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(duì)粘合劑、合成樹脂的產(chǎn)品需求也在不斷增加，點(diǎn)膠技術(shù)獲得了極大的提高，其中時(shí)間-壓力型點(diǎn)膠技術(shù)廣泛應(yīng)用于手動(dòng)點(diǎn)膠設(shè)備和自動(dòng)點(diǎn)膠設(shè)備。在時(shí)間-壓力型點(diǎn)膠過程中，最基本的要求是在整個(gè)點(diǎn)膠過程中保持膠體流速和點(diǎn)膠效果一致。但是，由于影響點(diǎn)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(duì)時(shí)間-壓力型點(diǎn)膠一致性的影響，提出時(shí)間-壓力型點(diǎn)膠系統(tǒng)對(duì)粘度變化和點(diǎn)膠一致性的補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)膠效果具有良好的一致性。

關(guān)鍵詞：表面封裝劑；時(shí)間-壓力型點(diǎn)膠；流體點(diǎn)膠；點(diǎn)膠技術(shù)；影響因素分析

1 概述

時(shí)間-壓力型點(diǎn)膠技術(shù)是一種流體點(diǎn)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(shí)間的長(zhǎng)短直接關(guān)系到點(diǎn)膠量的多少。這種方式的材料點(diǎn)膠也就是所謂的“氣動(dòng)”點(diǎn)膠技術(shù)，即指壓縮空氣隨著時(shí)間的推移或壓縮空氣作用在針筒上[1，2]。

時(shí)間-壓力型點(diǎn)膠技術(shù)（Air over or time pressure dispensing）既可以應(yīng)用于手動(dòng)點(diǎn)膠設(shè)備，也可以應(yīng)用于自動(dòng)點(diǎn)膠設(shè)備。在手動(dòng)操作中，操作者手持點(diǎn)膠針筒，用腳踏開關(guān)來控制壓縮空氣作用的時(shí)間。如果需要，操作者還可以利用壓縮空氣來補(bǔ)償任何可能引起不穩(wěn)定點(diǎn)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(shí)間-壓力型點(diǎn)膠技術(shù)向自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展是必然趨勢(shì)。然而，利用緊湊型的系統(tǒng)補(bǔ)償眾多引起不穩(wěn)定點(diǎn)膠的因素是一件非常具有挑戰(zhàn)性的工作。時(shí)間-壓力型點(diǎn)膠技術(shù)是應(yīng)用最廣的點(diǎn)膠技術(shù)，但是現(xiàn)在，越來越多的自動(dòng)點(diǎn)膠系統(tǒng)使用更有效的點(diǎn)膠方法，例如阿基米德螺線管點(diǎn)膠技術(shù)和活塞式點(diǎn)膠技術(shù)。

圖1 時(shí)間-壓力型點(diǎn)膠

2 各種因素對(duì)點(diǎn)膠一致性的影響

在一段特定的時(shí)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(shí)間-壓力型自動(dòng)點(diǎn)膠系統(tǒng)以高頻率循環(huán)利用壓縮空氣進(jìn)行點(diǎn)膠，其最高頻率可達(dá)38000點(diǎn)/時(shí)。

在高頻率的循環(huán)點(diǎn)膠中，影響點(diǎn)膠一致性的主要因素是時(shí)間、壓力、膠體的粘度和針筒內(nèi)膠體的剩余量[4-5]。時(shí)間-壓力型自動(dòng)點(diǎn)膠設(shè)備對(duì)壓縮空氣及其作用時(shí)間的控制有非常好的效果。然而，該種設(shè)備對(duì)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(shí)間-壓力型自動(dòng)點(diǎn)膠設(shè)備通過測(cè)量膠點(diǎn)直徑的可視系統(tǒng)，可連續(xù)監(jiān)控和評(píng)價(jià)點(diǎn)膠一致性。當(dāng)可視監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)膠點(diǎn)直徑變化時(shí)，它可以延長(zhǎng)點(diǎn)膠時(shí)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(gè)通過監(jiān)視膠點(diǎn)直徑穩(wěn)定點(diǎn)膠因素的嘗試，它不能確定引起點(diǎn)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(yùn)動(dòng)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(huì)發(fā)生碰撞。氣體所施加的壓力是由于移動(dòng)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(dāng)壓縮空氣反復(fù)壓縮膠體擠出針頭時(shí)，產(chǎn)生的壓力波動(dòng)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(dòng)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(huì)降低。膠體粘度的動(dòng)態(tài)變化會(huì)導(dǎo)致膠體流動(dòng)的不一致性。表面封裝劑是合成物質(zhì)，易發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)溫度和壓力升高時(shí)會(huì)變得不穩(wěn)定。一旦觸發(fā)，將發(fā)生固化，這是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，將改變膠體的分子結(jié)構(gòu)和它的流動(dòng)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(dāng)針筒變空時(shí)，壓縮膠體上面的氣體也需要更多的時(shí)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(dāng)針筒是滿的和空的時(shí)候，壓縮空氣到一定壓力所需要的時(shí)間是不一樣的。由于增壓時(shí)間的不同，當(dāng)針筒變空時(shí)，就會(huì)點(diǎn)膠量引起很大變化。圖2是在時(shí)間-壓力型點(diǎn)膠系統(tǒng)中不同的膠體剩余量對(duì)點(diǎn)出的膠點(diǎn)直徑的影響的一個(gè)例子。

圖2 針筒內(nèi)的膠體剩余量對(duì)點(diǎn)出的膠點(diǎn)直徑的影響

2.3 膠體粘度對(duì)點(diǎn)膠一致性的影響

粘度是衡量流體流動(dòng)性的量。低粘度的流體需要較小的壓縮空氣就能流動(dòng)；相反地，高粘度需要較大的壓縮空氣。膠體粘度的細(xì)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(dòng)的壓力值。如果膠體粘度變化，對(duì)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(duì)樹脂粘度的影響

3 時(shí)間-壓力型點(diǎn)膠系統(tǒng)對(duì)粘度變化的補(bǔ)償

空氣加熱器是時(shí)間-壓力型點(diǎn)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(shí)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(shí)間-壓力型點(diǎn)膠系統(tǒng)中，溫度隨針筒內(nèi)氣體體積的變化而變化。請(qǐng)注意：從圖4可以看出：時(shí)間-壓力型點(diǎn)膠系統(tǒng)在典型的點(diǎn)膠溫度30℃～35℃（86 ～95 ）時(shí)，發(fā)生陡峭的傾斜。這表明：在點(diǎn)膠系統(tǒng)中，即便是一度的溫度變化也會(huì)導(dǎo)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(huì)直接降低表面封裝劑的粘度。

對(duì)于時(shí)間-壓力型點(diǎn)膠系統(tǒng)，升高環(huán)氧樹脂的溫度有兩大優(yōu)點(diǎn)。一是：環(huán)氧樹脂粘度的變化會(huì)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(shí)間-壓力型點(diǎn)膠系統(tǒng)能通過控制壓力和時(shí)間來集中觀察剩余膠體的影響。二個(gè)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(shí)，加熱表面封裝劑也有缺點(diǎn)，膠體發(fā)生固化反應(yīng)的臨界點(diǎn)比40℃要低，否則環(huán)氧樹脂一旦達(dá)到這個(gè)溫度將開始固化反應(yīng)，這是不可逆轉(zhuǎn)的過程。

4 點(diǎn)膠一致性的補(bǔ)償

時(shí)間-壓力型點(diǎn)膠系統(tǒng)的制造商已經(jīng)采取詳細(xì)的措施來彌補(bǔ)點(diǎn)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(cè)系統(tǒng)觀察膠點(diǎn)的直徑，采用兩維空間的方法來描述膠體的體積[6-8]。

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

如圖5所示：可以通過增加時(shí)間變量的方法來補(bǔ)償針筒內(nèi)膠體的剩余量對(duì)點(diǎn)膠所產(chǎn)生的影響。操作時(shí)間是衡量點(diǎn)膠量的量，是完成一個(gè)完整的循環(huán)周期（包括X、Y和Z軸的移動(dòng)時(shí)間、點(diǎn)膠時(shí)間）所需要的時(shí)間長(zhǎng)短。

5 結(jié)束語(yǔ)

溫度變化影響表面封裝樹脂的粘度。在時(shí)間-壓力型點(diǎn)膠系統(tǒng)的操作過程中，操作溫度的微小增加就會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)出的膠體體積明顯增加。針筒內(nèi)剩余膠體的體積變化會(huì)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(shí)間常數(shù)的方法來補(bǔ)償。增加點(diǎn)膠時(shí)間會(huì)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(shí)間-壓力型點(diǎn)膠系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，但是要控制所有必要的參數(shù)達(dá)到點(diǎn)膠一致性是極為困難的。在時(shí)間-壓力型點(diǎn)膠技術(shù)，點(diǎn)膠量是隨點(diǎn)膠時(shí)間變化的，而點(diǎn)膠用戶對(duì)點(diǎn)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(diǎn)膠技術(shù)和活塞式點(diǎn)膠技術(shù)。

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