底部填充技术在印制电路板组装中的应用

底部填充技术分类

底部充填可分为基于毛细流动理论的流动底部充填和非流动底部充填。目前，适用于BGA、CSP等芯片的底部填充技术主要包括：毛细管底部填充技术、SMT热熔胶片技术、ACA（Anisotropically Conductive Adhesives）和ACF（Anisotropically Conductive Films）技术、ESC（Epoxy Encapsulated焊接连接）技术等。对于毛细管底部填充技术和SMT热熔胶片技术，助焊剂和填料相互独立，而对于ACA和ACF技术和ESC技术，助焊剂和填料合二为一。

毛细管底部填充技术

毛细管流动性的理论是这样的。液态环氧树脂等流动性极好的液体滴在BGA和CSP芯片周围，毛细作用使液态树脂被吸入芯片底部和PCB之间的空间。然后通过加热或紫外线固化的方法将树脂、焊接芯片和PCB固定在一起，从而保护焊点，减少应力造成的伤害，增加焊点的可靠性。

毛细管底部填充技术应用于PCB芯片底部填充和倒装芯片封装领域。底部填充技术的应用可以分散芯片底部焊球点所承受的应力，从而提高整个PCB的可靠性。毛细管底部填充的过程应按以下方式实施。首先，将 BGA 和 CSP 等表面贴装芯片安装在印刷有焊膏的 PCB 上。然后进行回流焊接，从而形成合金连接。芯片焊接后，采用分布技术将底部填充材料填充到芯片底部的一个或两个边缘。填充材料在芯片底部流动并填充芯片和PCB之间的空间。虽然毛细管底部填充能够大大提高可靠性，但填充底部填充材料的设备、足够的设备组装工厂空间和能够完成精细操作的工人才能完成这一过程。此外，毛细管底部填充技术要等到PCB组装完成后才能实施，并且存在操作困难、时间和能源消耗大、填充量控制困难等缺点。因此，毛细管底部填充技术仅应用于一些关键芯片或热膨胀系数与PCB基板差异很大的芯片，因此毛细管底部填充技术并未大规模应用于PCB组装。

SMT热熔胶板技术

SMT热熔胶片技术符合RoHS和WEEE的规定，具有无毒、无卤素、无重金属残留、绝缘性好、外形尺寸符合标准和精确尺寸、便于光学识别安装等优点。 SMT热熔胶片可以安装在PCB和BGA或CSP之间，可以用普通的铅或无铅焊接工艺焊接。在熔化过程中，胶粘片不受焊料的影响，其不挥发溶剂、无需清洗等特性，使其成为理想的PCB填充材料。 SMT热熔胶片技术工艺流程图如下图1所示。

图1

根据图1，SMT热熔胶片技术的应用实际上是在IC芯片贴装前增加了一个热熔胶贴片步骤，即需要底部填充的BGA和CSP芯片采用热熔胶贴片。在 IC 芯片安装之前。最后在回流焊中完成芯片焊接和底部填充，省略了重新填充的步骤。非常适合小批量生产的PCB底部填充。

ACA 和 ACF 技术

ACA 和 ACF 技术通过同时完成焊接和底部填充来减少程序和成本。 ACA和ACF都是导电胶，一般由基体树脂和导电填充材料组成，分为ICA（各向同性导电胶）和ACA（各向异性导电胶）。 ACA是一种填充导电胶，能够完成底部填充并完成电连接。根据形态的不同，ACA分为凝胶状和薄膜状。通常，薄膜形式的ACA也称为各向异性导电膜(ACF)。 ACA 沿 Z 轴方向导电，而沿 X 和 Y 轴方向不导电。绝缘层覆盖在导电粒子层上，粒子之间不导电。只有当颗粒在芯片凸块和PCB基板焊盘之间受到应力，绝缘层因应力而被压碎时，才能保证沿Z轴的导电性。

电调技术

ESC技术，即环氧树脂封装焊料连接技术的简称，是一种以“浆料颗粒加树脂”的浆料代替ACF的新型技术。 ESC技术的工艺流程从焊膏树脂粘合剂滴在PCB焊盘上开始。然后将芯片凸块与PCB的焊盘对齐并安装在其上。最后通过加热和压缩完成焊接和树脂固化。

底部填充返工

由于现有技术无法保证供应芯片的良好状态，导致部分有缺陷的芯片需要进行PCB测试才能发现，因此非常需要返工和更换。如果PCB芯片的底部填充材料具有优异的热稳定性和不溶性，就会产生更多的返工困难，甚至有时会放弃整个PCB。如果将弱化学键引入底部填充材料的环氧树脂中，固化后树脂会通过加热或添加化学试剂而分解，从而使底部填充的返工更加容易。

PCB底部填充技术的应用，可以增加BGA、CSP等部分芯片的焊点强度，提高PCB的抗跌落性能、抗热循环性能和可靠性。因此，未来将在PCB组装中大量应用。

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