底部填充工藝在倒裝芯片上的應用

倒裝芯片（FC）技術是一種將芯片直接連接到基板上的封裝方式，它具有高密度、高性能、低成本等優點。但是，由于芯片和基板之間存在熱膨脹系數（CTE）的不匹配，當溫度變化時，焊點會承受很大的熱應力，導致疲勞損傷和失效。為了提高焊點的可靠性，一種常用的方法是在芯片和基板之間注入一種聚合物材料，稱為底部填充（underfill）。底部填充可以改善焊點的應力分布，減少焊點的應變幅度，延長焊點的熱疲勞壽命。

圖1. 底部填充工藝

底部填充物是一種液態封裝物，通常是大量填充 SiO2 的環氧樹脂，用于倒裝芯片互連后的芯片和基底之間。固化后，硬化的底部填充物具有高模量、與焊點相匹配的低 CTE 、低吸濕性以及與芯片和基板的良好粘合性。焊點上的熱應力在芯片、底部填充物、基板和所有焊點之間重新分配，而不是集中在外圍焊點上。實踐證明，應用底部填充可將最重要的焊點應變水平降低到未封裝焊點應變的 0.10-0.25。因此，底部填充可將焊點疲勞壽命提高 10 至 100 倍。此外，它還能保護焊點免受環境的侵蝕。底部填充是將倒裝芯片技術的應用從陶瓷基板擴展到有機基板，從高端產品擴展到成本敏感型產品的一個切實可行的解決方案。

圖2. 使用底部填充的倒裝芯片工藝

倒裝芯片技術的進步推動了底部填充工藝和底部填充材料的發展。圖 2 展示了采用底部填充工藝的倒裝芯片的工藝步驟。芯片組裝前后需要分別進行助焊劑點膠和清洗步驟。芯片組裝到基板上后，未填充材料被分配并拖入芯片與基板之間的縫隙中。

底部填充施膠前異物控制

底部填充膠施膠前需確認板面和填充面無異物及大量助焊劑殘留，較多的助焊劑殘留會導致膠黏劑附著在助焊劑殘留物上，后續使用過程中助焊劑殘留物的揮發、軟化、變異都直接影響膠黏劑機械性能，進而影響產品可靠性。標準的底部填充施膠工藝要求先將PCBA清洗干凈并烘干，再點膠固化。

底部填充工藝的優點有：

1.提高焊點的可靠性，延長產品的使用壽命；

2.保護焊點免受環境的侵蝕，提高產品的抗腐蝕性；

3.降低芯片和基板之間的熱應力，提高產品的抗熱循環性；

4.增強芯片和基板之間的粘合力，提高產品的抗沖擊性和抗振動性。

底部填充工藝的缺點：

1.增加封裝的成本和復雜度，需要額外的設備和材料；

2.需要選擇合適的底部填充材料和參數，以匹配芯片和基板的特性，避免產生殘余應力、裂紋、腐蝕、空洞等失效模式；

3.難以對封裝進行修理或重工，需要拆除底部填充物才能進行焊點的檢查或更換；

4.可能影響芯片的電性能，如信號延遲、串擾、噪聲等。