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技术文章--点胶机


SMT点胶

点胶工艺,意为把粘合剂传送到PCB阻焊的一个适当位置,使之能牢固粘接接下来放置在其上的元件,直至PCB完成波峰焊接。某些情况下,此工艺也可在二次双面回流焊中粘接较重元件。

影响点胶质量因素

把粘合剂点涂到PCB上,要考虑许多因素。下列表格中列举了这些重要因素
 
设备 方法 材料 环境 操作员
- 点胶装置
- X,Y,Z轴龙门架
- 喷头类型
- 喷嘴类型
- 喷嘴温控
- PCB处理方式及PCB支架
- 视觉系统
- 点胶可重复性


- 点胶参数
- 压力
- 时间
- 投射
- 螺旋旋转
- 滴数
- 粘合剂
- 粘性
- 触变性
- PCB
- PCB平整度
- 阻焊
- 平整度/完成
- 焊垫
- 平整度/完成
- 阻焊高度
- 生产区
- 灰尘&污垢
- 空气循环
- 空气湿度
- 温度
- 静电
- 培训
- 知识
- 认知
- 权威
- 安全

五组数据列出的因素重要程度不同,但都影响着最终结果,因此,要实现高品质的点胶,应当把这些方面都考虑在内。

点胶设备

粘性点胶设备主要分为2组:在线式和离线式。选择在线或离线系统取决于手头任务。如果此工艺很少使用,或仅在小规模生产中使用,选用离线点胶装置就比较适合。反正,如果是大规模生产,所需生产周期较短,显然在线系统比较适用。



无论在线还是离线系统,都会用到3种点胶方法。这3种方法
分别为时间/压力法,螺旋泵法和活塞泵法。3种方法都有相同之处,即点胶头在X,Y和Z轴龙门架移动时,允许点胶头在固定的PCB上方移动,并把粘合剂以小点的方式打到PCB上。使用多龙门点胶机,可以实现高速点胶,从而克服瓶颈问题。这些机器速度高达每小时120.000点以上,且机器占地面积相对较小。为了适应不同胶点的直径和高度,每个龙门应配备2 – 4个点胶头。

为确保粘合点生产质量,PCB支架必须保证PCB处于锁定位置并和X,Y轴保持绝对平行。PCB支架必须能适应生产灵活性和快速换线。

现代点胶装置具备多种选项,如电脑控制,自动传送带宽度调整,粘合剂温度控制,自动针头校准(X,Y,Z),等。对于真正的高产量生产线来说,应使用另一种点胶法;Pin脚传送法(本文不作介绍)。

点胶法

点胶系统必须将不同容器中的粘合剂,按照精确统一的形状和高度,以点的形式打到PCB阻焊表面。该粘合剂必须有极强的吸附力,(有时被称为“湿强度”)才能固定元件,直至固化。固化的粘合剂必须保证SMD元件在适当位置,直至完成波峰或回流焊接(二次双面回流焊工艺)。

粘合剂沉积物及形状由不同因素决定,如粘接剂粘性,粘接剂供给压力,点胶时间(时间/压力系统),螺旋旋转(螺旋旋转系统),活塞冲程数量(活塞系统),点胶速度和喷嘴投射距离。


    时间/压力          螺杆泵            活塞泵

SMT粘性点胶工艺有一些限制因素。小于0603(1608)的贴片元件不能贴装在SMT粘合剂上,否则会由于跑料致使失败风险相当高。另一个限制因素是点胶粘合点需要足够高才能粘住元件,因此也需要较高的机体投射。当然,这取决于喷嘴直径和喷嘴投射脚的高度。为了达到满意效果,需考虑几个重要参数。每种系统参数详解如下。

时间/压力系统

时间/压力是最古老也是最常用的SMT粘性点胶系统。然而,它也是所描述的3种系统中最灵敏的系统。

时间&压力

在时间/压力系统中,相对较高的气压在一段控制的时间内(毫秒),作用于粘合剂罐顶部,并把所需剂量的粘合剂传送到PCB上。所选点胶时间,喷嘴内径和投射距离,决定了胶点的大小。

喷嘴尺寸

一些点胶装置其龙门上有2 – 4个点胶头。每个点胶头都配有不同的喷嘴直径和投射距离,以确保机器能点涂各种尺寸的粘合点。例如:一个内径较小,投射距离较短的喷嘴无法在大型PLCC封装上点涂粘合点。喷嘴尺寸应根据手头任务进行选择。通常来说,最小点的直径是喷嘴内径的两倍。点的最大直径由喷嘴内径和投射脚的高度共同决定。

投射

弯曲或扭曲的PCB可能会影响较大的点尺寸,进而元件吸附力的强度也会受到影响。推荐对投射脚进行周期性高度测量,因为这也是控制点胶工艺的一部分。投射脚不断与PCB表面摩擦,最终会造成磨损,从而导致胶点的高度,体积,拖尾等发生变化。喷嘴上的投射角度也是一个重要问题。有些系统有其固定的投射角度,因此无论系统有多灵活,都能给出一定的限制。而有些系统可以让用户选择不同的投射角度,以提高速度和性能。操作员在更换或清洗喷嘴过程中,必须认识到这一点。

温控

粘合剂的粘度最为重要。为了降低粘合点的体积和形状偏差,必须使用粘合剂温度控制系统。需为选定的粘接剂优化温度设置,但所设温度至少应比周围温度高出几度。

螺旋泵系统


螺旋系统也被称为旋转泵或阿基米德泵。

螺旋旋转

源源不断的低压作用于料盒顶部,把里面的粘合剂推到螺旋腔顶部。转动螺旋钻,粘合剂就会向下移动并通过喷嘴排出。SMT点胶量取决于螺旋钻旋转次数(程度),粘合剂触变性及环境温度。

喷嘴尺寸

时间/压力系统需要在龙门上配备多种尺寸的喷嘴,才能使机器点涂出不同大小的胶点。为任务选择喷嘴尺寸的原则同上。

投射

在时间/压力系统中,利用机械喷嘴投射脚可以克服PCB弯曲及扭曲问题。投射高度应取决于喷嘴内径,介于0.15和0.3mm之间。如果使用机械喷嘴投射脚就可以避免此问题。利用投射脚也可确保胶点高度统一。

温控

对于其他两种点胶系统而言,粘合剂的粘度和流动特性最为重要。需为选定的粘合剂优化温度设置,但所设温度至少应比周围温度高出几度。

活塞泵系统

活塞泵系统或正排量泵是3种类型点胶机中最新的一种。此系统优势在于其重要工艺参数数量有限。变化通常是+ / - 1的体积百分率。此类型的系统,拖尾现象并不常见。 但如果粘合剂粘度不适当,也会出现这种情况。

滴数

其中一个系统功能如下:当活塞被电磁阀提起,就会有源源不断的低压作用到料盒顶部,进而粘合剂会填充整个活塞腔。当把弹簧承载的活塞释放,一滴液滴会由于压力从喷嘴排出,并打到下面的PCB上。活塞泵的设计有很多种,但它们每次都只会排出一滴细小的粘合剂液滴。大量的粘合剂是通过无数液滴堆积而成。这意味着,该工艺极易控制。

喷嘴尺寸

使用此系统,只需一种直径的喷嘴。如上文所述,较大的粘合剂液滴是通过无数小液滴堆积而成。

投射

对于大多数活塞泵系统而言,粘合剂的点涂是一种非接触式工艺,支持一些已在其位的元件。有些装置,包括PCB高度测量装置,用来确保喷嘴高度统一,可调范围为4至6mm。

温控

使粘合剂保持均匀的粘度对活塞泵系统来说至关重要。需为选定的粘合剂优化温度设置,但所设温度至少应比周围温度高出几度。


材料


粘合剂


粘合剂基本功能是保证元件在PCB上,直到该元件完成波峰或回流(底部)焊接。选择SMT粘合剂应考虑的主要因素是:点胶方法,点胶速度,工作环境,粘合剂贮存期及固化过程。

PCBs

PCB平整度影响着点胶质量。如果PCB弯曲或扭曲,胶点尺寸也会发生变化,从而元件吸附力度也会发生变化。必须保持PCB洁净,且无指纹污染,否则可能会导致吸附性变差,最终造成元件在进行波峰焊接时从PCB上脱落。此外,当为每种元件选择胶点尺寸和投射脚高度时,与焊料掩膜有关的焊垫高度也是要考虑的一个重要因素。事实上,当PCB表面不平整时,会出现最常见的问题。

环境


PCB接触到来自空气的灰尘和污垢会导致粘合剂吸附力下降,最终导致PCB元件缺失。使用的粘合剂类型,生产区气流,温度,湿度和光照影响着粘合剂吸附力度。查看粘合剂供应商提供的所需温度窗口数据。在某些情况下,静电也会产生问题。这种情况发生在喷嘴充电时。粘合剂吸附在喷嘴上会造成大量拖尾现象。为了解决这个问题,可以在点胶装置上放一台离子吹风机 。由于粘合剂通常是环氧树脂,操作时须格外小心。使用手套可以避免皮肤接触,尤其是在点胶结束后的清洗过程。时间/压力系统最易清洗,因为其只有几个部件组成。

操作员

点胶是一项非常敏感细致的工艺。因此,操作员必须训练有素且经验丰富。操作员应能预见问题并及时做出调整,以确保良好的点胶质量。例如:应频繁控制胶点位置,形状和体积。


SMT点胶故障清单


元件缺失


波峰或回流(底部)焊接后元件缺失,一般是由于胶点不足,缺失或偏离造成的。粘合剂缺失可能由于喷嘴堵塞或部分堵塞,投射脚损坏或过高,料盒进气等因素造成。阻焊表面受污,会导致掩模粘性变差。掩模通常看起来油腻或非常有光泽。此问题典型现象是粘合剂通常吸附在被移除的元件上,而不是PCB掩模上。另外,不良的固化过程也可能导致焊接完成后元件丢失。

接头松开

接头松开通常由于胶点偏离或拖尾造成。如果粘合剂全部或部分点涂在焊盘上并被贴装的元件挤压出去,波峰焊过程就无法进行。粘合剂点涂在焊盘上可能是机器精度问题或设置出错,使PCB表面上留有太多粘合剂。粘合剂拖尾由几个因素造成; 粘合剂触变性差,PCB表面状况不良,机器参数设置错误,静电或喷嘴不合适。在时间/压力和螺旋系统中,相对喷嘴内径及投射高度来说,如果粘合剂量太大,将导致拖尾及胶点体积大面积变化。由于表面张力过大,粘合剂吸附在喷嘴尖端,当进行缩回时会造成拖尾现象。


更多点胶方面的技术和应用问题可与陆先生探讨:
陆先生 1381630205
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