倒装芯片半导体倒装芯片（FC）底部填充工艺的详解；-芯片供应商-上海羊羽卓进出口贸易有限公司

倒装芯片半导体倒装芯片（FC）底部填充工艺的详解；

发布时间 : 2024-10-06

作者 : 小编

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半导体倒装芯片（FC）底部填充工艺的详解；

倒装芯片（FC）技术是一种将芯片直接连接到基板上的封装方式，它具有高密度、高性能、低成本等优点。但是，由于芯片和基板之间存在热膨胀系数（CTE）的不匹配，当温度变化时，焊点会承受很大的热应力，导致疲劳损伤和失效。为了提高焊点的可靠性，一种常用的方法是在芯片和基板之间注入一种聚合物材料，称为底部填充（underfill）。底部填充可以改善焊点的应力分布，减少焊点的应变幅度，延长焊点的热疲劳寿命。

而倒装芯片技术被广泛应用于先进封装技术领域，可以有效解决芯片与基板之间因应力不匹配产生的可靠性问题。底部填充工艺通过在芯片和基板的间隙填充有机胶，使得应力可以被重新分配，进而起到保护焊点的作用，提升封装可靠性。随着芯片不断向轻薄化方向发展，芯片尺寸的缩减和结构的精细化导致对填充材料的性能及封装可靠性的要求不断提高，底部填充工艺面临着更大的挑战。材料设计、工艺优化等措施是应对潜在挑战的有效方式。

随着芯片越来越趋于小型化和轻薄化，封装技术不断朝着高密度集成的方向发展，传统的引线键合难以满足先进封装的需求和发展趋势，因此倒装芯片技术应运而生。倒装芯片技术具有信号传输路径短、散热性能好、电感电容低等优势，可实现高密度、小尺寸的封装，在实际应用中有着广阔的前景。

倒装芯片技术是通过凸块实现芯片与基板的直接键合，由于芯片与基板的热膨胀系数（CTE）不匹配会产生应力，可能导致焊接失效甚至产生裂纹，从而影响产品可靠性。目前行业内普遍采用底部填充工艺来解决应力问题。通过利用环氧树脂填充芯片与基板之间的间隙，可以有效地分散芯片所受的应力。同时，这种方法还能隔离焊点与外界环境的直接接触，从而保护焊点并提升芯片的可靠性。为了优化环氧树脂的性能，通常会在其中添加二氧化硅等材料，使其表现出高模量、低 CTE、低吸湿性和良好的黏附性等特点。

目前主流的底部填充工艺有流动式、非流动式、模压式和晶圆级等。随着芯片的集成化程度越来越高，凸块间距越来越小，倒装芯片的间隙也不断缩小，无铅焊料的大范围使用、底部填充工艺效率、材料选择和封装高可靠性对底部填充工艺提出了新的要求。本文主要介绍底部填充工艺的过程和改进措施，以及其研究进展和面临的挑战。

简单来说，底部填充工艺就是将环氧树脂胶水点涂在倒装晶片边缘，通过“毛细管效应”，胶水被吸往元件的对侧完成底部充填过程，然后在加热的情况下胶水固化。为了加快胶水填充的速度，往往还需要对基板进行预热。利用“毛细管效应”进行底部填充的工艺分为以下几个步骤：

·基板预热；

·分配填料（点胶）；

·毛细流动；

·加热使填料固化。

为什么倒装晶片焊接完后都需要进行底部填充呢？我们来看焊接完成之后组件中材料，其中有电路板、元器件和电路板材料为有机材料，如环氧树脂玻璃纤维加强材料、铜焊盘及线路、焊盘上其他金属和阻焊膜，而元件基材是硅，还有金属焊球。所有这些材料热膨胀系数都不一致，稍微的热变形可能会造成组件内应力集中的现象，由于倒装晶片组件的焊点非常小，很容易在此过程中破裂。之所以需要底部填充是因为倒装晶片组件：

①材料之间热膨胀系数不匹配；

②弯曲变形可能造成失效；

③跌落/冲击/机械振动造成失效；

④静态负荷，如散热片工作产生的热量导致失效；

⑤需要提高热循环寿命。

底部填充分为基于毛细流动的底部填充和预先施加胶水的非流动性底部填充工艺。下图中，就是因未进行底部填充，SnPb焊点出现疲劳裂纹

一、流动式底部填充工艺

流动式底部填充工艺（CUF）利用树脂材料通过毛细作用力流入芯片和基板之间的间隙。该工艺出现较早，因此被认为是传统的底部填充工艺，其工艺流程如下图所示。在基板上涂覆一层助焊剂，把芯片翻转倒置在基板上，通过加热完成键合，随后清洗掉残余的助焊剂。通过动力系统（如点胶机）把适量底部填充胶沿着芯片边缘注入基板和芯片之间的空隙，底部填充胶在毛细力的作用下向芯片中心流动，逐渐填满芯片和基板之间的空隙。完成填充后进入加热固化环节，将芯片、底部填充胶和基板黏接成一个整体。在此过程中，残留的助焊剂会影响填充材料的性能，导致固化后形成空洞，影响产品的可靠性。整个填充过程较为缓慢。一些研究者对不同点胶方式（单面点胶、L形点胶、U 形点胶）进行仿真实验，结果表明，不同的点胶方式对底部填充胶的流动和填充时间有重要影响。因此，在实施底部填充前，需根据不同的封装设计要求，选择合适的点胶方式和填充材料，计算出所需底部填充胶的质量和体积，估算填充时间，提高底部填充的效率和可靠性。

典型的流动式底部填充胶是由液体有机树脂黏结剂和无机填料组成的混合物。通常使用环氧树脂混合物作为有机树脂黏结剂。除了环氧树脂外，固化过程中经常使用固化剂以形成交联结构。加入催化剂可以延长使用时间和实现快速固化。通常在底部填充胶中加入 μm 级的二氧化硅作为无机填料，以改善固化后的材料性能，如降低 CTE、提高模量和降低吸湿性等，进而提高封装可靠性。NG 等深入研究了在底部填充胶中添加 nm 级二氧化硅的作用，提出添加适当比例的 nm 级二氧化硅可以提高填充效率和可靠性。此外，还可以在底部填充胶中添加黏合促进剂、增韧剂和分散剂，添加剂有助于树脂的混合，可以增强固化后底部填充胶的性能。

底部填充物是一种液态封装物，通常是大量填充 SiO2 的环氧树脂，用于倒装芯片互连后的芯片和基底之间。固化后，硬化的底部填充物具有高模量、与焊点相匹配的低 CTE 、低吸湿性以及与芯片和基板的良好粘合性。焊点上的热应力在芯片、底部填充物、基板和所有焊点之间重新分配，而不是集中在外围焊点上。实践证明，应用底部填充可将最重要的焊点应变水平降低到未封装焊点应变的 0.10-0.25。因此，底部填充可将焊点疲劳寿命提高 10 至 100 倍。此外，它还能保护焊点免受环境的侵蚀。底部填充是将倒装芯片技术的应用从陶瓷基板扩展到有机基板，从高端产品扩展到成本敏感型产品的一个切实可行的解决方案。

倒装芯片技术的进步推动了底部填充工艺和底部填充材料的发展。上图展示了采用底部填充工艺的倒装芯片的工艺步骤。芯片组装前后需要分别进行助焊剂点胶和清洗步骤。芯片组装到基板上后，未填充材料被分配并拖入芯片与基板之间的缝隙中。

填充速度过慢一直是流动式底部填充工艺的瓶颈之一，尤其是对于细间距、大尺寸、小空隙的芯片，填充时间较长，还存在填充不完全和出现空洞的风险。胡志勇采用加热基板的方式以降低底部填充胶的黏附，从而增大其流动性，缩短填充时间；HO 等总结了影响空洞形成的因素，提出减少残留的助焊剂以及使用与助焊剂相兼容的底部填充胶，可以有效减少空洞；陈志健等通过优化固化工艺，确认三段式固化程序有助于消除微气孔残留；WANG 等使用超声波辅助技术以改善工艺，研究超声驱动机理，发现超声波震动有利于提高底部填充胶的流速；LIN 等通过优化凸块设计，发现采用合理的凸块形状和间距不仅可以缩短填充时间，还能减少空洞的发生。流动式底部填充工艺操作简单，与各种填充胶和封装设计有较好的兼容性，虽然存在填充不完全和发生空洞的风险，在实际应用中仍被广泛采用。

二、非流动式底部填充工艺

非流动式底部填充工艺是在倒装芯片与基板键合前进行底部填充处理的工艺，其工艺流程如下图所示。首先将底部填充胶涂满基板，然后进行芯片倒装，在回流键合过程中完成底部填充胶的固化，直接省去了涂助焊剂、清洗助焊剂和底部填充胶毛细流动等步骤，提高了填充效率。

非流动式底部填充胶不仅具有传统工艺所需的材料特性，还可以满足特殊的要求。由于省去了涂助焊剂的步骤，所以非流动式底部填充胶必须具备足够的助焊功能，SUNG 等研发了 1 种非流动助焊剂底部填充胶，可以有效去除焊料凸块和金属焊盘表面的氧化物，保持焊料的润湿性以及良好的焊接效果。底部填充胶还需要具有长时间缓慢固化的特性，以确保在固化之前完成焊点键合。因为固化的底部填充胶会阻止熔化的凸块与焊盘的结合，导致焊接不良，尤其是在使用高熔点无铅焊料时，需要添加合适的催化剂。ZHANG 等通过研究底部填充胶的固化行为，添加助溶剂（如金属螯合物）以调整不同环氧树脂的固化时间，提高回流焊的良率。

在非流动式底部填充工艺中，在焊接凸块之间或者焊接凸块内部、底部发现空洞是很常见的，这是影响器件良率和可靠性的关键问题之一。通过分析工艺条件、材料特性以及焊接凸块和底部填充胶之间的化学反应，研究影响空洞形成的多种因素。NASHRUDIN 等采用数值模拟与实验相结合的方法，提出在工艺过程中不同位置的速度和压力分布不一致可能是导致空洞形成的原因。LEE 等在研究过程中发现焊料润湿性、焊料与底部填充胶之间的化学反应是导致空洞形成的重要因素。HURLEY 等通过建模研究焊料润湿性和空洞之间的关系，提出在焊料回流和底部填充胶固化过程中，挥发性气体的释放也是造成空洞的原因之一。因此，选择合适的材料和工艺参数可以最大限度地减少非流动式底部填充工艺中的空洞。然而，由于工艺窗口通常比较窄，因此解决空洞问题是非流动式底部填充工艺的关键。

对于采用非流动式底部填充工艺封装的芯片，由于 CTE 不匹配引起 PCB 附近的焊料发生断裂是 1 种常见的失效模式。KATSURAYAMA 等制备了 36 种具有不同热机械性能的底部填充胶，结果表明，具有高模量的底部填充胶有利于降低凸块内部积累的应变，具有低 CTE 的底部填充胶可以减少芯片封装后的翘曲。常用的改善方法是向环氧树脂中添加其他材料，使其具备低 CTE 和高模量。增韧剂可以起到提高底部填充胶韧性的作用。同样，使用二氧化硅可以降低底部填充胶的 CTE，提高封装的可靠性。但二氧化硅的存在会影响焊接过程，因此需要将其和热压回流焊技术共同使用。LI 等使用带有官能团的硅烷偶联剂对二氧化硅颗粒进行了表面改性处理。将经过改性的 nm 级二氧化硅与热固性树脂混合，形成均匀分散的无团聚颗粒，使用这种材料同样可以获得较高的可靠性。由于 nm 级二氧化硅具有较大的比表面积，容易形成团聚物，影响底部填充胶的性能，因此对其表面改性尤为重要。

使用非流动式底部填充工艺可以简化操作步骤，提高生产效率。然而热压回流焊技术和二氧化硅的使用并没有降低生产成本。为了解决在工艺和热循环过程中出现的焊点疲劳、芯片破裂等可靠性问题，需要研究者投入更多的精力开发材料和工艺。

三、模压式底部填充工艺

传统的倒装芯片封装工艺是先使用流动式底部填充工艺封装，然后再对整个芯片进行包覆成型。虽然材料和工艺研究一直在进步，但底部填充工艺依然是整个封装流程中耗时较长的工艺之一。为了优化封装流程，使其在降低成本的同时又不影响可靠性，模压式底部填充工艺应运而生，该工艺可以将流动式底部填充工艺和包覆成型工艺相结合，模压填料不仅可以填充芯片和基板之间的间隙，还可以包覆整个芯片。模压式底部填充工艺的优势在于将底部填充工艺与塑封工艺合并为一体，从而缩短工艺时间。

模压式底部填充工艺采用的是改性的环氧树脂模塑料（EMC）。EMC 在芯片塑封领域已经被应用多年，其具有卓越的可靠性。与传统的底部填充胶相比，可以通过向改性的 EMC 中添加质量分数为 80%的二氧化硅，以实现与焊点、基底紧密匹配的低 CTE 特性。

模压式底部填充工艺流程如下图所示，该工艺类似于加压的流动式底部填充工艺，首先在焊接好芯片的基板上放置模具，向模具中注入 EMC，然后加热固化底部填充胶。使用 EMC 不仅可以填充芯片和基板之间的间隙，还可以完成整个组件的塑封。在此过程中，芯片的几何形状对底部填充胶流动产生较大的阻力，尤其是在填充间隙和凸块间距较小的情况下，容易导致空气残留现象，因此模具设计尤为重要。模具设计一般采用排气设计，也可以使用真空辅助技术来防止空气滞留。SAITO 等通过选择含有细小粒度添加料的填充胶，并提出了真空注塑技术和可移动排气阀技术，成功实现了间隙＜8 μm、间距＜15 μm 的可靠模压式底部填充工艺。

与流动式底部填充工艺相比，模压式底部填充工艺具有独特的优势。在流动式底部填充工艺中，使用毛细管式点胶在芯片四边形成圆角。底部填充圆角在点胶侧的宽度最大。因此，需要保证芯片边缘与封装边缘之间、2个芯片之间或 1 个芯片与邻近无源元件之间的间隙最小。而模压式底部填充工艺不需要圆角，使得芯片之间的距离更近，封装尺寸更小，封装或基板的成本更低。此外，由于电容器和芯片上凸块之间的电感路径较短，电性能也将得到改善。YEN 等通过仿真计算、大量实验以及分析量产数据，提出封装尺寸的缩小可节约 20%~25%的成本，而采用多芯片堆叠技术可以节省更多成本。但模压式底部填充工艺的适用范围依然较窄，在大尺寸芯片、细间距凸块和三维封装中主要使用的依然是流动式底部填充工艺。

四、晶圆级底部填充工艺

为了能够与表面贴装技术（SMT）兼容，业界提出了 1 种改进的非流动式底部填充工艺———晶圆级底部填充工艺（WLUF），其工艺流程如下图所示。通过印刷或层压等工艺将底部填充胶涂覆在有凸块或者没有凸块的晶圆上。对于没有凸块的晶圆，底部填充胶可以作为掩模，在下一环节中被用于制备凸块。将晶圆切割成单个芯片，并使用 SMT 设备把单个芯片放置在基板上进行组装。该技术因具有成本低、可靠性高的优点而备受关注，使用该技术不需要对晶圆后端工艺进行重大改变。

底部填充胶的选择、填充层的制备工艺、液体填充胶的半固化工艺、半固化后的划片和存储以及后续的焊料润湿等问题都是影响晶圆级底部填充工艺的关键因素。填充层需要均匀一致，一般采用旋涂、印刷等工艺实现。液态填充胶的半固化工艺涉及材料的部分固化和溶剂挥发。为了方便划片和储存，半固化的材料需要具有足够的稳定性和机械性能，在回流过程中还需要具有熔化和回流的能力，以便于凸块和焊盘的充分润湿并形成焊点，因此控制固化过程至关重要。通过真空层压工艺将薄膜型的底部填充胶涂覆在晶圆上，然后直接切割晶圆。与旋涂工艺相比，由于薄膜型工艺无需进行半固化，因此操作更加简便。然而，在将底部填充胶层压到凸块晶片上时，必须使用正确的真空层压参数。填满凸块和芯片表面形成的台阶非常重要，因为未层压区域可能会导致整个芯片区域出现分层现象。

随着芯片尺寸不断朝小型化方向发展，三维封装技术越来越重要，但三维封装技术也面临着诸多挑战，微凸块的设计、超薄晶圆的处理就是其中的关键。选择合适的底部填充工艺尤其是选择合适的底部填充胶至关重要。由于间隙非常窄、凸块间距精细，流动式底部填充工艺和材料可能无法适用于三维封装技术。因此，将晶圆级底部填充工艺、非流动式底部填充工艺和热压键合工艺相结合，成为 1 个理想的选择。晶圆级底部填充工艺中的底部填充胶是通过旋涂（针对液体型）或层压（针对薄膜型）工艺直接应用于晶圆的底部。与其他底部填充工艺相比，使用晶圆级底部填充工艺可显著缩短处理时间，因此，该工艺已成为实现三维封装中底部填充的主要选择。REBIBIS 等通过优化封装设计、材料选择和封装后的可靠性测试，实现了用晶圆级底部填充工艺填充具有非常窄的间隙（<15μm）、非常精细的微凸块间距（<40μm）的器件。

五、底部填充工艺的介绍

1、对填充材料的要求

根据填充材料的特性，我们会对底部填充工艺有以下要求：

（1）流动性要好，同时有比较好的润湿能力，能够适应的间隙，在流动过程中不容易产生气泡，有较好的形成圆角的能力。

（2）固化条件能够和现有的生产工艺流程相匹配。较长的固化时间可能会成为生产线的瓶颈。

（3）良好的可靠性，譬如，·较高的玻化温度（Tg），与组件相匹配的热膨胀系数（CTE）等。

（4）与助焊剂有良好的兼容性。有时由于材料选择不当，助焊剂和填充材料之间会产生交互反应，使产品可靠性迅速降低。

（5）组装完成后，组件能够承受长时间的老化，并且暴露在湿汽中功能和可靠性不受影响。

（6）组件可以通过无铅湿敏度测试（JEDEC，Level 3）。

而在实际应用中，我们该如何选择底部填充材料呢？填充材料的选择是与产品特点相关的，往往需要在工艺和可靠性间平衡。以下是我们在选择材料时考虑的因素：

（1）基板材料的不同，硬质板和柔性板要求底部填充材料热膨胀系数会不一样。

（2）晶片尺寸的大小及离板的间隙会影响胶水在底部流动的速度，较大的元件需要流动速度较快的填充材料，要考虑填充材料的流动速度是否成为瓶颈。

（3）填充材料在小的间隙中是否具有合理的流动速度。一般材料都会界定的填充间隙，在选择时需要考虑产品的间隙是否满足要求。

（4）填充材料在小的间隙中流动是否会容易产生气泡，气泡的存在会降低产品的可靠性。

（5）底部填充材料对上下两侧材料的润湿力是否相近，如果差异太大，会造成流动不完整，或产生气泡。

（6）填充材料自动形成圆角的能力要强，其对元件基材具有良好的润湿能力，一部分填充材料要能够自动爬至元件的四个侧面形成圆角。

　　一些底部填充材料的特性如下表1所示：

边缘圆角对于组件可靠性非常关键，它与环境、填料本身的特性、助焊剂及阻焊膜和基板的厚度相关。边缘圆角厚度是指元件下表面一边与填料由于爬升至元件侧面形成弧线的切线之间的距离，如下图所示。

那么圆角厚度多少才合适呢？3～10 mil对一些在热循环中有较好表现的材料比较适合。太薄则容易与晶片和基板分离，过厚则在角落出容易出现裂纹，或在附近焊点出现分层。由于胶水分配工艺稳定性的原因，胶水量在10 ％内变动属于正常。如下图所示：

2、底部填充施胶前异物控制

底部填充胶施胶前需确认板面和填充面无异物及大量助焊剂残留，较多的助焊剂残留会导致胶黏剂附着在助焊剂残留物上，后续使用过程中助焊剂残留物的挥发、软化、变异都直接影响胶黏剂机械性能，进而影响产品可靠性。标准的底部填充施胶工艺要求先将PCBA清洗干净并烘干，再点胶固化。

3、底部填充工艺控制

基板在底部填充之前需要烘烤，倒装晶片基材是硅，无须烘烤。烘烤目的是为了驱除基板/组件内的水汽，防止在固化过程中受热蒸发进入填料而形成气泡。基板/组件需储存在干燥环境中，仅在底部填充前烘烤。烘烤时间依赖于组件/基板的构造，阻焊膜内的水汽一般125℃下30 min便可驱除，但内层水汽即使125℃烘烤2h还不能驱除。焊盘表面处理方式是OSP的基板需要考虑在烘烤过程中氧化的问题。

一般填充材料在一定温度下毛细流动速度较低温下快，所以底部填充材料都需要预热到一定温度，以便其在元件底部的流动。板上预热温度可以控制在90℃左右，或依照材料的使用说明设置适当的预热温度。胶水一般保存在－40～－60℃的低温环境中，使用前需要将其从超低温冰箱中取出回温到室内温度。胶量的控制对于合适的边缘圆角形成非常关键。我们可以设定如图6所示的模型，进行理论胶量的计算，但是更重要的是控制稳定的胶水流量，形成满意的边缘圆角。

模型建立：总的胶量可以分割成元件底部和四周圆角两

·Vt：理论胶量：

·vs：元件底部胶量：

·Vf：元件四周圆角胶量：

·I：元件宽：

·W：元件长：

·h：元件厚；

·s：元件离板间隙：

·r：边缘圆角在基板上的宽。

·n：焊球的数量

则

填充材料流动速度或填充的时间除了与其特性相关外，还于晶片尺寸大小，离板间隙以及填充材料对元件和基板的润湿力相关。如果晶片尺寸较大而且离板间隙小，则填充完整需要的时间就长。填充材料对元件和基板的润湿力差异太大，也会造成填充时间过长，而且可能会产生气泡。填料在元件底部流动的速度还与点胶的路径有关系，在填料流动方向上阻碍多，如焊点和阻焊膜窗口等，会造成流动速度慢而且容易产生气泡。如下图所示：

好的点胶路径的安排可以获得非常好的流动效果，而且能降低填料中的气泡。如下图所示，路径1（I型）和路径2（L型）比较常用，应尽量避免使用路径3（U型），因为这种方框型的路径很容易将元件底部的空气封入填料中。即使选择路径1或2，也需要仔细优化画线的长短和粗细。当画线太长时，会导致两侧部分流动快，而中间部分流动慢，将空气封入填料中。这时推荐使用较短的粗线，在流动方向上让填料中间部分流动稍快，避免产生气泡。但此时需要考虑倒装晶片四周是否有足够的点胶空间，可不可以避过靠得很近的其他元件。对于周围没有太多空间的情况，有时可以在同—边同一位置画多道细线来解决。

单路径有利于减少流动过程中卷入的气泡，但是完成填充的时问会长。如果焊盘处在阻焊膜长的窗口中，这时应避免填料流动的方向与阻焊膜窗口的长度方向平行，因为在这种情况下，在填料流动过程中气泡很容易在阻焊膜窗口内形成，如下图所示：

填料的固化可以在回流炉或自动控制的烤箱中完成，需要控制加热的温度和时间。不同的底部填充材料需要的加热温度和时间会不一样，温度比所要求的低或高出10＇C会对可靠性产生非常显著的影响。温度太低，填料不能完全固化；温度太高，则会带来氧化的问题。加热时间的偏差应该控制在所要求加热时间的⒛％以内，假如⒛ mln的圃化时间，16 min会太短，24 min则会太长。对于一些混合装配，产品上可能有一些热敏元件，长时间的高温加热会对其造成伤害，这时工艺安排上需要考虑先进行底部填充，然后圃化，再装配那些热敏元件。可能一些基板焊盘是采用OSP的表面处理方式，多次受热会导致焊盘氧化可焊性降低，如果固化之后还有其他SMT工艺，则会产生相当大的影响，在氮气中完成固化是有效的解决方案。

4、底部填充工艺的优点

（1）提高焊点的可靠性，延长产品的使用寿命；

（2）保护焊点免受环境的侵蚀，提高产品的抗腐蚀性；

（3）降低芯片和基板之间的热应力，提高产品的抗热循环性；

（4）增强芯片和基板之间的粘合力，提高产品的抗冲击性和抗振动性。

5、底部填充工艺的缺点

（1）增加封装的成本和复杂度，需要额外的设备和材料；

（2）需要选择合适的底部填充材料和参数，以匹配芯片和基板的特性，避免产生残余应力、裂纹、腐蚀、空洞等失效模式；

（3）难以对封装进行修理或重工，需要拆除底部填充物才能进行焊点的检查或更换；

（4）可能影响芯片的电性能，如信号延迟、串扰、噪声等。

六、底部填充工艺面临的挑战

随着倒装芯片技术的发展，无铅焊料的使用给底部填充工艺带来了新的挑战[。无铅焊料的熔点相对较高，在高温回流过程中会因材料退化、湿气侵入和机械膨胀程度的增加而导致元件损坏。因此，需要提高底部填充胶的热稳定性，提高其对各种界面的附着力、黏接强度和断裂韧性。

对于流动式底部填充工艺，助焊剂的残留、底部填充胶之间的相容性差可能导致空隙形成。ANDRE等的研究结果表明，清洗或加热助焊剂有助于提高界面的黏附力，因此需要开发免清洗的助焊剂或有效的助焊剂清洗工艺。细间距、窄间隙芯片的发展也为流动式底部填充工艺带来了挑战，其中涉及填充问题和助焊剂残留问题。KATOH 等开发了无助焊剂的窄间隙填充工艺，实现了对凸块金属表面的无助焊剂键合，提高了焊料的润湿性，实现了最小间距为 10 μm的底部填充。汤姝莉等对比不同清洗参数和清洗工艺的效果，提出使用真空汽相清洗技术可以获得良好的底部填充效果。对于底部填充胶的流动、空洞的形成、其与凸块间距之间的关系等均是当前研究的重点，NG 等利用公式进行分析建模，研究空洞形成的机理，为了解空洞缺陷的根本原因提供了重要启示，并为解决该问题提供了可能的解决方案。随着计算机技术的发展和卷积神经网络模型的应用，深度学习和大数据分析可以根据填充参数和阵列模式来预测空隙区域的形成，对填充压力、点胶模式和球栅阵列之间的关系提供定量见解，有助于人们了解倒装芯片中空洞的形成机制，从而调整设计和工艺以优化底部填充特定区域的空洞，进一步提高封装的可靠性。LING等使用卷积神经网络模型训练空洞图像，使用新图像测试模型，并使用点胶参数分析空洞面积及其分布区域，获得了较好的实验结果。

GUO 等制备了表面改性的 nm 级二氧化硅，并将其作为添加料均匀地添加到环氧基体中，改善了底部填充胶的热机械性能和光学传输性能。由于分散程度、分散相与分散介质之间的相互作用以及颗粒之间的相互作用都会影响材料的性能，因此如何实现添加料的均匀分散成为将纳米复合材料应用于底部填充的关键因素。ZHU 等制备出不同尺寸的 nm 级二氧化硅，通过研发出合适的底部填充胶配方、优化底部填充工艺及构建失效模型等方法来应对挑战。WANG等根据底部填充胶基质选择具有合适尺寸的 nm 级二氧化硅并改善其分散性，该团队系统研究了底部填充胶的配方以优化其性能，改善了底部填充胶的动态热机械性能和热膨胀稳定性。

芯片堆叠技术已经发展到三维封装阶段，局部功率密度达到 100 W/cm2 以上，高集成芯片的散热问题尤为突出，因此底部填充胶的导热性已成为关键因素。在底部填充胶中添加具有高导热性的无机添加料，可以增强底部填充胶的导热性，进而提高芯片的可靠性。能够同时满足底部填充胶在热、电、机械、CTE、黏度等方面的性能需求非常困难，因此如何制备出具有增强导热性能的聚合物复合材料越来越受到学术界和工业界的关注。WEN 等总结了最新的研究进展，提出结合应用模拟方法以及选择合适的配方和添加料，可以满足底部填充胶在实际应用中的性能要求，同时还应努力降低生产成本，以实现高导热底部填充胶的规模化生产。

总结一下

底部填充工艺可以有效提高封装可靠性。目前常见的底部填充工艺主要有流动式、非流动式、模压式和晶圆级底部填充工艺等。流动式底部填充工艺借助毛细管力实现填充，其应用广泛但填充效率较低，研究者们通过优化凸块设计，并利用超声、真空辅助等技术，以及选择合适的底部填充胶来改善填充效果。非流动式底部填充工艺可以提高填充效率，但对材料和工艺的要求较高，需要重点解决填充后的空洞和芯片破裂问题。模压式底部填充工艺通过使用改性的EMC，将底部填充和塑封工艺相结合，从而缩短了工艺时间；但该工艺对模具要求高，且适用范围较窄。晶圆级底部填充工艺既可以与 SMT 兼容，又可以与非流动式底部填充工艺、热压键合工艺结合，适用于具有窄间隙、细间距的特点和三维封装的应用场景。

现阶段底部填充工艺依然面临很多挑战。市场对底部填充胶的稳定性、流动性、黏接强度以及导热性的要求越来越高。优化底部填充胶的配方和性能、调整填充工艺、结合封装设计以减少空洞等方法可以有效提高可靠性。利用人工智能和深度学习等新兴技术，有助于填充材料的设计、封装结构和工艺参数的优化，可以为解决潜在的挑战提供快捷的工具。

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晶科电子取得一种倒装 LED 发光器件及其制备方法专利，有效防止漏电增加良品率

金融界 2024 年 8 月 4 日消息，天眼查知识产权信息显示，广东晶科电子股份有限公司取得一项名为“一种倒装 LED 发光器件及其制备方法“，授权公告号 CN107819065B ，申请日期为 2017 年 10 月。

专利摘要显示，本发明涉及发光二极管的 LED 芯片领域，具体地涉及一种倒装 LED 芯片发光器件及其制备方法。所述倒装 LED 发光器件包括支架、倒装 LED 芯片，所述倒装 LED 芯片通过锡膏固定在所述支架上，所述支架的正极固晶区和负极固晶区的外部各设置有一绝缘围坝隔离带。一方面，通过在支架正、负极固晶区间外部各增加一围坝绝缘带，防止锡膏流动导致的正负极连通造成漏电现象；另一方面，在所述正、负极固晶区间涂覆一层绝缘导热胶，能够增加散热的同时也可有效防止漏电，增加良品率。

本文源自金融界

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