面向窄節(jié)距倒裝互連的預(yù)成型底部填充技術(shù)*

王 瑾， 石修瑀， 王 謙， ， 蔡 堅(jiān)， ， 賈松良

（1.清華大學(xué)微電子學(xué)研究所， 北京 100084； 2.北京信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家研究中心， 北京 100084）

1 引言

傳統(tǒng)的底部填充技術(shù)是在完成倒裝芯片互連之后進(jìn)行的， 因此也被稱(chēng)為組裝后底部填充技術(shù)（Post-assembly Underfill）[1-2]。 應(yīng)用最為廣泛的是毛細(xì)底部填充（CUF）和模塑底部填充（MUF）。 近年來(lái)隨著系統(tǒng)集成度不斷提高，倒裝芯片上凸點(diǎn)的尺寸和節(jié)距也變得越來(lái)越小，凸點(diǎn)節(jié)距小于100 μm，甚至不大于10 μm， 傳統(tǒng)的組裝后底部填充技術(shù)由于是在凸點(diǎn)互連之后才進(jìn)行底部填充的，常常會(huì)出現(xiàn)凸點(diǎn)間填充不完全到位、產(chǎn)生孔洞等缺陷，使封裝互連的可靠性降低[3]。

為了適應(yīng)倒裝芯片窄節(jié)距互連的填充需求，產(chǎn)業(yè)界提出了一種新型的預(yù)成型底部填充技術(shù)（Preassembly Underfill）[4-5]。這種方法既能簡(jiǎn)化工藝，又能對(duì)窄節(jié)距互連（小于100 μm）進(jìn)行良好的底部填充。此外，研究機(jī)構(gòu)還提出了一些方法對(duì)預(yù)成型底部填料的性能進(jìn)行改進(jìn)， 從而實(shí)現(xiàn)低熱膨脹系數(shù)（約20×10-6/℃）、低粘度（小于20 Pa·s）以及高熱導(dǎo)率[大于1 W·(m·K)-1]等優(yōu)良性能[6-7]，進(jìn)一步提高了預(yù)成型底部填充的可靠性。

本文將聚焦于窄節(jié)距倒裝芯片互連中的預(yù)成型底部填充技術(shù)， 介紹該技術(shù)的工藝流程以及材料特性，并針對(duì)其在實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題，總結(jié)目前已有的解決方案并預(yù)測(cè)這種技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

2 預(yù)成型底部填充技術(shù)

傳統(tǒng)的組裝后底部填充技術(shù)主要適用于大節(jié)距凸點(diǎn)互連中， 而對(duì)于節(jié)距小于100 μm 的倒裝芯片凸點(diǎn)互連，如仍采用這種技術(shù)，易在填充時(shí)產(chǎn)生大量孔洞，如圖1 所示。因此，對(duì)于窄節(jié)距倒裝芯片互連，目前產(chǎn)業(yè)界多采用預(yù)成型底部填充技術(shù)。

圖1 組裝后底部填充技術(shù)在應(yīng)用于窄節(jié)距互連時(shí)產(chǎn)生的孔洞[3]

預(yù)成型倒裝芯片底部填充技術(shù)是指底部填料在芯片互連之前就被施加在芯片或基板上，在后續(xù)的回流或熱壓鍵合過(guò)程中，芯片凸點(diǎn)互連與底部填充固化同時(shí)完成。 該技術(shù)主要可以歸納為2 種方法： 非流動(dòng)底部填充（NUF）和圓片級(jí)底部填充（WLUF）。

2.1 非流動(dòng)底部填充

美國(guó)佐治亞理工學(xué)院于1996 年首先提出了非流動(dòng)底部填充技術(shù)[8]并成功應(yīng)用于無(wú)鉛C4 凸點(diǎn)的倒裝芯片組裝[9]，具體工藝流程如圖2 所示[2]。 該技術(shù)省去了單獨(dú)的助焊劑涂敷、底部填料的毛細(xì)流動(dòng)注入和助焊劑清洗步驟，將焊料凸點(diǎn)回流和底部填充劑固化結(jié)合為一個(gè)步驟，從而既消除了底部填充時(shí)易產(chǎn)生的孔洞又提高了底部填充工藝的生產(chǎn)效率。

圖2 非流動(dòng)底部填充工藝流程[2]

近年來(lái)，針對(duì)倒裝芯片窄節(jié)距凸點(diǎn)的非流動(dòng)底部填充技術(shù)也取得了發(fā)展。AMKOR[5]首先提出了利用非導(dǎo)電漿料（NCP）用作非流動(dòng)底部填料，在實(shí)現(xiàn)凸點(diǎn)互連的同時(shí)完成NCP 的固化，其工藝流程如圖3 所示。

圖3 面向窄節(jié)距凸點(diǎn)互連的NCP 非流動(dòng)底部填充技術(shù)工藝流程[5]

早期針對(duì)大節(jié)距凸點(diǎn)（圖2）的非流動(dòng)底部填充技術(shù)是通過(guò)回流來(lái)實(shí)現(xiàn)凸點(diǎn)互連與底部填料固化的，為了避免底部填料中的SiO2顆粒鑲嵌在互連界面影響接頭的形成與電互連的可靠性，早期的底部填料中不含或只含很少的SiO2填料。 在基于NCP 的非流動(dòng)底部填充中（圖3），由于在鍵合過(guò)程中施加壓力可以減少SiO2顆粒在互連界面的鑲嵌， 因此NCP 材料中含有SiO2填料， 同時(shí)有研究表明隨著NCP 中SiO2填料質(zhì)量百分比的增加，NCP 材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）會(huì)減小，而粘度和楊氏模量會(huì)增加，組裝的可靠性也隨SiO2填料的增加而有所提高[10]。目前NCP 非流動(dòng)底部填充技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于Samsung 手機(jī)處理器的封裝中，如圖4 所示。

圖4 應(yīng)用于Samsung 手機(jī)處理器中的NCP 非流動(dòng)底部填充技術(shù)[11]

2.2 圓片級(jí)底部填充

為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)業(yè)界在非流動(dòng)底部填充技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了圓片級(jí)底部填充技術(shù)。 通過(guò)旋涂或?qū)訅旱姆绞綄⒌撞刻盍鲜┘釉谡麄€(gè)圓片上，然后將圓片劃片切成單顆的芯片，最后通過(guò)回流或熱壓鍵合來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片與芯片/基板之間的凸點(diǎn)互連與底部填料固化。

目前應(yīng)用較為廣泛的圓片級(jí)底部填料是非導(dǎo)電薄膜（NCF），NCF 是以膜的形式存在，可以通過(guò)夾在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）之類(lèi)的塑料薄膜中以卷材形式使用。這種特性有利于NCF 在圓片級(jí)底部填充工藝中的應(yīng)用，其工藝流程如圖5 所示[12]，首先在圓片正面真空層壓NCF，然后在圓片背面貼劃片膜，通過(guò)劃片將圓片切成單顆芯片，最后倒裝芯片經(jīng)過(guò)熱壓鍵合實(shí)現(xiàn)互連與固化成型。這種基于NCF 的圓片級(jí)底部填充技術(shù)多應(yīng)用于節(jié)距為40～80 μm 的微凸點(diǎn)互連中。

圖5 NCF 圓片級(jí)底部填充工藝流程[12]

圓片級(jí)底部填充工藝成功的關(guān)鍵是要保證在劃片之前，圓片上的底部填料處于半固化狀態(tài)（B-Stage，或稱(chēng)B-階）， 具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性以滿足后續(xù)劃片、 儲(chǔ)存等的需求， 圖6 為劃片后的芯片邊緣照片，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)底部填料的變形[13]。 同時(shí)處于B-階的底部填料也具有“ 可回流性”，即具有熔化和流動(dòng)的能力，從而在后續(xù)互連過(guò)程中焊料帽能夠浸潤(rùn)焊盤(pán)并形成焊點(diǎn)。 因此，對(duì)于成功的圓片級(jí)底部填充而言，保證底部填料處于B- 階以及控制后續(xù)的熱壓固化工藝是至關(guān)重要的。

同為預(yù)成型底部填充，NCF 的生產(chǎn)效率要比NCP高很多，因?yàn)镹CF 可以在整個(gè)圓片上進(jìn)行層壓；同時(shí)NCF 工藝也較NCP 更好控制， 如熱壓過(guò)程中NCP 的溢出較難控制，限制了其在三維封裝方面的應(yīng)用。 但NCF 的缺點(diǎn)是流動(dòng)性較NCP 差， 導(dǎo)致互連界面殘留的底部填料較多，降低了接頭的電互連可靠性；同時(shí)它不能靈活應(yīng)對(duì)具有不同凸點(diǎn)高度的芯片，只能考慮配以不同厚度的膜。 目前，Sanyo[14]、Hitachi[15-16]、Tohoku[17-18]、DOW[19]、Hynix[20]、KAIST/Samsung[21-22]、Amkor/Qualcomm[23]和Toray[24-26]等都對(duì)基于NCF 的圓片級(jí)底部填充技術(shù)進(jìn)行了研究， 并應(yīng)用于2.5D/3D 集成中。 圖7 為Samsung 在其動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器中應(yīng)用NCF 底部填充技術(shù)的實(shí)例[15,27]，它實(shí)現(xiàn)了基于硅通孔（TSV）的4 層存儲(chǔ)芯片的互連與底部填充。

圖6 涂有NCF 圓片在劃片后芯片邊緣的SEM 照片[13]

圖7 Samsung 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器中應(yīng)用NCF 底部填充實(shí)例[27]

NCP 和NCF 材料主要由基體膠、稀釋劑、增韌劑和其他添加劑組成。 基體膠主要有環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚酰亞胺及熱塑性塑料等；稀釋劑通常主要包括醇類(lèi)、酯類(lèi)稀釋劑等；增韌劑包括低分子液體改性劑等非反應(yīng)性增韌劑。 NCP 材料的主要供應(yīng)商有Henkel、Namics、Nagase、Hitachi、Panasonic 等，NCF 的供應(yīng)商有Henkel、Hitachi、Toray、Nitto Denko、Namics、Sumitomo 等。

3 預(yù)成型底部填充技術(shù)的最新進(jìn)展

目前， 利用NCP/NCF 作為底部填料的預(yù)成型底部填充技術(shù)在窄節(jié)距倒裝互連的三維堆疊存儲(chǔ)芯片以及圖像傳感器芯片等方面都得到了較為廣泛的研究與應(yīng)用，但是在面向大規(guī)模量產(chǎn)和未來(lái)進(jìn)一步的窄節(jié)距倒裝互連時(shí)還存在一定的技術(shù)挑戰(zhàn)，未來(lái)還需要在提高量產(chǎn)生產(chǎn)效率、提升電互連的可靠性以及開(kāi)發(fā)納米級(jí)高熱導(dǎo)率填料等方向繼續(xù)發(fā)展。

3.1 提高量產(chǎn)生產(chǎn)效率

預(yù)成型底部填充技術(shù)多用于節(jié)距小于100 μm 的凸點(diǎn)互連， 與傳統(tǒng)的C4 凸點(diǎn)大批量回流之后進(jìn)行底部填充相比，一般一次熱壓過(guò)程只能完成一個(gè)芯片的鍵合與底部填充，因此整體的生產(chǎn)效率較低。

為了提高生產(chǎn)效率，TORAY[24]提出了將熱壓鍵合過(guò)程分為2 個(gè)過(guò)程進(jìn)行：第一步是預(yù)鍵合，主要實(shí)現(xiàn)芯片的拾取和放置；第二步是主鍵合，通過(guò)一次熱壓過(guò)程完成多個(gè)芯片在基板上的鍵合。 這種將預(yù)鍵合和主鍵合分步（PMD）進(jìn)行的方法能夠較好地提高生產(chǎn)效率。PMD 工藝流程如圖8（a）所示。它由A 和B 的2 個(gè)并行工序組成， 通過(guò)分步預(yù)鍵合A 和主鍵合B 的方法， 壓頭的溫度在整個(gè)過(guò)程中始終保持恒定， 如圖8（b）所示，省去了壓頭升溫和降溫的時(shí)間，從而提高了生產(chǎn)效率。 此外，預(yù)先施加的NCF 也能夠防止在從過(guò)程A 到過(guò)程B 的基板傳輸過(guò)程中芯片的移動(dòng)。 圖8（d）展示了鍵合后的互連界面截面圖。

TORAY 這種分步鍵合的方法也可以用在芯片堆疊中以提高生產(chǎn)效率，如圖9 所示[26,28]。 圖10 為用這種方法鍵合后的三維芯片堆疊截面示意圖，可以看到能夠?qū)崿F(xiàn)良好的三維堆疊互連。

3.2 提高電互連可靠性

預(yù)成型底部填充技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的另一個(gè)主要問(wèn)題是凸點(diǎn)處的電互連可靠性。 由于底部填料在凸點(diǎn)互連之前就已經(jīng)鋪展在芯片載體上了，因此在凸點(diǎn)互連過(guò)程中，底部填料中的SiO2填料很容易殘留在凸點(diǎn)之間，如圖11 所示[10]，從而降低互連的導(dǎo)電性能和載流能力，影響在高溫/高濕或熱循環(huán)下的可靠性。

針對(duì)以上問(wèn)題，很多公司及研究機(jī)構(gòu)都提出了相應(yīng)的解決方案，主要包括雙層工藝、兩步工藝、混合鍵合以及自組裝技術(shù)等。

佐治亞理工學(xué)院[29]、HITACHI[30]等提出了使用兩層非流動(dòng)底部填料的方法。 雙層底部填充方法工藝流程如圖12 所示： 首先在基板上施加一層底部填料，這種材料具有相對(duì)較高的粘度且不含SiO2填料，然后在其上面再滴涂一層含有SiO2的底部填料，最后將芯片放置在基板上進(jìn)行鍵合，實(shí)現(xiàn)凸點(diǎn)互連與底部填料的固化。已有文獻(xiàn)報(bào)道用含65%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的SiO2填料的頂層底部填料可以實(shí)現(xiàn)100%的互連良率[29]。使用這種雙層工藝雖然可以避免SiO2顆粒的嵌入，但是在實(shí)際工藝過(guò)程中，需要對(duì)各工藝參數(shù)以及材料參數(shù)進(jìn)行精確的控制，如底層材料的厚度和粘度對(duì)焊料凸點(diǎn)的潤(rùn)濕性起至關(guān)重要的作用，鍵合過(guò)程中的壓力以及溫度直接影響了2 種材料的融合固化以及焊料凸點(diǎn)的互連等，因此實(shí)際生產(chǎn)中工藝窗口很窄。 此外，由于該工藝中使用了2 種底部填料， 大大增加了工藝步驟和工藝成本。

圖8 基于NCF 底部填充PMD 的鍵合工藝[24]

圖9 基于NCF 底部填充的分步鍵合方法應(yīng)用于芯片堆疊中[26]

圖10 三維芯片堆疊鍵合截面圖[26]

圖11 底部填料中的SiO2 填料殘留在凸點(diǎn)的鍵合界面[10]

圖12 雙層底部填充方法[29]

TORAY[32]、IMEC[33-36]等還提出了2 步工藝的方法解決互連可靠性問(wèn)題。 即在圓片上施加NCF 之后，通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）、快速切割等方法，對(duì)凸點(diǎn)和底部填料的表面進(jìn)行處理， 一方面實(shí)現(xiàn)表面的平坦化，另一方面也可以去除凸點(diǎn)表面的底部填料，從而解決SiO2填料的嵌入問(wèn)題。利用快速切割的方式去除凸點(diǎn)上的底部填料工藝流程如圖13 所示[32]。 圖14 展示了表面處理后的效果[33]，可以看到CMP 之后凸點(diǎn)能夠完全暴露出來(lái)。 該方法的缺點(diǎn)是增加了工藝成本和工藝難度。 在化學(xué)機(jī)械拋光中，需要選擇合適的拋光液，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)Cu/Sn 凸點(diǎn)與底部填料的平坦化。研究表明， 對(duì)于嵌入底部填料中Sn 凸點(diǎn)的化學(xué)機(jī)械拋光，其對(duì)拋光液的酸堿性有很強(qiáng)的依賴(lài)性，選擇酸性-中性的拋光液能夠?qū)崿F(xiàn)更加平坦的表面[33]。此外，利用快速切割的方法，容易在凸點(diǎn)及底部填料表面產(chǎn)生比較大的劃痕。 為了簡(jiǎn)化工藝、降低成本，早稻田大學(xué)[37]提出了一種更為簡(jiǎn)單的結(jié)合等離子刻蝕的熱壓平整化工藝，如圖15 所示，也可以達(dá)到預(yù)期的效果。

圖13 利用快速切割的方式去除凸點(diǎn)上的底部填料[32]

圖14 CMP 后得到的凸點(diǎn)/ 底部填料表面SEM 照片[33]

為了去除凸點(diǎn)表面的底部填料，提出了采用光敏光刻膠作為底部填料的方法[38-40]。 在完成圓片上的凸點(diǎn)制作之后， 先旋涂一層光敏光刻膠作為底部填料，然后利用光刻技術(shù)對(duì)光刻膠進(jìn)行圖形化處理，去除凸點(diǎn)上的光刻膠，工藝流程如圖16 所示[38]。 由于凸點(diǎn)鍵合與光刻膠固化同時(shí)實(shí)現(xiàn)， 該方法被稱(chēng)為混合鍵合。常用的光敏光刻膠有BCB、PI、SU-8 等。目前有許多研究機(jī)構(gòu)都對(duì)混合鍵合技術(shù)進(jìn)行了研究。 大連理工大學(xué)利用Cu-SnAg 固液擴(kuò)散鍵合技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)凸點(diǎn)互連，并采用B-階干膜作為光敏光刻膠來(lái)實(shí)現(xiàn)底部填充，其鍵合工藝參數(shù)（溫度/ 時(shí)間/ 壓力） 為240 ℃/10 min/10 kN，最終通過(guò)控制凸點(diǎn)厚度與有機(jī)物厚度同時(shí)實(shí)現(xiàn)了凸點(diǎn)互連以及光刻膠的固化[39]。 臺(tái)灣交通大學(xué)也對(duì)混合鍵合進(jìn)行了研究，在利用Cu-Sn 固液擴(kuò)散鍵合技術(shù)實(shí)現(xiàn)凸點(diǎn)互連的基礎(chǔ)上，對(duì)比優(yōu)化了使用不同光敏光刻膠（PI、SU-8 以及BCB）對(duì)應(yīng)的最佳鍵合工藝參數(shù)[38]。清華大學(xué)采用了獨(dú)特的非對(duì)稱(chēng)混合鍵合結(jié)構(gòu)，即只在頂部圓片上進(jìn)行光刻膠的旋涂、光刻等，而不對(duì)底部圓片進(jìn)行任何工藝操作，從而保護(hù)了底部圓片上的器件結(jié)構(gòu)，使其適用于MEMS 圓片鍵合中[40]。 但由于光刻膠中一般不含SiO2顆粒， 其CTE 值較常規(guī)底部填料高，因此使用混合鍵合方法對(duì)封裝體整體可靠性的影響還需深入研究。

圖15 熱壓-等離子刻蝕方法去除凸點(diǎn)表面的底部填料[37]

圖16 凸點(diǎn)/ 光刻膠混合鍵合工藝流程[38]

佐治亞理工學(xué)院WONG 等[41]還提出了一種新的自組裝技術(shù)來(lái)解決SiO2顆粒的嵌入問(wèn)題，通過(guò)對(duì)焊盤(pán)及鈍化層的表面預(yù)處理，使銅焊盤(pán)表面疏水而鈍化層Si3N4表面親水，從而實(shí)現(xiàn)底部填料的自組裝，如圖17所示。 研究結(jié)果表明，表面處理后的焊盤(pán)和鈍化層表面的水接觸角差值可以達(dá)到119.9°（或底部填料接觸角差值可以達(dá)到91.6°），從而實(shí)現(xiàn)了自組裝，解決了凸點(diǎn)互連中底部填料嵌入的問(wèn)題。 圖17 通過(guò)掃描電鏡及能譜測(cè)試也展示了表面處理后銅焊盤(pán)上幾乎沒(méi)有SiO2顆粒，成功地實(shí)現(xiàn)了底部填料的自組裝。 文中還提出該自組裝技術(shù)能夠與市場(chǎng)上的商業(yè)底部填充劑相容。

圖17 底部填料在銅焊盤(pán)及阻擋層表面的自組裝效應(yīng)[41]

3.3 開(kāi)發(fā)納米級(jí)高熱導(dǎo)率填料

預(yù)成型底部填充技術(shù)主要應(yīng)用于倒裝芯片窄節(jié)距互連中，芯片與基板之間的高度也比較小，傳統(tǒng)底部填料中的微米級(jí)SiO2顆粒難以滿足節(jié)距及高度不斷縮小的需要， 很容易出現(xiàn)孔洞， 因此利用納米級(jí)SiO2作為填料成為了新的發(fā)展趨勢(shì)[2,41-42]，圖18 所示為制得的納米SiO2顆粒。市場(chǎng)上也開(kāi)始出現(xiàn)了一些較為成熟的填充納米SiO2的底部填料。

圖18 納米SiO2 顆粒掃描電鏡照片

利用納米SiO2顆粒作為填料還存在一些問(wèn)題：納米SiO2具有較大的比表面積和表面自由能，易于產(chǎn)生團(tuán)聚，導(dǎo)致分散性較差；同時(shí)，填充納米SiO2后底部填料的粘度急劇增加，流動(dòng)性變差；此外，嚴(yán)重的團(tuán)聚會(huì)使填料與基體之間的界面結(jié)合變?nèi)?，降低底部填料整體的熱機(jī)械性能[42]。

研究結(jié)果表明，通過(guò)溶膠-凝膠法、化學(xué)沉淀法等制備得到的SiO2納米顆粒表面存在大量的硅烷醇，會(huì)導(dǎo)致底部填料的粘度增加，熱機(jī)械性和可靠性也會(huì)下降。因此，為制備得到高性能的底部填料，去除SiO2填料表面的-OH 基是非常必要的[43]。 表面改性是一種有效的方法，可消除-OH 的負(fù)面影響。 最廣泛使用的表面改性劑是硅烷偶聯(lián)劑。 由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，其一端可以與SiO2填料發(fā)生物理或化學(xué)鍵合，另一端與聚合物基體實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的相容性，可以顯著改善SiO2在聚合物基體中的分散性和界面相容性。 按照硅烷偶聯(lián)劑的添加方法可以分為物理添加和化學(xué)改性。 物理添加是直接將填料和偶聯(lián)劑混合到環(huán)氧基質(zhì)中，而化學(xué)改性是將改性后的SiO2添加到環(huán)氧基質(zhì)中。 相比之下，化學(xué)表面改性可以在粘度和熱機(jī)械性能方面實(shí)現(xiàn)更好的改善[44]。 圖19 所示為利用化學(xué)改性方法對(duì)納米級(jí)SiO2顆粒進(jìn)行表面處理后的效果[45]，通過(guò)這種方法得到了分散均勻、與聚合物基體界面相容的納米SiO2填料，該復(fù)合材料的各項(xiàng)性能（包括粘度、CTE 等）都滿足對(duì)底部填料的需求。

圖19 化學(xué)改性方法對(duì)納米級(jí)SiO2 顆粒進(jìn)行表面處理[45]

此外，隨著對(duì)底部填料導(dǎo)熱性能的需求進(jìn)一步增加，需要開(kāi)發(fā)新的材料來(lái)提高材料的熱導(dǎo)率。 目前的研究方向?yàn)橛闷渌麩釋?dǎo)率較高的材料替換SiO2顆粒作為新的填料，從而提高底部填料整體的熱導(dǎo)率。 有研究將具有高導(dǎo)熱性的陶瓷填料如氮化硼、 氮化鋁、氧化鋁和碳化硅等摻入環(huán)氧樹(shù)脂，但是因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱性能，往往需要填充大量的陶瓷填料，而這可能會(huì)導(dǎo)致底部填料的熱機(jī)械性能變差，粘度變高。 也有研究利用銀納米線（AgNWs）作為填料，但銀的導(dǎo)電性能太好， 因此底部填料的絕緣性無(wú)法得到嚴(yán)格的保證。有研究者提出了AgNWs@SiO2核殼結(jié)構(gòu)來(lái)作為填料[46]，如圖20 所示。 最終得到的AgNWs@SiO2復(fù)合環(huán)氧基底部填料既可以實(shí)現(xiàn)較高熱導(dǎo)率[大于1 W·(m·K)-1]，又能滿足底部填料絕緣性、粘度小于20 Pa·s 等其他方面的性能需求。

圖20 新型底部填充材料中的填料[46]

4 結(jié)論

隨著倒裝芯片底部凸點(diǎn)的節(jié)距越來(lái)越小，原來(lái)的組裝后底部填充技術(shù)已不能適應(yīng)100 μm 以下的窄節(jié)距工藝，為了窄節(jié)距芯片互連的需要開(kāi)發(fā)了預(yù)成型底部填充技術(shù)，該技術(shù)主要包括非流動(dòng)底部填充和圓片級(jí)底部填充兩大類(lèi)。

以NCP 為代表的非流動(dòng)底部填充和以NCF 為代表的圓片級(jí)底部填充均已成功應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中。 NCP 與NCF 的材料組成基本相同， 但NCP 為液態(tài)，NCF 是以膜的形式存在，兩者工藝不同。

針對(duì)NCP/NCF 預(yù)成型底部填充技術(shù)生產(chǎn)效率較低、電互連可靠性以及材料性能等方面的問(wèn)題，產(chǎn)業(yè)界提出了多種改進(jìn)措施：針對(duì)提高生產(chǎn)效率，開(kāi)發(fā)了分步鍵合的方法，該法也能用于芯片三維集成；為解決SiO2顆粒嵌入互連界面的問(wèn)題，提出了采用雙層工藝、兩步工藝、混合鍵合及自組裝技術(shù)等解決方法，以去除凸點(diǎn)表面的底部填料從而得到更為可靠的電互連。 底部填料性能的改進(jìn)主要集中在填料的選擇上：為適應(yīng)窄節(jié)距互連，采用納米級(jí)SiO2填料并對(duì)易發(fā)生團(tuán)聚的納米SiO2顆粒進(jìn)行表面改性。 此外，還可以通過(guò)將傳統(tǒng)的SiO2填料替換成熱導(dǎo)率更高的陶瓷粉填料、氧化鋁填料、納米級(jí)AgNWs、AgNWs@SiO2等材料來(lái)獲得導(dǎo)熱性能和可靠性更高的底部填料，以滿足目前電子產(chǎn)品中更高的散熱需求。 今后窄節(jié)距倒裝芯片的底部填充技術(shù)和高性能底部填充料的改進(jìn)都仍將是微電子封裝技術(shù)發(fā)展中的重要方向之一。