一种新型芯片封装点胶头夹具结构

陈从平 王 健

（三峡大学机械与材料学院,湖北 宜昌 443002）

在芯片封装过程中,需要事先在基板上布上有机胶,然后将芯片贴装在基板上,实现芯片与基板的固连、导电（或绝缘）、隔热或对芯片进行机械保护等功能.由于电子封装用胶体特性受温度的影响显著,因而一般将胶体密封于点胶头（由注射器及针头组成,如图1（b）所示）中,置于-27℃以下保存,更换或添加胶体时,一般将点胶头整体更换并重新装夹[1-2].然而,随着封装技术向着高速度、高精度、高密度发展,要求点胶过程具有微量（微克级）、高频、高一致性的特性,而点胶头与基板之间的相对位姿是影响点胶一致性的主要因素之一,因而要求更换点胶头时夹具必须有很高的重复定位精度,并且操作灵活、调节方便.为满足上述性能要求,论述了一套能够自动定位、具有重复精度高及操作快速方便的点胶头夹具的结构原理,并给出了其三维设计图及相关功能的说明.

1 点胶头夹具结构原理

本文论述的点胶头夹具实体图和结构模型分别如图1（a）、（b）所示[3],该夹具具有如下性能:①可自动夹紧；②能快速定位；③位姿调节灵活.其主要机构包括:①含燕尾槽和定位孔的托板11,用于点胶头竖直方向定位与导向；②U型弹簧夹5,可绕螺钉10旋转,螺钉处装有旋转弹簧,通过U型夹可使点胶头贴紧托板11的燕尾槽导向面；③偏心螺栓1,2,3,14,用于微调点胶头的姿态.

2 定位与调节原理

该夹具在使用时,将背板8与驱动轴上的托板固连,然后用U型联接板将背板8和固定板15联接.燕尾槽型托板11沿着固定板15上的槽插入其中.装注射器时先压下U型弹簧夹,沿燕尾槽插入点胶头,到位后松开弹簧夹,点胶头自动夹紧,其夹紧程度可通过U型夹上的螺栓6调节,由于点胶时点胶头上的针尖不与基板接触,故夹紧机构只需要保证点胶头不因振动、自重的原因而与夹具产生相对位移,因而不需要太大的夹紧力.

调节点胶头与基板（水平放置）的相对位姿需要考虑两个参数,即点胶头与基板的距离和夹角（一般为微调）,而夹角可分解为仰角和倾角,分别定义为点胶头轴线与X轴和Y轴的夹角.通过调节偏心螺栓3和14可以调节注射器与X轴的夹角,调节偏心螺栓2可以调节注射器与Y轴的夹角.调节螺钉1可以在Z轴上对注射器与基板的距离进行微调,微调时托板11会沿着固定板15上的导向槽滑动,拧紧螺母9可以在Z轴上对注射器定位.

3 实验结果

为降低胶体性能变化对点胶一致性的影响,选择粘度为12.56Pa.s的硅油为点胶材料并将温度稳定在25℃左右.为降低系统其它扰动因素的影响,采用每点胶10次后测量10点的总量,然后取平均值作为单次点胶量,共测试10组数据（100点）.实验的其它参数为:针管长度和内半径分别为1.8 mm及0.32 mm；针筒容积为10×103mm3.实验结果见表1.

表1 利用本文夹具与普通夹具实验比较结果

由表1可知,采用本夹具可使平均误差由原来的3.27%减小到0.50%,显著提高了点胶精度.此外,该夹具还可提高装夹、定位的效率,在相同的时间段实验测得的时间分别为:一般夹具的装夹时间在115s左右,而采用本文论述的夹具只需要30 s左右,前者主要花费在更换注射器的时间段上,这是由于一般夹具的注射器连接装置采用的是螺纹连接,拧螺母需要一定的时间,本夹具只需要通过注射器的连接装置旋转即可实现注射的锁紧或松开.

4 结 论

论述了一套电子封装过程点胶头夹具的结构原理,该夹具具有更换注射器方便、能自动夹紧、便于位姿调节等特点.通过实验比较可知,该夹具与常规夹具在操作效率和定位精度方面都有显著的提高.

[1]贾松良.微电子封装业和微电子封装设备[J].电子工业专用设备,2003（3）:7-11.

[2]田民波.电子封装工程[M].北京:清华大学出版社,2003.

[3]成大先.机械设计手册（第 3卷）[M].4版.北京:化学工业出版社,2002.