底部填充工藝在倒裝芯片上的應用_深圳福英達
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
底部填充材料是一種液態封裝物，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，底層填料被分配并在毛細力的作用下被拖入芯片和基板之間的間隙中。
底部填充在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。
優點：
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。
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。
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