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BGA底部填充胶点胶工艺标准和选择与评估

发布时间:2021-01-13 10:22:17 责任编辑:http://www.hanstars.cn/阅读:37

BGA底部填充胶点胶工艺标准和选择与评估汉思化学提供


由于 BGA 芯片存在因应力集中而出现的可靠性质量隐患问题,为了使 BGA 封装具备更高的机械可靠性,需对 BGA 进行底部填充,而正确选择底部填充胶对产品可靠性有很大影响。


随着电子行业高精密、智能化的发展,BGA封装芯片在电子组装中应用越来越广泛,随之而来的则是BGA芯片容易因应力集中导致的可靠性质量隐患问题。为了使BGA封装工艺获得更高的机械可靠性,需对BGA进行底部填充。

底部填充胶简单来说就是底部填充之义,对BGA /PCB封装模式的芯片进行底部填充,利用加热的固化形式,将BGA 底部空隙大面积 (一般覆盖80%以上)填满,从而达到加固的目的,增强BGA 封装模式的芯片和PCB之间的机械可靠性。


底部填充的主要作用

1)填补PCB基板与BGA封装之间的空隙,提供机械连接作用,并将焊点密封保护起来。

2)吸收由于冲击或跌落过程中因PCB形变而产生的机械应力。

3)吸收温度循环过程中的CTE失配应力,避免焊点发生断裂而导致开路或功能失效。

4)保护器件免受湿气、离子污染物等周围环境的影响。


底部填充实际应用评估与选择

实际应用中,不同企业由于生产工艺、产品使用环境等差异,对底部填充胶的各性能需求将存在一定的差异,如何选择适合自己产品的底部填充胶,汉思化学认为需重点关注以下几个方面。

1 热膨胀系数(CTE)

焊点的寿命主要取决于芯片、PCB和底部填充胶之间的CTE匹配,理论上热循环应力是CTE、弹性模量E和温度变化的函数。但根据实验统计分析显示CTE1是最主要的影响因素。由于CTE2与CTE1相关性很强,不管温度在Tg点以下还是Tg点以上,CTE2都会随着CTE1增加而增加,因此CTE2也是关键因素.


2 玻璃转化温度(Tg)

Tg在材料高CTE的情况下对热循环疲劳寿命没有明显的影响,但在CTE比较小的情况下对疲劳寿命则有一定影响,因为材料在Tg点以下温度和Tg点以上温度,CTE变化差异很大。实验表明,在低CTE情况下,Tg越高热循环疲劳寿命越长。


3 流动性

底部填充胶应用原理是利用毛细作用使得胶水迅速流过BGA /PCB芯片底部芯片底部,其毛细流动的最小空间是10um。根据毛细作用原理,不同间隙高度和流动路径,流动时间也不同,因此不同的填充间隙和填充路径所需填充时间不同,从而容易产生“填充空洞”。为更直观的评估胶水流动性能,可采用以下方法评估胶水流动性:将刻有不同刻度的载玻片叠在PCB板的上方,中间使用50um的垫纸,使载玻片与PCB间留有间隙,在载玻片一端点一定量胶水,测试胶水流动不同长度所需的时间。由于胶水流动性将随温度变化而变化,因此,此实验可在加热平台上进行,通过设置不同温度,测试不同温度下胶水流动性。


4 与锡膏兼容性

底部填充胶起到密封保护加固作用的前提是胶水已经固化,而焊点周围有锡膏中的助焊剂残留,如果底部填充胶与残留的助焊剂不兼容,导致底部填充胶无法有效固化,那么底部填充胶也就起不到相应的作用了,因此,底部填充胶与锡膏是否兼容,是底部填充胶选择与评估时需要重点关注的项目。

与锡膏兼容性评估方法一般有两种:

一是将锡膏与底部填充胶按1:3的比例混合,通过DSC(差示扫描量热仪)测试混合锡膏后的胶水与未混合锡膏胶水热转变温度变化的差异,如没有明显差异则说明底部填充胶与锡膏兼容。

二是通过模拟实际生产流程验证,将已完成所有工序的BGA做水平金相切片实验,观察焊点周围是否存在有胶水未固化的情况,胶水与锡膏兼容胶水完全固化,是由于不兼容导致胶水未完全固化。


5 绝缘电阻

底部填充胶除起加固作用外,还有防止湿气、离子迁移的作用,因此绝缘电阻也是底部填充胶需考虑的一个性能。

评估方法,采用线宽为0.4mm、间距为0.5mm的梳型电极。在梳型电极表面涂覆已回温胶水,并参考胶水厂家提供固化曲线进行固化。将制备好的测试板放在温度85℃、湿度85%RH的高低温交变潮热试验箱中,并对试验板施加偏压为50V DC,进行168h潮热试验,使用在线监测系统对其进行阻值测定。要求测得测试板阻值必须大于108Ω。


6 长期可靠性

底部填充胶主要的作用就是解决BGA/CSP芯片与PCB之间的热应力、机械应力集中的问题,因此对底部填充胶而言,最重要的可靠性试验是温度循环实验和跌落可靠性实验。

通常选择以下评估方法:

温度循环实验:制备BGA点胶的PCBA样品,将样品放置-40℃~80℃状态下做温度循环,40℃和80℃温度下各停留30分钟,温度上升/下降时间为30min,循环次数一般不小于500次,实验结束后要求样品测试合格,金相切片观察底部填充胶胶和焊点有无龟裂现象。

跌落可靠性试验:制备BGA点胶的PCBA样品,样品跌落高度为1.2m;实验平台为水泥地或者地砖;跌落方向为PCB垂直地面,上下左右4个边循环朝下自由跌落;

跌落次数不小于500次。实验结束后要求样品测试合格,金相切片观察底部填充胶胶和焊点有无龟裂现象。


底部填充胶是增强BGA组装可靠性的重要辅料,选择底部填充胶的好坏对产品可靠性有很大影响。但目前电子行业底部填充胶供应商很多,良莠不齐,如何选择与评估至关重要.各企业由于工艺制程等的差异,还需考虑底部填充胶返修性能、固化温度、固化时间等等因素,以匹配自己公司的生产工艺。BGA底部填充胶点胶工艺标准和选择与评估相关问题可以咨询汉思化学。

汉思化学专业生产底部填充胶,专注胶水领域研发生产销售13年,可以为客户作高端定制。合作客户有华为,小米,飞毛腿电池.可以为客户做免费样品测试和点胶代加工服务.


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