本文介绍，随着半导体元件及封装继续缩小尺寸，0.01"及更小的胶点直径要求对滴胶设备的设计采用一种“综合工程”的方法。

　　随着电子产品，如手机、寻呼机和便携式电脑等，继续不断进化，这些产品中的柔性电路与印刷电路板(PCB)越来越密集地安装越来越小的芯片与封装。在设计者寻找方法在缩小的面积上设计电路的同时，制造商面临一些特殊的挑战：在极其精密的图形上滴涂锡膏、导电性胶和底部充胶，这些应用包括超密间距的引脚元件、BGA、CSP(包括微型BGA与倒装芯片)、和直接芯片安装(DCA, direct chip attach)元件。

　　本文讨论在电子制造中与锡膏和胶的微量精密滴涂有关的技术挑战。为了在基板上装配引脚与面积排列“微型”元件的滴涂材料，“综合工程”已经成为达到滴涂精度的方法。这个产品工程概念考虑了滴涂系统主要元件的累积误差 - 泵、平台和控制软件 - 因为它们影响最终的结果。

综合工程(Integrated Engineering)

　　在为电子装配设计开发液体滴涂设备中，制造商考虑许多的参数，设定目标，这些参数包括：速度(DPH, dots per hour)、灵活性、精度与可重复性、以及产量。这些参数和其它有关的因素(台式与落地模式、平台尺寸与稳定性、自动化程度、是否有加热、传送带类型等)是根据目标价格范围和产品的应用范围决定的。

　　任何系统的心脏都是泵；因为这个原因，一个滴胶系统的性能通常是通过滴胶头的能力来衡量的。除此之外，制造商通常“嵌入”尽可能多的平台和软件技术，只要价格允许，这也是市场上竞争产品推动的结果。

　　小胶点直径与微量材料的精密滴涂要求一种不同的方法。微量滴涂所要求的精度与可重复性只有通过一个系统设计来达到，要考虑到由于平台的机械与电气特性所产生的误差累积。软件也是必要的，它控制滴胶和拱架的运作，补偿运动与速度上的偏差。

　　虽然误差累积影响安装诸如QFP和SOIC这些传统SMT元件的液体滴涂，胶点的直径和X-Y精度随着元件尺寸变得越来越小而变得更加重要。

　　可以说，没有容忍误差的余地。例如，平台的X-Y公差范围内的偏差，加上滴胶头的角度公差范围内的偏差，可以造成锡膏点不能准确地滴在目标焊盘上。

　　在设计一部直径0.10"或更小的胶点精密滴胶机器时，整个系统必须反复作工程上的考虑，设计和建造可以累积满足性能目标与规格的子系统，使用闭环反馈的软件。子系统包括泵与马达、滴胶针、丝杆、线性导轨、甚至框架本身。这就是综合工程。

材料与工艺参数

　　锡膏与胶的精密滴涂决定于各种参数，包括材料本身的成分。在电子装配中，液体滴涂机用于批量或在线的滴涂锡膏和树脂胶在基板上。胶可以是安装元件的非导电性胶，或者可以提供导温与导电性，取决于类型和胶接剂内金属颗粒的装填，以及其物理结构(薄片与球状)。

图一、针嘴的离板高度决定胶点的径高比。离表面太远的
针嘴可能造成滴出材料的塌落。太靠近表面的针嘴可造
成材料的拖尾和桥接，以及拖过下一个点的位置。

　　滴涂的材料参数在表一中列出。粘度决定于树脂胶接剂和混入树脂中的金属。诸如材料在压力下流动的能力和对于锡膏湿润引脚或锡球的能力这些特性，对沉积量和连接的品质是有影响的。其它可以分类为工艺与工具参数的变量在表二中列出，针嘴离基板的距离是达到胶点的适当径高比的必要因素(图一)。一般，对于低粘性的材料，径高比应该大约为3:1，对于高粘度的锡膏为2:1(图二)。基板上适当的距离是容易保证的，使用装备有偏移脚的滴胶针嘴(图三)。在带偏移脚的针嘴不能使用的地方，如区域填充、滴胶靠近封装壁、或元件密度高，Z轴的高精度控制是重要的。

图二、低粘性材料的径高比可高达3:1，高粘性的为2:1

图三、有高度偏移脚的针嘴保证滴胶期间适当的离板高度

优化的设计特征

　　在为微量滴胶设计滴胶机时，泵技术的工艺水平进步使得可以达到0.01"或更小的直径的胶点。可是，正如在“综合工程”中所提及的，精度与可重复性只有通过涉及整个滴胶系统的设计考虑才能保证。这里描述一个能够满足在基板上和封装内装配现有最小元件挑战的系统。

　　泵技术与滴胶针嘴。滴胶过程涉及流体材料的转移，经常通过注射器，以空气压力或机械方法。在过去，时间/压力泵在滴胶机上是主流的泵类型。这些泵还可以在今天的机器上找到，是手工滴胶常用的方法，依靠脉冲高压空气来在活塞上提供压力，将材料从注射器推出。用这种系统，材料倾向与受热，因为脉冲的空气；因此粘性发生变化 - 焊锡与助焊剂分离(或树脂胶的情况是填充料与胶接剂)可能发生，从同一管中滴出的胶量随着时间变化。

　　虽然有无数不同的泵设计，材料沉淀精度与可重复性的戏剧性提高已经通过转动螺旋泵(rotary auger pump)达到。一个直流马达驱动阿基米德螺杆在芯座内转动。低压空气维持锡膏或胶到泵的稳定流动。这个设计的优点是双重的：材料通过螺杆以精确的数量从芯座中传送，并且因为材料的温度是稳定的(没有由于脉冲空气而产生的材料受热)，粘性更一致。

　　这类泵的缺点是直流马达提供的控制水平。当要滴胶时，泵马达“升速”，在周期结束时“减速下来”。沉淀量可能一个周期不同于一个周期，因为直流马达不能精确控制螺杆的旋转。

　　一种先进的泵，微量阀，克服了传统旋转螺杆泵的局限。这个完全可编程的泵增加了无刷伺服马达和一个数码器，精确地控制螺杆的旋转。数码器提供每转57,000个计数。换句话说，螺杆转360°一周分成57,000个位置的清晰度，提供前所未有的精度。

　　例如，该微量泵通过0.003"(0.076mm)离板高度的28号针嘴滴一种密间距共晶合金(63/37)，能够达到0.01"的精确的锡膏点直径。

　　品质控制特征。泵中的螺杆与芯座是碳钢制作的，这样选择是因为当碳钢在碳钢中运行时几乎没有摩擦。另一个显著特征是“柔性安装的”注射器，设计用来减少由于滴胶头的上下运动对材料所产生的压实作用。

　　对微量滴胶同样重要的是安装在滴胶头上的针。事实上，微量滴胶的最大障碍是针的阻塞。

　　微量胶点阀使用独特的设计，高度抛光的不锈钢针，有一个分腔的针嘴。该腔减少针与材料之间分开时的表面张力。结果，锡膏或树脂胶不容易挂在针嘴上，当针从滴胶的点离开时造成拖尾和桥接。针嘴内抛光的表面在材料流过针管时产生最小的表面干涉。

　　平台与机架。在泵技术保证一个特殊胶点直径与材料体积的精确和可重复滴涂的同时，平台保证胶点在X/Y/Z方向的位置精度。一流的设计要求高精度的、不锈刚的、防背隙的滚珠丝杆和不锈钢的线性滚珠导轨。可是，还需要其它的改进来达到所希望的微量滴胶精度。著名的创新包括用MIC-6铸铝制造的拱架、数码器在具有零背隙偶合器马达上的安装、和机架特殊成分材料的使用。结果，可以衡定地得到±0.0015"(0.0381mm)的位置精度。

　　每一个创新都有其特殊的用途。铸铝的分子结构使得拱架在使用的时候不会变形。通过使用数码器和零背隙偶合器，滴胶系统将准确地知道拱架在哪里，而不是预计它将在哪里。最后，合成材料由90%石英和10%聚合物组成。由于这个理由，这种机器可以有效地减少由于滴胶头的X/Y/Z轴运动所产生的冲击与振动。

　　软件控制。软件对于精密的和可重复的性能也是必要的。在理想的系统中，滴胶机是用一个多任务软件系统实时编程和控制的，通过闭环反馈提供过程的确认。一种视窗类型的程序对于开发各种应用程序的工程师是容易的。提供材料、阀和形状库的软件、通过主机的设备间的通信、生产数据记录、使用者密码保护、和简化的用户界面是关键的。

　　轮廓绘图。微量滴涂锡膏和树脂胶的综合设计由于使用了一个轮廓绘图系统而趋于完美^**。每一台滴胶机在发货之前都校准以确保防止误差累积。另外，绘图工具包对客户也是可得到的，以保证使用的最高性能和精度。

图四、轮廓绘图大大地减少最大的X与Y的偏移，如从绘图前(上)与后(下)
的结果可以看出(a)。在轮廓绘图工序以后的原始最大X与Y的值。

　　轮廓绘图工具包有一个NIST可跟踪的玻璃板，该玻璃板在精密的X-Y栅格上蚀刻有0.5"间隔的0.05"的点、运行程序的软件和安装硬件组成。该板用玻璃制成是因为它不象金属，在室温的变化中即不膨胀也不收缩。图4a显示在绘图之前对于一个典型的应用原始的最大X与Y值；而图4b显示绘图之后的结果。

总结

　　由于越来越强调更小的元件和更紧密的安装的基板，电子装配的锡膏与导电性胶的精密滴涂正受到设备能力的严重挑战。对于滴胶机，一个精密的泵是不够的；而整个滴胶系统必须设计以接纳由于泵和平台机械以及其它因素所产生的累积误差。综合工程的的过程评估所有的制造与性能参数，这样才可以根据所有的系统变量来观察滴胶的精度与性能。

* For purposes of this article, micro dispensing is defined as dispensing of solder paste and conductive epoxies with dot diameters of 0.01" or less.
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(A 07/27/2001)