CN113275206B - 用于纳米金属膏定厚涂覆的涂覆设备及涂覆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种纳米金属膏定厚涂覆的柔性刷板、涂覆设备及涂覆方法。提供一种用于纳米金属膏定厚涂覆的柔性刷板，包括刚性部和柔性部；还提供一种用于纳米金属膏定厚涂覆的涂覆设备，包括点胶装置、柔性刷板、厚度检测装置、控制***，控制***分别与柔性刷板、厚度检测装置和点胶装置分别独立控制连接；还提供一种纳米金属膏可控定厚涂覆方法，基于上述的定厚涂覆设备，包括以下步骤：S1、滴加纳米金属膏体，S2、柔性刷板涂扫，S3、涂覆层厚度检测、S4、涂覆调整。本发明可通过改变柔性刷板到待涂覆区域表面的法向压力、角度以及接触面积来控制涂覆厚度，能够均匀地涂覆纳米金属膏，并且涂覆厚度可控，能够得到理想要求的涂覆厚度。

Description

用于纳米金属膏定厚涂覆的涂覆设备及涂覆方法
技术领域
本发明涉及集成电路封装技术领域，更具体地，涉及一种用于纳米金属膏定厚涂覆的涂覆设备及涂覆方法。
背景技术
当前随着电子产品朝着轻薄化多功能化方向发展，其中承载电子元器件的电路板也往着小型化、精密化、集成化、多层化发展，普通集成电路的线路已经达到微米级别。在线路修复中采用人工已经不切实际。需要依靠工艺设备来实现修复。现采用纳米金属来修复线路，将纳米金属涂覆在待修复区域后烧结即可，纳米材料的涂覆主要待解决问题是需要将材料均匀的涂覆在目标区域。目前涂覆纳米金属主要有旋涂法、LIFT法或者丝网印刷，例如中国专利CN102503579A公开了一种低温烧结制备金属化陶瓷基板的方法，其首先将纳米金属粉与有机物混合均匀，得到纳米金属膏；然后通过丝网印刷工艺，将纳米金属膏印刷在陶瓷基板表面形成金属膏层；但是其采用丝网印刷工艺形成金属膏层的实际运用效果不理想，无法均匀地涂覆纳米金属膏，并且涂覆厚度不可控，较难达到理想的涂覆厚度。
发明内容
本发明为克服上述背景技术所述的无法均匀地涂覆纳米金属膏，并且涂覆厚度不可控，较难达到理想的涂覆厚度的问题，提供一种用于纳米金属膏定厚涂覆的涂覆设备及涂覆方法。本发明能够均匀地涂覆纳米金属膏，并且涂覆厚度可控，能够得到理想要求的涂覆厚度。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种纳米金属膏定厚涂覆设备，包括：
点胶装置，用于在待涂覆区域滴加定量的纳米金属膏体；
柔性刷板，用于在待涂覆区域均匀涂刷纳米金属膏体以形成涂覆层；
厚度检测装置，用于实时检测已形成的涂覆层的厚度；
控制***，用于控制所述柔性刷板的弯曲度和接收所述厚度检测装置反馈的检测信号；
该柔性刷板包括刚性部以及能够沿所述刚性部的轴向来回伸缩并且自身能够弯曲的柔性部，所述柔性部滑动连接在所述刚性部一端设有的通槽中；所述控制***分别与所述柔性刷板、厚度检测装置和点胶装置分别独立控制连接。
进一步的，所述刚性部的另一端设有柔性刷板夹具。
进一步的，所述刚性部为方形条带结构。
进一步的，所述刚性部由玻璃或者不锈钢材质制成。
进一步的，所述柔性部由PI材质制成。
进一步的，所述柔性部表面光滑并经过亲水化处理或疏水化处理。
进一步的，所述厚度检测装置包括用于往涂覆层照射光线的光源以及检测涂覆层透光度的反馈组件，所述控制***分别与所述反馈组件和所述光源独立控制连接。
进一步的，该涂覆设备还包括用于自动切除待更换的柔性部的柔性部切刀，所述控制***与所述柔性部切刀独立控制连接。
还提供一种纳米金属膏可控定厚涂覆方法，基于上述的涂覆设备，包括以下步骤：
S1、滴加纳米金属膏体：使用点胶装置，在待涂覆区域表面滴加定量的纳米金属膏体；
S2、柔性刷板涂扫：使用柔性刷板在点胶位置前方从一侧向另一侧扫过，使柔性刷板的柔性部在涂扫过程中与涂覆板表面接触；通过控制***控制柔性刷板到待涂覆区域表面的法向压力和角度，使柔性刷板刚性部与待涂覆区域表面呈10°～90°夹角，柔性刷板的柔性部与待涂覆区域表面接触处呈0°～45°夹角，并与刚性部形成圆弧过渡；
S3、涂覆层厚度检测：通过光源往涂覆层照射光线，根据涂覆层的透光度检测涂覆层厚度，并反馈给控制***；
S4、涂覆调整：控制***根据检测反馈的涂覆层厚度，调整柔性刷板的弯曲度，点胶装置根据控制***的传输信号确定是否进行补胶，控制***控制柔性刷板进行二次涂扫，最终形成特定厚度的纳米金属膏涂覆层。
与现有技术相比，有益效果是：
本发明可通过改变柔性刷板到待涂覆区域表面的法向压力、角度以及接触面积来控制涂覆厚度，如要涂覆特殊形状的线路可在柔性刷板上形成相对应的特定图案来实现特殊图案的涂覆；涂覆完成后在玻璃板背面用面光源照射检测涂覆厚度，过厚可使用柔性刷板进行二次或多次扫刷，过薄则补胶后再次扫刷直至达到要求；这样便能够均匀地涂覆纳米金属膏，并且涂覆厚度可控，能够得到理想要求的涂覆厚度。
附图说明
图1是实施例1中柔性刷板涂覆作业时的示意图。
图2是实施例2和3中点胶装置在待涂覆区域滴加纳米金属膏体的示意图。
图3是图2状态下待涂覆区域表面的结构示意图。
图4是实施例2和3中柔性刷板准备作业时的示意图。
图5是图4状态下待涂覆区域表面的结构示意图。
图6是实施例2和3中柔性刷板涂扫过程的示意图。
图7是图6状态下待涂覆区域表面的结构示意图。
图8是实施例2和3中进行涂覆层厚度检测时的示意图。
图9是图8状态下待涂覆区域表面的结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
实施例1
如图1所示，为一种用于纳米金属膏定厚涂覆的柔性刷板，该柔性刷板1包括刚性部2以及能够沿刚性部2的轴向来回伸缩并且自身能够弯曲的柔性部3，柔性部3滑动连接在刚性部2一端设有的通槽10中；刚性部2的另一端设有柔性刷板夹具4，即刚性部2材料内部具有可容纳柔性部3材料的通槽10，柔性部3材料为方形的条带状结构，置于通槽10中，可以在通槽10内滑动伸出，以控制柔性部3的露出长度。柔性部3材料的边缘为直线状，与涂刷方向垂直，或呈一定角度；当需要涂覆的纳米金属涂覆层5具有特定形状时，使用具有相应表面凹槽结构的柔性部3材料。比如，预先在柔性部3的表面形成特定深度与形状的凹槽或凸槽，可以形成具有相同形状凸槽或凹槽的纳米金属涂覆层5。刚性部2由不易变形的材料制成，如玻璃或者不锈钢材质制成；柔性部3由易变性的材料制成，由PI材质或者同等作用的软塑料制成；柔性部3的表面光滑并经过亲水化处理或疏水化处理。因为本实施例对于复杂线路图案采用全覆盖涂覆，暂时无法解决复杂图案原型涂扫；在涂扫过程中会与其它线路发生摩擦，因此柔性刷板1在材料的选择上要使用能够降低对线路损伤的材料。
本实施例中的柔性刷板1分为中心的刚性部2和边缘的柔性部3，边缘柔性部3在涂扫过程中与待涂覆区域6表面接触，待涂覆区域6一般为玻璃板。边缘柔性部3长度为1～20mm，在涂扫过程中可发生弯曲。控制柔性刷板1到玻璃板表面的法向压力和角度，使柔性刷板1刚性部2与玻璃板呈10°～90°角(命名为刚性部2夹角α)，柔性刷板1的柔性部3与玻璃板接触处呈0°～45°角(命名为柔性部3夹角β)，并与刚性部2形成圆弧过渡(命名为柔性部3弯曲长度L1)。当柔性刷板1的柔性部3与玻璃板接触处呈0°角时，有一部分长度为0～5mm的柔性部3与玻璃板保持平行(命名为柔性部3接触长度L2)。涂覆前，控制柔性部3条带端部超出刚性部21～20mm。涂覆结束后，如要清理柔性部3上的残余纳米金属膏，可使用切刀将露出的柔性部材料切除，推送柔性部材料条带，露出新的柔性部3作为更替。
基于本实施例的纳米金属膏涂覆层5厚度满足以下公式：
Figure GDA0003577038340000041
其中，δ代表纳米金属涂覆层厚度，E代表柔性刷板柔性部弹性模量，d代表柔性刷板柔性部厚度，η代表纳米金属膏粘度，v代表涂扫速度，A为比例常数。标定结束后，控制***可根据上式对各参数进行调整，获得合适厚度的纳米金属涂覆层。
实施例2
本实施例提供一种用于纳米金属膏定厚涂覆的涂覆设备，其作业过程如图2至图9所示，该涂覆设备包括：
点胶装置7，用于在待涂覆区域6滴加定量的纳米金属膏体8；
厚度检测装置，用于实时检测已形成的涂覆层5的厚度；
控制***(图中未显示出)，用于控制柔性刷板1的弯曲度和接收厚度检测装置反馈的检测信号；
以及实施例1中的柔性刷板1，用于在待涂覆区域6均匀涂刷纳米金属膏体8以形成涂覆层5；
控制***分别与柔性刷板1、厚度检测装置和点胶装置7分别独立控制连接。
如图8所示，厚度检测装置包括用于往涂覆层5照射光线的光源9以及检测涂覆层5透光度的反馈组件(图中未显示出)，控制***分别与检测组件和光源9独立控制连接。
该涂覆设备还包括用于自动切除待更换的柔性部3的柔性部切刀，控制***与柔性部切刀独立控制连接。
在实际操作时，其过程如图2至图9所示，以下面两个操作实验为例：
(1)首先存储一个线宽为20um标准PCB板图像作为参考标准，将待检测的线宽为20um的PCB板图像进行不同时间、不同传感器和不同视角下的同一场景的多幅图像进行配准，比较与标准PCB图像的差异，检测出一条长50um的直线缺陷线路并将其打上标记，点胶***根据AOI检测图像在修复区域以2×10-9mL/s的流量，2um/s的移动速度在修复区域以点状图案开始点胶。点胶完毕后使用接触面为光滑平整面，接触长度为5mm，刚性部2为70°，柔性部3为30°的柔性刷板1从一侧以0.01mm/s的速度刷往另一侧。涂覆完毕在玻璃背面打上面光源9，AOI根据透光度检测涂覆厚度。透光度差异过大，以2×10-10mL/s的流量，2um/s的移动速度在厚度薄的地方补胶，将柔性刷板1刚性部2角度减小为60°，柔性部3角度增大到40°，柔性部3长度减小到3mm后再次进行扫刷。在玻璃板背部打上面光源9用AOI再次检测。
(2)首先存储一个线宽为20um标准PCB板图像作为参考标准，将待检测的线宽为20um的PCB板图像进行不同时间、不同传感器和不同视角下的同一场景的多幅图像进行配准，比较与标准PCB图像的差异，检测出三条分别长20um、30um、50um的平行直线状开路线路将其打上标记，点胶***根据AOI检测图像在修复区域分别以点胶流量和点胶头移速度为2×10-10mL/s、2um/s，1.2×10-9mL/s、3um/s，8×10-8mL/s、2um/s开始线状点胶。点胶完毕后使用接触面有矩形凹槽的柔性刷板1，接触长度为5mm，刚性部2为60°，柔性部3为40°的柔性刷板1从一侧以0.5mm/s的速度刷往另一侧。涂覆完毕在玻璃背面打上面光源9，AOI根据透光度检测涂覆厚度。透光度较低表示涂覆厚度过大，将柔性刷板1的刚性部2角度增大到70°，柔性部3减小到30°，接触长度增大到7mm进行二次扫刷，再次检测，再次扫刷直至厚度达到要求。
本实施例可通过改变柔性刷板1中到待涂覆区域6表面的法向压力、角度以及接触面积来控制涂覆厚度，如要涂覆特殊形状的线路可在柔性刷板1上形成相对应的特定图案来实现特殊图案的涂覆。涂覆完成后在玻璃板背面用面光源9照射用AOI检测涂覆厚度，过厚可使用柔性刷板1进行二次或多次扫刷，过薄则补胶后再次扫刷直至达到要求。这样便能够均匀地涂覆纳米金属膏，并且涂覆厚度可控，能够得到理想要求的涂覆厚度。
实施例3
本实施例提供一种纳米金属膏可控定厚涂覆方法，基于实施例2中的纳米金属膏定厚涂覆设备，其操作过程如图2至图9所示，包括以下步骤：
S1、滴加纳米金属膏体：如图2和图3所示，使用点胶装置7，在待涂覆区域6表面滴加定量的纳米金属膏体8；
S2、柔性刷板涂扫：如图4至图7所示，使用柔性刷板1在点胶位置前方从一侧向另一侧扫过，使柔性刷板1的柔性部3在涂扫过程中与涂覆板表面接触；通过控制***控制柔性刷板1到待涂覆区域6表面的法向压力和角度，使柔性刷板1刚性部2与待涂覆区域6表面呈10°～90°夹角，柔性刷板1的柔性部3与待涂覆区域6表面接触处呈0°～45°夹角，并与刚性部2形成圆弧过渡；
S3、涂覆层厚度检测：如图8和图9所示，通过光源9往涂覆层5照射光线，根据涂覆层5的透光度检测涂覆层5厚度，并反馈给控制***；
S4、涂覆调整：控制***根据检测反馈的涂覆层5厚度，调整柔性刷板1的弯曲度，点胶装置7根据控制***的传输信号确定是否进行补胶，控制***控制柔性刷板1进行二次涂扫，最终形成特定厚度的纳米金属膏涂覆层5。
一般在通过中间介质—玻璃板进行涂覆后将涂覆层5转移到涂覆板上，即待涂覆区域6位于玻璃板的表面，点胶、涂扫都是玻璃板的待涂覆区域6表面进行，涂覆厚度检测时，玻璃板背面进行点状弱激光或面光源9照射，根据透光度检测涂覆层5厚度；当在玻璃板表面涂扫出固定厚度的涂覆层5之后，再将玻璃板直接倒装覆盖于待涂覆板表面，实现纳米金属膏的可控定厚涂覆；透过玻璃板，对纳米金属层进行后续的激光图案化烧结；移除玻璃板，通过溶液清洗，去除残留未烧结纳米金属颗粒。
当待涂覆板本身具有特定厚度线路时，可不使用玻璃板，直接在待涂覆板上进行纳米金属膏涂覆(即涂覆区域就位于涂覆板上)。若原有线路为直线状线路，设置柔性刷板1涂刷方向与原有线路方向平行，使线路之间缝隙被填充。若原有线路为具有开路缺陷的直线状线路，设置柔性刷板1涂刷方向与原有线路方向具有一定角度，使开路缺陷被填充。使用较大刚性部2夹角，较小柔性部3夹角，较长柔性部3接触长度，可使纳米金属膏涂覆层5与原有线路等高。反之，可使纳米金属膏涂覆层5略高于原有线路。当所述待涂覆板较薄且透光时，可在待涂覆板背面进行点状弱激光或面光源9照射，根据透光度检测涂覆层5厚度。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于纳米金属膏定厚涂覆的涂覆设备，其特征在于，包括：
点胶装置(7)，用于在待涂覆区域(6)滴加定量的纳米金属膏体(8)；
厚度检测装置，用于实时检测已形成的涂覆层(5)的厚度；
柔性刷板(1)，用于在待涂覆区域(6)均匀涂刷纳米金属膏体(8)以形成涂覆层(5)；
控制***，用于控制所述柔性刷板(1)的弯曲度和接收所述厚度检测装置反馈的检测信号，并根据检测信号控制柔性刷板的弯曲度；
所述柔性刷板(1)包括刚性部(2)以及能够沿所述刚性部(2)的轴向来回伸缩并且自身能够弯曲的柔性部(3)，所述柔性部(3)滑动连接在所述刚性部(2)一端设有的通槽(10)中；所述控制***分别与所述柔性刷板(1)、厚度检测装置和点胶装置(7)独立控制连接。
2.根据权利要求1所述的用于纳米金属膏定厚涂覆的涂覆设备，其特征在于，所述刚性部(2)的另一端设有柔性刷板夹具(4)。
3.根据权利要求1所述的用于纳米金属膏定厚涂覆的涂覆设备，其特征在于，所述刚性部(2)为方形条带结构。
4.根据权利要求1所述的用于纳米金属膏定厚涂覆的涂覆设备，其特征在于，所述刚性部(2)由玻璃或者不锈钢材质制成。
5.根据权利要求1所述的用于纳米金属膏定厚涂覆的涂覆设备，其特征在于，所述柔性部(3)由PI材质制成。
6.根据权利要求1所述的用于纳米金属膏定厚涂覆的涂覆设备，其特征在于，所述柔性部(3)表面光滑并经过亲水化处理或疏水化处理。
7.根据权利要求1所述的用于纳米金属膏定厚涂覆的涂覆设备，其特征在于，所述厚度检测装置包括用于往涂覆层(5)照射光线的光源(9)以及检测涂覆层(5)透光度的反馈组件，所述控制***分别与所述反馈组件和所述光源(9)独立控制连接。
8.根据权利要求1所述的用于纳米金属膏定厚涂覆的涂覆设备，其特征在于，还包括用于自动切除待更换的柔性部(3)的柔性部切刀，所述控制***与所述柔性部切刀独立控制连接。
9.一种纳米金属膏定厚涂覆的涂覆方法，基于权利要求1至8任一所述的纳米金属膏定厚涂覆设备，其特征在于，包括以下步骤：
S1、滴加纳米金属膏体：使用点胶装置(7)，在待涂覆区域(6)表面滴加定量的纳米金属膏体；
S2、柔性刷板涂扫：使用柔性刷板(1)在点胶位置前方从一侧向另一侧扫过，使柔性刷板(1)的柔性部(3)在涂扫过程中与涂覆板表面接触；通过控制***控制柔性刷板(1)到待涂覆区域(6)表面的法向压力和角度，使柔性刷板(1)的刚性部(2)与待涂覆区域(6)表面呈10°～90°夹角，柔性刷板(1)的柔性部(3)与待涂覆区域(6)表面接触处呈0°～45°夹角，并与刚性部(2)形成圆弧过渡；
基于柔性刷板(1)的纳米金属膏涂覆层厚度满足以下公式：
Figure FDA0003584624270000021
式中，δ代表纳米金属涂覆层厚度，E代表柔性刷板柔性部弹性模量，d代表柔性刷板柔性部厚度，η代表纳米金属膏粘度，v代表涂扫速度，A为比例常数，α代表柔性刷板的刚性部与待涂覆区域表面形成的夹角，β代表柔性刷板的柔性部与待涂覆区域表面接触处形成的夹角，L1代表柔性刷板的柔性部与刚性部形成圆弧过渡的弯曲长度；控制***可根据上式对各参数进行调整，获得合适厚度的纳米金属涂覆层；
S3、涂覆层厚度检测：通过光源(9)往涂覆层(5)照射光线，根据涂覆层(5)的透光度检测涂覆层(5)厚度，并反馈给控制***；
S4、涂覆调整：控制***根据检测反馈的涂覆层(5)厚度，调整柔性刷板(1)的弯曲度，点胶装置(7)根据控制***的传输信号确定是否进行补胶，控制***控制柔性刷板(1)进行二次涂扫，最终形成特定厚度的纳米金属膏涂覆层(5)。
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