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作者：信息發(fā)布員 來源：東莞市華圳電子科技有限公司 時間：2020/4/26 16:29:06
全球電子制造業(yè)正進入一個創(chuàng)新密集和新興企業(yè)快速發(fā)展的時期，隨著元件封裝的飛速發(fā)展，越來越多的PBGA、CBGA、CCGA、QFN、0201、01005，03015阻容元件等得到廣泛運用，表面貼裝技術亦隨之快速發(fā)展，在其生產過程中，焊接品質越來越受到工程師們的重視。
回流焊技術在電子制造領域并不陌生，我們智能手機內使用的各種PCBA板卡上的元件都是通過這種工藝焊接到線路板上的，SMT回流焊是通過熔化預先放置的焊料面形成焊點，在焊接過程中不再加任何額外焊料的一種焊接方法，通過設備內部的加熱電路，將空氣或氮氣加熱到足夠高的溫度后吹向已經貼好元件的線路板，讓元件兩側的錫膏焊料融化后與主板粘結，這種工藝的優(yōu)勢是溫度易于控制，焊接過程中還能避免氧化，制造成本也更容易控制。
回流焊已成為SMT的主流工藝，我們常用的智能手機板卡上的元件大都是通過這種工藝焊接到線路板上的 , 是靠熱氣流對焊點的作用，膠狀的焊劑在一定的高溫氣流下進行物理反應達到SMD的焊接；之所以叫"回流焊"是因為氣體在焊機內循環(huán)流動產生高溫達到焊接及固化目的。
焊接及固化，是電子板組裝作業(yè)中的重要工序，如果沒有很好的掌握它，不但會出現許多“臨時故障”還會直接影響焊點的壽命。
▲SMT回流焊溫度曲線▲
典型底部填充固化工藝
底部填充技術上世紀七十年代發(fā)源于IBM公司，目前已經成為電子制造產業(yè)重要的組成部分。起初該技術的應用范圍只限于陶瓷基板，直到工業(yè)界從陶瓷基板過渡到有機（疊層）基板，底部填充技術才得到大規(guī)模應用，并且將有機底部填充材料的使用作為工業(yè)標準確定下來。
在電子制造工藝中另一種需要固化的工藝是底部填充工藝，這是將填充材料灌注入芯片與基板之間的空隙中，這是因為芯片與基板材料之間膨脹系數不一致，而填充材料則能保護焊點不受這種應力的影響。還有是球狀封頂以及圍壩填充技術，這兩種技術是用覆蓋材料將已焊接的裸芯片加以封裝的工藝。
隨著芯片針腳密度越來愈高，芯片面積越來愈大點膠逐漸成了保護電路板的重要工藝，在其他工藝水平同等條件下，點膠會顯著提升產品可靠性與壽命”。那么點膠為什么會起到保護作用的？
點膠通過對芯片焊球或元器件焊點的保護來避免跌落、擠壓、彎折后焊接開裂而引發(fā)的功能失效；點膠也具有防水、防光透、密封等不同作用。底部填充膠水添加之后還需要再經過高溫烘烤以加速環(huán)氧樹脂的固化時間，另外也可以確保晶片底下的充填膠水真的固化，一般環(huán)氧樹脂擺放在室溫下雖然也可以慢慢的固化，但至少需要花費24小時以上的時間，根據與空氣接觸的時間長短而有所不同，有些環(huán)氧樹脂的成份裡面還會添加一些金屬元素的添加膠水，選用的時候必須要留意其液態(tài)及固態(tài)時的表面阻抗，否則有機會產生漏電流(current leakage)問題。
過去，底部填充膠在消費類產品中一般不知加固為何物，有何作用，而軍工級SSD從芯片開始進行加固，首先會使用底部填充膠對芯片底部進行完全填充，然后加熱160°C固化，底部填充膠不僅可以起到PCB和芯片之間粘合劑的作用，還能把芯片管腳之間的空氣完全排出，防止日后芯片管腳的氧化，同時，也可以起到防水作用。
近年的消費類智能手機也表現出了不俗的耐摔性，耐跌落的秘訣才被引入于大眾的視線里------點膠。廠商對手機關鍵部件點膠與否，點膠實施到什么程度有多好，都極大程度上決定著手機的穩(wěn)健與可靠。
UNDERFILL中文名有很多：底部填充膠、底填膠、下填料、底部填充劑、底填劑、底填料、底充膠等等，基本上稱為底部填充劑（膠）應該是最貼近在電子行業(yè)實際應用中的名稱；是一種單組分環(huán)氧密封劑，用于CSP或BGA 底部填充制程。它能形成一致和無缺陷的底部填充層，能有效降低由于硅芯片與基板之間的總體溫度膨脹特性不匹配或外力造成的沖擊。受熱時能快速固化。較低的粘度特性使得其能更好的進行底部填充；較高的流動性加強了其返修的可操作性。
市場對于縮小體積的需求，使CSP（如FLIP CHIP）得到較多應用，這樣元件貼裝后具有更小的占地面積和更高的信號傳遞速率。填充或灌膠被用來加強焊點結構使其能抵受住由于硅片與PCB材料的熱膨脹系數不一致而產生的應力，一般常會采用上滴或圍填法來把晶片用膠封起來。許多這樣的封裝膠都需要很長的固化時間，對于在線生產的爐子來講是不現實的，通常會使用成批處理的烘爐，但是垂直烘爐已經被證明可以成功地進行固化過程，并且其溫度曲線比普通回流爐更為簡單，垂直烘爐使用一個PCB傳輸系統(tǒng)來扮演緩沖區(qū)/堆積區(qū)的作用，這樣就延長了PCB板在一個小占地面積的烘爐中駐留的時間。
底部填充包封材料起初應用于提高早期氧化鋁(Al2O3)基材的倒裝芯片的可靠性。在芯片最外圍的焊點易疲勞而導致芯片功能失效。相對較小的硅片和基材間的熱膨脹差異是芯片在經受熱循環(huán)時產生這種問題的根源。這樣，熱循環(huán)的溫度范圍及循環(huán)的次數就決定了芯片的使用壽命。在芯片和基板間填充可固化的包封材料，可以很好地把熱膨脹差異帶來的集中于焊點周圍的應力分散到整個芯片所覆蓋的范圍。
幾乎所有這幾種封裝材料都需要很長的固化時間，所以用在線式連續(xù)生產的固化爐是不實際的，平時大家經常使用“批次烘爐”，但垂直烘爐的技術也趨于完善，尤其在加熱曲線比回流爐簡單時，垂直烘爐完全能夠勝任。垂直烘爐使用一個垂直升降的傳送系統(tǒng)作為“緩沖與累加器”，每一塊PCB都必須通過這一道工序循環(huán)。這樣的結果就是得到了足夠長的固化時間，而同時減少了占地面積。
垂直固化爐加熱系統(tǒng)擁有以下優(yōu)點：
1、極大地縮短設備了長度，提高空間利用率，占地面積；
2、垂直加熱系統(tǒng)傳動方式采用步進方式，智能化拓展空間要大。如果采用機械手就可以取消人工手工放板，可以實現多機一人就可以完成供料維護；
3、垂直加熱系裝置布置遠少于水平運輸模式，節(jié)能效果明顯。
▲溫度曲線（用戶可以調整）▲
▲垂直固化爐工藝流程▲
▲傳統(tǒng)點膠固化方式▲
▲垂直固化爐點膠固化方式▲
垂直固化爐全自動入板出板，完全取消離線固化爐需要反復取放產品的人工；
沒有了取放產品動作對爐溫穩(wěn)定性產生影響，產品質量一致性好；
采用在運輸系統(tǒng)雙側布置加熱模塊的布局，熱量補充速度更快，爐內溫度均勻性更好。
在線式垂直固化爐應對die attach, flip chip underfill 和 COB封裝等；
使用垂直型固化爐可提高產能和質量同時降低成本。
使用在線式垂直爐實現環(huán)氧膠固化工藝在3個方面突顯出了極大優(yōu)勢：
相對于離線式固化爐，由于在線式自動進出產品提高了產量，減少了離線式固化爐所需的反復進出板的人工，充分利用車間高度空間，垂直固化爐相比較水平運輸的固化線，在同等的產能情況下將設備占地面積大幅度縮小。
相對于離線式固化爐，由于在線式由于無需頻繁開啟和關閉爐門而節(jié)省了時間和熱量損失，所以工藝一致性好而保證了產品質量。
由于整個工廠車間，特別是凈化房內的裝修成本極高，而垂直爐只需要6英尺大的占地面積即可實現4小時的固化工藝，從而節(jié)約了裝修成本。
底部填充膠的工藝步驟
底部填充膠工藝步驟：烘烤——預熱——點膠——垂直固化爐固化——檢驗。
底部填充膠烘烤環(huán)節(jié)：建議在120—130°C之間，溫度過高會直接影響到焊錫球的質量。取樣并通過不同時間段進行稱量PCBA的重量變化，直到重量絲毫不變?yōu)橹埂?/span>
底部填充膠預熱環(huán)節(jié)：這一環(huán)節(jié)取決于所用填充物的特性。其目的主要是加熱使得填充物流動加速。反復的加熱勢必會使得PCBA質量受到些許影響，所以建議這個環(huán)節(jié)建議溫度不宜過高，建議控制在70°C一下。
具體參數確定方法為：在不同溫度下對典型SMA元件實施underfill，測量其完全流過去所需要的時間，根據線體平衡來確定所需要的溫度，同時也建議參考填充物供貨商的最佳流動所需要的溫度做為參數。
底部填充膠點膠環(huán)節(jié)：通常實施方法有操作人員的手動填充和機器的自動填充。無論是手動和自動，一定需要借助于膠水噴涂控制器，其兩大參數為噴涂氣壓和噴涂時間設定。不同的產品，不同的PCBA的布局，所用的這兩個參數不同，使用者可以根據具體產品來具體確定。
1 盡量避免不需要填充的元件被填充 ；
2 絕對禁止填充物對扣屏蔽罩有影響。依據這兩個原則可以確定噴涂位置。
底部填充膠固化環(huán)節(jié)：固化條件往往需要根據填充物的特性來制定profile曲線，這也是選取填充物的一個重要條件。溫度過高，仍然會造成對焊錫球的影響，甚至影響到很多其他元器件特性。通常建議采用160°C以下的條件去實施。
主要用于烘干固化SMT紅膠，三防漆，FPC油墨，PCB綠油，封裝半導體固化等電子行業(yè)。
粘接工藝密封膠水的使用，取代了多數的螺絲、膠帶，使產品變得更美觀。
底部填充的目的，是為了加強BGA與PCB板的貼合強度，分散和降低因震動引起的BGA突點張力和應力。
底部填充膠工藝有四角綁定（如上圖）、I型、L型、U型。也有保護圍堰工藝，四角綁定底部填充膠的工藝要求。
1、應用在產品為筆記本電腦等產品PCB與BGA的加固貼合。
2、在BGA的四邊拐角上點膠水，形成保護堰。
3、加強BGA和PCB的貼合強度。
4、分散和降低因震動所引起的BGA突點張力和應力。
主流電子產品以Apple為代表，不僅關鍵的字庫、CPU、memory等IC實施了點膠，基本上所有的元器件，包含電阻、按鍵switch等微小元器件也實施了點膠，以保護其焊接點，也起到防水防震的作用。點膠的使用點在擴展，變得越來越多。
業(yè)內專家認為，指紋模組生產過程中不管是CSP，還是COB封裝方案，在點膠工藝里面，主要是芯片UnderFill膠和芯片周圍的封邊膠處理，通常用四個邊都來點膠的方式，工藝的基本要求，第一點四邊都要非常均勻點膠，第二點單邊距離小于0.4毫米。其中膠水受環(huán)境因素影響非常大，底部不能有空洞或者氣泡的情況，UPH要大于1500個。
1、SMT/SMD/SMC電子膠水——貼片紅膠，低溫固化膠SMT系列貼片膠是環(huán)氧樹脂（快速熱硬化作用）粘合劑，有的具有高剪切稀釋粘性特征，所以適用于高速表面貼片組裝機（針筒式）點膠機用，特別適用于各種超高速點膠機（如：HDF）。 有的型號的粘度特性和扱搖變性，特別適用于鋼網/銅網印膠制程，并能獲得良好成形而有效預防PCB板的溢膠現象。產品均按無公害產品的要求，設計開發(fā)成要求高溫耐熱性的無鉛（Pb-Free）焊接上適用的產品。低溫固化膠是單組份、低溫熱固化改良型環(huán)氧樹脂膠粘劑。該產品用于低溫固化，并能在極短的時間內在各種材料之間形成最佳粘接力。產品工作性能優(yōu)良，具有較高的保管穩(wěn)定性，適用于記憶卡、CCD/CMOS等裝置。特別適用于需要低溫固化的熱敏感元件。
2、COB/COG/COF電子膠水——圍堰填充膠，COB邦定黑膠圍堰填充膠系列單組分環(huán)氧膠，適用于環(huán)氧玻璃基板的IC封裝之用途，如電池線路保護板等產品。該產品具有優(yōu)異的耐焊性和耐濕性，低熱膨脹系數以減少變形，優(yōu)異的溫度循環(huán)性能和較佳的流動性。COB邦定黑膠系單組分環(huán)氧樹脂膠，是IC邦定之最佳配套產品。專供IC電子晶體的軟封裝用，適用于各類電子產品，例如計算器、PDA、LCD、儀表等。其特點是流動性較大，易于點膠且膠點高度較低。固化后具有阻燃、抗彎曲、低收縮、低吸潮性等特性，能為IC提供有效保護。此包封劑的設計是經過長時間的溫度/濕度/通電等測試和熱度循環(huán)而研制成的優(yōu)質產品。
3、 BGA/CSP/WLP電子膠水——底部填充膠底部填充膠(underfill)是單組分環(huán)氧密封劑，用于CSP&BGA底部填充制程。它能形成一致和無缺陷的底部填充層，能有效地降低硅芯片與基板之間的總體溫度膨脹特性不匹配或外力造成的沖擊。較低的黏度特性使其更好的進行底部填充；較高的流動性加強了其返修的可操作性。
4、MC/CA/LE/EP封裝材料——導電銀膠導電銀膠是一種以銀粉為介質的單組份環(huán)氧導電膠。它具有高純度、高導電性、低模量的特點，而且工作時效長。該類產品具有極好的常溫貯存穩(wěn)定性，較低的固化溫度，離子雜質含量低，固化物有良好的電學和機械性能以及耐溫熱穩(wěn)定性等優(yōu)點。產品成功應用于LED、LCD、石英諧振器、片式鉭電解電容器、VFD、IC等方面的導電粘接，適用于印刷或點膠工藝。
5、特種有機硅電子封裝材料——特種有機硅灌封/粘結材料許多組裝過程中都用到有機硅黏合劑。有機硅的耐候性，對紫外線和高溫的抗老化性使得它們在太陽能，照明設備，家用電器等組裝行業(yè)有著廣泛的應用。
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