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深入研究底部填充點膠工藝 德森精密高速點膠機應運而生

發表時間:2022/06/30 10:30:48 來源:德森精密

科技的發展使得3C產品如智能手機、平板電腦等不斷向更高智能化方向發展。這對產品的精細程度提出新的挑戰,對基本由SMT貼片組裝而成的電路主板的要求也變得越來越高。


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同時我們也要看到:以高性能、高穩定性為主的電路板器件日趨薄型化、小型化、高性能化,板厚1.0mm以下的薄PCB或柔性高密度組裝基板中,器件與基板間的焊接點在機械和熱應力作用下易變得脆弱。


為確保PCBA高質量,需要在SMT制造中使用底部填充工藝( Under fill )。PCB貼片完成后,需要對PCB 電路板中的晶片元件和多腳元件進行底部填充工藝,分別達到防止元件發熱使得焊盤上的錫膏融化脫落和因為機械應力而產生的焊盤脫落的效果。而此底部填充工藝有需高精度的點膠機來完成作業。


POP組裝需要的底部填充點膠工藝


對于手持產品,常規應用中的動態和靜態載荷是導致器件出現故障的主要因素。而底部填充技術可以使封裝具備更強的機械穩定性。因此,對于采用凸點進行硅——硅材料之間鍵合的POP,可以通過底部填充提高封裝的可靠性。


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精準的噴射點膠(氣動噴射閥與壓電噴射閥)技術是POP組裝實現底部填充的前沿工藝,解決了傳統的針式點膠技術由于點膠針與POP基板相距較遠而難以在針頭臨時縮回時切斷膠體,或因外徑大于屏蔽罩的孔徑,或因難以滿足點膠容差等弊端,適應當下PCB的發展環境。


相對于標準的CSP/ BGA工藝,POP工藝需要對多層封裝同時進行點膠操作,要求底部填充工藝所使用的自動化設備在POP熱管理、器件貼裝精度補償、點膠髙度定位以及操作軟件執行工藝控制等方面具備很髙的性能。


熱管理


熱管理是噴射式點膠工藝的主要組成部分之一,從對膠體進行加熱開始,需保持均勻噴射的膠滴和器件持續加熱,以加快底部填充的毛細流速,并最終達到膠體正常固化所需的溫度(底部填充膠大多屬于熱固化型)。這是由于均勻精確地加熱整個器件是消除氣泡、獲得良好底部填充的必要條件。如圖1所示


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器件貼裝精度補償


01

在對POP自動進行底部填充時,需要定義一些參數并保持良好的精度,如確認點膠頭在器件上方的位置,利用可靠的視覺系統將基準位置信息反饋到平臺,以此調整參數。


02

每個器件為滿足系統的整體直通率和高性能,要求POP的可靠性達到更髙的等級和具備合格的芯片、可測試性和穩定的機械性。這是由于傳統的單層陣列底部填充已發展為三維填充操作——能夠快速、無缺陷地對多個疊層進行底部填充。


03

POP進行底部填充時,需要填充的器件不止一個,通常情況下尺寸大多很相似。這就需要甄別以防止出現相同的器件影響到貼裝精度。


04

底部填充膠在屏蔽罩的第一層的流速一般較快,該層溫度通常會稍高于第二層(離加熱板的距離更遠),噴射技術將從更近距離的芯片邊緣點膠。這是由于膠體到達間隙的速度更快,因此會在上層形成快速的毛細流動。如下圖2所示


05

點膠閥接近POP邊緣有助于減少膠的用量,但是會有少量膠從封裝體邊沿溢出,導致避讓區的長度縮短。在某些情況下,底部填充時的各層之間的間隙并不相同,從而會影響毛細流速,使得間隙越大流速越快。


綜上所述:

穩定的POP底部填充工藝既對雙層互連焊料連接的封裝進行層間填充,又對各種封裝體在凸點高度/布局、用膠量、加熱及流動時間上存在的差異進行補償,從而達到點膠時間短、填充體積最小化、層間流動速度快、最大程度地節省材料等效果。


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底部填充膠


在BGA器件與PCB基板之間形成高質量的填充和灌封,需要運用到的材料就是底部填充膠。它是一種高流動性,高純度的單組份環氧樹脂灌封材料,填充間隙小、速度快,具有優良的電氣性能和機械性能,可兼容多數無鉛和無錫焊膏,也可進行返修操作。


其原理是利用毛細作用使得膠水迅速流過BGA 芯片底部,而毛細流動的最小空間是10um,符合焊接工藝中焊盤和焊錫球之間的最低電氣特性要求,保障了焊接工藝的電氣安全特性。


底部填充膠通過創新型毛細作用在CSP和BGA芯片的底部進行填充,經加熱固化后形成牢固的填充層,從而降低芯片與基板之間因熱膨脹系數差異所造成的應力沖擊,提高元器件結構強度和穩定性,增強BGA封裝模式的芯片和PCBA之間的抗跌落性能。


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值得注意的是,使用膠槍時應采用傾斜的方式進行底部填充,可以解決溢膠寬度和散點問題,有效保證膠水在芯片底部填充的效率。


德森精密多功能高速點膠機


作為深耕高端智能電子裝備行業十六年的高新企業——德森精密基于對點膠和底部填充工藝的深入研究,適時推出多款高配置的高速點膠機,采用無接觸的精準噴射點膠技術。作業時能達到超高速度、超高精度以及超高工藝輔助,還支持噴射式點膠閥、螺桿式點膠閥、滑動式點膠閥等多種閥門,覆蓋所有線路板組裝和微電子封裝工藝的點膠需求,廣泛應用于半導體點膠工藝、SMT點膠工藝、底部填充、包裸封裝、紅膠、UV膠、熱熔膠等場景中。


例如:德森精密Q600點膠機采用工控機和運動控制卡雙重控制方式,配備CCD視覺定位系統,自動校準運行精度,可選配激光高度檢測系統,滿足工件變形后自動校準Z軸高度,確保點膠的精度和效率。


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隨著電路板器件封裝微小型化,點膠和底部填充工藝對各種元器件封裝質量起到舉足輕重的影響。德森精密高速點膠機精益求精,以高精度、高速度、高品質等優勢深入解決行業存在的痛點難點,為SMT生產線的組裝效率和質量提供穩定可靠的保障。


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點膠機配置結構圖

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