在当今微电子产业飞速发展的背景下，高精度点胶技术作为微电子封装环节中一项至关重要的工艺，正受到越来越多科研人员与企业的高度关注。微电子封装是确保微电子器件能够实现其功能、稳定运行以及与外部电路连接的关键步骤，而高精度点胶技术在其中扮演着不可或缺的角色，其发展水平直接影响到微电子产品的性能、可靠性和生产效率。今天电子展小编就从微电子封装应用的角度出发，聊一聊点胶技术的发展历程。
伴随封装产业的持续发展，点胶技术正加速从接触式向无接触式（喷射）点胶演进。过去数十年间，接触式针头点胶技术已取得显著进步，可实现胶点的精确定位，并能稳定生成直径小至100μm的微小胶点。然而，该技术存在点胶速度较慢、胶点一致性不足的固有局限。相比之下，新兴的无接触式喷射点胶技术，凭借其高频喷射能力，在显著提升流体材料分配速度的同时，确保了胶点具有优异的均匀性和一致性。
根据点胶原理的不同，点胶技术主要分为接触式点胶和无接触式点胶两大类。接触式点胶：点胶针头引导胶液接触基板，经过设定的浸润延时后，针头垂直抬起。此时，胶液依靠其与基板间的粘附力脱离针头，从而在基板上形成胶点。该技术的核心在于需配备高精度高度传感器，以实现针头升降位置的精确控制。无接触式点胶（喷射点胶）： 胶液在高压作用下获得足够动能，以高速喷射至基板。在此过程中，点胶针头无需进行垂直（Z轴）方向的位移运动。
近年来，点胶技术正加速从接触式向无接触式（喷射）转型。国际上，诸如 Asymtek 和 EFD 等公司已推出成熟的喷射点胶设备。然而，国内现状显示，超过 70% 的点胶系统仍采用传统接触式针头技术，且主要为时间/压力型；而无接触式（喷射）点胶系统的市场占有率尚不足 10%，其技术发展与应用整体仍处于起步阶段。因此，针对当前国内点胶技术发展相对滞后的现状，研发具有自主知识产权、高精度、高可靠性的流体点胶技术已成为当务之急。
批量点胶技术主要包括针转移式点胶和丝网印刷式点胶。这类传统技术点胶速度快，尤其适用于印刷电路板（PCB）的大规模生产线。然而，它们普遍存在灵活性不足、点胶精度及一致性较差的问题，且胶液直接暴露于空气中，易导致溶剂挥发和吸水受潮。
目前，时间/压力型点胶是应用非常广泛的点胶技术，其早期应用于表面贴装技术（SMT）。该技术原理通过施加脉冲气压驱动针筒内的活塞，从而将流体从底部针头挤出至基板。此技术适用于中等黏度的流体，胶点尺寸主要受气体压力和作用时间的调控。其优势在于设备成本低、操作简便、维护便捷、适用性广且易于清洗。然而，时间/压力型点胶存在显著局限：流体黏度敏感性高：对流体黏度变化较为敏感。温度效应影响流变特性：气压的反复压缩与释放过程易导致流体温度升高，进而影响其流变特性。点胶速度受限：难以实现高速点胶。胶点一致性较差：上述因素（尤其是温度变化和黏度敏感性）导致形成的胶点直径一致性不佳，与其他点胶方式相比表现较差。胶量依赖性及响应滞后： 随着针筒内胶液量的减少，胶点尺寸会发生变化，且系统的响应速度随之变慢。电子封装技术正朝着高密度、微型化、高集成度和三维封装的方向快速发展。这一趋势对流体点胶提出了更高要求：超高点胶速度：需达到 >45,000 点/小时。
更广泛的流体适应性：需处理的流体材料黏度范围日益扩大，种类愈加繁多，特别是非牛顿流体材料的应用日益增多。然而，非牛顿流体复杂的流变特性，为其点胶性能与品质的稳定性带来了巨大挑战。近二十年来，点胶技术在流体沉积控制、针头精确定位以及胶点一致性方面均取得了显著进步，点胶速度也实现了大幅提升。例如，由 Mydata 公司开发的全新点胶技术，其高速度可达每秒 400 点（即每小时超过 140 万点）。同时，点胶技术正加速从接触式向高度自动化的无接触喷射点胶方式转型。喷射点胶技术脱胎于喷墨技术，它的兴起与发展对电子封装行业产生了深远而积极的影响。喷墨技术是一种将墨水精确沉积至基底表面的技术，主要包含热气泡式与压电式两种实现方式。其传统应用领域涵盖印刷行业，其中压电式喷墨还扩展至药剂生产领域。热气泡式喷墨：利用热敏电阻瞬间加热墨水，产生蒸汽气泡。气泡膨胀破裂产生的压力将墨水以液滴形式喷出。压电式喷墨：基于压电材料的逆压电效应，在施加电压时产生形变。这种机械形变直接作用于墨水腔室，通过“挤压”或“推动”机制将墨水喷射出去。早期研究已认识到喷墨技术在电子封装领域的潜力，其能够生成小至10 pL的微小液滴，精确控制喷射速度，并在基底上形成多样化图案。然而，电子封装工艺中使用的流体通常具有高黏度特性，而传统喷墨技术仅适用于墨水等低黏度流体（通常低于0.03 Pa·s）。这种巨大的黏度差异，成为喷墨技术应用于除墨水外其他封装流体材料的主要障碍。
喷射点胶技术目前仍处于发展阶段初期，技术成熟度有待提升。其核心原理是利用瞬时高压驱动胶液，使其精确沉积至基板的预设位置。每次喷射可形成一个独立胶点，通过逐点叠加可构建更复杂的图案结构。技术优势显著：流体适应性广：几乎适用于电子封装领域所需的各种流体材料。高速高效：喷射频率可达 >50,000 点/小时，大幅提升生产效率。胶点一致性好：显著优于传统接触式点胶。环境适应性强：可在复杂封装环境中实现液滴的精确定位。克服接触式缺陷：无垂直（Z轴）位移需求，点胶质量不受喷头-基板间距影响。当前技术局限：操作灵活性不足：喷射不同尺寸液滴需更换喷嘴。高黏度流体处理：需配置温控系统以确保流体的可喷射性。全新研究进展：近年来，可调控液滴尺寸的喷射点胶系统已出现，进一步提升了该技术的性能潜力。
随着电子封装密度的大幅提升，传统的接触式针头点胶技术已难以满足应用需求。相较于其他点胶方案，喷射点胶技术更能契合这一高密度化的发展趋势，展现出显著的应用潜力。因此，它正迅速演进为电子集成、半导体封装以及平板显示集成点胶领域的标准化解决方案。当前主流的喷射点胶技术主要分为机械式和压电式两类：压电式喷射点胶：更适用于低至中等黏度的流体材料。机械式喷射点胶：具备喷射高黏度流体的能力。值得注意的是，在配备温控系统的情况下，这两种喷射方式基本都能覆盖电子封装工艺所需的各种流体材料范围。机械式喷射点胶技术在电子制造业中应用已较为成熟，主要用于高黏度流体的喷射。该技术的一个显著特点是，流体仅需在相对较低的压力下被输送至料腔。例如：芯片下填充粘结剂的典型供料压力 < 0.1 MPa。液晶等低黏度材料所需压力可低至约 0.01 MPa。其工作原理如图7所示：供料系统将料筒中的流体在压力作用下输送至阀腔。工作循环如下：充填阶段： 阀杆向上运动，阀腔容积增大，流体流入填充。喷射阶段：阀杆以预设速度快速向下运动，推动流体流向喷嘴。密封与喷射：当阀杆与阀座接触密封时，腔室内受压的流体束从喷嘴高速喷出。
在该喷射机制中，当阀杆前端与阀座形成完全密封时，一定体积的流体会被滞留在两者间的微小间隙内。这部分流体唯一的出口路径是通过阀座中心的喷嘴。阀杆的高速运动导致滞留流体承受的瞬时压力急剧升高。高压迫使流体以极高动能通过喷嘴，使其获得足够的喷射速度，精确沉积在基板的预设位置。技术优势：高黏度流体处理能力：喷嘴处产生的巨大瞬时压力，使其能够有效喷射极高黏度的流体。主要局限：胶点尺寸较大：所形成胶点显著大于压电式或热气泡式喷射技术。结构复杂性高：机械结构相对复杂。喷射频率受限：工作频率低于压电式喷射。目前，国内多家研究机构正致力于此类喷射设备的深入研究与技术优化。
压电式喷射点胶技术利用压电材料的逆压电效应工作，具有喷射频率高、设备结构相对简单、可产生微小胶点（直径可小至10μm）以及控制精度高等优点，能有效提升点胶品质。然而，该技术也存在流量偏小的局限，提高流量通常需借助放大机构或增大设备体积；此外，压电材料本身较脆且易老化。目前，压电式喷射装置主要分为两种类型：压电驱动直接喷射型：此类技术作为热喷墨印刷的竞争方案出现，应用于如LED中有机颜料注入等领域，工作频率可达20kHz。其原理：压电材料受电信号作用产生形变，直接推动流体运动。流体在内外压差作用下加速从喷嘴喷出形成液滴。核心优势在于可实现喷射器阵列化，并能高速喷射微小液滴。主要限制是仅适用于粘度低于0.03 Pa·s的流体，且流体中的气泡会显著阻碍喷射过程。压电驱动开关阀喷射型：关闭状态：阀杆与喷嘴紧密贴合，阀腔内流体维持较高压力（例如，粘度0.03 Pa·s的流体压力常超过0.2 MPa，更高粘度流体所需压力更大）。开启状态：喷嘴打开，一股流体在压力驱动下高速喷出。关闭状态：喷嘴快速关闭切断流体流束，流束凭借获得的动能飞离喷嘴并到达基板。此类技术的典型代表是德国EFD公司的Picdot系列点胶阀，其喷射频率高可达200点/秒。其原理是通过快速开启和关闭喷嘴实现喷射：关键组件： 阀杆的开关动作由压电致动器控制，通常配合杠杆或位移放大机构，以实现精确快速的阀门响应。精度控制：为精确控制喷射量，喷嘴的开/关动作必须非常快速且重复性高。获取更小液滴需采用更小喷嘴、更高控制压力及更快的阀门动作。应用实例： 该技术在电子器件包封用的紫外固化粘结剂点胶中应用效果显著。如前所述，点胶速度、品质和操作性是评价点胶系统性能的核心指标，其中点胶品质是评价的重中之重。喷射点胶技术因其速度快、操作性好和适应性强等优点，在这些方面表现突出。然而，由于电子封装工艺的高度关联性及产品性能的多因素决定性，点胶品质的评定缺乏统一标准。
未来发展趋势
未来，高精度点胶技术的发展将朝着更高精度、更快速度、更低成本的方向发展。一方面，研究人员将继续致力于开发新型的点胶设备和材料，进一步提高点胶的精度和效率。例如，利用纳米技术制造更精密的点胶喷头和驱动装置，开发具有自修复、自适应功能的智能胶水等。另一方面，通过优化点胶工艺和生产流程，降低高精度点胶技术的应用成本，使其能够更好地适应大规模微电子封装生产的需要。同时，随着人工智能、大数据等新兴技术的发展，高精度点胶技术也将与这些技术相结合，实现智能化的点胶过程控制和质量检测，进一步提高微电子封装的质量和可靠性。
总之，高精度点胶技术在微电子封装领域具有重要的研究价值和广阔的应用前景。电子展小编觉得，随着相关技术的不断发展和创新，高精度点胶技术将为微电子产业的持续发展提供有力的技术支持，推动微电子封装技术向更高水平迈进。
文章来源：素辉科技