時間—壓力型點膠的影響因素探討

張健 王紅美

摘 要：近年來，隨著電子封裝和各產業的迅速發展，對粘合劑、合成樹脂的產品需求也在不斷增加，點膠技術獲得了極大的提高，其中時間-壓力型點膠技術廣泛應用于手動點膠設備和自動點膠設備。在時間-壓力型點膠過程中，最基本的要求是在整個點膠過程中保持膠體流速和點膠效果一致。但是，由于影響點膠定量精度的因素很多，主要包括壓縮空氣不穩定因素、針筒內膠體剩余量、膠體粘度流體粘度、流體溫度等因素。文章通過分析各影響因素對時間-壓力型點膠一致性的影響，提出時間-壓力型點膠系統對粘度變化和點膠一致性的補償，以實現點膠效果具有良好的一致性。

關鍵詞：表面封裝劑；時間-壓力型點膠；流體點膠；點膠技術；影響因素分析

1 概述

時間-壓力型點膠技術是一種流體點膠技術，它是靠壓縮空氣迫使針筒內的液體從針尖流出。壓縮空氣作用時間的長短直接關系到點膠量的多少。這種方式的材料點膠也就是所謂的“氣動”點膠技術，即指壓縮空氣隨著時間的推移或壓縮空氣作用在針筒上[1，2]。

時間-壓力型點膠技術（Air over or time pressure dispensing）既可以應用于手動點膠設備，也可以應用于自動點膠設備。在手動操作中，操作者手持點膠針筒，用腳踏開關來控制壓縮空氣作用的時間。如果需要，操作者還可以利用壓縮空氣來補償任何可能引起不穩定點膠的因素，例如針筒中剩余膠體的量、外界環境溫度的不同等。

時間-壓力型點膠技術向自動化設備的發展是必然趨勢。然而，利用緊湊型的系統補償眾多引起不穩定點膠的因素是一件非常具有挑戰性的工作。時間-壓力型點膠技術是應用最廣的點膠技術，但是現在，越來越多的自動點膠系統使用更有效的點膠方法，例如阿基米德螺線管點膠技術和活塞式點膠技術。

圖1 時間-壓力型點膠

2 各種因素對點膠一致性的影響

在一段特定的時間內，利用壓縮空氣作用在針筒內，迫使膠體沿針筒內壁流下，并流出針頭[3]。時間-壓力型自動點膠系統以高頻率循環利用壓縮空氣進行點膠，其最高頻率可達38000點/時。

在高頻率的循環點膠中，影響點膠一致性的主要因素是時間、壓力、膠體的粘度和針筒內膠體的剩余量[4-5]。時間-壓力型自動點膠設備對壓縮空氣及其作用時間的控制有非常好的效果。然而，該種設備對其他因素（比如膠體粘度和針筒的水平位置）的控制卻十分困難。時間-壓力型自動點膠設備通過測量膠點直徑的可視系統，可連續監控和評價點膠一致性。當可視監視系統發現膠點直徑變化時，它可以延長點膠時間，或者可以警告操作者注意。但是可視監視系統是一個通過監視膠點直徑穩定點膠因素的嘗試，它不能確定引起點膠不一致的原因。

2.1 壓縮空氣不穩定因素

空氣是一種由高速運動的微小顆粒組成的氣體，它們相互之間以及和容器壁之間會發生碰撞。氣體所施加的壓力是由于移動粒子和容器壁碰撞而產生的沖擊力積累而成的。壓力的大小是可以衡量微粒數量和它所攜帶的能量的多少的。當壓縮空氣反復壓縮膠體擠出針頭時，產生的壓力波動不斷地刺激針筒內的氣體微粒，從而使其產生熱量。這種熱量是由于空氣壓縮和解壓縮的動態摩擦作用而產生的，也可能是由于膠體內部的摩擦力而產生的。

熱量影響膠體的流變特性。隨著膠體溫度的增加，它的粘度會降低。膠體粘度的動態變化會導致膠體流動的不一致性。表面封裝劑是合成物質，易發生反應。當溫度和壓力升高時會變得不穩定。一旦觸發，將發生固化，這是一個不可逆轉的鏈式反應，將改變膠體的分子結構和它的流動性。

2.2 針筒內膠體剩余量

隨著針筒內剩余的膠體越來越少，針筒內氣體的體積越來越大。當針筒變空時，壓縮膠體上面的氣體也需要更多的時間。這些變化可以通過繪制壓縮反應曲線來觀察到，如圖2所示，它表明：當針筒是滿的和空的時候，壓縮空氣到一定壓力所需要的時間是不一樣的。由于增壓時間的不同，當針筒變空時，就會點膠量引起很大變化。圖2是在時間-壓力型點膠系統中不同的膠體剩余量對點出的膠點直徑的影響的一個例子。

圖2 針筒內的膠體剩余量對點出的膠點直徑的影響

2.3 膠體粘度對點膠一致性的影響

粘度是衡量流體流動性的量。低粘度的流體需要較小的壓縮空氣就能流動；相反地，高粘度需要較大的壓縮空氣。膠體粘度的細小改變就能極大地影響迫使相同體積的流體沿針筒內壁流動的壓力值。如果膠體粘度變化，對膠體體積的控制是十分困難的。圖3是一種典型表面封裝劑的粘度和溫度的關系圖。從圖3可以看出：其粘度與溫度呈指數變化關系，溫度越高粘度越小。

圖3 溫度對樹脂粘度的影響

3 時間-壓力型點膠系統對粘度變化的補償

空氣加熱器是時間-壓力型點膠設備穩定膠體粘度的一種方法，它是通過降低高頻時由于針筒內的氣壓脈沖所引起的溫度變化。提高環氧樹脂的溫度，高于30℃～35℃（86～95 ）的環境溫度，能最大限度地降低由于高頻脈沖引起所的溫度變化。圖4表明：在時間-壓力型點膠系統中，溫度隨針筒內氣體體積的變化而變化。請注意：從圖4可以看出：時間-壓力型點膠系統在典型的點膠溫度30℃～35℃（86 ～95 ）時，發生陡峭的傾斜。這表明：在點膠系統中，即便是一度的溫度變化也會導致膠體體積的巨大變化。體積隨著溫度的增加而增加，這將會直接降低表面封裝劑的粘度。

對于時間-壓力型點膠系統，升高環氧樹脂的溫度有兩大優點。一是：環氧樹脂粘度的變化會降低針筒的利用率，有助于穩定膠體一致性。隨著膠體粘度的稍微穩定，時間-壓力型點膠系統能通過控制壓力和時間來集中觀察剩余膠體的影響。二個是：它能降低膠體的粘度，較低粘度的膠體產生拖尾和拉絲現象比高粘度膠體要少。同時，加熱表面封裝劑也有缺點，膠體發生固化反應的臨界點比40℃要低，否則環氧樹脂一旦達到這個溫度將開始固化反應，這是不可逆轉的過程。

4 點膠一致性的補償

時間-壓力型點膠系統的制造商已經采取詳細的措施來彌補點膠技術的各種變數。其中最常用的方法是利用可視檢測系統觀察膠點的直徑，采用兩維空間的方法來描述膠體的體積[6-8]。

時間-壓力型點膠系統提供半自動的方法監測膠點直徑，在這種方法下，隨著膠點直徑的變化，針筒加壓的時間長度是可調的。任何超出范圍的膠點直徑都會導致點膠設備的停止或警告操作者進行調整。一旦按照設定的直徑點膠，時間常數或者壓縮空氣必定增加。延長時間變量是延長壓力作用在針筒上的作用時間。

如圖5所示：可以通過增加時間變量的方法來補償針筒內膠體的剩余量對點膠所產生的影響。操作時間是衡量點膠量的量，是完成一個完整的循環周期（包括X、Y和Z軸的移動時間、點膠時間）所需要的時間長短。

5 結束語

溫度變化影響表面封裝樹脂的粘度。在時間-壓力型點膠系統的操作過程中，操作溫度的微小增加就會導致點出的膠體體積明顯增加。針筒內剩余膠體的體積變化會由于壓縮額外的空氣而影響響應曲線。響應曲線的變化必須通過增加壓縮空氣或時間常數的方法來補償。增加點膠時間會影響設備的循環周期，減少設備的生產能力。

雖然時間-壓力型點膠系統容易實現自動控制，但是要控制所有必要的參數達到點膠一致性是極為困難的。在時間-壓力型點膠技術，點膠量是隨點膠時間變化的，而點膠用戶對點膠技術有新的需求，但是目前能夠滿足這些需求的只有阿基米德螺旋管點膠技術和活塞式點膠技術。

參考文獻

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