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底部填充胶的检测要求

[发布日期:2020-11-20 14:08:01] 点击:


 

  底部填充胶(Underfill)对SMT(电子电路表面组装技术)元件(如:BGA、CSP芯片等)装配的长期可靠性是必须的。选择合适的底部填充胶对芯片的跌落和热冲击的可靠性都起到了很大的保护作用。在芯片锡球阵列中,底部填充胶能有效的阻止焊锡点本身(即结构内的*薄弱点)因为应力而发生应力失效。此外,底部填充胶的第二个作用是防止潮湿和其他形式的污染。

  我这里所说的底部填充胶之测试技术主要是站在客户角度的,至于UNDERFILL研发过程中考虑的因素会更多一些,但与客户的实际评估又有着许多不同的地方,虽然某些指标和客户的测试技术是相关的,但实际中往往是综合因素的影响,所以要了解客户的核心需求才能对应提供合适的产品。另外在UNDERFILL的理论研究中(论文什么的)就考虑考虑得更细了,其中还用了很多数学、物理及化学的模型及函数来分析(中间还还涉及到表面张力、接触角,回归分析…),这个就更不在我们的讨论之列了。

底部填充胶除气泡

  一、流动性:

  流动性或者说填充速度往往是客户非常关注的一个指标,尤其是作为实际使用的SMT厂家,而实际对于可靠性要求非常高的一些行业,这个倒是其次的。就目前SMT行业的普遍要求,一般在1~30分钟理论上都是可接受的(当然手机行业一般是在2-10分钟以内,有些甚至要求以秒计,这个也需要结合芯片的大小)。

  测试方法:*简单的方法当然是直接在芯片上点胶进行测试,而且评估不同胶水的流动性时*好是同时进行平行测试(*好样板数要5-10个以上)。在研发段对流动性的测试就是用两块玻璃片间胶水的流动速度来判断研发方向的。影响流动性的因素有很多,在平行的测试条件下,下面有些可以检讨的因素:

  主要因素:

  1)粘度:毋庸置疑粘度肯定是影响流动速度关键的因素之一,目前像粘度在几百cps的胶水基本上都是可以不需要预热点胶的,填充速度基本上都是一两分钟以内的;而像粘度稍大一些的达到几千cps的胶差别就比较大了(从几分钟到十几分钟不等);

  2)预热温度:这也是一个非常关键的影响因素,尤其是对一些粘度在一千以上的胶水,一般在预热(预热温度就需要结合各家的产品的特性,一般可以胶水的粘温曲线做参考,当并非一一直接对应的关系)的情况下,粘度为几千的胶水能降到几百,流动性会显著增大,但要注意预热温度过高过低都可能会导致流动性变差;

  3)基板的差别(芯片的尺寸及锡球的分布、锡球球径及数量、锡球间距、助焊剂残留、干燥程度等),这个对填充速度也是有一定影响的,在某些情况下影响也是非常明显的。当然这些差别对另一个底填胶的指标影响更大,后面会细说。当然如果是几种胶水平行测试,这个因素的影响是一致的。

  二、固化温度和时间(固化度)

  这个指标其实在研发端是比较容易判断的,用DSC曲线就很容易判断出来,当然由于DSC在测试时胶量是以mg来测试,所以一般建议给客户的固化温度是在DSC的理论时间上乘以4倍的(韩国元化学的建议)。

  然而在客户端如果判断,其实简单的方法就是按胶商TDS上建议的固化温度和时间还是比较保险的。另外有些客户经常会问如果不完全按TDS建议会如何,简单的推断的方法同等温度下时间加长或者同等时间下温度升高,理论上都是会完全固化的,但反向推断的话*好找供应商确认下。因为每种胶特性不一样,低于某个温度时间即使加几倍时间也未必能固化,同理也不是温度越高时间就会越短,就目前接触到的底填胶水的固化温度没有建议高过150度的(SONY曾经有款手机,使用SUNSTAR的胶水,在150度快速固化时后期测试时会有些缺陷,同样改用130度加长时间固化后就没有这个问题了)。太高温固化和太快速固化对胶水的后期一些性能还是有着蛮大的影响的(有些体系的胶水会影响更明显)。这个道理喝过汤的朋友应该能理解一些,好汤可都是慢慢熬出来的,呵呵!

  另外对于固化程度的判断,这个做为使用者的客户可能不大好判断,因为目测的完全固化时间和理论上的完全固化还是有差别的,客户一般容易从固化后的硬度,颜色等判断,但这个些指标可能在胶水只固化了80%以上时已经没法分辨出来了,如果能增加一些粘接力等测试辅助可能会更准确些,当然更精确的方法还是要用会DSC等一些热力学测试的设备和方法了。而在实际应用中,胶水达到90%或95%以上的固化已经算是完全固化了,具体要达到百分之九十几这个就要看后期可靠性的要求了。

  未完全固化的胶水是很难真正全面发挥应有作用的,尤其是后期测试要求很严格的时候。所以建议客户*好使用相对保险的固化条件,如果设置在临界值的话,固化温度或固化时间少有偏差就可能导致固化不完全。

  三、填充效果

  这个指标其实也是客户比较关注的,但是对填充效果的判断需要进行切片实验,这个在研发端其实很难模拟的,而在客户这边一般也只有相对比较大型的客户才有这样的测试手段和方法,当然也可以送赛宝或者CTI华测等公司进行检测。

  而在客户现场对填充效果的简单判断,当然就是目测点胶时BGA点胶边的对边都要有胶水,固化后也是需要四条边的胶要完全固化,且没有任何肉眼可见的气泡或空洞。理想的状态是四边的胶都均匀爬到芯片边缘的一半处(芯片上不得有胶),这个其实和点胶工艺比较相关。另外整体的填充效果和前面讲到的填充速度其实一有一定关系的,尤其是前面谈到的流动性的主要因素3,当然和胶水也有较大的关系。从目前我接触到的各大厂家的测试报告中,没有哪家是可以百分百完全填充的,这里面另一个重要的影响的因素就是锡膏和助焊剂与胶水的兼容性,极端的情况下可能会导致胶水不固化而达不到真正的保护作用。

底部填充胶除气泡

  芯片底部填充胶气泡处理

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