底部填充膠的檢測要求
底部填充膠(Underfill)對SMT(電子電路表面組裝技術)元件(如:BGA、CSP芯片等)裝配的長期可靠性是必須的。
選擇適合的底部填充膠對芯片的跌落和熱衝擊的可靠性都起到了很大的保護作用。芯片錫球陳列中,底部填充膠
能有效地阻止和息點本身(即結構內的*薄弱點)因為應力而發生應力失效。此外,底部填充膠的第二個作用是防潮
濕和其他形式的汙染。
我這裡所說的底部填充膠之測試技術主要是站在客戶角度的,至於UNDERFILL研發過程中考慮的因素會更多一點,
但與客戶的實際評估又有著許多不同的地方,雖然某些指標和客戶的測試技術試相關的,但實際中往往是綜合因素
的影響,所以要了解客戶的核心需求才能對應提供合適的產品。另外在UNDERFILL的理論研究中(論文相關的)就
考慮得更細了,其中還用了很多數學、物理及化學的模型及函數來分析(中間還涉及到表面張力、接觸角,回歸分析…),
這個就更不在我們的討論之列了。
測試方法:
1) 黏度: 無庸置疑黏度肯定是影響流動速度的關鍵因素之一,目前向黏度在幾百CPS的膠水基本上都是
可以不需要煜熱點膠的,填充速度基本上都是一兩分鐘以內的;而像黏度稍大一些的達到幾千CPS的膠差別
就比較大了(從幾分鐘到十幾分鐘不等)。
2) 預熱溫度:這也是一個非常關鍵的影響因素之一,尤其是對一些黏度在一千以上的膠水,一般在預熱(預熱
溫度就需要結合各家的產品的特性,義邊可以已膠水的黏溫曲線做參考,當並非直接對應的關係)的情況下,
黏度微幾千的膠水。
3) 基版的差別(芯片的尺寸)及錫球的分布、錫球球徑及數量、錫球間距、助焊劑殘留、乾燥程度等),這個
對填充速度也有一訂的影響的,在某些情況下影響也是非常明顯的。當然這些差別對另一個底填膠的指標
影響更大,後面會細說。當然如果是幾種膠水平行測試,這個因素的影響是一至的。
一、 固化溫度和時間(固化度)
這個指標其實在研發端是比較容易判斷的,用DSC曲線就很容易判斷出來,當然由于DSC在測試時膠量是以mg來
測試,所以一般建議給客戶的固化溫度是在DSC的理論時間上乘以4倍的(韓國元化學的建議)。
然而在客戶端如果判斷,其實簡單的方法就是按膠商TDS上建議的固化時間還是比較保險的。另外有些客戶經常
會問如果不完全案TDS建議會如何,簡單的推斷方法同等溫度下時間加長貨者同等時間下溫度升高,理論上都是會
完全固化的,但反向推斷的話最好找供應商確認下。因為每種膠特性不一樣,低於某個溫度時間即使加倍時間也未
必能固化,同理也不是溫度越高時間就會縮短,就目前接觸到的底膠水的固化溫度沒有高過150度的(SONY曾有款
手機,使用SUNSTAR的膠水,在150度快速固化時期後期會有些缺陷,同樣改用130度加長時間固化後就沒有這個問
題了)。太高溫固化和太快速固化對膠水後期的一些性能還是有著滿大的影響的(有些體系的膠水會影響更明顯)。
這個道理喝過湯的朋友應該都能理解一些,好湯可都是慢慢熬者出來的!
另外對於固化程度的判斷,這個做為使用者的客戶可能不太好判斷,因為目測的完全固化時間和理論上的完全固化
還是有差別的,客戶一班容易從固化後的硬度,顏色等判斷,但這些指標可能在澆水只過化了80%以上時已經沒辦法分
辨出來了,如果能增加一些黏接力等測試輔助可能會更準確些,當然更精確的方法還是要用會DSC等一些熱力學測試
的設備和方法了。而在實際應用中,膠水達到90%貨是95%以上的固化已經算是完全固化了,具體要達到百分之九十
幾這個就要看後期可靠性的要求了。
二、 填充效果
這個指標其實也是客戶比較關注的,但對填充效果的判斷需要進行切片實驗,這個在研發端其實很難模擬的,而在客戶
這邊一班也只有相對比較大型的客戶才有這樣的測試手段和方法,當然也可以送賽保貨者CTI華測等公司進行檢測。
而在客戶現場對填充效果的簡單判斷,當然就是目測點膠水時BGA點膠邊的對邊都要有膠水,固化後也是需要四條邊
的膠要完全固化,且沒有任何肉眼可見的氣泡貨空洞。理想的狀態是四邊的膠都均勻爬到芯片邊緣的一半處外(芯片
上不得有膠),這其實和點膠工藝比較相關。另外整體的填充效果和前面講到的填充速度其實有一定關係的,尤其是前
面談到的流動性的主要因素3,當然和膠水也有較大的關係。從目前我接觸到的各大廠家的檢測報告中,沒有哪家是可
以百分百完全填充的,這裡面另一個重要的影響的因素就是錫膏和助和劑與膠水的兼容性,極端的情況下,極端的情況
下可能會導致膠水不顧化而達不到真正的保護作用。
芯片底部填膠充膠氣泡處理
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