底部填充膠簡(jiǎn)介

底部填充膠簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是底部填充之義,常規(guī)定義是一種用化學(xué)膠水(主要成份是環(huán)氧樹(shù)脂)對(duì)BGA 封裝模式的芯片進(jìn)行封裝模式的芯片進(jìn)行底部填充，利用加熱的固化形式，將BGA 底部空隙大面積 (一般覆蓋一般覆蓋80%以上)填滿，從而達(dá)到加固的目的，增強(qiáng)BGA 封裝模式的芯片和PCBA 之間的抗跌落性能之間的抗跌落性能。底部填充膠還有一些非常規(guī)用法，是利用一些瞬干膠或常溫固化形式膠水在BGA 封裝模式芯片的四周或者部分角落部分填滿，從而達(dá)到加固目的。

底部填充膠的應(yīng)用原理是利用毛細(xì)作用使得膠水迅速流過(guò)BGA 芯片底部芯片底部，其毛細(xì)流動(dòng)的最小空間是10um。 這也符合了焊接工藝中焊盤(pán)和焊錫球之間的最低電氣特性要求，因?yàn)槟z水是不會(huì)流過(guò)低于4um的間隙，所以保障了焊接工藝的電氣安全特性。

底部填充膠的流動(dòng)現(xiàn)象是反波紋形式，黃色點(diǎn)為底部填充膠的起點(diǎn)位置，黃色箭頭為膠水流動(dòng)方向，黃色線條即為底部填充膠膠水在BGA 芯片底部的流動(dòng)現(xiàn)象，于是通常底部填充膠在生產(chǎn)流水線上檢查其填充效果，只需要觀察底部填充膠膠點(diǎn)的對(duì)面位置，即可判定對(duì)面位置是否能看到膠水痕跡。

底部填充膠經(jīng)歷了:手工--噴涂技術(shù)----噴射技術(shù)三大階段，目前應(yīng)用最多的是噴涂技術(shù)，但噴射技術(shù)以為精度高，節(jié)約膠水而將成為未來(lái)的主流應(yīng)用，但前提是解決其設(shè)備高昂的問(wèn)題，但隨著應(yīng)用的普及和設(shè)備的大批量生產(chǎn)，設(shè)備價(jià)格也會(huì)隨之下調(diào)。

底部填充膠:用于CSP/BGA的底部填充，工藝操作性好，易維修，抗沖擊，跌落，抗振性好，大大提高了電子產(chǎn)品的可靠性。

底部填充膠是一種低黏度、低溫固化的毛細(xì)管流動(dòng)底部下填料(Underfill), 流動(dòng)速度快，工作壽命長(zhǎng)、翻修性能佳。廣泛應(yīng)用在MP3、USB、手機(jī)、籃牙等手提電子產(chǎn)品的線路板組裝。

優(yōu)點(diǎn)如下:

1.高可靠性，耐熱和機(jī)械沖擊;

2.黏度低，流動(dòng)快，PCB不需預(yù)熱;

3.固化前后顏色不一樣，方便檢驗(yàn);

4.固化時(shí)間短，可大批量生產(chǎn);

5.翻修性好，減少不良率。

6.環(huán)保，符合無(wú)鉛要求。

黏 度:0.3 PaS

剪切強(qiáng)度:Mpa

工作時(shí)間:min

工作溫度:℃

保質(zhì)期:6 個(gè)月

固化條件:110C*7min 120C*3min 150C*2min

主要應(yīng)用:手機(jī)、FPC模組

底部填充技術(shù)(UNDERFILL)

底部填充技術(shù)上世紀(jì)七十年代發(fā)源于IBM公司，目前已經(jīng)成為電子制造產(chǎn)業(yè)重要的組成部分。起初該技術(shù)的應(yīng)用范圍只限于陶瓷基板，直到工業(yè)界從陶瓷基板過(guò)渡到有機(jī)(疊層)基板，底部填充技術(shù)才得到大規(guī)模應(yīng)用，并且將有機(jī)底部填充材料的使用作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定下來(lái)。

圖1.

毛細(xì)管底部填充從器件 邊緣注入。

目前使用的底部填充系統(tǒng)可分為三類(lèi):毛細(xì)管底部填充、助焊(非流動(dòng))型底部填充和四角或角-點(diǎn)底部填充系統(tǒng)。每類(lèi)底部填充系統(tǒng)都有其優(yōu)勢(shì)和局限，但目前使用最為廣泛的是毛細(xì)管底部填充材料。 毛細(xì)管底部填充的應(yīng)用范圍包括板上倒裝芯片(FCOB)和封裝內(nèi)倒裝芯片(FCiP)。通過(guò)采用底部填充可以分散芯片表面承受的應(yīng)力進(jìn)而提高了整個(gè)產(chǎn)品的可靠性。在傳統(tǒng)倒裝芯片和芯片尺寸封裝(CSP)中使用毛細(xì)管底部填充的工藝類(lèi)似。首先將芯片粘貼到基板上已沉積焊膏的位置，之后進(jìn)行再流，這樣就形成了合金互連。在芯片完成倒裝之后，采用分散技術(shù)將底部填充材料注入到CSP的一條或兩條邊(圖1所示)。材料在封裝下面流動(dòng)并填充CSP和組裝電路板之間的空隙。 盡管采用毛細(xì)管底部填充可以極大地提高可靠性，但完成這一工藝過(guò)程需要底部填充材料的注入設(shè)備、足夠的廠房空間安裝設(shè)備以及可以完成精確操作的工人。由于這些投資要求以及縮短生產(chǎn)時(shí)間的壓力，后來(lái)開(kāi)發(fā)出了助焊(非流動(dòng))型底部填充技術(shù)。

圖2.

非流動(dòng)型底部填充工藝流程 及優(yōu)點(diǎn)。

相對(duì)于其他底部填充系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，非流動(dòng)型底部填充的最大優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)工藝的改進(jìn)，在材料性能方面并沒(méi)有明顯差異。為了讓底部填充的填充過(guò)程與傳統(tǒng)的表面組裝工藝更好的兼容，非流動(dòng)型底部填充不能使用控溫精確度很高的固化爐。通過(guò)將助焊性能集成到底部填充材料中，CSP的粘片和材料固化工藝合二為一。在組裝過(guò)程中，在元件放置之前先將非流動(dòng)型底部填充材料涂覆到粘片位置上。當(dāng)線路板進(jìn)行再流時(shí)，底部填充材料可以作為助焊劑，協(xié)助獲得合金互連，并且本身在再流爐中同步完成固化。所以可以在傳統(tǒng)的表面組裝工藝線上完成底部填充(圖2)。 從設(shè)備和人員投入的角度來(lái)講，非流動(dòng)型底部填充系統(tǒng)節(jié)約了成本和時(shí)間，但自身也受到一些限制。與毛細(xì)管底部填充不同，非流動(dòng)型底部填充材料中必須含有填充物。在底部填充材料中的填充材料可能正好位于焊料球和電路板焊盤(pán)之間。從設(shè)計(jì)上考慮，為了改善再流過(guò)程中焊料鍵合，要求該系統(tǒng)內(nèi)不能含有微粒。如果沒(méi)有微粒，底部填充材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)比較高，經(jīng)過(guò)溫度循環(huán)后其性能就不如毛細(xì)管底部填充穩(wěn)定。另外，如果采用傳統(tǒng)的再流工藝，而不進(jìn)行精確溫度控制也會(huì)降低再流工藝的成品率。此外電路板上吸附的濕氣再流時(shí)也會(huì)被釋放出來(lái)形成孔洞。但新的改進(jìn)工藝已經(jīng)克服了上述缺點(diǎn)。

圖3.

預(yù)成型底部填充應(yīng)用的工 藝流程。

對(duì)于帶 中間插入層或邊角陣列的CSP來(lái)說(shuō)，采用毛細(xì)管底部填充或非流動(dòng)型底部填充系統(tǒng)都不如角-點(diǎn)底部填充方法更合適。這種方法首先將底部填充材料涂覆到CSP對(duì)應(yīng)的焊盤(pán)位置(圖3)。與非流動(dòng)型底部填充不同，角-點(diǎn)技術(shù)與現(xiàn)有的組裝設(shè)備和常規(guī)的焊料再流條件兼容。由于這類(lèi)底部填充是可以返修的，制造商們也避免了因?yàn)橐粋€(gè)器件缺陷就廢棄整個(gè)電路板的風(fēng)險(xiǎn)。 技術(shù)的轉(zhuǎn)換需要提高可靠性 由于器件及其引腳節(jié)距變得更小、功能要求更多，并且需要產(chǎn)品工藝實(shí)現(xiàn)無(wú)鉛化，因此在下一代電子產(chǎn)品中，底部填充技術(shù)的應(yīng)用變得越來(lái)越重要。 底部填充可以提高CSP中無(wú)鉛焊料連接的可靠性，與傳統(tǒng)的錫-鉛焊料相比，無(wú)鉛互連更容易產(chǎn)生CTE失配造成的失效。由于無(wú)鉛工藝的再流溫度較高，封裝基板的翹曲變得更為強(qiáng)烈，而無(wú)鉛焊料本身延展性又較低，因此該種互連的失效率較高。向無(wú)鉛制造轉(zhuǎn)換的趨勢(shì)和無(wú)鉛焊料本身的脆性等綜合作用，使得在器件中使用底部填充技術(shù)已經(jīng)成為成本最低，選擇最為靈活的解決方案。 隨著產(chǎn)業(yè)鏈向引腳節(jié)距0.3mm的CSP、節(jié)距小于180祄的倒裝芯片封裝以及更小尺寸發(fā)展，采用底部填充材料幾乎是唯一可以保證全線成品率的方法。 即將出現(xiàn)的可能 除了滿足不斷變化的機(jī)械要求，保證高可靠性之外，電子產(chǎn)品制造商還必須讓產(chǎn)品的成本更具競(jìng)爭(zhēng)力。面對(duì)這樣的挑戰(zhàn)，尚處于研發(fā)階段的新底部填充技術(shù)，盡管仍處于一個(gè)產(chǎn)品的嬰兒期，已經(jīng)顯示出很好的前景。 非流動(dòng)型底部填充的優(yōu)勢(shì)在于工藝效率較高，并且減少了設(shè)備和人員成本。但在使用底部填充材料時(shí)遇到的技術(shù)難題使這些優(yōu)勢(shì)都變得不重要了。不過(guò)目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了含有50%填充成分的非流動(dòng)型底部填充材料。采用了該比例填充料之后，在保持非流動(dòng)型底部填充工藝流程的同時(shí)，改善了產(chǎn)品的溫度循環(huán)性能。 另一個(gè)備受關(guān)注的創(chuàng)新是預(yù)成型底部填充技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)有望在后道封裝中完全消除底部填充工藝，而在CSP進(jìn)行板級(jí)組裝之前涂覆底部填充材料，或者在晶圓級(jí)工藝中涂覆底部填充材料。預(yù)成型底部填充在概念上很好，但要實(shí)施到當(dāng)前的產(chǎn)品中，在工藝流程上還有一些挑戰(zhàn)需要面對(duì)。 在晶圓級(jí)底部填充材料的涂覆中，可以在凸點(diǎn)工藝之前或之后涂覆預(yù)成型底部填充材料，但兩種方法都需要非常精確的控制(圖4)。如果在凸點(diǎn)工藝之前涂覆，必須考慮工藝兼容問(wèn)題。與之相反，如果在凸點(diǎn)工藝之后涂覆，則要求預(yù)成型底部填充材料不會(huì)覆蓋或者損壞已完成的凸點(diǎn)。此外還需考慮到晶圓分割過(guò)程中底部填充材料的完整性以及一段時(shí)間之后產(chǎn)品的穩(wěn)定性，這些在正式使用底部填充材料到產(chǎn)品之前都需要加以衡量。盡管某些材料供應(yīng)商對(duì)預(yù)成型底部填充材料的研發(fā)非常超前，但將這一產(chǎn)品投入大規(guī)模應(yīng)用還有更多的工作要完成。

圖4.

預(yù)成型底部填充應(yīng)用 的工藝流程。

結(jié)論 如果沒(méi)有底部填充材料的使用，當(dāng)今的窄節(jié)距器件就無(wú)法克服可靠性問(wèn)題。此外為了降低無(wú)鉛焊料連接位置由CTE失配引起的失效率，無(wú)鉛制造的工藝流程和溫度要求都要求使用底部填充材料。 新工藝流程的要求、器件功能的不斷增多和封裝尺寸的減小，這些要素都要求越來(lái)越多地使用牢固的底部填充系統(tǒng)。盡管目前已有很多種不同類(lèi)別的底部填充技術(shù)，為了滿足電子產(chǎn)品多功能、低成本的要求，還需要開(kāi)發(fā)出下一代低成本、工藝流程簡(jiǎn)單的底部填充技術(shù)。