōu)勢，為用戶帶來更低的成本，更高的成品率和產(chǎn)出率，以及更好的質(zhì)量。