การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการเติมด้านล่างในการประกอบแผงวงจรพิมพ์

การจำแนกประเภทเทคโนโลยีการเติมจากด้านล่าง

การเติมจากด้านล่างสามารถจำแนกได้เป็นการเติมจากด้านล่างแบบไหลตัวตามทฤษฎีการไหลของแรงตึงผิวในรูแคบ และการเติมจากด้านล่างแบบไม่ไหลตัว จนถึงปัจจุบัน เทคโนโลยีการเติมจากด้านล่างที่เหมาะสมสำหรับชิปของBGACSP ฯลฯ ประกอบด้วยเทคโนโลยีหลักได้แก่ เทคโนโลยีการเติมสารอัดแน่นแบบแคปิลลารีที่ด้านล่าง เทคโนโลยีแผ่นกาวหลอมร้อน SMT เทคโนโลยี ACA (กาวนำไฟฟ้าแบบแอนไอโซทรอปิก) และ ACF (ฟิล์มนำไฟฟ้าแบบแอนไอโซทรอปิก) เทคโนโลยี ESC (การเชื่อมประสานหุ้มอีพ็อกซี) และอื่น ๆ สำหรับเทคโนโลยีการเติมสารอัดแน่นแบบแคปิลลารีที่ด้านล่างและเทคโนโลยีแผ่นกาวหลอมร้อน SMT ฟลักซ์บัดกรีและวัสดุเติมจะเป็นอิสระต่อกัน ในขณะที่สำหรับเทคโนโลยี ACA และ ACF และเทคโนโลยี ESC ฟลักซ์บัดกรีและวัสดุเติมจะถูกรวมเป็นหนึ่งเดียวกัน

เทคโนโลยีการเติมด้านล่างด้วยแรงแคปิลลารี

ทฤษฎีของความลื่นไหลแบบเส้นเลือดฝอยมีดังนี้ ของเหลวที่มีความลื่นไหลดีเยี่ยม เช่น อีพ็อกซีเรซินเหลว จะถูกหยดรอบๆ ชิป BGA และ CSP แล้วแรงดึงดูดแบบเส้นเลือดฝอยจะทำให้เรซินเหลวถูกดูดเข้าไปในช่องว่างระหว่างด้านล่างของชิปกับแผ่น PCB จากนั้นเรซิน ชิปที่บัดกรีแล้ว และแผ่น PCB จะถูกยึดติดเข้าด้วยกันด้วยวิธีการให้ความร้อนหรือการบ่มด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต เพื่อปกป้องจุดบัดกรี ลดความเสียหายที่เกิดจากความเค้น และเพิ่มความน่าเชื่อถือของจุดบัดกรี

เทคโนโลยีการเติมสารใต้ชิปแบบแคพิลารีถูกนำมาใช้ในด้านการเติมสารใต้ชิปของแผ่น PCB และการบรรจุหีบห่อแบบฟลิปชิป การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการเติมสารใต้ชิปสามารถกระจายความเครียดที่ลูกบอลประสานบริเวณด้านล่างของชิปได้รับ เพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือของแผ่น PCB ทั้งหมด กระบวนการเติมสารใต้ชิปแบบแคพิลารีควรดำเนินการดังต่อไปนี้ ขั้นแรก ติดตั้งชิปแบบเมานต์ผิวหน้า เช่น BGA และ CSP ลงบนแผ่น PCB ที่มีการพิมพ์ครีมประสานไว้แล้ว จากนั้นทำการรีโฟลว์บัดกรีเพื่อให้เกิดการเชื่อมต่อของโลหะผสม หลังจากบัดกรีชิปแล้ว จะใช้เทคโนโลยีการจ่ายสารเพื่อเติมวัสดุสำหรับการเติมใต้ชิปเข้าไปที่ขอบหนึ่งหรือสองด้านบริเวณด้านล่างของชิป วัสดุเติมจะไหลอยู่ใต้ชิปและเติมเต็มช่องว่างระหว่างชิปกับแผ่น PCB แม้ว่าเทคโนโลยีการเติมสารใต้ชิปแบบแคพิลารีจะสามารถเพิ่มความน่าเชื่อถือได้อย่างมาก แต่จำเป็นต้องมีอุปกรณ์สำหรับเติมวัสดุใต้ชิป พื้นที่โรงงานที่เพียงพอสำหรับการประกอบอุปกรณ์ และคนงานที่สามารถปฏิบัติงานที่ละเอียดอ่อนได้เพื่อให้กระบวนการนี้เสร็จสมบูรณ์ นอกจากนี้ เทคโนโลยีการเติมสารใต้ชิปแบบแคพิลารียังไม่สามารถนำมาใช้ได้จนกว่าการประกอบแผงวงจรพิมพ์ได้เสร็จสมบูรณ์แล้วและยังมีข้อเสียอื่น ๆ เช่น การปฏิบัติงานที่ยุ่งยาก การใช้เวลาและพลังงานจำนวนมาก และความยากลำบากในการควบคุมปริมาณการเติม ดังนั้น เทคโนโลยีการเติมด้านล่างแบบแคปิลลารีจึงถูกนำมาใช้เฉพาะกับชิปสำคัญบางตัวหรือชิปที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนแตกต่างจากแผ่นรอง PCB อย่างมาก ทำให้เทคโนโลยีการเติมด้านล่างแบบแคปิลลารีไม่ถูกนำมาใช้ในกระบวนการประกอบ PCB ในระดับจำนวนมาก

เทคโนโลยีแผ่นกาวร้อนหลอมเหลว SMT

ตามข้อบังคับของRoHSและ WEEE เทคโนโลยีแผ่นกาวร้อนหลอม SMT มีคุณสมบัติเด่นคือไม่เป็นพิษ ปราศจากฮาโลเจน ไม่มีสารตกค้างของโลหะหนัก มีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ขนาดขอบเขตสอดคล้องกับมาตรฐานและมีความแม่นยำของขนาด เหมาะสำหรับการติดตั้งด้วยการระบุด้วยแสง แผ่นกาวร้อนหลอม SMT สามารถติดตั้งระหว่าง PCB และ BGA หรือ CSP และสามารถบัดกรีร่วมกับตะกั่วแบบปกติหรือการบัดกรีปลอดสารตะกั่วในกระบวนการหลอม แผ่นกาวจะไม่ถูกส่งผลกระทบจากบัดกรี และคุณสมบัติของมันที่ไม่มีการระเหยของตัวทำละลายและไม่จำเป็นต้องทำความสะอาด ล้วนมีส่วนทำให้มันกลายเป็นวัสดุอุดเติม PCB ในอุดมคติ แผนผังกระบวนการของเทคโนโลยีแผ่นกาวหลอมร้อน SMT แสดงไว้ในรูปที่ 1 ด้านล่าง

รูปที่ 1

จากรูปที่ 1 การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีแผ่นกาวร้อนหลอมเหลว SMT คือการเพิ่มขั้นตอนการติดตั้งแผ่นกาวร้อนหลอมเหลวก่อนการติดตั้งชิป IC ซึ่งหมายความว่าชิป BGA และ CSP ที่ต้องการการอัดกาวใต้ชิปจะถูกติดตั้งแผ่นกาวร้อนหลอมเหลวก่อนการติดตั้งชิป IC สุดท้ายการบัดกรีชิปและการอัดกาวใต้ชิปจะเสร็จสมบูรณ์ในกระบวนการรีโฟลว์ โดยตัดขั้นตอนการเติมกาวซ้ำออกไป เทคโนโลยีนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการอัดกาวใต้ชิปของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ในการผลิตแบบจำนวนน้อยหรือแบบล็อตเล็ก

เทคโนโลยี ACA และ ACF

เทคโนโลยี ACA และ ACF ช่วยลดขั้นตอนและต้นทุนด้วยการทำการบัดกรีและการเติมด้านล่างให้เสร็จสิ้นพร้อมกัน ทั้ง ACA และ ACF เป็นกาวนำไฟฟ้าที่โดยทั่วไปประกอบด้วยเรซินเมทริกซ์และวัสดุเติมนำไฟฟ้า แบ่งออกเป็น ICA (กาวนำไฟฟ้าแบบไอโซทรอปิก) และ ACA (กาวนำไฟฟ้าแบบแอนไอโซทรอปิก) ACA เป็นกาวนำไฟฟ้าแบบมีสารเติมที่สามารถทำการเติมด้านล่างให้เสร็จพร้อมกับการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่สมบูรณ์ ตามความแตกต่างของรูปแบบ ACA แบ่งออกเป็นแบบเจลและแบบฟิล์ม โดยทั่วไป ACA แบบฟิล์มยังถูกเรียกว่าแผ่นฟิล์มนำไฟฟ้าแบบแอนไอโซทรอปิก (ACF) ACA นำไฟฟ้าในทิศทางแกน Z ในขณะที่ไม่นำไฟฟ้าในทิศทางแกน X และ Y มีชั้นฉนวนปูทับบนชั้นอนุภาคนำไฟฟ้าและอนุภาคจะไม่นำไฟฟ้าหากันและกัน เฉพาะเมื่ออนุภาคได้รับแรงกดระหว่างบัมพ์ของชิปกับแผ่นรองบนแผ่น PCB และชั้นฉนวนถูกบดทับจากแรงกดนั้น จึงจะสามารถรับประกันการนำไฟฟ้าในทิศทางแกน Z ได้

เทคโนโลยี ESC

เทคโนโลยี ESC ซึ่งย่อมาจากเทคโนโลยีการเชื่อมต่อบัดกรีแบบห่อหุ้มด้วยอีพ็อกซี (epoxy encapsulated solder connection technology) เป็นเทคโนโลยีรูปแบบใหม่ที่ใช้วัสดุพิมพ์แบบ “อนุภาคบัดกรีผสมเรซิน” แทน ACF ขั้นตอนกระบวนการของเทคโนโลยี ESC เริ่มจากการหยดกาวเรซินผสมบัดกรีลงบนแผ่นรอง (pad) ของ PCB จากนั้นจัดแนวปุ่มบัดกรี (bump) ของชิปให้ตรงกับแผ่นรองของ PCB และทำการติดตั้ง สุดท้ายจึงทำการบัดกรีและทำให้เรซินแข็งตัวให้สมบูรณ์ด้วยการให้ความร้อนและการกดอัด

การปรับปรุงการเติมด้านล่าง

เนื่องจากเทคโนโลยีในปัจจุบันยังไม่สามารถรับประกันสภาพที่ดีของชิปที่จัดส่งได้ ทำให้ชิปที่มีตำหนิบางส่วนไม่สามารถตรวจพบได้จนกว่าจะถึงขั้นตอนการทดสอบ PCB จึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งต่อการทำรีเวิร์กและการเปลี่ยนชิป หากวัสดุอัดใต้ชิป (underfill) ของ PCB มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ยอดเยี่ยมและไม่ละลาย จะทำให้เกิดความยากลำบากมากขึ้นในการรีเวิร์ก และบางครั้งอาจต้องทิ้ง PCB ทั้งแผ่น หากมีการนำพันธะเคมีที่อ่อนแอเข้าสู่เรซินอีพ็อกซีของวัสดุอัดใต้ชิป เรซินจะสามารถสลายตัวได้ด้วยการให้ความร้อนหรือเติมสารเคมีหลังการแข็งตัว ซึ่งจะทำให้การรีเวิร์กของวัสดุอัดใต้ชิปทำได้ง่ายขึ้นมาก

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการเติมด้านล่าง (Bottom Filling) ในแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) สามารถเพิ่มความแข็งแรงของข้อต่อประสานจากชิปบางประเภท เช่น BGA และ CSP รวมถึงช่วยเพิ่มความทนทานต่อการตกกระแทก ความทนทานต่อวัฏจักรความร้อน และความน่าเชื่อถือของ PCB ดังนั้น เทคโนโลยีนี้จะถูกนำมาใช้ในกระบวนการประกอบ PCB อย่างแพร่หลายในอนาคต

แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์:
•การออกแบบเพื่อการผลิตและการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และกฎทั่วไปที่เกี่ยวข้อง
•กระบวนการประกอบแผงวงจรพิมพ์
•วิธีการตรวจสอบการประกอบแผงวงจรพิมพ์
•วิธีการที่มีประโยชน์บางประการในการประเมินความสามารถของเครื่องประกอบ SMT
•6 วิธีที่มีประสิทธิภาพในการลดต้นทุนการประกอบ PCB โดยไม่ลดทอนคุณภาพ
•บริการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) แบบครบทุกฟังก์ชันจาก PCBCart - ตัวเลือกเสริมเพิ่มมูลค่าหลากหลาย
•บริการประกอบแผงวงจรขั้นสูงจาก PCBCart - เริ่มต้นเพียง 1 ชิ้น