底部填充膠

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、低溫固化的毛細管流動底部下填料(Underfill), 流動速度快，工作壽命長、翻修性能佳。廣泛應用在MP3、USB、手機、籃牙等手提電子產(chǎn)品的線路板組裝。

優(yōu)點如下:

1.高可靠性，耐熱和機械沖擊;

2.黏度低，流動快，PCB不需預熱;

3.固化前后顏色不一樣，方便檢驗;

4.固化時間短，可大批量生產(chǎn);

5.翻修性好，減少不良率。

6.環(huán)保，符合無鉛要求。

黏 度:0.3 PaS

剪切強度:Mpa

工作時間:min

工作溫度:℃

保質期:6 個月

固化條件:110C*7min 120C*3min 150C*2min

主要應用:手機、FPC模組

底部填充膠簡單來說就是底部填充之義,常規(guī)定義是一種用化學膠水(主要成份是環(huán)氧樹脂)對BGA 封裝模式的芯片進行封裝模式的芯片進行底部填充，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，從而達到加固的目的，增強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，從而達到加固目的。

底部填充膠的應用原理是利用毛細作用使得膠水迅速流過BGA 芯片底部芯片底部，其毛細流動的最小空間是10um。 這也符合了焊接工藝中焊盤和焊錫球之間的最低電氣特性要求，因為膠水是不會流過低于4um的間隙，所以保障了焊接工藝的電氣安全特性。

底部填充膠的流動現(xiàn)象是反波紋形式，黃色點為底部填充膠的起點位置，黃色箭頭為膠水流動方向，黃色線條即為底部填充膠膠水在BGA 芯片底部的流動現(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的對面位置，即可判定對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----噴射技術三大階段，目前應用最多的是噴涂技術，但噴射技術以為精度高，節(jié)約膠水而將成為未來的主流應用，但前提是解決其設備高昂的問題，但隨著應用的普及和設備的大批量生產(chǎn)，設備價格也會隨之下調(diào)。

底部填充技術(UNDERFILL)

底部填充技術上世紀七十年代發(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。起初該技術的應用范圍只限于陶瓷基板，直到工業(yè)界從陶瓷基板過渡到有機(疊層)基板，底部填充技術才得到大規(guī)模應用，并且將有機底部填充材料的使用作為工業(yè)標準確定下來。

圖1.

毛細管底部填充從器件 邊緣注入。

目前使用的底部填充系統(tǒng)可分為三類:毛細管底部填充、助焊(非流動)型底部填充和四角或角-點底部填充系統(tǒng)。每類底部填充系統(tǒng)都有其優(yōu)勢和局限，但目前使用最為廣泛的是毛細管底部填充材料。 毛細管底部填充的應用范圍包括板上倒裝芯片(FCOB)和封裝內(nèi)倒裝芯片(FCiP)。通過采用底部填充可以分散芯片表面承受的應力進而提高了整個產(chǎn)品的可靠性。在傳統(tǒng)倒裝芯片和芯片尺寸封裝(CSP)中使用毛細管底部填充的工藝類似。首先將芯片粘貼到基板上已沉積焊膏的位置，之后進行再流，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并填充CSP和組裝電路板之間的空隙。 盡管采用毛細管底部填充可以極大地提高可靠性，但完成這一工藝過程需要底部填充材料的注入設備、足夠的廠房空間安裝設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)時間的壓力，后來開發(fā)出了助焊(非流動)型底部填充技術。

圖2.

非流動型底部填充工藝流程 及優(yōu)點。

相對于其他底部填充系統(tǒng)來說，非流動型底部填充的最大優(yōu)點在于對工藝的改進，在材料性能方面并沒有明顯差異。為了讓底部填充的填充過程與傳統(tǒng)的表面組裝工藝更好的兼容，非流動型底部填充不能使用控溫精確度很高的固化爐。通過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。在組裝過程中，在元件放置之前先將非流動型底部填充材料涂覆到粘片位置上。當線路板進行再流時，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)。 從設備和人員投入的角度來講，非流動型底部填充系統(tǒng)節(jié)約了成本和時間，但自身也受到一些限制。與毛細管底部填充不同，非流動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之間。從設計上考慮，為了改善再流過程中焊料鍵合，要求該系統(tǒng)內(nèi)不能含有微粒。如果沒有微粒，底部填充材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)比較高，經(jīng)過溫度循環(huán)后其性能就不如毛細管底部填充穩(wěn)定。另外，如果采用傳統(tǒng)的再流工藝，而不進行精確溫度控制也會降低再流工藝的成品率。此外電路板上吸附的濕氣再流時也會被釋放出來形成孔洞。但新的改進工藝已經(jīng)克服了上述缺點。

圖3.

預成型底部填充應用的工 藝流程。

對于帶 中間插入層或邊角陣列的CSP來說，采用毛細管底部填充或非流動型底部填充系統(tǒng)都不如角-點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對應的焊盤位置(圖3)。與非流動型底部填充不同，角-點技術與現(xiàn)有的組裝設備和常規(guī)的焊料再流條件兼容。由于這類底部填充是可以返修的，制造商們也避免了因為一個器件缺陷就廢棄整個電路板的風險。 技術的轉換需要提高可靠性 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)品工藝實現(xiàn)無鉛化，因此在下一代電子產(chǎn)品中，底部填充技術的應用變得越來越重要。 底部填充可以提高CSP中無鉛焊料連接的可靠性，與傳統(tǒng)的錫-鉛焊料相比，無鉛互連更容易產(chǎn)生CTE失配造成的失效。由于無鉛工藝的再流溫度較高，封裝基板的翹曲變得更為強烈，而無鉛焊料本身延展性又較低，因此該種互連的失效率較高。向無鉛制造轉換的趨勢和無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)品的成本更具競爭力。面對這樣的挑戰(zhàn)，尚處于研發(fā)階段的新底部填充技術，盡管仍處于一個產(chǎn)品的嬰兒期，已經(jīng)顯示出很好的前景。 非流動型底部填充的優(yōu)勢在于工藝效率較高，并且減少了設備和人員成本。但在使用底部填充材料時遇到的技術難題使這些優(yōu)勢都變得不重要了。不過目前市場上出現(xiàn)了含有50%填充成分的非流動型底部填充材料。采用了該比例填充料之后，在保持非流動型底部填充工藝流程的同時，改善了產(chǎn)品的溫度循環(huán)性能。 另一個備受關注的創(chuàng)新是預成型底部填充技術，該項技術有望在后道封裝中完全消除底部填充工藝，而在CSP進行板級組裝之前涂覆底部填充材料，或者在晶圓級工藝中涂覆底部填充材料。預成型底部填充在概念上很好，但要實施到當前的產(chǎn)品中，在工藝流程上還有一些挑戰(zhàn)需要面對。 在晶圓級底部填充材料的涂覆中，可以在凸點工藝之前或之后涂覆預成型底部填充材料，但兩種方法都需要非常精確的控制(圖4)。如果在凸點工藝之前涂覆，必須考慮工藝兼容問題。與之相反，如果在凸點工藝之后涂覆，則要求預成型底部填充材料不會覆蓋或者損壞已完成的凸點。此外還需考慮到晶圓分割過程中底部填充材料的完整性以及一段時間之后產(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。盡管某些材料供應商對預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)模應用還有更多的工作要完成。

圖4.

預成型底部填充應用 的工藝流程。

結論 如果沒有底部填充材料的使用，當今的窄節(jié)距器件就無法克服可靠性問題。此外為了降低無鉛焊料連接位置由CTE失配引起的失效率，無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別的底部填充技術，為了滿足電子產(chǎn)品多功能、低成本的要求，還需要開發(fā)出下一代低成本、工藝流程簡單的底部填充技術。