作者： 薛廣輝  曹金旺

1 引言

 近年來隨著消費(fèi)電子與智能終端類產(chǎn)品的廣泛普及，越來越多小精密器件的應(yīng)用，使得器件焊接后機(jī)械強(qiáng)度面臨越來越多的挑戰(zhàn)。研發(fā)在焊接面積和焊點(diǎn)高機(jī)械強(qiáng)度上既要又要的要求，使得產(chǎn)品制造對(duì)于膠水應(yīng)用場(chǎng)景越來越多。膠水的化工特性又特別易受周邊環(huán)境，保存方法，使用方法的影響，使用過程中若對(duì)于膠水特性，操作要點(diǎn)存在認(rèn)知盲區(qū)，會(huì)經(jīng)常性遇到膠水變質(zhì)，膠筒跳塞，點(diǎn)膠氣泡，點(diǎn)膠不滲透，固化后鼓包等疑難問題，異常時(shí)好時(shí)壞，但總無法找到根因避免，給生產(chǎn)帶來極大的痛苦，本文將結(jié)合手機(jī)生產(chǎn)中Underfill膠的使用場(chǎng)景，完成膠水使用要點(diǎn)介紹及認(rèn)知盲區(qū)匯總，希望同仁對(duì)于Underfill膠使用及認(rèn)知有幫助。

2 Underfill膠組成

Underfill膠是一系列的化學(xué)試劑經(jīng)過特定配比，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間加溫加壓混合攪拌而組成的化工試劑，因其多用在器件底部滲透，且在室溫下為液態(tài)，故常被底部填充膠水，Underfill膠的組成分類可以參考如下圖1所示：

             圖1：Underfill膠的組成分類

對(duì)Underfill的化學(xué)成分組成依功能特性細(xì)分，有如下11種材料：

充當(dāng)固化劑都酸酐材料

可降低體系CTE的球形硅微粉

可消除膠水內(nèi)氣泡的消泡劑

可促進(jìn)填料均勻分散的分散劑

對(duì)膠水著色的碳黑色漿

調(diào)節(jié)膠水反應(yīng)速度的促進(jìn)劑

調(diào)節(jié)體系粘度的環(huán)氧稀釋劑

調(diào)節(jié)體系流平效果的流平劑

調(diào)節(jié)熒光效果的熒光劑

調(diào)節(jié)體系韌性的橡膠

可提供本體強(qiáng)度和高Tg的高純環(huán)氧樹脂

以上信息為Underfill的基礎(chǔ)信息，在膠水評(píng)估選型等使用前準(zhǔn)備階段需對(duì)比了解。本章節(jié)不做重復(fù)論述。本文筆者依一支膠水從生產(chǎn)到報(bào)廢的全過程為例，講解Underfill膠使用中需注意的要點(diǎn)及管制方法。

3 Underfill膠使用流程說明

Underfill膠水因其化學(xué)組成成份的各自特性，膠粘劑分子間一直在持續(xù)進(jìn)行著聚合反應(yīng)，但是膠水自生產(chǎn)完成后到涂覆在產(chǎn)品上并完成固化，是經(jīng)過多方運(yùn)輸保存的，故整個(gè)搬運(yùn)存放使用過程中的場(chǎng)景切換，為Underfill膠的使用增加了諸多風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。Underfill膠使用的整個(gè)生命周期,主要流程可分為如下圖2的12個(gè)場(chǎng)景，后續(xù)文本筆者對(duì)各流程節(jié)點(diǎn)進(jìn)行逐一拆解講述。

圖2：Underfill膠使用流程圖

3.1 膠水生產(chǎn)

如上文所述膠水生產(chǎn)過程，各類化學(xué)材料經(jīng)過特定的配比，在特定的時(shí)間，溫度，真空條件下，在攪拌釜內(nèi)經(jīng)過攪拌，使各化學(xué)品充分混合，行成可滿足產(chǎn)品要求的膠水。比如高表面絕緣阻率，高硬度，高Tg，低CTE,低粘性，高韌性等要求的膠水。此過程由膠水供貨商在生產(chǎn)工廠完成，整個(gè)過程行業(yè)各廠家均有標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)方法，所有交付給客戶工廠的膠水均經(jīng)過大量驗(yàn)證，驗(yàn)證數(shù)據(jù)非本章討論重點(diǎn)，此處不再贅述。攪拌完成后膠水為散裝，總重約10-50kg/桶，不便于運(yùn)輸使用，后續(xù)需進(jìn)行分裝處理。攪拌釜結(jié)構(gòu)示意圖如下圖3所示：

 圖3：攪拌釜結(jié)構(gòu)示意圖

整個(gè)膠水生產(chǎn)過程均有標(biāo)準(zhǔn)的SOP指引，標(biāo)準(zhǔn)化操作，此過程對(duì)膠水使用過程中不良影響相對(duì)較小，此處不做總結(jié)確認(rèn)。

3.2 膠水分裝

為了滿足自動(dòng)化點(diǎn)膠生產(chǎn)需要，膠水出貨前需分裝成小支包裝，以方便客戶存儲(chǔ)及上線使用，常用的膠筒規(guī)格如下圖4所示，（依Underfill膠用舉例），若膠水為光敏特性，需選用有色膠筒 進(jìn)行遮光保護(hù)。

膠水一般依g或mL為單位進(jìn)行報(bào)價(jià)交易，拆分時(shí)常用自動(dòng)化的膠水拆分儀（圖5）來進(jìn)行定量的拆裝，拆分儀由氣泵驅(qū)動(dòng)，重量采用液位感應(yīng)器或人工稱重實(shí)現(xiàn)，拆分時(shí)將空膠筒內(nèi)空氣排盡，膠水經(jīng)由氣泵控制，自攪拌釜內(nèi)通過導(dǎo)管由膠筒底部灌入膠筒內(nèi)，整個(gè)過程無空氣接觸，可有效的避免氣泡進(jìn)入膠筒內(nèi)。拆分完成后仍會(huì)進(jìn)行真空脫泡后再進(jìn)行貼標(biāo)包裝暫存出貨。因材料分子一直在進(jìn)行聚合反應(yīng)，為了抑制聚合反應(yīng)，膠水分裝完成后一般需采用超低溫存儲(chǔ)，這也為后續(xù)運(yùn)輸過程中增加了環(huán)境要求限制。

圖4：各類尺寸的膠筒示例

         圖5：膠水拆分儀工作場(chǎng)景圖示

管制要點(diǎn)：膠筒顏色選用，灌膠方向，真空脫泡，生產(chǎn)后暫存的時(shí)間管制，底溫存儲(chǔ)時(shí)的溫度條件管制等均為日常操作易被忽略的盲區(qū)，需要有標(biāo)準(zhǔn)化文件列管。

3.3 膠水運(yùn)輸

膠水運(yùn)輸?shù)臈l件需與膠水存儲(chǔ)條件一致，Underfill一般采用低溫運(yùn)輸，原因有兩種，

1、 為了調(diào)節(jié)CET指標(biāo)，Underfill內(nèi)會(huì)有大量填料，雖然生產(chǎn)過程中膠水充分?jǐn)嚢枰鸦旌暇鶆?，但長(zhǎng)時(shí)間垂直放置，會(huì)使得填料下沉分層，影響膠水粘度，故采用底溫冰凍處理，減少填料下沉，膠水分層風(fēng)險(xiǎn)。

2、 膠水內(nèi)的固化劑在常溫下是被激活活性的，膠水長(zhǎng)時(shí)間存放在常溫下，會(huì)使得固化劑快速反應(yīng)，影響膠水粘度，底溫會(huì)有效的抑制固化劑活性，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)膠水長(zhǎng)時(shí)間存放，且不影響膠水粘度以及其他特性指標(biāo)。

結(jié)合以上膠水存儲(chǔ)的必要條件，在膠水完成分裝貼標(biāo)后，供貨商工廠會(huì)采用低溫環(huán)境下冷凍存放（以<-20°C的膠水體系為例）。結(jié)合不同客戶運(yùn)輸距離需求，運(yùn)輸溫度條件需與低溫存儲(chǔ)環(huán)境一致，運(yùn)輸方式如下：

超長(zhǎng)距離：空運(yùn)或海運(yùn)，（保持低溫環(huán)境）

中長(zhǎng)距離：冷鏈車運(yùn)輸，（保持低溫環(huán)境）

短距離：干冰+泡沫箱方式（保持低溫環(huán)境，5Kg/天）

運(yùn)輸過程中需全程保持要求的密閉低溫環(huán)境，且膠水的堆疊，放置方向，包裝方式需有嚴(yán)格的要求。例如需用干冰泡沫箱，紙箱包裝，用洞洞板將膠水隔開，保持膠水垂直放置，避免運(yùn)輸過程顛簸，碰撞，磨擦等影響膠水破裂，氣泡，濕氣進(jìn)入，放置方式如下圖6所示：

圖6：膠水運(yùn)輸包裝箱示圖

管制要點(diǎn)：全程低溫環(huán)境，垂直放置，洞洞板隔開，運(yùn)輸時(shí)長(zhǎng)及干冰劑量的比例，收貨過程低溫環(huán)境保持，工廠內(nèi)運(yùn)輸轉(zhuǎn)移的時(shí)效性控制，以上需有嚴(yán)格的文件要求，以及執(zhí)行過程中可落地執(zhí)行，避免因底層員工意識(shí)不夠，導(dǎo)致溫度環(huán)境變化，膠水長(zhǎng)時(shí)間暴露在室溫下，導(dǎo)致膠水變質(zhì)。

3.4 膠水入庫

膠水送貨完成后，一般在中央倉庫進(jìn)行收發(fā)入庫作業(yè)。通過廠內(nèi)的MES系統(tǒng)，確定數(shù)量及批次，并將膠水拆批解綁，以整箱的方式堆疊放置在冰柜中進(jìn)行集中存放。待后續(xù)生產(chǎn)有需求時(shí)，由物料房進(jìn)行數(shù)量申報(bào)，中央倉庫發(fā)貨即可。此流程中膠水未拆箱，主要為集中存放，溫度條件與運(yùn)輸出一致，保持低溫垂直放置。來料檢測(cè)需著重注意已拆箱或拆包的膠水的標(biāo)識(shí)情況，避免因運(yùn)輸中安全檢測(cè)導(dǎo)致提前拆包的膠水漏至生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)致不良。

膠水入庫前需進(jìn)行來料檢測(cè)，以保證膠水來料符合要求，檢測(cè)結(jié)果與廠商來料的COA文檔要求一致即可，COA格式及檢測(cè)內(nèi)容由廠商定義，但廠內(nèi)IPQC檢測(cè)方案視各司要求而定，以廠商A的某款Underfill膠水為例，其COA文檔測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

管制要點(diǎn)：集中低溫垂直存放，拆包膠水標(biāo)識(shí)防漏出，IPQC檢測(cè)的COA項(xiàng)目檢測(cè)。

圖7

3.5 膠水存儲(chǔ)

因生產(chǎn)需要，物料房需提前一天或多天從央倉領(lǐng)取所需膠水進(jìn)行暫存，以方便后續(xù)回溫，領(lǐng)用，追溯等操作（央倉直供模式除外）。存放需采用洞洞板垂直放置，若現(xiàn)場(chǎng)空間不足，將膠水橫放，堆疊，取放膠水時(shí)易引發(fā)碰撞，破裂風(fēng)險(xiǎn)，如下圖8所示。原則上不允許解凍上線后的膠水二次回存，避免空氣，濕氣，異物等進(jìn)入膠水造成品質(zhì)不良。膠水存儲(chǔ)的條件及時(shí)長(zhǎng)在膠水TDS內(nèi)有明確要求，建議嚴(yán)格依TDS管制，如下圖9所示：

管制要點(diǎn)：集中低溫垂直存放，避免二次回存，避免堆疊碰撞破裂。

圖8：膠水破殘影導(dǎo)致漏膠

圖9：膠水TDS內(nèi)容摘要之存儲(chǔ)條件

上文已介紹過Underfill膠水為什么需低溫存儲(chǔ)，但是為什么溫度設(shè)定是-20°C或其他溫度，是如何定義的呢？其實(shí)膠水的存儲(chǔ)溫度上限和下限是受特定的因子影響，最終結(jié)合情況計(jì)算得來的。

上限值：膠水廠商結(jié)合長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)的粘度數(shù)據(jù)測(cè)試得出，考量點(diǎn)為存儲(chǔ)時(shí)間與粘度變化的關(guān)系，如某H膠水，要求6個(gè)月存儲(chǔ)期，粘度變化需在20-25%之間，以上限制條件下，多次測(cè)試數(shù)據(jù)分析得出存儲(chǔ)條件。

下限值：膠水內(nèi)混合的各類材料，比如基材樹脂等，每種材料都會(huì)有自己的冰點(diǎn)，過低溫會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，一般上游材料廠商會(huì)結(jié)合實(shí)驗(yàn)值給出建議的存儲(chǔ)溫度，另外越低的存儲(chǔ)溫所需配備的設(shè)備成本越高，也是廠商考量的要點(diǎn)。

結(jié)合粘度變化及材料的冰點(diǎn)值，以及冰柜成本等綜合情況，膠水廠商最終得出相應(yīng)的存儲(chǔ)溫度，如上圖膠水，存儲(chǔ)溫度-20°C。

3.6 膠水回溫

膠水自冰柜中領(lǐng)出時(shí)為-20度低溫冰凍狀態(tài)，此時(shí)無法直接上機(jī)使用。此狀態(tài)下的膠水粘度與產(chǎn)品需求也不相符，故膠水需經(jīng)過等待，使膠水溫度緩慢回至室溫，此過程即為膠水回溫，一般回溫時(shí)間要求2-4H，此時(shí)間要求主要是結(jié)合膠水回溫過程中，膠水內(nèi)部溫度與時(shí)間的關(guān)系得出的。2-4H是實(shí)驗(yàn)得出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，回溫過程嚴(yán)禁使用任何物理加熱的方式人為縮短時(shí)間。 

剛出冰柜的膠桶表面溫度與室溫有溫差，回溫過程中表面會(huì)行成水滴，此為空氣中的水分子遇冷液化為水滴，此過程為凝露，如下圖10所示?；販睾笮鑼⒈砻嫠尾潦酶蓛簦苊馑窝刂z桶表面流入弧形底部，造成膠水污染，進(jìn)而導(dǎo)致膠水過爐后炸開有氣泡空洞。

圖10：膠水回溫過程凝露現(xiàn)象                        

圖11：膠水回溫垂直放置示意圖

整個(gè)回溫過程膠水需垂直放置，如上圖11所示，不可橫置或倒立，避免膠水倒流或氣泡進(jìn)入膠筒內(nèi)，影響點(diǎn)膠效果。若回溫后膠水頂度有氣泡及空洞，建議人工手動(dòng)排泡，避免使用中空氣混入膠水，出現(xiàn)跳塞，稱重波動(dòng)較大，爐后鼓包等異常，人工排泡方法如下圖12所示：

圖12人工排泡方法圖示

Underfill建議用鋁箔袋真空包裝出貨，運(yùn)輸回溫過程不拆包裝，物品標(biāo)簽使用可二次轉(zhuǎn)貼的標(biāo)簽紙，便于后續(xù)MES上料追溯，否則易出現(xiàn)轉(zhuǎn)貼撕裂，重疊無法掃碼，如下圖13所示。

圖13

管制要點(diǎn)：回溫時(shí)間2-4H，嚴(yán)禁物理加速回溫，垂直放置，凝露擦拭，真空包裝，人工排泡。

3.7 膠水脫泡

為了更好的將回溫后的膠水內(nèi)氣泡排除干凈，工廠會(huì)采用脫泡機(jī)對(duì)膠水進(jìn)行排泡操作，Underfill膠無特殊情況不建議脫泡。原因有三，

1、 膠水生產(chǎn)過程為真空攪拌，分裝過程無空氣接觸，存儲(chǔ)運(yùn)輸過程低溫狀態(tài)，至客戶端回溫后有人工排泡，膠水內(nèi)仍含氣泡機(jī)率較小，無需脫泡。

2、 膠水內(nèi)有大量填料，脫泡過程中的離心力可使氣泡上浮至膠塞頂部，但過大的轉(zhuǎn)速以及長(zhǎng)時(shí)間脫泡會(huì)導(dǎo)致填料析出，造成膠水分層，影響生產(chǎn)品質(zhì)。

3、 Underfill為真空包裝出貨，脫泡過程需拆包裝放置在設(shè)備內(nèi)，操作過程不便，拆包破壞真空狀態(tài)，不有利于阻擋氣泡進(jìn)入膠水。

若個(gè)別場(chǎng)景仍需進(jìn)行脫泡操作，建議依膠水內(nèi)填料占比，適當(dāng)選用脫泡機(jī)的轉(zhuǎn)速和時(shí)間設(shè)定，如某H Underfill膠水，建議脫泡設(shè)定500轉(zhuǎn) 1min,進(jìn)行排泡作業(yè)。脫泡機(jī)轉(zhuǎn)子如下圖14所示：

圖14

管制要點(diǎn)：脫泡機(jī)參數(shù)設(shè)定不可過大，過久，非必要不脫泡，真空包裝不脫泡。

3.8 膠水領(lǐng)用

膠水在物料房回溫后，進(jìn)行貼廠內(nèi)標(biāo)簽過MES追溯，然后由生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的人員來領(lǐng)取已提報(bào)的數(shù)量，領(lǐng)用過程并無重大風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。但在膠水轉(zhuǎn)移過程中需注意不可單手抓握或倒立拿取膠水，不建議多支膠水橫向堆疊存放，禁止將膠水放置在容器內(nèi)晃動(dòng)，碰撞。建議領(lǐng)取時(shí)使用帶洞洞板的紙箱，一穴一膠轉(zhuǎn)移存放，或使用專用冶具支架存放，如下圖15所示。

管制要點(diǎn)：垂直放置，禁止碰撞堆疊，使用專用冶具或固定紙箱轉(zhuǎn)移膠水。

圖15

3.9 膠水暫存

生產(chǎn)領(lǐng)用膠水頻次為一次領(lǐng)取12H/24H用量，除馬上需用的膠水外，部分需在線外暫存，暫存需保持膠水垂直放置，若有氣泡需使用前手工排泡垂直放置可有利于氣泡上浮至膠塞頂部，便于觀察及排泡操作，也有利于減少膠水內(nèi)氣泡混入引發(fā)爐后鼓包，空洞等不良。

暫存區(qū)因有大量的膠水需存放，建議制作帶洞洞板的存放框，并貼有標(biāo)示，避免混用，如下圖16所示。當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品涉及到機(jī)型切換時(shí)，若需單支膠水存放在點(diǎn)膠機(jī)旁，建議如下圖17所示，使用固定環(huán)垂直放置，避免橫放膠水進(jìn)氣。

圖16：膠水暫存區(qū)示意圖                                 

 圖17：?jiǎn)沃z水暫存區(qū)

管制要點(diǎn)：垂直放置，有氣泡需排泡操作，單支也需垂直放置。 

3.10膠水上線

膠水防呆防錯(cuò)需求，上線使用需通過MES追溯條碼信息，管控回溫時(shí)間，開蓋時(shí)長(zhǎng)，有效使用時(shí)長(zhǎng)，避免膠水用錯(cuò)，過期膠水上線使用的情況，各家追溯系統(tǒng)各有千秋，此處不在一一贅述。膠筒及膠塞不同批次的尺寸匹配有差異，會(huì)出現(xiàn)Underfill膠水回溫后長(zhǎng)時(shí)間垂直放置時(shí)，有氣泡上浮至膠塞，行成空洞，氣泡等現(xiàn)象，如下圖18所示，建議上線前人工排泡，將膠水與膠塞形成保護(hù)液面避免使用過程中氣泡進(jìn)入膠水，爐后出現(xiàn)氣泡鼓包問題。

圖18膠水內(nèi)有空洞及氣泡圖示

管制要點(diǎn)：MES防呆追溯系統(tǒng)使用，垂直放置，人工排泡行成保護(hù)液面。 

3.11膠水固化

Underfill膠水一般為熱固型膠水，需進(jìn)行高溫烘烤固化。固化條件是依照固化DSC曲線得出，例如某B Underfill膠水，查詢其固化DSC曲線，如下圖19所示，在140S前后達(dá)到放熱量峰值144°C，取整后TDS要求該膠水固化時(shí)間在150°以上時(shí)間>8min。

圖19

在實(shí)際生產(chǎn)過程中為了追求最大的效率產(chǎn)出比，工廠通常采用空氣Reflow爐或采用更節(jié)省空間的垂直爐進(jìn)行固化，通過各溫區(qū)的溫度及鏈速節(jié)拍調(diào)整，提升效率及產(chǎn)出。建議工廠實(shí)際固化溫度設(shè)定要比TDS要求更高，可兼容因溫度波動(dòng)，測(cè)溫板制作的差異導(dǎo)致溫度低與實(shí)際值有偏差的情況，以上文B膠水為例，工廠設(shè)定固化溫度曲線如下圖20所示。

圖20

Underfill膠水若未完全固化，會(huì)有電化學(xué)腐蝕，拉裂器件等風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)定固化溫度一定要結(jié)合TDS要求及DSC曲線設(shè)定，避免發(fā)生重大品質(zhì)異常。

管制要點(diǎn)：結(jié)合DSC曲線及TDS要求設(shè)定固化溫度，通過速度及溫度調(diào)整優(yōu)化效率。

3.12 膠水報(bào)廢

膠水在用至尾部時(shí)，因膠塞為錐形設(shè)計(jì)，目視會(huì)有部分剩余（長(zhǎng)度3cm左右，如下圖21所示）但實(shí)際已接近尾部，為了避免膠水打空異常，實(shí)際操作時(shí)會(huì)選擇對(duì)其進(jìn)行報(bào)廢處理。此類剩余膠水余量約為1000mg，此部分為合理浪費(fèi)，可考慮加入生產(chǎn)BOM成本。因膠水為化工輔料，有腐蝕性，不可同其日常生產(chǎn)廢料混同處理，需經(jīng)專用流程處理，經(jīng)由環(huán)工，工安，倉管部門協(xié)同報(bào)廢處理。

圖21

4 總結(jié)

經(jīng)過以上12個(gè)步驟的介紹，希望同仁對(duì)Underfill膠使用要點(diǎn)有所了解，對(duì)于膠水的存儲(chǔ)，運(yùn)輸，回溫等管制要點(diǎn)，重注事項(xiàng)可提前規(guī)避，降低生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)異常發(fā)生頻次，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能降本的目標(biāo)，針對(duì)Underfill使用中常遇到的問題點(diǎn)及解決方案，后續(xù)章節(jié)再進(jìn)行講解分析，敬請(qǐng)期待。