晶片级器件底部填充作为一种新工艺仍需进一步提高及优化，其工艺为：在晶片级器件制作过程中，晶圆底部加填充材料，这种填充材料在芯片成型时一步到位，免掉了外封装工艺，这种封装体积小，工艺简单，可谓经济实惠。然而，该新型封装器件面临一个严峻的考验，即：用于无铅焊接工艺。这就意味着：即要保证器件底部填充材料与无铅焊料的兼容，又要满足无铅高温焊接要求，保证焊接点的可靠性及生产产量。
近期为无铅CSP底部填充研发了几种新型材料，这些填充材料滴涂到晶圆上，呈透明胶状（半液态）物质，经烘烤，呈透明状固态物质，这样分割晶圆时可保证晶片外形的完整性，不会出现晶片分层或脆裂。在这篇文章中，我们探讨一下烘烤对晶圆翘曲度的影响？烘烤是否引发底部填充材料的脆裂？以及回流过程中底部填充物的流动引起的焊料拖尾问题？因为底部填充材料即要保证焊料不拖尾，又要保证焊点的可靠性，及可观察到的焊料爬升角度，同时，底部填充材料的设计必须保证烘烤阶段材料的流动，固化情况处于可控工艺窗口之内。另外，底部填充材料与焊接材料的匹配标准在本文中也有讨论。
关键词语：晶片，底部填充，表面贴装技术，倒插芯片，CSP封装，无铅，烘烤
背景：
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。
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。
芯片级封装器件，从晶圆﹑底部填充材料﹑到PCB装配结束，底部填充材料经过：胶状底部填充材料滴涂到大晶圆上→底部填充材料固化→晶圆切割→晶片上底部填充材料在PCB回流过程中液化→再固化，具体实施请看下列步骤：
1.滴涂：要求底部填充材料流动性好，便于滴涂。
2.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。
3.助焊：底部填充材料具有助焊功能，器件在回流过程中，底部填充材料可以帮助清除焊球﹑焊料﹑PCB表面氧化层，并随焊球同步延伸，具有同样的张力，同时，填充材料在助焊阶段不能产生任何挥发物，以保证填充稳定性。
4.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。
5.固化：底部填充材料经回流后必须固化，以确保焊点形成刚性结构，但该固化时间必须迟于焊料的固化，以保证焊点形成，对于体积大，I/O接口多的器件，经过回流固化后的PCB需再经过低温烘烤，保证底部填充物的充分固化。
6.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。
7.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。
8.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。
与无铅工艺匹配的WLUF：
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Sn3.5Ag0.7Cu，熔点217℃；SnCu0.7，熔点227℃；Sn3.4Ag1.0Cu3.3Bi，熔点210℃，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：
1.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。
2.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。
3.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。
4.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：
1.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。
2.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：
6бE*△CTE*(Tg-T)
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)
组装过程中焊膏拖尾现象：无铅焊膏流动性大，易拖尾，底部填充材料/无铅焊膏组装工艺要不断优化，分析底部填充材料与无铅焊料特性，减少拖尾现象的产生。