科技的发展使得3C产品如智能手机、平板电脑等不断向更高智能化方向发展。这对产品的精细程度提出新的挑战,对基本由SMT贴片组装而成的电路主板的要求也变得越来越高。
同时我们也要看到:以高性能、高稳定性为主的电路板器件日趋薄型化、小型化、高性能化,板厚1.0mm以下的薄PCB或柔性高密度组装基板中,器件与基板间的焊接点在机械和热应力作用下易变得脆弱。
为确保PCBA高质量,需要在SMT制造中使用底部填充工艺( Under fill )。PCB贴片完成后,需要对PCB 电路板中的晶片元件和多脚元件进行底部填充工艺,分别达到防止元件发热使得焊盘上的锡膏融化脱落和因为机械应力而产生的焊盘脱落的效果。而此底部填充工艺有需高精度的点胶机来完成作业。
POP组装需要的底部填充点胶工艺
对于手持产品,常规应用中的动态和静态载荷是导致器件出现故障的主要因素。而底部填充技术可以使封装具备更强的机械稳定性。因此,对于采用凸点进行硅——硅材料之间键合的POP,可以通过底部填充提高封装的可靠性。
精准的喷射点胶(气动喷射阀与压电喷射阀)技术是POP组装实现底部填充的前沿工艺,解决了传统的针式点胶技术由于点胶针与POP基板相距较远而难以在针头临时缩回时切断胶体,或因外径大于屏蔽罩的孔径,或因难以满足点胶容差等弊端,适应当下PCB的发展环境。
相对于标准的CSP/ BGA工艺,POP工艺需要对多层封装同时进行点胶操作,要求底部填充工艺所使用的自动化设备在POP热管理、器件贴装精度补偿、点胶髙度定位以及操作软件执行工艺控制等方面具备很髙的性能。
热管理
热管理是喷射式点胶工艺的主要组成部分之一,从对胶体进行加热开始,需保持均匀喷射的胶滴和器件持续加热,以加快底部填充的毛细流速,并最终达到胶体正常固化所需的温度(底部填充胶大多属于热固化型)。这是由于均匀精确地加热整个器件是消除气泡、获得良好底部填充的必要条件。如下图1所示
喷射阀结构图
器件贴装精度补偿
①在对POP自动进行底部填充时,需要定义一些参数并保持良好的精度,如确认点胶头在器件上方的位置,利用可靠的视觉系统将基准位置信息反馈到平台,以此调整参数。
②每个器件为满足系统的整体直通率和高性能,要求POP的可靠性达到更髙的等级和具备合格的芯片、可测试性和稳定的机械性。这是由于传统的单层阵列底部填充已发展为三维填充操作——能够快速、无缺陷地对多个叠层进行底部填充。
③POP进行底部填充时,需要填充的器件不止一个,通常情况下尺寸大多很相似。这就需要甄别以防止出现相同的器件影响到贴装精度。
④底部填充胶在屏蔽罩的第一层的流速一般较快,该层温度通常会稍高于第二层(离加热板的距离更远),喷射技术将从更近距离的芯片边缘点胶。这是由于胶体到达间隙的速度更快,因此会在上层形成快速的毛细流动。如下图2所示
⑤点胶阀接近POP边缘有助于减少胶的用量,但是会有少量胶从封装体边沿溢出,导致避让区的长度缩短。在某些情况下,底部填充时的各层之间的间隙并不相同,从而会影响毛细流速,使得间隙越大流速越快。
综上所述:稳定的POP底部填充工艺既对双层互连焊料连接的封装进行层间填充,又对各种封装体在凸点高度/布局、用胶量、加热及流动时间上存在的差异进行补偿,从而达到点胶时间短、填充体积最小化、层间流动速度快、，程度地节省材料等效果。
底部填充胶
在BGA器件与PCB基板之间形成高质量的填充和灌封,需要运用到的材料就是底部填充胶。它是一种高流动性,高纯度的单组份环氧树脂灌封材料,填充间隙小、速度快,具有优良的电气性能和机械性能,可兼容多数无铅和无锡焊膏,也可进行返修操作。
其原理是利用毛细作用使得胶水迅速流过BGA 芯片底部,而毛细流动的最小空间是10um,符合焊接工艺中焊盘和焊锡球之间的，电气特性要求,保障了焊接工艺的电气安全特性。
底部填充胶通过创新型毛细作用在CSP和BGA芯片的底部进行填充,经加热固化后形成牢固的填充层,从而降低芯片与基板之间因热膨胀系数差异所造成的应力冲击,提高元器件结构强度和稳定性,增强BGA封装模式的芯片和PCBA之间的抗跌落性能。
值得注意的是,使用胶枪时应采用倾斜的方式进行底部填充,可以解决溢胶宽度和散点问题,有效保证胶水在芯片底部填充的效率。
德森精密多功能高速点胶机
作为深耕高端智能电子装备行业十六年的高新企业——德森精密基于对点胶和底部填充工艺的深入研究,适时推出多款高配置的高速点胶机,采用无接触的精准喷射点胶技术。作业时能达到超高速度、超高精度以及超高工艺辅助,还支持喷射式点胶阀、螺杆式点胶阀、滑动式点胶阀等多种阀门,覆盖所有线路板组装和微电子封装工艺的点胶需求,广泛应用于半导体点胶工艺、SMT点胶工艺、底部填充、包裸封装、红胶、UV胶、热熔胶等场景中。
例如:德森精密Q600点胶机采用工控机和运动控制卡双重控制方式,配备CCD视觉定位系统,自动校准运行精度,可选配激光高度检测系统,满足工件变形后自动校准Z轴高度,确保点胶的精度和效率。
德森精密多功能高速点胶机
随着电路板器件封装微小型化,点胶和底部填充工艺对各种元器件封装质量起到举足轻重的影响。德森精密高速点胶机精益求精,以高精度、高速度、高品质等优势深入解决行业存在的痛点难点,为SMT生产线的组装效率和质量提供稳定可靠的保障。
