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电子产品的小型化正在推动组装生产工艺中微量点胶技术的发展
来源: 诺信EFD产品线经理作者: Claude Bergeron时间:2019-11-26 16:30:11点击:1015

电子产品的小型化正在推动组装生产工艺中微量点胶技术的发展几乎每个行业中都在不断的改进和创新,不断提高自动化设备和设备的功能性和交互操作性。随之而来的是不断寻求降低其功率要求的解决方案——使这些设备及其组件小型化。在自动化程度日益提高的世界中,无论到何处,小型化都是使这些装置和设备成为可能的关键驱动因素。由于组件的小型化,使得智能手机、数码相机、智能电视、计算机、心脏起搏器、核磁共振成像、机器人技术、车辆燃油喷射、全球定位系统以及成千上万种其他消费、商业和工业设备和工艺的实现成为可能。实际上,由于组件的小型化及其能耗的降低,使得IoT(物联网)与以太网的融合以及为使能设备而增加的数据和电源连接成为可能。

零部件的这种持续小型化给制造,尤其是电子组装带来了挑战。例如,表面贴装技术(SMT)是在从汽车到医疗设备再到航空航天等不同行业中生产这些电子设备的主要电子组装工艺。使用密集的多层电路和混合技术板来制造更小、更复杂的组件的需求,以及越来越多的表面贴装元件尺寸和类型的混合,对SMT工艺工程师提出了挑战。

电子产品

对于SMT组装而言,至关重要的是需要将极少量且精确的流体(例如粘合剂或硅胶)点涂到微小的微电子器件和其他微小部件上,以保持这些表面贴装设备在焊接之前和焊接过程中安装到位。这些胶点还可以在整个组装的过程中提供机械强度、导热率、介电强度和化学惰性等附加优势。

微量的粘合剂或硅胶必须以精确的剂量被准确地点涂到相应的位置上。胶点在SMT基板上的精确定位和数量对于该产品的组装,功能,质量,外观和竞争力至关重要。

这种微量流体定量分配技术(称为微量点胶)并非局限于SMT组装,而是跨越了如需要精确点涂油、油脂、涂料和多种流体的各种行业中的多种组装应用。微量点胶对于密封智能电视触摸屏、计算机显示器的夹层玻璃复合材料、在LED组装中点涂有机硅荧光粉、固定微型数码相机的组件、以进行生物医学测定的敏感流体的微量点胶、实验室组装材料、并为汽车轴承、变速器和发动机零件的组装提供润滑都是必不可少的。

通过开发用于自动化组装生产线或独立生产设备的专用点胶技术,微量点胶技术已发展到可以支持更高产量的组装生产需求。这种点胶技术可以在极短的时间内以每秒高达1,000个周期的速度将非常高精度的微小胶点点涂到基板上,并且具有可靠的可重复性。

不只是一个点

并且具有可靠的可重复性。量胶点以点对点的形式结合在一起,无缝融合以形成连续的线条或图案; 通过用微量点胶将胶点连接在一起,可以在基板上产生任何形状或实体; 可以堆叠多个微量胶点以形成更大的点。一个微量胶点不应被认为是独立于下一个胶点的单个点。这种情况是很少见的。在大多数应用中,将一系列微量胶点以点对点的形式结合在一起,无缝融合以形成连续的线条或图案; 通过用微量点胶将胶点连接在一起,可以在基板上产生任何形状或实体; 可以堆叠多个微量胶点以形成更大的点。

微量胶点的直径为300–400微米,大约相当于5-6根人类头发的厚度。在这些参数内,实际应用中通常需要许多不同大小点的直径,以适应填充基板的不同大小的组件。较大的零件(例如SMT组件上的零件)可能需要在单个位置点涂多个点。在满足要求的情况下,更先进的微量点胶技术可以提供极为严格的点胶公差,其公差在微点尺寸,高度和形状目标规格的1%之内。

评估微量点胶参数

评估微量点胶技术时,了解它们的工作方式以及其最强和最弱的特性,对于确定是否将新技术应用于生产环境至关重要。关键是选择一种微量点胶的方法,使其最接近指定生产工艺的要求。

基本上,在实际评估微量点胶方法之前,需要确认几个关键信息。它们是:a)基材;b)流体属性;c)微量点胶的要求。

基材

基材的物理特性(将要微量点涂流体的材料)会极大地影响微量点胶技术的选择。胶点的循环时间和生产率在一定程度上受基材表面形状的影响。

将流体点涂到难以接触的区域,不平坦或不规则形状的表面或易碎的基材上是需要仔细评估的关键因素,因为它们会严重影响组件的生产。这些将直接影响微量点胶系统的Z轴移动,从而影响其在不平坦表面上移动并在正确位置上点涂正确体积流体的能力。

随着小型化趋势的发展,基材变得越来越拥挤且不平坦。硅晶片和薄膜电子设备中使用的基板以及印刷电路板(PCB)组件就是这种情况。

流体属性

可以微量点涂的各种流体和流体粘度涵盖了相当大的范围,包括环氧树脂、粘合剂、硅胶、油脂、油、助焊剂、涂料、焊锡膏、弱酸、酯和弱碱。来自不同供应商的流体配方很多,每种配方都是针对不同的应用技术专门配制的。

首先,也是最重要的是,要点涂的流体必须易于流过点胶头。粘度是流体的流动阻力,并且是用于确定流体是否可点涂的主要流变特性之一。

其次,一旦流体到达基材,它必须具有重组和恢复的能力,以防止其扩散和污染基材上的其他成分。允许材料恢复其原始粘度的能力是流体触变性的一部分,触变性是指流体在受到应力时变得越来越稀的特性。了解要点涂流体的触变性是成功进行微量点胶的关键因素。

进行微量点胶时必须考虑流体流变学的其他特性,包括其密度和重量、是否具有磨料填充物、以及是否可安全点涂或可燃。流体属性也可以通过点胶工艺来改变。点胶设备中的加热功能;还有流体压力和划线速度都会改变流体的粘度。流体的储存方式也影响流变性。是否冷藏保存?如何加热?流体的特性会随着温度的变化以及到期时间而变化。

区分不同的流体并根据不同的应用要求来确定最佳点胶参数是实现成功的微量点胶工艺的重要因素。

微量点胶的要求

微量点胶的要求随生产环境的不同而变化,需要评估许多因素。例如:微量点胶是否用于制造/组装工艺?如果是这样,它将在工业环境中使用,还是在洁净室中使用?是在量产过程中使用该系统,还是生产原型机?这些工艺是半自动化还是全自动? 操作人员的技能如何?然后,需要评估更具体的工艺问题。其中包括确定:a)每小时计划生产的零件;b)生产周期时间;c)将零件送入或放到点胶位置的速度;d)是否将点胶设备安装在机器人上,还是固定在其下方移动的位置。确定这些要求将有助于为该应用选择最佳的微量点胶系统。

喷射式与接触式微量点胶

目前市场上有两种基本的微量点胶技术:传统的基于针头的接触式点胶和非接触式喷射点胶。尽管传统的接触式点胶仍是使用中的主要技术,但速度方面的明显缺点阻碍了它的发展,尤其是在不规则基材上点胶时。最佳方法最终取决于手头的材料和应用,但对于许多自动点胶工艺而言,高速喷射技术是接触式点胶技术最普遍和最创新的替代方法。

接触式点胶

在接触式点胶工艺中,液滴在喷嘴的出口处形成,并在液滴仍位于喷嘴上的情况下通过接触而点涂在基材上。接触式点胶经常依赖于时间压力方法来点涂组装流体。点涂的流体量在很大程度上取决于胶阀开启的时间以及施加在储液罐上的气压大小。例如,如果车间气压波动,各个胶点的出胶量可能会不同。

接触式点胶也可以计量式方法来点涂组装流体,这种方式点涂的流体量可以保持恒定。但是,当流体被回吸到点胶针头并在下一次点出时,重复性可能会出现问题。

接触式点胶的优势:a)几乎可以点涂所有类型的流体;b)设置和编程容易且时间较短;c)胶点溅出基材的风险较低。

接触式点胶的劣势,例如:a)由于Z轴移动而导致的点胶速度缓慢,通常每分钟最多约300个胶点b)必须接触基材以点涂流体;c)基材部分可能被损坏;d)点涂的流体并不总是精确地在预期的位置;e)胶点大小难以复制; f)残留材料会粘附在针头上,从而影响可重复性。

喷射式点胶

高速喷射是非接触式的,喷射阀永远不会接触产品或基材表面。因此,它提供了更高的灵活性,并且可以用于更广泛的应用中,否则将需要具有高度感应和定位功能的Z轴系统。这些特性使其在点胶速度和敏捷性,胶点性能和质量,维护,产量和运营成本方面具有优势。

压电技术使高速喷射成为可能,这使这种类型的喷射阀能够以高达1,000Hz的速度喷射流体。这种可配置为多种用途的模块化压电喷射阀结合了高速喷射、压电技术和令人难以置信的应用灵活性的优点。这使它们成为传统点胶阀的强大替代产品,而传统点胶阀通常仅限于单一应用能力。

结合了压电技术的高速喷射阀可以实现非常快速的开启和关闭循环,将流体弹出或“喷射”到基材上。当对某些材料施加压力发生形变时,例如特殊的钛酸铅锆(PZT)陶瓷堆叠,就会与其交错相连的电极上产生电压。相反,当电压施加到PZT时,它会改变其形状。对于压电喷射阀,电压将被施加到胶阀内部的压电驱动器上。施加的电压会导致陶瓷长度发生较大变化,从而使驱动器可以用于纳米级的快速、大力、实时位置控制。

喷射的优势包括:a)高度精确、可重复的胶点,与零件的形状或公差无关;b)以每秒高达1,000胶点的连续速度喷射;c)从任意方向喷射,包括水平和倒置;d)达到精确的胶点公差,低至+/-1%;e)消除了基材损坏,因为点胶时不与基材表面接触;f)镭射光栅可以对喷射出的胶点进行计数,增加了接触式点胶无法实现的工艺验证和品控水平;g)消除了点胶针头的损坏,因为它不与基材表面接触;h)喷射阀会产生针头点胶无法实现的图案。

喷射点胶的劣势包括:a)与针头接触式点胶相比,胶点更大,喷射胶点的直径为0.3毫米,而接触式胶点直径可小至0.05毫米;b)某些流体是不能喷射的,例如某些颗粒填充和高磨蚀性流体;c)发生滴漏或飞溅的可能性大于接触式点胶,需要时间来调整点胶参数;d)由于更复杂的编程要求,可能需要对操作员进行额外的培训。

对于微电子产品和其他微小零件的制造商来说,越来越多点胶工艺中要求微量而精确的胶点。喷射微量点胶技术能够满足这些要求,胶点可以非常准确且非常小,与接触式点胶相比,具有更高的可重复性和一致性。

专业支持

由于太多因素会影响微量点胶工艺,因此咨询有经验的、对不同点胶应用中影响因素的具体要求和优先级别非常了解的流体应用专家非常重要。

在项目早期向应用专家进行咨询,能够确保使用正确的微量点胶设备,实施最佳工艺。 这将有助于提高生产速度,实现产量需求,并改善工艺控制,同时减少返工、废品和流体浪费。

关于诺信EFD

诺信EFD为桌面式组装工艺和自动组装线设计并制造精密流体点胶系统。EFD点胶系统帮助制造商每次都能够将同等量的粘合剂、润滑剂或其他组装流体涂敷到每一个部件上,从而帮助众多产业的公司增加产量、提高质量以及降低生产成本。其他产品包括用于包装单组份和双组份材料的针筒和卡式胶筒,以及用于在医疗、生物制药和工业环境下控制流体流量的各种接头、耦合器和连接器。也是一家电子行业点胶和印刷应用领域特种焊锡膏的领先配方公司。

关于诺信公司

诺信公司提供精密技术解决方案,可帮助客户提高产量、生产率和正常运行时间,启用新产品和功能,并减少材料用量。该公司设计、制造和销售用于点涂胶粘剂、涂料、密封剂、生物材料和其他材料、流体管理、测试和检查以及UV固化和表面等离子处理的差异化产品和系统,所有这些都得到了应用专业知识和直接全球销售与支持服务。诺信服务于各种消费类非耐用、耐用和技术终端市场,包括包装、无纺布、电子产品、医疗、电器、能源、运输、房屋与建筑以及一般产品组装和涂布。公司成立于1954年,总部位于俄亥俄州韦斯特莱克,在40多个国家/地区设有运营和支持办事处。EM

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