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底部填充技術(shù)(UNDERFILL)

底部填充技術(shù)(UNDERFILL)上世紀(jì)七十年代源于IBM,現(xiàn)已是電子制造重要組成工藝。該工藝初期僅用于陶瓷基板,待工業(yè)界轉(zhuǎn)向有機(jī)(疊層)基板后,該技術(shù)才大規(guī)模應(yīng)用。隨電子產(chǎn)品向微型化、薄型化、高性能化發(fā)展,IC 封裝亦趨微型化與高度集成化。底部填充UNDERFILL工藝可分散芯片應(yīng)力、提升產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性,已成為集成電路電子封裝中的關(guān)鍵一環(huán)。對(duì) CSP、BGA、POP 等,可大幅提高抗沖擊能力;對(duì) FLIP CHIP,能緩解熱膨脹系數(shù)(CTE)差異引發(fā)的熱應(yīng)力,避免焊球失效。Under Fill 點(diǎn)膠工藝廣泛用于消費(fèi)類(lèi)電子,如手機(jī)、穿戴設(shè)備、TWS 及汽車(chē)電子相關(guān)的 IGBT 或 SIC。

然而,底部填充過(guò)程中潛藏的空洞、氣泡、膠水未填滿、界面剝離等缺陷,如同 “隱形炸彈”,輕則導(dǎo)致芯片應(yīng)力分散失效,重則引發(fā)焊球開(kāi)裂、產(chǎn)品報(bào)廢 超聲掃描顯微鏡掃描成像技術(shù),正是破解這些隱患的 “質(zhì)量透視眼”。

Hiwave S600超聲掃描顯微鏡

底部填充劑可以為汽車(chē)、工業(yè)和移動(dòng)應(yīng)用中的MEMS和傳感器模塊等電子元器件提供機(jī)械穩(wěn)定性和保護(hù)。汽車(chē)電子如MEMS或傳感器封裝的底部填充,需長(zhǎng)期承受復(fù)雜環(huán)境的高低溫循環(huán)、振動(dòng)沖擊,且內(nèi)部焊點(diǎn)密集、膠水填充空間狹小,且電子模塊內(nèi)部為多層封裝、焊接、鍵合等工藝結(jié)構(gòu)。對(duì)檢測(cè)技術(shù)提出 “高精度 + 抗干擾” 雙重要求,目前市面上常用x-ray射線與超聲CSAM為集成電路UNDERFILL工藝后的澆水填充質(zhì)量檢測(cè)方式。

X-ray 技術(shù):面對(duì)先進(jìn)封裝中與膠水密度接近的環(huán)氧基板,難以清晰區(qū)分 “膠水未填滿” 與 “基板紋理”,易將局部填充不足誤判為正常結(jié)構(gòu);且對(duì)膠水與半導(dǎo)體芯片間的 “微剝離”(寬度≤20μm),因缺乏明顯密度差,幾乎無(wú)法識(shí)別,而這類(lèi)微剝離在高低溫循環(huán)中會(huì)快速擴(kuò)大,導(dǎo)致焊球受力斷裂,引發(fā)模塊失效.

X-ray檢測(cè)圖像
C-SAM超聲掃描成像技術(shù):憑借聲阻抗差異成像特性,可精準(zhǔn)捕捉膠水與基板、芯片的界面狀態(tài),即使是50um小的微剝離也能清晰成像;針對(duì)功率半導(dǎo)體中常見(jiàn)的 “膠水氣泡”(直徑 30μm),能通過(guò)聲波反射差異準(zhǔn)確定位,避免氣泡在高溫下膨脹導(dǎo)致的膠水開(kāi)裂,而 X-ray 對(duì)這類(lèi)低密度氣泡的檢測(cè)較為困難。

超聲C-SAM檢測(cè)圖像
超聲掃描顯微鏡可對(duì)同一顆半導(dǎo)體模塊進(jìn)行 “測(cè)試前 - 測(cè)試后” 的無(wú)損復(fù)測(cè),通過(guò)對(duì)比兩次成像數(shù)據(jù),精準(zhǔn)分析高低溫循環(huán)后底部填充的缺陷變化(如微剝離擴(kuò)大尺寸、新氣泡產(chǎn)生),為可靠性驗(yàn)證提供直接數(shù)據(jù)支撐,無(wú)需破壞樣品。
隨著國(guó)產(chǎn)超聲 SAM 設(shè)備在核心部件與算法上的自主可控,將推動(dòng)先進(jìn)封裝檢測(cè)成本進(jìn)一步降低,助力半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈自主化升級(jí)。

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