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剖析喷射点胶技术的关键

更新时间:2015-12-17 14:54:24  点击次数:825次 打印
利用喷射点胶技术,设计者可以修改设计规则,把设备设计得更小、成本更低、 功能更强,因此,喷射点胶已经成为首选的点胶方法。喷射点胶和针头点胶两者之间的区别很大。本文介绍了这项技术及它给整个行业带来的变化。

利用喷射点胶技术,设计者可以修改设计规则,把设备设计得更小、成本更低、 功能更强,因此,喷射点胶已经成为首选的点胶方法。喷射点胶和针头点胶两者之间的区别很大。本文介绍了这项技术及它给整个行业带来的变化。

喷射技术是把胶水以很快的速度从喷嘴喷出,依靠胶水的动量使胶水脱离喷嘴。每次喷射都会喷射出一定数量的胶水。目前普遍的喷射频率是100赫兹到200赫兹,但是很快就会达到1000赫兹。

喷射胶水的概念早已出现。最普遍的运用是打印机。许多家用打印机都是使用加热方式的喷墨打印,但是只能使用特殊的低粘度胶水。与此同时一种具有精密机械结构、适合更高粘度胶水的喷射阀已经用在电子制造业中,这就是Asymtek研制的喷射阀,已在1992年取得专利权。

喷射点胶与针头点胶的比较

喷射点胶与针头点胶有几处区别。当胶水从喷嘴喷出时,接触基板之前胶水已和喷嘴分离。每一个胶点喷射到基板可以形成点、线 和图形。在点胶位置的移动过程中,点胶头没有Z轴方向的运动,这样节约了相当多的时间。针头在点胶时,机械手在X、Y、Z轴运动,胶水从针头流出来接触基板,靠重力及基板表面张力把胶水从针头分离。在每个点胶完成之后,沿Z轴有一个明显的运动,然后移动到下个点胶位置。

针头与喷射点胶另外一个重要的区别是喷射点胶可以达到更快的出胶量。一个内径是100微米、长度是0.5毫米的喷嘴,点胶高度2毫米,出胶量是内径相同针头(32G)的5倍。

喷射点胶技术的发展

第一代的喷射阀是针对表面贴装胶水而研制的,目的是提高点胶速度。每一代喷射阀在速度、精度、材料的适应性、喷射阀和基板之间的距离,以及胶点的尺寸都有明显改进。设备本身的改进也提高了对喷射阀的适应性。设备通过对胶水点胶重量的检测,自动计算每个胶点的间距以构成线和面,并且自动补偿快速点胶中点胶位置的误差,精度优于针头点胶。喷射技术可以让电子封装和电路板的设计人员设计出更精密的产品。

和其他高产能的点胶设备一样,喷射技术运用工艺控制保证点胶的一致性,从而提高成品率。一个例子就是可以对胶水进行胶量控制。使用者只需要确定需要用的胶量和胶点形状,系统就能够自动计算喷射点的间距和位置。如果由于胶水本身黏度的改变而改变了点胶量,设备会自动补偿以达到一致的胶量。

许多胶水对温度非常敏感。运用多种加热及冷却系统把材料控制在最佳的点胶温度,并且控制材料在胶管中的温度,以达到最佳的点胶工艺并且延长材料的使用寿命。

自动视觉校准系统和图象处理软件可以自动计算最佳点胶时间及位置。机械部件在移动时,图象经过处理后得到的数据传递给处理器,并提前触发喷射阀的机械部件从而达到最精确的点胶位置。即使是不同的移动速度也能得到最精确的点胶位置。同样,如果点胶的直径超出预先设定的直径或错误的位置,这套视觉校准系统能够监控和提醒操作员。
喷射胶水的种类

许多种类型的胶水可以用喷射的方法。可以喷射的胶水包括:底部填充胶、表面贴装胶、银浆、液晶、硅胶(在LED行业中与磷一起使用)、UV胶、 MEMS 封装的干燥剂、粘贴芯片的胶水、环氧树脂、表面涂敷材料、滑润剂、医学试剂以及墨水。特别重要的是,不同种类胶水的特性有很大差别。例如,一些底部填充胶水在填充后可促进热量的传导。通常,如果胶水是为高速点胶设计的,那么,这种胶水就可以喷射的方法点胶。

喷射阀的配置

在电子领域使用的大多数喷射点胶阀是由胶水的压力以及撞针和底座产生的机械撞击把胶水撞出。撞针的形状和尺寸、底座、喷嘴、胶水的压力、冲程和撞针的速度、胶水的流变性都会影响喷胶的速度以及每一点胶水的胶量。通常我们会根据实际的点胶要求来配置喷射阀。

喷射阀配备了各种尺寸的胶管以满足各种需要。大多的胶管都配备了低胶量传感器,使用多种传感技术。不论是哪一种点胶工艺,胶水的温度控制都是非常重要的,对于喷 射技术也是非常重要的。胶水温度的变化直接影响到胶水是否能从喷嘴分离。喷射阀配备了喷嘴温度控制以确保胶水的粘度保持稳定。

喷射方法

完成喷射主要有以下二种方法:

到达点胶位置后停止移动,喷射一点或者在同一位置喷射多点胶水,这样就可以改变胶点的尺寸。 点胶位置可以由CAD来形成复杂的图形。“点堆点”的喷射技术可以为某些应用形成特殊的轮廓。

点胶头移动喷射技术充分地利用了喷射机构在速度方面的优势,可以使胶水在点胶头移动过程中喷出。每个胶点的间距可以按时间对速度进行最优控制,或由指定的位置来控制,或在需要精确控制胶量的条件下,由精确的胶水总量来控制。

每一种方法都可以作一些改变,从一个非直角的角度对那些难以到达的点胶区域进行喷胶,或将胶液浸湿控制在特定区域,并且可以根据特定应用的需求,利用定时控制功能进行多重喷胶。

喷射的应用及其相关技术

喷胶技术广泛的用在许多工业领域中。以下是喷胶技术在一些工业领域中的应用,以及喷胶在这些领域中所用的技术。

电子封装是率先应用喷胶技术的行业之一。通过屏蔽罩喷胶,叠芯片封装的底部填充,窄间距封装及BGA封装的喷胶以及喷射助焊剂,都是小型便携式产品制造行业不可缺少的一些应用。

通过屏蔽罩的喷胶是手持设备制造业广泛采用的一项技术。在这些设备中,射频器件屏蔽罩是装在有源元件之上以便将射频器件噪音降至最低。在射频器件屏蔽罩上有意识地设置一些小孔,可以通过这些孔把胶水喷入,并且对这些有源元件进行底部填充。由于在射频器件屏蔽罩固定后仍可喷胶入内,因此节约了相当多的组装时间和成本。

密集型的封装通常将有源器件和存储器件一层层地叠起来,以尽可能的将有源器件和存储器封装在最小的体积里。由于芯片和芯片之间是如此的接近,小直径胶束就成为关键。喷胶可以使胶束尽可能地靠近芯片的边缘,以最小的浸润面积使底部填充胶水流动。

许多封装或电路板的设计人员都希望把他们的设计尺寸做到最小。喷胶技术可以在两个倒装芯片之间喷射底部填充胶水,设计者可以将倒装芯片的间距缩小到350微米。

只要有可能,在小凸点间距的倒装片应用中浸渍或印刷助焊剂同样具有挑战性。喷胶可以对多种助焊剂在精确的面积喷涂数量均匀一致的助焊剂,从而提高成品率。

虽然表面涂覆已经使用了很多年,喷射技术仍然为它开辟了新的市场和应用。喷射技术为许多封装设计和电路板设计提供了高速、边界准确清晰的涂覆方法,提高了产品在恶劣环境下的可靠性。喷射技术避免了复杂的机械式密封的费用,常常与传统的涂覆工艺一起使用,为测试点和连接器区域的涂覆提供一种既不需要掩模,也不会牺牲速度的方案。

由于医疗行业意识到使用喷胶工艺的可能性,这项技术在医疗方面的应用也一直在增长。诸如助听器,可植入式起搏器,电击去纤颤器等等都需要非常小的封装尺寸。喷胶同样用于非电子式医疗器件中。其中一个实例就是为“芯片级实验室”器件放置相变材料,如蜡或粘合剂。那些需要水溶性试剂的医疗测试器件同样可以发挥喷胶工艺的优势。

LED 市场同样从喷胶技术中受益。喷胶工艺可以喷涂包括硅胶、UV 固化的掺磷导电胶等范围宽广的光学材料,能够在高速点胶中进行位置精确的点胶和胶量控制。喷胶的精确度可以改善价值很高的大功率LED 器件的成品率。

在平板显示器行业中,喷胶可以灵活地形成精密点阵,因而它可以为光学显示器高速形成衬垫,同时提供整齐的拐角以把显示尺寸做到最大。

在磁盘制造业中,在高密度磁头的底部填充料及导电胶的喷涂可以缩小产品尺寸,提高成品率和生产速度。芯片的表面涂敷可以防止微粒沾污,也用来提高产品可靠性及成品率。

MEMS器件的制造与组装包括芯片级组装及密封,它们需要用到要求苛刻的点胶工艺。把喷胶技术用到这些地方,提高了产品质量,也提高了速度和成品率。喷胶系统可以在100级的净化间中使用。

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