PCB-montage Verbeteren: Geavanceerde Bottom-Filling Technologieën

Classificatie van Bottom-Filling Technologie

Bottom-filling kan worden ingedeeld in vloeibare bottom-filling gebaseerd op capillairestroomtheorie en niet-vloeibare bottom-filling. Tot nu toe omvatten de voor chips als BGA, CSP etc. geschikte bottom-filling technologieën hoofdzakelijk: capillaire bottom-filling technologie, SMT hotmelt lijmveltechnologie, ACA (Anisotrope Conductieve Lijmen) en ACF (Anisotrope Conductieve Folies) technologie, ESC (Epoxy Encapsulated Solder Connection) technologie en meer. Bij capillaire bottom-filling en SMT hotmelt lijmveltechnologie zijn soldeerflux en vulmateriaal onafhankelijk van elkaar, terwijl bij ACA/ACF en ESC technologie flux en vulmateriaal gecombineerd zijn.

Capillaire Bottom-Filling Technologie

De theorie van capillairestroom: vloeistof met uitstekende vloeibaarheid (zoals vloeibare epoxyhars) wordt rondom BGA en CSP chip gedruppeld en capillairwerking trekt de hars in de ruimte tussen chiponderkant en PCB. Vervolgens worden hars, gesoldeerde chip en PCB samengefixeerd door verhitten of UV-uitharding om soldeerpunten te beschermen, schade door spanning te verminderen en de betrouwbaarheid van soldeerpunten te verhogen.

Capillaire bottom-filling wordt toegepast in PCB chip bottom-filling en flip-chip packaging. De toepassing kan de spanning op soldeerbalpunten aan de chiponderkant verdelen en de betrouwbaarheid van de hele PCB verhogen. Het proces: eerst worden SMT-chips (BGA, CSP) gemonteerd op de PCB met soldeerpasta. Daarna reflow-soldeering voor legeringsverbinding. Na chipsoldeering wordt distributietechniek toegepast om vulmateriaal in één of twee randen aan de chiponderkant te vullen. Materiaal vloeit onder de chip en vult de ruimte tussen chip en PCB.

Hoewel capillaire bottom-filling de betrouwbaarheid sterk verhoogt, zijn apparatuur voor vulmateriaal, voldoende fabriekruimte en vakmensen voor delicaat werk vereist. Bovendien kan het pas na voltooiing van PCB-montage, en heeft nadelen: moeilijke bediening, grote tijd- en energieconsumptie, moeilijke controle van vulhoeveelheid. Daarom wordt het alleen toegepast op sleutelchips of chips met extreem verschillende thermische uitdijingscoëfficiënt ten opzichte van PCB-substraat, en niet massaal in PCB-montage.

SMT Hotmelt Lijmveltechnologie

Volgens RoHS- en WEEE-regels heeft SMT hotmelt lijmveltechnologie voordelen: niet-giftig, halogeen-vrij, zonder zwaarmetaalresten, uitstekende isolatie, afmetingen compatibel met standaard en precieze grootte, handig voor optische herkenning en mounting. Het lijmvel kan tussen PCB en BGA/CSP worden gemonteerd en gesoldeerd met normale loodhoudende of loodvrije soldeertechniek. Tijdens smelting wordt het lijmvel niet beïnvloed door soldeer; geen oplosmiddelverdamping en geen reiniging nodig maken het ideaal vulmateriaal. Het procesflownogram staat in Figuur 1.

Figuur 1

Op basis van Figuur 1 voegt SMT hotmelt lijmveltechnologie eigenlijk een stap toe: het monteren van het lijmvel vóór IC-chipmontage. BGA en CSP chips met bottom-filling-behoefte worden met lijmvel gemonteerd vóór IC-chipmontage. Tenslotte worden chipsoldeering en bottom-filling voltooid in reflow-soldeering zonder bijvulstap. Het is zeer geschikt voor bottom-filling van PCBs met kleine series productie.

ACA en ACF Technologie

ACA en ACF technologie vermindert procedures en kosten door soldeering en bottom-filling simultaan te voltooien. Beide zijn conductieve lijmen, samengesteld uit matrixhars en conductief vulmateriaal, ingedeeld in ICA (isotrope conductieve lijm) en ACA (anisotrope conductieve lijm). ACA is een vul-conductieve lijm, capabel van bottom-filling met elektrische verbinding. Op basis van vorm: gelvormig en dunne film. Dunne film ACA heet ook ACF. ACA is geleidend langs Z-as, niet geleidend langs X- en Y-as. Een isolatielaag ligt over het conductieve deeltjeslaag; deeltjes zijn niet onderling geleidend. Alleen bij spanning tussen chip bump en PCB-substraatpad en vermorzening van de isolatielaag ontstaat Z-as geleiding.

ESC Technologie

ESC-technologie (epoxy encapsulated solder connection) is een nieuwe technologie met pastemateriaal "pastedeeltjes plus hars" in plaats van ACF. Processtroom: soldeerpasta harsdruppels op PCB-pad, chip bump uitlijnen met pad en monteren, tenslotte soldeering en harsverharding door verhitten en comprimeren.

Herwerk van Bottom-Filling

Omdat huidige technologie niet garandeert dat geleverde chips in goede staat zijn, kunnen defecte chips pas bij PCB-test ontdekt worden, waardoor herwerk en vervanging noodzakelijk zijn. Als bottom-filling materiaal uitstekende thermische stabiliteit en onoplosbaarheid heeft, ontstaan meer herwerkmoeilijkheden en soms moet de hele PCB worden gegooid. Als zwakke chemische bindingen in de epoxyhars worden geïntroduceerd, ontbindt de hars na verharding door verhitten of toevoegen van chemisch reagens, wat herwerk van bottom-filling veel makkelijker maakt.

De toepassing van bottom-filling technologie in PCB verhoogt de sterkte van soldeerpunten van chips als BGA en CSP en verbetert valweerstand, anti-thermische cyclische prestaties en betrouwbaarheid. Daarom zal het in de toekomst massaal worden toegepast in PCB-montage.

Nuttige bronnen:
• Design for Manufacture and Assembly van PCBs en Algemene Regels
• Printplaat Montageproces
• Printplaat Montage Inspectiemethoden
• Handige methoden voor het evalueren van SMT-monteurscapaciteiten
• 6 Effectieve manieren om PCB-montagekosten te verlagen zonder kwaliteitsverlies
• Full Feature PCB Fabricageservice van PCBCart – Meerdere Value-added opties
• Advanced PCB Assembly Service van PCBCart – Start vanaf 1 stuk