BGA芯片底部填充膠點膠工藝標準和選擇與評估

BGA芯片底部填充膠點膠工藝標準和選擇與評估由漢思新材料提供

由于 BGA 芯片存在因應力集中而出現的可靠性質量隱患問題，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品可靠性有很大影響。

隨著電子行業高精密、智能化的發展，BGA封裝芯片在電子組裝中應用越來越廣泛，隨之而來的則是BGA芯片容易因應力集中導致的可靠性質量隱患問題。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形變而產生的機械應力。

3）吸收溫度循環過程中的CTE失配應力，避免焊點發生斷裂而導致開路或功能失效。

4）保護器件免受濕氣、離子污染物等周圍環境的影響。

底部填充實際應用評估與選擇

實際應用中，不同企業由于生產工藝、產品使用環境等差異，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品的底部填充膠，漢思化學認為需重點關注以下幾個方面。

1 熱膨脹系數（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，理論上熱循環應力是CTE、彈性模量E和溫度變化的函數。但根據實驗統計分析顯示CTE1是最主要的影響因素。由于CTE2與CTE1相關性很強，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也是關鍵因素．

2 玻璃轉化溫度（Tg）

Tg在材料高CTE的情況下對熱循環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越高熱循環疲勞壽命越長。

3 流動性

底部填充膠應用原理是利用毛細作用使得膠水迅速流過BGA /PCB芯片底部芯片底部，其毛細流動的最小空間是10um。根據毛細作用原理，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，還有防止濕氣、離子遷移的作用，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，使用在線監測系統對其進行阻值測定。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之間的熱應力、機械應力集中的問題，因此對底部填充膠而言，最重要的可靠性試驗是溫度循環實驗和跌落可靠性實驗。

通常選擇以下評估方法：

溫度循環實驗：制備BGA點膠的PCBA樣品，將樣品放置-40℃~80℃狀態下做溫度循環，40℃和80℃溫度下各停留30分鐘，溫度上升/下降時間為30min，循環次數一般不小于500次，實驗結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個邊循環朝下自由跌落；

跌落次數不小于500次。實驗結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品可靠性有很大影響。但目前電子行業底部填充膠供應商很多，良莠不齊，如何選擇與評估至關重要．各企業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工藝。BGA底部填充膠點膠工藝標準和選擇與評估相關問題可以咨詢漢思新材料。

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