在电子制造领域，BGA（球栅阵列）封装技术应用广泛，但面临机械应力、热应力等挑战，底部填充胶（Underfill）成为提升其可靠性的关键。本文将深入探讨 BGA 底部填充胶的性能、应用案例、使用注意事项、工艺要求及行业研究报告。

一、BGA 底部填充胶概述

（一）应用场景差异

BGA 在部分应用中通常不进行底部填充，像一些对机械应力要求不高的场景，其较大的焊球尺寸和较高的引脚间距已能满足基本可靠性需求，且填充后会增加返工难度，还可能影响散热片的安装。但在手机、光学模块等产品中，对于 Flip Chips 和 CSPs 这类元件，底部填充胶必不可少。因为 Flip Chip 不填充时可靠性差，细间距 CSP 若不填充也极易快速失效，底部填充胶能有效缓解焊点应力和应变，增强连接稳定性。

（二）类型选择要点

底部填充胶分为不可返工和可返工两种配方。不可返工的底部填充胶（如二氧化硅填充型）具有低离子含量、高附着力、低热膨胀系数（CTE，20 - 30ppm/°C）和高玻璃化转变温度（Tg）的特点，能显著提高长期可靠性和互连机械强度，尤其适用于改善温度循环（ATC）性能。可返工的底部填充胶 CTE 较高（>50ppm/°C），主要用于增强抗冲击性能，不过其存在较高空洞倾向，使用时基板需加热到 80°C 以上才能保证良好流动性。

二、应用案例

（一）智能手机领域

在某知名品牌智能手机的主板制造中，大量采用底部填充胶技术。对于其中的 CSP 芯片，使用不可返工的底部填充胶，经过严苛的温度循环测试（-40°C 至 125°C，1000 次循环）后，芯片与基板的连接依然稳定，大大降低了因热应力导致的焊点失效概率，使手机在长期使用过程中的稳定性和可靠性显著提升。同时，在手机跌落测试（从 1.5 米高度自由落体至坚硬地面，100 次测试）中，填充底部填充胶的 BGA 组件表现出色，焊点裂纹出现概率明显降低，有效减少了因跌落造成的故障。

（二）汽车电子领域

汽车发动机控制单元（ECU）中的 BGA 芯片，由于工作环境复杂，对可靠性要求极高。采用了具有高耐热性和良好抗振性能的底部填充胶。在高温（150°C）、高湿度（85% RH）以及强烈振动（振动频率 5 - 2000Hz，加速度 5g）的模拟汽车运行环境下进行测试，经过 500 小时的连续运行后，BGA 芯片的焊点未出现任何失效迹象，确保了 ECU 在恶劣环境下能够稳定工作，保障了汽车的安全性能。

三、使用注意事项

（一）材料兼容性

底部填充胶与其他材料的兼容性至关重要。例如，助焊剂残留可能影响底部填充胶的性能，降低 ATC 或跌落测试的表现。在实际生产中，必须确保底部填充胶与所使用的阻焊层、助焊剂等材料兼容，避免出现附着力下降、空洞增多等问题。

（二）工艺过程控制

1. 点胶量控制

   ：点胶量过多可能导致底部填充胶溢出，污染电路板其他区域；点胶量过少则无法完全填充芯片与基板之间的间隙，影响可靠性。一般来说，根据芯片尺寸和间隙大小，点胶量应精确控制在能刚好填充间隙且略有盈余的范围内，误差控制在 ±5% 以内。

2. 固化温度和时间

   ：不同类型的底部填充胶有特定的固化温度和时间要求。如某款不可返工底部填充胶的固化条件为 150°C 下固化 60 分钟，固化温度偏差应控制在 ±5°C，固化时间偏差控制在 ±5 分钟，否则可能导致固化不完全或过度固化，影响底部填充胶的性能。

四、可量化的工艺要求

（一）表面处理要求

基板表面的清洁度对底部填充胶的附着力有重要影响。在进行底部填充胶工艺前，基板表面的有机物残留量应低于 50μg/cm²，金属离子残留量低于 10ppm，以确保底部填充胶能够充分附着在基板上。

（二）设备参数要求

1. 点胶设备

   ：点胶设备的精度和稳定性直接影响底部填充胶的涂覆质量。点胶针头的直径应根据芯片间隙大小选择，一般为芯片间隙的 0.5 - 0.8 倍。点胶压力应控制在 0.5 - 2MPa 之间，点胶速度为 1 - 5mm/s，确保胶液均匀、连续地挤出。

2. 固化设备

   ：固化设备的温度均匀性应控制在 ±3°C 以内，以保证底部填充胶在整个固化过程中受热均匀。对于采用对流烤箱固化的工艺，风速应控制在 0.5 - 2m/s，避免因风速过快或过慢导致固化不均匀。

五、行业研究报告

根据市场研究机构的数据显示，随着 5G、人工智能、物联网等技术的快速发展，电子设备对 BGA 封装的需求持续增长，预计未来 5 年全球 BGA 底部填充胶市场规模将以每年 8% - 10% 的速度增长。在不同行业中，汽车电子、通信设备和消费电子将成为底部填充胶的主要应用领域。同时，行业内对于底部填充胶的性能要求也在不断提高，高可靠性、低 CTE、快速固化以及良好的返工性能成为研发的重点方向。

BGA 底部填充胶在电子制造中具有不可替代的作用。通过合理选择底部填充胶类型，严格控制使用过程中的注意事项和工艺要求，能够有效提升 BGA 封装的可靠性，满足不同行业对电子设备高性能、高可靠性的需求。随着行业的不断发展，底部填充胶技术也将持续创新，为电子制造领域带来更多的可能性。