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SMT胶粘剂给料工艺
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Adhesive Dispensing Technology in SMT
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胶粘剂给料工艺指的是把胶粘剂传送到PCB焊接掩模的合适位置上来固定随后放置的元件，直到对PCB进行波峰焊为止。在某些场合，该工艺还可被用于在双面回流焊的二次工序中固定较重的元件。本文对这种工艺进行了介绍。
给料因素
当把胶粘剂配送到PCB板上时，要考虑多个因素。如表1所示。
给料设备
用于胶粘剂给料的设备可分为两大类-在线式和离线式。如果是不常用的工艺或生产的批量很小，应选用离线式给料单元。对于产量大、产品周期短的流水线，需采用在线式系统。
在线式和离线式系统均采用了三种不同的给料方法，即时间/压力法、螺旋钻泵法和活塞泵法。三种方法的相似之处是均依靠给料头在X、Y和Z轴行车（gantry）上的移动，使得给料头在静止的PCB上移动并配送胶粘剂液滴。高速给料可以通过采用多行车式给料器来实现。这些设备在占地面积相对较小的情况下能达到每小时配送120,000个胶粘剂液滴。为了得到不同直径和高度的胶粘剂液滴，每个行车上通常安装2/4个给料头。
为了形成合乎要求的胶粘剂液滴，PCB托架（support）必须把PCB锁定在固定位置，并与X和Y轴绝对平行。PCB托架必须针对灵活性和快速更换的要求来设计。
为确保所需的给料精确性和可重复性，必须配备一个采用PCB标准及闭环伺服系统的自动视觉校准系统。该系统对程序坐标数据进行校正以与PCB对齐。
当今的给料单元可以提供诸如计算机控制、自动传送带宽度调节、胶粘剂温度控制和自动引杆（needle）校准（X、Y和Z轴）等多种选择。
给料方法
给料系统必须将体积不同而形状和高度精确、均匀的胶粘剂液滴传送到PCB焊接掩模的表面。胶粘剂必须有足够的附着力，以把元件固定在合适的位置上，直至其凝固。凝固的胶粘剂随后必须把SMD元件固定在正确的位置上，直到进行波峰焊或回流焊。
胶粘剂的沉积和形状由不同的因素决定，如胶粘剂的粘度、供应压力、给料时间、螺旋钻旋转（auger rotation）、活塞冲程的数量、给料速度和喷嘴支脚的高度（nozzle
standoff height）等。
SMT胶粘剂给料工艺中有一些限制。比0603（1603）更小的片式元件放在SMT胶粘剂中很容易导致跳焊。胶粘剂将凸伸到焊接区，造成焊接困难。同样，对这种大小的元件也不大可能采用波峰焊的方法。
另一个限制是胶粘剂液滴的给料高度难以满足固定支脚较高的元件的要求。当然，这取决于喷嘴的直径和喷嘴支脚的高度。
下面将说明如何在上述三种系统中实现良好的胶粘剂给料。
时间/压力系统
该系统是最古老也是最常用的SMT胶粘剂给料系统，但也是这些系统中最为敏感的一种。
在时间/压力系统中，在一段受控时间内（ms），将一个比较高的气压加到胶粘剂盒的顶部，以把所需体积的胶粘剂传送到PCB上。必须准确调整并周期性地检查气压以保持均匀的胶粘剂液滴尺寸。所选的给料时间、喷嘴的内直径和支脚高度决定了胶粘剂液滴的大小。
胶粘剂盒或满或空会改变空气脉冲的响应时间，再加上气压的变化会引起工艺的波动并导致胶粘剂液滴尺寸的改变。
喷嘴尺寸
有些给料单元在行车上装有2～4个给料头。每个给料头都安装了不同直径和支脚高度的喷嘴以使机器能射出各种大小的胶粘剂液滴。
喷嘴大小应根据手头的工作来选择。一般来说，最小的胶粘剂液滴直径相当于喷嘴内直径的两倍。胶粘剂液滴直径的上限受制于喷嘴的内直径和支脚高度。
支脚（stand off）
PCB弯曲或扭曲会导致胶粘剂液滴的尺寸发生很大的变化，这反过来又会改变元件的附着力。采用支脚将确保胶粘剂液滴更加均匀，但同时又在一定程度上限制了胶粘剂液滴的高度。典型的支脚高度位于0.15～0.3mm之间（视不同的喷嘴内直径而定）。建议把定期测量支脚高度作为给料工艺控制的一部分。
支脚在喷嘴上的安放角度也是非常重要的。支脚不得与先前放置的胶粘剂液滴相接触。有些系统的支脚安放角度是固定的，这会对系统性能的灵活性产生某些限制。其他系统允许用户选择不同的支脚安放角度，以改善系统的速度和性能，从而使系统得以优化。而且，该角度在生产过程中不可改动。
温度控制
胶粘剂的粘度是极为重要的。为减少胶粘剂液滴的体积和形状偏差，必须采用一个胶粘剂温度控制系统。温度的设定必须根据所选的胶粘剂进行优化。但是，最低温度必须比最高环境温度高几个摄氏度。
螺旋钻泵系统
将恒定的低压加在胶粘剂盒的顶部，把胶粘剂压入螺旋钻室的顶部。螺旋钻旋转时，胶粘剂向下移动，从喷嘴射出。所配送的SMT胶粘剂数量取决于螺旋钻的旋转量（角度）、胶粘剂的触变特性以及环境温度。
喷嘴尺寸
对于时间/压力系统，行车上需要有各种尺寸的喷嘴，使得机器能配送尺寸各异的胶粘剂液滴。根据手头的工作来选择喷嘴的尺寸，这一规则是相同的。
支脚
时间/压力系统采用机械式喷嘴支脚以克服PCB弯曲或扭曲的问题。对螺旋泵系统，支脚高度也应根据喷嘴内直径的不同，处于0.15～0.3mm之间。该系统如果采用机械式喷嘴支脚可以避免这个问题。采用支脚也将确保均匀的胶粘剂液滴高度。
温度控制
对其他两种给料系统而言，胶粘剂的粘度和流动特性是最为重要的。因此需要一个喷嘴温度控制系统以减少胶粘剂液滴体积和形状的偏差。温度的设定必须根据所选的胶粘剂来优化，但是最低温度必须比最高环境温度高几个摄氏度。
活塞泵（piston pump）系统
活塞泵系统是三类给料系统中最新的一种。该系统的优越性在于那些苛刻的工艺要素不多。就传送到PCB上的胶粘剂数量而言，带有喷嘴温度控制系统的活塞泵系统是非常精确的（偏差在
1%以内）。
液滴数量
当活塞被电磁阀举起时，加到胶粘剂顶部的一个恒定的低压使得活塞室充满了胶粘剂。当弹簧活塞被释放时，一滴胶粘剂从喷嘴打出，喷射在下方的PCB上。
有多种活塞泵设计，但它们均是一次喷射一个微小的胶粘剂液滴。较大的胶粘剂液滴是通过多个液滴叠加而成的。这意味着工艺易于控制。
喷嘴尺寸
如上所述，大的胶粘剂液滴是通过把多个小液滴叠加起来进行配送的，因此该系统只需一种喷嘴直径。
支脚
对大多数活塞泵系统而言，胶粘剂配送是一种非接触工艺，使得某些元件可以预先就位。有些系统包含了一个PCB高度测量单元，用于确保均匀的喷嘴高度（4～6mm可调）。
温度控制
对于活塞泵系统来说，确保均匀的胶粘剂粘度是一个关键要素。为减少胶粘剂液滴体积和形状的偏差，需要采用温度控制系统。温度的设定必须根据所选的胶粘剂来优化，但是最低温度必须比最高环境温度高几个摄氏度。
材料
胶粘剂
胶粘剂的作用主要是把元件固定在PCB上（从元件放置直到波峰焊或回流焊为止）。选择SMT胶粘剂应考虑的主要准则是：给料方法、给料速度、工作环境、胶粘剂适用期和凝固过程。
PCB
PCB的平整度对给料质量至关重要。如果PCB弯曲或扭曲，胶粘剂液滴尺寸就会有很大的偏差，最终导致元件附着力的偏差。但是，如果采用机械式喷嘴支脚，这个问题就不那么重要了（只要PCB的表面不低于喷嘴的最大喷射高度）。PCB还必须洁净、无指印，以免胶粘剂附着力变差，从而导致在搬运或波峰焊过程中,元件从PCB板上掉落。
与焊接掩模有关的焊盘高度也是在针对每种元件类型来选择胶粘剂液滴大小和支脚高度时应考虑的因素。
环境
落在PCB上的空气尘埃会使附着力变差，并最终导致PCB上的元件丢失。根据所用胶粘剂的类型，生产区的空气过于干燥、温度过高、过湿及光照都会使胶粘剂凝固或使粘合质量下降。多数胶粘剂的粘性都会随温度发生改变，因此确保稳定的工艺温度是重要的。
在某些场合，静电会成为一个问题。比如，当喷嘴带电时，胶粘剂容易附在喷嘴上排成一长串。为解决这一问题，可在给料单元上装一个离子风机（ion
blower）。
由于胶粘剂通常是有毒性的，搬运时应尤其小心。应戴上手套以免皮肤接触，特别是在给料结束时的清理过程中。
人员
操作人员对问题的发生应具有预见性，并对工艺做出相应的调整，以确保良好的给料质量。应经常性地对胶粘剂液滴的位置、形状和体积加以控制。
(岳云) |
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