微电子封装中的流体点胶技术综述

　　1引言

　　流体点胶就是以一种受控的方式对流体进行精确分配的过程。它在食品加工、生物制剂操作和微电子封装等各个行业中都发挥着重要的作用[2=在上述的各种用途中，微电子封装对点胶的性能要求尤为苛刻，不仅要求点出的流体一致性好，而且速度需要达到每小时超过45000点以上。此外，微电子封装中要使用的流体范围较广、黏度变化大，这就要求点胶能够适应各种不同黏度的材料，以方便维护。点出的胶量大小不均匀就会造成芯片没有准确定位，经过热处理以后会容易产生应力分布不均匀的现象，进而引起引线之间发生短路并最终影响产品的合格率。随着封装产品的体积缩小，对点出的流体精确度要求已经到了毫克级。

　　过去十几年中，封装行业已经发展出时间/压力型点胶、计量点胶头点胶等多种技术3。这些点胶系统在设计上都各自有其特点及局限性。有的强调易操作性与速度而忽视准确性和一致性;有的固然达到较高精度，却是以操作速度为代价。至今尚没有一个系统能够独自实现对过程的所有要求，从而提供完整的解决方案。

　　本论文从封装过程的实践出发，对当前的各种流体点胶技术进行了对比研究，指出了各自在技术上的优缺点以及最终影响点胶质量的各种相关因素。

　　2封装过程中的流体点胶技术

　　图1为各种点胶技术的应用分布图可以看出由于时间/压力型点胶方式的操作柔性高、所适用的流体黏度范围大，目前是封装过程中应用最广泛的点胶技术。

　　目前采用的点胶技术可以分成如下几种。

　　1) 时间/压力型点胶技术

　　见图2a，由于时间/压力型点胶技术只采用脉动的空气压力和针管就能实现点胶，因此超过70%的点胶系统采用了这种技术。它在胶体黏度中等大小时工作最好，能够点出各种形状图案如点、线等。优点：经济、操作方便，适用性好，可用于变压器、磁头、芯片等各种对象。缺点:采用脉动压缩空气工作会加热胶体并改变其黏度和胶体大小；随着针筒内的胶量大小改变，点出的胶量会随着变化;这种技术在高速时难以工作。

　　2) 使用计量点胶头点胶

　　计量点胶头是时间/压力型点胶技术的进一步发展，它采用新的设计来提高点胶性能。这种技术中有代表性的是阿基米德计量管点胶和活塞式点胶。

　　阿基米德计量管（Archimedesmeteringvalves)点胶是将胶体放置在计量管内点出，见图2b。螺杆旋转产生的作用力作用在胶体上，使胶体沿着螺线运动。当胶体流到针头时会由于流动面积的限制而产生流动阻力。这样最终点出的胶量大小就由螺杆的运动作用力和流体阻力决定。另外，从进料管流到计量管中的胶体进料过程由恒定的空气压力作用在试管上完成。优点:可以软件编程决定点出的胶量;点出的胶量能够比时间/压力型大，可用于变压器点胶等场合；控制胶量的精确度比时间/压力型高;缺点:本质上和时间/压力型点胶技术相同，点出胶量仍然和胶体的黏度相关。

　　活塞式点胶(Pistonpump)采用类似活塞-气缸的机构来点胶，见图2c。首先将胶体引入到一个开口的气缸中，然后由马达驱动的活塞会将气缸密闭并产生运动，直到将腔中的流体全部从点胶头挤出。由于这种方法实际上控制的是气缸内的流体体积而非流体压力，这样就避免了胶体特性变化的影响。不管胶体的黏度如何变化，采用这种技术点出的胶量能够始终保持不变。优点：点出胶量一致性较好。缺点：利用机械运动来点胶，点胶速度不会很快；点胶量大小不好调节;需要专门设计的点胶头，维护性较差。

　　3) 专用工具点胶

　　专用工具点胶和以上两种技术的原理不同，它采用了一些专门的点胶工具来实现。在这类方法中，主要有插Pin涂胶(PinTransfer)、印刷点胶(Printing)、流体喷射(Jetting)点胶等方法。

　　插Pin涂胶能够一次产生出所有的胶点。这种方法首先按照所需要的胶点的形状位置选择并排列好Pin脚，然后再将Pin脚在胶水中蘸过后，直接点在PCB板上，就能得到需要的胶体图案。印刷点胶原理和插Pin涂胶类似，使用专门点胶头来实现点胶。所不同的是印刷点胶一次只能点出一个点，但是它在更换点胶图案时比插Pin涂胶更为方便。优点：这两种方法的生产率高，主要用于PCB板LCD等大规模生产线上。缺点:不能调节点胶量的大小;点胶一致性较差。

　　流体喷射点胶是一种最近发展出的一种点胶技术。其基本原理与喷墨打印机喷墨的原理类似，通过向流体上施加一个足够大的力使得材料能够自动分离。这种技术并不依靠重力或表面张力来分离流体因此就点胶头不必再做垂直运动，点胶速度也大大提高。致动器一般由压电晶体或流体喷射阀（图3)来实现，并配有专用的温度控制装置。优点：不需要机械运动，点胶速度快。缺点：适用的流体材料有限；点出的胶点大小固定，不易调节。以上对目前封装过程中主要使用的一些流体点胶技术进行了分析。

　　3影响点胶质量的因素

　　如前所述，评价点胶质量主要是准确性与一致性指标。从这两个指标看，影响最终点胶质量的因素有很多，主要是胶体黏度、强度、热处理过程以及过程参数等。其具体原因讨论如下：

　　(1)黏度胶体的黏度是流体流动性能的度量，同样也是影响点胶特性的关键因素。但是黏度本身又是下列各种因素的函数。

　　a受力情况及受力过程：当使用不同的点胶技术点胶时，胶体受到的剪切力的作用不同，这就会影响到点胶质量。但通常在保持使用同一种点胶技术不变的情况下，该因素常常可以忽略。

　　b.温度:如果胶体的温度发生变化，其黏度一定会随之改变。特别在工业现场环境下，温度因素通常都会有所变化。

　　c批量差别:胶体一般在必须使用时才从冷藏室带到工厂。这样不同批量的胶体就会带来材料温度上的差别，其黏度也必然不可能完全一致。为尽量克服批量之间的差别影响，有的做法是将胶体提前24h放置到工业现场来适应环境。但即使如此也不能完全消除批量差别的影响。由于批量因素对点胶质量的影响也是不可避免的，因此最终的产品质量误差必然包括该因素的差异。

　　d.材料储存时间及状况:

   （1）材料的黏性都有一定的寿命。根据其储存时间及储存条件的不同，黏度必然也会有所不同。

　　(2) 材料强度仅仅依靠点胶技术本身也不能完全保证点胶质量，材料自身的性能如强度等同样影响着最终点胶的质量。

　　(3) 热处理过程由于点胶过程同后面的热处理过程在工序上紧密联系，因此热处理过程中的加热情况也会对点胶质量有影响。

　　(4) 过程参数的变化由于点胶过程参数并不是始终保持不变，如时间/压力型点胶中试管内的胶体体积就会随着点出胶量的增大而逐渐减少，相应的气动系统参数也会发生变化并影响性能。这类因素对过程的影响也必须加以考虑。

　　从上面的分析可以看出，由黏度变化因素和过程参数的变化对质量的影响在一定程度上是可以克服的;而材料或热处理的影响则是不可克服的，必须包括在误差范围中。

　　4结论

　　本文对微电子封装领域的流体点胶技术进行了系统综述，分析了各种技术的相对优缺点及相关的质量影响因素，其结果可以为相关研究提供进一步的参考。致谢研究得到了国家自然基金(50475044)、教育部科技研究重点项目（2004106)以及高等学校博士学科点专项科研基金(20040562005)的资助。