時間—壓力型點膠的影響因素探討

張健 王紅美

摘 要：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，點膠技術(shù)獲得了極大的提高，其中時間-壓力型點膠技術(shù)廣泛應(yīng)用于手動點膠設(shè)備和自動點膠設(shè)備。在時間-壓力型點膠過程中，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，主要包括壓縮空氣不穩(wěn)定因素、針筒內(nèi)膠體剩余量、膠體粘度流體粘度、流體溫度等因素。文章通過分析各影響因素對時間-壓力型點膠一致性的影響，提出時間-壓力型點膠系統(tǒng)對粘度變化和點膠一致性的補償，以實現(xiàn)點膠效果具有良好的一致性。

關(guān)鍵詞：表面封裝劑；時間-壓力型點膠；流體點膠；點膠技術(shù)；影響因素分析

1 概述

時間-壓力型點膠技術(shù)是一種流體點膠技術(shù)，它是靠壓縮空氣迫使針筒內(nèi)的液體從針尖流出。壓縮空氣作用時間的長短直接關(guān)系到點膠量的多少。這種方式的材料點膠也就是所謂的“氣動”點膠技術(shù)，即指壓縮空氣隨著時間的推移或壓縮空氣作用在針筒上[1，2]。

時間-壓力型點膠技術(shù)（Air over or time pressure dispensing）既可以應(yīng)用于手動點膠設(shè)備，也可以應(yīng)用于自動點膠設(shè)備。在手動操作中，操作者手持點膠針筒，用腳踏開關(guān)來控制壓縮空氣作用的時間。如果需要，操作者還可以利用壓縮空氣來補償任何可能引起不穩(wěn)定點膠的因素，例如針筒中剩余膠體的量、外界環(huán)境溫度的不同等。

時間-壓力型點膠技術(shù)向自動化設(shè)備的發(fā)展是必然趨勢。然而，利用緊湊型的系統(tǒng)補償眾多引起不穩(wěn)定點膠的因素是一件非常具有挑戰(zhàn)性的工作。時間-壓力型點膠技術(shù)是應(yīng)用最廣的點膠技術(shù)，但是現(xiàn)在，越來越多的自動點膠系統(tǒng)使用更有效的點膠方法，例如阿基米德螺線管點膠技術(shù)和活塞式點膠技術(shù)。

圖1 時間-壓力型點膠

2 各種因素對點膠一致性的影響

在一段特定的時間內(nèi)，利用壓縮空氣作用在針筒內(nèi)，迫使膠體沿針筒內(nèi)壁流下，并流出針頭[3]。時間-壓力型自動點膠系統(tǒng)以高頻率循環(huán)利用壓縮空氣進行點膠，其最高頻率可達38000點/時。

在高頻率的循環(huán)點膠中，影響點膠一致性的主要因素是時間、壓力、膠體的粘度和針筒內(nèi)膠體的剩余量[4-5]。時間-壓力型自動點膠設(shè)備對壓縮空氣及其作用時間的控制有非常好的效果。然而，該種設(shè)備對其他因素（比如膠體粘度和針筒的水平位置）的控制卻十分困難。時間-壓力型自動點膠設(shè)備通過測量膠點直徑的可視系統(tǒng)，可連續(xù)監(jiān)控和評價點膠一致性。當可視監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)膠點直徑變化時，它可以延長點膠時間，或者可以警告操作者注意。但是可視監(jiān)視系統(tǒng)是一個通過監(jiān)視膠點直徑穩(wěn)定點膠因素的嘗試，它不能確定引起點膠不一致的原因。

2.1 壓縮空氣不穩(wěn)定因素

空氣是一種由高速運動的微小顆粒組成的氣體，它們相互之間以及和容器壁之間會發(fā)生碰撞。氣體所施加的壓力是由于移動粒子和容器壁碰撞而產(chǎn)生的沖擊力積累而成的。壓力的大小是可以衡量微粒數(shù)量和它所攜帶的能量的多少的。當壓縮空氣反復壓縮膠體擠出針頭時，產(chǎn)生的壓力波動不斷地刺激針筒內(nèi)的氣體微粒，從而使其產(chǎn)生熱量。這種熱量是由于空氣壓縮和解壓縮的動態(tài)摩擦作用而產(chǎn)生的，也可能是由于膠體內(nèi)部的摩擦力而產(chǎn)生的。

熱量影響膠體的流變特性。隨著膠體溫度的增加，它的粘度會降低。膠體粘度的動態(tài)變化會導致膠體流動的不一致性。表面封裝劑是合成物質(zhì)，易發(fā)生反應(yīng)。當溫度和壓力升高時會變得不穩(wěn)定。一旦觸發(fā)，將發(fā)生固化，這是一個不可逆轉(zhuǎn)的鏈式反應(yīng)，將改變膠體的分子結(jié)構(gòu)和它的流動性。

2.2 針筒內(nèi)膠體剩余量

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。當針筒變空時，壓縮膠體上面的氣體也需要更多的時間。這些變化可以通過繪制壓縮反應(yīng)曲線來觀察到，如圖2所示，它表明：當針筒是滿的和空的時候，壓縮空氣到一定壓力所需要的時間是不一樣的。由于增壓時間的不同，當針筒變空時，就會點膠量引起很大變化。圖2是在時間-壓力型點膠系統(tǒng)中不同的膠體剩余量對點出的膠點直徑的影響的一個例子。

圖2 針筒內(nèi)的膠體剩余量對點出的膠點直徑的影響

2.3 膠體粘度對點膠一致性的影響

粘度是衡量流體流動性的量。低粘度的流體需要較小的壓縮空氣就能流動；相反地，高粘度需要較大的壓縮空氣。膠體粘度的細小改變就能極大地影響迫使相同體積的流體沿針筒內(nèi)壁流動的壓力值。如果膠體粘度變化，對膠體體積的控制是十分困難的。圖3是一種典型表面封裝劑的粘度和溫度的關(guān)系圖。從圖3可以看出：其粘度與溫度呈指數(shù)變化關(guān)系，溫度越高粘度越小。

圖3 溫度對樹脂粘度的影響

3 時間-壓力型點膠系統(tǒng)對粘度變化的補償

空氣加熱器是時間-壓力型點膠設(shè)備穩(wěn)定膠體粘度的一種方法，它是通過降低高頻時由于針筒內(nèi)的氣壓脈沖所引起的溫度變化。提高環(huán)氧樹脂的溫度，高于30℃～35℃（86～95 ）的環(huán)境溫度，能最大限度地降低由于高頻脈沖引起所的溫度變化。圖4表明：在時間-壓力型點膠系統(tǒng)中，溫度隨針筒內(nèi)氣體體積的變化而變化。請注意：從圖4可以看出：時間-壓力型點膠系統(tǒng)在典型的點膠溫度30℃～35℃（86 ～95 ）時，發(fā)生陡峭的傾斜。這表明：在點膠系統(tǒng)中，即便是一度的溫度變化也會導致膠體體積的巨大變化。體積隨著溫度的增加而增加，這將會直接降低表面封裝劑的粘度。

對于時間-壓力型點膠系統(tǒng)，升高環(huán)氧樹脂的溫度有兩大優(yōu)點。一是：環(huán)氧樹脂粘度的變化會降低針筒的利用率，有助于穩(wěn)定膠體一致性。隨著膠體粘度的稍微穩(wěn)定，時間-壓力型點膠系統(tǒng)能通過控制壓力和時間來集中觀察剩余膠體的影響。二個是：它能降低膠體的粘度，較低粘度的膠體產(chǎn)生拖尾和拉絲現(xiàn)象比高粘度膠體要少。同時，加熱表面封裝劑也有缺點，膠體發(fā)生固化反應(yīng)的臨界點比40℃要低，否則環(huán)氧樹脂一旦達到這個溫度將開始固化反應(yīng)，這是不可逆轉(zhuǎn)的過程。

4 點膠一致性的補償

時間-壓力型點膠系統(tǒng)的制造商已經(jīng)采取詳細的措施來彌補點膠技術(shù)的各種變數(shù)。其中最常用的方法是利用可視檢測系統(tǒng)觀察膠點的直徑，采用兩維空間的方法來描述膠體的體積[6-8]。

時間-壓力型點膠系統(tǒng)提供半自動的方法監(jiān)測膠點直徑，在這種方法下，隨著膠點直徑的變化，針筒加壓的時間長度是可調(diào)的。任何超出范圍的膠點直徑都會導致點膠設(shè)備的停止或警告操作者進行調(diào)整。一旦按照設(shè)定的直徑點膠，時間常數(shù)或者壓縮空氣必定增加。延長時間變量是延長壓力作用在針筒上的作用時間。

如圖5所示：可以通過增加時間變量的方法來補償針筒內(nèi)膠體的剩余量對點膠所產(chǎn)生的影響。操作時間是衡量點膠量的量，是完成一個完整的循環(huán)周期（包括X、Y和Z軸的移動時間、點膠時間）所需要的時間長短。

5 結(jié)束語

溫度變化影響表面封裝樹脂的粘度。在時間-壓力型點膠系統(tǒng)的操作過程中，操作溫度的微小增加就會導致點出的膠體體積明顯增加。針筒內(nèi)剩余膠體的體積變化會由于壓縮額外的空氣而影響響應(yīng)曲線。響應(yīng)曲線的變化必須通過增加壓縮空氣或時間常數(shù)的方法來補償。增加點膠時間會影響設(shè)備的循環(huán)周期，減少設(shè)備的生產(chǎn)能力。

雖然時間-壓力型點膠系統(tǒng)容易實現(xiàn)自動控制，但是要控制所有必要的參數(shù)達到點膠一致性是極為困難的。在時間-壓力型點膠技術(shù)，點膠量是隨點膠時間變化的，而點膠用戶對點膠技術(shù)有新的需求，但是目前能夠滿足這些需求的只有阿基米德螺旋管點膠技術(shù)和活塞式點膠技術(shù)。

參考文獻

[1]丁爭榮，陶凱，鄧圭玲.基于AT89C52單片機的噴射點膠控制系統(tǒng)[J].制造業(yè)自動化，2010，32（3）：48-49+114.

[2]Hong Robin，Hongmei Wang.Intelligent Polyurethane Encapsulation System Controlled by MCU[C].In：Proceedings of the 2010 International Conference on Electrical and Control Engineering （ICECE 2010）.26-28 June 2010， Wuhan， Hubei，China.

[3]陳從平，李涵雄，丁漢.基于模型的時間-壓力點膠過程控制[J].機床與液壓，2007，9：173-175.

[4]沈正湘，李涵雄，丁漢，等.電子封裝中的點膠過程分析和控制[J].2005，12（5）：405-408.

[5]趙翼翔，陳新度，陳新.微電子封裝中的流體點膠技術(shù)綜述[J].2006（2）：52-54.

[6]黃承韜，高連生.基于機器視覺的SMD晶振上片點膠機的設(shè)計和實現(xiàn)[J].2009（1）：136-138.

[7]陳從平.電子制造中時間壓力點膠過程建模與控制方法綜述[J].液壓與氣動，2008，7：6-9.

[8]羅德榮，黃其煜，程秀蘭.無接觸噴射式點膠技術(shù)的應(yīng)用[J].電子與封裝，2009，9（6）：5-8.