底部填充工藝就是將環(huán)氧樹(shù)脂膠水點(diǎn)涂在倒裝晶片邊緣，通過(guò)“毛細(xì)管效應(yīng)”，膠水被吸往元件的對(duì)側(cè)完成底 部充填過(guò)程，然后在加熱的情況下膠水固化。為了加快膠水填充的速度，往往還需要對(duì)基板進(jìn)行預(yù)熱。利用“毛 細(xì)管效應(yīng)”進(jìn)行底部填充的工藝分為以下幾個(gè)步驟：

·基板預(yù)熱；

·分配填料（點(diǎn)膠）：

·毛細(xì)流動(dòng)；

·加熱使填料固化。

為什么倒裝晶片焊接完后都需要進(jìn)行底部填充呢？我們來(lái)看焊接完成之后組件中材料，其中有電路板、元器件 和電路板材料為有機(jī)材料，如環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維加強(qiáng)材料、銅焊盤及線路、焊盤上其他金屬和阻焊膜，而元件基 材是硅，還有金屬焊球。所有這些材料熱膨脹系數(shù)都不一致，稍微的熱變形可能會(huì)造成組件內(nèi)應(yīng)力集中的現(xiàn)象， 由于倒裝晶片組件的焊點(diǎn)非常小，很容易在此過(guò)程中破裂。之所以需要底部填充是因?yàn)榈寡b晶片組件：

①材料之間熱膨脹系數(shù)不匹配；

②彎曲變形可能造成失效；

③跌落/沖擊/機(jī)械振動(dòng)造成失效；

④靜態(tài)負(fù)荷，如散熱片工作產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致失效；

⑤需要提高熱循環(huán)壽命。

底部填充分為基于毛細(xì)流動(dòng)的底部填充和預(yù)先施加膠水的非流動(dòng)性底部填充工藝.

在圖1中，因未進(jìn)行底部填充，SnPb焊點(diǎn)出現(xiàn)疲勞裂紋。

圖1 SnPb焊點(diǎn)，未進(jìn)行底部填充，出現(xiàn)疲勞裂紋

圖2 是倒裝晶片底部填充材料特性與結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 倒裝晶片底部填充材料特性與結(jié)構(gòu)示意圖

（1）底部填充工藝對(duì)于填充材料的要求

對(duì)于填充材料的特性，我們要求：

①流動(dòng)性要好，同時(shí)有比較好的潤(rùn)濕能力，能夠適應(yīng)最小的間隙，在流動(dòng)過(guò)程中不容易產(chǎn)生氣泡，有較好的形 成圓角的能力。

②固化條件能夠和現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝流程相匹配。較長(zhǎng)的固化時(shí)間可能會(huì)成為生產(chǎn)線的瓶頸。

③良好的可靠性，譬如，·較高的?；瘻囟龋═g），與組件相匹配的熱膨脹系數(shù)（CTE）等。

④與助焊劑有良好的兼容性。有時(shí)由于材料選擇不當(dāng)，助焊劑和填充材料之間會(huì)產(chǎn)生交互反應(yīng)，使產(chǎn)品可靠性 迅速降低。

⑤組裝完成后，組件能夠承受長(zhǎng)時(shí)間的老化，并且暴露在濕汽中功能和可靠性不受影

響。

⑥組件可以通過(guò)無(wú)鉛濕敏度測(cè)試（JEDEC，Level 3）。

在實(shí)際應(yīng)用中，我們?cè)撊绾芜x擇底部填充材料呢？填充材料的選擇是與產(chǎn)品特點(diǎn)相關(guān)的，往往需要在工藝和可 靠性間平衡。以下是我們?cè)谶x擇材料時(shí)考慮的因素：

·基板材料的不同，硬質(zhì)板和柔性板要求底部填充材料熱膨脹系數(shù)會(huì)不一樣。

·晶片尺寸的大小及離板的間隙會(huì)影響膠水在底部流動(dòng)的速度，較大的元件需要流動(dòng)速度較快的填充材料，要 考慮填充材料的流動(dòng)速度是否成為瓶頸。

·填充材料在小的間隙中是否具有合理的流動(dòng)速度。一般材料都會(huì)界定最小的填充間隙，在選擇時(shí)需要考慮產(chǎn) 品的最小間隙是否滿足要求。

·填充材料在小的間隙中流動(dòng)是否會(huì)容易產(chǎn)生氣泡，氣泡的存在會(huì)降低產(chǎn)品的可靠性。

·底部填充材料對(duì)上下兩側(cè)材料的潤(rùn)濕力是否相近，如果差異太大，會(huì)造成流動(dòng)不完整，或產(chǎn)生氣泡。

·填充材料自動(dòng)形成圓角的能力要強(qiáng)，其對(duì)元件基材具有良好的潤(rùn)濕能力，一部分填充材料要能夠自動(dòng)爬至元件 的四個(gè)側(cè)面形成圓角。

一些底部填充材料的特性如表1所示。

表1 一些底部填充材料的特性

邊緣圓角對(duì)于組件可靠性非常關(guān)鍵，它與環(huán)境、填料本身的特性、助焊劑及阻焊膜和基板的厚度相關(guān)。

邊緣圓角厚度是指元件下表面一邊與填料由于爬升至元件側(cè)面形成弧線的切線之間的距離，如圖3和圖4所示。

那么圓角厚度多少才合適呢？3～10 mil對(duì)一些在熱循環(huán)中有較好表現(xiàn)的材料比較適合。太薄則容易與晶片和基 板分離，過(guò)厚則在角落出容易出現(xiàn)裂紋，或在附近焊點(diǎn)出現(xiàn)分層。由于膠水分配工藝穩(wěn)定性的原因，膠水量在10 ％內(nèi)變動(dòng)屬于正常。如圖5所示。

圖3 底部填充邊緣圓角俯視圖圖4 底部填充邊緣圓角剖視圖

圖5 底部填充邊緣圓角外觀圖

（2）底部填充工藝控制

基板在底部填充之前需要烘烤，倒裝晶片基材是硅，無(wú)須烘烤。烘烤目的是為了驅(qū)除基板/組件內(nèi)的水汽，防 止在固化過(guò)程中受熱蒸發(fā)進(jìn)入填料而形成氣泡?；?組件需儲(chǔ)存在干燥環(huán)境中，僅在底部填充前烘烤。烘烤時(shí) 間依賴于組件/基板的構(gòu)造，阻焊膜內(nèi)的水汽一般125℃下30 min便可驅(qū)除，但內(nèi)層水汽即使125℃烘烤2h還不能 驅(qū)除。焊盤表面處理方式是OSP的基板需要考慮在烘烤過(guò)程中氧化的問(wèn)題。

一般填充材料在一定溫度下毛細(xì)流動(dòng)速度較低溫下快，所以底部填充材料都需要預(yù)熱到一定溫度，以便其在元 件底部的流動(dòng)。板上預(yù)熱溫度可以控制在90℃左右，或依照材料的使用說(shuō)明設(shè)置適當(dāng)?shù)念A(yù)熱溫度。膠水一般保存 在－40～－60℃的低溫環(huán)境中，使用前需要將其從超低溫冰箱中取出回溫到室內(nèi)溫度。膠量的控制對(duì)于合適的邊 緣圓角形成非常關(guān)鍵。我們可以設(shè)定如圖6所示的模型，進(jìn)行理論膠量的計(jì)算，但是更重要的是控制穩(wěn)定的膠水 流量，形成滿意的邊緣圓角。

　圖6 理論膠量計(jì)算模型

模型建立：總的膠量可以分割成元件底部和四周圓角兩

·Vt：理論膠量：

·vs：元件底部膠量：

·Vf：元件四周圓角膠量：

·I：元件寬：

·W：元件長(zhǎng)：

·h：元件厚；

·s：元件離板間隙：

·r：邊緣圓角在基板上的寬。

·n：焊球的數(shù)量

則

填充材料流動(dòng)速度或填充的時(shí)間除了與其特性相關(guān)外，還于晶片尺寸大小，離板間隙以及填充材料對(duì)元件和基 板的潤(rùn)濕力相關(guān)。如果晶片尺寸較大而且離板間隙小，則填充完整需要的時(shí)間就長(zhǎng)。填充材料對(duì)元件和基板的潤(rùn) 濕力差異太大，也會(huì)造成填充時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而且可能會(huì)產(chǎn)生氣泡。填料在元件底部流動(dòng)的速度還與點(diǎn)膠的路徑有關(guān) 系，在填料流動(dòng)方向上阻礙多，如焊點(diǎn)和阻焊膜窗口等，會(huì)造成流動(dòng)速度慢而且容易產(chǎn)生氣泡。如圖7、圖8和圖 9所示。

圖7 元件面積和流動(dòng)時(shí)間的關(guān)系

　圖8 離板間隙與填充時(shí)間有關(guān)系

圖9 基板潤(rùn)溫度與填充時(shí)間的關(guān)系

好的點(diǎn)膠路徑的安排可以獲得非常好的流動(dòng)效果，而且能降低填料中的氣泡。如10和圖11所示，路徑1（I型）和 路徑2（L型）比較常用，應(yīng)盡量避免使用路徑3（U型），因?yàn)檫@種方框型的路徑很容易將元件底部的空氣封入填料中。即使選擇路徑1或2，也需要仔細(xì)優(yōu)化畫(huà) 線的長(zhǎng)短和粗細(xì)。當(dāng)畫(huà)線太長(zhǎng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致兩側(cè)部分流動(dòng)快，而中間部分流動(dòng)慢，最后將空氣封入填料中。這時(shí)推 薦使用較短的粗線，在流動(dòng)方向上讓填料中間部分流動(dòng)稍快，避免產(chǎn)生氣泡。但此時(shí)需要考慮倒裝晶片四周是否 有足夠的點(diǎn)膠空間，可不可以避過(guò)靠得很近的其他元件。對(duì)于周圍沒(méi)有太多空間的情況，有時(shí)可以在同—邊同一 位置畫(huà)多道細(xì)線來(lái)解決。

圖10 畫(huà)線過(guò)長(zhǎng)，兩側(cè)部分流動(dòng)快導(dǎo)致空氣被封入其中

圖11 較短的畫(huà)線，中間部分流動(dòng)快，避免產(chǎn)生氣泡

單路徑有利于減少流動(dòng)過(guò)程中卷入的氣泡，但是完成填充的時(shí)問(wèn)會(huì)長(zhǎng)。如果焊盤處在阻焊膜長(zhǎng)的窗口中，這時(shí) 應(yīng)避免填料流動(dòng)的方向與阻焊膜窗口的長(zhǎng)度方向平行，因?yàn)樵谶@種情況下，在填料流動(dòng)過(guò)程中氣泡很容易在阻焊 膜窗口內(nèi)形成，如圖12所示。

圖12 填料流動(dòng)過(guò)程中在阻焊膜窗口內(nèi)形成氣泡

填料的固化可以在回流爐或自動(dòng)控制的烤箱中完成，需要控制加熱的溫度和時(shí)間。不同的底部填充材料需要的 加熱溫度和時(shí)間會(huì)不一樣，溫度比所要求的低或高出10＇C會(huì)對(duì)可靠性產(chǎn)生非常顯著的影響。溫度太低，填料不 能完全固化；溫度太高，則會(huì)帶來(lái)氧化的問(wèn)題。加熱時(shí)間的偏差應(yīng)該控制在所要求加熱時(shí)間的⒛％以內(nèi)，假如⒛ mln的圃化時(shí)間，16 min會(huì)太短，24 min則會(huì)太長(zhǎng)。對(duì)于一些混合裝配，產(chǎn)品上可能有一些熱敏元件，長(zhǎng)時(shí)間的 高溫加熱會(huì)對(duì)其造成傷害，這時(shí)工藝安排上需要考慮先進(jìn)行底部填充，然后圃化，再裝配那些熱敏元件?？赡芤?些基板焊盤是采用OSP的表面處理方式，多次受熱會(huì)導(dǎo)致焊盤氧化可焊性降低，如果固化之后還有其他SMT工藝， 則會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的影響，在氮?dú)庵型瓿晒袒怯行У慕鉀Q方案。

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