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技術(shù)文章--評估SMT粘合劑的關(guān)鍵參數(shù)
評估SMT粘合劑的關(guān)鍵參數(shù)
SMT工藝中往往忽略粘合劑的運用。多數(shù)情況下，粘合劑的運用仍被作為一項粘接元件的臨時工藝，直至焊點形成。當(dāng)洛克希德宣稱粘合劑點膠是提高工藝質(zhì)量的關(guān)鍵因素時，其評估方法和關(guān)鍵參數(shù)大多沒有正式記錄，并很少為人理解。通過評估粘合劑的測試方法，并在工程原理的基礎(chǔ)上編訂了相關(guān)選集,研究SMT環(huán)氧樹脂性能的三大類：點膠能力，機械強度和環(huán)境穩(wěn)健性。這些研究結(jié)果大大提高了點膠工藝的整體產(chǎn)量和穩(wěn)定性。
點膠能力
點膠能力
行業(yè)內(nèi)部使用的元件趨于小型化，如規(guī)格為0805，0603的元件。IPC Class3要求粘合劑材料不能與焊盤接觸。為了使0805或更小的的貼片元件也能達到此要求，應(yīng)嚴格控制膠點直徑，使之達到適當(dāng)尺寸。洛克希德采用活塞正排量泵技術(shù)作為粘合劑點膠的基礎(chǔ)。圖#2顯示了該泵的操作概念，圖#1顯示4個泵實際的揚程配置。
研磨細度
研磨細度
粘合劑系統(tǒng)中的填充劑是以粒子形式存在，粒子能明顯影響材料的流動能力。如果填充劑相對于噴嘴的內(nèi)徑較大，（一般至少應(yīng)保持1:7的比例），那么材料更易結(jié)塊而不是產(chǎn)生均勻且結(jié)構(gòu)單一的膠體。粒子尺寸可使用研磨細度塊檢測。這是在材料工業(yè)中常用的方法，參考ASTMD1210。圖＃3清楚地表明粒子大小和噴嘴口徑之間的關(guān)系。
膠點直徑變化
膠點直徑變化
把每種受試的環(huán)氧樹脂點涂到測試板上，泵的參數(shù)調(diào)整好后，從每種環(huán)氧樹脂中提取14，18和30密耳的標準膠點。每種尺寸的膠點都選擇50滴進行測量，測量工具為帶視覺系統(tǒng)的三次元測量儀器；；測量膠點直徑的平均值，標準偏差和Cpk值。圖＃2顯示其測量結(jié)果。結(jié)果表明，與目標尺寸相近的環(huán)氧樹脂性能表現(xiàn)*，且它們相對于目標直徑變化較小。
形狀計分 - 速度測試
形狀計分 - 速度測試
調(diào)整每個泵使之達到*性能，提取四種標準的膠點直徑（即14密耳到50密耳），依次點涂提取的5000個膠點。通過目測檢查，記錄這些膠點所出現(xiàn)的異常情況，如擴散，滑塌，滲出，拖尾等。通過膠點大小和環(huán)氧樹脂類型，計算這些偏差，并把它們定義為“百分比缺陷”。整體而言，缺陷率越低當(dāng)然越理想。
機械粘著
潛在因素：濕強度和固化強度
機械粘著
潛在因素：濕強度和固化強度
SMT粘合劑基本功能是機械地粘著PWB上的部件，直至完成焊接過程。粘合劑需在生產(chǎn)環(huán)境下保持固有的穩(wěn)定性，例如，點膠和貼裝之間或植入和固化之間出現(xiàn)稍微延遲（這些情況在工藝過程中不可避免），環(huán)氧樹脂不應(yīng)失去粘性。當(dāng)暴露在液體助焊劑，預(yù)熱溫度及芯片層流波時，環(huán)氧樹脂也應(yīng)保持強勁的粘性。
濕強度
環(huán)境穩(wěn)健性
濕強度
對濕強度的拉力和切變進行評估;先從數(shù)量上評估，再從質(zhì)量上評估。濕強度拉力的測試方法為：在測試版上用絲網(wǎng)印刷一個直徑40密耳厚10密耳的粘合劑液滴;把接桿正交地降到未固化的粘合劑上;控制接桿移動時，使用稱重傳感器裝置記錄負荷水平。 圖＃3顯示了其結(jié)果。粘合劑濕強度拉力越大，相對于均值變化越小越理想。
濕強度切變的測試方法為：將零件放入相應(yīng)的尺寸為0603, 0805，1206及TANTD的環(huán)氧樹脂液滴上。并把這些材料放在高速射片機旋轉(zhuǎn)臺上。這項測試可以對一系列不同膠點直徑進行比較，并研究在加載切變的情況下其未固化的環(huán)氧樹脂對零件的粘著能力。
固化強度
固化強度
扭矩和搭接切變實驗用來測量SMT粘合劑在固化狀態(tài)下的承載性能。此外，我們也希望對粘合劑固化強度的曲線進行分析。三種曲線：1）100℃，停留時間為10分鐘，2）125℃，停留時間為3.5分鐘，3）150℃，停留時間為1.5分鐘。結(jié)果見圖＃4。圖＃4顯示粘合劑＃8和10隨著溫度增加，粘性增強。粘合劑扭矩越高，搭接切變越強，相對于均值變化越小越理想。
有趣的是，盡管測試了多種PWB基板的相對固化強度（即帶有LPI阻焊的多功能FR-4，不帶阻焊的多功能FR-4，不帶阻焊的四種功能FR-4），這些材料的固化強度沒有顯著差異。
環(huán)境穩(wěn)健性
正常生產(chǎn)環(huán)境下，SMT粘合劑必須保持強健的穩(wěn)定性。溫度通?？刂圃? / - 5F，濕度控制在+/ - 15％RH。根據(jù)操作指南，涂上環(huán)氧樹脂PWB一小時后才貼裝SMT零件的情況亦屬正常，例如：由于機器故障，供料器超時等原因。在此期間，環(huán)氧樹脂不應(yīng)吸收周圍水分，釋放揮發(fā)物或起皮（即部分固化）。因為所有這些因素都會阻礙環(huán)氧樹脂形成固態(tài)，高強度的機械粘合劑。
吸濕特性
吸濕特性
吸濕性是指一種材料從周圍吸收水分的傾向。發(fā)生吸濕現(xiàn)象有三種可能的類型：1）重量減輕意味著溶劑損失。 2）重量無增減通常是空隙進了空氣
（雖然空氣也會排出）。3）吸濕性，吸濕性是重量增減的主要原因。為了觀察反映曲線，在室溫（68°F），3％RH的環(huán)境下進行測試：這里顯示的是28，50，80.28％和50％RH的測試結(jié)果。圖＃5，＃6描繪的是隨著時間的推移，幾種材料在28％和50％RH環(huán)境下各自凈重增減情況。值得注意的是幾種環(huán)氧樹脂的吸濕性- 相對來說，能吸收大量的水分。當(dāng)它們同時與28％及50％RH的數(shù)據(jù)比較時，效果更明顯。
應(yīng)首先在測試中幾乎沒有重量增減的環(huán)氧樹脂。值得注意的是，當(dāng)暴露在各種環(huán)境下，一些環(huán)氧樹脂的重量會發(fā)生大幅度變化- 甚至才1小時就能發(fā)生巨大的變化。吸濕性的影響的是下一個測試的動力。 “固化表面”。
固化后表面
固化后表面
此項試驗中，把每種環(huán)氧樹脂點涂到載玻片上，膠點直徑分別為14，18和30密耳。點膠和貼裝之間相隔30分鐘；貼裝和固化之間也相隔30分鐘。環(huán)境溫度和濕度分別控制在68+/ - F及30+/ - 5％RH。固化后，用顯微鏡透過載玻片對每組環(huán)氧樹脂/點尺寸進行檢測。圖＃3表示在一個樣品中發(fā)現(xiàn)的總的空隙數(shù)。在固化過程中，大部分粘合劑吸收的水分存于空隙中。粘合劑以不同的方式固化。值得注意的是，一些固化由外至內(nèi)進行，由粘合劑表面吸收水分。有些粘合劑在100℃以上的溫度下固化，緩慢失去水分，盡管吸濕性很強，但其空隙數(shù)量很少。無空隙的材料顯然是。隨著空隙增多，風(fēng)險也會加大?？障吨苯佑绊懻掣搅驼掣街档姆植??？障对蕉啵碇竸?或焊料粘附力存在的不可靠性越大。
結(jié)論
1）在整個應(yīng)用范圍內(nèi)，應(yīng)對環(huán)氧膠點的直徑/體積進行測試。
結(jié)論
點膠是一項為大眾知之甚少的技術(shù)，通常，用戶選擇粘合劑前，沒有或很少進行測試。即使點膠設(shè)備制造商也缺乏關(guān)于材料對工藝影響的知識。SMT環(huán)氧樹脂性能測試有三大類：點膠能力，機械強度和環(huán)境穩(wěn)健性。在每種分類中，都對粘接劑評估測試及典型結(jié)果進行了描述。評估結(jié)果如
下：
1）在整個應(yīng)用范圍內(nèi)，應(yīng)對環(huán)氧膠點的直徑/體積進行測試。
2）操作前，應(yīng)選擇5000 - 10,000個膠點進行試驗來評估某種材料的特性，以便掌握材料不良的特性：如擴散，滑塌，滲出，拖尾等
3）濕強度及固化強度測試可以驗證環(huán)氧樹脂機械固定零件的能力，直至完成焊接。
4）吸濕性測試結(jié)果（即水分吸收率）與之后固化環(huán)氧膠點空隙的形成息息相關(guān)。
通過良好的工程范例和研究，可改進材料性能。今后行業(yè)所用的元件越來越小，此類測試也會變得越來越普遍。關(guān)于粘合劑的其它領(lǐng)域尚未討論：如流變，保質(zhì)期，機器壽命，萃取離子和表面絕緣電阻等。除了點膠泵技術(shù)，適當(dāng)?shù)哪z點尺寸和位置也是關(guān)鍵參數(shù)。
更多點膠方面的技術(shù)和應(yīng)用問題可與陸探討：
陸 1381630205
al@acctronics.com
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