自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)在自動(dòng)環(huán)氧粘片中的應(yīng)用

作者簡(jiǎn)介：劉鳳華，（1987—），山東臨沂人，工程師，主要從事微波模塊自動(dòng)化組裝工藝研究。

0   引言

自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)是集機(jī)械、光、電、氣為一體的自動(dòng)化點(diǎn)膠設(shè)備，廣泛應(yīng)用于LCD、CCD、SMT、BGA、LED 和微組裝領(lǐng)域。目前自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)的高端產(chǎn)品主要是國(guó)外品牌，國(guó)內(nèi)品牌受限于點(diǎn)膠閥的設(shè)計(jì)制造工藝，主要應(yīng)用于一些低端制造領(lǐng)域。最早研制自動(dòng)化點(diǎn)膠機(jī)的美國(guó)諾信公司依然是該領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，Spectrum II 系列產(chǎn)品暢銷；日本武藏和德國(guó)Marco 產(chǎn)品質(zhì)量性能優(yōu)異；美國(guó)PVA 公司在自動(dòng)涂覆機(jī)領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先；瑞典Mycronic 公司在錫膏設(shè)備點(diǎn)膠上一家獨(dú)大[1]。本文主要以諾信螺旋桿式機(jī)型為例介紹自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)在復(fù)雜微波模塊組裝中的應(yīng)用。

1   點(diǎn)膠機(jī)的分類

常用自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)根據(jù)點(diǎn)膠方式和點(diǎn)膠閥的不同可按照表1 所示進(jìn)行劃分。目前自動(dòng)環(huán)氧粘片中常用的點(diǎn)膠方式是螺旋桿式。螺旋桿式優(yōu)點(diǎn)是精度較高，對(duì)各類導(dǎo)電膠都比較適用，點(diǎn)膠通用性強(qiáng)；缺點(diǎn)是需要高精度的點(diǎn)膠高度定位，點(diǎn)膠速度慢，螺旋桿組件難清洗。

2   點(diǎn)膠機(jī)的選型

在自動(dòng)環(huán)氧粘片過程中可以單獨(dú)采用點(diǎn)膠、貼片一體的自動(dòng)環(huán)氧粘片機(jī)；也可以采用在前端放置自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)，后端放置自動(dòng)環(huán)氧粘片機(jī)，點(diǎn)膠、貼片同步流水的生產(chǎn)模式。對(duì)于簡(jiǎn)單平面類產(chǎn)品建議選擇帶分軸點(diǎn)膠功能的自動(dòng)環(huán)氧粘片機(jī)，以提高效率和減少過程周轉(zhuǎn)。對(duì)于復(fù)雜腔槽類微波模塊，建議不用自動(dòng)環(huán)氧粘片機(jī)自身的點(diǎn)膠功能，而是選用自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)單獨(dú)點(diǎn)膠的模式。此種生產(chǎn)模式的優(yōu)點(diǎn)是便于監(jiān)控和及時(shí)調(diào)整點(diǎn)膠狀態(tài)，防止出現(xiàn)點(diǎn)膠不良品影響最終的產(chǎn)品粘貼。選擇點(diǎn)膠機(jī)時(shí)要進(jìn)行自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)和自動(dòng)粘片機(jī)的效率匹配，通過調(diào)整設(shè)備數(shù)量配比，實(shí)現(xiàn)設(shè)備效率的最大化利用。另外，并不是所有的自動(dòng)環(huán)氧粘片機(jī)都適合搭配自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)使用，要提前進(jìn)行選型調(diào)研。MRSI和Palomar 自動(dòng)環(huán)氧粘片機(jī)主要是點(diǎn)膠、貼片共軸；Datacon 自動(dòng)環(huán)氧粘片機(jī)一個(gè)點(diǎn)膠分軸、一個(gè)點(diǎn)膠、貼片共軸；ASM 自動(dòng)環(huán)氧粘片機(jī)則是兩個(gè)點(diǎn)膠分軸，一個(gè)貼片分軸，而且必須點(diǎn)膠、貼片一體，不能單獨(dú)拆分點(diǎn)膠、貼片功能。

3   點(diǎn)膠機(jī)的原理

3.1 點(diǎn)膠高度測(cè)量

接觸式點(diǎn)膠機(jī)對(duì)點(diǎn)膠高度的定位要求極高，點(diǎn)膠高度的測(cè)量一般選用激光位移傳感器，其相比機(jī)械測(cè)高的優(yōu)勢(shì)是速度快，缺點(diǎn)是應(yīng)對(duì)深腔窄槽產(chǎn)品時(shí)會(huì)出現(xiàn)光學(xué)遮擋問題。激光測(cè)高原理如圖1 所示。

圖1 斜射式激光位移傳感器原理

先對(duì)相機(jī)的鏡頭高度和測(cè)高器的鏡頭高度進(jìn)行校準(zhǔn)，保證相機(jī)成像清晰度高度滿足測(cè)高器的量程范圍，然后以中心點(diǎn)高度為基準(zhǔn)，位移高度h，相應(yīng)接收端的光點(diǎn)位移h?，根據(jù)相似三角形的比例關(guān)系，計(jì)算得出：

H=ah?sinθ3cosθ1b sin(θ1+θ2)-h? sin(θ1+θ2+θ3) （1）

從而計(jì)算出被測(cè)面的距離。式中θ1 為發(fā)射光與被測(cè)面法線的夾角，θ2 為反射光與被測(cè)面法線的夾角，θ3為接收光與光點(diǎn)探測(cè)器的夾角，a 為激光反射點(diǎn)與接收透鏡前主面的距離，b 為接收透鏡后主面到成像面中心點(diǎn)的距離^[2]。在實(shí)際設(shè)置測(cè)高點(diǎn)時(shí)要分清發(fā)射端和接收端的相對(duì)位置，根據(jù)激光測(cè)高器的類型靈活運(yùn)用，特別是深腔窄槽產(chǎn)品中，更應(yīng)該合理規(guī)避光學(xué)遮擋引起的測(cè)高不準(zhǔn)確的問題。

3.2 點(diǎn)膠坐標(biāo)定位

點(diǎn)膠X/Y 位置的定位是采用光學(xué)識(shí)別產(chǎn)品特征點(diǎn)，通過識(shí)別點(diǎn)的校對(duì)建立新的局部點(diǎn)膠坐標(biāo)系，原理如圖2 所示。

圖2 點(diǎn)膠定位原理

識(shí)別點(diǎn)對(duì)局部坐標(biāo)系進(jìn)行判定和修正，所以初始編程的產(chǎn)品擺放一定要水平，識(shí)別點(diǎn)也選擇最清晰無干擾的模型位置。確定X/Y 坐標(biāo)系后，再根據(jù)測(cè)量的點(diǎn)膠高度確定最終的X/Y/Z 三維坐標(biāo)系，通過光柵尺的閉環(huán)反饋控制實(shí)現(xiàn)精確點(diǎn)膠。另外，為保證點(diǎn)膠精度的穩(wěn)定性，點(diǎn)膠針頭需選擇不銹鋼材質(zhì)進(jìn)行一體加工，材質(zhì)太軟或者針管太細(xì)都不利于過程中點(diǎn)膠精度的保持。

3.3 點(diǎn)膠參數(shù)控制

點(diǎn)膠的主要影響參數(shù)如表2 所示。

各種控制參數(shù)間存在相互影響，參數(shù)設(shè)定時(shí)需綜合考慮，不能走極端。先根據(jù)膠體的特性確定合適的吸附真空和出膠速度，然后校膠確認(rèn)提前開閥時(shí)間、提前關(guān)閥距離和點(diǎn)膠完成后的保持時(shí)間，最后根據(jù)膠量需求調(diào)節(jié)氣壓壓力。使用過程中膠體總量的減少和隨時(shí)間出現(xiàn)的特性變化會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)膠效果出現(xiàn)惡化，需要及時(shí)檢查、調(diào)整各項(xiàng)點(diǎn)膠參數(shù)，保證最終點(diǎn)膠效果的穩(wěn)定性。

4   膠體性能對(duì)點(diǎn)膠的影響

除點(diǎn)膠機(jī)本身性能外，膠體的性能也同樣影響最終的點(diǎn)膠效果。因?yàn)辄c(diǎn)膠機(jī)用膠筒儲(chǔ)膠、點(diǎn)膠，膠體容易受重力影響出現(xiàn)分離現(xiàn)象，所以要求膠體應(yīng)該混合均勻，且能長(zhǎng)時(shí)間保持狀態(tài)穩(wěn)定。從指標(biāo)上看應(yīng)該是靜態(tài)黏度相對(duì)大，利于保持狀態(tài)；動(dòng)態(tài)黏度相對(duì)小，利于點(diǎn)膠；整體保持一個(gè)合理的觸變^[3]。膠狀態(tài)均勻穩(wěn)定，可以通過調(diào)節(jié)點(diǎn)膠機(jī)參數(shù)適應(yīng)黏度的波動(dòng)。如果膠的狀態(tài)不均勻穩(wěn)定，容易快速出現(xiàn)銀粉和環(huán)氧樹脂的分離、沉淀現(xiàn)象，則會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)的異常波動(dòng)，影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，膠的浪費(fèi)也會(huì)變得很嚴(yán)重。同種導(dǎo)電膠不同批次，存在的狀態(tài)、性能差異如圖3 和圖4 所示。另外，膠體最好采用真空攪拌機(jī)類設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)攪拌、脫泡，人工攪膠很難滿足點(diǎn)膠機(jī)的使用要求。

圖3 同種膠不同批次攪拌前的狀態(tài)差異

圖4 同種膠不同批次攪拌后的狀態(tài)差異

5   結(jié)束語

自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)在復(fù)雜微波模塊微組裝中的應(yīng)用較廣泛，單獨(dú)點(diǎn)膠后既可以自動(dòng)粘片也可以手工粘片，給用戶提供了多種選擇，不再拘泥于自動(dòng)環(huán)氧粘片機(jī)單一固定的工作模式。自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)的點(diǎn)膠效果也非常出色，遠(yuǎn)勝于人工涂膠和絲網(wǎng)印刷。隨著高頻化、小型化的發(fā)展趨勢(shì)，接觸式點(diǎn)膠將會(huì)越來越難以滿足市場(chǎng)需求；而非接觸噴射式點(diǎn)膠不僅克服了空間局限性，也不需要精準(zhǔn)的點(diǎn)膠高度定位，點(diǎn)膠精度、點(diǎn)膠速度、最小點(diǎn)膠直徑和點(diǎn)膠一致性等方面非常有優(yōu)勢(shì)，未來也將會(huì)占有更多的市場(chǎng)份額。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙航宇.全自動(dòng)在線點(diǎn)膠機(jī)的研制[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2018.

[2] 劉鳳華.自動(dòng)環(huán)氧粘片的常見問題與處理[J].電子工業(yè)專用設(shè)備,2020.

[3] 劉哲.現(xiàn)代電子裝聯(lián)工藝學(xué)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2016.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年8月期）