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底部填充技術(UNDERFILL)

底部填充技術(UNDERFILL)上世紀七十年代源于IBM,現已是電子制造重要組成工藝。該工藝初期僅用于陶瓷基板,待工業界轉向有機(疊層)基板后,該技術才大規模應用。隨電子產品向微型化、薄型化、高性能化發展,IC 封裝亦趨微型化與高度集成化。底部填充UNDERFILL工藝可分散芯片應力、提升產品質量與可靠性,已成為集成電路電子封裝中的關鍵一環。對 CSP、BGA、POP 等,可大幅提高抗沖擊能力;對 FLIP CHIP,能緩解熱膨脹系數(CTE)差異引發的熱應力,避免焊球失效。Under Fill 點膠工藝廣泛用于消費類電子,如手機、穿戴設備、TWS 及汽車電子相關的 IGBT 或 SIC。

然而,底部填充過程中潛藏的空洞、氣泡、膠水未填滿、界面剝離等缺陷,如同 “隱形炸彈”,輕則導致芯片應力分散失效,重則引發焊球開裂、產品報廢 超聲掃描顯微鏡掃描成像技術,正是破解這些隱患的 “質量透視眼”。

Hiwave S600超聲掃描顯微鏡

底部填充劑可以為汽車、工業和移動應用中的MEMS和傳感器模塊等電子元器件提供機械穩定性和保護。汽車電子如MEMS或傳感器封裝的底部填充,需長期承受復雜環境的高低溫循環、振動沖擊,且內部焊點密集、膠水填充空間狹小,且電子模塊內部為多層封裝、焊接、鍵合等工藝結構。對檢測技術提出 “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量檢測方式。

X-ray 技術:面對先進封裝中與膠水密度接近的環氧基板,難以清晰區分 “膠水未填滿” 與 “基板紋理”,易將局部填充不足誤判為正常結構;且對膠水與半導體芯片間的 “微剝離”(寬度≤20μm),因缺乏明顯密度差,幾乎無法識別,而這類微剝離在高低溫循環中會快速擴大,導致焊球受力斷裂,引發模塊失效.

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

超聲C-SAM檢測圖像
超聲掃描顯微鏡可對同一顆半導體模塊進行 “測試前 - 測試后” 的無損復測,通過對比兩次成像數據,精準分析高低溫循環后底部填充的缺陷變化(如微剝離擴大尺寸、新氣泡產生),為可靠性驗證提供直接數據支撐,無需破壞樣品。
隨著國產超聲 SAM 設備在核心部件與算法上的自主可控,將推動先進封裝檢測成本進一步降低,助力半導體產業鏈自主化升級。

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