底部填充工艺在倒装芯片上的应用_深圳福英达
底部填充工艺在倒装芯片上的应用
倒装芯片（FC）技术是一种将芯片直接连接到基板上的封装方式，它具有高密度、高性能、低成本等优点。但是，由于芯片和基板之间存在热膨胀系数（CTE）的不匹配，当温度变化时，焊点会承受很大的热应力，导致疲劳损伤和失效。为了提高焊点的可靠性，一种常用的方法是在芯片和基板之间注入一种聚合物材料，称为底部填充（underfill）。底部填充可以改善焊点的应力分布，减少焊点的应变幅度，延长焊点的热疲劳寿命。
图1. 底部填充工艺
底部填充材料是一种液态封装物，通常是大量填充 SiO2 的环氧树脂，用于倒装芯片互连后的芯片和基底之间。固化后，硬化的底部填充物具有高模量、与焊点相匹配的低 CTE 、低吸湿性以及与芯片和基板的良好粘合性。焊点上的热应力在芯片、底部填充物、基板和所有焊点之间重新分配，而不是集中在外围焊点上。实践证明，应用底部填充可将最重要的焊点应变水平降低到未封装焊点应变的 0.10-0.25。因此，底部填充可将焊点疲劳寿命提高 10 至 100 倍。此外，它还能保护焊点免受环境的侵蚀。底部填充是将倒装芯片技术的应用从陶瓷基板扩展到有机基板，从高端产品扩展到成本敏感型产品的一个切实可行的解决方案。
图2. 使用底部填充的倒装芯片工艺
倒装芯片技术的进步推动了底部填充工艺和底部填充材料的发展。图 2 展示了采用底部填充工艺的倒装芯片的工艺步骤。芯片组装前后需要分别进行助焊剂点胶和清洗步骤。芯片组装到基板上后，底层填料被分配并在毛细力的作用下被拖入芯片和基板之间的间隙中。
底部填充在施胶前需确认板面和填充面无异物及大量助焊剂残留，较多的助焊剂残留会导致胶黏剂附着在助焊剂残留物上，后续使用过程中助焊剂残留物的挥发、软化、变异都直接影响胶黏剂机械性能，进而影响产品可靠性。标准的底部填充施胶工艺要求先将PCBA清洗干净并烘干，再点胶固化。
优点：
1.提高焊点的可靠性，延长产品的使用寿命；
2.保护焊点免受环境的侵蚀，提高产品的抗腐蚀性；
3.降低芯片和基板之间的热应力，提高产品的抗热循环性；
4.增强芯片和基板之间的粘合力，提高产品的抗冲击性和抗振动性。
缺点：
1.增加封装的成本和复杂度，需要额外的设备和材料；
2.需要选择合适的底部填充材料和参数，以匹配芯片和基板的特性，避免产生残余应力、裂纹、腐蚀、空洞等失效模式；
3.难以对封装进行修理或重工，需要拆除底部填充物才能进行焊点的检查或更换；
4.可能影响芯片的电性能，如信号延迟、串扰、噪声等。
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