Underfill

Was ist Underfill?

Beim Bestücken von Flip-Chips oder BGAs bleibt zwischen Bauteil und Leiterplatte ein Spalt von wenigen Zehntel Millimetern. Chip, Lot und Leiterplatte dehnen sich bei Temperaturwechseln unterschiedlich stark aus. Dadurch entstehen Spannungen, die mit der Zeit Risse in den Lötstellen verursachen können. Underfill ist ein meist epoxidharzbasiertes Material, das diesen Spalt vollständig ausfüllt. Es verteilt die mechanische Belastung, schützt vor Feuchtigkeit und Schmutz und verlängert so die Lebensdauer der Baugruppe deutlich. Unverzichtbar ist das vor allem dort, wo Geräte starken Temperaturschwankungen und Vibrationen ausgesetzt sind, etwa in Automotive, Luftfahrt oder Industrie.

Das Prinzip ähnelt dem Verfugen von Fliesen. Das niedrigviskose Material wird an einer oder mehreren Kanten des Bauteils aufgetragen und durch Kapillarwirkung von selbst in den Spalt gezogen, ganz ohne mechanischen Druck. Alternativen wie Corner- oder Edge-Bonding, Abdichtung oder Schutzlackierung sind einfacher, bieten aber deutlich weniger Schutz gegen thermomechanische Belastung.

Wo liegen die Herausforderungen beim Underfill-Prozess?

So einfach das Prinzip ist, so anspruchsvoll ist die Umsetzung. Lufteinschlüsse, Voids oder Delamination sind schwer zu erkennen und führen oft erst im Feld zu Ausfällen. Ausgehärteter Underfill lässt zudem kaum Nacharbeit zu, deshalb bedeutet ein Fehler meist den Totalschaden der Baugruppe.

Am Anfang steht das Material: Ausdehnungskoeffizient, Elastizität und Viskosität müssen zur Anwendung passen. Viele Underfills müssen tiefgekühlt gelagert, vor dem Einsatz akklimatisiert und innerhalb kurzer Zeit verarbeitet werden.

Hinzu kommen weitere Anforderungen:

• saubere Oberflächen, häufig durch Plasmareinigung
• ein Leiterplattendesign mit genügend Freiraum um das Bauteil
• das passende Dosiermuster in I-, L- oder U-Form
• ein geeignetes Ventil, etwa ein Nadel- oder Jetventil, das Präzision und Wartungsaufwand bestimmt

Über allem steht eine exakte Temperaturführung. Sie reicht von der vorgeheizten Leiterplatte bei rund 90 °C über beheizte Ventile bis zur Aushärtung bei typischerweise 120 bis 165 °C. Am Ende muss das Ergebnis geprüft werden: optisch, per Röntgen oder mit speziellen Verfahren für transparente Materialien.

Wie hilft SmartRep beim Etablieren eines Underfill-Prozesses?

SmartRep begleitet den Underfill-Prozess über die gesamte Kette, vom Material-Handling bis zur Qualitätskontrolle. Dazu gehören:

• Kühlschränke für die sichere Lagerung des Underfill-Materials nach dem FIFO-Prinzip
• Applikationsverfahren mit beheizten Jetventilen mit geringem Wartungsaufwand
• eingebaute Vorheizzonen im Underfill-Prozess
• Inspektionstechnologie wie L.I.F.T. von Koh Young, die auch transparente Underfills ohne Marker zerstörungsfrei in 3D vermisst

Kunden bekommen so statt einzelner Komponenten einen aufeinander abgestimmten Prozess und Beratung aus einer Hand. Damit wird Underfill vom Risiko zu einem kontrollierbaren, verlässlichen Fertigungsschritt.

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