一种高粘度胶液喷射点胶质量提升方法及点胶装置与流程

本发明涉及微电子封装技术领域，更进一步地涉及一种高粘度胶液喷射点胶质量提升方法及点胶装置。

背景技术：

液体点胶技术是微电子封装领域的一项关键技术，该技术以特定的方式对流体进行精确的分配，可以将理想大小的流体转移到工件上合适的位置，构造出点、线、面等形式的各种图案，实现元器件之间的机械连接或电气连接。

喷射点胶不依靠重力或表面张力分离流体，而是通过向流体上施加一个足够大的力，使流体自动分离喷射，点胶的速度大大提高。由于具有非接触性和高效性，喷射点胶技术得到了越来越广泛的应用。由于理论研究和实践应用还不够深入，在实际生产操作过程中还存在许多问题。主要问题在于：粘度适用范围小，连接工作过程中高粘度胶液喷射困难、喷射速度不稳定。

高粘度的胶液内部分子结合力大，不易被拉断分离，而且高粘度胶液和喷射腔体表面充分接触，在较大压力作用下，相对运动时会产生较大且复杂的摩擦阻力，不利于高粘度胶液在腔体内流动，高粘度胶液的结合力、粘滞阻力比较大且复杂，使得胶液喷射的速度不仅难以参数化控制，还极易受到影响变得不稳定，如图6A所示，箭头表示传统的点胶头的移动方向，点胶的大小和质量不稳定。胶液不仅难以分离，还容易阻塞喷射腔体、清洗不便，增加了维护清洗成本，效率低下。

因此，对于本领域的技术人员来说，如何设计一种能够提高喷射点胶质量的方法，是目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明提供一种高粘度胶液喷射点胶质量提升方法及点胶装置，有效地增大了驱动高粘度胶液流动的外力，使得作用在高粘度胶液的作用力方向更一致地指向喷射口，高粘度胶液更容易以高速且稳定的状态喷射出去，解决现阶段技术高粘度胶液喷射困难的难题，同时提高喷射点胶的效率。具体方案如下：

一种高粘度胶液喷射点胶质量提升方法，包括：

将阀座的喷嘴腔和阀体的内壁进行清洗；

在所述喷嘴腔内壁和所述阀体的内壁镀含铜微米层；

在所述含铜微纳米层上进行电化学镀，得到硫化铜纳米层；

将所述硫化铜纳米层进行超疏化处理。

可选地，所述清洗过程包括：

在500℃环境下，用0.3-0.5mol/L的H₂SO₄溶液对所述喷嘴腔和所述阀体的内壁进行清洗。

可选地，所述镀含铜微米层过程包括：

在室温环境下，将所述喷嘴腔和所述阀体的内壁浸入铜液中进行化学反应。

可选地，所述电化学镀过程包括：

将所述阀座和所述阀体上设置的所述含铜微米层置于150℃的含硫蒸汽环境中10min，进行电化学反应得到硫化铜纳米层。

可选地，所述超疏化处理过程包括：

在室温条件下、将硫化铜纳米层放置在流量为0.6cm³/min的臭氧系统处理30min，后将处理好的表面置于氟硅烷溶液30min，取出后用乙烷和乙醇各清洗一次；在120℃的环境中进行时长为20min的聚合过程。

此外，本发明还提供一种点胶装置，包括通过驱动装置带动往复运动的阀杆，所述阀杆伸入阀体内、并通过所述阀体限位滑动；所述阀体的端部可拆卸设置阀座，所述阀座开设用于喷射胶液喷射嘴，所述阀体的侧壁上设置通过供胶装置提供胶液的供胶口；所述阀座与所述阀杆形成的喷嘴腔的内壁上以及所述阀体靠近所述喷嘴腔的内壁上设置用于与胶液接触的硫化铜纳米层。

可选地，所述阀杆为由上向下尺寸缩小的阶梯状的圆柱体，所述阀体内腔为与所述阀杆配合的阶梯状圆柱腔体。

可选地，所述喷射嘴的入口处为圆锥面，锥度为100～130度。

可选地，所述阀体与所述阀座采用螺纹连接，所述阀座上设置内螺纹，所述阀体上设置外螺纹。

可选地，所述阀体与所述阀座均为不锈钢结构。

本发明提供了一种高粘度胶液喷射点胶质量提升方法包括：清洗、镀含铜微米层、电化学镀和超疏化处理等过程。将阀座的喷嘴腔和阀体的内壁进行清洗，获得良好的加工基底；在喷嘴腔内壁和阀体的内壁镀含铜微米层；在含铜微纳米层上进行电化学镀，得到硫化铜纳米层；将硫化铜纳米层进行超疏化处理，改善硫化铜纳米层的结构特性，提高硫化铜纳米层与基底结构的结合性能，通过纳米涂层改善与高粘度胶液的粘滞阻力。

当高粘度胶液与腔体壁发生相对运动时，会有流动方向上的驱动力和阻碍其流动的粘滞阻力，以及流动方向的垂直方向上的压力产生。通过特殊的硫化铜纳米结构，利用其对高粘度胶液的超疏性质，改变高粘度胶液和腔体壁的浸润性，减少两者的接触面积，可以有效地降低胶液液滴在流动方向上的粘滞阻力，因而在驱动力不变的条件下，增大流动方向上的驱动合力，有效地增大了驱动高粘度胶液流动的外力，使得作用在高粘度胶液的作用力方向更一致地指向喷射口，高粘度胶液更容易以高速且稳定的状态喷射出去，解决现阶段技术高粘度胶液喷射困难的难题，同时提高喷射点胶的效率。

本发明还提供一种点胶装置，包括通过驱动装置带动往复运动的阀杆，阀杆伸入阀体内、并通过阀体限位滑动；阀体的端部可拆卸设置阀座，阀座开设用于喷射胶液喷射嘴，阀体的侧壁上设置通过供胶装置提供胶液的供胶口；阀座与阀杆形成的喷嘴腔的内壁上以及阀体靠近喷嘴腔的内壁上设置用于与胶液接触的硫化铜纳米层。可以实现相同的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的高粘度胶液喷射点胶质量提升方法的流程图；

图2为本发明提供的点胶装置的剖面结构图；

图3A为传统的点胶头内高粘度胶液和内壁的接触情况示意图；

图3B为本发明提供的点胶装置内高粘度胶液和内壁的接触情况示意图；

图4A为传统结构高粘度胶液在腔体壁上的受力情况示意图；

图4B为本发明提供的点胶装置在腔体壁上的受力特性示意图；

图5A为高粘度胶液在传统的点胶头宏观受力特性示意图；

图5B为高粘度胶液在本发明提供的点胶装置宏观受力特性示意图；

图6A为传统的点胶头点胶成型效果示意图；

图6B为本发明提供的点胶装置点胶成型效果示意图。

其中包括：

阀杆1、阀体2、供胶口21、阀座3、喷嘴腔31、喷射嘴32、硫化铜纳米层4、驱动装置5、供胶装置6。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种高粘度胶液喷射点胶质量提升方法及点胶装置，通过内壁表面的硫化铜纳米结构对高粘度胶液的超疏性质有效地增大了驱动高粘度胶液流动的外力，使得作用在高粘度胶液的作用力方向更一致地指向喷射口，高粘度胶液更容易以高速且稳定的状态喷射出去，解决现阶段技术高粘度胶液喷射困难的难题，同时提高喷射点胶的效率。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本申请的高粘度胶液喷射点胶质量提升方法及点胶装置进行详细的介绍说明。

如图1所示，为本发明所提供的高粘度胶液喷射点胶质量提升方法的流程图。本发明所提供的高粘度胶液喷射点胶质量提升方法，包括清洗、镀含铜微米层、电化学镀硫化铜纳米层4、超疏化处理等过程。本方法所针对的结构包括阀座3的喷嘴腔31和阀体2，这样分体的结构是点胶口的一种具体设置方式，若为一体式结构仅需在其中一个腔内壁上处理。

先进行步骤S1：将阀座3的喷嘴腔31和阀体2的内壁进行清洗，获得良好的加工表面。接着进行步骤S2：在清洗过的喷嘴腔31内壁和阀体2的内壁镀含铜微米层。再进行步骤S3：在含铜微米层上进行电化学镀，得到硫化铜纳米层4。最后进行步骤S4：将硫化铜纳米层4进行超疏化处理，提高硫化铜纳米层4与基底的结合性能。

当高粘度胶液与腔体壁发生相对运动时，会有流动方向上的驱动力和阻碍其流动的粘滞阻力，以及流动方向的垂直方向上的压力产生。通过特殊的硫化铜纳米结构，利用其对高粘度胶液的超疏性质，改变高粘度胶液和腔体壁的浸润性，减少两者的接触面积，可以有效地降低胶液液滴在流动方向上的粘滞阻力，因而在驱动力不变的条件下，增大流动方向上的驱动合力，有效地增大了驱动高粘度胶液流动的外力，使得作用在高粘度胶液的作用力方向更一致地指向喷射口，高粘度胶液更容易以高速且稳定的状态喷射出去，解决现阶段技术高粘度胶液喷射困难的难题，同时提高喷射点胶的效率。

在上述基础上，本发明的清洗过程包括：在500℃环境下，用0.3-0.5mol/L的H₂SO₄溶液对喷嘴腔31和阀体2的内壁进行清洗。经过高温酸洗，清洁效果更加彻底。

进一步，镀含铜微米层过程包括：在室温环境下，将喷嘴腔31和阀体2的内壁浸入铜液中进行化学反应。以喷嘴腔31和阀体2为基底，进行非电化学镀获得含铜的微米结构。在反应时间相同时，通过控制Cu²⁺的比例控制铜镀层的厚度。

经过镀含铜微米层过程后进行电化学镀，其过程包括：将阀座3和阀体2置于含硫蒸汽环境，具体地是将设置的含铜微米层置于150℃的含硫蒸汽环境中10min，经过诱导其进行电化学反应得到硫化铜纳米层4。蒸镀的时间越长，硫化铜纳米层4的表面粗糙度越大，通过控制蒸镀的时长控制硫化铜纳米层4的粗糙度。

进一步，超疏化处理过程包括：在室温条件下、将硫化铜纳米层4放置在流量为0.6cm³/min的臭氧系统处理30min，接着将处理好的表面置于氟硅烷溶液30min，取出后用乙烷和乙醇各清洗一次；最后在120℃的环境中进行时长为20min的聚合过程。通过超疏化处理改善硫化铜纳米层4的结构特性，提高硫化铜纳米层4与基底的结合性能。

如图2所示，本发明还提供一种点胶装置，包括阀杆1、阀体2、阀座3等结构。阀杆1通过驱动装置5带动作往复直线运动，阀杆1的一端伸入阀体2内、并通过阀体2限位滑动；阀体2的端部可拆卸设置阀座3，阀座3的一端开设用于喷射胶液的喷射嘴32。阀体2的侧壁上设置供胶口21，通过供胶装置6向供胶口21中提供胶液。阀座3与阀杆1形成的喷嘴腔31的内壁上以及阀体2靠近喷嘴腔31的内壁上设置用于与胶液接触的硫化铜纳米层4，胶液在阀杆1与硫化铜纳米层4之间受到挤压，从喷射嘴32向外喷出。如图3A与图3B所示，分别表示传统的点胶头内壁与本发明提供的点胶装置内壁的状态图，其中硫化铜纳米层4以齿状结构表示。

在上述基础上，阀杆1为由上向下尺寸缩小的阶梯状的圆柱体，阀体2内腔为与阀杆1配合的阶梯状圆柱腔体。阀体2对阀杆1的运动不会造成阻碍。

喷射嘴32的入口处为圆锥面，锥度为100～130度，更优选地设置为120度。阀杆1端部为球面，挤压时与圆锥面接触，将胶液截断。该配合形式密合性良好，加工简单，其密合性不易受到阀杆角度的影响。

阀体2与阀座3采用螺纹连接，阀座3上设置内螺纹，阀体2上设置外螺纹。阀体2与阀座3的外壁及内壁均齐平，外表平滑一致。这种分体式的结构是一种优选的方案，可以更换阀座3以调整喷射嘴32的尺寸，若阀体2与阀座3为一体式的结构也是可以的。

阀体2与所述阀座3均为不锈钢结构，便于硫化铜纳米结构表面的蒸镀和获得较好的结合性能。

本发明所提供的点胶装置设置有硫化铜纳米结构，表面之间的距离非常小，纳米结构之间的空隙很难被高粘度胶液浸入，接触角达超过160°，并且具有较低的滞后接触角，具有十分稳定的超疏性质，减阻效果十分优良。且与腔体的结合性能良好，机械稳定性高，该纳米结构加工工艺简单，加工精度高，可调节性好。

本发明提供点胶装置在使用时包括三个阶段，分别为供胶阶段、喷射阶段和关闭阶段。

1)供胶阶段：阀杆1的端部与阀座3的锥面接触，喷射嘴32处于关闭状态，供胶装置6通过供胶口21进行填胶动作，使阀杆1与阀座3、阀杆1与阀体2之间的间隙均匀充满高粘度胶液，并产生一定的压力，使胶液处于合适的待喷射状态。

2)喷射阶段：阀杆1在驱动装置5的驱动下，向上做定距离的直线运动，此时喷射嘴32被打开，胶液在合适的压力作用下冲出喷射嘴32，在喷射嘴32的引导下，形成一段具有稳定速度的流射。

3)关闭阶段：喷射嘴32被打开一段时间后，阀杆1在驱动装置5驱动下，下降到供胶阶段所处的位置，喷射嘴32关闭，流射随即被切断，在上一阶段喷射处流射以一定的速度和体积飞离喷射嘴32到达基板。

重复1)～3)三个阶段进行连续喷射点胶作业。

纳米结构改变高粘度胶液运动特性的过程发生在上述的喷射阶段2)，具体是阀杆1被驱动装置5驱动上升，高粘度胶液在压力的作用下，通过阀杆1的间隙流动的过程中，其微观作用原理如图4A与图4B所示，分别为传统结构与本发明提供的点胶装置的在腔体壁上的受力特性示意图。当高粘度胶液与腔体壁发生相对运动时，会有流动方向上的驱动力和阻碍其流动的粘滞阻力，以及流动方向的垂直方向上的压力产生。通过硫化铜纳米结构，利用其对高粘度胶液的超疏性质，改变高粘度胶液和腔体壁的浸润性，减少两者的接触面积，在压力F1不变的条件下，可以有效地降低胶液液滴在流动方向上的粘滞阻力，因而在驱动力不变的条件下，增大流动方向上的驱动合力F2，具体表现在总合力F与流动方向上的驱动合力F2的夹角变小，即图4A和图4B所示的α>β，通过三角形的正弦公式可以得到，流动方向上的F2(α)<F2(β)，有效地增大了驱动高粘度胶液流动的外力，其宏观作用效果如图5A与图5B所示，分别为传统的点胶头与本发明提供的点胶装置宏观受力特性示意图。本发明的点胶装置作用在高粘度胶液的作用力方向更一致地指向喷射口，使得高粘度胶液更容易以一种高速且速度稳定的状态喷射出去，解决现阶段技术高粘度胶液喷射困难的难题，同时提高喷射点胶的效率。如图6A与图6B所示，分别表示传统的点胶头与本发明提供的点胶装置的成型效果示意图。采用本发明的点胶装置能够实现均匀一致的点胶效果。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。