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为了适应填充过程和产品需求，需要添加包含产品设计问题的许多元素来有效使用填充剂。
随着电路密度的增加和产品形态因素的消除，电子工业中芯片级（chip？level）的设计为板级（board？level）的组装和更紧密结合的允许许多多的新方法出现了。某种程度上，倒装芯片flip chip、芯片级包装（CSP、chipscale package）等技术的出现实质上模糊了半导体芯片semiconductor die、芯片包装方法和印刷电路板PCB组装等级过程之间的传统边界线。尽管这些新的高密度芯片级装配技术的优点非常重要，但是随着元件、连接和包装对物理和温度的应力敏感，选择和制备最佳技术，从而难以实现连续可靠的生产效果。
改进可靠性的重要技术之一是在芯片和衬底之间填充材料以帮助由温度变化和物理冲击引起的应力的分散。遗憾的是，没有明确说明何时使用填充剂，如何采用填充方法来满足特殊的生产要求。本文研究了最近关于这些问题的想法。
一、为什么要放橡胶。
考虑到使用底部填充的底座的第一个想法是减少由于硅芯片（（silicondie）和粘贴的底板之间的整体温度膨胀特性的不匹配而引起的冲击。在传统的芯片包装中，这些应力通常被引线的自然柔软性所吸收。然而，在直接附着方法（例如，锡球阵列）中，焊锡点本身表示结构内的最弱之处，因此最容易发生应力失效。遗憾的是，无论哪个连接点都失效的话，电路的功能就会被破坏，这也是最重要的。通过紧贴芯片，焊料球和基板，填充的材料从温度膨胀系数（（CTE，coefficient ofthermal expansion）失配和机械冲击对整个芯片区域产生的应力分散。
填料的第二优点是防止湿润和其他形式的污染。在负面方面，使用填充剂会增加制造运转的成本，使再修理变得困难。由此，许多PCBA制造商在回流后，在填充前进行了快速的功能测试。
二、决定何时填充
由于不存在50种不同CSP的设计1，因此难以提供准确的规则来确定何时使用填料，以便增加与无数变量和连接设计有关的操作条件。但是，在设计PCB中应该考虑许多要因。重要的要素如下。
芯片和基板之间温度膨胀系数CTE的区别。硅的CTE是2.4ppm。典型的PCB材料的CTE是16ppm。陶瓷材料可以通过匹配CTE来设计，95%的氧化铝陶瓷CTE为6.3ppm。填料在PCB基础的包装中也非常需要，但是在陶瓷基板上也显示了填料后可靠性的增加。一种替代方法是使用插入结构如高CTE陶瓷或柔性材料的基板作为芯片与主基板之间的吸振材料，并且可以减少PCB与硅芯片之间的CTE差异。
三、芯片（（die尺寸
一般来说，芯片面积越大，应力引起的问题越多。例如，芯片尺寸从6.4增加到9.5mm时，可以耐受连接的是？40~125deg。C的温度周期的数量从1500次减少到900次。
锡球的尺寸和布局由于CSP通常采用的300mu这样大的球的尺寸，在橡胶填充评价中起着重要的作用。的直径比那些倒装芯片flip chip采用的75mu还坚固。直径可以承受应力。假设CSP与倒装芯片的2元焊接点的相对剪切应力类似，CSP焊接点受到的应力是倒装芯片的约四分之一。因此，CSP的设计者认为，焊料球结构本身能够承受由于基板和芯片的温度膨胀而引起的机械应力。之后的研究表明，特别是在便携式用途中，填充剂underfill为CSP提供了高可靠性的优点。在布局问题中，一些PCB设计者发现，随着芯片角上的垫的尺寸增加，应力阻抗可以增加，但是该方法不一定实用，并且不足以实现可靠性目标。
四、系统PCB厚度
经验表明，较厚PCB刚性更好，较薄的板抵抗更大的冲击引起的弯曲力。例如，FR？使4个基板的厚度从0.6mm增加到1.6mm，周期失效（cycles？tofailure）分析证明，测试次数可以从600次增加到900次3。很遗憾，今天的超精细元素（ultra？相对于small device，基板厚度的增加总是不现实的。实际上，每次使基板厚度加倍，可靠性提高约2倍，但是如果芯片尺寸加倍，则会导致4倍的劣化。
使用环境。在最后的分析中，最重要的因素通常会增加期望的产品生命力。例如，对方的便携设备（便携式电话、扩展机等）的规格一般被承认的是-40~125deg。C的温度循环1000次，从水泥地面高1米，下降20-30次后也可以使用正常的功能。
温度循环的研究表明，填料的使用是？显示了可以提供40~125deg。C的温度循环数增加了4倍，部分填充后的组装不到2000个循环失效5。与越来越恶劣环境下设备在现场的失效（即退货、信用损失等）成本相比，许多制造商将底部填充剂作为可靠的保险政策积极转向。
五、滴下剂的挑战
一旦确定了填充方法的使用，就必须考虑一系列问题，以有效地实施过程，并在保持期望的产量水平的同时获得连续可靠的结果。重要的问题如下。
完全没有空洞void？FRee）得到了芯片底部的胶体流。
在紧密包装的芯片周围分配橡胶
避免其他部件的污染
通过射频（RF）外壳或屏蔽开口滴下橡胶
控制助焊剂残留物。
六、取得完全没有空洞的胶流
填充材料必须通过毛细管作用capillary action吸入芯片的底部，因此将针喷嘴充分接近芯片的位置，开始橡胶的流动是重要的。注意不要接触芯片或污染芯片die的背面。一个推荐原则是将喷嘴的开始点与喷嘴外径的一半加0.007。的X腐蚀？在Y偏移中，Z的高度是基板上芯片（（chip的高度的80%。另外，为了避免芯片损伤和污染，为了维持凝胶的流动，需要精度控制die。
为了最佳产量，经常在芯片的多个边缘同时滴粘合剂。但是，如果相反方向的橡胶流的峰值（wave front）以锐角相遇，则有可能产生空洞。为了产生仅在钝化角处聚合的峰值，应设计滴水橡胶方案。
七、芯片数与接近关系
在板上紧密包装的芯片（（die）的设计需要底部填充剂的情况下，板的设计者需要在滴针上留有足够的空间。两个芯片共享一个滴落路径是可接受的滴落方法。与芯片边缘平行的无源元件起到遮挡作用。与芯片边缘成90deg。位置的要素有从填充的要素中抽出粘合剂液的可能性。无源元件周围的填充材料未发现滥用。来自相邻芯片或无源元件的交叉毛细管作用可从用于填充材料的元件吸引，并导致CSP或倒装芯片下的空腔。
在大多数应用中，直径为21或22的针是将橡胶填充到元件底部的良好选择。直径较小的针对液体流动的阻力较大，因此滴落速度较慢。【发明的公开】【发明要解决的课题】然而，有时需要通过使用小直径的针来降低圆角尺寸，使粘接剂流远离其他要素。
可以使用多头滴系统来处理这些问题，并且可以使用预先具有高粘度且不向下流动的材料将堤坝滴到相邻元件的周围。在随后的滴落过程中，堤坝有效地阻止不需要的毛细管流到相邻元件下。
八、通过开口滴下橡胶
随着底部填料在RF配件中的使用增加，滴胶工艺经常被挑战，在RF屏蔽帽组装后实施填料过程。为了最佳的生产性，通常考虑将RF屏蔽罩粘贴在其他元件上同时定位，在一次回流焊接中，所有的东西都最好焊接。因此，产品和工艺设计者必须协助底部的粘接剂在屏蔽罩上留下足够的开口。设计者还必须避免芯片太接近RF屏蔽帽，因为毛细管作用或高速滴绒剂可能将填充材料流到RF屏蔽盖内和CSP或倒装芯片上。当元件与盖之间的间隙小时，滴下填充材料的速度被限制为不填充在元件上。减缓橡胶滴下速度，减缓组装过程，限制生产量。移动到其他的孔或元件，回到最初的孔大量滴橡胶，这个有可能稍微位移。但是，这关系到很多运动，再次降低了产量。
Schwiebert和Leong给出了填充胶流速度的公式。
流量时间：
t = 3 mu;L2/h lambda;cos（phi;）
这里：
t=时间（秒）
mu; = 流年
L=流动距离
h=间隙或锡球高度
phi; = 接触或湿润角
lambda; = 液体蒸气界面的表面张力
（这些参数的值通常需要在液体颗粒温度（90deg；C）中获得
大多数PCBA制造商的泵和阀门可以以比材料在芯片下流动更快的速度向CSP或倒装芯片输送液体。芯片下液体的体积/重量还需要确定8。一旦确定了这些数目，对流速度作为第一近似计算确定液体是否应一次滴下或少量滴下多次。典型的过程是液体在第一元件下流动的同时移动到第二元件以滴胶并返回第一位置来完成。例如，如果第一元素的材料数量是20mg并且被分成两个滴下循环，则需要能够精确滴下10mg的数量的滴下系统。
九、控制焊接辅助剂的残留
经验表明，焊接助剂过剩残留可能对填充过程产生不良影响。这是因为填充材料附着于熔剂残留，并且不附着于期望的锡球、芯片、基板，从而导致空洞、尾部和其他不连续性。另一方面，根据研究6，明确了如果在填充滴下剂之前清扫芯片的底部，则温度循环的改善达到5倍。实际上，增加这样的过程步骤与当前的工业趋势相反，对整体产量也有负面影响。更现实的替代方法是通过诸如选择性助焊剂喷射之类的技术为上部助焊剂的操作提供更好的过程控制。选择性喷射助焊剂具有不同的球径（75对300mu；倒装芯片和CSP的混合技术设计是特别有用的，因为每个元件保持器的流量数可以由软件控制，并且可以为每个元件类型提供精确的通量厚度。
十、优化滴水橡胶的精度、灵活性和工艺控制
准确可重复的填充剂滴下剂在高产量生产环境中尤其重要，特别是在要求连续10mg范围的超小射点尺寸的情况下。
填料的滴下剂需要随着粘度、针径等的变化而流动速度永远不变的准确的泵压力作用。填充液体的精确体积控制是完全线性的电容变化泵（（positive串行63？displacement pump））可以通过使用来获得。此外，滴水系统需要与闭环反馈相结合，以使用高精度比重测量来提供对滴水液体体积的精确实时控制。最后，滴落系统必须与高精度可编程运动系统相组合，以使得许多可以灵活应用于不同滴下形式，并且不牺牲整体产量。
十一、结论
对于填料的有效使用，为了适应填充过程，需要包括产品设计问题在内的广泛配合许多的因素，通过包含填料工艺设计来适应产品的需求。对于芯片级设计要求必须达到的精确灵活的橡胶填充，必然涉及产品设计者、制造技术工程师、橡胶制备者和滴胶系统供应商之间的合作关系。
