在電子制造業(yè)中，封裝技術(shù)是決定產(chǎn)品性能關(guān)鍵因素，而流體點膠技術(shù)則在電子封裝過程中起到重要作用，在一般的工業(yè)封裝中，它被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域，如集成電路業(yè)，微電子封裝業(yè)以及SMT/PCB裝配業(yè)等。而在汽車電子業(yè)、數(shù)碼電子業(yè)、LED產(chǎn)業(yè)、手工藝品以及通訊模塊行業(yè)中，流體點膠技術(shù)同樣起到了至關(guān)重要的作用。在上述應(yīng)用中，轉(zhuǎn)移率在決定產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率方面尤為重要。隨著近些年微納米制造，生命科學(xué)，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）等工業(yè)領(lǐng)域的急速發(fā)展，對零部件微小化的需求越來越高，因此現(xiàn)在對在裝配過程中封膠的性能有著更高的要求。

1、轉(zhuǎn)移式微量點膠的基本原理

本課題組研制了一種基于移液針轉(zhuǎn)印原理的微量點膠系統(tǒng)，該點膠系統(tǒng)所形成的膠斑直徑可達(dá)到數(shù)十微米，膠滴體積可達(dá)飛升-皮升的范圍。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)由出膠單元、驅(qū)動單元和控制單元組成。其中，出膠單元為系統(tǒng)的核心，其主要包含微移液針和毛細(xì)儲膠管兩個關(guān)鍵元件，移液針通過在儲膠管內(nèi)的上下往復(fù)運動，實現(xiàn)膠液向基板的微量轉(zhuǎn)移。驅(qū)動單元由X/Y/Z三個方向的驅(qū)動電機(jī)和微升降平臺組成，用于驅(qū)動微移液針及點膠工件的運動。控制單元由PLC控制系統(tǒng)和LaBview開發(fā)的控制面板組成，實現(xiàn)對電機(jī)運動的自動控制。

轉(zhuǎn)印式點膠過程分為三個階段，分別為浸漬、擠壓和拉伸，如圖2所示。在浸漬階段，移液針穿過裝有膠液的毛細(xì)管，膠液會在附著力的作用下在移液針尖端留有少量殘留；在擠壓階段，移液針向下移動一段距離后，尖端上的膠液接觸并擠壓點膠面，在移液針尖端和點膠面之間形成液橋。在此階段中，部分膠液從移液針尖端轉(zhuǎn)移到點膠面；在拉伸階段，移液針向上抬升，液橋會隨著移液針的抬升而被拉長，直至斷裂。之后，殘留的膠液會在自身表面張力的主導(dǎo)下，形成圓潤的膠斑。

2、膠滴的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移率。在大多數(shù)實際情況下，轉(zhuǎn)移式微量點膠通常使用小體積（飛升-皮升）的黏性液體，這導(dǎo)致系統(tǒng)中的Re（與流體慣性力有關(guān)的無量綱數(shù)）值很小。因此，在研究膠液轉(zhuǎn)移率時，選擇忽略慣性力，并使用毛細(xì)管數(shù)Ca（與流體黏性力以及表面張力有關(guān)的無量綱數(shù)）來表示轉(zhuǎn)移率。

無量綱數(shù)Ca與膠液的黏度，表面張力以及實驗所設(shè)定的抬升速度有關(guān)，因此選用黏度分別為1 000 cps、5 000 cps、10 000 cps、50 000 cps的甲基硅油以及粘度為10 000 cps的環(huán)氧樹脂作為實驗用膠。抬升速度分別設(shè)置為0.1 mm/s、0.5 mm/s、1 mm/s、5 mm/s、10 mm/s。經(jīng)過計算，毛細(xì)數(shù)Ca的范圍為0.004 2～23.364 4。

在液橋斷裂后，轉(zhuǎn)移到點膠面上的膠液在自身表面張力的作用下形成圓潤的膠斑，在理想狀態(tài)下膠斑可視為球冠狀，其體積可用球冠狀公式求得。實驗主要使用的膠液為甲基硅油，其表面張力只有21 mN/m，低于環(huán)氧樹脂，在基板上由甲基硅油形成的膠斑在穩(wěn)定狀態(tài)下與環(huán)氧樹脂的形狀不同，因此不能將其視為球冠狀，需要其他計算體積的方法。為了提高計算的準(zhǔn)確性通過灰度處理、二值化等圖像處理的方法提取膠斑的輪廓信息，之后通過提取到的坐標(biāo)信息來擬合膠斑輪廓的函數(shù)，使用旋轉(zhuǎn)積分的方法來計算膠斑的體積。之后為了驗證計算的準(zhǔn)確性，在其他物性條件相同時，將5 000 cps的甲基硅油、3 mm/s的移液針抬升速度的實驗條件下膠斑的鋪展過程作為研究對象。用顯微鏡錄制在液橋斷裂后膠斑的鋪展情況，以0.016 s為間隔，截取20張膠斑的圖片分別用公式和積分法進(jìn)行膠斑體積的計算，結(jié)果如圖3所示。

圖3膠斑體積

計算結(jié)果表明，甲基硅油只在少數(shù)情況下的計算結(jié)果可以使用球冠狀公式計算，其余時刻計算結(jié)果極不穩(wěn)定。因此，在測量甲基硅油的體積時，應(yīng)采用積分法進(jìn)行計算。

對不同黏度以及拉伸速度下的膠液進(jìn)行測量并計算轉(zhuǎn)移率，如圖4所示，在忽略慣性力的條件下，采用無量綱數(shù)Ca來表示轉(zhuǎn)移率，對于表面張力相似且不同黏度的四種甲基硅油的轉(zhuǎn)移率有著相似的收斂情況。為了進(jìn)一步印證Ca對轉(zhuǎn)換率的影響，引入與甲基硅油不同表面張力的環(huán)氧樹脂進(jìn)行對比實驗，如圖5所示，表面張力較大的環(huán)氧樹脂的轉(zhuǎn)換率會比甲基硅油小，但整體趨勢相差不大，均會收斂到一定數(shù)值。之后，為了了解慣性力對轉(zhuǎn)移率的影響，選擇黏度較小的膠液進(jìn)行實驗，同時加大移液針直徑使其脫離微量點膠的范圍，以提高慣性力對膠液傳遞的影響，如圖6所示，在通過增加膠液體積以提高慣性力影響的實驗中，膠液轉(zhuǎn)移率的變化與之前有極大差異。

綜上，可以得出結(jié)論，在其他條件相同時，在超微量點膠過程中，膠液的轉(zhuǎn)移率主要由毛細(xì)數(shù)Ca來決定，可以忽略慣性力的影響。在之后控制膠液體積的時候，應(yīng)把重點放在膠液的黏性力與表面張力上。

3、膠滴的鋪展直徑

點膠結(jié)果最直觀的顯示就是形成膠斑達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時膠斑的直徑，因此對膠斑的直徑進(jìn)行研究。選取5種表面張力相似黏度不同的甲基硅油以及黏度為10 000 cps的環(huán)氧樹脂作為實驗用膠。移液針抬升速度分別設(shè)置為1 mm/s，3 mm/s，5 mm/s，7 mm/s，9 mm/s。使用的移液針直徑為200μm。實驗結(jié)果如圖7所示。

圖7不同膠液的最大鋪展直徑

實驗結(jié)果表明，膠滴黏度過小或者過大時在低速下直徑變化率較低，分析原因可能是在低速下，黏度較小的膠滴的毛細(xì)數(shù)Ca較小，低速下的膠液在轉(zhuǎn)移過程中轉(zhuǎn)移率較大，因此直徑的變化不大。黏度較大的膠液在鋪展過程中黏性耗散的量會更大，而黏性耗散的值與拉伸速度有直接關(guān)系，越高的拉伸速度在液橋斷裂后就會有更高的黏性耗散，因此，黏性過高的膠斑直徑變化量較少。

4結(jié)論

超微量點膠過程中，在其他物性條件相同時，對于表面張力相似且不同黏度的四種甲基硅油的轉(zhuǎn)移率有著相似的收斂情況，轉(zhuǎn)移率會逐漸收斂到0.5。膠液的轉(zhuǎn)移率主要由毛細(xì)數(shù)Ca來決定，可以忽略慣性力的影響。在膠液的鋪展階段，膠斑的直徑隨著膠液黏度的增加而減小，隨著抬升速度的增大而增大，而表面張力在鋪展過程中起主導(dǎo)作用。