树脂基材料填 充元器件/芯片与基板之间缝隙的应用

随着近30年技术的不断发展，业界用树脂基材料填 充元器件/芯片与基板之间缝隙的应用日益广泛。 业界元器件I/O数越来越多、间距越来越小及功 能日益复杂，这些需求都不断推动底部填充材料的填充物性 能、流动率、固化率、CTE（热膨胀系统）和模量性能的发 展改进。同时，尽管毛细管型底部填充技术仍是业界主流， 但提高制造效率、解决技术挑战的需求使其它的底部填充材 料（非流动型、预置型）不断发展。当前技术目前使用的底部填充系统可分为三类：毛细管型底部填 充（capillary underfill）、助焊（非流动）型底部填充 [fluxing （no-flow） underfill] 和四角或角点底部填充系统。每类底 部填充系统都有其优势和局限，但目前使用最为广泛的是毛 细管型底部填充材料。 尽管采用毛细管型底部填充可以大大地提高可靠性， 但完成这一工艺过程需要底部填充材料的点涂设备、足够的 厂房空间安装设备，以及熟悉专业技能的工人。由于这些投 资要求以及缩短生产时间的压力，业界开发出了助焊（非流 动）型底部填充技术。非流动型底部填充技术是由前摩托罗拉公司的Robert Pennisi发明的[1]，并在底部填充市场占有一席之地。通过摩 托罗拉的授权，第一款商用材料是在上世纪九十年代后期面 世的。尽管有许多供应商都在销售非流动性底部填充材料， 但只有少数公司有官方的授权许可，所以选择材料时务必小 心。相对于其它现有的底部填充系统来说，非流动型底部填 充的主要优点在于简化了组装工艺，在材料性能方面并没有 明显差异。为了让底部填充的填充过程与传统的表面组装工 艺实现更好的兼容，非流动型底部填充不需要使用专门的固 化炉。通过将助焊剂性能集成到底部填充材料中，CSP的焊 点焊接和材料固化两个工艺实现了合二为一。在组装过程 中，在元器件贴装之前先将非流动型底部填充材料点涂到焊 盘位置上。当单板进行回流焊时，底部填充材料可以作为助 焊剂，活化焊盘形成金属化焊点互连，并在回流炉中同时完 成填充材料的固化。因此，可以用常规的表面组装工艺实现 底部填充（如图2所示）。

从设备和人员投入的角度来讲，非流动型底部填充系统 节约了成本和时间，但使用这一技术也会受到一些限制。与 毛细管型底部填充不同，非流动型底部填充材料必然含有非 填充物，会造成底部填充不饱满。底部填充材料中的填充物 可能妨碍元器件焊球与单板焊盘之间良好接触。从设计上考 虑，为了让回流焊接形成良好的焊点，要求该系统内不能含 有微粒，然而，如果没有填充物又会存在问题。没有这些填 充颗粒，材料的热膨胀系数（CTE）会较高，经过温度循环 后其性能就不如毛细管型底部填充稳定。另外，由于采用的 是传统的回流工艺，如果不进行严格控制，其制造优势会变 成导致直通率下降的劣势。再有，回流时单板上吸附的湿气 也会被释放出来，在底部填充中形成空洞。（新的改进工艺 已经解决了上述问题和缺点，在本文后面的章节中会加以介 绍。）http://www.chinarichuang.cn

对于带中间插入层或边角阵列的 CSP来说，采用毛细管型底部填充或非流 动型底部填充系统都不如角点底部填充方 法合适。这种方法是将底部填充材料事 先点涂到CSP的角落焊盘位置（如图3所 示）。与非流动型底部填充类似，角点底 部填充技术的主要优势在于可以使用现有 的组装设备，并与焊点回流同时完成材料 固化。角点底部填充的另一个优势在于这类底部填充是可以 返修的，这样制造商就可以避免因为一个器件缺陷就报废整 块单板。