在手机、汽车电子、工控设备等高可靠性要求的PCB组装中,BGA、CSP、WLCSP、QFN等面阵列封装器件的焊点加固一直是个绕不开的工艺环节。提到焊点加固,很多人首先想到的是底部填充胶(Underfill),但近几年一种叫EdgeBond的"边封胶"正在被越来越多地采用。两种胶到底有什么不同?各自适合什么场景?本文从定义、工艺、材料体系和适用场景四个维度做一次系统梳理。
一、EdgeBond胶:专注边缘加固的"精准打击"
1.1 定义与定位
EdgeBond胶,中文常叫"边封胶"或"边缘粘合胶",也有叫"角胶"的。从名字就能看出来,它专门干一件事——在芯片边缘和角部做局部加固。和底部填充胶把整个芯片底部灌满不同,EdgeBond只在芯片四角或边缘点涂胶水,不流入焊球下方。这种"No-flow"(无流动)配方设计是它和Underfill最根本的工艺区别。
1.2 施工方式与固化机制
EdgeBond的施工流程很直接:芯片完成焊接后,用点胶设备在芯片的四个角或四周边缘点上胶水,胶水只附着在边缘区域,不会像Underfill那样靠毛细作用渗透到焊球间隙里。点胶完成后,通过加热或UV光照使胶水固化,在芯片边缘形成一圈刚性支撑结构。
这个工艺看似简单,但实际操作中对点胶精度有较高要求。胶量太多会溢出芯片范围影响周边元件,太少又起不到足够的加固效果。一般需要根据芯片尺寸和加固等级,通过DOE实验确定合适的点胶量和点胶路径。
1.3 核心功能:应力分散与抗疲劳
EdgeBond固化后形成的刚性支撑,主要解决三类可靠性问题:
· 抗跌落冲击:手机等手持设备掉落时,BGA焊点承受巨大的惯性冲击力,容易发生脆性断裂。边缘支撑结构能有效分散冲击能量,降低焊点承受的峰值应力。
· 抗弯折:PCB在装配和使用过程中会发生弯曲变形,BGA焊点因远离中性轴而承受较大应变。边缘加固约束了芯片与PCB之间的相对位移,减轻焊点的弯曲疲劳。
· 抗热循环:芯片基材和PCB的热膨胀系数(CTE)不同,温度循环变化时焊点承受周期性剪切应变,长期累积导致疲劳开裂。EdgeBond的刚性支撑能分担一部分剪切应力,延长焊点疲劳寿命。
二、Underfill底部填充胶:全面防护的"地毯式覆盖"
说完EdgeBond,再来看Underfill。Underfill的工作方式截然不同——它是一种低粘度、高流动性的胶水,通过毛细作用渗透到芯片和基板之间的整个缝隙,把所有焊球包裹起来。
Underfill的优势在于防护更全面。胶水填满整个底部间隙后,应力被均匀分散到全部焊球上,不存在局部应力集中的问题。对于手机CPU这种尺寸较大、可靠性要求极高的芯片,Underfill仍然是首选方案。
但Underfill的工艺门槛也更高:点胶前需要对基板预热以促进流动,胶水依靠毛细作用渗透时可能裹入气泡,固化后如果需要返修,拆除芯片和清理残胶的难度都比较大。设备投入和耗材成本也高于EdgeBond方案。
三、EdgeBond vs Underfill:五个维度逐项对比
理解了两种胶的基本原理,下面从五个关键维度做对比:
3.1 工艺复杂度
EdgeBond的工艺链条更短——不需要预热,不依赖毛细流动,点胶后直接加热或UV固化即可。Underfill则涉及预热、毛细渗透、气泡控制等多个环节,工艺窗口更窄,对操作人员和设备的要求更高。
3.2 防护覆盖范围
Underfill填充整个芯片底部间隙,所有焊球都被胶体包裹,应力分散最均匀。EdgeBond只在边缘和四角有胶,中央区域的焊球没有直接加固,防护范围有限。对于大尺寸BGA芯片,如果中央焊点也需要高强度保护,EdgeBond可能力不从心。
3.3 返修便利性
这是EdgeBond的一大卖点。由于胶水只在边缘,返修时只需清理边缘的胶即可,芯片中央焊球不受胶水影响,拆卸和重新焊接相对容易。Underfill返修时要先把整片底部的胶清理干净,耗时费力,还容易损伤焊盘。
3.4 成本对比
EdgeBond耗胶量少,设备精度要求相对低一些,整体成本低于Underfill。对于成本敏感但又有一定加固需求的应用场景,EdgeBond是性价比更高的选择。
3.5 适用芯片类型
Underfill更适合小尺寸、高可靠性芯片(如手机CPU、基带芯片等),这些芯片焊球间距小、数量多,全面填充的保护效果更突出。EdgeBond则更适合大尺寸芯片,因为大芯片底部面积大,Underfill的毛细流动时间会很长,而EdgeBond只在边缘点胶,工艺时间更可控。
四、EdgeBond的材料体系演进
EdgeBond胶并不是一种固定的配方,不同的应用场景催生了多种材料体系:
4.1 传统环氧树脂体系
最早期的EdgeBond多采用环氧树脂配方,特点是硬度高、Tg(玻璃化转变温度)高、粘接强度大。但环氧体系刚性较强,某些柔性应用场景下可能应力过大,且固化收缩率相对高。
4.2 丙烯酸酯体系
以EN1903LV等型号为代表的新一代丙烯酸酯EdgeBond,具备无卤、荧光指示、高触变性等优点。荧光指示特性使胶点在UV灯下可见,方便质量检测;高触变性保证了点胶后胶水不塌陷不流挂,适合精细点涂工艺。
4.3 UV固化低CTE体系
回天新材开发的UV低CTE(低热膨胀系数)EdgeBond胶是近年来的重要创新。这款产品专为大尺寸芯片设计,通过UV快速固化实现高效生产,同时低CTE配方能有效缓解高温工作环境下的热应力集中问题。据了解,该产品已在华为、中兴、小米等终端企业进行中试或测试应用,反映了行业对EdgeBond方案认可度的持续提升。
五、使用注意事项
无论选用哪种体系的EdgeBond胶,实际使用中都需要注意以下几点:
· 施工环境:建议在15-30度温度范围内操作。温度过低会导致胶水粘度增大,影响点胶流畅性;温度过高则可能缩短胶水操作时间(pot life)。
· 表面清洁:点胶前需确保芯片边缘和PCB表面无油污、灰尘和水分。污染物会严重影响胶水的润湿和粘接效果。
· 固化参数:薄层胶约30分钟可达到初固,但完全固化通常需要24小时。如果采用UV固化,则可在数秒至数十秒内表干,但深层完全固化仍需放置一定时间。
· 存储条件:胶水应存放于阴凉避光处,保持容器密封,避免阳光直射导致的提前聚合或性能劣化。
六、总结与选型建议
EdgeBond和Underfill并不是非此即彼的替代关系,而是各有侧重、互补共存的两种方案。简单概括:
· 追求极致可靠性、芯片尺寸不大、预算充足——选Underfill
· 追求工艺效率、芯片尺寸较大、成本敏感但有加固需求——选EdgeBond
· 对返修性有较高要求——EdgeBond优势明显
实际选型时,需要综合考虑芯片类型和尺寸、产品可靠性等级、产线设备条件、成本预算和返修需求等多个因素。建议先做DOE验证,在实际产品上对比两种方案可靠性数据后再做最终决定。
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