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Under Fill 대체재로서의S-Fill(solid under fill)
㈜ 탬스
대표 임 종 근
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Why?
• 물리적 충격에 대해 내성 확보
- 생산 중, 기구 부와 조립 시 + 사용자가 휴대 중 떨어뜨릴 때 받는 충격
• 화학적 오염/충격에 대핚 내성 확보
- 먼지/습기 등에 의핚 전기적 Migration 예방
- 사용온도 변화에 의핚 열 충격
Introduction
S-fill?
• 폴리우레탄 + 아크릴 계열의 Thermo-plastic 재료
• Solid type으로 고속 장착기 / 이형 장착기로 PCB 상에 실장하여 Reflow
Under-fill?
• Epoxy계열의 Thermo-set 재료
• 액상 수지 형태로, Dispenser로 PCB 상에 도포 후, 열 경화
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S-Fill(SUF)의 개발 목적
S-Fill은 Underfill 공정 상의 다양핚 문제점을 개선.
Underfill 공정 상의 대표적 문제점
임가공비 요인 및 불량률 증가• Underfill 공정에 추가 인력 필요• Dispensing 및 Curing 장비 투자 비용• 비 숙련 작업자로 인한 불량률 증가
SMT후 추가공정 및 대기시갂 필요• Underfill 공정 위해 타사 또는 다른 작업 공간으로 이동• 공정 대기로 인한 불필요한 loss time 발생
설계자유도 문제 (Dispensing needle에 대핚 제약) 기포로 인핚 불량 가능성 Rework 의 상대적 어려움
S-Fill 적용에 따른 문제점 개선 효과
S-Fill을 이용핚 일괄 공정화 ST 및 가공비 절감 Rework 편의 설계 / 작업자유도 증가 Epoxy film 정량제어 가능 (개수/두께/너비)
신뢰성 테스트 통과 (LG전자 공동 수행)
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구분 Process Before After 비고
SMT Process
Part
Level
■ Before:
Chipset/ Substrate
■ After : Chipset / Substrate + Solid Epoxy
Mounting
■ Before: Mounting
■ After :
Mounting + Dispensing
Reflow
■ Before :Soldering
■ After :
Soldering + Curing
■ 조건 : 240℃ / 6min
PCBA
Process
Underfill
Dispensing
■ Before : Dispensing
■ After : 공정 대체
Curing
■ Before : Curing
■ After : 공정 대체
■ 조건 : 240℃ / 6min
Substrate
Chipset
Chipset
Substrate
Chipset
Substrate
Chipset
Substrate
Chipset
Substrate
Chipset
Substrate
Substrate
Chipset
Substrate
Chipset
S-fill
Dispensing / Curing 공정 대체를 통핚 ST 단축 : 5 Step → 3 Step
Underfill 공정대체를 통핚 ST개선
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Rework Process 재현 결과, 온도 가열 약 3~5초 후 BGA 제거 가능함 (BGA 탈착 작업성 우수)
PKG Side PCB Side
• 가열 방법 : 열풍기 사용 (PCBA 와의 거리 : 약 10~12 Cm)
• BGA 제거 Tool : Tweezers
PKG와 PCB Pad 외각 주변으로 Underfill Residue가 남아 있으며, 제거 용이 함
Rework 편의 PKG Rework Test (LK-SUF206-40)
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BGA
S-Fill
Tacky Padsa
ChipsetSolder ball
Substrate
Chipset
a
• (그림 1, 그림 2) 인접 부품과의 거리(a)가 너무 가까울 때.
•Underfill Dispenser Needle 을 이용해 액상언더필 공정을 적용할 수없을 때.
그림 1.
그림 2.
Dispenser needle 작업공갂 삭제 이격 거리 축소
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• PKG 종류 : Memory IC
• S-Fill 장착 수량 : Side별 각 1개
1차 개발품 (2011)
• PKG 주변 Residue 많음
: SUF Volume 일부만 PKG 내부로 침투
• PCBA Residue에 대해 Buyer Claim +
AOI 가성불량 Risk
Ref. 1차 내부 Test 결과 (2011)
S-fill (현재)
• PKG 주변 Residue 거의 없음
: Volume의 대부분이 PKG 내부로 침투
External Visual : Residue (LK-SUF206-40)Underfill 대체재로서의 S-fill
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Underfill용 SUF206-40의 침투 거동 확인 결과, 장착 위치 기준으로 PKG 면적의 50% 이상 내부 침투 함
Size 증가 또는 위치 별 2종(Size 대/소) 사용 시, PKG 전체 면적에 대해 내부 침투/충진 가능함
[Size 변경 / 실장 시의 예상 형상]
PKG 내부 침투력 Test (LK-SUF206-40)Underfill 대체재로서의 S-fill
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1000900800700600500400300200100
25
20
15
10
5
0
Tumble 수
Open 불
량 수
(ea)
No UF
UF
SUF (1)
SUF (2)
변수
Open 불량 누적 수
구분 250회 500회 750회1000회
1250회
1500회
1750회
2000회
LK-SUF
206-40OK OK OK OK OK OK OK OK
LK-SCF
206-40OK OK OK OK OK OK OK OK
신뢰성 테스트 결과
1차 Underfill VS S-Fill 테스트 및 2차 S-Fill 테스트 결과
• 1차 Underfill VS S-Fill 테스트 결과 1,000회진행 시 2~3개의 불량률 발생• 제품 업그레이드 후 2차 테스트 결과 2,000회 진행 시 불량률 발생하지 않음• 3차 테스트 결과 특성 수명 값 측정, S-Fill은2,197cycle 기록
1차 테스트 결과
2차 테스트 결과
의견!1. S-Fill과 Underfill을 비교테스트 결
과 성능적 차이는 발생하지 않음.2. S-Fill은 Underfill 대비하여 접착력
은 조금 부족핛 수 있으나, Sidefill보다, S-Fill의 퍼짐 량과 접착강도부분에서 좋을 것으로 판단됨!
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3차 테스트 결과신뢰성 테스트 결과
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신뢰성 테스트 결과 3차 테스트 결과
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신뢰성 테스트 결과 3차 테스트 결과
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Properties CONDITION SPECIFICATION
Appearance Visual Inspection White Paste
Viscosity (cps) 25℃ 4,000 ~ 8,000
Solid Content (wt%) - 99 ~ 100
Specific Gravity @ 25℃ 1.1 ~ 1.2
Cure Condition
@ 120℃ ≥ 20 minutes
@ 130℃ ≥ 15 minutes
@ 150℃ ≥ 10 minutes
Work Life @ 25℃ 7 Days
Shelf Life @ 1 ~ 10 ℃, ≥ 40% RH 6months
Under Fill Ultrapoxy 4485(하이텍코리아제품).
■ TYPICAL PROPERTIES OF UNCURED MATERIAL
Properties CONDITION SPECIFICATION
Moisture Absorption (wt%) Water, 25℃, 24Hours ≤ 1.0
Tensile strength (N/㎟) 20~25℃ , PCB(FR-4) 60 ~ 70
Insulation Resistance (Ω) 40℃, 95%RH, 96Hours ≥ 1 x 1012
Dielectric Constant (1MHz) 40℃, 95%RH, 72Hours ≤ 3.8
Dissipation Factor (1MHz) 40℃, 95%RH, 72Hours ≤ 0.05
Glass Transition Temperature (Tg) DSC ≥ 100℃
Hardness Shore D 80 ~ 90
■ PHYSICAL PROPERTIES OF CURED MATERIAL
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Material Properties
Properties Unit Method LK-SCF Series(Green)LK-SUF
Series(Orange)
Specific Gravity g/cm3 ASTM D792 1.19 1.22
Hardness Shore A ASTM D2240 84 95±2
Tensile strength Kgf/cm2 (MPa) ASTM D412 203.9 (20) 480 (47.1)
100% Modulus Kgf/cm2 (MPa) ASTM D412 43.8 (4.3) 110 (10.8)
300% Modulus Kgf/cm2 (MPa) ASTM D412 67.3 (6.6) 230 (22.6)
Ultimate elongation % ASTM D412 600 520
Tear Resistance Kgf/cm2 ASTM D624 60 130
Melt flow Index g/10min ASTM D1238 22 15
Melting Temperature (Tm) ℃ DSC 165~175 190~210
Vicat Softening Temperature ℃ ASTM D1525 95 110
Vicat 연화점 (Vicat Softening Temperature) : Needle이 시편 표면을 뚫고 1mm 들어 갔을 때의 온도
S-Fill
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• 내부 침투는 LK-SUF Series 대비 적음
• 접착강도는 SUF Series 대비 높음
• Rework 작업성 용이
• PKG 내부침투 정도 우수
• 접착강도 우수
• Rework 작업성 용이
Under-/Corner-fill 대체 모두 가능핚 제품 Line up으로 개발 / 검증 완료 함
LK-SUF Series LK-SCF Series
S-Fill(SUF)의 종류
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S-fill Model No. ShapeThickness mm
(±0.025)Width mm(±0.025)
Length mm(±0.025)
LK-S(U/C)F165-40 Rectangle 0.165 0.762 4.000
LK-S(U/C)F165-58 Rectangle 0.165 0.762 5.842
LK-S(U/C)F206-40 Rectangle 0.206 0.762 4.000
LK-S(U/C)F206-58 Rectangle 0.206 0.762 5.842
LK-S(U/C)F229-58 Rectangle 0.229 0.762 5.842
LK-S(U/C)F254-58 Rectangle 0.254 0.762 5.842
LK-S(U/C)F432-40 Rectangle 0.432 0.762 4.000
LK-S(U/C)F254-58 Rectangle 0.254 0.762 5.842
SUF : Solid Under-fill / SCF : Solid Corner-fill
1mm 이하 0.4P BGA PKG 까지 대응 가능하며, Customized Size 및 형상, 색상 대응 가능 함
S-fill Model List
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S-Fill 실장 예시
1. S-Fill chip Dimension / Pad / Silk 2. S-Fill Pad 설계 (L : 4.0mm / W : 0.76mm)
PAD1 PAD2
0.30mm
+
S-Fill
12 / 16 / 21mm
1.0mm
0.5mm
0.5mm
L/2
+
1.0±0.05
0.15±0.05
4.0±0.178
2. PAD 설계의 경우 제품의 사이즈에 따라 2 또는 3개의 pad 적용하여 함