CN107393838A - 一种提高陶瓷qfp228封装芯片抗随机振动性能的板级加固方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高陶瓷QFP228封装芯片抗随机振动性能的电路板级加固方法,首先在陶瓷QFP228封装芯片正下方电路板上预留灌注孔;将芯片焊接在电路板上后通过灌注孔处进行环氧树脂胶灌注,环氧树脂胶采用E‑51环氧树脂和聚酰胺树脂650按照设定质量比进行配比;随后对芯片的四角进行环氧树脂胶的粘固;最后在20℃‑25℃的条件下,静置电路板48小时使环氧树脂胶完全固化。本发明采用对陶瓷QFP228封装芯片进行四角和底部开孔处进行五点环氧树脂胶粘固的电路板级加固方法有效提高了芯片的板级抗随机振动性能,避免了在大量级随机振动试验过程中陶瓷QFP228封装芯片引脚断裂情况的出现。
Description
技术领域
本发明涉及一种的电路板级加固方法。
背景技术
陶瓷QFP228封装(陶瓷四边引线扁平228引脚封装)是军用超大规模集成电路芯片较为常见的一种封装形式,以其较好的散热性能,良好的机械性能及228根引脚数量广泛应用在军用超大规模集成电路的设计和生产中。电路板级随机振动的主要目的是验证电路板或是电子设备在振动环境下能否正常工作,试验在随机振动试验台上进行,一般为X/Y/Z三个方向,每个方向3-5分钟,用于模拟电子产品,特别是军用电子产品在使用环境中所遇到的随机振动环境,用来确定产品是否能够承受各种环境振动的能力,此项试验是军用电路板和电子设备必须要通过的一项重要测试试验。但这种陶瓷QFP228封装芯片的体积和质量都较大,质量为20克,长宽高度分别为43mm*43mm*0.6mm,并且单个引脚的宽度只有0.2mm。由于其重量和体积较大且引脚较细,此封装芯片焊接到电路板上之后,在进行电路板级随机振动试验之前必须要对芯片进行电路板粘固处理,用来提高芯片在电路板上的抗振性能,否则会在随机振动试验过程中造成芯片的引脚会断裂。在加固工艺上,将陶瓷QFP228封装芯片焊接到电路板上后,一般采用硅橡胶将芯片和电路板进行四角粘固处理,但这种常用的硅橡胶固定的方法在应对低量级的电路板级随机振动测试时,还是可以通过测试试验的,但当面对高量级的板级随机振动测试时(根据现场振动试验测试,振动试验台的振动总均方根值达到8g以上),则会出现陶瓷QFP228封装芯片大量引脚断裂的现象。
发明内容
本发明的技术解决问题是:克服现有陶瓷QFP228封装芯片板级加固方法的不足,提出一种提高陶瓷QFP228封装芯片抗随机振动性能的电路板级加固方法,该方法能大大提高陶瓷QFP228封装芯片的电路板级抗随机振动的性能。
本发明的技术解决方案是:一种提高陶瓷QFP228封装芯片抗随机振动性能的板级加固方法,包括步骤如下:
步骤一、在陶瓷QFP228封装芯片正下方的电路板上预留灌注孔,将陶瓷QFP228封装芯片焊接在电路板上,并在陶瓷QFP228封装芯片底部与电路板之间留出用于环氧树脂胶灌注的缝隙;
步骤二、采用E-51环氧树脂和聚酰胺树脂650,按照设定的质量比进行环氧树脂胶的配制;
步骤三、通过灌注孔进行环氧树脂胶的灌注;
步骤四、对陶瓷QFP228封装芯片四角进行环氧树脂胶的粘固;
步骤五、在20℃~25℃的条件下,静置电路板使环氧树脂胶完全固化。
所述灌注孔为圆形,直径为6.7mm。
所述步骤一中陶瓷QFP228封装芯片底部和电路板之间的用于环氧树脂胶灌注的缝隙的尺寸范围为0.1mm~0.9mm。
所述步骤二中,设定的E-51环氧树脂和聚酰胺树脂650质量比的取值范围为100:60~100:80。
所述步骤三中环氧树脂胶的注入量大于0.3ml,保证从陶瓷QFP228封装芯片四周能看到灌注的环氧树脂胶且不粘连芯片引脚。
所述步骤四中对陶瓷QFP228封装芯片的四角进行环氧树脂胶粘固保证电路板与陶瓷QFP228封装芯片(1)封装陶瓷体的贴合且环氧树脂胶不粘连芯片引脚。
所述步骤五中,电路板的静止时间大于等于48小时。
本发明与现有技术相比的有益效果是:
本发明采用了环氧树脂胶对陶瓷QFP228封装芯片四角及底部五点粘固的方法进行板级粘固后,由于环氧树脂胶在完全固化后,粘接硬度及牢固度要远大于硅橡胶,并且从底部和四角都形成一个坚硬的支撑和牵拉作用,使得电路板和芯片近似成为一个整体,从根本上减少了由于粘固材料的弹性造成的在振动过程中电路板和芯片之间产生的微小相对位移,从而避免了芯片引脚长时间的双向弯曲的作用下产生的金属疲劳断裂情况的出现。
附图说明
图1是本发明的板级加固方法的主视图。
图2是本发明的板级加固方法的侧视图。
图3是本发明的板级加固方法的底视图。
图4为陶瓷QFP228封装芯片外形的正视及侧视图。
图5为通过陶瓷QFP228封装芯片底部的预留孔进行环氧树脂胶灌封后的剖面图。
图6为通过陶瓷QFP228封装芯片底部和四角进行环氧树脂粘固后的剖面图。
具体实施方式
如图1~图6所示,一种提高陶瓷QFP228封装芯片抗随机振动性能的板级加固方法,包括如下步骤:
(1)需在陶瓷QFP228封装芯片1正下方的电路板2上预留灌注孔3,灌注孔3为圆形,根据多次现场试验经验,优选直径为6.7mm;将陶瓷QFP228封装芯片1焊接在电路板2上,焊接完成后芯片底部和电路板之间应预留0.1mm-0.9mm的缝隙,这样才能将环氧树脂胶灌入两者之间;
(2)采用E-51环氧树脂和聚酰胺树脂650按照质量比100:60-80进行粘固用环氧树脂胶5的配制,可以优选100:70的质量比进行配制,且配制后的环氧树脂胶5需要尽快使用,否则环氧树脂胶5凝固后将无法使用;
(3)通过陶瓷QFP228封装芯片1底部的电路板2预留灌注孔3进行环氧树脂胶5的灌注,灌注时需要使用电动点胶机进行灌注操作,做到环氧树脂胶5均匀平稳地灌注到陶瓷QFP228封装芯片1底部,环氧树脂胶5的注入量需大于0.3ml,依据实际操作经验,注入完毕后应能从陶瓷QFP228封装芯片1四周看到灌注的环氧树脂胶5且不粘连芯片引脚4;
(4)对陶瓷QFP228封装芯片1的四角12分别进行环氧树脂胶5的粘固,同样需使用电动点胶机,粘固后的环氧树脂胶5需要良好的贴合电路板2及封装陶瓷体,且不能粘连芯片引脚4,其原因在于焊接和粘固完成后的电路板2在可能会进行高温(75℃)--低温(-40℃)这样的温度循环试验,若环氧树脂胶5和芯片引脚4出现粘连,会出现由于两者的膨胀系数不同造成芯片引脚4内部应力过大的现象,会对芯片引脚4造成一定的损伤,在后续的环境试验及功能测试环节中造成一定的功能隐患,加大后期的故障定位工作难度;
(5)在20℃-25℃的条件下,静置电路板48小时,需避免使用高温烘干的方法进行加速固化,待环氧树脂胶5完全固化后可进行下一步的环境试验及功能测试等工作。这样就完成陶瓷QFP228封装芯片1整个粘固的过程。
本发明在常用方法的四角粘固的传统方法基础上,进行了方法改进,使用硅橡胶对陶瓷QFP228封装芯片1进行四角12和底部粘固后,通过现场试验验证,进行到总振动均方根值达到16g的随机振动试验时,同样出现了封装引脚断裂的情况,分析其原因在经历高量级的高频随机振动时,陶瓷QFP228封装芯片1虽然用硅橡胶进行了底部和四角12的五点粘固处理,但由于硅橡胶具有一定的弹性,在经历16g随机振动这个量级时,电路板2和芯片1在振动测试台的高频振动下,它们之间产生了微小的相对位移,这种相对位移会使得在振动过程中芯片引脚4发生频繁的双向弯曲,使引脚受到拉应力和压应力的交替作用,进而导致了金属疲劳,最终造成引脚疲劳断裂。
在这个分析基础上,进行了进一步的方法改进,即对陶瓷QFP228封装芯片1进行四角12硅橡胶粘固和底部环氧树脂胶5粘固后,经过现场试验验证,在进行温度循环(高温75℃,低温-40℃)+随机振动(振动总均方根8g以上)这样的长时间多循环的组合环境试验时,经历到60次循环试验时,同样出现了陶瓷QFP228封装芯片1四角12附近芯片引脚4断裂的情况,分析其原因在于虽然底部已经使用环氧树脂胶进行了粘固,但芯片四角12仍然使用具有一定弹性的硅橡胶粘固,随机振动过程中芯片四角12附近的芯片引脚4仍会发生频繁的双向弯曲,在长时间的交变应力的作用下导致产生了金属疲劳,进而造成了芯片引脚4的断裂。
经过最终的方法改进,采用了环氧树脂胶5对陶瓷QFP228封装芯片1四角12及底部五点粘固的方法进行板级粘固后,由于环氧树脂胶5在完全固化后,粘接硬度及牢固度要远大于硅橡胶,并且从底部和四角都形成一个坚硬的支撑和牵拉作用,使得电路板2和芯片1近似成为一个整体,从根本上减少了由于粘固材料的弹性造成的在振动过程中电路板2和芯片1之间产生的微小相对位移,从而避免了芯片引脚4长时间的双向弯曲的作用下产生的金属疲劳断裂情况的出现。采用环氧树脂胶5对陶瓷QFP228封装芯片1四角12及底部五点粘固的方法进行板级加固后,进行了大量的现场试验测试,当振动台随机振动量级达到总均方根值21g以上时,还有经历了90个循环的温度循环(高温75℃,低温-40℃)+随机振动(振动总均方根8g以上)的组合环境试验后没有任何芯片引脚断裂的情况出现,证明本发明提出的板级加固方法是非常有效的。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
Claims (7)
1.一种提高陶瓷QFP228封装芯片抗随机振动性能的板级加固方法,其特征在于,包括步骤如下:
步骤一、在陶瓷QFP228封装芯片(1)正下方的电路板(2)上预留灌注孔(3),将陶瓷QFP228封装芯片(1)焊接在电路板(2)上,并在陶瓷QFP228封装芯片(1)底部与电路板(2)之间留出用于环氧树脂胶(5)灌注的缝隙;
步骤二、采用E-51环氧树脂和聚酰胺树脂650,按照设定的质量比进行环氧树脂胶(5)的配制;
步骤三、通过灌注孔(3)进行环氧树脂胶(5)的灌注;
步骤四、对陶瓷QFP228封装芯片四角(12)进行环氧树脂胶(5)的粘固;
步骤五、在20℃~25℃的条件下,静置电路板(2)使环氧树脂胶(5)完全固化。
2.根据权利要求1所述的一种提高陶瓷QFP228封装芯片抗随机振动性能的板级加固方法,其特征在于:所述灌注孔(3)为圆形,直径为6.7mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种提高陶瓷QFP228封装芯片抗随机振动性能的板级加固方法,其特征在于:所述步骤一中陶瓷QFP228封装芯片(1)底部和电路板(2)之间的用于环氧树脂胶(5)灌注的缝隙的尺寸范围为0.1mm~0.9mm。
4.根据权利要求3所述的一种提高陶瓷QFP228封装芯片的抗随机振动性能的板级加固方法,其特征在于:所述步骤二中,设定的E-51环氧树脂和聚酰胺树脂650质量比的取值范围为100:60~100:80。
5.根据权利要求1或2所述的一种提高陶瓷QFP228封装芯片的抗随机振动性能的板级加固方法,其特征在于:所述步骤三中环氧树脂胶(5)的注入量大于0.3ml,保证从陶瓷QFP228封装芯片(1)四周能看到灌注的环氧树脂胶(5)且不粘连芯片引脚(4)。
6.根据权利要求5所述的一种提高陶瓷QFP228封装芯片的抗随机振动性能的板级加固方法,其特征在于:所述步骤四中对陶瓷QFP228封装芯片(1)的四角(12)进行环氧树脂胶(5)粘固保证电路板(2)与陶瓷QFP228封装芯片(1)封装陶瓷体的贴合且环氧树脂胶(5)不粘连芯片引脚(4)。
7.根据权利要求1或2所述的一种提高陶瓷QFP228封装芯片的抗随机振动性能的板级加固方法,其特征在于:所述步骤五中,电路板(2)的静止时间大于等于48小时。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171124 |
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