CN115074053B - 一种磁性胶、减少填胶气泡和孔隙的方法及填胶用的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是针对现有技术采用点胶头作红外探测器底填胶时由于填胶过程中水平层与垂直方向上的扩散存在差异，在胶水固化之后出现未填充的空隙与胶内气泡，导致芯片与读出电路之间的连接性差的不足，提供一种磁性胶、减少填胶气泡和孔隙的方法及填胶用的装置，本发明的磁性胶，在所述的胶液中混合有绝缘磁性纳米棒，所述绝缘磁性绝缘纳米棒的长度为100nm‑200nm，在胶水中的含量按质量计算为5±1%；本发明的一种底填胶用磁力发生装置，所述磁力发生装置能产生磁场，所述磁场用于作用磁性胶中的磁子使其产生运动，本发明提供的磁性胶和磁力发生装置，胶水中的磁子被磁场吸引，使其在胶水中运动，从而可促进胶水扩散。
Description
技术领域
本发明涉及红外探测器制作技术领域，特别涉及用于在芯片与电路间进行填充的磁性胶、减少填胶气泡和孔隙的方法及填胶用的装置。
背景技术
在军用与民用安防技术领域，被动式红外探测器的用途广泛，随着技术发展和需求的变化，其芯片上的的像元尺寸愈来愈小，由于倒装焊更能满足小像元大阵列面积的红外探测器的封装制备，因此，目前多采用倒装焊焊接芯片与电路。在倒焊后，为平衡芯片与电路之间的应力与提高芯片的耐冲击性，并隔离绝缘互联铟柱，需要在两者之间使用点胶头填充胶水。
由于在同样的芯片尺寸上像元数目的增加又加上互联铟柱与像元阵列高度较高，导致红外芯片与读出电路之间的孔隙微小，传统的底填充工艺中采用的胶水需由两种胶水混合制得，在两种胶水混合过程中易产生微小的气泡，加之填充过程中胶水在水平方向与垂直方向上的扩散存在差异，又由于光敏元阵列之间存在较大沟槽空隙，因此很容易在固化之后出现未填充的空隙与胶内气泡，导致芯片与读出电路之间的连接性差，耐冲击性不强，传热效率低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术采用点胶头实施红外探测器底填胶时由于填胶过程中水平层与垂直方向上的扩散存在差异，在胶水固化之后出现未填充的空隙与胶内气泡，导致芯片与读出电路之间的连接性差的不足，提供一种磁性胶、减少填胶气泡和孔隙的方法及填胶用的装置。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种磁性胶，在所述的胶液中混合有绝缘磁性纳米棒，所述绝缘磁性绝缘纳米棒的长度为100nm-200nm，在胶水中的含量按质量计算为5±1%。
所述绝缘磁性纳米棒为圆柱棒，其直径小于等于长度的二分之一或，所述的绝缘纳米棒呈鼓形，其最大直径小于等于长度的二分之一。
所述的绝缘磁性纳米棒外包覆的绝缘层为二氧化硅层或绝缘高分子薄膜。
一种底填胶用磁力发生装置，所述磁力发生装置能产生磁场，所述磁场用于作用磁性胶中的磁子使其产生运动。
所述的磁力发生装置为磁性胶水平扰动装置，它包括表面双极强磁铁／固定有双极线圈的导磁盘和驱动表面双极强磁铁／固定有双极线圈的导磁盘转动的驱动装置，所述驱动装置的输出端与表面双极强磁铁／固定有双极线圈的导磁盘的下表面固定连接，由驱动装置驱动表面双极强磁铁／固定有双极线圈的导磁盘转动，通过表面双极强磁／固定有双极线圈的导磁盘转动扰动磁性胶内的磁子使其发生水平运动从而推动磁性胶流动。
所述的磁力发生装置为磁性胶磁力吸引装置，它包括倾斜设置的线圈，线圈用于与电源电连接产生磁力线倾斜的磁场，所述磁力线倾斜的磁场用于作用在磁性胶水的绝缘磁子上使绝缘磁子沿磁力线的方向产生移动。
包括前述各项之一所述的的磁性胶水平扰动装置和前述各项之一所述的磁性胶磁力吸引装置，线圈相对于表面双极强磁铁／固定有双极线圈的导磁盘的表面倾斜设置，所述的表面双极强磁铁为设置有两极的圆盘，圆盘的中心线与驱动装置输出端的中心线同线。
一种底填胶装置，包括支撑装置、前述各项之一所述的磁力发生装置和点胶装置，所述支撑装置包括支撑平台，所述表面双极强磁铁／固定有双极线圈的导磁盘位于支撑平台下方，所述线圈与所述平台倾斜设置，所述点胶装置包括点胶头，所述点胶头设置在在平台上方，所述线圈产生的磁力能倾斜作用在点胶头点出的磁性胶上，驱动电机设置在支撑平台的下方，双极强磁铁的位置与工件固定的位置相对，线圈设置在放置工件的工位旁。
一种减少填胶气泡和孔隙的方法，在填胶时采用加入有绝缘磁性纳米胶的磁性胶水点胶，点胶时，对胶水施加磁力，使磁性胶中的磁子在磁力作用下产生运动，从而促进胶水流动。
点胶时对磁性胶施加在水平方向上不断变化的磁场，对磁性胶施加水平方向的扰动，和／或施加一个倾斜的磁力，使磁性胶中的磁子在倾斜的磁力作用下移动，实现使磁性胶中的磁子在磁力作用下产生运动。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的磁性胶，由于在胶液中混合有绝缘磁性纳米棒，使胶水具有磁性，可受到磁场的作用使胶扩散能力增强，增加了胶水的功能性。
本发明的磁力发生装置产生磁场对胶水中的磁子进行吸引，使其在胶水中运动，从而可促进胶水扩散。
本发明的底填胶装置由点胶装置与磁力发生装置相结合，胶水由点胶装置送出后受到磁力发生装置的磁力作用，胶水中的磁子受磁力作用运动，可促进胶水的流动，增加胶水的扩散性能，因此，可以使胶水均均匀地在各向流动，使胶水更充分地填充到阵列之间的孔隙中，另一方面使得胶水液体内部的流动性加强更有益于气泡的释放，减少胶水中的气泡，本发明与装置可减少胶水中的微气泡数量，减少填充固化后的孔隙，达到增强芯片与读出电路之间结合力，提高使用寿命的目的。
采用本发明的方法，在胶水中加入绝缘磁性纳米棒，点胶时，对胶水施加磁力，使磁性胶中的磁子在磁力作用下产生运动，从而促进胶水流动，因此可以很好地释放胶水中的微气泡，同时对于流动性强，胶水很好地填充到了阵列之间的孔隙中，因此固化后不易出现未填充的空隙与胶内气泡，使芯片与读出电路之间的连接性好，耐冲击性强，传热效率高。
附图说明
图1是本发明包覆有二氧化硅的纳米棒实施例结构示意图；
图2为填胶装置实施例结构示意图。
附图标记说明，
1、绝缘磁性纳米棒； 2、绝缘层；3、驱动装置；4、表面双极强磁铁；5、通电螺线管；6、支撑；7、电路基板；8、芯片；9、点胶头。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制。
本发明提供一种底填胶方法，采用磁性胶作为底填胶所用的胶水，在点胶时，使工件处于磁场内，磁场对胶水中的磁子施加作用力，使磁子运动从而带动胶水流动。具体为，使工件位于双磁极旋转变换的磁场内，通过双磁极不断变换方向使磁性胶内的磁子旋转，带动胶水流动，增加胶水的流动性，从而提高胶水在水平方向上的扩散性能。也可以是，在填胶过程中对磁性胶施加相对于竖直线倾斜的磁场，使胶水中的磁子沿与倾斜的磁场相同的方向运动，提高磁水在垂直方向上和水平方向上两个方向上的扩散能力，改善填充胶过程中水平层与垂直方向上的扩散的差异。最好是对工件同时施加水平转换的磁场并同时施加倾斜的磁场。最好，胶水中的磁子采用绝缘纳米磁性胶棒。可采用如下配方的磁性胶水和装置完成上述方法。
如图1和2所示，本发明提供一种新型的纳米磁性胶，包括胶水，在胶水中均匀混合有表面包覆绝缓层的磁性纳米棒，在磁性纳米棒的表面包覆绝缓层的目的在于使得纳米磁性棒绝缘，避免干扰光电信号转换，以下为叙述方便均将包覆有绝缓层的纳米磁性棒简称为绝缘磁性纳米棒，纳米磁性棒的长度为2微米-200纳米，其粗度为其长度的一半以下，这样才能更好地体现出纳米磁性棒的极性。采用下列方法制备本磁性胶：绝缘磁性纳米棒在胶水中的质量配比含量为5±1%，按上述比例在胶水中加入绝缘磁性纳米棒，混合均匀后保存即可。当采用混合胶时，可先在制备每种胶时在每种胶中预先混合绝缘磁性纳米棒，而后将胶封存，也可在两组份胶混合时按前述比例加入绝缘磁性纳米棒。胶水通常采用ＡＢ胶。绝缓层可以是二氧化硅包覆层也可以是绝缘高分子薄膜层，比如聚乙烯膜层。也就是绝缘磁性纳米棒可采用二氧化硅绝缘磁性纳米棒或者高分子薄膜绝缘磁性纳米棒。
采用下列底填胶装置完成填胶。本发明实施例结构的底填胶装置包括磁场产生装置及点胶装置，磁场产生装置可以采用如下两种装置，一种为磁性胶扰动装置，另一种为磁性胶磁力吸引装置。根据不同的需要，可以采用如下三种结构的底填胶装置。
第一种底填胶装置包括磁性胶扰动装置及点胶装置，磁性胶扰动装置包括表面双极强磁铁4和驱动表面双极强磁铁转动的驱动装置3，表面双极强磁铁4设置在驱动装置3的输出端，点胶装置包括点胶头9和支撑装置6，支撑装置的支撑平台61位于表面双极强磁铁4的上方，最好位于正上方，用于支撑被填胶的芯片8和电路基板7，点胶头9位于支撑平台的上方出胶口与电路基板相对能将胶点到电路基板表面上。底填胶时，开启驱动装置，驱动装置3带动表面双极强磁铁4转动，使表面双极强磁铁的磁极转动，被点到电路基板上的磁性胶中含有的绝缘磁性纳米棒被不动变化的磁场扰动发生转动，绝缘纳米磁性棒随之转动一方面改善胶水的流动性，可以促进胶的扩散，使胶水更充分地填充到阵列之间的孔隙中，另一方面使得胶水液体内部的流动性加强更有益于气泡的释放，减少胶水中的气泡。表面双极强磁铁最好为具有双极的磁盘，磁盘的中心线与驱动装置的中心线同轴设置。较好的实施例中表面双极强磁铁为带有双极性的圆盘，圆盘直径最好为60-100mm。当然，也可以采用固定有双极线圈的导磁盘来替代表面双极强磁铁。
第二种底填胶装置包括磁性胶磁力吸引装置和点胶装置，磁性胶磁力吸引装置包括磁力线圈、和线圈支撑装置，磁力线圈倾斜地设置在线圈支撑装置上，线圈的轴线由上向下向着点胶头倾斜，比如当磁力线圈设置在点胶头的左侧时，磁力线圈从左向右从上向下倾斜设置，当磁力线圈位于点胶头右侧时，磁力线圈从右向左由上向下向着点胶头设置，磁线力圈的最下端的高度高于电路基板上表面的高度。磁力线圈最好为螺管线圈。下面以螺管线圈设置在点胶头的左侧为例对使用方法进行说明，使用时，对倾斜的螺管线圈通电，产生双极磁场，对胶水内部中的磁性纳米棒施加一个向左上的磁场，图中产生的两个磁场会使得作为磁子的磁性纳米棒旋转着向左上方运动，产生向上和向下两个运动方向，从而改善填充过程中水平层与垂直方向上的扩散的差异。使胶水能缓慢的填充到阵列之间的孔隙中，同时由于增加了胶水的流动性，因而可促进胶水中气泡的排除。优选地，线圈直径为20-60mm，长度60-100mm,倾斜角为30-60度。这样设置线圈能满足胶水磁力的需要，且设备体积适中。倾斜角最好为45度，胶水在水平和竖直方向上的受力均衡，更易扩散。
第三种底填胶装置包括点胶装置、磁性胶磁力吸引装置和磁性胶扰动装置，上述三个装置均采用前述的结构，点胶装置、磁性胶扰动装置和磁性胶磁力吸引装置的位置与前述相同，在此不再重复描述，也就是说，本第三种方案中既包括磁性胶扰动装置又包括磁性胶磁力吸引装置，二者协同作用。使用时，启动磁性胶扰动装置和磁性胶磁力吸引装置，对倾斜设置的螺管线圈通电产生倾斜的磁力线及双极不断变化的磁场，胶水中的绝缘磁性纳米棒受到两个磁场的作用，其中倾斜设置的螺管线圈施加一个倾斜的磁场，表面双极强磁铁的磁场转动变化，对磁性纳米棒产生水平方向上的扰动，磁性纳米棒随之转动，因此磁性纳米棒在两个磁场的作用下旋转着与磁力线倾斜方向一致的方向运动，从而改善胶水在填充过程中水平层与垂直层间扩散的差异性，使胶水能缓慢地填充到阵列之间的孔隙内，从而搅动胶水改善胶水的流动性，同时磁性纳米棒在倾斜的磁场的作用下斜向上移动，图中产生的两个磁场会使得作为磁子的磁性纳米棒旋转着向左上方运动，产生向上和向下两个运动方向，从而改善填充过程中水平层与垂直方向上的扩散的差异，使胶水能缓慢的填充到阵列之间的孔隙内避免出现固化之后出现未填充的空隙，再者由于磁性纳米棒在磁力作用下的运动促进了胶水的流动，因此，也可以使胶水中的气泡排除，减少或避免固化后出现胶内气泡。采用上述结构，由磁性胶扰动装置和磁性胶磁力吸引装置产生双极磁场，磁性胶磁力吸引装置产生倾斜的磁场，磁性胶扰动装置产生水平旋转变化的磁场，使磁性纳米棒在倾斜的磁场和水平旋转的磁场的作用下产生运动，促使胶水大水平方向上和竖方向上流动，促进了胶水的填充和气泡的排除。
本发明方法与现有方法对比实验如下：
对比实验方法，采用二种方法对倒装焊连的芯片和电路基板进行底填胶，第一种方法为现有点胶，为对比例，采用普通的双组分胶水直接点胶，第二种办法将将工件置于水平转换的磁场内且加斜向磁力。每种方法点胶完毕进行固化，固化后在显微镜下观察气泡数和孔隙情况并记录。采用金相显微镜20倍下在视野范围内统计气泡数。
对比例1，采用现有点胶头点胶，点胶量为1mL，出胶口距离电路基板的距离为30mm,将胶点在电路基板表面使其自然扩散。实验片数量为5。
实施例1
出胶口距离电路基板的距离为30mm,采用直径为40mm线螺管线圈，长度为80mm,电流50Ａ,倾斜角度为45度，线圈最底部距离胶水的水平距离及竖直距离Ａ和Ｂ均为5厘米,在胶水中加入长度为200nm绝缘纳米磁性棒做磁子，采用混合有绝缘磁性纳米棒的ＡＢ胶水，表面双极强磁铁的磁场强度为0.02特斯拉，直径为80mm,表面双极强磁铁上表面距离胶水1厘米，旋转电机采用小型电机，其转速为3000转／分钟，其余同对比例1。
实施例2-实施例5除去电流和电极转速不同外，其余同实施例1。
表1实施例参数对照表
| 序号 | 绝缘纳米磁力棒规格nm | 电机转速 | 点胶量 | 电流强度Ａ |
| 对比例1-5 | 无 | 0 | 1ml | 0 |
| 实施例1 | 200 | 3000 | 1ml | 50 |
| 实施例2 | 100 | 2000 | 1ml | 25 |
| 实施例3 | 100 | 1500 | 1ml | 15 |
| 实施例4 | 150 | 2500 | 1ml | 30 |
| 实施例5 | 150 | 2800 | 1ml | 40 |
表二、各实施例气泡和孔隙统计表
| 序号 | 气泡和孔隙数（个／mm2） | 序号 | 气泡和孔隙数（个／mm2） |
| 对比例1 | 0.2 | 实施例1 | 无 |
| 对比例2 | 0.1 | 实施例2 | 无 |
| 对比例3 | 0.1 | 实施例3 | 无 |
| 对比例4 | 0.2 | 实施例4 | 无 |
| 对比例5 | 0.1 | 实施例5 | 无 |
从上述表1和表2可知，采用本发明方法，当施加水平转换的磁极和斜向磁场时，可使消除气泡。
Claims (6)
1.一种底填胶装置，其特征在于：包括支撑装置、磁力发生装置和点胶装置，所述支撑装置包括支撑平台，所述磁力发生装置能产生磁场，所述磁场用于作用磁性胶中的磁子使其产生运动，所述的磁力发生装置为磁性胶水平扰动装置，它包括表面双极强磁铁／固定有双极线圈的导磁盘和驱动表面双极强磁铁／固定有双极线圈的导磁盘转动的驱动装置，所述驱动装置的输出端与表面双极强磁铁／固定有双极线圈的导磁盘的下表面固定连接，由驱动装置驱动表面双极强磁铁／固定有双极线圈的导磁盘转动，通过表面双极强磁／固定有双极线圈的导磁盘转动扰动磁性胶内的磁子使其发生水平运动从而推动磁性胶流动；和/或所述的磁力发生装置为磁性胶磁力吸引装置，它包括倾斜设置的线圈，线圈用于与电源电连接产生磁力线倾斜的磁场，所述磁力线倾斜的磁场用于作用在磁性胶水的绝缘磁子上使绝缘磁子沿磁力线的方向产生移动；表面双极强磁铁／固定有双极线圈的导磁盘位于支撑平台下方，线圈与所述支撑平台倾斜设置，所述点胶装置包括点胶头，所述点胶头设置在在支撑平台上方，所述线圈产生的磁力能倾斜作用在点胶头点出的磁性胶上，驱动电机设置在支撑平台的下方，双极强磁铁的位置与工件固定的位置相对，线圈设置在放置工件的工位旁。
2.如权利要求1所述的一种底填胶装置，其特征在于：线圈相对于表面双极强磁铁／固定有双极线圈的导磁盘的表面倾斜设置，所述的表面双极强磁铁为设置有两极的圆盘，圆盘的中心线与驱动装置输出端的中心线同线。
3.一种减少填胶气泡和孔隙的方法，其特征在于：在填胶时采用加入有绝缘磁性纳米胶的磁性胶水点胶，点胶时，对胶水施加磁力，使磁性胶中的磁子在磁力作用下产生运动，从而促进胶水流动，点胶时对磁性胶施加在水平方向上不断变化的磁场，对磁性胶施加水平方向的扰动，和／或施加一个倾斜的磁力，使磁性胶中的磁子在倾斜的磁力作用下移动，实现使磁性胶中的磁子在磁力作用下产生运动，采用权利要求1-2各项之一所述的底填胶装置进行底填胶。
4.如权利要求3所述的一种减少填胶气泡和孔隙的方法，其特征在于：所述的磁性胶水为在胶液中混合有绝缘磁性纳米棒，所述绝缘磁性绝缘纳米棒的长度为100nm-200nm，在胶水中的含量按质量计算为5±1%。
5.如权利要求3所述的一种减少填胶气泡和孔隙的方法，其特征在于：所述绝缘磁性纳米棒为圆柱棒，其直径小于等于长度的二分之一或，所述的绝缘纳米棒呈鼓形，其最大直径小于等于长度的二分之一。
6.如权利要求3所述的一种减少填胶气泡和孔隙的方法，其特征在于：所述的绝缘磁性纳米棒外包覆的绝缘层为二氧化硅层或绝缘高分子薄膜。
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