时间—压力型点胶的影响因素探讨

张健 王红美

摘 要：近年来，随着电子封装和各产业的迅速发展，对粘合剂、合成树脂的产品需求也在不断增加，点胶技术获得了极大的提高，其中时间-压力型点胶技术广泛应用于手动点胶设备和自动点胶设备。在时间-压力型点胶过程中，最基本的要求是在整个点胶过程中保持胶体流速和点胶效果一致。但是，由于影响点胶定量精度的因素很多，主要包括压缩空气不稳定因素、针筒内胶体剩余量、胶体粘度流体粘度、流体温度等因素。文章通过分析各影响因素对时间-压力型点胶一致性的影响，提出时间-压力型点胶系统对粘度变化和点胶一致性的补偿，以实现点胶效果具有良好的一致性。

关键词：表面封装剂；时间-压力型点胶；流体点胶；点胶技术；影响因素分析

1 概述

时间-压力型点胶技术是一种流体点胶技术，它是靠压缩空气迫使针筒内的液体从针尖流出。压缩空气作用时间的长短直接关系到点胶量的多少。这种方式的材料点胶也就是所谓的“气动”点胶技术，即指压缩空气随着时间的推移或压缩空气作用在针筒上[1，2]。

时间-压力型点胶技术（Air over or time pressure dispensing）既可以应用于手动点胶设备，也可以应用于自动点胶设备。在手动操作中，操作者手持点胶针筒，用脚踏开关来控制压缩空气作用的时间。如果需要，操作者还可以利用压缩空气来补偿任何可能引起不稳定点胶的因素，例如针筒中剩余胶体的量、外界环境温度的不同等。

时间-压力型点胶技术向自动化设备的发展是必然趋势。然而，利用紧凑型的系统补偿众多引起不稳定点胶的因素是一件非常具有挑战性的工作。时间-压力型点胶技术是应用最广的点胶技术，但是现在，越来越多的自动点胶系统使用更有效的点胶方法，例如阿基米德螺线管点胶技术和活塞式点胶技术。

图1 时间-压力型点胶

2 各种因素对点胶一致性的影响

在一段特定的时间内，利用压缩空气作用在针筒内，迫使胶体沿针筒内壁流下，并流出针头[3]。时间-压力型自动点胶系统以高频率循环利用压缩空气进行点胶，其最高频率可达38000点/时。

在高频率的循环点胶中，影响点胶一致性的主要因素是时间、压力、胶体的粘度和针筒内胶体的剩余量[4-5]。时间-压力型自动点胶设备对压缩空气及其作用时间的控制有非常好的效果。然而，该种设备对其他因素（比如胶体粘度和针筒的水平位置）的控制却十分困难。时间-压力型自动点胶设备通过测量胶点直径的可视系统，可连续监控和评价点胶一致性。当可视监视系统发现胶点直径变化时，它可以延长点胶时间，或者可以警告操作者注意。但是可视监视系统是一个通过监视胶点直径稳定点胶因素的尝试，它不能确定引起点胶不一致的原因。

2.1 压缩空气不稳定因素

空气是一种由高速运动的微小颗粒组成的气体，它们相互之间以及和容器壁之间会发生碰撞。气体所施加的压力是由于移动粒子和容器壁碰撞而产生的冲击力积累而成的。压力的大小是可以衡量微粒数量和它所携带的能量的多少的。当压缩空气反复压缩胶体挤出针头时，产生的压力波动不断地刺激针筒内的气体微粒，从而使其产生热量。这种热量是由于空气压缩和解压缩的动态摩擦作用而产生的，也可能是由于胶体内部的摩擦力而产生的。

热量影响胶体的流变特性。随着胶体温度的增加，它的粘度会降低。胶体粘度的动态变化会导致胶体流动的不一致性。表面封装剂是合成物質，易发生反应。当温度和压力升高时会变得不稳定。一旦触发，将发生固化，这是一个不可逆转的链式反应，将改变胶体的分子结构和它的流动性。

2.2 针筒内胶体剩余量

随着针筒内剩余的胶体越来越少，针筒内气体的体积越来越大。当针筒变空时，压缩胶体上面的气体也需要更多的时间。这些变化可以通过绘制压缩反应曲线来观察到，如图2所示，它表明：当针筒是满的和空的时候，压缩空气到一定压力所需要的时间是不一样的。由于增压时间的不同，当针筒变空时，就会点胶量引起很大变化。图2是在时间-压力型点胶系统中不同的胶体剩余量对点出的胶点直径的影响的一个例子。

图2 针筒内的胶体剩余量对点出的胶点直径的影响

2.3 胶体粘度对点胶一致性的影响

粘度是衡量流体流动性的量。低粘度的流体需要较小的压缩空气就能流动；相反地，高粘度需要较大的压缩空气。胶体粘度的细小改变就能极大地影响迫使相同体积的流体沿针筒内壁流动的压力值。如果胶体粘度变化，对胶体体积的控制是十分困难的。图3是一种典型表面封装剂的粘度和温度的关系图。从图3可以看出：其粘度与温度呈指数变化关系，温度越高粘度越小。

图3 温度对树脂粘度的影响

3 时间-压力型点胶系统对粘度变化的补偿

空气加热器是时间-压力型点胶设备稳定胶体粘度的一种方法，它是通过降低高频时由于针筒内的气压脉冲所引起的温度变化。提高环氧树脂的温度，高于30℃～35℃（86～95 ）的环境温度，能最大限度地降低由于高频脉冲引起所的温度变化。图4表明：在时间-压力型点胶系统中，温度随针筒内气体体积的变化而变化。请注意：从图4可以看出：时间-压力型点胶系统在典型的点胶温度30℃～35℃（86 ～95 ）时，发生陡峭的倾斜。这表明：在点胶系统中，即便是一度的温度变化也会导致胶体体积的巨大变化。体积随着温度的增加而增加，这将会直接降低表面封装剂的粘度。

对于时间-压力型点胶系统，升高环氧树脂的温度有两大优点。一是：环氧树脂粘度的变化会降低针筒的利用率，有助于稳定胶体一致性。随着胶体粘度的稍微稳定，时间-压力型点胶系统能通过控制压力和时间来集中观察剩余胶体的影响。二个是：它能降低胶体的粘度，较低粘度的胶体产生拖尾和拉丝现象比高粘度胶体要少。同时，加热表面封装剂也有缺点，胶体发生固化反应的临界点比40℃要低，否则环氧树脂一旦达到这个温度将开始固化反应，这是不可逆转的过程。

4 点胶一致性的补偿

时间-压力型点胶系统的制造商已经采取详细的措施来弥补点胶技术的各种变数。其中最常用的方法是利用可视检测系统观察胶点的直径，采用两维空间的方法来描述胶体的体积[6-8]。

时间-压力型点胶系统提供半自动的方法监测胶点直径，在这种方法下，随着胶点直径的变化，针筒加压的时间长度是可调的。任何超出范围的胶点直径都会导致点胶设备的停止或警告操作者进行调整。一旦按照设定的直径点胶，时间常数或者压缩空气必定增加。延长时间变量是延长压力作用在针筒上的作用时间。

如图5所示：可以通过增加时间变量的方法来补偿针筒内胶体的剩余量对点胶所产生的影响。操作时间是衡量点胶量的量，是完成一个完整的循环周期（包括X、Y和Z轴的移动时间、点胶时间）所需要的时间长短。

5 结束语

温度变化影响表面封装树脂的粘度。在时间-压力型点胶系统的操作过程中，操作温度的微小增加就会导致点出的胶体体积明显增加。针筒内剩余胶体的体积变化会由于压缩额外的空气而影响响应曲线。响应曲线的变化必须通过增加压缩空气或时间常数的方法来补偿。增加点胶时间会影响设备的循环周期，减少设备的生产能力。

虽然时间-压力型点胶系统容易实现自动控制，但是要控制所有必要的参数达到点胶一致性是极为困难的。在时间-压力型点胶技术，点胶量是随点胶时间变化的，而点胶用户对点胶技术有新的需求，但是目前能够满足这些需求的只有阿基米德螺旋管点胶技术和活塞式点胶技术。

参考文献

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[2]Hong Robin，Hongmei Wang.Intelligent Polyurethane Encapsulation System Controlled by MCU[C].In：Proceedings of the 2010 International Conference on Electrical and Control Engineering （ICECE 2010）.26-28 June 2010， Wuhan， Hubei，China.

[3]陈从平，李涵雄，丁汉.基于模型的时间-压力点胶过程控制[J].机床与液压，2007，9：173-175.

[4]沈正湘，李涵雄，丁汉，等.电子封装中的点胶过程分析和控制[J].2005，12（5）：405-408.

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