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BGA封装点胶工艺流程技术讲解

在现代电子制造领域，BGA（BallGridArray，球栅阵列）封装以其高引脚密度、优异的电气性能和散热特性，成为了高性能芯片封装的主流选择之一。然而，BGA封装的可靠性，尤其是在面对热循环、机械冲击等复杂工况时的抗疲劳能力，一直是业界关注的焦点。点胶工艺，作为BGA封装生产中的关键环节，通过在芯片与基板之间或焊球周围施加特定的胶粘剂，能够显著提升BGA器件的机械强度和长期可靠性。本文将深入探讨BGA封装点胶工艺的技术细节、关键控制点及其实践应用。

一、点胶工艺在BGA封装中的作用与分类

BGA封装中的点胶工艺，其核心目的在于增强芯片（Die）与基板（Substrate）或PCB之间的连接强度，抵御热应力和机械应力带来的负面影响。根据点胶位置和功能的不同，常见的BGA点胶主要有以下两种类型：

1.底部填充（Underfill，UF）：这是最常见的BGA点胶应用。在BGA芯片焊接完成后，将流动性较好的胶粘剂通过毛细作用或非接触式点胶方式注入芯片底部与基板之间的缝隙。胶水固化后，形成一个坚实的连接层，能够有效分散焊点所承受的热循环应力和机械冲击，从而大幅提高焊点的疲劳寿命，降低焊点开裂的风险。

2.围坝与填充（DamandFill）：有时也称为边缘点胶。此工艺先在芯片的四周点上一圈粘度较高、具有一定结构强度的“围坝胶”（Dam），形成一个封闭或半封闭的区域，然后在该区域内填充流动性较好的“填充胶”（Fill）。这种方式适用于芯片底部有较大空腔或需要更多保护材料的场景，也能有效防止底部填充胶溢出污染其他区域。

二、BGA点胶工艺流程详解

BGA点胶工艺是一个系统性的过程，涉及多个环节，每个环节的质量控制都对最终产品的可靠性至关重要。其典型流程如下：

（一）点胶前准备

1.基板/PCB的清洁与预处理：

*重要性：基板或PCB表面的油污、灰尘、氧化物以及残留的助焊剂等污染物，会严重影响胶粘剂的润湿性和结合强度，导致分层、气泡等缺陷。

*方法：通常采用超声波清洗、等离子清洗或专用清洗剂擦拭等方式进行清洁。清洁后需确保表面干燥、无残留物，并在规定时间内进行后续点胶操作，避免二次污染。

2.胶粘剂的选择与准备：

*胶水类型：根据BGA封装的具体要求（如工作温度、可靠性等级、工艺兼容性等）选择合适的底部填充胶或围坝填充胶。常见的有环氧树脂类、丙烯酸酯类等，其中环氧树脂因其优异的力学性能和耐温性应用广泛。

*胶水特性：关注胶水的粘度、触变性、流动性、固化条件（温度、时间）、热膨胀系数（CTE）、玻璃化转变温度（Tg）以及与焊料、基板材料的兼容性。

*胶水准备：对于双组分胶水，需按照规定比例精确混合，并充分搅拌均匀。单组分胶水在使用前可能需要进行脱泡处理，以去除搅拌或储存过程中引入的气泡，并将胶水温度调节至适宜的工作温度，确保其粘度稳定。

3.点胶设备的调试与参数设置：

*设备选择：根据点胶类型（UF或DamFill）、精度要求和产能需求，选择合适的点胶机，如高精度喷射点胶机、针头式点胶机等。

*针头/喷嘴选择：底部填充通常选用细针头或特殊设计的喷嘴，以控制胶量和点胶位置；围坝胶则可能需要较大口径的针头以获得较宽的胶线。针头的材质和形状也需考虑，避免刮伤基板。

*参数设置：这是点胶质量控制的核心。关键参数包括：

*点胶压力：控制胶水的挤出量和流速。

*点胶速度/时间：决定单个胶点的大小或胶线的粗细。

*针头高度（Z轴高度）：确保针头与基板表面的距离合适，避免碰撞或胶量不均。

*点胶路径规划：对于底部填充，通常选择BGA边缘的几个点进行点胶，利用毛细作用填充；对于围坝，则是沿芯片边缘进行连续或间断点胶。

（二）点胶操作

1.点胶路径规划与执行：

*底部填充：常见的点胶方式有“L”型、“U”型或多点式。胶水从BGA的一侧或多侧注入，依靠毛细力自然流动并填充整个底部区域。操作员需观察胶水的流动前沿，确保其均匀、无死角地填充。

*围坝填充：首先按照预设路径精确点出围坝胶，确保胶线连续、高度和宽度均匀，坝体无缺口。围坝胶初步固化（凝胶）后，再在坝内点入填充胶。

2.点胶参数优化与校准：

*在正式量产前，需通过试生产对各项点胶参数进行优化。通过检查胶点大小、形状、胶线均匀性、填充效果（有无气泡、空洞、未填充区域）等，反复调整压力、速度、时间等参数，直至达到最佳状态。

3.点胶过程监控与质量检查：

*操作员需密切关注点胶过程，及时发现异常情况，如针头堵塞、胶水溢出、缺胶等。

*对每批次或每隔一定数量的产品进行抽检，检查胶量、填充完整性、有无气泡、胶点位置偏差等。

（三）胶水固化

*固