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PoP底部填充产量和润湿面积之关系

2017-05-16 08:58:31 「诺聚机电设备」 阅读

PoP封装已成为移动电子设备的常用元件,这种封装是三维设计,在电路板布局中,可以节省空间。为了确保电子器件可靠性,电子器件必须通过跌落测试和热循环测试,为了保护器件编程的专卖权,PoP封装中的一个互连层或两个互连层一般都必须进行底部填充。
在PoP封装上,或者在类似于PoP结构的元件上涂布底部填充胶时,电路板的布局必须预留底部填充胶的位置,使底部填充胶不会和周围的元件接触。涂布底部填充胶的首选方法是喷射工艺,和传统的针注涂布工艺相比,喷射涂布工艺能够使底部填充胶润湿的面积尽量小。需要湿润比较大的面积时,为了进一步减少底部填充胶的润湿面积,进行多次涂布,这时,填充元件底部的胶水不是一下子涂布。多次涂布底部填充胶能够有效地减少润湿面积,从而缩小PoP元件与周围元件的间距;不过,多次涂布增加了底部填充工艺的时间。本文的目的是深入了解底部填充胶的润湿面积和底部填充工艺生产时间之间的发比关系。
引言电子行业的趋势是移动电子产品小型化,例如手机、数码相机和多媒体装置的小型化,同时增加这些产品的功能。这个趋势导致电路板更薄,元件更小,出现三维封装,从而使尺寸更小的器件具有更强大的功能。人们希望,这些移动产品在跌落和热循环后,运作正常。为了移动产品牢固耐用,保持其功能,必须在PoP器件的底部涂布填充胶,因而基板和封装之间的机械连接具有足够的强度。由于PCB跌落的冲击或者膨胀系数(CTE)失配在热循环时引起的弯曲,在基板和元件之间会产生机械应力,底部填充胶能够吸收这个应力,从而防止焊点破裂,否则会导致短路以及器件不能运作。
涂布底部填充胶时,在重力控制下沿元件的一个边或两个边涂布成一个图案,在毛细作用下,底部填充胶流到元件的另一边,把元件下面的焊点完全密封,固化后,通过流体静压作用把焊点固定住。涂布到元件边上的胶水将湿润一个面积。毛细作用把胶水都转移到元件另一边,填满封装的底部时,涂布上去的胶水耗尽。涂布上去的胶水的润湿面积大小决定了相邻元件的邻近程度。处于制造的可靠性和返工的要求,底部填充胶只能和被填充的元件接触。如果底部填充胶和其他元件的表面接触,底部填充胶的表面张力会把胶水拉倒其他元件的表面,需要填充的元件没有得到完全填充。
可靠的底部填充工艺必须涂布足够的胶水,胶水完全流到元件下面。含有重量测量机构的底部填充设备能够对大量底部填充胶进行闭环涂布,保持涂布上去的胶水的流动前沿把适量的底部填充胶涂布到每个元件。在底部填充工艺中,如果涂布上去的胶水太少,因而没有完全填充,会导致可靠性不足。如果涂布上去的胶水太多,则浪费宝贵的底部填充胶,增加成本,润湿面积过大可能会污染周围的元件,而需要底部填充的封装却由于填充胶不足而没有把底部填满。涂布适当数量的底部填充胶时,在进行单次涂布时,涂布的胶水数量和胶水对应的润湿面积有直接关系。一次涂布上去的胶水越多,润湿的面积越大,反之,涂布的胶水越少,润湿的面积越小。在观察产量和完全填充需要的润湿面积之间的反比关系时,这是最主要的因素。
PoP封装的类型本文重点研究两种不同的PoP封装:这一代PSvfBGA PoP封装和下一代模塑过孔(TMV)PoP封装。在PoP封装中,封装的底部一般都有逻辑器件,在封装顶部是存储器件。
下一代的TMV PoP封装的存储器借口密度更大,数据传输率更高。PoP的趋势很像这些器件本身的发展,这就是在增加功能的同时缩小面积和高度。由于PoP器件的面积缩小,底部填充胶可以占用的润湿面积也减少,底部填充胶从涂布位置向外润湿的距离较小,材料不可以进入的部位也变小。这迫使人们不对一个或两个互联层进行底部填充,但要提高焊点的可靠性。底部填充胶
本文在研究中只使用一种底部填充胶,从而限制变量的数量。我们选择的底部填充胶是双组份环氧树脂,在使用之前缓和和冷冻,它的粘度是3000厘泊(cps),不可返工,填料占50%,流动速度快。本文观察一种有代表性的底部填充胶的流变性了;但是,由于底部填充胶的流变性随化学性质、粘度以及填料的成分而改变,得到结果会略有不同。一般地说,随着胶水的粘度下降,湿润面积会从元件的边缘进一步向外延伸,再远下面流动的时间也将减少。如果粘度过低,胶水是否能完全填充第二层互连层,会成为问题,这是由于胶水的粘度过低,它接触不到顶部封装的底面。与之相反,随着胶水的粘度增大,润湿面积减少,流动时间增长。
重要的是要注意,为了器件的可靠性,要细心考虑底部填充胶的固化特性。底部填充在总体上改善了跌落测试期间期间的可靠性,但在评估时器件在热循环的性能时,要考虑器件的CTE、TG和填料成分的性能。此外,在底部填充工艺中,可以考虑使用可返工底部填充胶,这也是为保护封装中的逻辑元件。产量与润湿面积关系的研究
我们的试验是这样设计的,首先是确定完全填充两个互连层所需要的底部填充胶的数量,以及只填充第一个互连层所需要的胶水数量。我们根据底部互连层的体积,按胶水的比重换算成胶水重量,得到完全填充互连层所需要的大致胶水数量。然后用Asymtek S -920点胶机按这个近似的重量进行涂布。Asymtek S-920点胶机中有称重装置,它能够调整DJ-9000涂布喷嘴的喷涂(CPJ),并且根据在元件上没有进行喷涂的边上形成的胶水圆角的状况,进一步微调喷涂的胶水重量。我们发现,完全填满两个互连层需要120毫克的底部填充胶,而仅仅填满底层,只需要65毫克胶水。


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