如何搞定Underfill胶水固化填充不足
来源:收集 点击数:5075次 更新时间:2017/11/8 10:31:58
CSP焊点失效怎么办?Underfill来帮忙! Underfill填充不足、固化不完全怎么办? 电子得其道来帮忙!
随着细间距CSP/PoP等集成电路封装越来越广泛地应用于各种电子产品中,此类元件的细小焊点可靠性就越来越受到大家的重视了。在热应力或机械应力作用下,精细的焊点可能出现断裂失效问题。现在业界普遍采用Underill工艺以降低应力对焊点的影响,但Underfill在操作过程中又可能出现一些制程问题而降低其保护效果。 Underfill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固化或不能完全覆盖元件底部的锡球。这两种情况将降低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两个问题进行分析,找出根本原因并提出改善方法。
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。
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,这是两个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。
▶ 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。
Underfill胶水半固化的样品元件被确认是只经受过一次回流过程。四个经过二次回流的元件并没有发现任何缺陷存在。可以确定二次回流的元件助焊剂残留物要少于一次回流。 为了更进一步确认验证以上分析,将两片需要做底部充胶的PCBA进行超声波清洗并烘烤125℃,4小时后进行填充切片,填充固化良好,实验结果证明助焊剂残留对胶水固化存在影响。
提高固化温度到150℃并保持慢速和快速两种固化斜率重复实验。所得实验结果没有变化;慢速上升斜率的实验样品仍然保持柔软状态,胶水固化不充分;但快速上升斜率的固化效果相当充分,胶水处于完全固化状态。
从DSC结果比较可以看出,快速的上升斜率可达到86.31%的平均固化率,可满足胶水的基本固化要求。但是慢速的上升斜率却只能达到68.67%的平均固化率,固化不完整。 因此快速的固化上升斜率曲线 (> 1.5 ℃/秒) 可以作为解决Underfill胶水固化不足的有效途径。
▶ 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。
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。 ▶ 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。 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。 🔷 快速的固化上升斜率(>1.5℃/s)可有效的提升和改善Underfill胶水的固化度。 🔷 优化点胶参数可以解决Underfill胶水的填充不足问题。 |
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