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底部填充新技术-Jetting喷射

2018-07-02 08:50:52 【东智精密】   来源: xiexuhui     阅读

在bga、csp以倒装芯片表面贴装过程中,此类器件的液态底部填充过程非常重要,液态点胶的最新技术值得加以关注。

by steven j.a damson amp; tom adams

任何从事bga、csp以及倒装芯片表面贴装的生产技术人员都认识到,必须密切注意此类器件的液态底部填充过程,希望底部填充过程时间尽可能短,并尽量保证整个过程准确无误。若液态材料用于焊线密封、管芯黏着时的银胶沉积、涂覆保形涂层或是应用于表面贴装与uv胶等过程,工程技术人员同样需对生产过程的生产效率、可靠性与成本予以考虑。 熟悉液态点胶过程的技术人员知道,如果采用针筒式点胶系统,点胶针筒必须距离器件很近。对于需要进行底部填充的器件,点胶针头需要降低至器件顶部以下,针头边缘必须尽可能地与器件边缘靠近,且不引起接触和器件损坏。同时,针筒式点胶需要精确的高度传感器系统以决定针头相对于电路板各个器件的高度,通过编程控制针头在电路板上的三维运动,避免与器件产生碰撞。
在某些情况下,设计人员需保证元件间足够的间距以便于针筒接近需要进行底部填充的器件。一种称为喷射(jetting);的最新技术采用喷嘴式替代筒,解决了上述难题。jetting喷嘴可在需要进行底部填充的器件上方进行点胶,无需到达其顶面以下的位置。jetting喷嘴在整个电路板上方沿x、y方向运动,而无需垂直运动。 与点胶针筒不同,喷嘴并不是形成连续的底充胶液流,而代之以每秒钟喷射200点以上经过精确测量的胶点。随着喷嘴的水平移动,胶点可形成各种需要的线型与图案,如实线、虚线等以及其他各种不同图形。每次喷射都经精确控制,一次喷射所形成的胶点直径最小可达0.33mm,这对于涂敷贴片胶等需要对面积进地精确控制的场合非常重要。 jetting喷嘴并不像点胶针筒那样对点胶高度要求严格。根据胶液类型的不同,喷嘴可置于电路板上0.5mm到3mm的高度范围内,但在水平方向上,则必须对喷嘴进行精确定位。
采用jetting;技术,喷嘴所喷射的胶点在100微米的数量级,因此元件间距可进一步缩短,需要进行底部填充的器件焊接圆角宽度可降至125微米的水平。对于电容、电阻非常接近需进行底部填充的器件时,为避免胶液沾染无源器件,也可采用jetting技术。
采用点胶针筒时,生产技术人员除考虑液流直径外,还需始终关注针筒壁厚。jetting技术完全不必考虑壁厚因素,它可以产生一系列直径低至100微米的胶点,如有必要,它还可以在两元件间只有200微米宽的间隙内注入胶液。
在某项演示实验中,两块需要进行底部填充的芯片以1mm间距放置在电路板上(如图1所示)。jetting喷嘴距电路板也即距芯片大约1mm高度,喷射的两滴胶点没有出现融合,但如果采用点胶针筒对芯片进行底部填充,则很可能产生融合。根据经验,jetting喷嘴所喷射的一串胶点,其中心到需要进行底部填充的芯片边缘最小间距可达1.125mm。对于针筒点胶系统,即使采用最小尺寸针筒(30gauge),针筒中心与芯片边缘最小也应保持0.35mm的距离。 在对倒装芯片或bga器件进行底部填充时,另一项需要考虑的是线终止问题。当采用针筒时,针筒到达线末端后暂停,然后反向回溯运动以避免拉线,即在线末端以外出现冗余点胶。jetting技术采用喷射独立胶点的方式构成胶线,因此避免了这个问题。在线末端,喷嘴只要停止喷射即可,而无需反向运动。 jetting技术中,喷嘴对距离电路板的高度不敏感,因此较之针筒点胶,其生产效率可提高至少20%。生产率提高的主要原因在于,jetting技术无需对喷嘴高度进行实时监控,同时,由于jetting喷嘴的定位并不像针筒点胶那样要求精确,可以更加迅速地移至目标位置。在某些应用场合,生产率的提高大大超过20%,有时可达100%,甚至更高。
工程技术人员观察到,jetting技术对于含有大量小元件陈列的电路板生产效率的提高万其显著。这主要因为,首先,喷嘴高度固定。其次,在对一列元件进行底部填充时,喷嘴可沿直线运行而无需暂停和停机。在工作中即可实现对点胶进行开关控制。jetting技术被最先应用于层叠式管芯(如图2所示)。一块相对较小的倒装芯片被放置到一块尺寸较大的引线键合型芯片上。在对倒装芯片进行底部填充时,要求避免底充胶液与引线接触。jetting技术成功地解决了这一难题,同时提高了生产效率。早期采用的针筒式点胶系统最大生产率为每小时600个元件。而当采用jet点胶系统时,生产率可提高到每小时2000个元件,增幅达到了200%以上。 点胶过程中,jetting喷嘴沿x-y轴运动,与此同时,喷嘴喷射胶点的速率也可进行调整。这使得jetting技术较之针筒式点胶更灵活性,可产生多种截然不同的点胶方式。 最简单的模式在前面也已提到,即在表面贴片胶等应用中,喷嘴喷射单个胶滴。第二种模式下,在倒装芯片等底充胶应用中,喷嘴可喷射一列间隔均匀的胶点以形成直线。某些应用场合则需要更为复杂的点胶模式。如芯片黏着过程中涂敷银胶时,需要沿朝向管芯中心的方向上胶点间隔越来越小(如图3)。在另一些应用场合,需要将连续均匀的胶线间用间隙隔开,这也需要采用较为复杂的点胶模式。由于采用jetting技术,喷嘴在各线段间转换时不需要停止运动,因此大大节省了加工时间。jetting点胶系统会定期检查点胶量与程序设定值之间的差别,并采用注射过程校准(calibrated process jetting即cpj)控制系统对点胶量进行修正。 jetting技术的加工柔性保证了大尺寸管芯较之小尺寸管芯获得更高的底充胶填充率,因此进一步提升了加工效率。当采用针筒式点胶系统时,胶液流速固定,没有对电路板上不同尺寸的倒装芯片底充填充速率进行优化。而jetting喷嘴可在运行过程中调整横向速率、点胶速率和点胶模式,因此保证了针对各种元件获得优化的胶液填充速率。 jetting技术的柔性特点不仅体现在底充胶应用上。在微型可植入型医疗器件中,可采用jetting技术对引线键事型芯片进行密封处理。此前的方法是采用针筒点胶系统,针筒必须通过两条相邻的引线插入以完成密封处理,这种方法效率低,并且经常会造成引线破损。而jetting技术可在器件之上的安全距离内进行操作,避免了损坏引线,且生产效率可提高100%。


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