Leiterplattentechnisch - Überlegungen zum Fülldesign und PCB-Prozess

Mit der Zunahme der Kreislaufdichte und dem Wegfall von Produktformfaktoren, viele neue Methoden sind in der Leiterplattenindustrie Chip-Level-Design enger mit Board-Level-Montage zu integrieren. Bis zu einem gewissen Grad, the emergence of technologies such as flip chip and chip scale package (CSP) has actually blurred the semiconductor die, chip packaging method and printed circuit board (PCB). ) The traditional dividing line between assembly-level craftsmanship. Obwohl die Vorteile dieser neuen hochdichten Chip-Level-Montagetechnologien sehr wichtig sind, wenn kleinere Größen Bauteile bilden, Verbindungen, und Verpackungen empfindlicher gegen physikalische und Temperaturbelastungen, Wählen Sie die beste Technologie, um kontinuierliche Zuverlässigkeit zu konfigurieren und zu erreichen. Der Produktionseffekt wird immer schwieriger.

1. Warum ist es gefüllt?

Die erste Idee, die Verwendung von Unterfülldichtmittel in Betracht zu ziehen, besteht darin, die Auswirkungen zu verringern, die durch die Missübereinstimmung der allgemeinen Temperaturausdehnungseigenschaften zwischen der Siliziumdüse und dem darunterliegenden Substrat verursacht werden, auf dem sie befestigt ist.

Der zweite Vorteil der Leimfüllung besteht darin, Feuchtigkeit und andere Formen der Verschmutzung zu verhindern. Auf der negativen Seite, Der Einsatz von Füllstoffen erhöht die Herstellungskosten und erschwert Nacharbeit. Aus diesem Grund, viele PCBA-Hersteller Schnelle Funktionstests nach Reflow und vor Befüllung durchführen.

Zweitens, entscheiden Sie, wann Sie den Kleber füllen

Da es nicht weniger als fünfzig verschiedene CSP-Entwürfe1 sowie unzählige Variablen und Betriebsbedingungen gibt, die das Verbindungsdesign betreffen, ist es schwierig, eine genaue Regel zur Bestimmung des Einsatzes von Füllungen vorzulegen. Es gibt jedoch viele Schlüsselfaktoren, die bei der Gestaltung einer Leiterplatte berücksichtigt werden sollten. Einige wichtige Faktoren sind:

Die Differenz im Temperaturausdehnungskoeffizienten (CTE) zwischen Chip und Substrat. Der CTE von Silizium beträgt 2,4 ppm; Die CTE eines typischen Leiterplattenmaterials beträgt 16 ppm. Keramische Materialien können nach dem passenden CTE entworfen werden, aber der CTE von 95% Aluminiumoxidkeramik beträgt 6,3 ppm. Für PCB-basierte Verpackungen ist eine Klebefüllung erforderlich, obwohl die erhöhte Zuverlässigkeit nach dem Befüllen auch auf keramischen Substraten gezeigt wird. Eine alternative Methode besteht darin, ein Substrat mit einer Einlagenstruktur, wie eine High-CTE-Keramik oder ein flexibles Material, als vibrationsabsorbierendes Material zwischen dem Chip und dem Hauptsubstrat zu verwenden, das die CTE-Differenz zwischen der Leiterplatte und dem Siliziumchip verringern kann.

Viertens, die PCB-Dicke des Systems

Die Erfahrung hat gezeigt, dass dickere Leiterplatten steifer sind und dünnere Leiterplatten Biegekräften widerstehen, die durch größere Stöße verursacht werden. Beispielsweise hat eine Analyse gezeigt, dass eine Erhöhung der Dicke des FR-4 Substrats von 0,6mm auf 1,6mm die Anzahl der Zyklen-to-Failure-Tests von 600 auf 9003 erhöhen kann. Leider ist es für die heutigen ultrakleinen Geräte immer unrealistisch, die Dicke des Substrats zu erhöhen. Tatsächlich erhöht jede Verdoppelung der Substratdicke die Zuverlässigkeitsverbesserung um etwa das Zweifache, aber die Verdoppelung der Spangröße verursacht eine vierfache Verschlechterung4.

Fünftens, die Herausforderung von Dijiao

Sobald die Entscheidung für die Abfüllmethode getroffen ist, müssen eine Reihe von Herausforderungen berücksichtigt werden, um den Prozess effektiv umzusetzen und kontinuierliche und zuverlässige Ergebnisse bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung des erforderlichen Produktionsniveaus zu erzielen. Zu diesen Schlüsselthemen gehören:

Erhalten Sie einen vollständigen und hohlfreien Leimfluss an der Unterseite des Chips

Kleber auf dicht verpackte Chips verteilen

Vermeiden Sie Kontamination anderer Komponenten

Klebstoffabgabe durch Öffnung des Hochfrequenzgehäuses oder Abschirms

Flussmittelrückstände kontrollieren.

6. Erhalten Sie einen vollständigen und leeren Leimfluss

Da das Füllmaterial durch Kapillarwirkung in den Boden des Chips gesaugt werden muss, besteht der Schlüssel darin, die Nadel nah genug an den Chip zu platzieren, um den Klebstofffluss zu starten. Es muss darauf geachtet werden, den Chip nicht zu berühren oder die Rückseite der Matrize zu kontaminieren. Ein empfohlenes Prinzip ist es, den Startpunkt der Nadelspitze auf die Hälfte des Außendurchmessers der Nadelspitze plus eine 0,007" XY Verschiebung zu positionieren. Die Höhe von Z beträgt 80% der Höhe des Chips auf dem Substrat. Während des gesamten Dosiervorgangs ist eine Präzisionskontrolle erforderlich, um den Fluss des Klebstoffs aufrechtzuerhalten und Beschädigungen und Verunreinigungen der Düse zu vermeiden.

Sieben, die Anzahl der Chips und die Nachbarbeziehung

Beim Entwerfen einer dicht verpackten Matrize auf einem Brett, das unten mit Kleber gefüllt werden muss, muss der Plattendesigner genügend Platz für die Leimdüse lassen. Zwei Chips, die eine Kleberoute teilen, sind eine akzeptable Klebstoffdosierungsmethode. Passive Bauteile parallel zum Rand des Chips wirken blockierend. Bauteile bei 90° bis zum Spanrand können Kleber vom zu befüllenden Bauteil wegziehen. Das Füllmaterial um die passiven Komponenten hat keine schlechte Wirkung. Kreuzkapillarwirkung von benachbarten Chips oder passiven Komponenten zieht das Füllmaterial von den Zielkomponenten weg, was Leerstellen unter dem CSP oder Flip-Chip verursachen kann

8. Kleber durch die Öffnung auswerfen

Mit der zunehmenden Verwendung von Unterfüllung in HF-Baugruppen ist es oft notwendig, den Klebstoffdosierungsprozess herauszufordern und den Klebstofffüllprozess zu implementieren, nachdem die HF-Abschirmabdeckung montiert wurde. Für die beste Produktionseffizienz ist es in der Regel notwendig, die HF-Abschirmabdeckung zu positionieren, während andere Komponenten montiert sind, und alles in einem einmaligen Reflow-Lötprozess zu löten. Daher müssen Produkt- und Prozessdesigner zusammenarbeiten, um genügend Öffnungen in der Schirmabdeckung für die Bodenfüllung zu lassen. Der Konstrukteur muss auch vermeiden, den Chip zu nahe an der HF-Abschirmabdeckung zu platzieren, da durch Kapillarwirkung oder Hochgeschwindigkeitsausgabe das Füllmaterial in die HF-Abschirmabdeckung und über den CSP- oder Flip-Chip fließen kann. Wenn der Spalt zwischen dem Bauteil und der Abdeckung klein ist, wird die Geschwindigkeit des Tropfens des Füllmaterials begrenzt, um ein Füllen auf dem Bauteil zu vermeiden. Die Verlangsamung der Dosierrate verlangsamt den Montageprozess und begrenzt die Leistung. Bewegen Sie sich zu einem anderen Loch oder Bauteil und kehren Sie dann zum ersten Loch zurück, um mehr Kleber fallen zu lassen, der sich ein wenig verschieben kann. Dies beinhaltet jedoch mehrere Bewegungen, was wiederum die Leistung reduziert.

Schwiebert und Leong gaben eine Gleichung für die Durchflussrate des Füllklebers.

Die Durchflusszeit beträgt:

t.3 μL2/[h Î"cos(Ï­)]

hier:

T­Zeit (Sekunden)

Μ = Flüssigkeitsvikosität

L­Entfernung

H. Abstand oder Kugelhöhe

ΦKontakt- oder Benetzungswinkel

Λ = Oberflächenspannung an der Flüssigkeit-Dampf-Grenzfläche

(Die Werte dieser Parameter müssen bei der Flüssigkeitsausgabetemperatur, normalerweise 90°C, ermittelt werden.)

Pumpen und Ventile der meisten PCBA-Hersteller können Flüssigkeit schneller zum CSP oder Flip-Chip liefern, als das Material unter dem Chip fließen kann. Das Volumen/Gewicht der Flüssigkeit unter dem Chip muss noch bestimmt werden8. Sobald diese Zahlen ermittelt sind, wird die erste ungefähre Berechnung des Durchflusses vorgenommen, um festzustellen, ob die Flüssigkeit auf einmal oder eine kleine Menge von mehreren Tropfen fallen soll. Der typische Prozess ist: Wenn die Flüssigkeit unter der ersten Komponente fließt, bewegen Sie sich zur zweiten Komponente, um Kleber fallen zu lassen, und kehren Sie dann in die erste Position zurück, um abzuschließen.

11. Schlussfolgerung

Der effektive Einsatz von Leimfüllung erfordert eine Vielzahl von Faktoren, einschließlich der Gestaltung von Leiterplattenprodukte Anpassung an den Klebstofffüllprozess und das Design der Klebstofffülltechnologie zur Anpassung an Produktanforderungen. Genaue und flexible Befüllung von Klebstoff für Chip-Level-Design Anforderungen erfordert zwangsläufig die Partnerschaft zwischen Produktdesignern, Fertigungsverfahrenstechniker, Klebstoffaufbereiter, Lieferanten von Leimsystemen.