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如何决定PCBA加工BGA底部填充胶需不需要填加?

time : 2019-08-14 08:30       作者:凡亿pcb

如何决定PCBA加工BGA底部填充胶需不需要填加?这是一位网友提出的问题:「早期时候很多的手机电路板都会使用PCBA加工BGA底部填充胶(underfill),最近发现大部分的手机电路板已经没有在使用填充胶了,填充胶使用究竟有没有必要,填与不填跟产品品质关系如何?如何界定?」
其实填充胶(underfill)最早的时候是设计给覆晶晶片(Flip Chip)使用以增强其信赖度用的,后来BGA开始流行,很多的CPU也开始使用起BGA封装,但碍于当时的科技,BGA其实是有一定的厚度,而且随着CPU的功能越来越强,BGA的尺寸也就越来越大颗,也就是说BGA封装晶片具有一定的重量,这个重量非常不利摔落的冲击。
 
也因为几乎所有手机的CPU都采用BGA封装,手机又是手持装置,使用者经常不小心一个没有拿好就可能从耳朵的高度(150cm或180cm)掉落地上,再加上BGA的焊锡强度严重不足,只要手机一掉落到地上,CPU的锡球就可能会发生破裂(Crack),甚至还有整颗CPU从板子脱落的情形发生,客诉问题当然就接不完啦,于是开始有人把原本用于覆晶的底部填充胶拿来运用到BGA底下以增强其耐高处摔落、耐冲击的能力。只是这底部填充胶也不是万能的就是了,深圳宏力捷就见过连底部填充胶都破裂的案例。
如果你还不是很了解何谓「底部填充胶(underfill)」?
 
还好,随着科技的进步,最大的进步在晶圆制程的进步,依据摩尔定律的预测,积体电路上的电晶体数目大约每隔18个月就会增加一倍,而且积体电路上的「闸极长度(Gate length)」也越来越细,密度也越来越高,于是积体电路的功能增加了,但是体积却变小了,手机CPU的重量也就跟着减重,掉落地上的耐摔压力也就跟着降低,iPhone7采用16奈米制程,iPhone8可能采用10奈米制程或更小的制程,这也是为何现今很多手机板可以不需要添加底部填充胶(underfill)的原因之一。
 
或许,你还是没有看明白这个道理,没关系,下面用白话再说得清楚一点~
PCBA加工BGA底部填充胶(underfill)加不加?通常必须在新品验证时决定,一般新品上市前要通过研发公司内部的信赖度测试,这些测试包含高温/高湿及高低温循环测试,还有高处落下的耐冲击试验,另外有些比较龟毛的公司还会再加滚动测试(tumbling)…等,如果在验证的过程中发现有BGA锡球破裂造成失效问题,就会考虑PCBA加工添加BGA底部填充胶(underfill)。
 
只是想解决BGA锡球破裂问题不是只有PCBA加工添加BGA底部填充胶(underfill)一个方法,透过加强产品机构抗冲击能力也是可以改善BGA锡球破裂的问题,而且有些产品先天设计就不良,就算PCBA加工添加了BGA底部填充胶(underfill)也不见得就可以解掉BGA锡球破裂的问题。
(下面两张照片就显示既使添加了底部填充胶underfill,经过摔落后还是发生BGA锡球破裂的问题,因为连Underfill胶都裂开了。)
下面两张照片就显示既使添加了底部填充胶underfill,经过摔落后还是发生BGA锡球破裂的问题,因为连Underfill胶都裂开了。下面两张照片就显示既使添加了底部填充胶underfill,经过摔落后还是发生BGA锡球破裂的问题,因为连Underfill胶都裂开了。
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当然最后决定PCBA加工要不要添加BGA底部填充胶(underfill)会经过公司内部一些相关部门的争论,还有费用增加评估与品质保证损失之间的拉扯。一般如果产品上市的时间还充裕,就可能会要求RD作设计改善,最好改善后可以不需要添加Underfill胶,如果上市的时间过于紧迫,添加了Underfill胶以后问题就可以解决,则可能会采用Underfill胶制程。
所以PCBA加工加不加BGA底部填充胶(underfill)会关系到:
1、产品信赖度测试后BGA锡球是否失效?
2、产品上市时间的急迫性?
3、添加Underfill胶是否可以确实防止BGA锡球破裂?
4、添加Underfill胶会增加生产成本。