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贴片胶涂布工艺技术研究
鲜飞
(烽火通信股份，湖北武汉430074)

1 引言
在表面安装中，贴片胶用来在波峰焊期间将SMD固定到电路板焊接面上，为了避免元件在波峰焊作用下发生位移，必需使用贴片胶。当焊接完成后，贴片胶便不再起作用。
粘接到印刷线路板(Print Circuit Board，简称PCB)焊接面上常见元件类型有矩形片状电阻和电容，圆柱形晶体管即金属无引脚面结合晶体管(Metal electrode face component，简称MELF)和小外型晶体管(Small outline transistor)。这些元件常和插装(Thr ough hole technology，简称THT)器件一起进行波峰焊。
2 贴片胶组成和性质
2．1贴片胶化学组成
贴片胶通常由基础树脂、固化剂和固化促进剂、增韧剂和无机填料等组成，其关键部分为基础树脂。现在普遍采取基础树脂有丙烯酸脂和环氧树脂2种，它们均含有各自优缺点，如表1所表示。

从上表能够看出，二者各有优缺点，但因为环氧树脂有很好电气性能，且粘接强度高，故现在使用环氧树脂居多。
2．2 贴片胶包装
贴片胶包装通常分为20／30 mL注射筒式和300 mL筒式。20／30 mL注射筒式用于点涂工艺，300 mL筒式用于胶印工艺。
2．3 贴片胶特征
表面安装用理想贴片胶，必需考虑很多原因，尤其关键是应该记住以下3个关键方面：固化前特征、固化特征和固化后特征。
2．3．1 固化前特征
对于表面安装来说，现在绝大多数使用环氧胶。现在使用贴片胶全部是着色，通常采取红色和橙色。这是因为焊盘涂上贴片胶将会影响焊接，故这是不许可。而假如贴片胶采取易于区分颜色，假如使用过量，以致涂到焊盘上，它们很轻易被觉察并进行清除。未固化贴片胶应含有良好初粘强度。初粘强度是指在固化前贴片胶所含有强度，立即元件临时固定，从而降低元件贴装时飞片或掉片，并能经受贴装、传送过程时震动或颠簸。最终，贴片胶必需和生产中所采取施胶方法相适应。现在对电路板施胶方法多采取点涂方法，要求贴片胶要适应多种贴装工艺，又要易于设定对每种元件施胶量，还关键点涂施胶量稳定。
2．3．2 固化特征
固化特征和达成期望粘接强度所需固化时间和固化温度相关。达成所期望粘接强度时间越短，温度越低，则贴片胶越好。表面安装用贴片胶必需在低温下含有短固化温度，而在固化以后，就必需有合适粘接强度，方便在波峰焊时将元件固定住。假如粘接强度太大，则返工困难，相反粘接强度太小元件可能掉到焊料槽中。贴片胶固化温度应避免过高，以预防电路板翘曲和元件损坏。换言之，贴片胶最好是低于电路板玻璃转变温度(对于FR-4型基板为120℃)固化。然而，高于玻璃转变温度很短固化时间通常也能接收。为了确保有足够高生产率，要求固化时间较短。固化另一个特征是固化期间收缩量较小(使粘贴元件应力最小)。
2．3．3 固化后特征
尽管贴片胶在波峰焊以后会丧失其作用，但却在随即制造过程(如清洗和修理返修)中影响部件可靠性。贴片胶固化后关键特征之一是可返修能力，为了确保可返修能力，固化贴片胶玻璃转变温度应相当低，通常应在75℃～95℃。在返修期间，元件温度往往超出了100℃，因为为了熔化锡铅焊料，端接头必需达成高得多温度(>183℃)。只要固化贴片胶玻璃转变温度小于100℃和贴片胶用量不过分多，可返修能力就不成问题。固化后贴片胶另部分关键性包含非导电性(通常情况下，胶水表面电阻在8×1011Ω以上，就能够认为是合格，即其绝缘电阻足够大，在正常工作时胶水为开路)，抗湿性和非腐蚀性。贴片胶还应有合适绝缘性质，但在最终选择贴片胶之前，应检验一下在潮湿状态下情况。
3 贴片胶涂布方法及使用工艺要求
3．1贴片胶使用要求

3．1．1 储藏。按供给商所要求条件储藏贴片胶，其使用寿命自生产封装之日起计算，严禁在靠近火源地方使用。
3．1．2 回温。当使用是环氧树脂类贴片胶，通常在储存时，为了使其有尽可能长使用期，全部将贴片胶储存在5℃左右冷藏环境中。当要用于生产时，就要先回温一段时间。通常全部是在室温条件下回温，回温时间不能少于30 min，严禁使用加温方法回温。
3．2 胶水涂布方法及工艺
3．2．1 胶水涂布方法
胶水涂布方法多个多样，通常常采取方法是胶印和点涂：
(1)点涂工艺。所谓点涂工艺就是经过点胶机将贴片胶点涂到PCB指定区域(图1)。压力和时间是点涂关键参数，它们对胶点大小及拖尾进行控制。拖尾还随贴片胶黏滞度而改变，改变压力能改变胶点大小。挂线或拖尾使贴片胶"尾巴"超出元件基体表面而拖长到下一个部位，贴片胶覆盖在电路板焊盘上，会引发焊接不良(图2)。拖尾现象能够由对点胶系统作一些调整来降低。比如：降低电路板和喷嘴之间距离，采取直径较大喷嘴口和较低气压，有利于降低挂丝。若点胶采取是加压方法(这是常见情况)，则粘滞度和限制流速任何改变全部会使压力下降，结果造成流速降低，从而改变胶点尺寸。

贴片胶黏滞度在形成挂线方面也起作用。比如，黏滞度较大贴片胶比黏滞度较小贴片胶更轻易挂线。然而，黏滞度太低则可能引发胶量过大，因为黏滞度是随温度而改变，所以，环境温度改变可能对胶量有显著影响。依据资料报道：当环境温度仪改变5℃(15℃改变到20℃)，点胶量改变几乎达50％(从0．13～0．19 g)。全部其它点胶变量，如喷嘴尺寸，压力、时间影响也全部相同。为了预防因为环境温度改变而引发胶点改变，应该采取恒温外壳。漏胶是贴片胶涂敷中另一个普遍问题，漏胶可能原因是喷嘴受阻，喷嘴顶端磨损和电路板不平整。假如贴片胶长时间搁置不用(从几小时到几天，视贴片胶而定)。通常就会堵塞喷嘴。为了避免堵塞喷嘴，应在每次使用以后进行清洁，使用金属丝通一通喷嘴顶端。另外，黏滞度较大也可能引发漏胶。

(2)胶印工艺。所谓胶印就是经过丝网印刷工艺将贴片胶印到PCB指定区域，图4、图5所表示。即使胶印工艺和点胶工艺有其相近之处，但属于2种不一样生产工艺。和后者相比，胶印工艺有这么部分特点：

①能很稳定地控制印胶量。对于焊盘间距小至127～254 μmPCB板，胶印工艺能够很轻易而且十分稳定地将印胶厚度控制在50 μm±0．2μ m范围内。
②能够在同一块PCB上经过一次印刷行程实现不一样大小，不一样形状胶印。胶印一块PCB板所需时间仅和PCB板宽度及胶印速度等单数相关而和PCB焊盘数量无关。点胶机则是一点一点按次序将胶水置于PCB板上，点胶所需时间随胶点数目而异。胶点越多，点胶所需时间越长。
大多数使用胶印技术用户在锡膏印刷技术方面往往全部是很有经验。胶印技术相关工艺参数确实定能够以锡膏印刷技术工艺参数作为参考点。接下来讨论印刷工艺参数是怎样影响胶印过程。

①网板。相对锡膏印刷而言，用于胶印技术金属网板相对来说就厚一点，通常为0．2～1 mm左右。考虑到胶水不含有锡膏在再流焊时所含有自动向PCB板焊盘聚缩特征，网板漏孔尺寸也应小些，但最好不要小于元件引脚尺寸。过多胶水将造成元件引脚间短路，尤其是当帖片机难以达成100％完美贴片精度时"短路"情况尤易发生。对于有小间距芯片PCB板，应尤其注意芯片引脚短路问题。

②印刷间隙／刮刀。胶印时机器印刷间隙通常设为一个较小值(而不是零)，以确保网板和PCB板间剥离尾随刮刀印刷进程而发生。假如采取零间隙(接触)印刷，则应采取较小分离速度(0．1～O．5 mm／s)。刮刀硬度是一个比较敏感工艺参数，提议采取硬度较高刮刀或金属刮刀，因为低硬度刮刀刃会"挖空"网板漏孔内胶印。用薄模板，只有当在模板和PCB之间存在一定印刷间隙印刷时才能够达成很高胶点。在印刷期间胶被压在模板底面和PCB之间间隙内。经过模板和PCB之间缓慢分离(如0．5 mm／s)，胶被拉出和落下，这取决于胶流变性，得到一个或多或少圆锥形状。

用接触式印刷时，因为模板相对较小厚度，所以胶点高度受到局限。刮板会把大胶点(如1．8 mm)胶切割掉，所以高度和模板厚度差不多。对于中等尺寸胶点(如0．8 mm)，可能发生不规则胶点形状，因为和模板和和PCB胶剂附着力几乎相等。在模板和PCB分离期间，模板拖长胶剂，所以胶点高度大于模板厚度。对于0．3～0．6mm尺寸，因为胶剂和模板附着力比和PCB好，部分胶留在模板内。这些胶点高度较低，一致性很好，图5。
③印刷压力／印刷速度。胶水流变性较锡膏要好，胶印速度可相对高部分，但万万不可高到无法使胶水在刮刀前沿滚动。通常来讲，胶印压力为9．8～98．1 kPa。胶印压力应以刚好刮净网板表面胶水为准。
3．3 影响粘接效果原因
施胶工艺应该说还是很关键。它要求材料含有可粘接性，像其它粘接剂一样，有3个原因会影响粘接效果：用胶量、SMD和PCB。
3．3．1 用胶量
粘接所需胶量由很多原因所决定，部分用户依据自己经验编制了部分内部使用应用指南。在选择最适宜胶量时能够参考这些指南。但因为贴片胶流变性各有差异，完全照搬不现实，所以常常进行一定量调整是完全有必需。粘接强度和抗波峰焊能力是由粘接剂强度和粘接面积所决定。最好粘接剂也需在展开以后和SMD元件最少有80%接触面积，这意味着胶点高度要超出SMD和PCB之间距离。一个合格点胶工艺中对胶点形状尺寸有严格限制。如贴片胶可能和焊盘粘连，粘接剂尺寸应小于焊盘间距离，同时还要考虑到点胶位置正确度和焊盘空间余量，过大面积会使得返工很困难。全部推荐采取双点胶。如1206C。首先分析焊盘之间距离2 mm，然后考虑到焊盘和点胶位置正确性和放置片状电容后胶水展开，得到胶点最大许可直径为l．2 mm，而经典高度方向间隙为O．1mm，以这类推，0805C，焊盘间距为1 mm，而胶点尺寸为0．8mm。如表2所表示。

3．3．2 SMD元件影响
SMD在设计时并不会考虑粘接问题，但幸运是绝大多数元件粘接全部不成问题。但也必需意识到部分部分和轻易犯错地方。SMD主体通常是环氧树脂作外壳，但也有采取玻璃、陶瓷和铝材。环氧树脂通常粘接没有问题，但陶瓷和玻璃二极管粘接力通常比较低。
3．3．3 PCB板影响
PCB板通常是一块加强玻璃纤维环氧树脂板，上面带有铜线和焊盘，一块PCB板和焊接保护膜PCB板在光洁度方面，没有本质区分。而粘接是在环氧树脂基板护膜上进行。通常和护膜粘接全部是没有问题，当测试剪切强度时，你会看到护膜首先被破坏。但部分护膜上也会出现粘接强度不够情况，这可能是因为护膜粘接前受到了污染或部分区域固化不好造成。当焊盘过高或SMD元件下面间隙过大时，在焊盘间放一个辅助焊盘，然后将贴片胶点在上面。
3．4 胶水固化
大多数环氧贴片胶全部是采取热固化(最流行固化方法)，热固化能够简单地在对流加热炉或红外炉中完成。而无需购置紫外线设备，红外炉还能够用于再流焊。对于贴片胶固化，温度较之时间更为关键。在任何给定固化温度下，当固化时间增加时，剪切强度增加不大。然而，当固化温度上升时，在相同固化条件下，剪切力显著增大。实践中，对于已固化贴片胶，推荐最小和最大剪切强度分别是1000 g和 g。然而业已发觉，较高粘接强度(达4000 g)不会带来返工困难，因为贴片胶在返工温度下会变软。对于贴片胶热固化还有一个十分关键附加要求，固化温度分布应使贴片胶内不致形成空隙。假如提升传送带速度满足生产量需求则固化期间较快温度改变速率可能引发贴片胶内出现孔隙。贴片胶固化温度分布有两个关键原因：即初始上升速率(温度升高速率)和最高温度。上升速率或贴片胶固化速率决定了贴片胶内形成孔隙轻易程度，而最高温度则决定固化百分比和固化后粘接强度，这二者全部很关键，但对固化时间上升速率进行控制则更为关键。对于环氧贴片胶而言，在红外线炉贴片胶固化安全升温速率是0．5℃／s。对于一些制造环境，0．5℃／s升温速率可能和所需求产量(传送带速度)相矛盾。比如：对于经典加热炉，依据炉内加热区及其总长，0．5℃／s上升速率相当于传送带速度约为762 mm／min，这可能满足生产量要求，然而，提升传送带速度将使升温速率增大到超出可接收范围。造成贴片胶内形成孔隙危险性便显著增加。图6给出了一个经典贴片胶热固化温度曲线。

4 结束语
贴片胶在表面贴装工艺中虽属于辅助产品，但要用好它，也有很多学问。伴随表面贴装技术不停发展，贴片胶也会不停改善和发展。要愈加好地使用它，还需不停地试验和研究。