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芯片技术| 底部填充胶技术现状
作为电子封装领域的关键辅助材料，底部填充胶有其特定的使用要求和性能特点。本文分析了底部填充胶在使用中存在的关键问题，简单介绍了底部填充胶用环氧树脂的研究进展。
01
底部填充胶的作用
底部填充胶，又称为底填胶、底部填充剂、底填剂和底充胶等，即在封装时渗入到芯片、焊柱和基板之间形成可靠粘接，分散芯片在受到机械作用和热循环作用时其焊点处所受的应力，避免开焊和不良焊点的产生。此外，底部填充胶还可以起到保护焊点免受湿气、离子污染物等周围环境影响的作用。
底部填充胶极大地提高了封装稳定性和产品的使用寿命，目前主要用于笔记本电脑、USB、手机等手提电子产品的线路板组装。一般将底部填充胶分为芯片级底部填充（CLU）和 PCB 板级底部填充（BLU），如图 1 所示，其中芯片级底部填充对封装胶要求更加严格。
图1 芯片底部填充示意图
02
底部填充胶的性能要求
（1）可靠性：经过温湿、冷热冲击和机械冲击后，电性能和粘接性能稳定。底部填充胶的热膨胀系数（CTE）、玻璃化转变温度（Tg）以及模量系数（Modulus）等，要与 PCB 基材、器件的芯片和焊料合金等因素进行匹配，胶粘剂的 Tg 对 CTE 有着重要的影响。当温度低于 Tg 时，CTE 较小，反之则 CTE 急剧增加。模量系数为物质的应力与应变之比，模量是胶粘剂固化性能的重要参数，模量较高则表示胶粘剂的粘接强度与硬度较好，但也代表着胶粘剂固化后残留的应力较大。
（2）操作性：胶粘剂的流动性与锡球间距、锡球尺寸有关。不同间隙高度和流动路径，导致流动时间也不同，如需保证快速完全填充，则要求胶粘剂黏度低、流动快；但黏度也不能过低，否则生产过程中容易滴胶。一方面填充胶的表面张力、接触角、黏度和硬化反应可对填充胶在芯片和电路底板之间流动产生影响，其中黏度为最主要因素，温度则是影响填充胶黏度的重要因素；另一方面焊球点的布置密度和边缘效应对芯片和电路底板之间流动也有一定影响，焊球点之间缝隙的宽度、焊球点的直径、芯片与电路底板之间的缝隙高度决定了焊球点产生的影响。
（3）效率性：底部填充胶的固化温度应适当，以保护主板上的其他电气器件及焊点。同时，固化速度要快，过长的固化时间会影响流水线作业的效率。此外，固化方式需要满足大批量生产需求。
（4）耐热性：胶粘剂的线胀系数（CTE）与基材线胀系数要相匹配。且仅有材料的 CTE 较小时，Tg 对热循环疲劳寿命才有一定影响，因为当材料温度高于 Tg 和低于 Tg 时，其 CTE 变化差异很大。同时相关试验表明，当 CTE 较低时， Tg 越高热循环疲劳寿命就越长。电子元器件在工作时会发热，需要固化物有良好的耐热性。
03
胶粘剂在固化中收缩产生的应力问题
胶粘剂在固化中由于键长改变会产生收缩问题（一般为 3.5~1.4 Å），胶粘剂从液体到凝胶状态、到达到 Tg、再到完全固化，期间受凝胶、固化温度和 Tg 的影响，不同阶段的状态都不相同，影响因素较多且缺乏过程的表征手段。由于整个过程中会产生不同程度、不同原因的收缩，产生较大的内应力，所以容易导致粘接失效，包括胶层失效（裂纹）、粘接失效（脱附）和器件失效（器件受力变形或破坏）。
目前减小材料的固化收缩率主要是通过添加填料的方式，但其调节能力有限，若大量使用，会导致黏度、模量等大幅度变化，反而不利于底部填充。因此，底部填充胶的应力收缩问题是目前该类材料应用的主要问题之一。
