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Underfill(底部填充剂)的目的與操作程序
2012/7/2


  底部填充劑(Underfill)原本是設計給覆晶晶片(Flip Chip)以增強其信賴度用的,因為矽材料做成的覆晶晶片的熱膨脹係數遠比一般基版(PCB)材質低很多,因此在熱循環測試(Thermal cycles)中常常會有相對位移產生,導致機械疲勞而引起焊點脫落或斷裂的問題,後來這項技術被運用到了一些 BGA 晶片以提高其落下/摔落時的可靠度。
 
        底部填充劑的材料通常使用環氧樹脂(Epoxy),它利用毛細作用原理把 Epoxy 塗抹在晶片的邊緣讓其滲透到覆晶晶片或BGA的底部,然後加熱予以固化(cured),因為它能有效提高焊點的機械強度,從而提高晶片的使用壽命。目前大多被運用在一些手持裝置,如手機的電路板設計之中,因為手持裝置必須要通過嚴苛的跌落試驗(Drop test)與滾動試驗(Tumble test),很多的 BGA 焊點幾乎都無法承受這樣的嚴苛條件,尤其是一些 ENIG 的板子。
 
        添加底部填充劑的步驟通常會被安排在電路板組裝完成,也就是完成 SMT、Wave Solder、手焊零件,並且完全通過電性測試以確定板子的功能沒有問題後才會執行,因為執行了 underfill 之後的晶片就很難再對其進行修理(repair)或重工(rework)的動作。
 
        底部填充劑添加之後還需要再經過高溫烘烤以加速環氧樹脂的固化時間,另外也可以確保晶片底下的充填劑真的固化,一般環氧樹脂擺放在室溫下雖然也可以慢慢的固化,但需要花費24小時以上的時間,根據與空氣接觸的時間而有所不同,有些環氧樹脂的成份裡面會添加一些金屬元素的添加劑,選用的時候必須要留意其液態及固態時的表面阻抗,否則有機會產生漏電流(current leakage)問題。
 
       添加底部填充劑時一般只會在晶片的相鄰兩邊進行L型的路徑填加環氧樹脂底下是使用Loctite 3536 操作 underfill 的一些步驟,僅供參考

1)Loctite 3536 必須儲存與於5℃的低溫(Loctite 要求溫度需介於2℃~8℃,之間),灌膠以前必須將之回到室溫至少 1 個小時才可使用。

2)灌膠時需要將待 underfil l的電路板預熱到 70℃。

3)開始給 BGA 晶片做 L型路徑的第一次點膠,如下圖將 Loctite 3536 點在 BGA 晶片的邊緣。 

贵州快34)等待約30~60秒的時間,待 Loctite 3536 滲透到BGA底部。

5)給 BGA 晶片在做第二次 L型路徑點膠,膠量要比第一次少一點,等待約60秒左右,觀察黑膠有否擴散到 BGA 的四周並形成斜坡包覆晶片。(此目的在確保晶片底下的 underfill 有最少的氣泡或空洞)

6)確認灌膠無誤後將灌好膠的電路板放進烤箱,烤到130℃ + 20分鐘。 (Loctite不建議140℃ 以上的溫度烘烤)

7)烘烤後,檢查灌膠的外觀是否黑亮,用指甲輕觸並感覺是否光滑堅硬。


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