Optimiser l'assemblage PCB : technologies avancées de remplissage inférieur (Underfill)

Classification des technologies de remplissage inférieur

Deux grandes familles : remplissage par capillarité (théorie de l'écoulement capillaire) et remplissage non fluide. Technologies actuelles pour puces BGA, CSP :

• Remplissage capillaire (capillary underfill)
• Feuilles adhésives thermofusibles SMT (SMT hot melt adhesive sheet)
• ACA (Adhésifs conducteurs anisotropes) et ACF (Films conducteurs anisotropes)
• ESC (Epoxy Encapsulated Solder Connection)

Pour les deux premières, flux de brasage et remplissage sont indépendants ; pour ACA/ACF et ESC, ils sont combinés.

Technologie de remplissage capillaire

Principe : résine époxy liquide déposée autour de la puce BGA/CSP ; l'action capillaire aspire la résine sous la puce. Chauffage ou durcissement UV fige le tout : protection des points de soudure, réduction des contraintes, fiabilité accrue.

Applications : remplissage sous puce PCB, encapsulation flip-chip. Répartit les contraintes sur les billes de soudure → fiabilité globale améliorée.

Procédé : 1) Montage CMS (BGA/CSP) sur PCB avec pâte à braser. 2) Reflow → liaison alliage. 3) Dépôt matériau de remplissage sur 1-2 côtés de la puce. 4) Écoulément sous la puce, remplissage espace puce/PCB.

Limites : équipements dédiés, espace usine, main-d'œuvre qualifiée requis. Ne s'applique qu'après assemblage PCB. Inconvénients : opération délicate, forte consommation temps/énergie, contrôle du volume difficile. Réservé aux puces critiques ou à fort décalage CTE (coefficient dilatation thermique) vs substrat. Pas de déploiement massif en assemblage PCB.

Technologie feuilles adhésives thermofusibles SMT

Conformes RoHS/WEEE : non toxiques, sans halogène, sans résidus métaux lourds, excellente isolation, dimensions compatibles standards, identification optique précise. Feuille insérée entre PCB et BGA/CSP, brasable au plomb ou sans plomb. À la fusion, la feuille n'interagit pas avec la soudure. Pas d'évaporation solvant, pas de nettoyage → matériau de remplissage idéal.

Flux (Figure 1) : ajout d'une étape « montage feuille thermofusible » avant le montage puce. BGA/CSP nécessitant le remplissage reçoivent la feuille en premier. Reflow final : brasage puce + remplissage simultanés, sans étape de recharge. Idéal pour petites séries.

Technologies ACA et ACF

Brasage + remplissage en une seule opération → réduction étapes et coûts. ACA/ACF = adhésifs conducteurs (résine matrice + charges conductrices). Deux types : ICA (isotrope) et ACA (anisotrope). ACA = remplissage conducteur assurant connexion électrique + remplissage. Formes : gélatineuse ou film mince (ACF = film mince).

Conductivité sur axe Z seulement (X, Y isolés). Couche isolante sur particules conductrices. Conductivité Z activée sous contrainte (écrasement couche isolante entre bump puce et pastille PCB).

Technologie ESC

Epoxy Encapsulated Solder Connection : pâte « particules de soudure + résine » au lieu d'ACF. Procédé : 1) Dépôt pâte résine sur pastilles PCB. 2) Alignement bump puce + montage. 3) Chauffage + compression → brasage + polymérisation résine simultanés.

Retouche (Rework) du remplissage inférieur

Puces défectueuses parfois détectées seulement au test PCB → retouche/remplacement nécessaire. Si matériau de remplissage a haute stabilité thermique et insolubilité → retouche difficile, voire rebut total de la carte. Solution : introduire liaisons chimiques faibles dans la résine époxy → décomposition par chauffage ou réactif chimique après durcissement → retouche grandement facilitée.

Le remplissage inférieur renforce les joints de soudure (BGA, CSP), améliore résistance au choc, tenue en cycle thermique, fiabilité globale. Adoption massive attendue dans l'assemblage PCB futur.

Ressources utiles :
• Conception pour fabrication et assemblage PCB
• Procédé d'assemblage PCB
• Méthodes d'inspection assemblage PCB
• Évaluer les capacités d'un assembleur CMS
• 6 façons efficaces de réduire les coûts d'assemblage sans sacrifier la qualité
• Service fabrication PCB complet PCBCart – options à valeur ajoutée
• Service assemblage PCB avancé PCBCart – dès 1 pièce