在(zai)(zai)(zai)電(dian)子(zi)(zi)制造業(ye)(ye)中，封(feng)裝技(ji)術是決(jue)(jue)定產品性能(neng)關(guan)鍵(jian)因素，而(er)流(liu)體點膠技(ji)術則(ze)在(zai)(zai)(zai)電(dian)子(zi)(zi)封(feng)裝過程(cheng)中起到(dao)重要(yao)(yao)作(zuo)用，在(zai)(zai)(zai)一般的工業(ye)(ye)封(feng)裝中，它被廣泛應用在(zai)(zai)(zai)各個(ge)領域，如集成電(dian)路業(ye)(ye)，微(wei)電(dian)子(zi)(zi)封(feng)裝業(ye)(ye)以及(ji)SMT/PCB裝配業(ye)(ye)等。而(er)在(zai)(zai)(zai)汽車(che)電(dian)子(zi)(zi)業(ye)(ye)、數碼電(dian)子(zi)(zi)業(ye)(ye)、LED產業(ye)(ye)、手工藝品以及(ji)通訊模塊(kuai)行(xing)業(ye)(ye)中，流(liu)體點膠技(ji)術同樣起到(dao)了至關(guan)重要(yao)(yao)的作(zuo)用。在(zai)(zai)(zai)上述應用中，轉(zhuan)移率在(zai)(zai)(zai)決(jue)(jue)定產品質量和工作(zuo)效率方(fang)面(mian)尤為重要(yao)(yao)。隨著近些年微(wei)納米(mi)制造，生命科學(xue)，微(wei)機電(dian)系(xi)統（MEMS）等工業(ye)(ye)領域的急速發展，對零部件微(wei)小化的需求越(yue)來越(yue)高，因此現在(zai)(zai)(zai)對在(zai)(zai)(zai)裝配過程(cheng)中封(feng)膠的性能(neng)有著更(geng)高的要(yao)(yao)求。

1、轉移式微量點膠的基本原理

本課題組(zu)(zu)研制(zhi)(zhi)(zhi)了一(yi)種基于移(yi)(yi)液(ye)針(zhen)轉印(yin)原理的(de)(de)微量點(dian)膠(jiao)(jiao)系(xi)統，該(gai)點(dian)膠(jiao)(jiao)系(xi)統所形(xing)成(cheng)的(de)(de)膠(jiao)(jiao)斑直徑可(ke)達到數十(shi)微米，膠(jiao)(jiao)滴體積可(ke)達飛升-皮升的(de)(de)范圍。該(gai)系(xi)統的(de)(de)結(jie)構如圖1所示。該(gai)系(xi)統由出膠(jiao)(jiao)單元(yuan)、驅動(dong)(dong)單元(yuan)和控制(zhi)(zhi)(zhi)單元(yuan)組(zu)(zu)成(cheng)。其中，出膠(jiao)(jiao)單元(yuan)為系(xi)統的(de)(de)核(he)心(xin)，其主要(yao)包含微移(yi)(yi)液(ye)針(zhen)和毛細儲膠(jiao)(jiao)管(guan)兩個關鍵(jian)元(yuan)件，移(yi)(yi)液(ye)針(zhen)通(tong)過在儲膠(jiao)(jiao)管(guan)內的(de)(de)上下往復運動(dong)(dong)，實(shi)現(xian)膠(jiao)(jiao)液(ye)向基板(ban)的(de)(de)微量轉移(yi)(yi)。驅動(dong)(dong)單元(yuan)由X/Y/Z三個方向的(de)(de)驅動(dong)(dong)電機和微升降平臺組(zu)(zu)成(cheng)，用于驅動(dong)(dong)微移(yi)(yi)液(ye)針(zhen)及點(dian)膠(jiao)(jiao)工(gong)件的(de)(de)運動(dong)(dong)。控制(zhi)(zhi)(zhi)單元(yuan)由PLC控制(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)統和LaBview開發的(de)(de)控制(zhi)(zhi)(zhi)面板(ban)組(zu)(zu)成(cheng)，實(shi)現(xian)對電機運動(dong)(dong)的(de)(de)自動(dong)(dong)控制(zhi)(zhi)(zhi)。

轉(zhuan)印式點(dian)膠(jiao)過程(cheng)分為(wei)三個階段，分別為(wei)浸(jin)漬、擠(ji)壓和拉(la)伸，如圖(tu)2所示(shi)。在(zai)(zai)(zai)浸(jin)漬階段，移(yi)(yi)液(ye)(ye)(ye)(ye)針(zhen)穿過裝(zhuang)有膠(jiao)液(ye)(ye)(ye)(ye)的(de)(de)(de)毛細(xi)管，膠(jiao)液(ye)(ye)(ye)(ye)會在(zai)(zai)(zai)附著力(li)的(de)(de)(de)作用下在(zai)(zai)(zai)移(yi)(yi)液(ye)(ye)(ye)(ye)針(zhen)尖(jian)端留有少量殘留；在(zai)(zai)(zai)擠(ji)壓階段，移(yi)(yi)液(ye)(ye)(ye)(ye)針(zhen)向下移(yi)(yi)動一段距離后，尖(jian)端上的(de)(de)(de)膠(jiao)液(ye)(ye)(ye)(ye)接觸并擠(ji)壓點(dian)膠(jiao)面(mian)(mian)(mian)，在(zai)(zai)(zai)移(yi)(yi)液(ye)(ye)(ye)(ye)針(zhen)尖(jian)端和點(dian)膠(jiao)面(mian)(mian)(mian)之(zhi)間(jian)形(xing)成(cheng)液(ye)(ye)(ye)(ye)橋(qiao)。在(zai)(zai)(zai)此階段中，部分膠(jiao)液(ye)(ye)(ye)(ye)從移(yi)(yi)液(ye)(ye)(ye)(ye)針(zhen)尖(jian)端轉(zhuan)移(yi)(yi)到點(dian)膠(jiao)面(mian)(mian)(mian)；在(zai)(zai)(zai)拉(la)伸階段，移(yi)(yi)液(ye)(ye)(ye)(ye)針(zhen)向上抬升(sheng)(sheng)，液(ye)(ye)(ye)(ye)橋(qiao)會隨著移(yi)(yi)液(ye)(ye)(ye)(ye)針(zhen)的(de)(de)(de)抬升(sheng)(sheng)而被拉(la)長(chang)，直(zhi)至斷裂。之(zhi)后，殘留的(de)(de)(de)膠(jiao)液(ye)(ye)(ye)(ye)會在(zai)(zai)(zai)自(zi)身表面(mian)(mian)(mian)張力(li)的(de)(de)(de)主導下，形(xing)成(cheng)圓潤的(de)(de)(de)膠(jiao)斑(ban)。

2、膠滴的轉移率

在尖端留有膠液的移液針接觸到點膠面之后以一定速度抬升，直至液橋斷裂并形成膠斑。在點膠面形成的膠斑體積與在移液針尖端的膠液體積之比即為轉移率。在大多數實際情況下，轉移式微量點膠通常使用小體積（飛升-皮升）的黏性液體，這導致系統中的Re（與流體慣性力有關的無量綱數）值很小。因此，在研究膠液轉移率時，選擇忽略慣性力，并使用毛細管數Ca（與流體黏性力以及表面張力有關的無量綱數）來表示轉移率。

無量綱數Ca與膠液(ye)的黏度(du)(du)，表(biao)面張力以及實(shi)驗(yan)所設(she)定(ding)的抬升速(su)(su)度(du)(du)有關，因此選用黏度(du)(du)分別(bie)為1 000 cps、5 000 cps、10 000 cps、50 000 cps的甲(jia)基硅油(you)以及粘度(du)(du)為10 000 cps的環氧樹脂作為實(shi)驗(yan)用膠。抬升速(su)(su)度(du)(du)分別(bie)設(she)置為0.1 mm/s、0.5 mm/s、1 mm/s、5 mm/s、10 mm/s。經過計算(suan)，毛細數Ca的范圍(wei)為0.004 2～23.364 4。

在(zai)(zai)液(ye)(ye)橋(qiao)斷裂后(hou)，轉(zhuan)移(yi)到點膠(jiao)(jiao)面(mian)上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)膠(jiao)(jiao)液(ye)(ye)在(zai)(zai)自身表(biao)面(mian)張力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用下形成(cheng)圓潤的(de)(de)(de)(de)(de)(de)膠(jiao)(jiao)斑，在(zai)(zai)理(li)想狀(zhuang)態下膠(jiao)(jiao)斑可(ke)視(shi)為球(qiu)(qiu)冠狀(zhuang)，其(qi)體(ti)(ti)(ti)積(ji)(ji)可(ke)用球(qiu)(qiu)冠狀(zhuang)公(gong)式(shi)求得。實驗主要使用的(de)(de)(de)(de)(de)(de)膠(jiao)(jiao)液(ye)(ye)為甲基(ji)(ji)硅油(you)，其(qi)表(biao)面(mian)張力(li)只有21 mN/m，低于環氧樹脂，在(zai)(zai)基(ji)(ji)板(ban)上由甲基(ji)(ji)硅油(you)形成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)膠(jiao)(jiao)斑在(zai)(zai)穩定(ding)狀(zhuang)態下與環氧樹脂的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形狀(zhuang)不(bu)同(tong)，因此不(bu)能將(jiang)其(qi)視(shi)為球(qiu)(qiu)冠狀(zhuang)，需要其(qi)他計算(suan)體(ti)(ti)(ti)積(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法(fa)。為了提(ti)高計算(suan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)準(zhun)確(que)性通(tong)過灰度(du)處理(li)、二值化等(deng)圖(tu)像處理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法(fa)提(ti)取(qu)膠(jiao)(jiao)斑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)輪(lun)廓信息(xi)，之(zhi)后(hou)通(tong)過提(ti)取(qu)到的(de)(de)(de)(de)(de)(de)坐標信息(xi)來擬合膠(jiao)(jiao)斑輪(lun)廓的(de)(de)(de)(de)(de)(de)函數，使用旋(xuan)轉(zhuan)積(ji)(ji)分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法(fa)來計算(suan)膠(jiao)(jiao)斑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)體(ti)(ti)(ti)積(ji)(ji)。之(zhi)后(hou)為了驗證計算(suan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)準(zhun)確(que)性，在(zai)(zai)其(qi)他物(wu)性條件(jian)相(xiang)同(tong)時，將(jiang)5 000 cps的(de)(de)(de)(de)(de)(de)甲基(ji)(ji)硅油(you)、3 mm/s的(de)(de)(de)(de)(de)(de)移(yi)液(ye)(ye)針抬升速度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)實驗條件(jian)下膠(jiao)(jiao)斑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鋪展過程作為研究對象。用顯微鏡錄(lu)制在(zai)(zai)液(ye)(ye)橋(qiao)斷裂后(hou)膠(jiao)(jiao)斑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鋪展情況(kuang)，以0.016 s為間隔，截(jie)取(qu)20張膠(jiao)(jiao)斑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)圖(tu)片分別用公(gong)式(shi)和積(ji)(ji)分法(fa)進(jin)行膠(jiao)(jiao)斑體(ti)(ti)(ti)積(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)計算(suan)，結果如圖(tu)3所示。

圖(tu)3膠(jiao)斑體積

計(ji)(ji)算(suan)結果表明，甲(jia)基硅油只在少數情(qing)況下的計(ji)(ji)算(suan)結果可以(yi)使用球冠(guan)狀公式計(ji)(ji)算(suan)，其余時(shi)刻計(ji)(ji)算(suan)結果極不穩定。因(yin)此，在測(ce)量甲(jia)基硅油的體積時(shi)，應采用積分法進行計(ji)(ji)算(suan)。

對(dui)(dui)(dui)(dui)不(bu)同黏度(du)以及拉伸速度(du)下(xia)的(de)(de)(de)(de)膠(jiao)液進行測(ce)量并計(ji)算轉移(yi)率(lv)，如(ru)圖4所示(shi)，在(zai)(zai)忽(hu)略慣(guan)性(xing)力的(de)(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)下(xia)，采(cai)用無量綱數(shu)Ca來表(biao)(biao)示(shi)轉移(yi)率(lv)，對(dui)(dui)(dui)(dui)于表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力相似(si)且(qie)不(bu)同黏度(du)的(de)(de)(de)(de)四種(zhong)甲基硅(gui)油的(de)(de)(de)(de)轉移(yi)率(lv)有著相似(si)的(de)(de)(de)(de)收斂(lian)情(qing)況。為了(le)進一步印證Ca對(dui)(dui)(dui)(dui)轉換率(lv)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)，引入(ru)與甲基硅(gui)油不(bu)同表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力的(de)(de)(de)(de)環氧(yang)樹脂(zhi)進行對(dui)(dui)(dui)(dui)比實(shi)驗(yan)，如(ru)圖5所示(shi)，表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力較大(da)的(de)(de)(de)(de)環氧(yang)樹脂(zhi)的(de)(de)(de)(de)轉換率(lv)會比甲基硅(gui)油小(xiao)，但整(zheng)體趨勢相差不(bu)大(da)，均(jun)會收斂(lian)到一定數(shu)值(zhi)。之(zhi)(zhi)后，為了(le)了(le)解慣(guan)性(xing)力對(dui)(dui)(dui)(dui)轉移(yi)率(lv)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)，選擇黏度(du)較小(xiao)的(de)(de)(de)(de)膠(jiao)液進行實(shi)驗(yan)，同時加大(da)移(yi)液針直(zhi)徑(jing)使其脫離微量點膠(jiao)的(de)(de)(de)(de)范圍，以提高慣(guan)性(xing)力對(dui)(dui)(dui)(dui)膠(jiao)液傳遞的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)，如(ru)圖6所示(shi)，在(zai)(zai)通過(guo)增加膠(jiao)液體積以提高慣(guan)性(xing)力影響(xiang)的(de)(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)中，膠(jiao)液轉移(yi)率(lv)的(de)(de)(de)(de)變化與之(zhi)(zhi)前有極大(da)差異。

綜上(shang)，可(ke)以得出(chu)結論，在(zai)(zai)(zai)其他條件相同時(shi)，在(zai)(zai)(zai)超微量點膠(jiao)過程中，膠(jiao)液(ye)的(de)轉(zhuan)移率主要(yao)由毛(mao)細數Ca來決(jue)定，可(ke)以忽略慣性力(li)(li)的(de)影(ying)響。在(zai)(zai)(zai)之后控制膠(jiao)液(ye)體積的(de)時(shi)候(hou)，應把重點放在(zai)(zai)(zai)膠(jiao)液(ye)的(de)黏性力(li)(li)與表面張力(li)(li)上(shang)。

3、膠滴的鋪展直徑

點膠(jiao)(jiao)結果最直(zhi)觀的(de)(de)顯示就是(shi)形成膠(jiao)(jiao)斑達到穩(wen)定(ding)狀(zhuang)態(tai)時膠(jiao)(jiao)斑的(de)(de)直(zhi)徑(jing)(jing)，因此對(dui)膠(jiao)(jiao)斑的(de)(de)直(zhi)徑(jing)(jing)進行(xing)研究。選取5種表面張力相似黏度不同的(de)(de)甲基硅油以及(ji)黏度為10 000 cps的(de)(de)環氧樹(shu)脂作為實(shi)驗(yan)用膠(jiao)(jiao)。移液針抬升(sheng)速度分別設(she)置為1 mm/s，3 mm/s，5 mm/s，7 mm/s，9 mm/s。使用的(de)(de)移液針直(zhi)徑(jing)(jing)為200μm。實(shi)驗(yan)結果如圖7所示。

圖7不同膠液(ye)的最大(da)鋪(pu)展直徑

實驗結(jie)果表明，膠(jiao)(jiao)滴(di)黏(nian)度過小或者過大時(shi)在(zai)低(di)速(su)(su)下直(zhi)徑變(bian)(bian)化率(lv)較(jiao)(jiao)低(di)，分析(xi)原因(yin)可能是在(zai)低(di)速(su)(su)下，黏(nian)度較(jiao)(jiao)小的(de)(de)(de)(de)膠(jiao)(jiao)滴(di)的(de)(de)(de)(de)毛(mao)細數Ca較(jiao)(jiao)小，低(di)速(su)(su)下的(de)(de)(de)(de)膠(jiao)(jiao)液在(zai)轉移過程中(zhong)轉移率(lv)較(jiao)(jiao)大，因(yin)此直(zhi)徑的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)化不大。黏(nian)度較(jiao)(jiao)大的(de)(de)(de)(de)膠(jiao)(jiao)液在(zai)鋪展(zhan)過程中(zhong)黏(nian)性耗散的(de)(de)(de)(de)量會更(geng)大，而黏(nian)性耗散的(de)(de)(de)(de)值與拉伸速(su)(su)度有直(zhi)接關系，越高的(de)(de)(de)(de)拉伸速(su)(su)度在(zai)液橋斷裂后就會有更(geng)高的(de)(de)(de)(de)黏(nian)性耗散，因(yin)此，黏(nian)性過高的(de)(de)(de)(de)膠(jiao)(jiao)斑直(zhi)徑變(bian)(bian)化量較(jiao)(jiao)少。

4結論

超微量(liang)點膠(jiao)(jiao)過程(cheng)中，在其他物性條(tiao)件相(xiang)同(tong)時(shi)，對于表面(mian)張(zhang)力相(xiang)似(si)且不同(tong)黏度的(de)四種(zhong)甲基(ji)硅油的(de)轉移(yi)率(lv)有著(zhu)相(xiang)似(si)的(de)收(shou)(shou)斂情況，轉移(yi)率(lv)會逐漸收(shou)(shou)斂到(dao)0.5。膠(jiao)(jiao)液的(de)轉移(yi)率(lv)主要由毛細數Ca來決定，可(ke)以(yi)忽略慣性力的(de)影響。在膠(jiao)(jiao)液的(de)鋪(pu)展(zhan)階段，膠(jiao)(jiao)斑的(de)直(zhi)徑隨著(zhu)膠(jiao)(jiao)液黏度的(de)增(zeng)加(jia)而(er)減小，隨著(zhu)抬升速(su)度的(de)增(zeng)大而(er)增(zeng)大，而(er)表面(mian)張(zhang)力在鋪(pu)展(zhan)過程(cheng)中起主導作用。