PCBA灌封胶材的特性介绍与选用要求

[发布日期：2021-06-15 13:35:59]　点击：

　　在BGA器件与PCB基板间形成高质量的填充和灌封，材料的品质与性能至为重要。日前用于BGA/CSP等器件的底部填充胶，是以单组份环氧树脂为主体的液态热固胶粘剂;有时在树脂中添加增韧改性剂，是为了改良环氧树脂柔韧性不足的弱点。底部填充胶的热膨胀系数(CTE)﹑玻璃转化温度(Tg)以及模量系数(Modulus)等特性参数，需要与PCB基材、器件的芯片和焊料合金等相匹配。通常胶水的Tg点对CTE影响巨大，温度低于Tg点时CTE较小，反之CTE剧烈增加。模量系数的本义是指物质的应力与应变之比，胶水模量是胶水固化性能的重要参数，通常模量较高代表胶水粘接强度与硬度较好，但同时胶水固化时残留的应力会较大。

　　PCBA的胶材须安全无腐蚀，符合欧盟RoHS指令(关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质)的要求，对多溴二苯醚(PBDE)和多溴联苯(PBB)在材料中的含量严格限制，对于含量超标的电子产品禁止进入市场。同时，还需符合国际电子电气材料无卤(halogen-free)要求，如同无铅锡膏并非锡膏中不含铅而是含量限制一样，所谓无卤也并非物料中不含被管制的卤素，而是指氯或溴单项含量在900ppm以下，总卤素含量控制在1500ppm以下，即(Cl<900ppm,Br<900ppm,Cr+Br<1500ppm)。

　　良好的底部填充胶，需具有较长的储存期，解冻后较长的使用寿命。一般来说，BGA/CSP填充胶的有效期不低于六个月(储存条件：-20°C～5℃)，在室温下(25℃)的有效使用寿命需不低于48小时。有效使用期是指，胶水从冷冻条件下取出后在一定的点胶速度下可保证点胶量的连续性及一致性的稳定时间，期间胶水的粘度增大不能超过10%。微小形球径的WLP和FC器件，胶材的有效使用期相比于大间距的BGA/CSP器件通常要短一些，因胶水的粘度需控制在1000mpa.s以下，以利于填充的效率。使用期短的胶水须采用容量较小的针筒包装，反之可采用容量较大的桶装;使用寿命越短包装应该稍小，比如用于倒装芯片的胶水容量不要超过50ml，以便在短时间内用完。大规模生产中，使用期长的胶水可能会用到1000ml的大容量桶装，为此需要分装成小容量针筒以便点胶作业，在分装或更换针筒要避免空气混入。此外，使用期短的胶水易硬化堵塞针头，每次生产完需尽快清洗针管和其它沾胶部件。

　　BGA及类似器件的填充胶，胶水的粘度和比重须符合产品特点;传统的填充胶由于加入了较大比率的硅材使得胶水的粘度和比重过大，不宜用于细小填充间隙的产品上，否则会影响到生产效率。经验表明，在室温时胶水的粘度低于1000mpa.s而比重在1.1～1.2范围，对0.4mm间距的BGA及CSP器件的填充效果较好。胶水的填充流动性和固化条件，须与生产工艺流程相匹配，不然可能会成为生产线的瓶颈。影响底部填充时间的参数有多种，一般胶水的粘度和器件越大，填充需要的时间越长;填充间隙增大、器件底部和基板表面平整性好，可以缩短填充时间。为提高生产的效率，需综合考虑有关参数并力求优化，参考它们的关系图表6A;底部填充胶的毛细流动剖视，见图6B。对于粘度较大流动性较差的胶水，为提高填充速率，可以将基板预热至60-90℃左右。

　　表面张力和温差是底部填充产生毛细流动的二个主要因素，由于热力及表面张力的驱动，填充材料才能自动流至芯片底部。另外，填充材料都会界定*小的填充间隙，在选择时需要考虑产品的*小间隙是否满足要求。

　　选择底部填充胶需注意什么呢?填充胶的选择是与产品特点相关的，往往需要在工艺和可靠性间平衡。日前市场上底部填充胶的种类很多，在选择相机模块的填充胶时，重要的是适合产品的特点。依据PCB板质的不同，力求热膨胀系数与其匹配。胶水的粘度和比重要适中，室温下良好的湿润性，利于针头快速出胶和快速填充;低温固化快利于固化效率。较低的(CTE)和较高的(Tg)点，以求良好的热性能;适中的模量系数，使其兼备优良的机械强度和柔韧性。总之，优质的胶水需具有室温快速流动和低温快速固化，与锡膏良好的兼容性，较高的粘着强度和断裂韧度，以及重工性能佳和长期可靠性等特点。

　　比如乐泰(Loctite)的Hysol®UF3800™是一款新型的底部填充胶水，它具有较高的Tg和较低CTE，25℃@粘度375cp，比重1.13，模量系数3080Mpa，固化条件130℃≥8分钟，这些性能参数很适合精密器件细间距BGA/CSP/WLP的填充要求。不过这款胶水储存条件为零下20℃，生产使用前必需将冷藏的胶水在室温下解冻回温2至6小时，使胶水的温度与室温均衡才能开启使用，回温时间长短取决于不同的包装大小。

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