Underfill unter BGA anwenden - wie geht das richtig?

Warum wird Underfill unter BGA-Bauteilen eingesetzt?

Underfill ist ein niedrigviskoser Epoxidharz, der den Spalt zwischen einem BGA-Gehäuse und der Leiterplatte vollständig ausfüllt. Er verteilt mechanische und thermische Spannungen von den einzelnen Lotkugeln auf die gesamte Klebefläche und erhöht so die Lebensdauer der Lötstellen deutlich.

Ohne Underfill trägt jede Lotkugel die Last allein. Bei Temperaturwechseln entsteht durch den unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) von Bauteil und Platine Scherspannung, die die Kugeln ermüden lässt. Underfill koppelt beide Teile mechanisch und reduziert diese Belastung.

• Verteilt Scherspannung von den Lotkugeln auf die gesamte Fläche.
• Kompensiert die CTE-Fehlanpassung zwischen Silizium, Substrat und FR4.
• Schützt gegen Sturz, Vibration und Feuchte.
• Erhöht die Zahl der ertragbaren Temperaturzyklen deutlich.

Welche Underfill-Typen gibt es?

Man unterscheidet grundsätzlich zwischen Kapillar-Underfill (CUF) und No-Flow-Underfill sowie den nachbearbeitbaren, umspritzbaren Varianten. Die Wahl richtet sich nach Spalthöhe, Durchsatz und der Frage, ob das Bauteil später noch getauscht werden muss.

Reworkable Underfill erweicht bei rund 150 bis 190 °C so weit, dass sich das BGA nach lokaler Erwärmung wieder entfernen lässt. Corner-Bond verklebt nur die vier Ecken und bietet Sturzschutz bei minimalem Materialeinsatz und einfacher Reparatur.

Wie wird Underfill dispensiert und ausgehärtet?

Beim Kapillarverfahren wird der Underfill nach dem Löten an einer oder zwei Kanten des BGA aufgetragen. Die vorgewärmte Platine (typisch 70 bis 110 °C) senkt die Viskosität, sodass das Material durch Kapillarkraft unter das Bauteil fliesst und den Spalt gleichmässig füllt.

• Platine und Bauteil auf 70‑110 °C vorwärmen, um die Fliessfähigkeit zu erhöhen.
• Material entlang einer Kante (L- oder I-Muster) mit definierter Dosiermenge auftragen.
• Kapillarfluss abwarten, bis am gegenüberliegenden Rand ein sauberer Meniskus (Fillet) entsteht.
• Bei Bedarf eine zweite Raupe zum Auffüllen des Fillets nachlegen.
• Nach Herstellervorgabe aushärten, meist 30‑60 Min. bei 150 °C.

Nach dem Aushärten prüft eine Röntgeninspektion die Vollständigkeit der Füllung und den Void-Anteil. Ein durchgehendes, blasenfreies Fillet an allen Kanten ist das Zeichen einer korrekten Applikation.

Lässt sich ein Underfill-BGA noch reparieren?

Nur bedingt. Standard-Underfill ist thermisch stabil und vernetzt dauerhaft, sodass ein Auslöten des BGA das Bauteil und oft auch die Pads zerstört. Reworkable Materialien und Corner-Bond wurden gezielt entwickelt, um genau diese Reparierbarkeit zu erhalten.

• Standard-CUF: praktisch nicht reparabel, hohe Gefahr für Pads und Platine.
• Reworkable: erweicht bei rund 150‑190 °C, Bauteil abnehmbar.
• Corner-Bond: Ecken lösen, Bauteil frei - schnellster Rework.
• Reste immer vollständig entfernen, sonst sitzt das neue BGA nicht plan.

Häufige Fragen