芯片底部填充膠的工藝和應用分析

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，是使用諸如環氧樹脂類、有機硅樹脂類以及填充劑等化學物質針對球柵陣列封裝(ball grid array, BGA)模式下的芯片物質進行底部的填充和密封，進而利用加熱技術進行固化。最終化學物質填充BGA芯片的底部位置空隙，實現芯片內部結構加固的目標，在封裝環境下，可有效強化BGA芯片結構的抗擊機械沖擊和跌落性能，避免環境因素對芯片電子學性能的影響。

由于底部填充膠一般用于CSP/BGA的底部填充，所以該施工技術具有較高的操作性，便于系統維修，并且大多數膠液(如采用的環氧樹脂類、有機硅樹脂類等物質)自身具備較高的抗振性能，進而極大增強了電子產品生產的基礎可靠性和穩定性。加上現階段底部填充膠物質本身是一種的低粘合程度、低溫度固化的原材料，并且該物質基礎流動速度較快，并且工作壽命時間較長，被廣泛的使用在MP3、USB、手機、藍牙等終端移動電子產品的線路板結構組裝。除此之外，芯片生產過程中的底部填充膠工藝，與其他芯片封裝操作技術相比較，該技術引線電力感應相對較小，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延時時間相對較短，其電力性能較好，進而成為現階段寄生效果最佳的互聯方法。

1 芯片底部填充膠概論

常見底部填充膠液在生產和應用環節中可以使用非常規使用技術方式，進而使用瞬干膠物質或者在常溫環境下進行固化，此種膠液物質能夠在BGA 封裝模式芯片物質周邊以及角落部分進行全面填滿，最終實現結構加固的最終目標。而在芯片生產過程中，其底部填充膠液應用的原理主要利用毛細作用，致使膠水物質能夠快速流過BGA結構芯片底部位置，由于其毛細流動的最小空間需要保證在10 μm。進而滿足芯片焊接技術工藝的焊接連接盤與焊錫球之間的最低電氣性能需求，同時芯片生產環節中，其膠水物質流過不能小于4 μm的間隙，進而有效確保芯片焊接技術工藝以及電氣安全的基礎特點。現階段底部填充膠液在流動現象研究過程中，其基礎流動現狀主要為反波紋形式，為此在底部填充膠的生產流程上應詳細檢查其基礎填充效果和質量水平，針對此種現狀只需要詳細觀察膠液對面位置，進而能夠判定對面位置可以進一步觀察出膠水基礎痕跡[1]。

現階段芯片自身較高的穩定性和可靠性，黏合程度較低，并且系統流動相對較快，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。加上現階段我國大多數材料固化時間較短，利于芯片大批量生產，進而減少材料所產生的不良效率。我國在芯片底部便攜式設備使用方面上，其線路結構相對較薄，無論是材料使用硬度還是剛度都極低，設備使用極易造成外部形變問題。現階段我國設備內部結構各個焊接間距和強度相對較小，因此設備內部結構的芯片耐機械造成的沖擊問題和熱量差距同樣相對比較明顯。為了進一步滿足芯片底部填充膠以及設備內部結構穩定性要求，芯片安裝過程需要憑借底部填充技術。同時設備在底部填充材料共同作用之下，可以進一步保證已經熱化流動的芯片結構充滿設備內部結構中。

2 芯片底部填充膠技術工藝

2.1 填充技術

在芯片底部填充膠實施過程中，由于線路板結構在方案設計上存在著明顯的區別和不同，致使芯片周邊位置會產生其他的電子零部件，最終生成了多種的施膠技術方式。設備內部芯片位置所造成的尺寸信息和數據過大，那么會導致膠液實施過程中，需要進行重復施膠操作，進而確保芯片底部填充膠的基礎填充水平和質量。中國現階段常見的底部膠液填充技術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

芯片在自身結構組裝時，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。在實際開展操作環節時，一般不會超過靈活操作、高效流動以及快速固化等技術需求，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境溫度作為基礎條件，進而有效保護主板結構上的其他零部件以及焊接位置點。除此之外，芯片進行底部填充膠操作時，膠液的基礎固化速度一般較短，并且芯片基礎固化的時間長度直接影響芯片流水線作業的質量水平和效率。根據芯片生產和制造實際情況進行詳細分析，常見的底部填充膠基礎固化條件為外部環境溫度需小于150 ℃，其膠液固化時間小于10 min，保證在芯片回流焊接固化區域具有基礎的溫度設置，繼而保證基礎固化效果[2]。

2.3 影響因素

在底部填充膠基礎參數設定過程中，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：芯片設計參數、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數據模型，詳細分析其參數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的表面張力需要在標準范圍內。所以該物質在實際生產和制造過程中，在確保膠質物質熱量引導以及機械強度參數滿足基礎要求條件下，應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，提高生產效率。

2.3.2 接觸角度

從現階段的底部填充膠物質整個實驗流程能夠進一步觀察出，當物質接觸角度達到10～20°范圍內，接觸角度不斷增加對膠質物質的流動性產生了阻礙作用，同時其膠質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。這是因為在此案例中，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，加快充填過程，提高生產效率。

3 芯片底部填充膠技術應用分析

3.1 芯片兼容性應用

芯片生產過程中，其零部件基礎兼容性問題以及實際應用成為了現階段芯片底部填充膠技術核心內容，所以該技術使用過程中，所使用的輔助焊接試劑能夠有效環節零部件保護以及基礎性能氧化等基礎功能和作用，因此該物質再生產環節中，該芯片主要成分包括：松香樹脂物質、有機酸性活躍試劑以及有機溶解試劑等相關物質和主要成分。然而現階段芯片進行結構焊接之后需要針對輔助焊接試劑進行全面結構清洗，但是常規操作流程無法保證輔助焊接試劑能夠徹底被清洗。

芯片加工環節上，底部填充物質從本質上看屬于多種元素的混合物質。該物質主要由環氧樹脂元素、基礎結構固化試劑以及輔助試劑等核心物質共同構成。而底部填充膠在使用過程中，其內部結構中的主要成分再實際操作時，極易與輔助焊接試劑產生相互反應，進而導致底部填充膠的基礎比例和搭配模式產生明顯區別和變化，比如：膠水延遲現狀、固化現狀以及流動現狀等。為此芯片使用底部填充膠技術時，應該充分考慮芯片使用的兼容性問題。針對此種現狀，兼容性能的數據測試可以使用成分切片開展詳細的數據觀察，同時還可以將膠水物質與錫膏全部混合之后，通過結構固化進一步快速判斷芯片生產情況。而混合之后的底部填充膠物質想要保證芯片生產質量，還應該與錫膏物質按照標準比例和規定時間進行相互混合，保證混合物在完全固化之后不會產生氣泡以及不固化現狀。由此可以得出相關結論：按照此種比例的膠液自身并不存在兼容性差等相關問題。如果適用此種技術方式不能有效判定混合物固化效果和質量，則應該使用差示掃描量熱儀 DSC 測試是否有反應峰來驗證。

3.2 切片應用

底部填充膠在芯片結構上完全固化之后，技術人員還可以通過芯片的四周區域詳細觀察膠水物質的表面變化情況，但是芯片在生產過程中如果其內部結構出現缺陷問題時，比如：無法固化、膠液填充不滿、氣孔分布等相關問題則需要利用切片技術分析才能實現信息觀察。其中芯片材料的切片數據分析主要將已經固化完畢后的芯片物質以及電路板全部剪切，進而使用專業的研磨設備針對主要線路結構板外部表面全部打磨，直至研磨至錫球結構以及膠水結構層。此時，技術人員需要在顯微鏡使用環境下詳細觀察膠液在芯片結構底部的實際填充情況。在芯片零部件加工環節中，底部填充膠一旦產生不固化情況，一般原因由于膠液的基礎固化溫度、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生的主要原因則包含：膠液基礎流動性能、膠液氣泡問題、基礎板材污染以及水物質等相關因素的影響，進而導致產生芯片膠水填充不充分，造成芯片跌落數據測試造成不良作用和影響，極易產生結構開裂問題和現狀。除此之外，材料所產生的氣孔問題在技術試驗過程中會出現較大的影響。并且在高溫環境下，材料內部結構的氣孔會產生相應的機構應力，進而對膠液以及芯片基礎焊點造成嚴重破壞[3]。

4 結語

由此可見，芯片底部填充膠的工藝和應用環節上，內部結構組裝實施過程中，進一步要求膠水物質的黏合程度，能夠進一步完成物質的快速流動。而該物質在中、低溫環境下能夠實現快速固化，底部填充膠為保護元器件起到了決定性作用。