Underfill底部填充材料的演变及要求

　　半导体密封装置结构随着电子制品尤其移动产品的小型化，也走上了轻薄短小化之路，并扩大了装在器材表面的结构范围。液状封装材料保护半导体芯片免受外部环境影响的新一代封装材料，当用在表面装载型结构时，起到增强半导体芯片和器材之间连接力的使用。

　　在液体封装材料面世以前，传统的环氧塑封料作为半导体封装材料广泛的应用，但1990年代开始，随着半导体产品的小型化，传统的环氧塑封料已经不能够满足金属引线之间的间距变短，封装装置厚度变薄等苛刻条件。从此作为替代传统的环氧塑封料的，用环氧树脂或硅树脂合成的液状封装材料营运而生。

　　液体环氧封装料是微电子封装技术第三次革命性变革的代表性封装材料，是封装球型阵列封装(Ball Grid Array，BGA)和芯片尺寸级封装(Chip Scale Package，CSP)所需关键性封装材料之一，主要包括FC/BGA/CSP用液体环氧底灌料(Underfill)和液体环氧芯片包封料两大类。Underfill主要用于填充FC/BGA/CSP中芯片与基板之间由塌陷焊球连接形成的间隙。目前，Underfill主要包括两种类型：流动型Underfill和非流动型Underfill。液体环氧芯片包封料主要用于FC/BGA/CSP等柔性封装和超薄型封装的芯片包覆。

　　30多年前(International Business MachinesCorporation，IBM)公司首先提出了Flip chip(倒装芯片)互联技术的概念，将芯片面朝下与基板互联，使凸点成为芯片电极与基板布线层的焊点，进行牢固的焊接。它提供了更高的封装密度、更短的互联距离、更好的电性能和更高的可靠性。近年来随着受控塌陷芯片连接(Controlled Collapse Chip Connection，C4)技术的发展Flip chip成为了一种主要的封装技术。

　　Underfill(底填料)是一种适用于倒装芯片电路的材料，它填充在IC芯片与有机基板之间的狭缝中，并且将连接焊点密封保护起来。Underfill封装的目的在于：

　　降低硅芯片和有机基板之间的热膨胀系数不匹配;

　　保护器件免受湿气、离子污染物、辐射和诸如机械拉伸、剪切、扭曲、振动等有害的操作环境的影响;

　　增强Flip chip封装的可靠性。

　　Underfill材料的要求是：优异的电、物理和机械性能;生产中易于应用;优异的抗吸潮和抗污染能力。

　　当前的underfill材料主要是硅填充的环氧树脂基体材料，其性能的改善由以下三个因素决定：

　　提高了对芯片的约束，减小了焊接的剪切应力，而且附加的粘接面也有降低芯片弯曲的趋势;

　　当弹性模量很接近于焊料的弹性模量时，环氧树脂就形成一种相对焊接的准连续区，因此就减小了在芯片和基板界面上与焊接面形成的锐角有关应力的提高;

　　焊料实际上是被密封而与环境隔绝。机械循环试验表明，在真空或是当用一层油脂涂层保护时，焊料疲劳寿命可以得到改善，这是由于避免了裂纹端点的氧化，减缓了裂纹的生长。

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