流道結(jié)構(gòu)對(duì)撞針式噴射閥點(diǎn)膠性能的影響概述

彭先安　單修洋

摘 要：點(diǎn)膠是微電子封裝產(chǎn)業(yè)中一道重要的工序。點(diǎn)膠品質(zhì)的好壞直接關(guān)系到電子產(chǎn)品的可靠性、使用壽命、使用性能，而點(diǎn)膠工序的生產(chǎn)效率又關(guān)乎到整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)成本。高效、安全、可靠、穩(wěn)定的點(diǎn)膠是提升電子產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素之一。為了提升生產(chǎn)效率，非接觸式點(diǎn)膠技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它正在逐步地取代傳統(tǒng)的接觸式點(diǎn)膠技術(shù)，成為未來(lái)微電子封裝的主流技術(shù)。噴射式點(diǎn)膠是非接觸點(diǎn)膠技術(shù)的主流方式，它具有效率高、噴膠質(zhì)量較好等特點(diǎn)，但目前也存在一些問(wèn)題，尤其是在高粘度膠液的場(chǎng)合下，因此探索提高噴射式點(diǎn)膠閥噴膠性能的方式就很有意義。文章論述了閥體的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)于噴射式膠閥噴膠性能的影響。

關(guān)鍵詞：微電子封裝；噴射式點(diǎn)膠；性能影響

引言

微電子產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支撐產(chǎn)業(yè)之一，現(xiàn)代生活時(shí)時(shí)刻刻都離不開(kāi)微電子技術(shù)，一個(gè)國(guó)家的科技水平很大程度上依賴其電子工業(yè)。信息技術(shù)、高端裝備制造技術(shù)、能源工業(yè)等等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)都不能離開(kāi)發(fā)達(dá)的電子制造工業(yè)。因此，大力發(fā)展微電子制造產(chǎn)業(yè)是建設(shè)新型工業(yè)化國(guó)家的必經(jīng)之路。

微電子制造產(chǎn)業(yè)是一個(gè)龐大的產(chǎn)業(yè)，一塊集成電路芯片的制造包含了復(fù)雜的工藝，任何環(huán)節(jié)的短板都會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成很大的影響，其主要表現(xiàn)在產(chǎn)品的使用壽命、可靠性以及使用性能三個(gè)方面。

點(diǎn)膠是微電子制造行業(yè)里面一道重要的工序，它主要是將各種膠黏劑按照制造的規(guī)定準(zhǔn)確地放在芯片的特定位置，它起到了保護(hù)芯片、加速散熱、固定引線等作用。如果沒(méi)有良好的點(diǎn)膠品質(zhì)，電子產(chǎn)品的質(zhì)量將會(huì)大打折扣。

傳統(tǒng)的點(diǎn)膠方式是接觸式點(diǎn)膠，這種技術(shù)在工藝執(zhí)行過(guò)程中需要將點(diǎn)膠針頭與芯片基板進(jìn)行接觸，它的缺點(diǎn)是工作效率低下，而且由于在豎直方向要進(jìn)行移動(dòng)，經(jīng)常存在空間位置發(fā)生干涉的情況。隨著產(chǎn)業(yè)升級(jí)，微電子產(chǎn)業(yè)對(duì)芯片點(diǎn)膠的要求也越來(lái)越高，噴射式點(diǎn)膠技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。但是噴射式點(diǎn)膠技術(shù)還不算特別的成熟，成本相對(duì)昂貴一些，而且當(dāng)噴射粘度較高的膠液時(shí)還存在不穩(wěn)定，因此其性能的提升還有其空間。文章主要根據(jù)流道結(jié)構(gòu)的變化來(lái)分析一下對(duì)撞針式噴射閥噴膠性能的影響。

1 噴嘴結(jié)構(gòu)對(duì)噴膠性能的影響

噴嘴是膠液噴射出來(lái)的零部件，也是膠液從儲(chǔ)膠筒運(yùn)動(dòng)到芯片上所經(jīng)歷的最后一個(gè)零件。噴嘴的直徑、長(zhǎng)度、流道結(jié)構(gòu)都對(duì)膠液的噴射效果有一定的影響。

一般而言，噴嘴的直徑越大膠液噴射量就越大，膠液也更加容易噴出。但是在很多精密的場(chǎng)合，不允許一次性噴射太多膠液；同時(shí)，噴嘴直徑越大，其底部越容易掛膠。

噴嘴的長(zhǎng)度也不宜過(guò)大，如果噴嘴的長(zhǎng)度過(guò)大，一是造成加工困難，二是增加了流體通過(guò)細(xì)小孔徑的能量損失。如果能量損失過(guò)多，對(duì)于高粘度的膠液將產(chǎn)生掛膠現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)膠液分叉。無(wú)法噴射等現(xiàn)象，嚴(yán)重地影響了噴膠的品質(zhì)。但是在噴射低粘度的液體時(shí)，也可以通過(guò)更換噴嘴管道較長(zhǎng)的噴嘴來(lái)減少濺射和出膠量。

流道結(jié)構(gòu)對(duì)于噴射性能的影響目前研究不多，但是根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)可以看出，圓滑的過(guò)度將有利于保存撞針撞擊過(guò)程中傳遞給膠液的能量，這樣會(huì)更加有利于膠液的噴射。但是這將會(huì)帶來(lái)加工上的困難，增加噴射閥的制造成本。

2 針腔間隙對(duì)噴膠性能的影響

針腔間隙指的是機(jī)械式噴射閥內(nèi)部撞針與腔體之間的間隙，這一間隙對(duì)于膠液噴射的性能也有很大的影響。通常的噴射閥兩側(cè)間隙之和在0.4mm左右。對(duì)于不同性質(zhì)的膠液，采用不同尺寸的撞針以獲得不同尺寸的針腔間隙將能夠獲得更好的噴射效果。

當(dāng)針腔間隙不斷地縮小時(shí)，根據(jù)流體的公式我們可以知道，當(dāng)撞針上下運(yùn)動(dòng)，可以看成是兩個(gè)平板做平行運(yùn)動(dòng)。而間隙越小，速度不發(fā)生變化時(shí)會(huì)獲得更高的剪切速率，這對(duì)于會(huì)有一定粘度并會(huì)具有剪切變稀效應(yīng)的流體來(lái)說(shuō)會(huì)有助于膠液的噴射。同時(shí)，小的針腔間隙能夠比較有效地阻止膠液在噴射過(guò)程中產(chǎn)生的回流現(xiàn)象，這對(duì)于膠液的噴射將起到有益的作用。

但是過(guò)小的間隙會(huì)加大撞針的受力，若噴射閥的加工精度一般，會(huì)產(chǎn)生很大的震動(dòng)，導(dǎo)致噴射閥在工作過(guò)程中穩(wěn)定性降低，進(jìn)而也會(huì)影響到點(diǎn)膠效果。同時(shí)間隙過(guò)小會(huì)加大腔體內(nèi)部的壓力，為了補(bǔ)充不斷被噴出的膠液，因此供膠壓力、開(kāi)閥壓力就都要相應(yīng)地提高，這樣也會(huì)加劇設(shè)備的損耗。

3 注膠口尺寸對(duì)噴膠性能的影響

注膠口是膠液補(bǔ)充到噴射閥腔體的地方，同時(shí)它也要向腔體傳遞供膠壓力，使得閥體內(nèi)的膠液不斷地往下補(bǔ)充，形成良好的噴射循環(huán)。注膠口的結(jié)構(gòu)主要可以從膠口尺寸大小及膠口的位置高度來(lái)設(shè)計(jì)。

由于供膠壓力是一定的，而流體也具有傳遞壓力的作用，因此擴(kuò)大噴膠口的設(shè)計(jì)尺寸，有利于提升整個(gè)噴射閥閥腔內(nèi)的正向壓力，進(jìn)而可以在一定程度上抑制膠液的回流現(xiàn)象，有利于噴射。但是對(duì)于低粘度的流體則不能選擇較大的注膠口尺寸，因?yàn)檫^(guò)高的壓力會(huì)使得在撞針向上回撤的過(guò)程中直接將膠液從噴嘴擠出。因此在噴射粘度較高的膠液時(shí)，可以考慮將閥體的注膠口曾大。

注膠口在豎直方向的位置對(duì)于膠液在閥體內(nèi)的流動(dòng)也有一定的影響。注膠口位置過(guò)高，相應(yīng)的就要提高撞針、閥腔的尺寸，因此會(huì)增加整個(gè)噴射閥的尺寸，提升制造成本；而且由于撞針的尺寸增加，受力面積增加，其不穩(wěn)定性也會(huì)隨之增加。但是注膠口較高有利于膠液形成穩(wěn)定的層流，對(duì)于穩(wěn)定膠液的流動(dòng)有好處，適當(dāng)?shù)靥岣咦⒛z口的位置能夠提升噴膠品質(zhì)。

4 腔體形狀對(duì)噴膠性能的影響

目前市場(chǎng)上幾乎所有的噴射閥內(nèi)部都是圓柱狀，這樣做主要處于加工和成本的考慮。圓柱狀的孔加工方便、成本低廉，但是由于在撞針撞擊膠液的過(guò)程中，遠(yuǎn)離撞針針頭那一端膠液的受力及運(yùn)動(dòng)情況與腔底部膠液的受力與運(yùn)動(dòng)情況大不相同，因此應(yīng)當(dāng)根據(jù)這種現(xiàn)象合理的設(shè)計(jì)腔體幾何尺寸。

目前針對(duì)這一方面的研究工作比較少，尚未看到非圓柱的噴射閥腔體。根據(jù)計(jì)算機(jī)有限元仿真的情況來(lái)看，帶有微小錐角的腔體能夠獲得更好的噴射效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前在市場(chǎng)上，時(shí)間壓力式的接觸式點(diǎn)膠占據(jù)了70%以上的市場(chǎng)份額，但是隨著電子產(chǎn)品品質(zhì)的不斷提高以及對(duì)點(diǎn)膠效率的要求，噴射式點(diǎn)膠閥將不斷地取代接觸式膠閥。而提升和完善噴射式點(diǎn)膠閥的性能就成了當(dāng)務(wù)之急。

文章針對(duì)噴射閥的具體內(nèi)部構(gòu)造對(duì)噴射閥噴膠性能的影響做了一個(gè)定性的概述，可以為相關(guān)的點(diǎn)膠閥設(shè)計(jì)制造企業(yè)提供一定的參考，也可以為相關(guān)的研究工作奠定基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：彭先安（1989-），男（漢族），湖南衡陽(yáng)人，碩士研究生，主要研究領(lǐng)域?yàn)榉庋b裝備制造。