若何搞定Underfill胶水固化填充不足_胶水_斜率

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随着细间距CSP/PoP等集成电路封装越来越广泛地运用于各种电子产品中，此类元件的眇小焊点可靠性就越来越受到大家的重视了。
在热应力或机器应力浸染下，风雅的焊点可能涌现断裂失落效问题。
现在业界普遍采取Underill工艺以降落应力对焊点的影响，但Underfill在操作过程中又可能涌现一些制程问题而降落其保护效果。

Underfill须要完备覆盖元件底部区域，将CSP元件全体本体与板面紧密粘接在一起，降落热或机器应力对焊点的影响。

若何搞定Underfill胶水固化填充不足_胶水_斜率科学

在实际运用过程中，Underfill会受到多种成分的影响，如点胶办法，固化温度参数，锡球矩阵，锡膏助焊剂身分等。
可能导致元件底部的胶水不能完备固化或不能完备覆盖元件底部的锡球。
这两种情形将降落Underfill的保护效果，这是不许可的。
本文将通过一个实际案例来对这两个问题进行剖析，找出根本缘故原由并提出改进方法。

问题描述

在某手机产品NPI阶段，创造CSP元件底部Underfill胶水并没有完备固化或添补。
0.8mm间距的CSP固化和添补效果良好，但同一块板上的0.5mm间距CSP的中央位置存在胶水半固化以及添补不敷问题。

毛病剖析

从前面的案例中可以看到Underfill的问题存在于两个方面，一是胶水半固化，二是胶水不能完备覆盖包裹元件底部的锡球，这是两个表征和缘故原由都不相同的两个问题，剖析及改进也须要分开处理。

半固化剖析

从鱼骨图缘故原由剖析来看，对固化影响较大的可能有八大潜在成分：预热温度；固化韶光不敷；固化温度过低；固化炉不稳定；锡膏助焊剂与胶水不兼容；锡膏助焊剂残留过多；SMD和NSMD焊盘形式差异；回流焊接温度曲线。

预热温度

设定PCBA预热温度为30~40℃，半固化毛病仍旧存在，而且胶水添补效果非常糟糕。

不敷的固化韶光和温度

将固化温度从120℃提高到150℃，仍旧可创造添补胶水固化不充分的毛病。

固化炉不稳定

通过Cmk的丈量，固化炉的Cmk在1.33以上，解释固化炉的稳定性不成问题。

锡膏助焊剂与胶水的兼容性

胶水身分内除了环氧树脂外还包含有其它各种固化元素，如固化剂，催化剂，交联剂等等。
助焊剂残留可能与胶水中的固化剂发生反应而影响固化效果，助焊剂残留物对底部充胶质量有非常显著的影响。
完成固化后的CSP锡球与Underfill材料间有明显的分离间隙。
但洗濯后样品锡球与添补材料的结合相称紧密，没有任何的间隙存在。

锡膏助焊剂残留

撬开须要进行底部充胶的CSP创造锡球周边覆盖有许多助焊剂残留。

Underfill胶水半固化的样品元件被确认是只经受过一次回流过程。
四个经由二次回流的元件并没有创造任何毛病存在。
可以确定二次回流的元件助焊剂残留物要少于一次回流。

为了更进一步确认验证以上剖析，将两片须要做底部充胶的PCBA进行超声波洗濯并烘烤125℃，4小时后进行添补切片，添补固化良好，实验结果证明助焊剂残留对胶水固化存在影响。

SMD和NSMD焊盘设计

把稳到有添补毛病的CSP焊盘设计为SMD，但其它没有缺陷的焊盘设计为NSMD。
NSMD的焊盘与阻焊膜之间存在间隙，这道间隙可能容纳了残留的助焊剂从而减少了与Underfill材料在锡球上的打仗面积。
NSMD的焊盘设计对半固化的毛病大概有帮助，但还须要更进一步的研究，而且修正焊盘设计须要较长的周期才能实施。

回流焊接温度曲线

较长的预热韶光和回流韶光可以降落PCBA助焊剂残留并以此改进固化问题，但是实验证明纵然采取最长的预热和回流韶光也只能轻微减轻而无法彻底办理半固化陷。
考虑到实际品质和生产哀求：必须严格掌握回流焊接曲线的工艺窗口，以是此方法无法有效履行。

固化温度曲线

胶水身分与助焊剂残留之间的兼容问题是存在的，须要考试测验优化固化温度曲线以改进结果：快速的上升斜率可能降落助焊剂对胶水固化剂的侵蚀速率，从而提升胶水的固化度。

将一对混有助焊剂残留物与Underfill胶水的样品分别用慢速和快速两种不同的上升斜率曲线进行固化实验。
两种曲线的固化温度都为120℃。
慢速上升斜率为1.1~1.2℃/s，而快速上升斜率为1.94℃/s。

实验结果显示：缓慢的上升固化斜率对胶水的固化不充分，胶水还处于优柔状态；但快速上升的固化斜率对胶水的固化效果良好，胶水已得到充分固化。

提高固化温度到150℃并保持慢速和快速两种固化斜率重复实验。
所得实验结果没有变革；慢速上升斜率的实验样品仍旧保持优柔状态，胶水固化不充分；但快速上升斜率的固化效果相称充分，胶水处于完备固化状态。

DSC测试剖析

外不雅观的硬和软是一种主不雅观的判断办法来断定胶水处于固化或非固化。
但是固化和非固化的环氧材料特性大不相同，通过DSC (Differential scanning calorimetry) 可有效的鉴定出胶水固化和半固化的不同特性。

实验－1，只有胶水材料，以30℃/分钟的上升斜率从室温升至120℃并保持60分钟；根据胶水厂商的证明，此条件下的样品可达到100％的固化率；此样品被当作DSC的剖析标本来打算固化度。
另一种推举条件为3分钟保持120℃，比较上一固化条件，此固化条件可达到85％的固化率。

实验－2，Underfill胶水和助焊剂残留物3：1稠浊，以28.5℃/分钟的上升斜率从室温升至130℃并保持2分钟。
此条件为慢速的升温斜率(0.475℃/s) ；

实验－3，Underfill胶水和助焊剂残留物3：1稠浊，以91.5℃/分钟的上升斜率从室温升至130℃并保持4分钟，此条件为快速的升温斜率(1.58℃/s)。