汉思新材料：底部填充胶返修难题分析与解决方案

底部填充胶返修难题分析与解决方案

底部填充胶（Underfill）在电子封装中（特别是BGA、CSP等封装）应用广泛，主要作用是提高焊点的机械强度和可靠性，尤其是在应对热循环、机械冲击和振动时。然而，有的产品可能需要进行返修（如更换单个芯片或修复下方焊点）对于没有经验的新手返修也是个难题，以下是具体原因分析及相应的解决方案：

一、底部填充胶返修困难原因分析

材料特性导致的高粘结强度
底部填充胶固化后形成高强度、高模量的环氧树脂结构，其粘结力远超焊点强度。例如，环氧树脂的剪切强度可达20-30MPa，而BGA焊点剪切强度通常为5-10MPa。这种强度差异导致返修时需破坏焊点才能分离元件，显著增加返修难度。

热应力对元件和PCB的损伤风险
返修需加热至200-300℃以软化胶体，但高温可能导致：

元件损伤：芯片热膨胀系数（CTE）与PCB差异大（如硅芯片CTE为2.5ppm/℃，FR-4 PCB为17ppm/℃），高温下易产生应力裂纹。

焊盘脱落：PCB焊盘铜箔与基材间的附着力在高温下降低，可能导致焊盘剥离。

PCB变形：高温可能引发PCB翘曲，影响后续组装精度。

胶体残留对二次组装的影响
返修后残留的胶体可能：

污染焊盘：阻碍新焊料润湿，导致虚焊或短路。

影响点胶效果：残留胶体可能堵塞点胶针头或改变胶体流动路径，降低填充质量。

二、底部填充胶返修解决方案

选用可返修型底部填充胶
优先选择具有以下特性的胶体：

低温可逆固化：如采用潜伏性固化剂，可通过特定温度（如150℃以下）实现胶体软化。

低粘度、易清除：粘度低于5000cPs的胶体更易通过机械或化学方法去除。

与焊料兼容：避免返修时胶体与焊料发生化学反应，导致焊点强度下降。

优化返修工艺参数

阶梯式加热：采用红外加热或热风枪，分阶段升温（如100℃→150℃→200℃），减少热冲击。

局部加热：使用小型加热头或激光加热，仅对目标区域升温，降低对周边元件的影响。

机械辅助分离：在胶体软化后，使用专用工具（如微型铲刀或吸盘）辅助分离元件，减少焊点受力。

残留胶体清除技术

化学溶解：使用专用清洗剂（如含N-甲基吡咯烷酮的溶剂）浸泡，溶解环氧树脂。

等离子清洗：通过低温等离子体轰击，去除有机残留物，同时不损伤PCB表面。

机械研磨：采用微磨头或激光烧蚀，精确去除残留胶体，但需避免损伤焊盘。

返修后质量验证

外观检查：使用显微镜确认焊盘无残留、无损伤。

电气测试：通过飞针测试或ICT检测焊点连通性。

可靠性测试：进行温度循环（-40℃~125℃，1000次）或跌落测试（1.5m，6面各3次），验证返修后产品的可靠性。

三、预防性措施

设计阶段优化：在PCB布局时预留返修空间，避免元件密集排列。

工艺控制：严格管控点胶量（如±5%精度），减少胶体溢出。

培训与认证：对操作人员进行返修技能培训，并通过模拟返修考核。