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SMT点胶制程
日期:2009-11-09 19:17  点击:446
何为聚合物( Polymer )

聚合物是长炼状的巨型分子,最初是自然生成的,目前则是以现代化技术合成数千种成份组合而成。这些化合物可从柔软、易弯曲的薄膜到比钢还要强固的结构(如自然界中的蜘蛛网)。在这个以电子学为主的信息时代里,更是少不了这些聚合物。聚合物主要可区分为热塑性:是一种预先聚合的物质且可再熔融( remeltable ),热固性:一种以液体反应成固体的聚合物但不能再熔融。仅管热固性比较多见,但这种材料都被广泛的应用在电子业里而且两者都可以许多种方式来加以涂布 (dispense) 如表一 

材料

针管

液体喷射

印刷底板

网板

针状数组

喷洒

热压粘合

芯片粘着

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等方性胶

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表面黏着组件粘贴

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异方性胶

 

 

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异方性胶膜片

 

 

 

 

 

 

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底胶填充underfill

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球形表面 glob top

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均质性胶

 

 

 

 

 

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液体喷射在未来或可能运用到其它材料

表一.涂布方式一览表 
 

可以涂布的聚合物材料

芯片黏着剂有膏状及薄膜状,是用来将半导体的裸晶( bar die )黏着到导线架 (lead frame) 及基材 (substrate) 上。虽然目前大部份的产品是环氧基树脂的膏状物,但由于更快及更简单的制程方式使得热塑性的软膏及薄膜正不断的增大其市场占有率。

等方性 (Istropic) 导电胶,一般而言是一含银的环氧树脂,通常都是点胶的方式应用在表面黏着制程上,用以取代传统的锡膏,在这种胶材中除了热固性材料外,也有一小部份材料是热塑的。

异方性( Anisotropic )导电胶有薄膜及膏状,用来在两接合面上形成单一方向的电路导通。一般常以Z方向上的电路导通应用在晶薄膜显示屏上。通常不必使用特殊的涂怖工具但是却需要使用专用机械设备来处理。

表面黏着组件黏着剂,也就是一般通称的固定胶,其目地就是在 PC 板通过波焊时将组件固定在板。
 

封胶 (Cencapsulants) ,是不导电的膏状物,用来保护裸晶及增加组装质量。这些聚合物通常在保护 COB(chip on board) ,覆晶 (filp chip) ,目前更应用到 BGA 及微小型 (micre)BGA 上以取代传统上所使用的加压注模( Compression molding )用来充填物的聚合物,其功能用在防止热机械上升 (theremonechanical) 的疲劳破坏,即使是面临热膨胀系数有很大差别的情形下。应用在打线的芯片或是 TAB 组件上通常称为球状上盖 (glob top) 。

可以涂布的聚合物材料

针管型涂布方式,基本设备包含一容器可用来承装膏状物,将压力施加在材料上再通过针状的出口来涂布。这种方式已成功且广泛的被电子业所使用在芯片黏着,封胶及导电胶的涂布。尽管理论上所有的液体都可以这种方式涂布,但就流动学 (rheology) 而言,要获得最佳结果是非常不容易的。也就是说,虽然黏度再高的胶材都可以用此法加以涂布,但举例而言,如银胶通常针头出口处呈现“线状”或是拖出一小段尾巴出来。除非你所用的银胶是专用针对管型涂布机所设计的特殊配方才有可能没有这样的困扰。就针管型涂布机的制造商而言,它们对机器增加了许多新的功能如真空回吸、出口预热、旋转式针头及以程控针头回溯等都能对许多不同的材料提供良好的结果。

尽管手握式针管,包含塑料针筒、活塞及针头,就足够对材料进行评估,但对一专业的制造商及质量控制而言,就需要自动化的涂布设备。有许多的制造商都能提供单头或多头式可程控的机台,供许多不同的客户选用。机台的范围可从低价位,以 PC 控制的桌上型直到全尺寸,以机械手臂置放基板再辅以视觉定位,并能量测涂胶的胶量以自动控制挤出量。

精准的位移技术提供了确且一致的涂胶量控制,气压式涂胶虽然简单,但对于材度改变却为敏感,由于黏度本身受到温度及时间,特别是热固性胶材,在室温也有逐渐形成聚合物的化学反应现象。气压式设备也可以得到不错的结果,只是在涂布过程中需要操作员密切的注意。现今有许多组件置放机都配有涂胶的设备在其中。

液体喷射 (fluid jetting) 方式和针管方式看似相似,但实际动作处理却不相同。一外力,基本上是以千分之一秒的脉冲为单位,施于液体上,造成单一颗液体被射出。这种微小的脉冲能精确的把这些小滴的液体以高的频率飞到基板上面。以计算机控制的脉冲是不断的重复的,直到足够量的胶材被涂布上去。涂胶的头和针管型式不同,可以在液滴还在飞行的过程中就再射出下一个液滴以提高量产效率。这种非接触性的涂胶方式对基板的平整性比较不在意,且其涂布速度比针管型式要快的多。对液体喷射而言,一般都是使用黏度较低的胶材,而且比起打印机而言,对这方面的应用是相当新的。因此对其应用材料未来的发展是可以期待的。例如目前已在进行使用多个喷射头的高速机也已在发展中。
 

针转印 (pin transfer) 是将针以数组方式排列成所要涂布的图形。在操作上是将这一数组排列的针头移到一充满胶材的盘子上,沾一下胶材再拿起来,使针尖上有液滴状的胶沾附在上面。再把这针头移到基板上需要涂胶的位置,把针头压到基板上,使针尖的胶在基板上完成涂布。以弹簧承载的针可有效地补偿基本身不平整的现象。优点是可以在很短的时间内把胶涂布到一广大的面积上。但是每一种涂布图形都需要一个新的工具。这种方式主要是应用在涂布表面黏着组件所需之黏着剂。

印刷钢版 (stencil) 一般都是表面黏着组装时用来将锡膏印刷到基板上用的。这种方同样也可以用来涂布导电用的银胶(含银的环氧树脂粘胶)及其它以聚合物为基础的材料。其制程方式是将一金属或聚合物制成的刮刀在一有特定图形开孔的薄金属板上移动,把胶材经过金属板上开孔涂布到基板上。这种方式有高的产能及准确的对位,但每一种不同的涂布分布就需要一个新的钼版。

印刷钢版的制作技术在近年来有长足的发展,以符合微细脚距的需求。钢版的制作不再只是用蚀刻的方式而已,目前已有雷射等方式。雷射钻孔已成为市面上大量采用,因为加工快速,且钻的孔壁会产生导角化 (taper) 有利用胶材脱离印刷钢版。最后在经过数据转换得以 CAD-CAM 方式能在几小时内就可制作出精准的印刷钢版。

网版印刷方式基本上是从古老皂印刷技术发展而来的。其网版上没有任何绉折阻隔,网孔表面上涂上一层和照像底片的感光乳剂,并可制成所有的涂布图形。但由于网孔间有网线通过,降低且限制胶材通过,所以在微细脚距上的应用远比印刷钢版要困难得多。但网版印刷仍然广范的应用在许多黏着剂上如导电胶及黏着胶。此外,印刷机台及有经验的技术员是目前许多工厂仍将继续使用这一技术的最重要因素。

胶片黏着,有几种黏着剂如热塑性芯片黏着剂及异方性导电胶等就是制成这种干的薄片形式。胶片黏着并不需要胶材涂布制程方式,而是使用以真空吸头预先成型(外型裁切成所要尺寸)的胶片,再放置到需要的位置。在应用上是把芯片或是其它组件对位,压在薄胶上方再加热使胶反应而产生粘性。这一薄片同时也可用一小的压力及中等温度使其粘附在定位上。在施以短的急速的加热周期可以使迅速完成粘合。虽然需要特殊的设备来施加Z方向压力及完成粘合,但由于过程非常有效率,干净及简单使得投资非常有价值。有些大型工厂也已改变制程方式,使用薄膜胶片并在千分之一秒完成粘合,这就算是最快的( snap cure )热固性胶也无法达到。

聚合物处理方式

热胶性胶材是有机物,但是却和无机的焊锡相类似,在制程上先加热到液状,接着是冷却固化。有些热塑材料则是呈现膏状的聚合物且可以为溶剂所溶解。这种涂布用的膏材会因加热使溶剂挥发而逐渐变硬。尽管粘合可以在膏材还是“潮湿”的时侯形成,但最佳的结果最好还是先干燥膏材再加压加热形成粘合。

热胶性胶材需要形成聚合物才能从液体成固体。加热是最普通泪发硬化的方式:单一胶材,低温保存的胶能在加热环境下迅速的完成固化。等方性导电胶能利用回焊炉以较低的温度,约在 130 到 160 度之间完成硬化。由于不需要加热曲线来活化作用,也不需要惰性气体,只需要最简单皂升温及冷却就够了。

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