摘 要：定量點膠技術從用單純的針筒點膠發展到目前的全自動程控點膠，點膠體積、針尖位置及點膠精確度等在控制方面有了很大突破。綜述了時間/壓力型點膠技術、活塞式點膠技術及非接觸式蠕動泵型點膠技術，并簡要介紹天津大學在定量點膠方面的研究進展。
關鍵詞：定量點膠；點膠技術；點膠分類；智能點膠
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流體定量點膠技術的應用范圍很廣，從半導體封裝工業、集成電路產業、SMT/PCB裝配業到一般性工業的焊接、注涂和密封，通過定量點膠設備實現對膠體的點、線、面的施膠過程[1]。近年來，隨著電子封裝和各產業的迅速發展，對粘合劑、合成樹脂的產品需求也在不斷增加[2]，定量點膠技術獲得了極大的提高，定量點膠設備也從早期的設計簡單、功能少、不具有光學識別系統、單膠頭的點膠系統，發展到近年來結構復雜、多功能、多膠頭、具有獨特特點膠嘴的多級控制的點膠系統；由在程序應用上只可對分割基板同方向對稱分布坐標進行程序組循環點膠，發展到現在的可實現在線編程的點膠機，極大地方便了用戶的使用。
在定量點膠過程中，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，包括流體粘度、流體溫度、針筒內液體的高度和壓力、針尖的內徑和長度、點膠機器結構、點膠高度以及膠點大小和形狀等[1]，所以必須通過程序控制和機械控制來提高點膠的定量精度，并實現整個過程中膠體流速和點膠效果的一致性。
1 點膠技術的分類
根據膠液是否與執行部件接觸，可分為接觸式點膠和非接觸式點膠。時間/壓力型點膠和活塞計量泵式點膠等都是膠液直接與執行器接觸，因此屬于接觸式點膠；蠕動泵型點膠，膠液只在軟管中流動，沒有直接和執行部件（蠕動泵）接觸，因此屬于非接觸式點膠。
1.1? 時間/壓力型點膠技術
時間/壓力型點膠（Time-pressure Dispensing）通過調節壓縮空氣的壓強與作用時間來控制點膠量，因此氣壓大小和點膠時間的長短直接影響點出的膠體體積。這種點膠技術設備簡單，只需采用脈動的空氣壓力和針管就能實現點膠，如圖1所示。它適用于中等粘度的膠體，成本低，操作、維護方便。在半導體封裝設備中，70%以上的點膠機采用這種技術[3]。但是，它也存在不足之處。在點膠過程中，壓縮空氣反復壓縮膠體，會使其產生熱量，從而影響膠體的粘度；隨著針筒內剩余的膠體越來越少，針筒內氣體的體積越來越大，將這些氣體壓縮到一定壓強就需要更多的時間。在高速點膠時，對這些因素的控制更是困難。
1.2? 活塞計量泵式點膠技術
活塞計量泵式點膠(Piston Pump)用類似于活塞-氣缸的機構實現點膠，如圖2所示。先將膠體引入到一個開口的缸體中，由馬達驅動的活塞將缸體密閉并產生運動，直到將缸體中的膠體全部從點膠頭擠出。實際上，這種方法控制的是缸體內的流體體積而非流體壓力，避免了膠體特性變化的影響[4]。不管膠體的粘度如何變化，采用這種技術點出的膠量能夠始終保持不變，出膠量一致性較好。其缺點在于利用機械運動點膠速度不會很快；點膠量大小不好調節；需要專門設計的點膠頭，維護性較差。
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1.3? 非接觸式蠕動泵型點膠技術
非接觸式蠕動泵點膠（Peristaltic Pump Dispensing）的機械原理是通過對泵管的交替擠壓和釋放來泵送流體，如圖3所示。多數蠕動泵分為泵頭、泵管以及驅動器3個組件。工作中，當轉子相繼碾過柔軟的泵管，在2個轉子之間會形成泵室，其大小取決于泵管的內徑和轉子的幾何特征。由于只有泵管是液體流過的部件，所以對泵的維護和清潔簡單。可泵送液體、氣體以及粘性流體，運行效益高，無污染。但是它也有一定的局限性。由于蠕動泵使用了柔性泵管，故其能承受的壓力有限。隨著管內壓力的增加，泵管向外鼓脹，緊壓轉子而造成磨損，泵管在較高壓力下可能會產生爆裂。蠕動泵的流量也比較低。另外，在有些需要小流量、要求小脈沖的場合，可以通過增加轉子的數量以實現快速、連續地泵送，可以非常理想地降低泵送過程的脈沖。
2?智能時間/壓力型點膠技術研究進展
由于時間/壓力型點膠便于維護，耗材普遍，因此，得到廣泛的應用。然而，這種靠壓縮空氣迫使針筒內的液體從針尖流出的點膠設備，雖然對空氣壓力及其作用時間的控制有非常好的效果，但是因其影響點膠一致性的主要因素比較多，造成設備對膠體粘度和針筒內膠體剩余量的控制十分困難，國內外各大專業點膠機生產商都在進行這方面的研究。
目前，天津大學聯合天波公司開發一種基于微機控制，以實現對膠體粘度和對針筒內膠體的剩余量控制的精密點膠裝置。首先，該點膠裝置引入了電氣比例閥，實現精密調壓和連續點膠控制，在不停止點膠的情況下實現壓力的變化。其次，實現了數據信息的掉電保存，具有開機可重復調用的功能。
安裝加熱器來升高膠體溫度是穩定膠體粘度的一種方法。提高膠體溫度能最大限度地降低脈沖所引起的溫度變化，有助于穩定膠體的一致性。另外，它還能降低膠體的粘度。較低粘度的膠體產生的拖尾和拉絲現象比高粘度膠體要少。
在點膠過程中，隨著針筒內剩余的膠體越來越少，針筒內氣體的體積會越來越大。當針筒變空時，壓縮針筒內的氣體也需要更多的時間。由于增壓時間的不同，當針筒變空時，會引起點膠量的重大變化。因此，隨著針筒內氣體體積的增加，可適當地延長加壓時間，以補償對點膠所產生的影響。另外，也可通過真空回吸方法來進行點膠補償。采用這種方法，能夠在活塞和料液之間形成一段真空段，壓縮針筒內的氣體僅需很少的時間。這種真空回吸方法是目前點膠機行業中普遍采用的補償方法。
3? 展望
隨著定量點膠技術的發展，新的點膠技術也在不斷涌現，噴射點膠技術是最新發展出的一種點膠技術。其基本原理與噴墨打印機的噴墨原理相類似，這種技術并不依靠重力或表面張力來分離流體，因此點膠頭就不必再做垂直運動，點膠速度也大大提高。但是，它適用的流體材料有限，點出的膠點大小固定，不易調節。流體噴射點膠技術在電子封裝領域中正在成為一種點膠的標準，它對速度、精度和點膠量的控制也都在改進，變得越來越實用。
定量點膠技術的另一個發展是用于定量點膠的針頭結構的改善，如精密機械、單件、固體不銹鋼針頭，更平滑的針頭內部形狀、少量料液流出的錐形針頭或小倒角的平面針頭、頭部斜切、外觀光滑的針頭等。定量點膠的應用實踐證明，這種改善可以有效地減少膠點直徑，增強外觀和大小的一致性。
隨著微電子技術的發展，集成電路復雜度不斷增加，這就要求半導體封裝具有更好的電性能、更高的可靠性。這些年來，為縮小電子產品的尺寸、降低生產成本，實現高精度的點膠控制性能已經成為工業進一步發展的需要，這就對點膠過程的高性能的控制要求變得越來越苛刻。高精度點膠控制的最終目標是達到接近測量精度的最小誤差，同時還要具有很好的穩定性[8]。只有這樣，才能使點膠過程更精確，點膠質量更好。
可以預見，將來的半導體封裝工業仍會采用定量點膠這一技術，而且會有進一步擴大的趨勢，因此對點膠技術及點膠裝置的研究也必將會持續下去。隨著21世紀納米電子時代的到來，電子封裝技術必將面臨更加嚴峻的挑戰，也孕育著更大的發展。
參考文獻
[1] Time pressure dispensing .http://www4.uic.com/wcms/WCMS2.nsf/index/ Resources_58.html.
[2]?王紅美.精密定量點膠裝置的開發[D].天津：天津大學，2008.
[3]?趙翼翔，陳新度，陳新.微電子封裝中的定量點膠技術綜述[J].液壓與氣動，2006，2：52-54.
[4]?CHEN X B， ZHANG W J, SCHOENAU G.Off-line control of time-pressure dispensing processes for electronics packaging.IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing，2003，26(4)：286-293.
[5]?LI Jian Ping，DENG Gui Ling.Technology development and basic theory study of fluid dispensing.Proceeding of the Sixth IEEE CPMT Conference，2004：198-205.
[6]?沈新海.點膠技術的基本原則[J].電子工藝技術，1999，20(06)：250-252.
[7]?NORRIS M.Dispensing technology[J].Surface Mount Technology，1996，10(10)：56-58.
[8]?CHEN X B，SCHOENAU G，ZHANG W J.Modeling of time-pressure fluid dispensing process.IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing，2000，23(4)：300-305.
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