[發(fā)布日期：2021-10-18 16:38:40] 點(diǎn)擊：
芯片底部填充膠主要用于CSP/BGA 等倒裝芯片的補(bǔ)強(qiáng)，提高電子產(chǎn)品的機(jī)械性能和可靠性。根據(jù)芯片組裝的要求，討論了底部填充膠在使用中的工藝要求以及缺陷分析方法。
倒裝焊連接技術(shù)是目前半導(dǎo)體封裝的主流技術(shù)。倒裝芯片連接引線短，焊點(diǎn)直接與印刷線路板或其它基板焊接，引線電感小，信號間竄擾小，信號傳輸延時(shí)短，電性能好，是互連中延時(shí)*短、寄生效應(yīng)*小的一種互連方法。這些優(yōu)點(diǎn)使得倒裝芯片在便攜式設(shè)備輕薄、短小的要求下得到了快速發(fā)展。圖1 是在手機(jī)、平板電腦、電子書等便攜設(shè)備中常用的BGA/CSP 芯片結(jié)構(gòu)。BGA/CSP 的芯片引腳在元件的底部，成球柵矩陣排列，通過底部焊點(diǎn)與線路板進(jìn)行連接。
在便攜式設(shè)備中的線路板通常較薄，硬度低，容易變形，細(xì)間距焊點(diǎn)強(qiáng)度小，因此芯片耐機(jī)械沖擊和熱沖擊差。為了能夠滿足可靠性要求，倒裝芯片一股采用底部填充技術(shù)，對芯片和線路板之間的空隙進(jìn)行底部填充補(bǔ)強(qiáng)。底部填充材料是在毛細(xì)作用下，使得流動(dòng)著的底部填充材料完全地填充在芯片和基板之問的空隙內(nèi)。由于采用底部填充膠的芯片在跌落試驗(yàn)和冷熱沖擊試驗(yàn)中有優(yōu)異的表現(xiàn)，所以在焊錫球直徑小、細(xì)間距焊點(diǎn)的BGA/CSP 芯片組裝中都要進(jìn)行底部補(bǔ)強(qiáng)。工藝流程見圖2 所示。
在線路板組裝生產(chǎn)中，對芯片底部填充膠有易操作，快速流動(dòng)，快速固化的要求，同時(shí)還要滿足填充性，兼容性和返修性等要求。本文主要根據(jù)芯片組裝的要求，討論了底部填充膠在使用中的工藝要求以及缺陷分析方法。
1 工藝討論
1.1 施膠方式
由于線路板的設(shè)計(jì)不同，倒裝芯片的周圍會(huì)有其他的元器件，因此產(chǎn)生了多種施膠方式。如果芯片尺寸大、焊點(diǎn)間距小，施膠過程還會(huì)有二次施膠或三次施膠以保證填充完全。通常底部填充膠的施膠過程主要有兩種：單邊填充和L 形填充。也有一些其他方式填充，例如：半L 形填充、U 形填充等
1.2 流動(dòng)性
組裝過程的流水線作業(yè)對底部填充膠施膠后流滿芯片底部的時(shí)間是有限制的，通常不會(huì)超過10 min。膠水的流動(dòng)性與錫球間距，錫球尺寸有關(guān)。錫球直徑小、間距小，流動(dòng)就會(huì)慢，反之則快。膠水的制造商通常會(huì)用玻璃片和玻璃片搭接，控制兩片玻璃之間的間隙來模擬生產(chǎn)中的流動(dòng)性(見圖4)。具體測試方法為在室溫下膠水流過不同的間隙，記錄膠水流到25 mm(1 英寸)需要的時(shí)間。測試流動(dòng)性的間隙可以為100、150 和250 μm 等。
流動(dòng)性的調(diào)整主要是通過底部填充膠的黏度來實(shí)現(xiàn)。黏度小流動(dòng)性好，當(dāng)然黏度也不能過小，否則生產(chǎn)過程中容易滴膠。如果室溫流動(dòng)的話，建議底部填充膠的黏度在0.3～1.2 Pa·s。施膠過程對膠體或者基板進(jìn)行加熱可以加快流動(dòng)，這樣底部填充膠的黏度可以再高一些。
1.3 固化要求
由于主板上已經(jīng)組裝了電子元器件，底部填充膠的固化過程有著溫度要求，這是為了保護(hù)主板上的其他電氣器件以及焊點(diǎn)。另外，同樣來自制程的要求，固化速度通常要求盡量的短，過長的固化時(shí)間會(huì)影響流水線作業(yè)的效率。通用的底部填充膠的固化條件為：溫度≤150℃，固化時(shí)間≤10 min?；亓骱腹袒捎谟袦貐^(qū)設(shè)置，固化效果會(huì)比烘箱更好也更高效。底部填充膠水固化溫度和時(shí)間的確定可以參考差示掃描量熱儀(DSC)動(dòng)力學(xué)分析數(shù)據(jù)。
1.4 返修性
由于線路板的價(jià)值較高，線路板組裝完成后對整板的測試過程如果發(fā)現(xiàn)芯片不良的話就要對芯片進(jìn)行返修，這就要求底部填充膠水具有可返修性。
芯片返修的步驟為：清除芯片四周膠水- 卸去芯片- 清理殘膠。將返修板放置在返修平臺上，用熱風(fēng)槍加熱芯片表面到100～150℃，熱風(fēng)槍與芯片表面距離約3～5 mm。用牙簽或鑷子去除芯片四周的膠水。膠水除去后用熱風(fēng)槍加熱芯片表面到220℃以上，加熱時(shí)間小于1 min，以免對主板造成傷害。待錫球融化后用鑷子將芯片拆除，用烙鐵加吸錫帶將殘留在電路板表面的殘錫去掉。再將熱風(fēng)槍溫度調(diào)到100～150℃，用鑷子清理殘膠。為了保護(hù)主板，整個(gè)返修過程時(shí)間越短越好。
底部填充膠的可返修性與填料以及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg 有關(guān)。添加了無機(jī)填料的底部填充膠
由于固化后膠體強(qiáng)度大，附著在線路板上很難清除，所以如果有返修要求的膠水不能添加填料。Tg是指底部填充膠從玻璃態(tài)到高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變溫度，超過了Tg 的底部填充膠變軟后易于清除。和固化要求一樣，為了保護(hù)元器件，芯片返修加熱溫度不宜過高。如果Tg 高，膠體在100～150℃的操作溫度下難以清除。Tg 溫度低易于清除，但是Tg 太小又不利于增強(qiáng)芯片的機(jī)械性和耐熱性。通?？煞敌薜牡撞刻畛淠z的Tg 建議控制在60～85℃之間較好。
2 缺陷分析
2.1 兼容性分析
兼容性問題指的是底部填充膠與助焊劑之間的兼容性。助焊劑在焊接過程中起到保護(hù)和防止氧化的作用，它的成分主要是松香樹脂、有機(jī)酸活性劑、有機(jī)溶劑等。雖然在芯片焊接后會(huì)對助焊劑進(jìn)行清洗，但是并不能保證助焊劑被徹底清除。底部填充膠是混合物，主要是由環(huán)氧樹脂、固化劑和引發(fā)劑等組成。底部填充膠中的成分有可能會(huì)與助焊劑的殘留物發(fā)生反應(yīng)，這樣底部填充膠配比發(fā)生了變化，可能發(fā)生膠水延遲固化或不固化的情況。因此在選擇底部填充膠的時(shí)候要考慮兼容性問題。
兼容性測試可以通過切片分析來觀察，也可以將膠水與錫膏混合后固化來快速判斷?；旌虾蟮牡撞刻畛淠z和錫膏按照規(guī)定時(shí)間溫度固化后沒有氣泡或不固化情況，就說明沒有兼容性問題。如果不能判定是否完全固化，可以使用差示掃描量熱儀DSC 測試是否有反應(yīng)峰來驗(yàn)證。
2.2 切片分析
底部填充膠固化后通過芯片四周可以觀察到膠水表面情況，但是內(nèi)部的缺陷如不固化、填充不滿、氣孔等則需要通過切片分析才可以觀察。切片分析是將固化后的芯片與線路板切下，用研磨機(jī)器從線路板面打磨，研磨到錫球與膠水層，在顯微鏡下觀察膠水在芯片底部的填充情況。
底部填充膠的不固化情況通常是由于膠水的固化溫度、時(shí)間不夠或者是兼容性問題造成的。造成填充不滿和氣孔的原因主要有：膠水流動(dòng)性、膠水氣泡、基板污染、基板水氣等。膠水填充不滿會(huì)對跌落測試造成影響，容易有開裂問題。而氣孔問題則會(huì)在熱沖擊實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)較大影響，在高溫度下氣孔出會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，對膠體和焊點(diǎn)造成破壞。
底部填充膠空洞除泡方法
無論何種的底部填充膠在填充的時(shí)候都會(huì)出現(xiàn)或多或少的氣泡，從而造成不良，ELT除泡烤箱便是此環(huán)節(jié)不可缺少的設(shè)備了。
友碩ELT真空壓力除泡烤箱是全球先進(jìn)除泡科技，采用真空+壓力+高溫物理除泡工藝，無塵潔凈真空環(huán)境，含氧量自動(dòng)控制，快速升溫，快速降溫，揮發(fā)氣體過濾更環(huán)保，10寸工業(yè)型電腦，烘烤廢氣內(nèi)循環(huán)收集，氣冷式安全設(shè)計(jì)，高潔凈選配，真空/壓力/溫度時(shí)間彈性式設(shè)定。
廣泛應(yīng)用于灌膠封裝，半導(dǎo)體黏著/焊接/印刷/點(diǎn)膠/封膠等半導(dǎo)體電子新能源電池等諸多領(lǐng)域，除泡烤箱眾多電子,半導(dǎo)體行業(yè)500強(qiáng)企業(yè)應(yīng)用案例。
3 結(jié)束語
倒裝芯片的組裝流程要求底部填充膠水需要低黏度能實(shí)現(xiàn)快速流動(dòng)，中低溫下快速固化，并且具有可返修性。底部填充膠不能存在不固化、填充不滿、氣孔等缺陷。倒裝芯片的應(yīng)用注定了需要對芯片補(bǔ)強(qiáng)，而底部填充膠為保護(hù)元器件起到了必要決定性作用。
