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点胶或底部填充的空洞防范与分析

[发布日期:2021-06-07 13:28:00] 点击:


 

  点胶和底部填充的空洞问题,对BGA及类似器件可靠性的危害很大,尤其是对于尺寸较大的BGA和CSP或WLP器件。为消除空洞,我们须清楚它的来源,虽然产生空洞的原因较为复杂,而空洞的位置和形状给提供了很多线索,可以帮助我们使用有效的方法去消除它。那么,产生空洞的原因主要有哪些,如何防范与检测呢?下面我将做简略的阐述。

  产生空洞的因素与防范对策:

  1.胶水中混入了空气、其他溶剂或水份,以及PCB或器件受潮等原因,在烘烤过程中产生气泡而后固化形成空洞。

  对策:作业前对点胶头排气,胶水充分回温并除汽泡;生产好的PCBA,在24小时内需完成底部填充,否则PCBA需要经过烘烤祛除湿气(90℃≥1小时),然后再进行填充作业;如果是水溶性锡膏焊接,点胶前PCBA需清洗并经过彻底烘干(125℃≥1小时),避免溶剂或水份残留。

  2.对于FC器件、CSP和WLCSP器件填充间隙很小,胶水在器件底部填充的效果与点胶的路径尤其关系密切,点胶路径或施胶工艺选择不当,使胶水流动填充不均衡包封空气而产生空洞。

  对策:依据器件面积大小,点胶前认真考虑,选择正确的点胶路径和施胶工艺,减少胶水在流动方向上的阻碍,使流动速度均衡。

  3.胶水与焊锡助焊剂不兼容性,焊接助焊残留物对填充胶产生排斥,使胶水润湿流动产生阻碍,甚至使靠近焊点的胶水不能固化。

  对策:新型的填充胶与焊锡膏搭配使用前,先做DOE(实验验证)确认两者匹配兼容良好;在小批量产品上进行尝试没有问题再正式在生产上使用。

  4.助焊剂残留,阻碍了胶水对于器件和基板间间隙的填充,减少填充胶和界面的粘接性能,这种不良很容易在焊点周围助焊剂集中的地方观察到,见图17A。

  对策:施胶前的清洗,这种工艺虽然被大多电子组装生产厂商所排斥,但对于相机模组的多半产品,由于所用水溶性锡膏回焊后必需被清洗;即使在生产中使用免清洗助焊剂锡膏,清洗工艺还是有助于提高产品的底部填充质量。

  5.PCB阻焊层设计缺陷,板面露半通孔,NDSMD(非阻焊膜定义)焊盘阻焊开口偏大等,可能造成填充胶对器件和基板的润湿力差异太大,造成填充产生空洞。

  对策:阻焊膜须覆盖除焊盘外的所有的金属基底,板面不许露半通孔,焊垫配合好阻焊膜的尺寸公差,消除沟渠状的阻焊膜开窗以确保一致性的流动。

  底部填充产生空洞的因素还有很多,在此只是列举了常见的几种。PCB翘曲平整度不佳、填充胶的粘度太大、板面基材和器件底部粗糙度明显差异等缺陷,不一致的润湿都可能造成填充胶在毛细流动和回流固化过程中产生空洞。

  空洞的检测与分析:

  底部填充胶进行外观检查比较容易也很直观,但对于外观良好的器件,底部填充是否有空洞、裂纹和分层等缺陷,检测起来就比较复杂困难;图17B所示为CSP器件填充良好的外观。不过,对于新型的填充胶水验证、兼容性实验或不良品分析,底部填充效果检测必不可少。对此,有非破坏性检测和破坏性检查两种方法。

  非破坏性底部填充异常检测,可以通过自动声波微成像分析技术。超声波对于实心材质几乎是透明的,只有遇到类似于裂缝或空洞异常时,声波检测传感器通过声学成像系统工具,才能反映出相应的异常状况,并测量出与芯片底部与填充有关的机械缺陷。这种工具首先确定好区域单位,然后测量出每个单位区域内的空洞、分层或裂纹,在声学性质所占的百分比。资料显示,空洞与焊点接触可能导致焊点失效,如果空洞很小又不靠近焊点可认为合格,比如图17C所示的空洞A是可接受的,而空洞B&C则不可接受。图17D所示为某产品空洞的声波微成像情况。

  破坏性检查是指通过对异常位置进行切片,再使用光学显微镜进行外观检查。这处切片方法与焊点的切片分析相同,通过对器件底面平行的切片(FlatSection),结合光学显微镜检查填充胶的空洞、裂纹或分层不良,见图17A;如有需要,通过金相显微镜或电子扫描显微镜和能谱分析仪(SEM/EDX),进一步检查分析底部填充胶的微观结构。

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