单元2--施加贴片胶工艺

施加贴片胶工艺学习情境3广东科学技术职业学院1工艺目的在片式元件与插装元器件混装采用波峰焊工艺时，需要用贴片胶把片式元件暂时固定在PCB的焊盘位置上，防止在传递过程及插装元器件、波峰焊等工序中元件掉落；另外在双面再流焊工艺中，为防止已焊好面上大型器件因焊料受热熔化而掉落有时也需要用贴片胶起辅助固定作用。2施加贴片胶的技术要求a采用光固型贴片胶，元器件下面的贴片胶至少有一半的量处于被照射状态，采用热固型贴片胶，贴片胶滴可完全被元器件覆盖，见图2-1。b小元件可涂一个胶滴，大尺寸元器件可涂敷多个胶滴。c胶滴的尺寸与高度取决于元器件的类型，胶滴的高度应达到元器件贴装后胶滴能充分接触到元器件底部的高度，胶滴量（尺寸大小或胶滴数量）应根据元器件的尺寸和重量而定，尺寸和重量大的元器件胶滴量应大一些，胶滴的尺寸和量也不宜过大，以保证足够的粘接强度为准，同时贴装后贴片胶不能污染元器件端头和PCB焊盘。d为了保证可焊性以及焊点的完整性，要求贴片胶在贴装前和贴装后都不能污染元器件端头和PCB焊盘。(b)热固型贴片胶位置图2-1贴片胶涂敷位置示意图(a)光固型贴片胶位置3表面组装工艺材料——贴片胶（略）3.1贴片胶的分类3.2贴片胶的组成3.3貼片胶的性能指标及其评估3.5常用貼片胶3.6贴片胶的选择方法表3-2貼片胶评估项目常规性能1.外观2.粘度3.涂布性4.铺展/塌落5.存储期电气性能1.耐压2.介电常数3.介电损耗因数4.体积电阻5.表面电阻6.湿热后绝缘电阻7.电迁移力学性能1.放置时间2.初粘度/初始强度3.剪切强度/焊接后剪切强度4.高温移位试验5.维修性能试验化学性能1.固化后表面性质2.耐溶剂性3.水解稳定性4.不吸潮、耐霉菌a目前普遍采用热固型贴片胶热固型贴片胶对设备和工艺要求都比较简单。由于光固型贴片胶固化比较充分，粘接牢度高，对于较宽大的元器件应选择光固型贴片胶。b要考虑固化前性能、固化性能及固化后性能应满足4.3.4表面组装工艺对贴片胶的要求。c应优先选择固化温度较低、固化时间较短的贴片胶，目前较好的贴片胶的固化条件一般在150℃下小于3分钟即能固化。3.7.1存储环氧树脂貼片胶粘度随储存温度、时间会发生变化。环氧树脂类贴片胶应低温（5-10℃）储存，而丙稀酸类貼片胶需常温避光存放。在存储时应作记录，注意生产日期和使用寿命，并在有效期内使用。大批量进货应检验合格后入库。3.7貼片胶存储、使用工艺要求3.7.2使用工艺要求a使用时应在前一天从冷藏柜内取出贴片胶，待贴片胶恢复到室温后方可使用。b使用时注意胶的型号、粘度，根据当前产品的要求，注意跟踪首件产品，实际观察、测试新换上的贴片胶的各方面性能。c不要将不同型号、不同厂家的贴片胶互相混用，更换胶的品种时，一切与胶接触的工具都应彻底清洗干净。d点胶或印刷操作应在恒温下进行（23°±2℃）。e采用印刷工艺时，不能使用回收的贴片胶。f需要分装的贴片胶，待恢复到室温后方可打开包装容器盖，防止水汽凝结。用不锈钢棒将胶搅拌均匀，待贴片胶完全无气泡状态下装入清洁的注射管。灌得不要太满（2/3体积），并进行脱气泡处理，添完贴片胶应盖好容器盖。为了防止贴片胶硬化或变质，搅拌后的贴片胶应在24小时内使用完，剩余的贴片胶要单独存放，不能与新胶混装在一起。g压力注射滴涂时，应进行胶点直径的检查，一般可在PCB板的工艺边处设1-2个测试胶点，经常观察固化后胶点直径的变化，对使用的贴片胶品质真正做到心中有数。h点胶或印刷后及时贴片，并在4小时内完成固化。i操作者应尽量避免贴片胶与皮肤接触，不慎接触应及时用乙醇擦洗干净。4施加贴片胶的方法施加贴片胶主要有三种方法：（1）针式转印法（2）印刷法（3）压力注射法（分配器滴涂法）（1）针式转印法针式转印法是采用针矩阵模具，先在贴片胶供料槽上蘸取适量的贴片胶，胶的粘度为70－90Pas,蘸取深度约为1.2mm-2mm,然后转移到PCB的点胶位置上同时进行多点涂敷。此方法的优点是效率较高，投资少,用于单一品种大批量生产中；缺点为胶量不易控制，由于胶槽为敞开系统，因此易混入杂质，影响粘接质量。当PCB改板时，需重新制作一套针矩阵模具。这种方法目前已不常用。（2）印刷法印刷贴片胶的原理、过程和设备与印刷焊膏相同。它是通过漏空图形的漏印工具丝网或模板，将貼片胶印刷到PCB上。通过模板设计，采用特殊的塑料模板、增加模板厚度、开口数量等方法来控制胶量的大小和高度。优点：生产效率高，适合大批量生产；更换品种方便，只要更换模板即可；涂敷精度也比针式转印法要高；印刷机的利用率增高，不需添加点胶装置，节约成本。缺点：贴片胶暴露在空气中，对外环境要求较高；胶点高度不理想，只适合平面印刷。印刷法的主要工艺参数设置：(a)貼片胶的粘度控制影响貼片胶粘度的因素主要是温度，一般要求室温在维23℃±2℃。貼片胶的粘度一般选用300Pa.s~200Pa.s。(b)模板设计早期丝网应用较多→金属模板（铜模板和钢模板）钢模采用激光切割，适合大批量生产→近年来塑料模板由于可印不同高度的貼片胶，清洗方便，正被逐渐采用。模板设计大体上与焊膏印刷的模板相同，主要差别是在模板的厚度上，印刷貼片胶的金属模板厚度一般为250~300微米，比印刷焊膏的模板厚0．1~0.2mm。也采用激光切割法。金属模板开口设计模板开口形状可以是圆形，也可以是长方形。圆形开口的设计应考虑两点：①开口直径应尽量大，以贴装后不污染焊盘为最大胶点直径。②胶点之间的距离应避免印刷期间模板底面被胶污染。首选双胶点以得到最佳的附着力和最小的元件丢失。双胶点设在元件外侧。这是因为即使其中一个胶点出现质量问题，还有一个胶点起到粘合作用。同时胶点位置设在元件外侧使之与焊盘的相对位置有所增大，防止出现过大的胶点污染焊盘。此外可以把热固化胶所需要的位置与光固化胶所需位置兼顾起来。保证元件贴装后不偏斜。250微米的金属模板开孔推荐直径表3-3金属模板圆形开口直径推荐表元件尺寸模板开孔直径(mm)胶点中心之间的距离(mm)06032x0.50.908052x0.61.112062x0.81.4SOT232x0.71.4MiniMelf1x1.01.0Melf2x1.52.018122x1.42.4SO83x1.42.5SO144x1.42.5长方形开口，开口宽度是元件焊盘间距的0.4倍，模板厚度有所不同塑料模板塑料模板分为厚、薄两种模板。模板材料均为塑料，塑料厚模板的厚度为1~2mm。印刷技术使用泵压印刷。开孔方式都是由钻孔完成。1mm厚的模板可印刷出胶点高度达到2mm或更多。能保证具有较大的离板间隙的元件(如SOT、SOP等)粘接牢度。薄塑料模板制造方法与厚模板相同，模板厚度大于等于250微米，采用普通印刷。金属模板、塑料厚、薄模板的优缺点250-300微米厚度金属模板1mm厚用于泵压印刷的塑料模板250-350微米厚的塑料模板优点缺点优点缺点优点缺点货时间短刷期间延小易清洁.柔性小柔性与PCB良好的气密性.接触印刷可以得到极其高的胶点.难于清洗在印刷期间延伸柔性与PCB的良好密封性难于清洗在印刷期间模板延伸供应商的数量有限（3）压力注射法（分配器滴涂法）压力注射法是目前常用的涂布方法，它是将装有貼片胶的注射针管安装在点胶机上，在计算机程序控制下，自动将贴片胶分配到PCB指定的位置。优点：灵活，易调整，无需模板，产品更换极为方便，它既适合大批量生产，也适合多品种生产。此外贴片胶在针管内密封性好，不易污染，胶点质量高。缺点是点胶机价钱贵，投资费用大。压力注射法按照自动化程度可分为手动和全自动两种方式。手动滴涂采用手动点胶装置，用于试验或小批量生产中。压力注射法（或称分配器滴涂法）按照分配泵的不同，分为四种滴涂方式时间/压力最原始、最广泛的方活性好，控制方便，操简单、可靠，针头、针易清洗，速度受粘度的影响大。速和滴涂小胶点时致性差。螺旋泵灵活性强，适应滴涂各种贴片胶，对贴片胶中混入的空气不太敏感。但对粘度的变化敏感，速度对一致性有些影响。活塞泵高速时胶点一致性好，能点大胶点。但清洗复杂，对贴片胶中的空气敏感。喷射泵非接触式，速快。对板的翘曲和度的变化不敏感。但大胶点速度慢，需要多次射。清洗复杂。时间/压力滴涂法的主要工艺参数：粘度压力时间温度点胶针头内径机器的止动高度Z轴回程高度胶点的直径高度和数量等粘度贴片胶粘度的变化对胶点的均匀一致性影响较大，因此保持粘度的一致性很重要。影响貼片胶粘度的主要因素是温度和压力，时间/压力滴涂中贴片胶的粘度通常选用100Pa.s~150Pa.s之间。温度温度将影响黏度和胶点形状。温度的升高貼片胶的粘度就会降低，这意味着同等时间、同等压力下从针管流出的貼片胶量增加。一般点胶的环境温度基本上是恒定的，大多数点胶机依靠针嘴上的或胶管的温度控制装置来保持胶的温度在23℃±2℃范围内。压力压力的加大，不仅影响贴片胶的粘度，而且也会使点胶量增加。压力大小的设定和保持恒定，由机器调节器的品质、开关信号的灵敏度以及注射器中气压的变化等因素决定。在高速点胶中，时间以毫秒为数量级，要求机器及气阀灵敏度高，并在注射管道设有专门阀门。点胶机的压力控制在5bar之内，通常设在3.0bar~3.5bar之间，并设定一个最低压力的限值，生产中不允许低于此压力，否则不能保证良好的胶点质量。􀁺元件与胶点直径、点胶针头内径的关系不同元件与PCB之间所需的粘接强度是不同的，所需涂布的胶量也不一样。在其他参数不变的情况下，针头内径越大，点胶量就越大，胶点的直径就越大。另外，不同元件的焊盘间距也各不相同，胶点直径也不应相同。因此不同大小的元件，需要不同的点胶直径，而不同的点胶直径，就需要不同内径的针头。故各种点胶机都配备了不同内径的针头备件，以适应不同元件的点胶。如松下点胶机配置有三种针头，其内径分别为0.58mm、0.41mm、0.33mm。针嘴的内径对胶点的形成是关键􀁺针嘴的内径选择原则：胶点的直径与针头内径之比为2∶1（2∶1时点胶不易出现拉丝拖尾现象）例如0805元件最小接触直径为约0.6mm。则可选用的针头内径在0.33mm或0.41mm之间。ID≈1/2W左图是针头内径、胶点直径、止动高度的图示，其中：ID——针头内径ND——针头离PCB的高度，W——胶点直径，H——胶点高度。压力、时间与止动高度的关系——ND≤1/2ID当止动高度ND过小，压力（P）、时间（T）设定偏大时，由针头与PCB之间空间太小，贴片胶受压并会向四周漫流，甚至会到定位针附近，易污染针头和顶针（见左图）；反之ND过大，P压力（P）、时间（T）设定又偏小时，胶点径W变小，胶点的高度H将增大，当点胶头移动的一刹那，会出现丝、拖尾现象（见右图）。当ND值确定后应仔细调节P、T值，使者达到最佳设置。ND过大拖尾现象ND过小胶点漫流现象􀁺Z轴回程高度点胶头Z轴上升的回程距离和回程速度，又称等待时间，会影响胶点形状和拖尾现象。当顶针接触到PCB后，机器立即发出工作指令进行点胶，压缩气体进入胶管，此时没有时间差，但信号发出后到真正的贴片胶被挤压出来，却有一个明显的时间差，称为延迟效应，如果Z轴回程距离太小，则针头会拖着贴片胶从一个胶点移到另一个胶点，产生拖尾现象。只有当贴片胶完全离开胶口的一刹那，点胶头离开最好。为了避免拖尾现象，有些点胶机采用多头点胶，既降低单个点胶头的滴胶速度，保证贴片胶完全脱离针头，又不影响整机的点胶速度。现代高速点胶设备使用压力可以在针嘴到位之前定时开始并提前结束滴胶过程。胶点高度设定从左图可看到，A是焊盘层厚度，一般0.05mm，B是元件端头金属层厚度，一般为0.1mm，SOT23可达0.3mm，要使元件底部与PCB良好的粘合，贴片胶高度HA+B，考虑到胶点是倒三角状态，顶端在上，为达到元件间有80％的面积与PCB相结合，实际H为（1－2）倍的（A+B）。为了保证元件与贴片胶充分的面积接触，有时设计辅助点胶焊盘以增加H的高度(见右图。辅助点胶焊盘􀁺胶点数量设定早期点胶工艺中对于小尺寸的阻容元件如0805，设一个点，现在的趋势是所有元件都推荐双胶点