Anwendung der Bottom-Filling-Technologie in der Leiterplattenbestückung

Klassifizierung der Bodenfülltechnologie

Die Bodenbefüllung kann auf Grundlage der Kapillarströmungstheorie in fließfähige Bodenbefüllung und nicht fließfähige Bodenbefüllung eingeteilt werden. Bis jetzt ist die Bodenbefüllungstechnologie geeignet für Chips mitBGA, CSP usw. umfasst hauptsächlich: Kapillar-Unterfülltechnologie, SMT-Heißschmelz-Klebefolientechnologie, ACA- (anisotrop leitfähige Klebstoffe) und ACF- (anisotrop leitfähige Folien) Technologie, ESC- (epoxidverkapselte Lötverbindung) Technologie und mehr. Bei der Kapillar-Unterfülltechnologie und der SMT-Heißschmelz-Klebefolientechnologie sind Flussmittel und Füllstoff voneinander unabhängig, während bei der ACA- und ACF-Technologie sowie bei der ESC-Technologie Flussmittel und Füllstoff zu einer Einheit kombiniert sind.

Kapillare Bodenfülltechnologie

Die Theorie der kapillaren Fließfähigkeit lässt sich wie folgt beschreiben: Eine Flüssigkeit mit ausgezeichneter Fließfähigkeit, wie etwa flüssiges Epoxidharz, wird um BGA- und CSP-Chips herum aufgetropft, und durch Kapillarwirkung wird das flüssige Harz in den Zwischenraum zwischen Chipunterseite und Leiterplatte (PCB) eingesogen. Anschließend werden das Harz, der verlötete Chip und die Leiterplatte durch Erhitzen oder UV-Härtung miteinander fixiert, um die Lötstellen zu schützen, die durch Spannungen verursachten Schäden zu verringern und die Zuverlässigkeit der Lötstellen zu erhöhen.

Die Kapillar-Unterfülltechnologie wird in den Bereichen PCB-Chip-Unterfüllung und Flip-Chip-Verpackung eingesetzt. Die Anwendung der Unterfülltechnologie kann die Belastung, die auf die Lötbälle an der Unterseite des Chips wirkt, verteilen und so die Zuverlässigkeit der gesamten Leiterplatte erhöhen. Der Prozess der kapillaren Unterfüllung sollte wie folgt durchgeführt werden. Zuerst werden oberflächenmontierte Chips wie BGA und CSP auf der Leiterplatte montiert, auf die zuvor Lotpaste aufgedruckt wurde. Anschließend wird ein Reflow-Lötprozess durchgeführt, sodass eine Legierungsverbindung entsteht. Nach dem Chip-Löten wird Dosiertechnik angewendet, um das Unterfüllmaterial an einer oder zwei Kanten an der Unterseite des Chips einzubringen. Das Füllmaterial fließt an der Unterseite des Chips und füllt den Raum zwischen Chip und Leiterplatte. Obwohl die kapillare Unterfüllung die Zuverlässigkeit erheblich steigern kann, werden Geräte zum Einbringen des Unterfüllmaterials, ausreichend Fabrikfläche für die Geräteinstallation und Arbeitskräfte, die in der Lage sind, feine Arbeiten auszuführen, benötigt, um diesen Prozess abzuschließen. Außerdem kann die kapillare Unterfülltechnologie erst umgesetzt werden, wennLeiterplattenbestückungabgeschlossen ist und einige weitere Nachteile aufweist, wie etwa eine schwierige Bedienung, einen hohen Zeit- und Energieverbrauch sowie Schwierigkeiten bei der Kontrolle der Füllmenge. Daher wird die Kapillar-Unterfülltechnologie nur bei einigen Schlüsselchips oder bei Chips eingesetzt, deren Wärmeausdehnungskoeffizient sich stark von dem des PCB-Substrats unterscheidet, sodass die Kapillar-Unterfülltechnologie nicht in großem Umfang in der PCB-Bestückung angewendet wird.

SMT-Schmelzklebstoff-Folientechnologie

Gemäß den Vorschriften vonRoHSund WEEE. Die SMT-Schmelzklebstoff-Folientechnologie zeichnet sich aus durch die Vorteile der Ungiftigkeit, Halogenfreiheit, das Fehlen von Schwermetallrückständen, hervorragende Isolationsfähigkeit, mit Standard- und Präzisionsgrößen kompatible Randabmessungen sowie eine bequeme optische Erkennung bei der Bestückung. Die SMT-Schmelzklebstoff-Folie kann zwischen PCB und BGA oder CSP montiert werden und kann mit normalem bleihaltigem oderbleifreies LötenWährend des Schmelzprozesses wird das Klebeblatt nicht vom Lot beeinflusst, und seine Eigenschaften – kein Lösungsmittelverdampfen und keine Notwendigkeit zur Reinigung – tragen alle zu seinem Status als ideales PCB-Füllmaterial bei. Das Prozessablaufdiagramm der SMT-Heißschmelz-Klebeblatt-Technologie ist in Abbildung 1 unten dargestellt.

Abbildung 1

Basierend auf Abbildung 1 besteht die Anwendung der SMT-Heißschmelzkleberfolien-Technologie tatsächlich darin, vor der IC-Chip-Bestückung einen zusätzlichen Schritt des Aufbringens der Heißschmelzkleberfolie hinzuzufügen. Das bedeutet, dass BGA- und CSP-Chips, bei denen eine Unterfüllung erforderlich ist, vor der IC-Chip-Bestückung mit einer Heißschmelzkleberfolie versehen werden. Schließlich werden das Löten der Chips und die Unterfüllung im Reflow-Lötprozess abgeschlossen, wobei der Schritt des Nachfüllens entfällt. Diese Methode ist besonders geeignet für die Unterfüllung von Leiterplatten in Kleinserienfertigung.

ACA- und ACF-Technologie

Die ACA- und ACF-Technologie reduziert Prozessschritte und Kosten, indem Löten und Underfilling gleichzeitig durchgeführt werden. Sowohl ACA als auch ACF sind leitfähige Klebstoffe, die im Allgemeinen aus einer Matrixharz-Komponente und einem leitfähigen Füllmaterial bestehen und in ICA (isotrop leitfähiger Klebstoff) und ACA (anisotrop leitfähiger Klebstoff) unterteilt werden. ACA ist eine Art gefüllter leitfähiger Klebstoff, der in der Lage ist, das Underfilling bei gleichzeitig hergestellter elektrischer Verbindung abzuschließen. Je nach Erscheinungsform wird ACA in gelartige Form und Folienform eingeteilt. Im Allgemeinen wird ACA in Folienform auch als anisotrop leitfähige Folie (ACF) bezeichnet. ACA ist in Richtung der Z-Achse leitfähig, während es in Richtung der X- und Y-Achse nicht leitfähig ist. Über der Schicht der leitfähigen Partikel befindet sich eine Isolationsschicht, und die Partikel sind untereinander nicht leitfähig. Erst wenn die Partikel durch die Belastung zwischen Chip-Bump und Leiterplatten-Pad unter Druck gesetzt werden und die Isolationsschicht infolge dieser Belastung zerstört wird, kann die Leitfähigkeit entlang der Z-Achse sichergestellt werden.

ESC-Technologie

Die ESC-Technologie, kurz für Epoxid-verkapselte Lötverbindungstechnologie, ist eine neue Art von Technologie, bei der das Pastenmaterial aus „Pastenteilchen plus Harz“ anstelle von ACF besteht. Der Prozessablauf der ESC-Technologie beginnt mit dem Auftragen eines Lötpasten-Harzklebers auf das PCB-Pad. Anschließend wird der Chipbump mit dem Pad der Leiterplatte ausgerichtet und darauf montiert. Abschließend werden das Löten und die Harzhärtung durch Erhitzen und Pressen durchgeführt.

Überarbeitung der Bodenbefüllung

Da die derzeitige Technologie nicht gewährleisten kann, dass die gelieferten Chips in gutem Zustand sind, sodass einige defekte Chips erst beim PCB-Test entdeckt werden, besteht ein großer Bedarf an Nacharbeit und Austausch. Wenn das Unterfüllmaterial des PCB-Chips eine ausgezeichnete thermische Stabilität und Unlöslichkeit aufweist, entstehen größere Schwierigkeiten bei der Nacharbeit, und mitunter wird sogar die gesamte Leiterplatte verworfen. Werden schwache chemische Bindungen in das Epoxidharz des Unterfüllmaterials eingebracht, wird das Harz nach der Aushärtung durch Erhitzen oder Zugabe eines chemischen Reagenzes zersetzt, was die Nacharbeit der Unterfüllung erheblich erleichtert.

Die Anwendung der Bottom-Filling-Technologie in Leiterplatten (PCB) kann die Festigkeit der Lötstellen bestimmter Chips wie BGA und CSP erhöhen und die Fallbeständigkeit, die Beständigkeit gegen thermische Zyklen sowie die Zuverlässigkeit der Leiterplatte verbessern. Daher wird sie in Zukunft in der Leiterplattenbestückung in großem Umfang eingesetzt werden.

Hilfreiche Ressourcen:
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