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压力式点胶

关键字电子封装、点胶方式、发展

1.点胶技术的发展背景:

1974 年世界上第一只晶体管出现以来,各种微电子封装技术极大地影响并推动着以电子计算机为核心、集成电路(Integrated Circuit,IC)产业为基础的现代信息产业的发展,使 IC产业及封装产业已成为衡量综合国力的重要标志之一。现代微电子封装技术已形成与 IC 产业相适应的高新技术产业,并且随着 IC 产业的发展而不断前进。微电子封装业中,以表面贴装技术(Surface Mount TechnologySMT)新一代电子封装技术得到广泛应用。SMT中通常需要点胶来固定元件,对元件进行密封等,所以随着SMT的发展对点胶的技术要求也越来越苛刻

2.点胶技术的作用及其应用形式:

PCB板上的元件从开始到蕞后进行波峰焊焊接,历时较长,而且其他工艺较多,元件的固定尤为重要。PCB 板上广泛使用胶体进行元件固定、引线搭接、保形涂料以及元件密封,主要作用如下:

1)在制造过程起辅助作用,如在元件完全焊接前临时固定元件;

2)在产品服务期限内,能减轻焊接部位的应力以防止电子连接的过早损坏;

3)防止元件连接受环境振动的影响而引线位置移动,起结构上的粘结作用;

4)防止元件受到环境的损坏和腐蚀。

微电子封装工业中包含多种流体点胶技术,一般用来完成点、线、面(涂敷)以及简单图案的点胶点胶技术主要用在芯片固定、倒扣封装、表面涂层等。

3.点胶技术的定义及分类:

点胶技术是一种通过可控的方式,将注射器中的胶体输送到基板的指定位置,以实现元器件之间的机械或电气的连接。

随着SMT不断变革,点胶技术也不断的发生变化,适应的环境越来越广,采用的胶体种类、粘度范围也越来越多。根据点胶技术的特征可分成:大量式点胶(MassDispensing)接触式点胶(Contact Dispensing)非接触式点(Non-Contact Dispensing),每类又有衍生出几种方式,具体如下:

3.1大量式点胶

这种方法针对不同胶点的引脚或者在模板上开启的导孔,一次能完成整块PCB点胶,有针脚点胶(Pin-Transfer)和丝印点胶(Screen-Printing)。它有一个明显的优势是速度蕞快,主要用于 PCB 板等大规模生产线上,但通常只对 PCB 裸板使用;辅助装置较多,清洁和保存繁杂;胶体露于大气中易受污染;胶精度不高。

3.2接触式点胶

接触式点胶过程是靠末端装有针管的 Z 轴向下运动靠近 PCB 板,使粘结剂与PCB板接触,然后Z轴向上运动,胶体靠与基板间的接触表面张力和针尖自然断开或拉断,也有称其为针头式点胶,如图1所示。在这种点胶方式中,除胶体本身的特性会影响其一致性或可重复性外,针尖与PCB间的距离以及针头直径也是影响一致性的重要因素。对于高粘度的胶体,接触式点胶中针尖胶体易残留,即拖尾效应明显,严重影响点胶一致性,尤其对于微量高速点胶影响明显,这是一个至今悬而未决的问题。

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接触式点胶中,针对不同应用场合选择合适的点胶设备是提高效率的关键,点胶设备因作用胶体的压力方式不同,常分为:

a)时间/压力式          b)螺杆式            c)活塞式

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3.2.1时间/压力式点胶

以高压气体为动力,驱动针筒内的胶体通过针尖流出至 PCB ,如图2.a一个典型的时间/压力式点胶系统主要由几部分组成:气压稳定装置、控制装置、连接气管、控制器以及装满胶体的针筒。该点胶技术适用于中等粘度的胶体,胶点的大小取决于气体压力和作用时间。这种设备价格便宜、操作简单,维护方便,但对胶体粘度敏感,气压反复压缩释放过程中易使胶体温度升高影响胶体流变特性,点胶速度难以提高,针筒内胶体余量变化及针管尺寸都会影响点胶体积。

3.2.2螺杆式点胶

采用恒定的气压使胶体流入螺纹空隙,通过旋转的螺纹作用挤出胶体,胶点的大小取决于螺纹旋转速度和时间,如图2.b。一个典型的螺杆式点胶系统主要由几部分组成:气压稳定装置、驱动电机、物料桶、螺杆以及针头。这种点胶方式点胶过程控制简单,适用的胶体较广;可以软件编程决定点胶量,控制灵活,且精确度比时间/压力式高,有较高的一致性;但是它对胶体粘度同样比较敏感,螺纹反复旋转会降低粘度。点胶体积的一致性受到液面高度、气压、胶体粘度、温度等因素的影响。

3.2.3活塞式点胶

活塞式点胶是一种正向位移的点胶方式,采用恒压使胶体流入针尖内,通过活塞冲击挤压针管内胶体使其流出,特别适合中等到高粘度的流体,如图2.c点胶体积受活塞位移的控制,对胶体粘度、温度和压力不敏感,在高速时有很好的一致性,可重复性高,特别适合小体积的点胶。但这种方式清洗过程复杂,对针管容腔内气体敏感,密封要求高。

3.3非接触式点胶

接触式点胶不同,非接触式点胶不需要 Z 轴方向的运动,极大地减少了点胶周期,且不需考虑针尖和 PCB 板之间的距离对点胶质量的影响,一致性也有所提高。常用的点胶方式有:

3.3.1流体喷射点胶

是一种刚刚兴起的点胶技术,它的工作原理和喷墨打印机类似。其基本原理是向胶水上施加一个波动的压力,在压力作用下胶水通过一个小孔后会自动分离,这样就在基板上留下了一个胶点。致动器一般由压电晶体来实现,并配有专用的温度控制装置。

喷射式点胶Jet Dispensing)如图3.a,胶体被注射器内的恒压挤到喷嘴和活塞之间的空腔内,通过马达快速驱动活塞(球状或柱状)上下往复运动喷射出胶体,可以实现高速点胶。但机械结构复杂,清洁麻烦;成本很高,不方便维护;同样还受到流体粘度变化影响。

3.3.2压电式点胶Piezoelectric Dispensing

压电式点胶如图3.b,压电陶瓷是具有双向作用的介质,可以实现电-力相互转化。在压电陶瓷上通以高频率交流电,产生的作用力可以使压电陶瓷做同频震动。在点胶过程中,胶体被注射器内的恒压挤到喷嘴和压电陶瓷之间的空腔内,压电陶瓷沿喷嘴轴向震动,挤出胶体。

非接触式点胶过程中,喷嘴不与工作面接触,喷嘴尺寸一定的情况下,可以通过在同一位置连续喷射多点叠加来达到调节胶点尺寸的目的。影响非接触式点胶质量的主要因素有:喷嘴内径、活塞的直径和行程、胶体温度等。

 

 

 

 

a)喷嘴放大图            b)喷射式           c)压电式

 

 

 

 

 

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