Materiały do wypełniania Underfill firmy Henkel

Są to produkty na bazie żywicy, zazwyczaj z dodatkowym wypełniaczem, zmieniającym jej parametry. Podstawową cechą underfilli jest niska lepkość aby materiał mógł podpłynąć samodzielnie pod układ wykorzystując siły kapilarne. Dodanie wypełniaczy poprawia stałość objętości wypełnienia przy zmianie temperatur lub/oraz poprawia przewodność termiczną.

Rysunek 1

Dlaczego stosuje się produkty underfill? Aby zwiększyć odporność układu na czynniki mechaniczne jak upadek i ugięcie oraz aby zwiększyć niezawodność układu poprzez zdjęcie stresu mechanicznego z kulek BGA (rys 1) i rozłożenie go na całej możliwej powierzchni szczególnie podczas cykli termicznych w czasie pracy urządzenia. W związku z tym produkt underfill idealnie nadaje się na dla układów, gdzie występuje rozbieżność we współczynniku rozszerzalności cieplnej pomiędzy układem (~2 ppm/ºC) a podłożem (np. dla FR-4 ok 15 ppm/ºC). (rys 2). Oczywiście, wypełnienie przestrzeni pod układem stanowi również barierę dla wilgoci oraz

innych niekorzystnych czynników zewnętrznych.

 

 

 

Należy pamiętać, iż kluczową rolą przy dobrym podpływaniu produktu pod układ, jest rozmiar największych cząstek w underfillu. Z reguły, przyjmuje się, iż największa cząstka powinna być minimum trzy razy mniejsza od najmniejszej odległości pod komponentem. Większe cząstki, mogłyby spowodować zatrzymanie przepływu i stworzyć niekorzystną pustkę powietrzną pod układem.

 

 

 

Komponenty wymagające procesu to m.in. BGA, CSP, Flip Chip, PoP. Zwyczajowo proces wypełniania na linii SMT odbywa się za piecem rozpływowym (rys.3).Oczywiście istnieje kilka odmian produktu underfill. Są to:

1) underfill z podpływem kapilarnym (rys4) – podstawowy produkt

Przykłady:

b) naprawialne seria LOCTITE® ECCOBOND UF 3800; LOCTITE 3536  

 

Rysunek 4

 

2)underfill typu corner bond (przyklejanie naroży) (rys 5)

Proces polega na zaaplikowaniu kropli lub kształtu typu L po nadruku pasty, lecz przed położeniem komponentu oraz przed piecem rozpływowym (rys 6). Żywica zawarta w tym produkcie ma opóźnione utwardzanie aby umożliwić komponentowi typu BGA ustalenie właściwej pozycji. Ilość kleju jest proporcjonalna do zwiększenia odporności mechanicznej.

 

Rysunek 5  Rysunek 6

 

3) underfill typu edge bond (klejenie krawędzi) (rys 7)

Produkt nakładany po piecu rozpływowym, stosowany tylko do zabezpieczania naroży (rys 8), utwardzalny UV lub termicznie.

 

 

 Rysunek 7 Rysunek 8

 

4) epoxy flux – czyli topnik z żywicą (rys 9)

Kombinacja kleistego topnika wraz z underfillem. Nakładany standardowo przez zamoczenie układu CSP lub BGA z kulkami w substancji (rys 10). Produkt ten eliminuje dodatkowy proces po przetopie.

 

 

  Rysunek 9 Rysunek 10

 

Czy produkt z underfillem jest naprawialny? Dla niektórych produktów można przeprowadzić proces naprawy. Aby to zrobić, należy podgrzać komponent, następnie przeprowadzić proces rozlutowania, ostrożnie go poruszać i podważyć. Następnie odessać pozostałości podgrzewaną dyszą oraz wyczyścić środkiem czyszczącym. Przechowywanie. Produkty są jednoskładnikowe, więc aby zahamować proces utwardzania, przechowuje się je w obniżonej temperaturze –zależnie od produktu od -40*C do +8*C. Gdzie stosuje się produkty typu underfill? Najważniejszym rynkiem, wymagającym niezawodności, jest motoryzacja gdzie rosną wymagania co do temperatury operacyjnej – obecnie nawet od -55*C do +175*C. Wymagana jest również odporność na wilgoć oraz czynniki chemiczne oraz wibracje. Wymagającym rynkiem jest również elektronika konsumencka gdzie występują różnego rodzaju stresy mechaniczne typu upadki, wygięcia oraz duże zmiany temperatur od -25*C do +85*C. Innymi wymagającymi rynkami jest branża militarna, lotnicza, medyczna oraz przemysł ciężki.