膠劑在PCB板上的分配.doc

膠劑在PCB板上的分配-作者：-日期：膠劑環(huán)氧樹脂與分配膠劑的配方必須考慮一致性、良好的點輪廓、和良好的綠色強度與固化強度以及點的大小、并且使用CAD或一個替代工具來“教”自動化系統(tǒng)在哪兒滴膠點。分配系統(tǒng)必須有合理的精度、速度和重復(fù)性要求，以平衡該應(yīng)用的費用。當(dāng)設(shè)計工藝過程時，一些典型的膠劑問題必須預(yù)見得到?！笨死锼骨?Q.訥斯和阿倫.R.路易斯(美) 膠劑的主要目的是在波峰焊接期間把元件保持在PCB上。元件尺寸范圍可以從1005(0402)的電阻器和電容器，到更大的IC元件(圖1)。因此，成功的分配標(biāo)準(zhǔn)是直接了當(dāng)?shù)模涸粫诤附悠陂g掉下來(典型的由于不夠膠劑)，并且在貼片時膠劑散布在元件焊盤上不會產(chǎn)生導(dǎo)電連接。膠劑良好的膠劑特征包括：綠色強度和固化強度，一致性和高的膠點輪廓；液體膠還要保持工藝過程在允許公差限度內(nèi)。對于1608(0603)元件情況，IPC表面貼片設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定焊盤之間的距離為0.025”(0.635mm)。使用名義機器精度0.003”(0.08mm)和膠劑方向精度0.005”(0.127mm)，實際的膠劑分配區(qū)域/應(yīng)用目標(biāo)寬度降低為0.016”(0.41mm)，以防止材料重疊到導(dǎo)電區(qū)域。由于對膠點有某個高度的要求，以便元件的底部可以一個合理的表面區(qū)域來附著，因此，最小的、一致的膠點直徑必須大約為0.020”(0.5mm)。在實際中，這個問題經(jīng)常被松散實施的焊盤間距標(biāo)準(zhǔn)和實際大于規(guī)定的間距所避免。盡管更高的膠點輪廓將是這個問題的一個部分的解決方案，然而必需的膠量意味著膠點“壓扁”問題有實際的限制。 新式的噴射分配系統(tǒng)可提供更高的膠點輪廓。對膠劑接觸的“合理”表面面積的要求，是為了給予所要求的阻力，來對付在制造期間1020N的剪切負(fù)載。因此膠劑的固化強度一定要足夠承受在波峰焊接以前處理期間板的加速度。膠劑還必須保持在波峰焊接過程中間元件的附著，有時假定一個取決于過程的固化強度因素。人們可以看見，膠劑液體的設(shè)計要求是各式各樣的，制造商進(jìn)行了許多測試，來決定眾多的膠劑在市場上的適用性。測試揭示了許多珍貴的信息，但是膠劑的實際應(yīng)用才是決定對所希望應(yīng)用的適應(yīng)性的最肯定的方法。這表示，膠劑供應(yīng)商和制造商之間，為了給各種各樣的機器和機器應(yīng)用提供合格的膠液而進(jìn)行密切合作。分配方法下列應(yīng)用方法有優(yōu)點也有缺點，在準(zhǔn)備應(yīng)用過程中，必須給予考慮：針頭轉(zhuǎn)移是把膠劑施加到PCB的最快的方法之一。在這個技術(shù)中，一個帶有與電路布線相匹配的一系列針頭的板，在膠劑托盤中浸蘸，膠劑以可預(yù)計的數(shù)量濕潤和附著在針頭上。針頭然后接觸電路板層，膠劑轉(zhuǎn)移到板上。針頭轉(zhuǎn)移有若干缺點。如果電路改變，工具必須重做。這可能是相對昂貴的，但是通常適合于較長期的生產(chǎn)運行。在開放的托盤內(nèi)，膠劑暴露可能導(dǎo)致吸收潮濕或增長固化時間，因此必需更小心地處理膠劑。最后，把膠劑用于比3216(1206)小的元件焊盤，針頭轉(zhuǎn)移方法是困難的。絲印也是一個快的方法。一塊開有正確施膠絲孔的模板放于板的表面附近。然后經(jīng)由刮板刮過，膠劑被擠壓通過絲孔。最近，為人們所了解的用于厚度變化的材料印刷技術(shù)允許使用同一塊模板，得到不同大小的膠點。正如針頭轉(zhuǎn)移法，絲印方法要求在電路板變化時重做模板，盡管在這種情況中，價格較為便宜，并且供應(yīng)商容易找得到。和針頭轉(zhuǎn)移法一樣，在生產(chǎn)期間膠劑的暴露可以導(dǎo)致處理上問題。時間/壓力 點滴是分配膠劑的原始方法，并且仍然是一個現(xiàn)有應(yīng)用的、具有生存力的方法。在操作中，注射器中的材料受壓，用一個針嘴閥門來控制，分配所需要數(shù)量的膠劑。這個方法簡單并且可靠，但它趕不上速度的要求。象40,000dph的高速率可以通過注射器中的脈沖氣體來達(dá)到，以維持步伐。速度越高，一般會造成越不連續(xù)的膠點。隨著膠劑的水平在注射器中降低，氣體的體積變得越大，壓力時間的變化造成膠點的不連續(xù)?？刂葡到y(tǒng)可以補償這個液體水平的變化，但對黏度的變化敏感。時間/壓力方法為1608(0603)元件滴出一致的膠點是有困難的，但是仍然是一種以簡單和時間效率為特征的證明很好的方法。只要丟棄注射器和清洗或換掉滴嘴。和其它所有分配方法一樣，它有適應(yīng)應(yīng)用變化的靈活性優(yōu)勢，即，通常的解決方案是相對簡單重新輸入到自動化控制平臺軟件。螺旋泵分配使用一個泵，在其體內(nèi)有一個旋轉(zhuǎn)的螺桿對膠劑的路徑增加能量。通過螺桿電動機的通斷，膠劑以一定的數(shù)量泵出。螺旋泵按牛頓原理工作，一旦泵內(nèi)的液體接觸到板上，將維持好的，一致的流動。螺桿對材料也有剪切作用，通過均勻排出殘留空氣和降低黏度，這種剪切作用可能有助于膠的分配。螺旋泵可適用于大范圍的膠劑，膠點分配速度的限定因素實際上是自動機器的三維控制。其分配膠點的范圍大約和時間/壓力方法一樣，但更一致性，對黏度變化的敏感性大約是時間/壓力分配方法的一半。泵的流動率也取決于針頭大小的選擇：更小的計量針頭將產(chǎn)生更大的背壓，這可能因粘性隨著時間的增加而導(dǎo)致問題。最后，螺旋泵可以達(dá)到2%的精確性，但是典型地，在生產(chǎn)中達(dá)到20%的體積精度。活塞泵是一種真正的、施膠應(yīng)用中的絕對位移方法，在一個密封的容室中活塞的運動置換了精確的相應(yīng)體積的液體。在液體中粘性變化對流動率沒有影響。針頭大小同樣地不改變在合適操作以內(nèi)的活塞泵的速率(盡管由活塞的“無情”的本性所產(chǎn)生的壓力，如果內(nèi)部的壓力超過指定操作水平，可能引起另外的問題)。活塞泵可以提供線性的位移變量，或可能設(shè)計成固定的位移產(chǎn)出指定的膠點大小。象螺旋泵一樣，由于機器控制的3-D運動，絕對位移泵的點膠速度是有限的。對更大的膠點直徑，螺旋泵和活塞泵都將在速度能力降級，但是后者在高得多的流動速率上保持一致性，對一個更大范圍的膠點大小將維持40,000dph的速率。與時間/壓力和螺旋泵相比，活塞泵的一個缺點是復(fù)雜清洗的方法，要求每周或雙周安排清洗?；钊玫脑O(shè)計開發(fā)也許可以減少這復(fù)雜性。噴射分配是施膠的一個新方法；它使用一個彈簧加力的針或“錘”以快速輪轉(zhuǎn)的方式迫使材料通過針嘴。它類似于定量活塞泵用高速來噴射材料?？諝鈮毫⑨樚崞鸬揭后w容器上面，當(dāng)氣壓移開時，彈簧將針往下驅(qū)動，迫使膠劑通過針嘴。膠點的路徑是一條在滴嘴和板上目標(biāo)點之間的彈道。這是和其它分配方法的對比，液體的實際轉(zhuǎn)移是在居留期間發(fā)生的，期間液體接觸到板并且在表面上建立濕潤的效果。由于噴射，液體保持在位置上，當(dāng)?shù)文z頭移開時分?jǐn)?。因為噴射不必有Z軸的移動來使液體接觸到板上，它可在分配的兩維方向受到控制。這提供了在時間上的重大節(jié)省，并且，以同樣的或更好的一致性，在速度上比螺旋泵和活塞泵方法超出1050%。噴射泵可以在膠點分配時和螺旋泵相比，在一個班次的生產(chǎn)中，有兩倍的連續(xù)一致性；并且，產(chǎn)生更高的膠點輪廓。這對特別對小型元件是個優(yōu)勢。在每小時點數(shù)增加的主要限制是噴射泵只能相應(yīng)其刻度設(shè)定分配一種膠點尺寸。結(jié)果，噴射泵的設(shè)定必須對應(yīng)于板上最小的膠點大小，較大的膠點是由最小點的數(shù)倍組成。(雙頭噴射泵的開發(fā)可使這個問題得到減輕)。噴射泵的另外缺點是需要一周或雙周的拆卸或清洗。然而，自動清洗系統(tǒng)能減少清洗的時間和復(fù)雜性?？赡艿膽?yīng)用程序問題在膠劑分配中，問題可能發(fā)生，不一定是膠劑、分配方法或控制應(yīng)用程序的設(shè)備的缺陷；問題可能是由于這些方面的一個或多個的不適當(dāng)?shù)脑O(shè)定或來自培訓(xùn)和操作問題聯(lián)合產(chǎn)生。一些典型的問題包括：膠劑拖尾。當(dāng)?shù)文z針嘴移開，在膠點的頂部產(chǎn)生細(xì)線或“尾巴”。尾巴可能塌落，并且引起導(dǎo)電焊盤上的問題，或者造成元件膠量過多，當(dāng)壓平時，導(dǎo)致與電氣連接的干涉?？刂仆衔驳淖詈梅椒ㄊ峭ㄟ^在滴膠針頭上的加熱(或在液體的路徑靠近滴膠點附近的某個另外的點)，這通常會允許膠劑斷開的改進(jìn)。這個問題也可能源自一個液體的不相容性。然而，這些困難通常對應(yīng)用系統(tǒng)的某個部件作機械調(diào)整即可得到解決。衛(wèi)星點是在高速分配時發(fā)生的小的無關(guān)的點。在接觸分配中，問題通常是拖尾和針嘴斷開的結(jié)果。在非接觸噴射中，通常是不正確的分配高度的結(jié)果。分配高度是一個關(guān)鍵的過程參數(shù)并且能有助于接觸式分配方法中拖尾的解決。自動滴膠設(shè)備的工裝夾具和軟件控制在決定高度傳感精度中是重要的。高度傳感器系統(tǒng)本身是關(guān)鍵的設(shè)計考慮因素。盡管高度對噴射式分配的膠點質(zhì)量是重要的，但實際的分配高度的允許誤差和其它的應(yīng)用方法相比，重要性要小得多。固定嘴到板高度的膠泵可以更快，但是付出高接觸力代價?！氨谆ā笔钱?dāng)空氣或潮濕進(jìn)入膠劑內(nèi)，并且在固化期間突然爆出的結(jié)果。這通常是不適當(dāng)處理液體或使用過時的液體的結(jié)果?！澳贡钡陌l(fā)生是在固化期間由于錫膏內(nèi)不平衡的力量元件在一端或一側(cè)立起。由于不準(zhǔn)確的分配或一個糟糕設(shè)計的工藝過程，問題很可能發(fā)生。它也可能由于處理不當(dāng)?shù)幕蜻^時的液體。工藝自動化分配方法和膠劑必須適當(dāng)控制，以達(dá)到有效的工藝過程。為保證最好的控制，有很多考慮因素： 現(xiàn)有的自動化機器使用一個視覺系統(tǒng)，用于膠劑以及元件貼放的精確對中。整個板的以及各個密腳元件的基準(zhǔn)點的數(shù)量和工藝流程的產(chǎn)量之間應(yīng)該找到平衡。CAD數(shù)據(jù)經(jīng)常用來開發(fā)機板數(shù)據(jù)和生產(chǎn)布線圖照片。 CAD數(shù)據(jù)的直接傳送到自動過程控制的軟件中，允許流暢的生產(chǎn)準(zhǔn)備，減少裝配系統(tǒng)的編程時間。CAD輸入系統(tǒng)可以用基準(zhǔn)點和機板的座標(biāo)原點的控制來找到實際的膠點位置。機板有時在印制時并不精確，這樣即使是完美的對準(zhǔn)，目標(biāo)也不能找中。因此有必要通過人工的對過程控制軟件的改變來調(diào)節(jié)CAD位置。 板的處理是重要的設(shè)計考慮。板的形狀、大小和傳送系統(tǒng)應(yīng)該是兼容的。如果一塊板或板的系列可以組合成為組合板，則其處理會更為有效。 錫膏和含銀樹脂的分配錫膏回流后，永久地固定元件，并保證良好的電氣連接。錫膏的應(yīng)用包括了一些來自于膠劑的獨特考慮，雖然這是一個相關(guān)的過程。例如，焊膏可以使用描述膠劑的幾個方法來分配。模板印刷是首選的，但是點滴分配提供靈活性，并且當(dāng)模板印刷不切實際時可以使用。錫膏的分配方法也包括時間/壓力方法和螺旋泵方法。(活塞泵和噴射法現(xiàn)時不合適錫膏應(yīng)用，因為材料對分離或堵塞的敏感性。)幾乎所有與錫膏分配有關(guān)的問題都和分配設(shè)備的堵塞與材料分離有聯(lián)系。錫合金和助焊劑密度與占重量百分比的合金決定可分配性的一個主要的因素：按體積的百分比合金。錫球濕潤表面區(qū)域和按體積的百分比合金成比例的，如果太高，錫膏容干燥，可能堵塞閥或針嘴。相反，太濕的錫膏可能在分配后塌落，并且導(dǎo)致錫橋和分配針嘴的滲漏。模板印刷使用的錫膏用于時間/壓力或螺旋泵分配顯然太干燥。少于85%金屬的錫膏(體積上40%的合金)好象對分配是理想的。類似地，合金顆粒大小是錫膏選擇中的考慮因素。細(xì)目的錫膏有較好的分配特征，特別是用于密腳應(yīng)用。對超密腳，要求-400/+500的網(wǎng)目；對較大的腳間距，-325/+500網(wǎng)目是足夠的。對于使用21口徑或更大的分配針嘴的較大膠點的應(yīng)用，-200/ +325是合適的。用于分配的錫膏包裝在3、5、10和30cc的注射器中。更小的注射器減少錫膏分離的機會，這種分離經(jīng)常是由于自動液體分配設(shè)備的高加速度引起的攪拌所引起的。較大的注射器將持續(xù)時間更長，這樣更暴露于引起分離的力量中。更小的注射器必須較經(jīng)常地更換。應(yīng)用發(fā)展是發(fā)現(xiàn)最好的注射器大小和錫膏成份的最肯定的方法。含銀環(huán)氧樹脂用于裸芯附著、錫膏代替和帶式自動綁接應(yīng)用。它完成四個主要功能：起膠劑作用、作為板與芯片之間的電氣傳導(dǎo)層和熱