作者： 童 义 猛
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Underfill 技术概论
Contents
摘要 ........................................................................................................................................... 2 1 underfill 的概念 ..................................................................................................................... 2 1.1 什么叫 underfill .............................................................................................................. 2 1.2 Underfill 的应用原理 ...................................................................................................... 2 1.3 Underfill 的填充物的流动现象 ...................................................................................... 2 1.4 Underfill 技术的发展历史 .............................................................................................. 2 2 underfill 的应用范围及其与 overfill 的关系 ........................................................................ 3 3 underfill 填充材料介绍 ......................................................................................................... 3 3.1 材料构成 ......................................................................................................................... 3 3.2 材料的主要应用参数 ..................................................................................................... 3 3.3 化学安全性及处理措施 ................................................................................................. 3 4 underfill 设备介绍 ............................ 路径规划..................................................................................... 3 4.1 设备分类 ......................................................................................................................... 3 4.2 设备的工作原理 ............................................................................................................. 4 5 underfill 工艺 ......................................................................................................................... 4 5.1 环境要求 ......................................................................................................................... 4 5.2 喷胶方式 ......................................................................................................................... 4 5.3 工艺步骤 ......................................................................................................................... 5 5.4 返修工艺 ......................................................................................................................... 6 6 Underfill 材料的验证款项及验证方法 ................................................................................. 6 6.1 underfill 的验证款项 ...................................................................................................... 6 6.2 underfill 的验证方法简介 .............................................................................................. 6 7 underfill 的发展趋势探讨 ..................................................................................................... 7 8 参考 ........................................................................................................................................ 7 1
作者： 童 义 猛
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摘要
Underfill 工艺是伴随着 SMT 封装工艺而产生的附加工艺，在电子行业应用较为广泛 在电子行业应用较为广泛， 笔者从多年的 underfill 技术工作中总结出 underfill 工艺涉及的方方面面， underfill 的 ，从 材料和设备及 underfill 技术发展史 技术发展史谈起，再谈到 underfill 具体的实施和验证环节 具体的实施和验证环节，最 后提及 underfill 技术的发展趋势 技术的发展趋势，整体上来说，是一部有意义有价值的参考文献 是一部有意义有价值的参考文献。
1 underfill 的概念
1.1 什么叫 underfill
Underfill 简单来说就是底部填充之义 简单来说就是底部填充之义。 常规定义是一种用化学胶水（主要成份是环氧树脂）对 BGA 封装模式的芯片进行 常规定义是一种用化学胶水 底部填充，利用加热的固化形式 利用加热的固化形式，将 BGA 底部空隙大面积（一般覆盖 80%以上） 一般覆盖 填满从而达到加固的目的，增强 BGA 封装模式的芯片和 PBA 之间的抗跌落性能 填满从而达到加固的目的 之间的抗跌落性能。 Underfill 还有一些非常规用法 是利用一些瞬干胶或常温固化形式胶水在 BGA 封装 还有一些非常规用法，是利用一些瞬干胶或常温固化形式胶水 模式芯片的四周或者部分角落部分填满，从而达到加固目的。 模式芯片的四周或者部分角落部分填满 1.2 Underfill 的应用原理
Underfill 的应用原理是利用毛细作用使得胶水迅速流过 BGA 芯片底部 芯片底部，其毛细流动 的最小空间是 10um。 这也符合了焊接工艺中焊盘和焊锡球之间的最低电气特性要求是 4um 的基本要求， 因为胶水是不会流过低于 4um 的间隙，所以保障了焊接工艺的电气安全特性 所以保障了焊接工艺的电气安全特性。
1.3 Underfill 的填充物的流动现象
Underfill 的流动现象是反波纹形式 的流动现象是反波纹形式，见下图，黄点为 underfill 的起点位置 的起点位置，黄 箭头为胶水流动方向， ，黄线条即为 underfill 胶水在 BGA 芯片底部的流动现象 芯片底部的流动现象， 于是通常 underfill 在生产流水线上检查 在生产流水线上检查其填充效果，只需要观察 underfill 点胶点的 对面位置是否能看到胶水痕迹即可判定。 对面位置是否能看到胶水痕迹即可判定 1.4 Underfill 技术的发展历史
Underfill 经历了： 手工——喷涂技术—— ——喷射技术三大阶段，目前应用最多的是喷涂技术 目前应用最多的是喷涂技术，但喷射技 术以为精度高，节约胶水而将成为未来的主流应用 但前提是解决
其设备高昂的问 节约胶水而将成为未来的主流应用，但前提是解决其设备高昂的问 题，但随着应用的普及和设备的大批量生产 设备价格也会随之下调。 但随着应用的普及和设备的大批量生产，设备价格也会随之下调
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2 underfill 的应用范围及其与 overfill 的关系
underfill 的应用范围总体上来说不局限于 BGA 封装，对于大元件插件安装等也有加 对于大元件插件安装等也有加 固效果，总体来说，在电子元件封装领域 大凡遇到跌落实验通不过的情况，均可 在电子元件封装领域，大凡遇到跌落实验通不过的情况 以尝试 underfill，也有应用采用 overfill 来解决加工问题，但是因为 overfill 返修情 也有应用采用 况不是很好，所以采用 overfill 方案基本上满足两个要求：一是基于保密性要求 所以采用 一是基于保密性要求， 二是小的贴片元件，如电阻电容等 如电阻电容等，解决其电磁干扰问题。
3 underfill 填充材料介绍 填充材料介绍
3.1 材料构成 材料构成
材料主要由环氧树脂， ，卤素（对固化有影响，可选），Fillers 构成。 。
3.2 材料的主要应用参数 材料的主要应用 应用参数
有效期，颜，存储温 存储温度，回温时间，最佳流速温度，固化温度，玻璃化温度 玻璃化温度，粘 稠度。
牙刷加工
3.3 化学安全性及处理措施
需要注意的有：A 皮肤过敏现象 皮肤过敏现象；B 不能进入眼睛；C：不能吞食 对于 A 现象需要增加操作人员防护措施 现象需要增加操作人员防护措施，避免和胶水的直接接触。 对于 B 现象，发生时要用大量清水冲洗 发生时要用大量清水冲洗。 对于 C 现象，发生时要及时就医 发生时要及时就医。
4 underfill 设备介绍
4.1 设备分类
总体上来说，设备可以分为手动 设备可以分为手动，半自动和全自动。 手动设备结构：
半自动设备结构：
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全自动设备结构
4.2 设备的工作原理
手动设备：由人工控制点胶控制器及点胶位置 由人工控制点胶控制器及点胶位置，从而实施 underfill 操作 操作。点胶控制 器主要由时间，气压及喷胶方式三个主要参数构成 气压及喷胶方式三个主要参数构成。 在受程序支配的机械手移动到平台治具上时，点胶控制器也在程序的 半自动设备：在受程序支配的机械手移动到平台治具上时 点胶控制器也在程序的 支配下进行点胶动作。 。PBA 由操作人员放置在平台治具上。 全自动设备：由微控制中心自动识别 PBA 及确定点胶位置，然后由程序对机械手 由微控制中心自动识别 然后由程序对机械手 和点胶控制器同时控制，操作人员需要将 PBA 放置在传输带上，通常也需要配合 和点胶控制器同时控制 通常也需要配合 普通治具作为载体。较高级的全自动设备还具有检验的功能 较高级的全自动设备还具有检验的功能。
5 underfill 工艺
5.1 环境要求abs-131
Underfill 工艺本身对环境要求不是很高 工艺本身对环境要求不是很高，但因为涉及到 PBA 封装，所以对环境也有 所以对环境也有 了一定的限制，通常情况下 通常情况下： 温度：20~30 摄氏度； ； 湿度：40%~60%； 清洁度：IS0 9 以上； ESD 要求：表明触摸阻抗在 106 ~108 欧姆之间； 表明触摸阻抗在
5.2 喷胶方式h5n6
A 点状 B 划线 C jet 形式 其中 A 和 B 均属于喷涂 喷涂方式，而 C 属于喷射方式。 其中手动操作可以完成的工艺为打点，但划线和喷射需要结合设备来完成 其中手动操作可以完成的工艺为打点 但划线和喷射需要结合设备来完成。虽然手 动也可以划线，但因为滑动速度等不均匀 使得工艺可控制程度不高。 但因为滑动速度等不均匀，使得工艺可控制程度不高
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5.3 工艺步骤
工艺步骤：烘烤——预热——点胶——固化——检验。 烘烤环节，笔者不做详细的工艺参数规定，建议各个厂家在实施时可以通过下列 方法来确定参数：建议在 120—130°C 之间，温度过高会直接影响到焊锡球的质量。 取样并通过不同时间段进行称量 PCBA 的重量变化，直到重量丝毫不变为止。为什么要 做烘烤这一步骤呢？通常填充物为聚酯类化合物，与水是不相溶的，如果在实施 Under fill 之前不保证主板的干燥，容易在填充后有小气泡产生，在最后的固化环节， 气泡就会发生爆炸，从而影响焊盘与 PCB 之间的粘结性，也有可能导致焊锡球与焊盘 的脱落，所以说如果有气泡的话，其效果比没有实施 Under fill 效果还要差。烘烤流程 中还要注意一个“保质期”的问题，即烘烤后多长时间内必须消耗库存，笔者在这里 也给出试验方法，通常将烘烤合格后的 PCBA 放在厂房环境里裸露，通过不同时间段进 行称量，通常到其重量变化为止。在烘烤工艺中，参数制定的依据 PCBA 重量的变化， 重量单位通常为 10-6 g。 预热环节：这一环节不是必要环节，取决于所用填充物的特性。其目的主要是加热 使得填充物流动加速。因为当今的组装行业大都是流水线作业，线平衡成为考量流水 线体质量的重要指标，既不能让 Under fill 成为流水线中的浪费，更不能让它成为瓶颈。 反复的加热势必会使得 PCBA 质量受到些许影响，所以建议这个环节建议温度不宜过高， 建议控制在 70°C 一下，具体参数确定方法为：在不同温度下对典型 SMA 元件实施 under fill，测量其完全流过去所需要的时间，根据线体平衡来确定所需要的温度，同时 也建议参考填充物供货商的最佳流动所需要的温度做为参数。
填充环节：通常实施方法有操作人员的手动填充和机器的自动填充。无论是手动和 自动，一定需要借助于胶水喷涂控制器，其两大参数为喷涂气压和喷涂时间设定。不 同的产品，不同的 PCBA 的布局，所用的这两个参数不同，使用者可以根据具体产品来 具体确定，因为填充物的流动性，笔者这里给出两个原则：1 尽量避免不需要填充的元 件被填充 ； 2 绝对禁止填充物对扣屏蔽罩有影响。依据这两个原则可以确定喷涂位置。 检验环节：在流水线作业中，我们只能借助于放大镜对填充后的效果进行检查。通 常稳定的填充工艺参数可以保障内部填充效果，所以应用于量产前，我们需要对填充 环节中的效果须要做切割研磨试验。此试验为破坏性试验，目的是看内部填充效果， 当然 100％的填充效果是不可能的，原因有二：1 填充物的流动是根据毛细作用而流动， 所以内部焊盘分布和 PCB 基面都会对流动造成一定影响；2 填充物与焊盘的兼容性不 是 100％的，所以填充物不能完全包住焊盘。覆盖率的确定需要参考下列两个标准：1 跌落实验结果合格，这是 Under fill 在加强 PCBA 可靠性方面最为重要的一个方面；2 企 业的质量要求，如果要求覆盖率太高，势必造成报废率的提高，所以通常填充物的覆 盖率是在满足跌落实验的基础上，又不会造成报废的基础上给出一个合适的参数。业 内大部分的标准是 75％左右。计算覆盖率的公式是：填充物覆盖面积/元件面积× 100％，填充物的覆盖面积需要在放大镜下进行估算。在经过切割研磨试验得到验证后， 用稳定的参数在流水线上，直接用放大镜观察效果即可，通常观察位置在实施 under fill 位置的对面，所以不建议采用“U”型作业，通常用“一”型和“L”型，因为采用 “U”型作业，通过表面观察的，有可能会形成元件底部中间大范围内空洞。
电力检查井
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