底部填充工藝就是將環(huán)氧樹脂膠水點涂在倒裝晶片邊緣，通過“毛細管效應(yīng)”，膠水被吸往元件的對側(cè)完成底 部充填過程，然后在加熱的情況下膠水固化。為了加快膠水填充的速度，往往還需要對基板進行預熱。利用“毛 細管效應(yīng)”進行底部填充的工藝分為以下幾個步驟：

·基板預熱；

·分配填料（點膠）：

·毛細流動；

·加熱使填料固化。

為什么倒裝晶片焊接完后都需要進行底部填充呢？我們來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材料，如環(huán)氧樹脂玻璃纖維加強材料、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非常小，很容易在此過程中破裂。之所以需要底部填充是因為倒裝晶片組件：

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/機械振動造成失效；

④靜態(tài)負荷，如散熱片工作產(chǎn)生的熱量導致失效；

⑤需要提高熱循環(huán)壽命。

底部填充分為基于毛細流動的底部填充和預先施加膠水的非流動性底部填充工藝.

在圖1中，因未進行底部填充，SnPb焊點出現(xiàn)疲勞裂紋。

圖1 SnPb焊點，未進行底部填充，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）底部填充工藝對于填充材料的要求

對于填充材料的特性，我們要求：

①流動性要好，同時有比較好的潤濕能力，能夠適應(yīng)最小的間隙，在流動過程中不容易產(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。較長的固化時間可能會成為生產(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。有時由于材料選擇不當，助焊劑和填充材料之間會產(chǎn)生交互反應(yīng)，使產(chǎn)品可靠性 迅速降低。

⑤組裝完成后，組件能夠承受長時間的老化，并且暴露在濕汽中功能和可靠性不受影

響。

⑥組件可以通過無鉛濕敏度測試（JEDEC，Level 3）。

在實際應(yīng)用中，我們該如何選擇底部填充材料呢？填充材料的選擇是與產(chǎn)品特點相關(guān)的，往往需要在工藝和可 靠性間平衡。以下是我們在選擇材料時考慮的因素：

·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)會不一樣。

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

·填充材料在小的間隙中是否具有合理的流動速度。一般材料都會界定最小的填充間隙，在選擇時需要考慮產(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是否會容易產(chǎn)生氣泡，氣泡的存在會降低產(chǎn)品的可靠性。

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

·填充材料自動形成圓角的能力要強，其對元件基材具有良好的潤濕能力，一部分填充材料要能夠自動爬至元件 的四個側(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，過厚則在角落出容易出現(xiàn)裂紋，或在附近焊點出現(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 止在固化過程中受熱蒸發(fā)進入填料而形成氣泡?；?組件需儲存在干燥環(huán)境中，僅在底部填充前烘烤。烘烤時 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程中氧化的問題。

一般填充材料在一定溫度下毛細流動速度較低溫下快，所以底部填充材料都需要預熱到一定溫度，以便其在元 件底部的流動。板上預熱溫度可以控制在90℃左右，或依照材料的使用說明設(shè)置適當?shù)念A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，進行理論膠量的計算，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：

·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

填充材料流動速度或填充的時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元件和基 板的潤濕力相關(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間就長。填充材料對元件和基板的潤 濕力差異太大，也會造成填充時間過長，而且可能會產(chǎn)生氣泡。填料在元件底部流動的速度還與點膠的路徑有關(guān) 系，在填料流動方向上阻礙多，如焊點和阻焊膜窗口等，會造成流動速度慢而且容易產(chǎn)生氣泡。如圖7、圖8和圖 9所示。

圖7 元件面積和流動時間的關(guān)系

　圖8 離板間隙與填充時間有關(guān)系

圖9 基板潤溫度與填充時間的關(guān)系

好的點膠路徑的安排可以獲得非常好的流動效果，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），因為這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，也需要仔細優(yōu)化畫 線的長短和粗細。當畫線太長時，會導致兩側(cè)部分流動快，而中間部分流動慢，最后將空氣封入填料中。這時推 薦使用較短的粗線，在流動方向上讓填料中間部分流動稍快，避免產(chǎn)生氣泡。但此時需要考慮倒裝晶片四周是否 有足夠的點膠空間，可不可以避過靠得很近的其他元件。對于周圍沒有太多空間的情況，有時可以在同—邊同一 位置畫多道細線來解決。

圖10 畫線過長，兩側(cè)部分流動快導致空氣被封入其中

圖11 較短的畫線，中間部分流動快，避免產(chǎn)生氣泡

單路徑有利于減少流動過程中卷入的氣泡，但是完成填充的時問會長。如果焊盤處在阻焊膜長的窗口中，這時 應(yīng)避免填料流動的方向與阻焊膜窗口的長度方向平行，因為在這種情況下，在填料流動過程中氣泡很容易在阻焊 膜窗口內(nèi)形成，如圖12所示。

圖12 填料流動過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控制的烤箱中完成，需要控制加熱的溫度和時間。不同的底部填充材料需要的 加熱溫度和時間會不一樣，溫度比所要求的低或高出10＇C會對可靠性產(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，則會帶來氧化的問題。加熱時間的偏差應(yīng)該控制在所要求加熱時間的⒛％以內(nèi)，假如⒛ mln的圃化時間，16 min會太短，24 min則會太長。對于一些混合裝配，產(chǎn)品上可能有一些熱敏元件，長時間的 高溫加熱會對其造成傷害，這時工藝安排上需要考慮先進行底部填充，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，多次受熱會導致焊盤氧化可焊性降低，如果固化之后還有其他SMT工藝， 則會產(chǎn)生相當大的影響，在氮氣中完成固化是有效的解決方案。

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