一種BGA器件的密封保護結構及其密封方法與流程

2023-12-05 21:10:26

本發明涉及航天電子電氣產品的防護處理工藝領域，具體為一種bga(ballgridarray，焊球陣列封裝)器件的密封保護結構及其密封方法。

背景技術：

隨著科技水平的發展，電路板的集成度越來越高。電路板上的焊球陣列器件及特殊器件，都面臨著微小型化的趨勢，為了適應這一發展要求，一些先進的高密度封裝技術應運而生，bga封裝技術就是其中之一。bga封裝的器件具有體積小、集成度高、可靠性好等特點，廣泛應用於工業和日常生活的各個領域。bga器件與電路板通過表貼焊接相連。由於器件焊點較多，在實際的使用過程中，經常發生由於溼氣、焊錫渣引起的短路現象，以及外界振動、壓力變化所引起的焊點斷裂現象，引起器件的失效，造成嚴重後果。在航天技術領域，由於器件服役環境更加惡劣，bga器件的失效現象更為明顯。航空用bga器件在進行焊接後，需要進行潮熱測試，試驗結果發現bga器件的失效率約為10％。而失效的原因大多是由於bga器件底部有殘留的水汽或金屬焊料等多餘物引起的短路問題，因此有必要對bga器件進行密封防護處理，降低器件失效發生概率。

目前，bga器件密封防護的通常做法是對bga器件底部進行填充封裝或點膠封裝。這兩種方法能為產品的跌落、扭曲、振動等提供很好的防護，但是點膠封裝無法對bga器件內部潮氣、水汽的侵入起到好的防護效果，對印製件生產過程中產生的多餘物也起不到防護作用；填充封裝的方法可以對潮氣、水汽以及多餘物有較好的防護作用，但在極端溫度變化時，填充的高分子膠料與其他部位更易發生熱膨脹係數失配，引起局部應力過高，導致bga焊點失效。此外，bga器件的密封防護在航天領域應用時，還要對真空環境等因素進行考慮。真空中，bga器件密封界面存在壓差，從而對器件造成嚴重損傷。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種bga器件的密封保護結構及其密封方法，具有成本低、處理方法簡單、可靠性好的優點。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種bga器件的密封保護結構，包括：預製密封片(1)、密封膠、bga器件和印製電路板；

所述預製密封片設置在bga器件四周與印製電路板之間的縫隙處，預製密封片的底面和印製電路板的頂面接觸，預製密封片沿長度方向的側面和bga器件的側面接觸；

所述密封膠包覆在預製密封片上，用於密封連接預製密封片和bga器件以及印製電路板；

所述預製密封板上設置有第一通孔，第一通孔用於平衡密封界面兩邊的壓力，固化後的密封膠上與第一通孔相對應的部位設置有連通的第二通孔。

優選的，所述預製密封片的厚度為0.3-0.7mm，預製密封片的長度和bga器件的邊長相同；預製密封片的頂面高於bga器件的底面，低於bga器件高度方向的1/2位置。

優選的，所述密封膠塗布在預製密封片頂面和bga器件側面所形成的夾角處，以及預製密封片外側面和印製電路板頂面所形成的夾角處；對預製密封片形成包覆密封。

優選的，塗布在預製密封片頂面和bga器件側面所形成的夾角處的密封膠的頂面高於bga器件高度方向的1/2位置，並且不高於bga器件頂面；

塗布在預製密封片外側面和印製電路板頂面所形成的夾角處的密封膠的底部厚度為1-2mm；

所述預製密封條和密封膠由gd414矽橡膠製成。

優選的，所述第一通孔為預製密封板上的寬度為2-3mm開口，第二通孔為固化的密封膠上的與第一通孔寬度相同的開口。

優選的，還包括焊點，焊點位於bga器件和印製電路板之間，用於連接bga器件和印製電路板。

一種bga器件的密封方法，基於本發明所述的任一bga器件的密封保護結構，包括如下步驟：

步驟1，將預製密封片置於在bga器件四周的縫隙處，使預製密封片的底面和印製電路板的頂面接觸，預製密封片沿長度方向的側面和bga器件的側面接觸；

步驟2，將密封膠塗布在預製密封片頂面和bga器件側面所形成的夾角處，以及預製密封片外側面和印製電路板頂面所形成的夾角處，從而使預製密封片包覆在密封膠中；

步驟3，密封膠固化後，在預製密封片上開第一通孔，在密封膠上與第一通孔相對應的位置開第二通孔，第一通孔和第二通孔用於平衡密封界面兩邊的壓力。

優選的，在步驟1之前還包括，製備預製密封片，包括：

將矽橡膠材料均勻的塗抹在去除雜質的聚酯薄膜上，製成厚度為0.3-0.7mm的預製薄片；

將所述預製薄片切割為長度與需要密封的bga器件邊長相同，高度大於bga器件底面與印製電路板頂面的距離，小於bga器件高度方向的1/2位置與印製電路板頂面的距離。

優選的，在步驟1之前還包括，預處理印製電路板和bga器件；清洗印製電路板和bga器件後，將印製電路板和bga器件放置在45-55℃的烘房中，保溫4至6小時，以烘乾印製電路板和bga器件。

優選的，還包括檢驗密封膠是否固化的步驟；若密封膠未固化，則放置1至2小時繼續固化後，再次檢驗直至達到固化要求。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：

通過密封膠將預製密封片與bga器件、印製電路板密封連接，避免了通過點膠封裝時，無法對bga器件內部潮氣、水汽的侵入起到好的防護效果，對印製件生產過程中產生的多餘物也起不到防護作用的問題；同時避免了通過填充封裝時，在極端溫度變化時，填充的高分子膠料與其他部位易發生熱膨脹係數失配，引起局部應力過高，導致bga焊點失效的問題；並且通過在預製密封片上設置第一通孔，在密封膠上設置第二通孔，保證了密封界面兩側的壓力平衡；

進一步的，由於塗布在預製密封片和bga器件接觸處的密封膠的頂面高於bga器件高度方向的1/2位置，並且不高於bga器件頂面，既保證了密封的可靠性，同時又不影響bga器件的正常使用。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的一種bga器件密封結構的示意圖；

圖2為本發明實施例提供的一種bga器件密封結構的局部放大圖。

圖中：1、預製密封條，2、密封膠，3、bga器件，4、焊點，5、印製電路板。

具體實施方式

下面結合具體的實施例對本發明做進一步的詳細說明，所述是對本發明的解釋而不是限定。

如圖1所示，本發明實施例提供的一種bga器件的密封結構，包括：預製密封片1、密封膠2、bga器件3和印製電路板5；

預製密封片1設置在bga器件3四周與印製電路板5之間的縫隙處，預製密封片1的底面和印製電路板的頂面5接觸，預製密封片1沿長度方向的側面和bga器件的側面3接觸；

密封膠2包覆在預製密封片1上，用於密封連接預製密封片1和bga器件3以及印製電路板5；

預製密封板1上設置有第一通孔，第一通孔用於平衡密封界面兩邊的壓力，固化後的密封膠2上與第一通孔相對應的部位設置有連通的第二通孔。

bga器件3和印製電路板5通過焊點4連接，本發明所提供的密封保護結構能夠保證焊接點4連接的穩固性和避免在惡劣環境下由於水汽、潮氣等導致焊點4被腐蝕，從而使焊接失效。

當bga器件3和印製電路板5被用於航天領域時，若bga器件3和印製電路板5被預製密封片1和密封膠2完全密封，由於太空中的壓強與大氣壓不一致，會導緻密封界面兩側壓力不同，從而影響bga器件3和印製電路板5的使用，因此在預製密封板1上設置通孔，通過該通孔實現密封界面兩側的壓力平衡。

需要說明的是，在本發明實施例中所提到的外側為遠離bga器件3中心的一側。

可選的，預製密封片的厚度為0.3-0.7mm，預製密封片1的長度和bga器件3的邊長相同；

預製密封片1的頂面高於bga器件3的底面，低於bga器件3高度方向的1/2位置。

其中，預製密封片1和密封膠2的材料可以是矽橡膠，優選的，由於gd414矽橡膠的高溫性能和低溫性能優良，適用於高溫或低溫的惡劣環境下，因此可以選用gd414矽橡膠作為預製密封片1和密封膠2的材料。

可選的，密封膠2塗布在預製密封片1頂面和bga器件3側面所形成的夾角處，以及預製密封片外側面1和印製電路板5頂面所形成的夾角處；對預製密封片1形成包覆密封。

如圖2所示，塗布在預製密封片1頂面和bga器件3側面所形成的夾角處的密封膠2的頂面高於bga器件3高度方向的1/2位置，並且不高於bga器件3頂面；

塗布在預製密封片外側面1和印製電路板5頂面所形成的夾角處的密封膠2的底部厚度為1-2mm。

優選的，設置在預製密封板1上的第一通孔為預製密封板1上的寬度為2-3mm開口。當然，在實際應用中，設置在預製密封板1上的通孔也可以是圓形通孔或者其他形狀的通孔，本發明實施例對此不作具體限定。設置在密封膠2上的第二通孔的形狀可以與第一通孔相同，也可以和第一通孔的形狀不同。

在裝配該bga器件密封保護結構時，根據bga器件3邊長將預製密封片1緊貼在bga器件3四周縫隙處，每邊一條，每條接頭處不要存留多餘的凸出物。將密封膠2裝入注射器。用注射器將密封膠2沿緊貼在bga器件3四周塗布一圈，塗布時針頭方向與印製電路板5夾角要大於45°，密封膠2要將bga器件3本體和印製電路板5相連，密封良好，無漏縫，1mm≤膠寬≤2mm。塗膠時，需用力均勻，且針頭不要接觸印製電路板5，塗布在預製密封片1和bga器件3接觸處的密封膠2的頂面高於bga器件3高度方向的1/2位置，並且不高於bga器件3的頂面。

可選的，密封膠2固化時，將印製電路板5水平放置，室溫固化四小時以上。

其中，在裝配該bga器件密封保護結構之前還包括：製備預製密封片1；

製備預製密封片1包括：將矽橡膠材料均勻的塗抹在去除雜質的聚酯薄膜上，製成厚度為0.3-0.7mm的預製薄片；

將預製薄片切割為長度與需要密封的bga器件3邊長相同，高度大於bga器件底面3與印製電路板5頂面的距離，小於bga器件3高度方向的1/2位置與印製電路板5頂面的距離。

可選的，在製備預製密封片1時還可以通過如下步驟來實現：

根據需要密封的bga器件3的尺寸製作預製密封片1的製作模具；

將用於製備預製密封片的材料均勻的塗抹在製作模具中，製成厚度為0.3-0.7mm的預製密封板1。

在裝配該bga器件密封保護結構之前還需要預處理印製電路板5和bga器件3；清洗印製電路板5和bga器件3後，將印製電路板5和bga器件3放置在45-55℃的烘房中，保溫4至6小時，以烘乾印製電路板5和bga器件3

其中，烘乾印製電路板和bga器件時，將印製件放置在45-55℃的烘房中，保溫4至6小時。預處理印製電路板5和bga器件3，是為了去除印製電路板5和bga器件3上的雜質，以保證連接的密封性。

可選的，本發明實施例提供的bga器件的密封方法，還包括檢驗密封膠2是否固化的步驟；若密封膠2未固化，則放置1至2小時繼續固化後，再次檢驗直至達到固化要求。

其中，可以通過目測或使用4-10倍放大鏡進行觀察，觀察膠料是否固化良好，表面光滑，固化物高度高於bga器件本體高度的1/2，低於bga器件本體上沿。

可以通過用竹籤按壓bga器件四邊的固化物，檢查其是否發軟、發粘，若有該情況則說明固化不充分，放置1～2小時候再對其檢查，直至密封膠2固化完成。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。