天华中威科技微波小课堂_微波组件手工粘接技巧详解

微波组件中的大量电路片、 芯片和微模块等均采用导电胶进行粘接， 由于微波组件具有多品种、小批量的产品特点，手工粘接仍然是其主要装配方式之一，手工粘接质量对产品性能指标的实现和长期使用的可靠性均有较大影响。将多年的手工粘接操作经验与相关工艺规范相结合，从准备、点胶、贴装、固化和检验等环节对手工粘接技巧进行了概述，上述经验总结通过长时间生产验证，对手工粘接的质量和效率均有明显的提升作用。

微波组件作为军用电子装备的关键组件之一，具有芯片集成度高、功能多、体积小、 重量轻和可靠性高等特点，在各型电子装备中大量应用。导电胶作为一种同时具备粘接性和导电性的胶黏剂，具有良好的环境友好性、温和的工艺条件、应力小和使用方便等特点，成为电子工业中必不可少的材料。

微波组件中大量的电路片和芯片等都采用导电胶粘接方式装配，由于军用微波组件多品种小批量的特点，手工粘接的方式仍是主要的装配方式之一。因此，手工粘接不仅在质量方面对产品性能指标实现和长期使用的可靠性有较大影响，而且该工序的生产效率也会直接影响微波组件的整件产出效率。本文将多年的手工粘接操作经验与相关工艺规范 相结合，从准备、点胶、贴装、固化和检验等环节对手工粘接技巧进行了概述，以促进手工粘接质量与效率的提升。

【01 准备】

手工粘接前的准备工作主要包括人员、工具和设备（含仪器）、物料的准备。

1.1 人员

人员准备主要有两方面，即：技能水平和穿戴防护的准备。技能水平方面要求操作人员手指、手腕和手肘稳定，手眼协调一致，操作人员需已具备相应的技能水平，应持证上岗。在手工操作的微组装工艺中，元器件对静电极为敏感。穿戴防护方面则是主要基于产品的特点要求， 操作人员需佩戴防静电手腕和指套等（如图1所示），以免对产品造成静电损伤或者表面污染。另外，在净化间操作还应满足净化间的具体穿戴要求，如穿净化服、鞋、帽和佩戴口罩等。

图1 操作人员穿戴要求

1.2 工具和设备 （含仪器）

手工粘接所使用的工具根据所粘接物料会有所差异，但镊子是粘接的关键工具，而且应根据所夹取的物料选择合适的镊子，以免夹伤物料。粘接常用的镊子有如图2所示的3种，即：如图2a所示的普通镊子，用于夹取各种电路片、模块；如图2b所示的精密镊子，用于夹取元器件；如图2c所示的芯片镊子，用于夹取尺寸小、厚度薄的易碎管芯， 如砷化镓芯片等。

图2 粘接常用的镊子

手工粘接使用的主要设备（含仪器）有点胶机、烘箱、显微镜和万用表等，如图3所示。粘接前应该确认设备性能正常，具体可依据设备或仪器的检验或使用有效期、指示灯或面板显示情况来判断，如果设备异常，则应停止使用。

图3 粘接主要设备

1.3 物料

手工粘接所涉及的物料主要包含以下两类：

   a）待粘物料， 如微波腔体、 电路片、 管芯和微模块等；

   b）粘接所使用的胶类耗材， 如H20E导电胶、8050导电胶、 高导热胶、 红胶和双组份环氧胶等。

对于待粘接物料需进行3个方面的确认准备：

   a）齐套性确认，即所配物料与图纸所要求的型号、图形和数量相符；

   b）待粘接的电路片和芯片等应无损伤，另外， 电路片还应注意检查有无毛刺， 如图4～5所示， 因为毛刺不仅可能引入大量的多余物， 而且可能在后期装配和使用过程中产生短路， 对产品性能和质量形成隐患；

图4 多层微印电路片毛刺

图5 薄膜陶瓷电路片背面边缘毛刺

c）应采用显微镜检查待粘接的表面情况，应确保其干净、无沾污，如图6所示，若待粘面污染， 则会对粘接强度和接地性能造成极大的影响。

图6 电路片和腔体表面污染情况

对于胶类耗材的准备主要是以下两个方面：

  a）依据粘接工艺规范和图纸技术要求选择应使用的胶类， 如表1所示，尤其应注意H20E导电胶与8050导电胶的使用范围要求（如果粘接至膨胀系数较大的铝合金腔体上的陶瓷电路应采用8050胶）；

  b）注意胶是否在使用有效期内，双组份胶配制后一般都有严格的有效期要求，超期则禁止使用， 当所配制的导电胶静置时间较长或发现胶有明显分层现象时应重新搅拌后再使用。

表1 粘接对象与胶的类型

【02 点胶】

手工粘接过程中的点胶主要包含点胶位置胶量控制和点胶图形。其中，点胶位置主要依据图纸所要求的粘接位置， 而胶量控制和点胶图形则是影响粘接质量的关键之一。胶量少会直接影响粘接强度和接地性， 胶量多则会直接造成短路或者存在短路风险，如图7所示。因此，对于大面积粘接或者外形精度高 （如LTCC等） 的批量产品建议使用自动点胶技术进行点胶，胶量控制更为一致且生产效率也更高。

图7 芯片胶溢出情况

对于手工点胶的胶量控制应主要从以下方面进行操作控制：首先，应清楚所粘接物料的需求胶量及溢出情况，理想的粘接器件胶是四周有胶溢出且不超出规定的粘接区域；粘接器件四周溢出可见胶量少于75%时可判断为胶量偏少；粘接器件四周溢出超出粘接区域或超过器件厚度的1/2或到顶部时，可判断为胶量偏多；其次，应从胶点大小进行控制， 胶点大小直接影响小尺寸器件粘接，如图8所示，应熟悉各种尺寸的元器件所需胶点直径， 以便通过调节气压和出胶时间对所点胶点进行尺寸控制。

图8 不同压力对应的胶点大小 （单位：Pa）

对于点胶图形控制 ， 则应注意图形涂覆成“X”“二”“三”“K”“U”“米” 等形状， 如图9所示， 或者铺散涂胶， 分布原则是胶中间多，边沿少。点胶图形不能形成封闭圈， 更不能形成“田”型， 以避免后续贴装过程中胶层中由于封闭气体而形成大量孔洞。另外， 点胶时还应注意避开微带线的位置。

图9 不同点胶图形

【03 贴装】

手工粘接贴装过程应主要从贴装位置和加压方式两方面控制。贴装位置主要应考虑粘接位置可能响射频性能， 微带线之间应尽量对准， 管芯的输入输出焊点也应对准两边的微带线， 避免偏移， 如图10所示。

图10 微带对齐图

加压方式则主要是针对裸芯片， 由于微波件大量采用未封装的裸芯片， 其不仅极薄、易碎、易蹦边， 而且表面分布大量图形， 极易被工具划伤， 所以芯片贴装的加压过程是避免芯片损伤的关键。镊子在下压过程中应注意只能压芯片无图形的空白处。根据管芯的图形分布及厚度， 具体有以下4种加压方法。

a）中心施压法

针对中心区域无图形的管芯， 使用闭合的精密镊子尖端在中心无图形区域施压， 如图11所示。

图11 芯片中心施压图

b）平行施压法

管芯的四周有空白区域， 使用张开的精密镊子尖端在四边无图形区域分别平行施压， 如图12所示。如果管芯表面布满图形， 使用张开的精密镊子尖端平行在管芯焊点处施压， 注意不能在管芯的输入输出位置施压 （因为管芯的输入输出位置有空气桥或者电容）。

图12 芯片平行施压图

c）对角施压法

四边电路图形较满， 只有对角有空白区域时，用张开或者闭合的精密镊子尖端在管芯的4个角无图形区域逐个施压， 只能对角施压， 不能同边施压， 如图13所示。

图13 芯片对角施压图

d）直接施压法

管芯本身厚度较高时， 使用精密镊子夹取管芯两侧边直接向下施压， 如图14所示。

图14 芯片直接施压图

另外， 芯片贴放过程中还应注意逐渐加压，注意减少水平位移。镊子下压过程中应注意芯片四周溢出的胶量变化。

【04 固化】

组件、 模块粘接完成后应放入烘箱固化， 常用H20E导电胶与8050导电胶固化温度与固化时间如表2～3所示。由于导电胶固化所需的时间随着温度降低需要大大延长， 因此对于尺寸较大的组件应注意适当延长固化时间。另外还应注意固化时不能叠放或者侧放产品， 放入烘箱的产品不能再挪动， 避免固化过程中粘接件偏离粘接位置。

表2 H20E导电胶固化温度与时间

表3 8050导电胶固化温度与时间

【05 检查】

粘接产品在送检前需按要求进行自检， 判断产品是否合格。自检的目的是及时发现并处理问题， 让产品100%合格地转入下道工序。根据操作经验总结的常用的检查方法有以下8种。

a）问题标记法

粘接过程中若发现短路、 导电胶污染等问题，用记号笔在问题处标记， 避免遗漏。检查时重点检查并处理标记处。

b）数量确认法

粘接完成后， 剩余待粘物料数量应为零。若有剩余物料， 对照图纸仔细检查产品是否漏粘。

c）微带对齐法

检查管芯、 模块、 电路片的输入输出与两边的微带线是否对齐， 微带对齐法可避免错粘。

d）图物对照法

对照图纸逐个检查产品， 图物对照法是为了检查漏粘、 错粘。

e）规律检查法

观察组件各通道的分布规律， 检查时按照规律采用固定路线进行检查。

f） 垂直目检法

检查产品正面是否损坏或有多余胶 ， 垂直目检法是为了检查产品错粘、 漏粘、 短路和器件损坏。

g）侧面斜视法

将组件侧斜， 检查侧面的导电胶是否超过粘接件厚度的75%。超过75%视为不合格， 侧面斜视法是为了检查产品是否短路。

h）阻值测试法

将三用表调到欧姆档， 黑色表笔放在腔体、载板上或者接地 处， 红色表笔放在被测物表面，查看三用表显示值。电阻、 电容、 电路片阻值正常时显示 “OL” （如图15a所示）， 显示数值 （如图15b所示）说明已经短路。

图15 粘接器件的不同状态

【06 结束语】

本文通过将多年的手工粘接操作经验与粘接相关的工艺规范相结合， 从准备、 点胶、 贴装、固化和检验等粘接的各个环节对手工粘接技巧进行了总结概括， 通过长时间实际生产， 对手工粘接的质量和效率均有明显的提升作用。