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(diǎn)膠技術(shù)則在電子封裝過(guò)程中起到重要作用，在一般的工業(yè)封裝中，它被廣泛應用在各個(gè)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(chē)電子業(yè)、數碼電子業(yè)、LED產(chǎn)業(yè)、手工藝品以及通訊模塊行業(yè)中，流體點(diǎn)膠技術(shù)同樣起到了至關(guān)重要的作用。在上述應用中，轉移率在決定產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率方面尤為重要。隨著(zhù)近些年微納米制造，生命科學(xué)，微機電系統（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(lái)越高，因此現在對在裝配過(guò)程中封膠的性能有著(zhù)更高的要求。

1、轉移式微量點(diǎn)膠的基本原理

本課題組研制了一種基于移液針轉印原理的微量點(diǎn)膠系統，該點(diǎn)膠系統所形成的膠斑直徑可達到數十微米，膠滴體積可達飛升-皮升的范圍。該系統的結構如圖1所示。該系統由出膠單元、驅動(dòng)單元和控制單元組成。其中，出膠單元為系統的核心，其主要包含微移液針和毛細儲膠管兩個(gè)關(guān)鍵元件，移液針通過(guò)在儲膠管內的上下往復運動(dòng)，實(shí)現膠液向基板的微量轉移。驅動(dòng)單元由X/Y/Z三個(gè)方向的驅動(dòng)電機和微升降平臺組成，用于驅動(dòng)微移液針及點(diǎn)膠工件的運動(dòng)?？刂茊卧蒔LC控制系統和LaBview開(kāi)發(fā)的控制面板組成，實(shí)現對電機運動(dòng)的自動(dòng)控制。

轉印式點(diǎn)膠過(guò)程分為三個(gè)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(guò)裝有膠液的毛細管，膠液會(huì )在附著(zhù)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(dòng)一段距離后，尖端上的膠液接觸并擠壓點(diǎn)膠面，在移液針尖端和點(diǎn)膠面之間形成液橋。在此階段中，部分膠液從移液針尖端轉移到點(diǎn)膠面；在拉伸階段，移液針向上抬升，液橋會(huì )隨著(zhù)移液針的抬升而被拉長(cháng)，直至斷裂。之后，殘留的膠液會(huì )在自身表面張力的主導下，形成圓潤的膠斑。

2、膠滴的轉移率

在尖端留有膠液的移液針接觸到點(diǎn)膠面之后以一定速度抬升，直至液橋斷裂并形成膠斑。在點(diǎn)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移率。在大多數實(shí)際情況下，轉移式微量點(diǎn)膠通常使用小體積（飛升-皮升）的黏性液體，這導致系統中的Re（與流體慣性力有關(guān)的無(wú)量綱數）值很小。因此，在研究膠液轉移率時(shí)，選擇忽略慣性力，并使用毛細管數Ca（與流體黏性力以及表面張力有關(guān)的無(wú)量綱數）來(lái)表示轉移率。

無(wú)量綱數Ca與膠液的黏度，表面張力以及實(shí)驗所設定的抬升速度有關(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(shù)脂作為實(shí)驗用膠。抬升速度分別設置為0.1 mm/s、0.5 mm/s、1 mm/s、5 mm/s、10 mm/s。經(jīng)過(guò)計算，毛細數Ca的范圍為0.004 2～23.364 4。

在液橋斷裂后，轉移到點(diǎn)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(shí)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(shù)脂，在基板上由甲基硅油形成的膠斑在穩定狀態(tài)下與環(huán)氧樹(shù)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。為了提高計算的準確性通過(guò)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(guò)提取到的坐標信息來(lái)擬合膠斑輪廓的函數，使用旋轉積分的方法來(lái)計算膠斑的體積。之后為了驗證計算的準確性，在其他物性條件相同時(shí)，將5 000 cps的甲基硅油、3 mm/s的移液針抬升速度的實(shí)驗條件下膠斑的鋪展過(guò)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，結果如圖3所示。

圖3膠斑體積

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

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

綜上，可以得出結論，在其他條件相同時(shí)，在超微量點(diǎn)膠過(guò)程中，膠液的轉移率主要由毛細數Ca來(lái)決定，可以忽略慣性力的影響。在之后控制膠液體積的時(shí)候，應把重點(diǎn)放在膠液的黏性力與表面張力上。

3、膠滴的鋪展直徑

點(diǎn)膠結果最直觀(guān)的顯示就是形成膠斑達到穩定狀態(tài)時(shí)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(shù)脂作為實(shí)驗用膠。移液針抬升速度分別設置為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(shí)驗結果如圖7所示。

圖7不同膠液的最大鋪展直徑

實(shí)驗結果表明，膠滴黏度過(guò)小或者過(guò)大時(shí)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數Ca較小，低速下的膠液在轉移過(guò)程中轉移率較大，因此直徑的變化不大。黏度較大的膠液在鋪展過(guò)程中黏性耗散的量會(huì )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(huì )有更高的黏性耗散，因此，黏性過(guò)高的膠斑直徑變化量較少。

4結論

超微量點(diǎn)膠過(guò)程中，在其他物性條件相同時(shí)，對于表面張力相似且不同黏度的四種甲基硅油的轉移率有著(zhù)相似的收斂情況，轉移率會(huì )逐漸收斂到0.5。膠液的轉移率主要由毛細數Ca來(lái)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(zhù)膠液黏度的增加而減小，隨著(zhù)抬升速度的增大而增大，而表面張力在鋪展過(guò)程中起主導作用。