底部填充剂在PCB生产中的作用与操作程序

底部填充剂(Underfill)原本是设计给覆晶芯片(Flip Chip)使用以增强其信赖度用的。

因为硅材料做成的覆晶芯片的热膨胀系数远比一般基板(PCB)材质低很多，因此在热循环测试(Thermal cycles)中常常会有相对位移产生，导致机械疲劳而引起焊点脱落或断裂的问题，后来这项技术被运用到了一些BGA芯片底下以提高其焊接于电路板后落下/摔落时的可靠度。

底部填充剂的材料通常使用环氧树脂(Epoxy)，它利用毛细作用原理将 Epoxy涂抹在芯片的边缘让其渗透到覆晶芯片或BGA的底部，然后再加热予以固化(cured)。 因为它能有效提高焊点的机械强度，从而提高芯片的使用寿命，所以目前大多被运用在一些手持装置，如手机的电路板设计之中，因为手持装置必须要通过严苛的裸机跌落试验(Drop test)与滚动试验(Tumble test)，很多BGA的焊点几乎都无法承受这样的严苛测试条件，尤其是一些ENIG表面处理的板子。

添加底部填充剂的步骤通常会被安排在电路板组装完成，也就是完成 SMT、Wave Solder、手焊零件，并且完全通过电性测试后确定板子的所有功能都没有问题了才会执行，因为执行了underfill之后的芯片就很难再对其进行修理(repair)或重工(rework)的动作。

底部填充剂添加之后还需要再经过高温烘烤以加速环氧树脂的固化时间，另外也可以确保芯片底下的充填剂真的固化，一般环氧树脂摆放在室温下虽然也可以慢慢的固化，但至少需要花费24小时以上的时间，根据与空气接触的时间长短而有所不同，有些环氧树脂的成份里面还会添加一些金属元素的添加剂，选用的时候必须要留意其液态及固态时的表面阻抗， 否则有机会产生漏电流(current leakage)问题。

添加底部填充剂时一般只会在芯片的相邻两边进行Ｌ型的路径填加环氧树脂。

底下是使用 Loctite 3536 操作 underfill 的一些步骤，仅供参考：

1、Loctite 3536 必须储存与于5℃的低温（Loctite 要求温度需介于2℃~8℃,之间），灌胶以前必须将之回到室温至少 1 个小时才可使用。

2、灌胶时需要将待 underfil l的电路板预热到 70℃。

3、开始给 BGA 芯片做 Ｌ型路径的第一次点胶，如下图将 Loctite 3536 点在 BGA 芯片的边缘。

4、等待约30~60秒的时间，待 Loctite 3536 渗透到BGA底部。

5、给 BGA 芯片在做第二次 Ｌ型路径点胶，胶量要比第一次少一点，等待约60秒左右，观察黑胶有否扩散到 BGA 的四周并形成斜坡包覆芯片。 (此目的在确保芯片底下的 underfill 有最少的气泡或空洞)

6、确认灌胶无误后将灌好胶的电路板放进烤箱，烤到130℃ ＋ 20分钟。 （Loctite不建议140℃ 以上的温度烘烤）

7、烘烤后，检查灌胶的外观是否黑亮，用指甲轻触并感觉是否光滑坚硬。