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底部填充工藝在倒裝芯片上的應用

發(fā)布人:深圳福英達 時(shí)間:2024-06-05 來(lái)源:工程師 發(fā)布文章

倒裝芯片(FC)技術(shù)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(yōu)點(diǎn)。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(shí),焊點(diǎn)會(huì )承受很大的熱應力,導致疲勞損傷和失效。為了提高焊點(diǎn)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(chēng)為底部填充(underfill)。底部填充可以改善焊點(diǎn)的應力分布,減少焊點(diǎn)的應變幅度,延長(cháng)焊點(diǎn)的熱疲勞壽命。


圖1. 底部填充工藝


底部填充物是一種液態(tài)封裝物,通常是大量填充 SiO2 的環(huán)氧樹(shù)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(diǎn)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(diǎn)上的熱應力在芯片、底部填充物、基板和所有焊點(diǎn)之間重新分配,而不是集中在外圍焊點(diǎn)上。實(shí)踐證明,應用底部填充可將最重要的焊點(diǎn)應變水平降低到未封裝焊點(diǎn)應變的 0.10-0.25。因此,底部填充可將焊點(diǎn)疲勞壽命提高 10 至 100 倍。此外,它還能保護焊點(diǎn)免受環(huán)境的侵蝕。底部填充是將倒裝芯片技術(shù)的應用從陶瓷基板擴展到有機基板,從高端產(chǎn)品擴展到成本敏感型產(chǎn)品的一個(gè)切實(shí)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(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了底部填充工藝和底部填充材料的發(fā)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(jìn)行助焊劑點(diǎn)膠和清洗步驟。芯片組裝到基板上后,未填充材料被分配并拖入芯片與基板之間的縫隙中。


底部填充施膠前異物控制

底部填充膠施膠前需確認板面和填充面無(wú)異物及大量助焊劑殘留,較多的助焊劑殘留會(huì )導致膠黏劑附著(zhù)在助焊劑殘留物上,后續使用過(guò)程中助焊劑殘留物的揮發(fā)、軟化、變異都直接影響膠黏劑機械性能,進(jìn)而影響產(chǎn)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(diǎn)膠固化。

底部填充工藝的優(yōu)點(diǎn)有:

1.提高焊點(diǎn)的可靠性,延長(cháng)產(chǎn)品的使用壽命;

2.保護焊點(diǎn)免受環(huán)境的侵蝕,提高產(chǎn)品的抗腐蝕性;

3.降低芯片和基板之間的熱應力,提高產(chǎn)品的抗熱循環(huán)性;

4.增強芯片和基板之間的粘合力,提高產(chǎn)品的抗沖擊性和抗振動(dòng)性。


底部填充工藝的缺點(diǎn):

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(chǎn)生殘余應力、裂紋、腐蝕、空洞等失效模式;

3.難以對封裝進(jìn)行修理或重工,需要拆除底部填充物才能進(jìn)行焊點(diǎn)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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