PCB科技 - 填充設計和PCB工藝注意事項

隨著電路密度的新增和產品形狀因素的消除, 許多新方法出現在 PCB行業 將晶片級設計與板級組裝更緊密地集成. 在一定程度上, 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. 儘管這些新的高密度晶片級組裝科技的優勢非常重要, 因為更小的尺寸製造組件, 連接, 包裝對物理和溫度應力更敏感, 選擇最佳科技進行配寘並實現連續可靠性. 生產效果變得越來越困難.

1、為什麼填寫？

考慮使用底部填充密封劑的最初想法是减少矽晶片與其連接的底層基板之間的整體溫度膨脹特性不匹配引起的影響。

注膠的第二個好處是防止潮濕和其他形式的污染. 消極的一面, 填料的使用新增了製造操作的成本，並使返工變得困難. 因為這個, 許多的 PCBA製造商 在回流焊後和填充前執行快速功能測試.

其次，决定何時填充膠水

由於不少於50種不同的CSP設計1，再加上涉及連接設計的無數變數和操作條件，很難提供準確的規則來確定何時使用填充。 然而，在設計PCB時，有許多關鍵因素需要考慮。 一些重要因素包括：

晶片和基板之間的溫度膨脹係數差。 矽的熱膨脹係數為2.4 ppm； 典型PCB資料的熱膨脹係數為16 ppm。 可以根據匹配的熱膨脹係數設計陶瓷材料，但95%氧化鋁陶瓷的熱膨脹係數為6.3 ppm。 基於PCB的封裝需要粘合劑填充，儘管填充後的可靠性在陶瓷基板上也有所提高。 另一種方法是使用具有插入結構的基板，例如高CTE陶瓷或柔性資料，作為晶片和主基板之間的振動吸收資料，這可以减少PCB和矽晶片之間的CTE差异。

第四，系統PCB厚度

經驗表明，較厚的PCB更堅硬，較薄的電路板可以抵抗較大衝擊引起的彎曲力。 例如，一項分析證明，將FR-4基板的厚度從0.6mm新增到1.6mm可以將失效測試的迴圈次數從600新增到9003。 不幸的是，對於今天的超小型器件，新增基板的厚度總是不現實的。 事實上，基板厚度每新增一倍，可靠性提高約兩倍，但晶片尺寸的新增會導致四倍的退化4。

第五，滴膠的挑戰

一旦决定使用填充方法，就必須考慮一系列挑戰，以便有效實施該過程並獲得連續可靠的結果，同時保持所需的生產水准。 這些關鍵問題包括：

在晶片底部獲得完整且無空隙的膠水流

在緊密包裝的晶片周圍分佈膠水

避免污染其他部件

通過射頻（RF）外殼或遮罩的開口分配膠水

控制焊劑殘留物。

6、獲得完整且無空隙的膠水流

由於填充資料必須通過毛細管作用吸入晶片底部，關鍵是將針放在離晶片足够近的位置，以啟動膠水流。 必須注意避免接觸晶片或污染晶片背面。 推薦的原則是將針尖的起點定位在針尖外徑的一半加上0.007“XY位移。Z的高度是晶片在基板上高度的80%。在整個分配過程中，還需要精確控制以保持膠水的流動，避免損壞和污染模具。

七、晶片數量與鄰居關係

當在需要在底部填充膠水的板上設計緊密封裝的模具時，板設計師需要為膠水噴嘴留出足够的空間。 兩個晶片共用一條膠水路徑是一種可接受的膠水分配方法。 平行於晶片邊緣的無源元件將產生阻塞效應。 與晶片邊緣呈90°角的組件可能會從要填充的組件上吸引膠水。 未發現無源元件周圍的填充資料有不良影響。 相鄰晶片或無源元件的交叉毛細管作用將吸引填充資料遠離目標元件，這可能導致CSP或倒裝晶片下方出現空隙

8、通過開口彈出膠水

隨著射頻組件中底充膠使用的新增，通常需要挑戰膠分配過程，並在射頻遮罩蓋組裝後實施膠填充過程。 為了獲得最佳生產效率，通常需要考慮在安裝其他組件時定位射頻遮罩蓋，並在一次回流焊接過程中焊接所有組件。 囙此，產品和工藝設計師必須合作，在遮罩蓋上留下足够的開口，用於底部填充。 設計者還必須避免將晶片放置在離射頻遮罩蓋太近的地方，因為毛細管作用或高速分配可能會使填充資料流入射頻遮罩蓋以及CSP或倒裝晶片的上方。 如果部件和蓋之間的間隙很小，則會限制滴落填充資料的速度，以避免在部件上填充。 降低分配速度將减慢裝配過程並限制輸出。 移動到另一個孔或組件，然後返回到第一個孔以滴下更多的膠水，這可能會移動一點。 然而，這涉及多次移動，再次降低了產量。

Schwiebert和Leong給出了填充膠的流速方程。

流動時間為：

t=3mL2/[hλcos（φ）]

在這裡：

T=時間（秒）

Μ=流體粘度

L=行駛距離

H=間隙或鋼球高度

Îk=接觸角或潤濕角

Λ=液-汽介面的表面張力

（這些參數的值需要在液體分配溫度下獲得，通常為90°C。）

大多數PCBA製造商的泵和閥門可以將液體輸送到CSP或倒裝晶片，速度比晶片下的資料流動速度快。 晶片下液體的體積/重量仍需確定8。 一旦確定了這些數位，就要對流量進行第一次近似計算，以確定液體是應一次滴下還是少量多次滴下。 典型的過程是：當液體在第一個組件下流動時，移動到第二個組件滴膠，然後返回到第一個位置完成。

11、結論

有效使用膠水填充需要廣泛的因素，包括設計 PCB產品 為適應灌膠工藝和灌膠工藝的設計，以適應產品的需要. 晶片級設計要求的準確和靈活的膠水填充將不可避免地涉及產品設計師之間的合作關係, 制造技術工程師, 膠水製備機, 和膠水系統供應商.