www.jc-pcba.com

BGA封装的焊点承受着机械应力与热应力的双重考验。跌落、弯曲、温度循环都可能导致BGA焊点开裂。底部填充胶（Underfill）通过填充BGA芯片与PCB之间的间隙，将应力分散到整个芯片底部，大幅提高焊点可靠性。本文解析Underfill的适用场景、选型方法和固化工艺参数。

一、何时需要底部填充？

底部填充并非所有BGA都需要。以下场景强烈建议使用：

场景一：便携式设备。手机、平板、TWS耳机、智能手表等产品在使用中可能跌落。跌落时PCB弯曲，BGA角落的焊点承受最大应力，最容易开裂。Underfill可将抗跌落能力提升3-5倍。

场景二：汽车电子。汽车工作温度范围-40℃至125℃，且存在持续振动。BGA焊点在热循环中反复膨胀收缩，产生疲劳裂纹。Underfill可延长热循环寿命10倍以上。

场景三：大尺寸BGA。芯片尺寸大于20mm×20mm时，芯片与PCB的热膨胀系数（CTE）差异更大，热应力集中。Underfill是必需的。

场景四：薄板或柔性板。PCB厚度≤1.0mm时刚性不足，容易弯曲，BGA焊点风险增加。

不需要Underfill的场景：芯片尺寸小（<10mm×10mm）、使用环境温和（消费电子非移动产品）、PCB厚度≥1.6mm且支撑良好。

二、底部填充胶的类型与选型

毛细型Underfill：利用毛细作用填充芯片底部间隙。粘度低（200-500cps），流动性好。填充速度快，适合量产。填充后需要加热固化。适用于大多数BGA、CSP封装。

助焊剂型Underfill：将助焊剂和填充胶合二为一，印刷或喷涂在焊盘上，贴片回流焊时同时固化。省去单独的填充工序，但成本较高。适用于细间距BGA。

选型关键参数：

• 玻璃化转变温度（Tg）：Tg是胶水从玻璃态转为橡胶态的温度。高Tg（≥120℃）产品在高温下仍保持刚性，适合汽车电子。低Tg（≤80℃）产品柔性好，抗跌落更佳。
• 热膨胀系数（CTE）：CTE应接近焊料（约25ppm/℃）和PCB（约17ppm/℃）。CTE越低，热应力越小。推荐CTE≤30ppm/℃。
• 固化温度与时间：常见固化条件：150℃×5-10分钟。低温固化型（100℃×15分钟）适合热敏元件。
• 粘度：底部间隙0.1-0.2mm时，粘度200-400cps合适。间隙更小（0.05mm）需用<200cps的低粘度胶。

推荐品牌：Henkel Loctite、Namics、Zymet。

三、底部填充工艺流程

第一步：预热。将PCBA加热到40-60℃，降低胶水粘度，加快流动。预热时间5-10分钟，避免过热损伤元件。

第二步：点胶。使用点胶机沿BGA边缘的1-2个侧边点涂Underfill胶。点胶针头内径0.2-0.3mm，胶量根据芯片尺寸计算。胶量不足会导致填充不完整，胶量过多会流到芯片表面或污染相邻元件。一般胶量覆盖芯片边缘外扩1-2mm。

第三步：毛细流动。胶水在毛细作用下自动吸入芯片底部。这个过程需要3-10分钟，期间不能震动或移动PCBA。观察确认胶水从另一端流出，表示填充完成。

第四步：固化。将PCBA放入烘箱或回流焊炉中加热固化。固化参数严格按胶水规格书设置（如150℃×10分钟）。使用热风循环烘箱，温度均匀性±3℃。

第五步：检查。用X-Ray检查填充效果，看有无气泡、空洞或未填充区域。用显微镜检查芯片边缘的胶水分布，应连续、无裂纹。

四、固化参数设置详解

温度选择：低温固化型（100-120℃）适合热敏感元件（如塑料连接器、LED）。中温固化型（130-150℃）是最常用范围。高温固化型（160-200℃）固化最快（2-3分钟），但可能损伤元件。

升温速率：控制在2-3℃/min，避免过快导致胶水爆沸产生气泡。

恒温时间：按胶水规格书设定。过短固化不完全，过长浪费能耗且可能使胶水变脆。通常150℃下5-10分钟。

冷却：固化完成后自然冷却至室温，不可水冷或风冷急冷，防止热冲击。

验证方法：固化后取样品做切片，在显微镜下检查胶层有无气泡、是否完全填充、芯片与PCB之间的胶层厚度是否均匀（应50-100μm）。

五、常见问题及对策

问题一：胶水填充不完全。原因：粘度太高、预热不足、芯片与PCB间隙太小。对策：选用低粘度胶；提高预热温度；检查BGA是否共面（翘曲）。

问题二：固化后出现气泡。原因：升温过快、胶水吸湿、点胶时带入空气。对策：降低升温速率；胶水回温后2小时内用完；优化点胶程序。

问题三：胶水污染相邻元件。原因：点胶量过多、芯片边缘太近。对策：减少胶量；在相邻元件之间加挡胶墙（设计时预留）。

问题四：固化后芯片开裂。原因：固化温度过高或时间过长。对策：降低固化温度，延长固化时间；检查芯片的耐温规格。

六、捷创电子的Underfill工艺能力

捷创电子在SMT贴装后提供底部填充胶点胶和固化服务，配备自动点胶机和温度可控烘箱。公司可根据客户产品的应用场景（消费、汽车、工业）推荐合适的Underfill胶型号，并优化固化参数。如果您有BGA加固或可靠性提升需求，可以访问捷创电子官网（www.jc-pcba.com）获取工艺支持。