流道結構對撞針式噴射閥點膠性能的影響概述

彭先安　單修洋

摘 要：點膠是微電子封裝產業中一道重要的工序。點膠品質的好壞直接關系到電子產品的可靠性、使用壽命、使用性能，而點膠工序的生產效率又關乎到整個電子產業的生產成本。高效、安全、可靠、穩定的點膠是提升電子產品質量、降低生產成本的關鍵因素之一。為了提升生產效率，非接觸式點膠技術應運而生，它正在逐步地取代傳統的接觸式點膠技術，成為未來微電子封裝的主流技術。噴射式點膠是非接觸點膠技術的主流方式，它具有效率高、噴膠質量較好等特點，但目前也存在一些問題，尤其是在高粘度膠液的場合下，因此探索提高噴射式點膠閥噴膠性能的方式就很有意義。文章論述了閥體的結構參數對于噴射式膠閥噴膠性能的影響。

關鍵詞：微電子封裝；噴射式點膠；性能影響

引言

微電子產業是國民經濟的支撐產業之一，現代生活時時刻刻都離不開微電子技術，一個國家的科技水平很大程度上依賴其電子工業。信息技術、高端裝備制造技術、能源工業等等高新技術產業都不能離開發達的電子制造工業。因此，大力發展微電子制造產業是建設新型工業化國家的必經之路。

微電子制造產業是一個龐大的產業，一塊集成電路芯片的制造包含了復雜的工藝，任何環節的短板都會對產品造成很大的影響，其主要表現在產品的使用壽命、可靠性以及使用性能三個方面。

點膠是微電子制造行業里面一道重要的工序，它主要是將各種膠黏劑按照制造的規定準確地放在芯片的特定位置，它起到了保護芯片、加速散熱、固定引線等作用。如果沒有良好的點膠品質，電子產品的質量將會大打折扣。

傳統的點膠方式是接觸式點膠，這種技術在工藝執行過程中需要將點膠針頭與芯片基板進行接觸，它的缺點是工作效率低下，而且由于在豎直方向要進行移動，經常存在空間位置發生干涉的情況。隨著產業升級，微電子產業對芯片點膠的要求也越來越高，噴射式點膠技術應運而生。但是噴射式點膠技術還不算特別的成熟，成本相對昂貴一些，而且當噴射粘度較高的膠液時還存在不穩定，因此其性能的提升還有其空間。文章主要根據流道結構的變化來分析一下對撞針式噴射閥噴膠性能的影響。

1 噴嘴結構對噴膠性能的影響

噴嘴是膠液噴射出來的零部件，也是膠液從儲膠筒運動到芯片上所經歷的最后一個零件。噴嘴的直徑、長度、流道結構都對膠液的噴射效果有一定的影響。

一般而言，噴嘴的直徑越大膠液噴射量就越大，膠液也更加容易噴出。但是在很多精密的場合，不允許一次性噴射太多膠液；同時，噴嘴直徑越大，其底部越容易掛膠。

噴嘴的長度也不宜過大，如果噴嘴的長度過大，一是造成加工困難，二是增加了流體通過細小孔徑的能量損失。如果能量損失過多，對于高粘度的膠液將產生掛膠現象，甚至出現膠液分叉。無法噴射等現象，嚴重地影響了噴膠的品質。但是在噴射低粘度的液體時，也可以通過更換噴嘴管道較長的噴嘴來減少濺射和出膠量。

流道結構對于噴射性能的影響目前研究不多，但是根據流體動力學可以看出，圓滑的過度將有利于保存撞針撞擊過程中傳遞給膠液的能量，這樣會更加有利于膠液的噴射。但是這將會帶來加工上的困難，增加噴射閥的制造成本。

2 針腔間隙對噴膠性能的影響

針腔間隙指的是機械式噴射閥內部撞針與腔體之間的間隙，這一間隙對于膠液噴射的性能也有很大的影響。通常的噴射閥兩側間隙之和在0.4mm左右。對于不同性質的膠液，采用不同尺寸的撞針以獲得不同尺寸的針腔間隙將能夠獲得更好的噴射效果。

當針腔間隙不斷地縮小時，根據流體的公式我們可以知道，當撞針上下運動，可以看成是兩個平板做平行運動。而間隙越小，速度不發生變化時會獲得更高的剪切速率，這對于會有一定粘度并會具有剪切變稀效應的流體來說會有助于膠液的噴射。同時，小的針腔間隙能夠比較有效地阻止膠液在噴射過程中產生的回流現象，這對于膠液的噴射將起到有益的作用。

但是過小的間隙會加大撞針的受力，若噴射閥的加工精度一般，會產生很大的震動，導致噴射閥在工作過程中穩定性降低，進而也會影響到點膠效果。同時間隙過小會加大腔體內部的壓力，為了補充不斷被噴出的膠液，因此供膠壓力、開閥壓力就都要相應地提高，這樣也會加劇設備的損耗。

3 注膠口尺寸對噴膠性能的影響

注膠口是膠液補充到噴射閥腔體的地方，同時它也要向腔體傳遞供膠壓力，使得閥體內的膠液不斷地往下補充，形成良好的噴射循環。注膠口的結構主要可以從膠口尺寸大小及膠口的位置高度來設計。

由于供膠壓力是一定的，而流體也具有傳遞壓力的作用，因此擴大噴膠口的設計尺寸，有利于提升整個噴射閥閥腔內的正向壓力，進而可以在一定程度上抑制膠液的回流現象，有利于噴射。但是對于低粘度的流體則不能選擇較大的注膠口尺寸，因為過高的壓力會使得在撞針向上回撤的過程中直接將膠液從噴嘴擠出。因此在噴射粘度較高的膠液時，可以考慮將閥體的注膠口曾大。

注膠口在豎直方向的位置對于膠液在閥體內的流動也有一定的影響。注膠口位置過高，相應的就要提高撞針、閥腔的尺寸，因此會增加整個噴射閥的尺寸，提升制造成本；而且由于撞針的尺寸增加，受力面積增加，其不穩定性也會隨之增加。但是注膠口較高有利于膠液形成穩定的層流，對于穩定膠液的流動有好處，適當地提高注膠口的位置能夠提升噴膠品質。

4 腔體形狀對噴膠性能的影響

目前市場上幾乎所有的噴射閥內部都是圓柱狀，這樣做主要處于加工和成本的考慮。圓柱狀的孔加工方便、成本低廉，但是由于在撞針撞擊膠液的過程中，遠離撞針針頭那一端膠液的受力及運動情況與腔底部膠液的受力與運動情況大不相同，因此應當根據這種現象合理的設計腔體幾何尺寸。

目前針對這一方面的研究工作比較少，尚未看到非圓柱的噴射閥腔體。根據計算機有限元仿真的情況來看，帶有微小錐角的腔體能夠獲得更好的噴射效果。

5 結束語

目前在市場上，時間壓力式的接觸式點膠占據了70%以上的市場份額，但是隨著電子產品品質的不斷提高以及對點膠效率的要求，噴射式點膠閥將不斷地取代接觸式膠閥。而提升和完善噴射式點膠閥的性能就成了當務之急。

文章針對噴射閥的具體內部構造對噴射閥噴膠性能的影響做了一個定性的概述，可以為相關的點膠閥設計制造企業提供一定的參考，也可以為相關的研究工作奠定基礎。

參考文獻

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作者簡介：彭先安（1989-），男（漢族），湖南衡陽人，碩士研究生，主要研究領域為封裝裝備制造。