自動(dòng)點(diǎn)膠機在自動(dòng)環(huán)氧粘片中的應用

作者簡(jiǎn)介：劉鳳華，（1987—），山東臨沂人，工程師，主要從事微波模塊自動(dòng)化組裝工藝研究。

0   引言

自動(dòng)點(diǎn)膠機是集機械、光、電、氣為一體的自動(dòng)化點(diǎn)膠設備，廣泛應用于LCD、CCD、SMT、BGA、LED 和微組裝領(lǐng)域。目前自動(dòng)點(diǎn)膠機的高端產(chǎn)品主要是國外品牌，國內品牌受限于點(diǎn)膠閥的設計制造工藝，主要應用于一些低端制造領(lǐng)域。最早研制自動(dòng)化點(diǎn)膠機的美國諾信公司依然是該領(lǐng)域的領(lǐng)導者，Spectrum II 系列產(chǎn)品暢銷(xiāo)；日本武藏和德國Marco 產(chǎn)品質(zhì)量性能優(yōu)異；美國PVA 公司在自動(dòng)涂覆機領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先；瑞典Mycronic 公司在錫膏設備點(diǎn)膠上一家獨大[1]。本文主要以諾信螺旋桿式機型為例介紹自動(dòng)點(diǎn)膠機在復雜微波模塊組裝中的應用。

1   點(diǎn)膠機的分類(lèi)

常用自動(dòng)點(diǎn)膠機根據點(diǎn)膠方式和點(diǎn)膠閥的不同可按照表1 所示進(jìn)行劃分。目前自動(dòng)環(huán)氧粘片中常用的點(diǎn)膠方式是螺旋桿式。螺旋桿式優(yōu)點(diǎn)是精度較高，對各類(lèi)導電膠都比較適用，點(diǎn)膠通用性強；缺點(diǎn)是需要高精度的點(diǎn)膠高度定位，點(diǎn)膠速度慢，螺旋桿組件難清洗。

2   點(diǎn)膠機的選型

在自動(dòng)環(huán)氧粘片過(guò)程中可以單獨采用點(diǎn)膠、貼片一體的自動(dòng)環(huán)氧粘片機；也可以采用在前端放置自動(dòng)點(diǎn)膠機，后端放置自動(dòng)環(huán)氧粘片機，點(diǎn)膠、貼片同步流水的生產(chǎn)模式。對于簡(jiǎn)單平面類(lèi)產(chǎn)品建議選擇帶分軸點(diǎn)膠功能的自動(dòng)環(huán)氧粘片機，以提高效率和減少過(guò)程周轉。對于復雜腔槽類(lèi)微波模塊，建議不用自動(dòng)環(huán)氧粘片機自身的點(diǎn)膠功能，而是選用自動(dòng)點(diǎn)膠機單獨點(diǎn)膠的模式。此種生產(chǎn)模式的優(yōu)點(diǎn)是便于監控和及時(shí)調整點(diǎn)膠狀態(tài)，防止出現點(diǎn)膠不良品影響最終的產(chǎn)品粘貼。選擇點(diǎn)膠機時(shí)要進(jìn)行自動(dòng)點(diǎn)膠機和自動(dòng)粘片機的效率匹配，通過(guò)調整設備數量配比，實(shí)現設備效率的最大化利用。另外，并不是所有的自動(dòng)環(huán)氧粘片機都適合搭配自動(dòng)點(diǎn)膠機使用，要提前進(jìn)行選型調研。MRSI和Palomar 自動(dòng)環(huán)氧粘片機主要是點(diǎn)膠、貼片共軸；Datacon 自動(dòng)環(huán)氧粘片機一個(gè)點(diǎn)膠分軸、一個(gè)點(diǎn)膠、貼片共軸；ASM 自動(dòng)環(huán)氧粘片機則是兩個(gè)點(diǎn)膠分軸，一個(gè)貼片分軸，而且必須點(diǎn)膠、貼片一體，不能單獨拆分點(diǎn)膠、貼片功能。

3   點(diǎn)膠機的原理

3.1 點(diǎn)膠高度測量

接觸式點(diǎn)膠機對點(diǎn)膠高度的定位要求極高，點(diǎn)膠高度的測量一般選用激光位移傳感器，其相比機械測高的優(yōu)勢是速度快，缺點(diǎn)是應對深腔窄槽產(chǎn)品時(shí)會(huì )出現光學(xué)遮擋問(wèn)題。激光測高原理如圖1 所示。

圖1 斜射式激光位移傳感器原理

先對相機的鏡頭高度和測高器的鏡頭高度進(jìn)行校準，保證相機成像清晰度高度滿(mǎn)足測高器的量程范圍，然后以中心點(diǎn)高度為基準，位移高度h，相應接收端的光點(diǎn)位移h?，根據相似三角形的比例關(guān)系，計算得出：

H=ah?sinθ3cosθ1b sin(θ1+θ2)-h? sin(θ1+θ2+θ3) （1）

從而計算出被測面的距離。式中θ1 為發(fā)射光與被測面法線(xiàn)的夾角，θ2 為反射光與被測面法線(xiàn)的夾角，θ3為接收光與光點(diǎn)探測器的夾角，a 為激光反射點(diǎn)與接收透鏡前主面的距離，b 為接收透鏡后主面到成像面中心點(diǎn)的距離^[2]。在實(shí)際設置測高點(diǎn)時(shí)要分清發(fā)射端和接收端的相對位置，根據激光測高器的類(lèi)型靈活運用，特別是深腔窄槽產(chǎn)品中，更應該合理規避光學(xué)遮擋引起的測高不準確的問(wèn)題。

3.2 點(diǎn)膠坐標定位

點(diǎn)膠X/Y 位置的定位是采用光學(xué)識別產(chǎn)品特征點(diǎn)，通過(guò)識別點(diǎn)的校對建立新的局部點(diǎn)膠坐標系，原理如圖2 所示。

圖2 點(diǎn)膠定位原理

識別點(diǎn)對局部坐標系進(jìn)行判定和修正，所以初始編程的產(chǎn)品擺放一定要水平，識別點(diǎn)也選擇最清晰無(wú)干擾的模型位置。確定X/Y 坐標系后，再根據測量的點(diǎn)膠高度確定最終的X/Y/Z 三維坐標系，通過(guò)光柵尺的閉環(huán)反饋控制實(shí)現精確點(diǎn)膠。另外，為保證點(diǎn)膠精度的穩定性，點(diǎn)膠針頭需選擇不銹鋼材質(zhì)進(jìn)行一體加工，材質(zhì)太軟或者針管太細都不利于過(guò)程中點(diǎn)膠精度的保持。

3.3 點(diǎn)膠參數控制

點(diǎn)膠的主要影響參數如表2 所示。

各種控制參數間存在相互影響，參數設定時(shí)需綜合考慮，不能走極端。先根據膠體的特性確定合適的吸附真空和出膠速度，然后校膠確認提前開(kāi)閥時(shí)間、提前關(guān)閥距離和點(diǎn)膠完成后的保持時(shí)間，最后根據膠量需求調節氣壓壓力。使用過(guò)程中膠體總量的減少和隨時(shí)間出現的特性變化會(huì )導致點(diǎn)膠效果出現惡化，需要及時(shí)檢查、調整各項點(diǎn)膠參數，保證最終點(diǎn)膠效果的穩定性。

4   膠體性能對點(diǎn)膠的影響

除點(diǎn)膠機本身性能外，膠體的性能也同樣影響最終的點(diǎn)膠效果。因為點(diǎn)膠機用膠筒儲膠、點(diǎn)膠，膠體容易受重力影響出現分離現象，所以要求膠體應該混合均勻，且能長(cháng)時(shí)間保持狀態(tài)穩定。從指標上看應該是靜態(tài)黏度相對大，利于保持狀態(tài)；動(dòng)態(tài)黏度相對小，利于點(diǎn)膠；整體保持一個(gè)合理的觸變^[3]。膠狀態(tài)均勻穩定，可以通過(guò)調節點(diǎn)膠機參數適應黏度的波動(dòng)。如果膠的狀態(tài)不均勻穩定，容易快速出現銀粉和環(huán)氧樹(shù)脂的分離、沉淀現象，則會(huì )導致生產(chǎn)的異常波動(dòng)，影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，膠的浪費也會(huì )變得很?chē)乐?。同種導電膠不同批次，存在的狀態(tài)、性能差異如圖3 和圖4 所示。另外，膠體最好采用真空攪拌機類(lèi)設備進(jìn)行自動(dòng)攪拌、脫泡，人工攪膠很難滿(mǎn)足點(diǎn)膠機的使用要求。

圖3 同種膠不同批次攪拌前的狀態(tài)差異

圖4 同種膠不同批次攪拌后的狀態(tài)差異

5   結束語(yǔ)

自動(dòng)點(diǎn)膠機在復雜微波模塊微組裝中的應用較廣泛，單獨點(diǎn)膠后既可以自動(dòng)粘片也可以手工粘片，給用戶(hù)提供了多種選擇，不再拘泥于自動(dòng)環(huán)氧粘片機單一固定的工作模式。自動(dòng)點(diǎn)膠機的點(diǎn)膠效果也非常出色，遠勝于人工涂膠和絲網(wǎng)印刷。隨著(zhù)高頻化、小型化的發(fā)展趨勢，接觸式點(diǎn)膠將會(huì )越來(lái)越難以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求；而非接觸噴射式點(diǎn)膠不僅克服了空間局限性，也不需要精準的點(diǎn)膠高度定位，點(diǎn)膠精度、點(diǎn)膠速度、最小點(diǎn)膠直徑和點(diǎn)膠一致性等方面非常有優(yōu)勢，未來(lái)也將會(huì )占有更多的市場(chǎng)份額。

參考文獻：

[1] 趙航宇.全自動(dòng)在線(xiàn)點(diǎn)膠機的研制[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2018.

[2] 劉鳳華.自動(dòng)環(huán)氧粘片的常見(jiàn)問(wèn)題與處理[J].電子工業(yè)專(zhuān)用設備,2020.

[3] 劉哲.現代電子裝聯(lián)工藝學(xué)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2016.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年8月期）