底部填充处理
这次的试验也证明了抗跌落冲击可靠性因封装结构而异,当然,目前不可能把所有的 BGA/CSP 封装结构都改成 C 型。对于那些抗冲击性较差的封装,应该先设计出最适合的电路板,同时再采取另外的方法提高其可靠性。为确保从制造到使用各阶段都能保持较高的抗跌落冲击可靠性,我们决定对 BGA/CSP 封装进行底部树脂填充。
所实施的方案首先不能给生产增加很大工作量,因此先挑选开发出一些易于使用的材料作为备选,这些材料都能很轻易地渗入器件封装和电路板内,并可在低温下短时间内完全固化。
试验采用固化条件为 150 ℃ /10 分钟的环氧树脂 E 、 F 和硅树脂 G 。跌落测试结果显示,杨氏系数较高的环氧树脂比模数低的硅树脂能更有效地提高 BGA/CSP 封装抗跌落可靠性,另外,环氧树脂 E 和 F 的可靠性也不同,使用 F 的测试样品引脚会从电路板上脱落。
由于树脂 E 和 F 对电路板的黏着力不同,分别是 2.4kg /mm 2 和 1.7kg /mm 2 ,所以我们估计因树脂 F 对电路板黏着力不够而造成树脂从电路板上脱落,使得导电焊盘与电路板分离,因此用作底部填充的树脂必须要有较高的杨氏系数 , 并对电路板和器件都有较高黏着力。
从试验得出的数据还可看到,底部填充能够减轻受力大小并加快所受力的衰减过程。不过使用底部填充树脂后,它和电路板或器件封装之间的热膨胀系数 (CTE) 的巨大差异可能会降低其在温度循环测试中的可靠性。
于是我们进行温度循环测试,结果发现使用了底部填充树脂的 A 类封装仍然十分可靠,只有 C 型封装的可靠性降低了一点,不过这在应用中也可以忽略。我们在 300 次温度循环后对失效样品进行检查,发现 C 型封装的焊点出现有裂纹。
不过,现实中的行动电话使用了各种各样 BGA/CSP 封装,其黏附表面和热膨胀系数 ( 包括密封树脂 ) 完全不同,所以应该在对 BGA/CSP 封装和电路板材料的发展趋势作进一步研究的基础上,开发出符合要求的新型底部填充树脂。
结论
我们对行动电话中的 BGA/CSP 封装器件在跌落冲击下的焊点可靠性进行了评估,得出的结论为:
- 跌落对焊点造成的冲击力可以在电路板上测量得到。
- 焊点受到的跌落冲击力因封装结构而异。
- 底部填充可减轻电路板的受力情况。
- 用于底部填充的树脂应采用高杨氏系数和对电路板及器件封装有较强黏着力的树脂,同时还要考虑树脂与电路板和器件封装的膨胀系数。