Application de la technologie de remplissage par le bas dans l’assemblage de circuits imprimés

Classification de la technologie de remplissage par le bas

Le remplissage par le bas peut être classé en remplissage fluide par le bas, basé sur la théorie de l’écoulement capillaire, et en remplissage non fluide par le bas. Jusqu’à présent, la technologie de remplissage par le bas adaptée aux puces deBGA, CSP etc. comprennent principalement : la technologie de remplissage capillaire par le bas, la technologie de feuille adhésive thermofusible SMT, la technologie ACA (adhésifs anisotropes conducteurs) et ACF (films anisotropes conducteurs), la technologie ESC (connexion de soudure encapsulée dans l’époxy), etc. Pour la technologie de remplissage capillaire par le bas et la technologie de feuille adhésive thermofusible SMT, le flux de soudure et le matériau de remplissage sont indépendants l’un de l’autre, tandis que pour la technologie ACA et ACF et la technologie ESC, le flux de soudure et le matériau de remplissage sont combinés en un seul.

Technologie de remplissage capillaire par le bas

La théorie de la fluidité capillaire est la suivante. Un liquide présentant une excellente fluidité, comme la résine époxy liquide, est déposé autour des puces BGA et CSP, et l’action capillaire fait que la résine liquide est aspirée dans l’espace entre le dessous de la puce et le PCB. Ensuite, la résine, la puce soudée et le PCB sont fixés ensemble par chauffage ou par polymérisation aux ultraviolets afin de protéger les points de soudure, de réduire les dommages causés par les contraintes et d’augmenter la fiabilité des points de soudure.

La technologie de remplissage capillaire par le dessous est appliquée dans les domaines du remplissage par le dessous des puces sur PCB et de l’encapsulation par retournement de puce (flip‑chip). L’application de la technologie de remplissage par le dessous permet de répartir les contraintes subies par les billes de soudure situées au bas de la puce, afin d’augmenter la fiabilité de l’ensemble du PCB. Le procédé de remplissage capillaire par le dessous doit être mis en œuvre comme suit. Tout d’abord, des puces montées en surface telles que les BGA et les CSP sont montées sur le PCB sur lequel la pâte à braser a été déposée. Puis un brasage par refusion est effectué afin de former une liaison alliée. Après le brasage de la puce, une technologie de distribution est appliquée pour injecter le matériau de remplissage par le dessous sur un ou deux bords à la base de la puce. Le matériau de remplissage s’écoule sous la puce et remplit l’espace entre la puce et le PCB. Bien que le remplissage capillaire par le dessous soit capable d’augmenter considérablement la fiabilité, des équipements pour le dépôt du matériau de remplissage, un espace d’usine suffisant pour l’assemblage des équipements et des opérateurs capables d’effectuer des opérations délicates sont nécessaires pour mener à bien ce procédé. De plus, la technologie de remplissage capillaire par le dessous ne peut pas être mise en œuvre avant queAssemblage de PCBest achevé et présente d’autres inconvénients, tels qu’un fonctionnement difficile, une consommation importante de temps et d’énergie et une difficulté en termes de contrôle de la quantité de remplissage. Par conséquent, la technologie de remplissage capillaire par le bas n’est appliquée qu’à certains composants clés ou à des puces dont le coefficient de dilatation thermique est extrêmement différent de celui du substrat de PCB, de sorte que la technologie de remplissage capillaire par le bas n’est pas largement appliquée dans l’assemblage de PCB.

Technologie de feuille adhésive thermofusible SMT

Conformément aux réglementations deRoHSet DEEE, la technologie de feuille adhésive thermofusible SMT présente les avantages d’être non toxique, sans halogène, sans résidus de métaux lourds, d’avoir une excellente isolabilité, des dimensions de bord compatibles avec les tailles standard et de haute précision, et d’être pratique pour le montage par identification optique. La feuille adhésive thermofusible SMT peut être montée entre le PCB et le BGA ou le CSP et peut être soudée avec un alliage à base de plomb normal oubrasage sans plombartisanat. Dans le processus de fusion, la feuille adhésive ne peut pas être affectée par la soudure, et ses caractéristiques d’absence d’évaporation de solvant et de non‑nécessité de nettoyage contribuent toutes à en faire un matériau de remplissage de PCB idéal. Le schéma du procédé de la technologie de feuille adhésive thermofusible SMT est présenté à la Figure 1 ci‑dessous.

Figure 1

D’après la Figure 1, l’application de la technologie de feuille adhésive thermofusible SMT consiste en réalité à ajouter une étape de pose de la feuille adhésive thermofusible avant le montage de la puce IC, ce qui signifie que les puces BGA et CSP nécessitant un remplissage inférieur sont d’abord montées avec une feuille adhésive thermofusible avant le montage de la puce IC. Enfin, la soudure de la puce et le remplissage inférieur sont réalisés lors de la refusion, l’étape de remplissage complémentaire étant omise. Cette méthode convient particulièrement au remplissage inférieur des PCB en petite série.

Technologie ACA et ACF

La technologie ACA et ACF réduit les procédures et les coûts en réalisant simultanément le brasage et le remplissage par le dessous. L’ACA et l’ACF sont tous deux des adhésifs conducteurs généralement composés d’une résine de matrice et d’un matériau de remplissage conducteur, classés en ICA (adhésif conducteur isotrope) et ACA (adhésif conducteur anisotrope). L’ACA est un type d’adhésif conducteur de remplissage, capable d’effectuer le remplissage par le dessous tout en assurant la connexion électrique. En fonction des différences de forme, l’ACA est classé en forme gélatineuse et en forme de film mince. En général, l’ACA sous forme de film mince est également appelé film conducteur anisotrope (ACF). L’ACA est conducteur dans la direction de l’axe Z, tandis qu’il n’est pas conducteur dans les directions des axes X et Y. Une couche isolante est déposée sur la couche de particules conductrices et les particules ne sont pas conductrices entre elles. Ce n’est que lorsque les particules subissent une contrainte entre la bosse de la puce et le plot du substrat PCB, et que la couche isolante est écrasée sous l’effet de cette contrainte, que la conductivité selon l’axe Z peut être assurée.

Technologie ESC

La technologie ESC, abréviation de technologie de connexion par soudure encapsulée dans l’époxy, est un nouveau type de technologie utilisant comme matériau de pâte une combinaison de « particules de soudure et de résine » au lieu de l’ACF. Le procédé de la technologie ESC commence par le dépôt, sur le plot du PCB, d’un adhésif résineux contenant de la pâte à braser. Ensuite, la bosse (bump) de la puce est alignée avec le plot du PCB et montée dessus. Enfin, la soudure et la solidification de la résine sont réalisées par chauffage et compression.

Refonte du remplissage inférieur

Étant donné que la technologie actuelle ne permet pas de garantir le bon état des puces fournies, certaines puces défectueuses ne peuvent être détectées qu’au moment du test de la carte PCB, ce qui rend la retouche et le remplacement particulièrement nécessaires. Si le matériau de remplissage inférieur de la puce sur la carte PCB présente une excellente stabilité thermique et une insolubilité, des difficultés de retouche supplémentaires apparaîtront et, dans certains cas, l’ensemble de la carte PCB sera même mis au rebut. Si l’on introduit des liaisons chimiques faibles dans la résine époxy du matériau de remplissage inférieur, la résine pourra être décomposée par chauffage ou par ajout de réactifs chimiques après la solidification, ce qui facilitera grandement la retouche du remplissage inférieur.

L’application de la technologie de remplissage par le bas dans les PCB peut augmenter la résistance des joints de soudure de certains composants tels que les BGA et les CSP, et améliorer la résistance aux chutes, les performances face aux cycles thermiques ainsi que la fiabilité des PCB. Par conséquent, elle sera largement utilisée dans l’assemblage des PCB à l’avenir.

Ressources utiles :
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