晶片级无铅 器件的底部填充材料

fc及csp封装器件要求底部填充材料在焊接过程中能够与焊球、pcb完美结合，增加焊点的抗疲劳能力。底部填充工艺方便、简单，将半液态填充材料施加在焊球与器件基板之间的间隙即可。对于节点尺寸大、i/o接口多的器件，填充材料的填充高度必须一致，实践证明：底部填充非常耗时，尤其fc封装器件，是大批量生产的瓶颈。

滴涂：要求底部填充材料流动性好，便于滴涂。

晶片底部填充工艺（wluf）首先是在大的晶圆上直接施加胶状(半液态)底部填充材料，然后大的晶圆经烘烤阶段（b-stage）固化，使其失去粘性，最后，将大晶圆分割成晶片，切割好的晶片独立包装，即可发往客户。器件在装配过程中，被贴放于pcb上回流焊接，器件在该阶段，焊料经助焊剂挥发作用回流形成焊点，与此同时，底部填充材料也经过熔融，固化的步骤，对焊点的形成起帮助保护作用。综上所述，芯片级封装器件生产工艺步骤少，价格便宜。

烘烤/切割：经烘烤阶段的底部填充材料，不能有空洞，应为无缺陷的透明填充膜，该填充膜的玻璃转化温度（tg）必须高于室温，使其在室温环境下切割时没有粘性，刮刀无粘连。

回流：回流过程中，底部填充物必须流动以确保焊接的形成，同时，覆盖焊点形成保护膜，该保护膜加强焊点与器件基板连接可靠性。

焊膏：标准的smt装配过程中，焊膏印刷在pcb焊盘上，从而在回流后形成机械，电气连接，焊膏回流后形成一定的焊点高度，底部填充则增加焊点可靠性，理想状态下，底部填充应缩小焊料范围，并保证回流过程中焊料收缩，无拖尾。

返工/返修：底部填充材料必须具备可返工/返修功能，以保证缺陷焊接的返工/返修，因此要求底部填充材料在>220℃时，剪切强度要小，且残留物要容易清除。

材料特性（tg，cte，e）：底部填充材料必须满足最小的cte﹑模量系数及tg要求，满足封装可靠性要求，并能通过温度循环，潮湿阻抗测试。

现在大多数以铅为基材的焊球采用c4材料，即63%sn37%pb，熔点为183℃，符合eu与日本电子元器件生产的立法要求，无铅焊接材料有sn5ag0.7cu，熔点217℃；sncu0.7，熔点227℃；sn4ag0cu3bi，熔点2℃，意味着对于无铅回流焊接，回流峰值温度至少增加了40℃。

a.由于回流温度升高，对底部填充材料的新要求：

热稳定性有待提高：底部填充材料在回流过程中，温度要达到260℃，与无铅焊接材料兼容，在此温度下大多数有机材料已接近其峰值温度，因此，底部填充材料的热稳定性有待提高。

底部填充材料助焊能力有待提高：无铅焊料合金因表面抗腐蚀力降低，因而更易氧化，为此，底部填充材料必须具有更强的助焊能力，在回流过程中去除金属氧化物，提高助焊效果。

固化延时：因无铅焊料熔融温度升高了近40℃，底部填充材料固化必须在焊点形成之后开始，因此，开始固化时间要延时。

缩小焊膏拖尾：无铅焊膏凝聚力小，易流动及出现拖尾现象，过度的拖尾会导致细间距器件短路，因此，底部填充材料必须保证对印刷好的焊料施加最小力的作用。

b.烘烤阶段对wluf产生影响的三个步骤：

底部填充材料的流动：烘烤阶段开始底部填充材料呈半液体状，且粘性小，允许焊球与焊盘之间在焊球塌落时形成良好焊接，底部填充材料的粘性对填充保护膜的形成也是非常重要的。底部填充材料的流动性是通过tma探针对烘烤阶段底部填充材料厚度进行测试得出的结论，tma挤压流动测试器在后面有详细描述。

烘烤后晶圆的翘曲及底部填充材料的脆裂：晶圆翘曲程度是由于在回流冷却过程中，硅晶圆与底部填充材料cte不匹配形成的内应力造成的，与硅晶圆的cte﹑底部填充材料的模量系数﹑tg及室温有关，由以上几个因素引起的内应力可由下列公式计算：

其中:б:作用在晶圆上的应力

e:底部填充材料的模量系数

cte：cte差值

tg-t：玻璃转换温度与室温差值

(烘烤后退火处理可减少作用在晶圆上的应力，应力减少过程可通过dsc监控)

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