BGA芯片底部填充膠點膠工藝標(biāo)準(zhǔn)和選擇與評估

BGA芯片底部填充膠點膠工藝標(biāo)準(zhǔn)和選擇與評估由漢思新材料提供

由于 BGA 芯片存在因應(yīng)力集中而出現(xiàn)的可靠性質(zhì)量隱患問題，為了使 BGA 封裝具備更高的機械可靠性，需對 BGA 進行底部填充，而正確選擇底部填充膠對產(chǎn)品可靠性有很大影響。

隨著電子行業(yè)高精密、智能化的發(fā)展，BGA封裝芯片在電子組裝中應(yīng)用越來越廣泛，隨之而來的則是BGA芯片容易因應(yīng)力集中導(dǎo)致的可靠性質(zhì)量隱患問題。為了使BGA封裝工藝獲得更高的機械可靠性，需對BGA進行底部填充。

底部填充膠簡單來說就是底部填充之義，對BGA /PCB封裝模式的芯片進行底部填充，利用加熱的固化形式，將BGA 底部空隙大面積 (一般覆蓋80%以上)填滿，從而達到加固的目的，增強BGA 封裝模式的芯片和PCB之間的機械可靠性。

底部填充的主要作用

1）填補PCB基板與BGA封裝之間的空隙，提供機械連接作用，并將焊點密封保護起來。

2）吸收由于沖擊或跌落過程中因PCB形變而產(chǎn)生的機械應(yīng)力。

3）吸收溫度循環(huán)過程中的CTE失配應(yīng)力，避免焊點發(fā)生斷裂而導(dǎo)致開路或功能失效。

4）保護器件免受濕氣、離子污染物等周圍環(huán)境的影響。

底部填充實際應(yīng)用評估與選擇

實際應(yīng)用中，不同企業(yè)由于生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品使用環(huán)境等差異，對底部填充膠的各性能需求將存在一定的差異，如何選擇適合自己產(chǎn)品的底部填充膠，漢思化學(xué)認(rèn)為需重點關(guān)注以下幾個方面。

1 熱膨脹系數(shù)（CTE）

焊點的壽命主要取決于芯片、PCB和底部填充膠之間的CTE匹配，理論上熱循環(huán)應(yīng)力是CTE、彈性模量E和溫度變化的函數(shù)。但根據(jù)實驗統(tǒng)計分析顯示CTE1是最主要的影響因素。由于CTE2與CTE1相關(guān)性很強，不管溫度在Tg點以下還是Tg點以上，CTE2都會隨著CTE1增加而增加，因此CTE2也是關(guān)鍵因素．

2 玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Tg）

Tg在材料高CTE的情況下對熱循環(huán)疲勞壽命沒有明顯的影響，但在CTE比較小的情況下對疲勞壽命則有一定影響，因為材料在Tg點以下溫度和Tg點以上溫度，CTE變化差異很大。實驗表明，在低CTE情況下，Tg越高熱循環(huán)疲勞壽命越長。

3 流動性

底部填充膠應(yīng)用原理是利用毛細(xì)作用使得膠水迅速流過BGA /PCB芯片底部芯片底部，其毛細(xì)流動的最小空間是10um。根據(jù)毛細(xì)作用原理，不同間隙高度和流動路徑，流動時間也不同，因此不同的填充間隙和填充路徑所需填充時間不同，從而容易產(chǎn)生“填充空洞”。為更直觀的評估膠水流動性能，可采用以下方法評估膠水流動性：將刻有不同刻度的載玻片疊在PCB板的上方，中間使用50um的墊紙，使載玻片與PCB間留有間隙，在載玻片一端點一定量膠水，測試膠水流動不同長度所需的時間。由于膠水流動性將隨溫度變化而變化，因此，此實驗可在加熱平臺上進行，通過設(shè)置不同溫度，測試不同溫度下膠水流動性。

4 與錫膏兼容性

底部填充膠起到密封保護加固作用的前提是膠水已經(jīng)固化，而焊點周圍有錫膏中的助焊劑殘留，如果底部填充膠與殘留的助焊劑不兼容，導(dǎo)致底部填充膠無法有效固化，那么底部填充膠也就起不到相應(yīng)的作用了，因此，底部填充膠與錫膏是否兼容，是底部填充膠選擇與評估時需要重點關(guān)注的項目。

與錫膏兼容性評估方法一般有兩種：

一是將錫膏與底部填充膠按1:3的比例混合，通過DSC（差示掃描量熱儀）測試混合錫膏后的膠水與未混合錫膏膠水熱轉(zhuǎn)變溫度變化的差異，如沒有明顯差異則說明底部填充膠與錫膏兼容。

二是通過模擬實際生產(chǎn)流程驗證，將已完成所有工序的BGA做水平金相切片實驗，觀察焊點周圍是否存在有膠水未固化的情況，膠水與錫膏兼容膠水完全固化，是由于不兼容導(dǎo)致膠水未完全固化。

5 絕緣電阻

底部填充膠除起加固作用外，還有防止?jié)駳狻㈦x子遷移的作用，因此絕緣電阻也是底部填充膠需考慮的一個性能。

評估方法，采用線寬為0.4mm、間距為0.5mm的梳型電極。在梳型電極表面涂覆已回溫膠水，并參考膠水廠家提供固化曲線進行固化。將制備好的測試板放在溫度85℃、濕度85%RH的高低溫交變潮熱試驗箱中，并對試驗板施加偏壓為50V DC，進行168h潮熱試驗，使用在線監(jiān)測系統(tǒng)對其進行阻值測定。要求測得測試板阻值必須大于108Ω。

6 長期可靠性

底部填充膠主要的作用就是解決BGA/CSP芯片與PCB之間的熱應(yīng)力、機械應(yīng)力集中的問題，因此對底部填充膠而言，最重要的可靠性試驗是溫度循環(huán)實驗和跌落可靠性實驗。

通常選擇以下評估方法：

溫度循環(huán)實驗：制備BGA點膠的PCBA樣品，將樣品放置-40℃~80℃狀態(tài)下做溫度循環(huán)，40℃和80℃溫度下各停留30分鐘，溫度上升/下降時間為30min，循環(huán)次數(shù)一般不小于500次，實驗結(jié)束后要求樣品測試合格，金相切片觀察底部填充膠膠和焊點有無龜裂現(xiàn)象。

跌落可靠性試驗：制備BGA點膠的PCBA樣品，樣品跌落高度為1.2m；實驗平臺為水泥地或者地磚；跌落方向為PCB垂直地面，上下左右4個邊循環(huán)朝下自由跌落；

跌落次數(shù)不小于500次。實驗結(jié)束后要求樣品測試合格，金相切片觀察底部填充膠膠和焊點有無龜裂現(xiàn)象。

底部填充膠是增強BGA組裝可靠性的重要輔料，選擇底部填充膠的好壞對產(chǎn)品可靠性有很大影響。但目前電子行業(yè)底部填充膠供應(yīng)商很多，良莠不齊，如何選擇與評估至關(guān)重要．各企業(yè)由于工藝制程等的差異，還需考慮底部填充膠返修性能、固化溫度、固化時間等等因素，以匹配自己公司的生產(chǎn)工藝。BGA底部填充膠點膠工藝標(biāo)準(zhǔn)和選擇與評估相關(guān)問題可以咨詢漢思新材料。

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