介紹
 

為了順利完成表面貼裝工藝，需考慮幾個(gè)方面的工藝設(shè)計(jì)。粘合劑須有良好的稠度，膠點(diǎn)曲線，濕強(qiáng)度及固化強(qiáng)度。設(shè)計(jì)師必須考慮表面貼裝粘合劑（SMA）膠點(diǎn)的大小并利用CAD或一些示教自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)計(jì)算適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)膠位置。設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮一些典型的SMA問(wèn)題，同時(shí)，也應(yīng)考慮SMA完成后可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題。關(guān)于SMA（如點(diǎn)錫膏或環(huán)氧樹脂）的一些建議也是非常有幫助的。

SMA主要目的是粘著電路板上的元件直至完成波峰焊接。元件范圍多種多樣，可以是規(guī)格為1005[0402]的電阻器，也可以是電容器，甚至是大型集成電路元件。點(diǎn)膠SMA成功的標(biāo)準(zhǔn)是在焊接過(guò)程中，元件沒(méi)有從電路板上脫離。通常，由于SMA點(diǎn)膠得太少，使SMA無(wú)法在元件貼裝時(shí)通過(guò)蔓延到元件Pad上形成電氣連接干擾而使SMA點(diǎn)膠失敗。

                                               圖1：1608[0603]表面貼裝元件
 

表1：元件常見尺寸

粘合劑

良好的粘合劑需有以下特性：良好的濕強(qiáng)度，固化強(qiáng)度，稠度及膠點(diǎn)曲線。膠體應(yīng)促使整個(gè)工藝始終保持在公差范圍內(nèi)。 以1608[0603]的元件為例。 IPC表面貼裝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在0.60 mm [.025”] （圖2）的land pattern pads間規(guī)定一段距離。在精度±0.08mm的標(biāo)稱機(jī)器及精度±0.13mm[±0.005”]的粘合劑流向中，粘合劑實(shí)際點(diǎn)膠區(qū)寬度減少到了0.40mm[0.016“]，這樣可以防止粘合劑覆蓋在導(dǎo)電區(qū)而出現(xiàn)問(wèn)題。雖然所需體積意味著帶來(lái)膠點(diǎn)壓扁問(wèn)題,使其實(shí)際使用中受限，但增高粘合劑膠點(diǎn)曲線可解決部分問(wèn)題。全新噴射點(diǎn)膠系統(tǒng)可提供更高膠點(diǎn)曲線。

                                              圖2：1608 0603元件Land Pattern
 

粘合劑接觸過(guò)程中所需的合理表面面積，指的是在制造過(guò)程中，能承受10到20牛頓的剪切力。在回流焊工藝中，SMA需保持元件吸附力，固化強(qiáng)度系數(shù)有時(shí)也取決于此工藝。


                           圖3：元件應(yīng)用實(shí)例：（a）SMA不足;（b）SMA適量（c）SMA 過(guò)量
 

按體積點(diǎn)膠

確保適當(dāng)?shù)哪z點(diǎn)直徑及高度的一種方法是按體積點(diǎn)膠。使用目前的SMA點(diǎn)膠法，即正排量活塞泵和噴射法，能達(dá)到*效果。因?yàn)檫@兩種方法都能控制體積，且相對(duì)來(lái)說(shuō)，對(duì)粘合劑的粘度和比重變化不敏感。膠點(diǎn)實(shí)際體積可由公式推導(dǎo)出。導(dǎo)電Pad厚度通常是0.05mm[0.002’’]，該芯片的導(dǎo)體通常為0.025mm[0.001”], 能為壓扁的膠點(diǎn)提供高度（h）為0.08mm [0.003”]的圓柱形體積。 1608[0603]元件所需的zui大直徑（D）為0.40mm[0.016”]。所應(yīng)用的膠點(diǎn)體積應(yīng)當(dāng)近似圓柱形，體積應(yīng)為V =¼•D2H

1608[0603]元件尺寸：

                                  D =0.40mm

                                  H =0.08mm

                                  V =0.01mm³

點(diǎn)膠的膠點(diǎn)體積應(yīng)與壓扁的膠點(diǎn)體積相同，并保證直徑不超過(guò)貼裝區(qū)和直徑精度所需的范圍。在決定SMA點(diǎn)膠數(shù)量時(shí)，運(yùn)用此法相當(dāng)簡(jiǎn)單。在land pattern實(shí)際應(yīng)用中，導(dǎo)電pad間的距離應(yīng)比標(biāo)準(zhǔn)距離遠(yuǎn)一些，體積應(yīng)接近0.016mm³。3216[1206]元件的體積約為0.30mm³。正排量活塞泵內(nèi)部安有系統(tǒng)軟件，可以簡(jiǎn)單計(jì)算膠體比重來(lái)確定點(diǎn)膠體積，因此，正排量活塞泵在通過(guò)重量或其它方法確定流速后，可以不依賴粘合劑屬性進(jìn)行點(diǎn)膠工作。噴射法使用閥門調(diào)整，在通過(guò)測(cè)試的基礎(chǔ)上點(diǎn)膠特定體積膠體。

可以看出，設(shè)計(jì)所需的粘合劑種類多種多樣，膠體制造商和應(yīng)用廠商也進(jìn)行各種測(cè)試來(lái)確定滿足市場(chǎng)需要的粘合劑。測(cè)試提供許多有價(jià)值的信息，但SMA的實(shí)際應(yīng)用才是確定其適用性zui可靠的方法。因此，粘合劑制造商和應(yīng)用商之間應(yīng)密切配合，找到合適的膠體，滿足多種機(jī)器及機(jī)器應(yīng)用的需要。

點(diǎn)膠方法

兩種超高速SMA點(diǎn)膠法是針板轉(zhuǎn)移法及絲網(wǎng)印刷法。噴射泵為非接觸式點(diǎn)膠，其工藝設(shè)計(jì)方案與點(diǎn)膠相似。SMA點(diǎn)膠法包括：

        時(shí)間/壓力泵法

        螺旋泵法

        活塞泵法

        噴射泵法
所有這些應(yīng)用方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在設(shè)置應(yīng)用程序時(shí)，須加以考慮。

針板轉(zhuǎn)移式點(diǎn)膠是把粘合劑點(diǎn)膠到印刷電路板上zui快的方法之一。此項(xiàng)技術(shù)是把帶有一系列Pin腳的，同印刷板上待印焊盤或點(diǎn)膠位置對(duì)應(yīng)的針板浸泡在粘合劑華夫盤中，浸濕Pin腳，并使它們粘附一定數(shù)量的粘合劑。針板轉(zhuǎn)移式點(diǎn)膠法有幾個(gè)缺點(diǎn)。如果pattern改變，壓印圖案的工具需重做，這樣相對(duì)來(lái)說(shuō)成本比較高。但對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)運(yùn)行來(lái)說(shuō)，這點(diǎn)并不重要。打開華夫盤，粘合劑暴露在空氣中，可能會(huì)吸收水分或增加固化速率，這意味著在操作粘合劑時(shí)要非常小心。

對(duì)于land patterns小于3216 [1206]的元件來(lái)說(shuō)，使用針板轉(zhuǎn)移式點(diǎn)膠法較為困難。

         優(yōu)點(diǎn)：速度快         缺點(diǎn)：重做工具困難成本高，粘合劑操作麻煩

絲網(wǎng)印刷也是一種點(diǎn)膠粘合劑的快速方法。絲網(wǎng)印刷是使用網(wǎng)版，通過(guò)擠壓，使粘合劑穿過(guò)網(wǎng)版上的孔印到承印物上。與針板轉(zhuǎn)移式點(diǎn)膠法相似，如果pattern改變, 壓印圖案的工具需重做，但所需成本較低，且供應(yīng)商都是現(xiàn)成的。粘合劑暴露在空氣中后, 操作起來(lái)很麻煩。環(huán)境溫度改變時(shí), 絲網(wǎng)印刷對(duì)粘合劑粘度變化更為敏感，與針板轉(zhuǎn)移式點(diǎn)膠法相比更易固化。

         優(yōu)點(diǎn)：快速，可以有多種尺寸的膠點(diǎn)         缺點(diǎn)：需重做工具，粘合劑操作麻煩

時(shí)間/壓力點(diǎn)膠法是SMA點(diǎn)膠的*種方法，對(duì)于確定的應(yīng)用來(lái)說(shuō)仍是一種可行的方法。SMA注射器通過(guò)噴嘴閥控制并加壓，可以點(diǎn)膠所需數(shù)量的粘合劑。此方法簡(jiǎn)單可靠，速率高達(dá)每小時(shí)40,000個(gè)膠點(diǎn)，注射器中的脈沖空氣可以一直保持所需的極限條件。對(duì)于1608[0603]尺寸的元件來(lái)說(shuō), 時(shí)間/壓力法很難保持膠點(diǎn)大小一致。時(shí)間/壓力點(diǎn)膠法已證實(shí)是一種簡(jiǎn)單有效的方法，包括清理注射器或更換噴嘴。與其它點(diǎn)膠法相似，它的優(yōu)點(diǎn)在于能靈活更換應(yīng)用。

         優(yōu)點(diǎn)：靈活，操作簡(jiǎn)單，容易清理

         缺點(diǎn)：速度影響一致性

        圖4：時(shí)間/壓力法示意圖
 

螺旋泵點(diǎn)膠法原理是，使用一個(gè)旋轉(zhuǎn)的螺旋泵，對(duì)粘合劑施加壓力，通過(guò)開啟或關(guān)閉螺旋電動(dòng)馬達(dá)，泵出所需數(shù)量的粘合劑。螺旋泵按牛頓原理工作，一旦泵內(nèi)的膠體接觸到板上，將維持均勻一致的流動(dòng)。螺旋泵點(diǎn)膠速度接近時(shí)間/壓力點(diǎn)膠法，但點(diǎn)膠的膠點(diǎn)一致性更好，且對(duì)粘度變化的敏感性大約是時(shí)間/壓力法的一半。螺旋泵點(diǎn)膠速度主要受到機(jī)器三維空間（3D）運(yùn)動(dòng)控制的限定。螺旋泵的流動(dòng)速率取決于針頭大小的選擇。針頭越小將產(chǎn)生的背壓越大，隨著粘度增加將導(dǎo)致各種問(wèn)題的出現(xiàn)。在計(jì)算膠體的定額時(shí)，螺旋泵可以達(dá)到2%的性，但在生產(chǎn)中按照20%的體積精度計(jì)算。

優(yōu)點(diǎn)：靈活性強(qiáng)，適應(yīng)點(diǎn)膠各種膠體，與時(shí)間壓力點(diǎn)膠法相比，對(duì)膠體中混入的空氣不太敏感。

缺點(diǎn)：對(duì)粘度的變化敏感，速度對(duì)一致性有些影響


圖5：螺旋泵示意圖

活塞泵點(diǎn)膠是施膠應(yīng)用中一種真正的位移方法，在一個(gè)密封的腔體中活塞的位移地確定了所分配的膠體體積。膠的粘度變化對(duì)活塞泵的速率沒(méi)有影響。在一定的操作范圍內(nèi)，針頭大小同樣不改變活塞泵的速率，針頭變小，壓力增大，如果內(nèi)部的壓力超過(guò)規(guī)定范圍，可能引起其他的問(wèn)題?；钊每商峁┚€性的位移量，也可設(shè)計(jì)成固定的位移，施加的膠點(diǎn)大小。膠點(diǎn)點(diǎn)膠多用固定式位移。如螺旋泵一樣，由于機(jī)器的3D運(yùn)動(dòng)控制的限定，位移泵的點(diǎn)膠速度是有限的。

對(duì)更大的膠點(diǎn)直徑，螺旋泵和活塞泵都將在速度能力上降級(jí)，但是活塞泵在高得多的流動(dòng)速率下仍保持膠點(diǎn)的一致性，而且對(duì)各種大小尺寸的膠點(diǎn)都將維持40,000dph的速率。與時(shí)間/壓力和螺旋泵相比，活塞泵的一個(gè)缺點(diǎn)是清洗復(fù)雜，要求每周或雙周安排清洗。但隨著設(shè)計(jì)不斷發(fā)展，其復(fù)雜性會(huì)逐漸降低。

          優(yōu)點(diǎn)：高速時(shí)膠點(diǎn)一致性仍然很好，能點(diǎn)大膠點(diǎn)。                   

          缺點(diǎn)：清洗復(fù)雜，對(duì)膠體中的空氣敏感

噴射點(diǎn)膠是施膠的一個(gè)新方法。它使用一個(gè)彈簧加力針或“錘”以快速循環(huán)的方式迫使粘合劑通過(guò)針嘴。類似于固定位移活塞泵，但用高速噴射膠體。具體操作是空氣壓力將針提到膠體面上，當(dāng)氣壓斷開時(shí)，彈簧將針往下驅(qū)動(dòng)，迫使膠劑通過(guò)針嘴。

在針嘴和PCB的目標(biāo)點(diǎn)之間，膠點(diǎn)是經(jīng)過(guò)一條彈道被噴射出來(lái)。而其它分配方法，膠量的實(shí)際轉(zhuǎn)移是在膠體接觸到板并且在表面上建立濕潤(rùn)效果期間發(fā)生的。由于不必有Z軸的移動(dòng)來(lái)使膠體接觸到印制板上，噴射頭可在點(diǎn)膠的兩維方向受控，從而節(jié)省大量時(shí)間，增加速度，與螺旋泵和活塞泵相比，速度提高10~50%，且膠點(diǎn)的一致性相當(dāng)或更好。如噴射泵在一個(gè)班次的點(diǎn)膠生產(chǎn)中，連續(xù)一致性是螺旋泵的兩倍。在膠點(diǎn)的高度上，噴射泵還能產(chǎn)生更高的膠點(diǎn)輪廓，這對(duì)特別小的元件具有優(yōu)勢(shì)。

機(jī)器噴射頭離PCB的高度對(duì)噴射式點(diǎn)膠的膠點(diǎn)質(zhì)量很重要，但和其它的應(yīng)用方法相比，噴射距離的允許誤差要大些。有些機(jī)器的噴射高度可以調(diào)整，有些機(jī)器的噴射距離是固定的，它的點(diǎn)膠速度更快，但膠體受力更大。

噴射泵每次只能點(diǎn)膠一種膠點(diǎn)尺寸，這種尺寸是在設(shè)置面板上預(yù)先選定好的，故噴射泵點(diǎn)膠速度的增加受到了一定的限制。膠點(diǎn)尺寸的選定必須對(duì)應(yīng)于板上zui小的膠點(diǎn)尺寸，較大膠點(diǎn)是zui小膠點(diǎn)的數(shù)倍組成。雙頭噴射泵的開發(fā)可使這個(gè)問(wèn)題得到減輕。另外噴射泵使用一、二周后就需拆卸以便清洗。當(dāng)然自動(dòng)清洗系統(tǒng)能減少清洗的時(shí)間和復(fù)雜性。


               圖6：噴射泵原理

          優(yōu)點(diǎn)：非接觸式施加膠體，對(duì)板的翹曲和高度的變化不敏感。比其他方法速度快。                                       
          缺點(diǎn)：大膠點(diǎn)多次噴射，清洗復(fù)雜。

由于設(shè)置不當(dāng)或操作不當(dāng)，生產(chǎn)中常常出現(xiàn)一些點(diǎn)膠缺陷。這些典型問(wèn)題如下：

         拉絲/拖尾

         衛(wèi)星點(diǎn)

         爆米花、空洞

膠的拉線/拖尾是點(diǎn)膠工藝中常見現(xiàn)象。當(dāng)針頭移開時(shí)，在膠點(diǎn)的頂部產(chǎn)生細(xì)線或“尾巴”，尾巴可能塌落，直接污染焊盤，引起虛焊。實(shí)踐證明控制拉絲/拖尾的方法是在滴膠針頭上或附近點(diǎn)進(jìn)行加熱，降低粘度，貼片膠易斷開，不產(chǎn)生拉絲/拖尾。產(chǎn)生這種原因可能是由于貼片膠與施加工藝不兼容，由于噴嘴已加熱，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)噴射參數(shù)不會(huì)引起拖尾。衛(wèi)星點(diǎn)是在高速點(diǎn)膠時(shí)產(chǎn)生的細(xì)小無(wú)關(guān)的膠點(diǎn)。在接觸點(diǎn)膠中，通常是由于拖尾和針嘴斷開而引起的。在非接觸噴射中，因不正確的噴射高度而產(chǎn)生的。噴射高度是重要的工藝參數(shù)，在接觸式點(diǎn)膠中，如果噴射高度不適當(dāng)，可能造成拖尾。這取決于自動(dòng)點(diǎn)膠設(shè)備的加工精度和軟件控制精度以及高度傳感器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

固化后，貼片膠中有空洞或爆米花現(xiàn)象，這是因?yàn)榭諝饣虺睗襁M(jìn)入貼片膠內(nèi)，在固化期間突然爆出或形成空洞的結(jié)果。爆米花和空洞現(xiàn)象，造成粘接強(qiáng)度降低，并為焊錫打開通路，滲入元件下面，造成橋接、電路短路。在注射器中，貼片膠的濕氣很少，但貼片膠長(zhǎng)時(shí)間暴露在室內(nèi)，特別是潮濕的環(huán)境中，如點(diǎn)膠后停留時(shí)間較長(zhǎng)再固化，可能吸取潮氣。針式轉(zhuǎn)移法滴膠時(shí)，由于膠是開放的，暴露面積較大。貼片膠很易吸潮。 空氣的混入是不正確操作貼片膠而引起的，特別是自行灌裝的貼片膠。解決辦法是使用低溫慢固化，加熱時(shí)間較長(zhǎng)，可幫助潮氣在固化前跑出，避免空洞形成。盡量縮短貼裝與固化之間的時(shí)間，采用低吸潮的貼片膠減少空洞。或用對(duì)貼片膠進(jìn)行預(yù)烘干處理，消除潮氣。應(yīng)嚴(yán)格按照貼片膠的儲(chǔ)存、管理和使用工藝執(zhí)行。對(duì)自行灌裝的貼片膠要進(jìn)行脫氣泡處理。

工藝自動(dòng)化

必須正確控制點(diǎn)膠法及表面貼裝技術(shù)才能完成此工藝。因此，需考慮一些注意事項(xiàng)。目前，自動(dòng)化機(jī)器在點(diǎn)膠粘合劑及貼裝元件時(shí)使用視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行的對(duì)中調(diào)整。需在板子基準(zhǔn)數(shù)量及元件間的間距基準(zhǔn)數(shù)量之間找到平衡。通常使用CAD數(shù)據(jù)充分開發(fā)板子細(xì)節(jié)和貼裝工藝。

自動(dòng)工藝控制過(guò)程中，CAD數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換并導(dǎo)入到軟件中，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行，并減少裝配系統(tǒng)時(shí)間。可以利用CAD導(dǎo)入系統(tǒng)定位SMA膠點(diǎn)的實(shí)際位置，此過(guò)程須小心控制基準(zhǔn)點(diǎn)和原始生產(chǎn)板信息。電路板管理是一項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)依據(jù)。電路板形狀和大小及傳送系統(tǒng)應(yīng)相互兼容。如果一個(gè)板子或一系列板子可以在面板中結(jié)合起來(lái)，那么在制造過(guò)程中會(huì)大大提高生產(chǎn)效率。

點(diǎn)膠錫膏和環(huán)氧樹脂

通過(guò)回流，錫膏*地焊接在元件上，保證了良好的電氣連接。錫膏點(diǎn)膠到導(dǎo)電焊盤上（圖2）。在SMA應(yīng)用中，錫膏有好幾種點(diǎn)膠方法。絲網(wǎng)印刷是應(yīng)用錫膏點(diǎn)膠的方法。Point點(diǎn)膠靈活性高，用于絲網(wǎng)印刷無(wú)法實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用。錫膏點(diǎn)膠法包括時(shí)間/壓力法和螺旋泵法。活塞泵法和噴射法已不適合目前錫膏應(yīng)用，因?yàn)殄a膏對(duì)分離或堵塞很敏感。

幾乎所有關(guān)于錫膏點(diǎn)膠的問(wèn)題都與點(diǎn)膠頭堵塞或材料分離有關(guān)。焊料合金和磁通密度及按重量計(jì)算的合金比重是決定點(diǎn)膠質(zhì)量的關(guān)鍵因素。濕潤(rùn)的焊球表面面積應(yīng)與以體積計(jì)算的合金比重成正比。錫膏含金量少85％（40％合金）似乎更適合點(diǎn)膠。

在選擇錫膏時(shí)也應(yīng)考慮合金顆粒大小。篩孔尺寸越精細(xì)，錫膏點(diǎn)膠性能越好，尤其在細(xì)間距應(yīng)用中尤為明顯。 在超精細(xì)間距應(yīng)用中，篩孔尺寸應(yīng)為-400 /+500;粗間距應(yīng)用中，-325 /+500的篩孔就能滿足條件。在噴射量較大的應(yīng)用中，需用大于21量規(guī)的點(diǎn)膠針頭，-200/+325的篩孔較為適合。錫膏顆粒越小價(jià)格越高。

 表2：適合錫膏的篩孔尺寸

焊膏儲(chǔ)存在3，5，10，或30毫升的注射器中。注射器越小，錫膏分離的可能性越小。錫膏分離往往是由于自動(dòng)點(diǎn)膠設(shè)備高速攪動(dòng)造成的。更大的注射器將持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間，從而更暴露導(dǎo)致分離的力量。注射器越大，攪動(dòng)持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，就越易引起分離。在特定的應(yīng)用中，注射器越小，更換越頻繁。實(shí)際的應(yīng)用發(fā)展是找出注射器大小及錫膏*組合的方法。

銀膠用于芯片粘貼、取代錫膏及TAB（卷帶自動(dòng)接合）。它主要執(zhí)行四種功能：它可作為粘合劑，可作為導(dǎo)電層，可匹配板子與芯片間熱膨脹率，以及通過(guò)良好的銀的導(dǎo)熱性釋放芯片區(qū)熱量。使用銀膠，盡管因攪拌而產(chǎn)生的分離問(wèn)題仍然存在，但是閥門堵塞情況不再是什么棘手問(wèn)題，因?yàn)樗c錫膏同時(shí)使用。隨著時(shí)間的推移，與錫膏相比，銀膠粘度變化越來(lái)越明顯，因此，在其他應(yīng)用設(shè)計(jì)中，小注射器與大注射器的選擇仍是需要解決的問(wèn)題。正如預(yù)期的那樣，與表面貼裝粘合劑或錫膏相比，銀膠價(jià)格更昂貴。