芯片底部填充膠的工藝和應(yīng)用分析

張秀琴(廈門韋爾通科技有限公司，福建 廈門 361000)

0 引言

芯片底部填充，是使用諸如環(huán)氧樹脂類、有機(jī)硅樹脂類以及填充劑等化學(xué)物質(zhì)針對球柵陣列封裝(ball grid array, BGA)模式下的芯片物質(zhì)進(jìn)行底部的填充和密封，進(jìn)而利用加熱技術(shù)進(jìn)行固化。最終化學(xué)物質(zhì)填充BGA芯片的底部位置空隙，實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)加固的目標(biāo)，在封裝環(huán)境下，可有效強(qiáng)化BGA芯片結(jié)構(gòu)的抗擊機(jī)械沖擊和跌落性能，避免環(huán)境因素對芯片電子學(xué)性能的影響。

由于底部填充膠一般用于CSP/BGA的底部填充，所以該施工技術(shù)具有較高的操作性，便于系統(tǒng)維修，并且大多數(shù)膠液(如采用的環(huán)氧樹脂類、有機(jī)硅樹脂類等物質(zhì))自身具備較高的抗振性能，進(jìn)而極大增強(qiáng)了電子產(chǎn)品生產(chǎn)的基礎(chǔ)可靠性和穩(wěn)定性。加上現(xiàn)階段底部填充膠物質(zhì)本身是一種的低粘合程度、低溫度固化的原材料，并且該物質(zhì)基礎(chǔ)流動速度較快，并且工作壽命時間較長，被廣泛的使用在MP3、USB、手機(jī)、藍(lán)牙等終端移動電子產(chǎn)品的線路板結(jié)構(gòu)組裝。除此之外，芯片生產(chǎn)過程中的底部填充膠工藝，與其他芯片封裝操作技術(shù)相比較，該技術(shù)引線電力感應(yīng)相對較小，并且信號之間的干擾性能不高，致使信號在傳輸過程中的基礎(chǔ)延時時間相對較短，其電力性能較好，進(jìn)而成為現(xiàn)階段寄生效果最佳的互聯(lián)方法。

1 芯片底部填充膠概論

常見底部填充膠液在生產(chǎn)和應(yīng)用環(huán)節(jié)中可以使用非常規(guī)使用技術(shù)方式，進(jìn)而使用瞬干膠物質(zhì)或者在常溫環(huán)境下進(jìn)行固化，此種膠液物質(zhì)能夠在BGA 封裝模式芯片物質(zhì)周邊以及角落部分進(jìn)行全面填滿，最終實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)加固的最終目標(biāo)。而在芯片生產(chǎn)過程中，其底部填充膠液應(yīng)用的原理主要利用毛細(xì)作用，致使膠水物質(zhì)能夠快速流過BGA結(jié)構(gòu)芯片底部位置，由于其毛細(xì)流動的最小空間需要保證在10 μm。進(jìn)而滿足芯片焊接技術(shù)工藝的焊接連接盤與焊錫球之間的最低電氣性能需求，同時芯片生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，其膠水物質(zhì)流過不能小于4 μm的間隙，進(jìn)而有效確保芯片焊接技術(shù)工藝以及電氣安全的基礎(chǔ)特點(diǎn)?，F(xiàn)階段底部填充膠液在流動現(xiàn)象研究過程中，其基礎(chǔ)流動現(xiàn)狀主要為反波紋形式，為此在底部填充膠的生產(chǎn)流程上應(yīng)詳細(xì)檢查其基礎(chǔ)填充效果和質(zhì)量水平，針對此種現(xiàn)狀只需要詳細(xì)觀察膠液對面位置，進(jìn)而能夠判定對面位置可以進(jìn)一步觀察出膠水基礎(chǔ)痕跡[1]。

現(xiàn)階段芯片自身較高的穩(wěn)定性和可靠性，黏合程度較低，并且系統(tǒng)流動相對較快，芯片底部固化之前和固化之后的顏色明顯具有差異性，以便于后期檢驗(yàn)。加上現(xiàn)階段我國大多數(shù)材料固化時間較短，利于芯片大批量生產(chǎn)，進(jìn)而減少材料所產(chǎn)生的不良效率。我國在芯片底部便攜式設(shè)備使用方面上，其線路結(jié)構(gòu)相對較薄，無論是材料使用硬度還是剛度都極低，設(shè)備使用極易造成外部形變問題?，F(xiàn)階段我國設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)各個焊接間距和強(qiáng)度相對較小，因此設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的芯片耐機(jī)械造成的沖擊問題和熱量差距同樣相對比較明顯。為了進(jìn)一步滿足芯片底部填充膠以及設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求，芯片安裝過程需要憑借底部填充技術(shù)。同時設(shè)備在底部填充材料共同作用之下，可以進(jìn)一步保證已經(jīng)熱化流動的芯片結(jié)構(gòu)充滿設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)中。

2 芯片底部填充膠技術(shù)工藝

2.1 填充技術(shù)

在芯片底部填充膠實(shí)施過程中，由于線路板結(jié)構(gòu)在方案設(shè)計上存在著明顯的區(qū)別和不同，致使芯片周邊位置會產(chǎn)生其他的電子零部件，最終生成了多種的施膠技術(shù)方式。設(shè)備內(nèi)部芯片位置所造成的尺寸信息和數(shù)據(jù)過大，那么會導(dǎo)致膠液實(shí)施過程中，需要進(jìn)行重復(fù)施膠操作，進(jìn)而確保芯片底部填充膠的基礎(chǔ)填充水平和質(zhì)量。中國現(xiàn)階段常見的底部膠液填充技術(shù)方式一般分為兩種模式，比如：單邊填充模式、L形填充模式等。同樣根據(jù)使用方向的不同，需要使用其他類型的填充模式，比如：半 L形填充、U 形填充等。

2.2 流動性分析

芯片在自身結(jié)構(gòu)組裝時，通常需要使用流水線操作模式，但是此種模式對于芯片底部填充來說具有一定的時間和效率限制。在實(shí)際開展操作環(huán)節(jié)時，一般不會超過靈活操作、高效流動以及快速固化等技術(shù)需求，同時芯片在加工過程中，自身還需要具備一定的填充性能。加上芯片使用底部填充膠時，其固化水平需要外部環(huán)境溫度作為基礎(chǔ)條件，進(jìn)而有效保護(hù)主板結(jié)構(gòu)上的其他零部件以及焊接位置點(diǎn)。除此之外，芯片進(jìn)行底部填充膠操作時，膠液的基礎(chǔ)固化速度一般較短，并且芯片基礎(chǔ)固化的時間長度直接影響芯片流水線作業(yè)的質(zhì)量水平和效率。根據(jù)芯片生產(chǎn)和制造實(shí)際情況進(jìn)行詳細(xì)分析，常見的底部填充膠基礎(chǔ)固化條件為外部環(huán)境溫度需小于150 ℃，其膠液固化時間小于10 min，保證在芯片回流焊接固化區(qū)域具有基礎(chǔ)的溫度設(shè)置，繼而保證基礎(chǔ)固化效果[2]。

2.3 影響因素

在底部填充膠基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)定過程中，除了以上性能需要著重分析，還需要針對其影響因素開展全面探索和討論，比如：芯片設(shè)計參數(shù)、芯片與基板間隙高度等。因此，本次研究需要針以上影響因素建立相關(guān)數(shù)據(jù)模型，詳細(xì)分析其參數(shù)對于底部填充膠的影響。

2.3.1 表面張力因素

在表面張力因素研究過程中，該因素一般說明底部填充膠物質(zhì)的表面張力需要在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。所以該物質(zhì)在實(shí)際生產(chǎn)和制造過程中，在確保膠質(zhì)物質(zhì)熱量引導(dǎo)以及機(jī)械強(qiáng)度參數(shù)滿足基礎(chǔ)要求條件下，應(yīng)該盡量選擇表面張力較大的底部填充膠，這樣有利于加快充填過程，提高生產(chǎn)效率。

2.3.2 接觸角度

從現(xiàn)階段的底部填充膠物質(zhì)整個實(shí)驗(yàn)流程能夠進(jìn)一步觀察出，當(dāng)物質(zhì)接觸角度達(dá)到10～20°范圍內(nèi)，接觸角度不斷增加對膠質(zhì)物質(zhì)的流動性產(chǎn)生了阻礙作用，同時其膠質(zhì)阻礙作用隨著接觸角的增加越為明顯。并且底部填充膠在芯片工作表面和基板工作表面上接觸角對流動的影響比在焊球表面上接觸角影響更為明顯。這是因?yàn)樵诖税咐?，底部填充膠與芯片工作面和基板工作面的接觸面積大于與焊球的接觸面積所導(dǎo)致。因此，在其他條件滿足的情況下，可以對芯片工作面和基板工作面做表面涂覆處理，使表面對底部填充膠的浸潤性更優(yōu)，加快充填過程，提高生產(chǎn)效率。

3 芯片底部填充膠技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 芯片兼容性應(yīng)用

芯片生產(chǎn)過程中，其零部件基礎(chǔ)兼容性問題以及實(shí)際應(yīng)用成為了現(xiàn)階段芯片底部填充膠技術(shù)核心內(nèi)容，所以該技術(shù)使用過程中，所使用的輔助焊接試劑能夠有效環(huán)節(jié)零部件保護(hù)以及基礎(chǔ)性能氧化等基礎(chǔ)功能和作用，因此該物質(zhì)再生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，該芯片主要成分包括：松香樹脂物質(zhì)、有機(jī)酸性活躍試劑以及有機(jī)溶解試劑等相關(guān)物質(zhì)和主要成分。然而現(xiàn)階段芯片進(jìn)行結(jié)構(gòu)焊接之后需要針對輔助焊接試劑進(jìn)行全面結(jié)構(gòu)清洗，但是常規(guī)操作流程無法保證輔助焊接試劑能夠徹底被清洗。

芯片加工環(huán)節(jié)上，底部填充物質(zhì)從本質(zhì)上看屬于多種元素的混合物質(zhì)。該物質(zhì)主要由環(huán)氧樹脂元素、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)固化試劑以及輔助試劑等核心物質(zhì)共同構(gòu)成。而底部填充膠在使用過程中，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的主要成分再實(shí)際操作時，極易與輔助焊接試劑產(chǎn)生相互反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致底部填充膠的基礎(chǔ)比例和搭配模式產(chǎn)生明顯區(qū)別和變化，比如：膠水延遲現(xiàn)狀、固化現(xiàn)狀以及流動現(xiàn)狀等。為此芯片使用底部填充膠技術(shù)時，應(yīng)該充分考慮芯片使用的兼容性問題。針對此種現(xiàn)狀，兼容性能的數(shù)據(jù)測試可以使用成分切片開展詳細(xì)的數(shù)據(jù)觀察，同時還可以將膠水物質(zhì)與錫膏全部混合之后，通過結(jié)構(gòu)固化進(jìn)一步快速判斷芯片生產(chǎn)情況。而混合之后的底部填充膠物質(zhì)想要保證芯片生產(chǎn)質(zhì)量，還應(yīng)該與錫膏物質(zhì)按照標(biāo)準(zhǔn)比例和規(guī)定時間進(jìn)行相互混合，保證混合物在完全固化之后不會產(chǎn)生氣泡以及不固化現(xiàn)狀。由此可以得出相關(guān)結(jié)論：按照此種比例的膠液自身并不存在兼容性差等相關(guān)問題。如果適用此種技術(shù)方式不能有效判定混合物固化效果和質(zhì)量，則應(yīng)該使用差示掃描量熱儀 DSC 測試是否有反應(yīng)峰來驗(yàn)證。

3.2 切片應(yīng)用

底部填充膠在芯片結(jié)構(gòu)上完全固化之后，技術(shù)人員還可以通過芯片的四周區(qū)域詳細(xì)觀察膠水物質(zhì)的表面變化情況，但是芯片在生產(chǎn)過程中如果其內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷問題時，比如：無法固化、膠液填充不滿、氣孔分布等相關(guān)問題則需要利用切片技術(shù)分析才能實(shí)現(xiàn)信息觀察。其中芯片材料的切片數(shù)據(jù)分析主要將已經(jīng)固化完畢后的芯片物質(zhì)以及電路板全部剪切，進(jìn)而使用專業(yè)的研磨設(shè)備針對主要線路結(jié)構(gòu)板外部表面全部打磨，直至研磨至錫球結(jié)構(gòu)以及膠水結(jié)構(gòu)層。此時，技術(shù)人員需要在顯微鏡使用環(huán)境下詳細(xì)觀察膠液在芯片結(jié)構(gòu)底部的實(shí)際填充情況。在芯片零部件加工環(huán)節(jié)中，底部填充膠一旦產(chǎn)生不固化情況，一般原因由于膠液的基礎(chǔ)固化溫度、時間以及兼容性等問題僅為造成。所以造成膠液填充不足以及孔洞產(chǎn)生的主要原因則包含：膠液基礎(chǔ)流動性能、膠液氣泡問題、基礎(chǔ)板材污染以及水物質(zhì)等相關(guān)因素的影響，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)生芯片膠水填充不充分，造成芯片跌落數(shù)據(jù)測試造成不良作用和影響，極易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)開裂問題和現(xiàn)狀。除此之外，材料所產(chǎn)生的氣孔問題在技術(shù)試驗(yàn)過程中會出現(xiàn)較大的影響。并且在高溫環(huán)境下，材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的氣孔會產(chǎn)生相應(yīng)的機(jī)構(gòu)應(yīng)力，進(jìn)而對膠液以及芯片基礎(chǔ)焊點(diǎn)造成嚴(yán)重破壞[3]。

4 結(jié)語

由此可見，芯片底部填充膠的工藝和應(yīng)用環(huán)節(jié)上，內(nèi)部結(jié)構(gòu)組裝實(shí)施過程中，進(jìn)一步要求膠水物質(zhì)的黏合程度，能夠進(jìn)一步完成物質(zhì)的快速流動。而該物質(zhì)在中、低溫環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)快速固化，底部填充膠為保護(hù)元器件起到了決定性作用。