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点胶工艺介绍之Underfill胶水评估
  2024-04-01      142

点胶工艺介绍之Underfill胶水评估

作者:薛广辉

1 点胶工艺介绍

点胶工艺是一种精细的涂胶技术,广泛应用于医疗电子产品,汽车电子产品,穿戴消类电子产品,家电,军工航天等产品。点胶是通过点胶设备将胶水精准定量的点涂到需粘接固定的物体上,以实现对产品的外观和功能保护的目的。点胶工艺是包含胶水材料选型及应用,点胶及固化设备工艺及应用,点胶参数设定及应用,点胶可靠性及应用等一系列技术的统称,本章节笔者依手机消费电子领域的Underfill胶水为例,展开对胶水评估相关的开发流程及技术规范的介绍。

2 Underfill胶水评估开发流程

在整个手机生产制程中Underfill胶主要用在SMT阶段芯片底部填充,其作用是对芯片的焊点加固保护对器件的应力释放作为在生产阶段与电子料有直接接触,且异常时会影响到主板器件功能的主要化工辅料,Underfill胶的选型开发,各司均有着严格周密的标准流程

依笔者在手机制造领域多年的工作经验,Underfill胶水评估开发流程大致如下图所示

image.png

接下来大家跟随笔者一起对各个步骤拆解完成对整个评估流程注意要点的解析

2.1技术策划

该阶段主要工作为胶水选型,开发项目信息阐述,需求信息收集,以方便各单位快速了解项目背景,进度及目标。此阶段需尽可能全面,清晰地描述项目的各类信息,如验证方案,日程计划,团队责任分工等内容。一般是由需求方(研发,工程,采购等单位)提出新的Underfill化工辅料需求,依公司流程文件填写完成《项目开发立项书》格式,全面地收集需求信息,以方便后续项目评审工作的开展。

立项书一般需要包括以下内容

项目信息简介

项目需达成的任务及验收条件

项目方案说明

行业竞品应用方案对比 

行业胶水方案对比

设备方案对比说明

项目主要风险说明

项目关键节点进度预估说明

项目资源需求,

项目成员

技术评审结论

若将项目开发立项书各个步骤进行目的拆解分析,每个步骤分析需体现的内容及目的如下:

2.1.1项目信息简介

项目名称,项目目标,项目价值分析,使用场景,优劣势分析,产品应用计划,开发周期等信息进行简述,目的是对项目需求目的价值等信息进行简要汇总,方便评审单位了解项目的背景

2.1.2项目需达成的任务及验收条件

对项目需要迖成的任务进行阐述,并将对应的胶水评估验收条件,验证结论等文档资料进行整理汇总。依Underfill胶水评估为例,项目任务及验收条件需包括内容如下:

项目任务:                                  

应用场景说明,

工艺开发方案说明,

胶水单体测试,

设备匹配性测试,

工艺验证-整机使用测试

小批量实验验证及优化,摸底设计,设备,胶水,工艺匹配,品质标准等要求

大批量试用跟进工艺稳定性

完成项目总结报告

项目验收条件

输出胶水需求表,胶水技术规格书,工艺外观要求,工艺路线要求,可靠性测试要求

提供胶水验证配方,性能清单,胶水TDS表,

整理胶水材料,设备,工艺,治具等选型所需的报告

工艺参数验收报告

整理整机可靠性测试报告

整理批量验证报告

输出项目总结报告,包含预研结论,关键问题点总结,技术规范

输出工艺应用指导书

输出胶水量产工艺配方等

2.1.3项目方案说明

项目对Underfill的应用场景进行详细的描述,如对胶水,设备,治具,制程,维修等使用时的要点介绍。

Underfill生产完成后的测试方案说明,如破坏性实验(滚筒,跌落)环境适应性试验,高低温存储,双85测试等验证方法,验收标准进行说明。

2.1.4行业竞品应用方案对比

对需求项目的竞品,竞商信息进行摸底说明,如竞在产品用胶方面的未来布局信息,两司趋势差异对比,分析结论等进行说明,方便评审单位进行项目间比较。

2.1.5行业胶水方案对比

对比已有资源池内胶水供应商的产品特性信息,确认已有胶水是否可满足需求,是否需重新开发选型,方便采购单位进行项目工作量评估及资源的合理安排。

2.1.6设备方案对比说明

Underfill胶水生产时所使用的点胶设备及点胶方式进行说明,方便工程,品质,采购对胶水使用场景有所了解,方便后续项目评审。

2.1.7项目主要风险说明

Underfill胶水的存储,应用,生产良率,异常维修等需求要点进行阐述,方便工程,品质,采购单位缩小可选择胶水型号的范围

2.1.8项目关键节点进度预估说明

对可能影响到项目评估、验证过程的关键节点进行说明,方便评审单位对项目进程有明确了解,以及需提供的资源支持,该阶段关键时间节点如下

需求规划时间段

工艺方案设计时间段

胶水验证时间段

批量验证时间段

试产数据收集时间段

项目推广使用时间段

2.1.9项目资源需求

对项目评审验证所需求的的验证样品,数量,费用,以及需协助的单位进行说明

2.1.10项目成员

对项目成员及各方职能,任务进行说明,确保整个项目所涉及的各单位均有专业人员知晓并参与项目验证

2.1.11技术评审结论

项目各参与方对项目技术评审结论进行说明,方便后续整理会议纪要,并知会各参与单位评审的结论

Underfill胶水项目立项书整理完成后,后续评审工作就相对简单快捷。需项目评估主导方,拉通各参与单位进行项目需求评审,依会议方式商讨立项书中不足之处及需把控的内容要点,并整理成会议纪要,方便各节点的项目进度追踪。

经过以上11个立项要点的阐述,相信大家已对项目立项书的填写有了清晰的了解。好的立项书是项目可以顺利立项,争取到必要的资源的有利保证,也可以对项目开展有一个清晰的脉络指引。

2.2需求评审

完成了项目策化并按要求完成立项开发文档填写由对应的技术评审机构完成需求合理性评审,并输出会议审议纪要,方便后续工作开展

2.3技术规范输出

工程单位采购单位将需求转化成技术规格书,制定 Underfill胶水技术规范,由工程单位完成工艺验证方案输出,品质单位完成可靠性验证方案,并与供应商商讨规范要求可执行性及合理性,当各方对规范无异议后,需签署正式文件,以方便后续胶水验证及验收方案执行。

2.4方案评审

由主导单位召集会议,各方职能单位共同完成 Underfill技术规范文档,工艺验证方案,可靠性验证方案评审,并和对应的技术评审机构一起完成评审,并输出会议纪要

2.5 资源评审

由采购完成资源评审,主要为资料文档类评审,并推动供应商完成产品开发,方案验证工作配合的内容。

2.6 产品验证

验证主要分为以下三个部分,

单体验证

工艺验证

整机验证

三种验证分别涉及胶水本体材料特性验证,胶水生产使用情况验证,以及胶水固化后的整机可靠性验证,具体验证内容及操作验收方法,详见下文案例分享说明。

2.7可量产性评估

相关职能单位(如现场生产,工程单位)完成可量产性评估,并输出结论及会议纪要

2.8资料收集

由工程或者采购单位完成相关资料汇总,并将该技术放于公司技术货架上供各需求单位挑选使用,并完成胶水评估项目结案报告汇总工作。

3 技术规范说明

经过以上各个步骤的逐一讲解,对于Underfill胶水评审过程,相信大家已有一个清楚的思路,接下来笔者对Underfill胶水技术规范要点进行详细说明。

技术规范是一份对胶水供应商,工程单位,采购单位三方的工作均有参考和约束的文件。该规范是整个项目评审验证时,唯一多方认可且可量化的指标文档,主要需明确胶水的配方成分,技术参数要求,兼容性验证内容,以及各条款的要求、验证方法、验收方法。

手机生产用的Underfill胶水技术规范需明确的要点如下:

配方成分

环氧树脂,固化剂(胺类或酸酐类)填料等关键信息

技术参数要求

粘度,

室温流动时间,

玻璃化温度Tg

CTE,线性膨胀系数,

粘接强度

拉伸强度

裂断拉伸率

弯曲强度

弯曲断裂伸长率

吸水率

离子浓度

固化温度

固化时间

返修要求

体积电阻率

介电常数/介电损耗

绝缘电阻

跌落测试

温冲可靠性

底部填充状况

整机测试项目

兼容性验证

残留验证

其他胶水兼容性验证

对溶剂兼容性

4 Underfill胶水评估选型案例

背景: M公司采购单位收集到制造生产现场的需求,Underfill胶因为颜色与芯片颜色均为黑色,在使用胶水检测机进行检测点胶效果时,设备误报率高达1%以上,另外出现品质异常时设备也无法有效拦截,误报和异常漏失均存在,给生产现场造成很大困扰希望可以有一款Underfill胶在检测时可以有荧光效果,提升设备检出率减少误报。

采购单位收集到需求后,与胶水供应商进行商讨,完成技术策划,可行性评审,方案设计等一系列评审策划后,得出结论在原有胶水A的配方内额外加入0.05%配比的荧光剂成分,可以满足现场荧光检测需求,需要工程,采购共同完成新的胶水A1的评估验证方案,并完成PCN变更顺利完成胶水切换.

经过采购工程品质单位以及对应的评审机构商议,本次验证是在原有胶水内增加荧光剂,其他方面无变动,本次评审验证主要完成变动对胶水单体性能影响,工艺性能影响,整机可靠性影响三个方面验证即可,

4.1 胶水单体性能影响验证

结合胶水的技术要求规范文件,胶水供应商提供对应胶水各个关键参数实测的结果,并比较两种胶水的差异,若无明显差异变化即可认为两者单体性能无差异,

详见下图1~图7

image.png

图1基本物理化学性能验证

image.png

图2关键参数胶水粘度数据对比

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图3关键参数胶水流动性数据对比

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图4关键参数胶水DSC曲线对比

image.png

图5关键参数胶水TMA曲线对比

image.png

图6关键参数胶水DMA曲线对比

image.png

图7关键参数SIR测试结果对比

综上,两款胶水基本物理化学性能和电性能均无明显差异

4.2 工艺性能影响验证

本项验证主要关注变更后,在生产使用时胶水对于生产良率有无影响

主要关注检测机下有没有荧光效果,监测直通率如何,异常拦截率如何,对应点胶过程中的关键指标单点重量是否会有影响等。

测试结果如下图

image.png

8 检测时荧光效果对比

image.png

9 生产时单点波动情况对比

再综合验证过程中,检测直通率99.5%以上,无生产异常漏出,人工模拟可拦截出异常的验证结论,两款胶水的工艺性能一致,变动不影响胶水的工艺性能

4.3 整机可靠性验证

主要验证变更胶水再固化完成后对芯片的可靠性保护是否有差异,会不会影响到整机的可靠性测试结果

image.png

10 整机可靠性验证结论

结论,环境及加严跌落测试未发现Underfill胶水引起的功能问题

综合以上三类验证,变动对胶水性能,工艺性能,整机效果均无影响,可以通过PCN变更完成胶水导入切换。

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