丁爭榮，陶 凱，鄧圭玲

（中南大學(xué) 復(fù)雜裝備設(shè)計(jì)與極端制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙 410083）

0 引言

點(diǎn)膠是以一種受控的方式對流體進(jìn)行精確分配的過程，在電子制造業(yè)中被廣泛用于各種封裝過程，如高級集成電路封裝(AICE)和表面貼裝(SMT)。微電子封裝對點(diǎn)膠的性能要求非常苛刻，不僅要求點(diǎn)出的流體一致性好，而且速度需要達(dá)到每小時(shí)45000點(diǎn)以上。噴射點(diǎn)膠技術(shù)具有傳統(tǒng)接觸式布膠所不具備的點(diǎn)膠速度快、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代膠液分配技術(shù)[1]，近幾年在微電子封裝領(lǐng)域受到極大的青睞。

在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域中，用于微電子封裝的噴射點(diǎn)膠設(shè)備主要以氣動-彈簧驅(qū)動膠液噴射裝備為主。由于噴射點(diǎn)膠技術(shù)更多的用于微量點(diǎn)膠過程，通常一個(gè)點(diǎn)膠周期中正向氣壓作用時(shí)間很短，一般只有幾十毫秒。Windows系統(tǒng)可以通過本身所帶的函數(shù)timeSetEvent()設(shè)置的定時(shí)器定時(shí)，精度可達(dá)到1ms。但在Microsoft公司出版的書中指出，這些函數(shù)在芯片中實(shí)際應(yīng)用的精度為10ms[2]以上。因此，WINDOWS系統(tǒng)本身的定時(shí)器的精度無法達(dá)到高速點(diǎn)膠所需的要求，在基于DMC1840運(yùn)動控制卡的精密點(diǎn)膠平臺中，利用VC6.0作為第三方編程軟件，定時(shí)間隔低于55ms時(shí)誤差較大。為解決定時(shí)問題，我們利用單片機(jī)定時(shí)精度較高的優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)了基于單片機(jī)的噴射點(diǎn)膠控制系統(tǒng)。

1 噴射點(diǎn)膠系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

典型的噴射點(diǎn)膠系統(tǒng)的主要由下面幾部分組成：氣源設(shè)備、氣源處理元件、壓力控制閥、潤滑元件、方向控制閥、控制系統(tǒng)、點(diǎn)膠閥、連接氣管，以及膠液試管。本系統(tǒng)的構(gòu)建如圖1所示，其基本操作過程為：空壓機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣，經(jīng)過三聯(lián)件、氣管，然后通過調(diào)壓閥和二位三通高速電磁閥作用到噴射點(diǎn)膠閥，通過精密調(diào)壓閥作用到試管腔?？刂葡到y(tǒng)通過設(shè)定電磁閥的通斷時(shí)間(即點(diǎn)膠時(shí)間)來調(diào)節(jié)點(diǎn)膠閥噴嘴處流出的流體體積大小。

噴射點(diǎn)膠的工作原理[3]：在控制系統(tǒng)的電信號作用下，電磁閥開啟；氣體壓力將點(diǎn)膠閥內(nèi)的活塞帶動噴針頂起；高壓空氣驅(qū)使膠液充滿膠液腔。定時(shí)過后，氣動電磁閥關(guān)閉，彈簧力使活塞和噴針向下運(yùn)動，噴針末端與基座碰撞，流動的膠液被切斷，球面以下的膠液部分在噴嘴出口處克服表面張力噴射出來，形成膠滴。噴針在最低位置停留一段時(shí)間，然后開始下一個(gè)運(yùn)動周期。圖2中噴針位于最高位置。

由于點(diǎn)膠過程持續(xù)較短，電磁閥只能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)動作，因此要提高系統(tǒng)精度，只有通過提高控制系統(tǒng)定時(shí)精度以及減少電磁閥的動作誤差等方法來實(shí)現(xiàn)。由于單片機(jī)定時(shí)誤差較小，在噴射點(diǎn)膠的定時(shí)控制中可以忽略；同時(shí)，單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，適合用作噴射點(diǎn)膠的控制系統(tǒng)。

2 噴射點(diǎn)膠控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

噴射點(diǎn)膠控制系統(tǒng)的硬件組成框圖如圖3所示。

本系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)作為微處理器，對噴射點(diǎn)膠的整個(gè)過程進(jìn)行控制[4]。通過設(shè)定控制系統(tǒng)輸出的頻率和脈沖寬度，直接控制點(diǎn)膠閥的時(shí)間參數(shù)。

除AT89C52最小系統(tǒng)外，單片機(jī)控制系統(tǒng)還包括兩個(gè)四位數(shù)碼管顯示和按鈕控制等。該控制系統(tǒng)設(shè)置了四個(gè)按鈕，分別用來實(shí)現(xiàn)復(fù)位、模式切換、參數(shù)設(shè)置等功能。

2.1 最小應(yīng)用系統(tǒng)電路

單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)電路指的是它可以正常工作的最簡單電路組成。它包含供電電路、程序存儲器選擇電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路等。

2.2 按鍵輸入電路

采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)，S0-S2 由P2口 (P2.3～P2.5)輸入，分別定義為MODE、T、N，可實(shí)現(xiàn)頻率設(shè)定和脈沖寬度設(shè)定。頻率及脈沖寬度的設(shè)定采用奇偶數(shù)循環(huán)輸入方式，即第一次按MODE鍵設(shè)置設(shè)定頻率，設(shè)置結(jié)束返回；再一次按MODE鍵設(shè)置脈沖寬度，每次返回前更改標(biāo)志位。另外兩個(gè)按鈕分別是十位和個(gè)位控制按鈕，可以方便的設(shè)定和修改參數(shù)。

2.3 輸出驅(qū)動電路

P2.7用于輸出，脈沖信號經(jīng)光耦隔離，DC放大板放大后控制電磁閥的通斷，進(jìn)而控制點(diǎn)膠閥的工作，輸出信號高電平有效。

2.4 復(fù)位電路

對于AT89C52芯片，如果引腳RST保持24個(gè)時(shí)鐘周期的高電平，單片機(jī)就可以完成復(fù)位。通常為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，復(fù)位電路應(yīng)使引腳RST保持10ms以上的高電平。當(dāng)引腳RST從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，單片機(jī)退出復(fù)位狀態(tài)，從程序空間的0000H地址開始執(zhí)行用戶程序。完成復(fù)位還影響一些特殊功能存儲器的初始狀態(tài)。

2.5 顯示電路

數(shù)碼管驅(qū)動電路采用三極管驅(qū)動。該顯示電路是用兩個(gè)四位共陽數(shù)碼管顯示，使用8550號PNP三極管驅(qū)動，單片機(jī)P0端口接數(shù)碼管段碼，P1端口接數(shù)碼管位碼，通過位碼掃描顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)處于設(shè)置狀態(tài)，按T、N鍵時(shí)，相應(yīng)的顯示會隨著按的次數(shù)在0～9之間循環(huán)改變，也可以得到我們需要的數(shù)據(jù)。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用Keil-C51語言編程，采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，包括主程序、 中斷子程序與顯示子程序等幾部分。主程序完成系統(tǒng)的初始化，并同時(shí)包括調(diào)用中斷子程序在內(nèi)的各子程序，共同完成按鍵輸入、按鍵識別和按鍵輸入、PWM脈寬控制和數(shù)碼管顯示等功能[5]。

4 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

通過單片機(jī)軟件模擬平臺KeilC51和硬件模擬平臺Proteus的模擬仿真運(yùn)行，結(jié)果顯示，單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件程序效率高、定時(shí)精確、實(shí)時(shí)性好；單片機(jī)硬件系統(tǒng)的鍵盤顯示器能快速響應(yīng)輸入與顯示。

利用Protel進(jìn)行電路原理圖設(shè)計(jì)并制作PCB板，將其應(yīng)用于噴射點(diǎn)膠系統(tǒng)。利用示波器觀測電磁閥在點(diǎn)膠時(shí)兩端的電壓波形，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明脈沖頻率在1～99HZ可調(diào)，高電位時(shí)間在0～99ms可調(diào)，系統(tǒng)定時(shí)精確，誤差在百分之一之內(nèi)。

5 結(jié)論

將單片機(jī)控制系統(tǒng)集成到精密點(diǎn)膠平臺，可以使平臺實(shí)現(xiàn)精確的點(diǎn)膠定時(shí)循環(huán)，從而完善平臺的噴射點(diǎn)膠功能。該設(shè)備在現(xiàn)場調(diào)試成功，并已得到初步認(rèn)可，并為進(jìn)一步的點(diǎn)膠實(shí)驗(yàn)提供了條件。

[1] H.Quinones,A.Babiarz,C.Deck.Fluid jetting for next generation packages,Pac tech,Berlin,April 2002.

[2] 沈正湘.微電子封裝中點(diǎn)膠控制系統(tǒng)及其性能控制研究[D].華中科技大學(xué),2005: 20-22.

[3] 陳奎宇.噴射分配膠液累積體積及其速度參數(shù)影響規(guī)律[D].中南大學(xué),2007:21-22.

[4] 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)(第三版)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.

[5] 周航慈.單片機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(修訂版)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.