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Underfill底部填充胶产生气泡的原因与解决方法

[发布日期:2020-09-07 15:30:25] 点击:


 

  Underfill底部填充胶产生气泡的原因与解决方法

  各类电子产品,越来越广泛的应用到细间距的CSP/POP等集成电路封装,CSP、BGA元器件的的细小焊点可靠性越来越受到重视。在热应力、机械应力(弯曲、扭曲)或跌撞应力作用下,精细的焊点可能出现断裂失效问题。採用Underill底部填充胶增加晶片的可靠性,是一个切实有效的解决方案。但Underfill点胶工艺在操作过程中又可能出现一些气泡问题而降低其保护效果。

底部填胶除泡

  Underfill点胶工艺,利用毛细作用原理把底填剂迅速浸透到BGA和CSP底部,然后加热予以固化,需要完全覆盖元件底部区域,将CSP元件整个本体与板面紧密粘接在一起,降低热或机械应力对焊点的影响。

  在实际应用过程中,Underfill会受到多种因素的影响,如点胶方式,固化温度参数,锡球矩阵,锡膏助焊剂成分等。可能导致元件底部的胶水不能完全覆盖元件底部的锡球。这种情况将降低Underfill的保护效果,这是不允许的。本文将通过一个实际案例来对这个问题进行分析,找出根本原因并提出改善方法。

  1. 问题描述

  在某手机产品NPI阶段,发现CSP元件底部Underfill胶水并没有完全固化或填充。0.8mm间距的CSP固化和填充效果良好, 但同一块板上的0.5mm间距CSP的中心位置存在胶水半固化以及填充不足问题。

  2. 缺陷分析

  从前面的案例中可以看到Underfill的问题存在于两个方面,一是胶水半固化,二是胶水不能完全覆盖包裹元件底部的锡球,这是表征和原因都不相同的两个问题,分析及改善也需要分开处理。

  2.1 半固化分析

  从鱼骨图原因分析来看,对固化影响较大的可能有八大潜在因素:预热温度;固化时间不足;固化温度过低;固化炉不稳定;锡膏助焊剂与胶水不兼容;锡膏助焊剂残留过多;SMD和NSMD焊盘形式差异;回流焊接温度曲线。

  2.1.1 预热温度

  设定PCBA预热温度为30~40℃,半固化缺陷仍然存在,而且胶水填充效果非常糟糕。

  2.1.2 不足的固化时间和温度

  将固化温度从120℃提高到150℃,仍然可发现填充胶水固化不充分的缺陷。

  2.1.3 固化炉不稳定

  通过Cmk的测量,固化炉的Cmk在1.33以上,说明固化炉的稳定性不成问题。

  2.1.4 锡膏助焊剂与胶水的兼容性

  胶水成分内除了环氧树脂外还包含有其它各种固化元素,如固化剂,催化剂,交联剂等等。助焊剂残留可能与胶水中的固化剂发生反应而影响固化效果,助焊剂残留物对底部充胶质量有非常显著的影响。完成固化后的CSP锡球与Underfill材料间有明显的分离间隙。但清洗后样品锡球与填充材料的结合相当紧密,没有任何的间隙存在。

  2.2 Underfill不足的工艺流程优化

  胶水的填充更多需要考虑胶水在元件底部的流动路径问题,CSP锡球排列及其周边其它元件的分布都可能影响胶水的流动。所以,需要考虑调整点胶参数以优化胶水的流动路径。原始的点胶工艺参数如下表。

  2.2.1 预热温度影响

  比较PCBA预热和非预热所带来的不同胶水填充效果。两组实验的点胶工艺参数一样,但实验结果却大不相同。A组样品的预热温度为30-40℃,切片结果显示有较大的空洞存在;B组样品没有进行预热,虽然实验结果优于A组样品,但零星空洞仍然存在,无法达到100%填充效果。

  2.2.2 玻璃板实验

  为了研究空洞的形成过程,玻璃板被用来验证和模拟实际CSP Underfill胶水的毛细管作用现象。实验结果如下图所示,胶水在CSP周边的流动性要快于中间的锡球位置,这就是为什麽所观察到的空洞都集中在CSP的中间位置。

  优化点较胶参数,在保证相同胶量的前提下将点胶次数由3次增加到4次,实验结果如下图所示,中间锡球间的空气被逐步排出,没有形成空洞。

  2.3 结果

  使用4次点胶和快速上升斜率的固化曲线。解决了胶水Underfill的半固化和填充不足等缺陷。

  2.4

  点胶次数增加, 相对的产品的产出量将会减少. 再者, 假如产品在执行点胶作业时, 同时有很多需要点胶的元件一起受热, 这时候还得考虑点胶作业簿能过长, 否则当执行完最后一颗点胶后, 或许第一颗的underfill 就已经乾掉了, 无法在后续烘烤时将空洞排除. ELT 毅力科技的真空压力除泡烤箱是针对underfill 的空洞(气泡)加以处理排除, 因此点胶作业的优化条件可以更广, 点交作业可以快的产出为考量来执行.相对的产品的产出将会更增加

  3. 结论

  ? 助焊剂残留与胶水固化剂的化学反应导致了Underfill胶水的固化不完全。

  ? SMD的焊盘设计可能在一定程度上对Underfill胶水的半固化缺陷有所改善。

  ? 优化点胶参数可以解决Underfill胶水的填充不足问题。

除泡烤箱

  ? 点胶后之烘烤作业选择ELT真空压力除泡烘箱, 能有效改善空洞问题。ELT智能化全自动除泡机,采用真空+压力+高温物理除泡工艺,无尘洁净真空环境,含氧量自动控制,快速升温,快速降温,挥发气体过滤更环保,10寸工业型电脑,烘烤废气内循环收集,气冷式安全设计,高洁净选配,真空/压力/温度&时间弹性式设定,除泡率高。广泛应用于灌胶封装,印刷,压膜等半导体电子新能源电池等诸多领域。


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