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芯片技術(shù)| 底部填充膠技術(shù)現(xiàn)狀
作為電子封裝領(lǐng)域的關(guān)鍵輔助材料，底部填充膠有其特定的使用要求和性能特點。本文分析了底部填充膠在使用中存在的關(guān)鍵問題，簡單介紹了底部填充膠用環(huán)氧樹脂的研究進(jìn)展。
01
底部填充膠的作用
底部填充膠，又稱為底填膠、底部填充劑、底填劑和底充膠等，即在封裝時滲入到芯片、焊柱和基板之間形成可靠粘接，分散芯片在受到機械作用和熱循環(huán)作用時其焊點處所受的應(yīng)力，避免開焊和不良焊點的產(chǎn)生。此外，底部填充膠還可以起到保護焊點免受濕氣、離子污染物等周圍環(huán)境影響的作用。
底部填充膠極大地提高了封裝穩(wěn)定性和產(chǎn)品的使用壽命，目前主要用于筆記本電腦、USB、手機等手提電子產(chǎn)品的線路板組裝。一般將底部填充膠分為芯片級底部填充（CLU）和 PCB 板級底部填充（BLU），如圖 1 所示，其中芯片級底部填充對封裝膠要求更加嚴(yán)格。
圖1 芯片底部填充示意圖
02
底部填充膠的性能要求
（1）可靠性：經(jīng)過溫濕、冷熱沖擊和機械沖擊后，電性能和粘接性能穩(wěn)定。底部填充膠的熱膨脹系數(shù)（CTE）、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）以及模量系數(shù)（Modulus）等，要與 PCB 基材、器件的芯片和焊料合金等因素進(jìn)行匹配，膠粘劑的 Tg 對 CTE 有著重要的影響。當(dāng)溫度低于 Tg 時，CTE 較小，反之則 CTE 急劇增加。模量系數(shù)為物質(zhì)的應(yīng)力與應(yīng)變之比，模量是膠粘劑固化性能的重要參數(shù)，模量較高則表示膠粘劑的粘接強度與硬度較好，但也代表著膠粘劑固化后殘留的應(yīng)力較大。
（2）操作性：膠粘劑的流動性與錫球間距、錫球尺寸有關(guān)。不同間隙高度和流動路徑，導(dǎo)致流動時間也不同，如需保證快速完全填充，則要求膠粘劑黏度低、流動快；但黏度也不能過低，否則生產(chǎn)過程中容易滴膠。一方面填充膠的表面張力、接觸角、黏度和硬化反應(yīng)可對填充膠在芯片和電路底板之間流動產(chǎn)生影響，其中黏度為最主要因素，溫度則是影響填充膠黏度的重要因素；另一方面焊球點的布置密度和邊緣效應(yīng)對芯片和電路底板之間流動也有一定影響，焊球點之間縫隙的寬度、焊球點的直徑、芯片與電路底板之間的縫隙高度決定了焊球點產(chǎn)生的影響。
（3）效率性：底部填充膠的固化溫度應(yīng)適當(dāng)，以保護主板上的其他電氣器件及焊點。同時，固化速度要快，過長的固化時間會影響流水線作業(yè)的效率。此外，固化方式需要滿足大批量生產(chǎn)需求。
（4）耐熱性：膠粘劑的線脹系數(shù)（CTE）與基材線脹系數(shù)要相匹配。且僅有材料的 CTE 較小時，Tg 對熱循環(huán)疲勞壽命才有一定影響，因為當(dāng)材料溫度高于 Tg 和低于 Tg 時，其 CTE 變化差異很大。同時相關(guān)試驗表明，當(dāng) CTE 較低時， Tg 越高熱循環(huán)疲勞壽命就越長。電子元器件在工作時會發(fā)熱，需要固化物有良好的耐熱性。
03
膠粘劑在固化中收縮產(chǎn)生的應(yīng)力問題
膠粘劑在固化中由于鍵長改變會產(chǎn)生收縮問題（一般為 3.5~1.4 Å），膠粘劑從液體到凝膠狀態(tài)、到達(dá)到 Tg、再到完全固化，期間受凝膠、固化溫度和 Tg 的影響，不同階段的狀態(tài)都不相同，影響因素較多且缺乏過程的表征手段。由于整個過程中會產(chǎn)生不同程度、不同原因的收縮，產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，所以容易導(dǎo)致粘接失效，包括膠層失效（裂紋）、粘接失效（脫附）和器件失效（器件受力變形或破壞）。
目前減小材料的固化收縮率主要是通過添加填料的方式，但其調(diào)節(jié)能力有限，若大量使用，會導(dǎo)致黏度、模量等大幅度變化，反而不利于底部填充。因此，底部填充膠的應(yīng)力收縮問題是目前該類材料應(yīng)用的主要問題之一。
