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底部填充工藝：先進(jìn)封裝可靠性的關(guān)鍵工藝
發(fā)布時(shí)間：2025-12-20 13:52:55 瀏覽：1048次 責(zé)任編輯：騰盛精密
在半導(dǎo)體封裝技術(shù)飛速發(fā)展的今天，底部填充工藝已成為確保芯片長(zhǎng)期可靠性的核心技術(shù)之一。隨著芯片集成度不斷提升、封裝尺寸持續(xù)縮小，熱膨脹系數(shù)(CTE)失配導(dǎo)致的應(yīng)力問題日益突出，底部填充工藝應(yīng)運(yùn)而生并不斷發(fā)展，成為先進(jìn)封裝技術(shù)中不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
▲底部填充工藝示意圖 來源：網(wǎng)絡(luò)工藝背景與發(fā)展現(xiàn)狀
半導(dǎo)體底部填充技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代的IBM公司，最初應(yīng)用于陶瓷基板領(lǐng)域，后隨著有機(jī)基板取代陶瓷基板而實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。全球半導(dǎo)體底部填充膠市場(chǎng)預(yù)計(jì)以10.48%的年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)持續(xù)擴(kuò)張，2024年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)7.21億美元，2031年將突破14.43億美元。中國(guó)市場(chǎng)表現(xiàn)尤為突出，預(yù)計(jì)2031年全球占比將達(dá)24.72%，增速顯著高于全球平均水平，這主要得益于新能源汽車、AI芯片、5G通信等新興技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展。
▲全球半導(dǎo)體底部填充銷售額 來源：網(wǎng)絡(luò)工藝原理與核心價(jià)值
底部填充工藝的核心原理是通過在芯片與基板之間填充高分子材料，形成機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)，有效分散因熱膨脹系數(shù)差異產(chǎn)生的應(yīng)力。具體而言，當(dāng)芯片與基板經(jīng)歷溫度變化時(shí)，固化后的底部填充材料將兩者緊密連接，使原本集中在焊點(diǎn)上的應(yīng)力重新分布到整個(gè)界面區(qū)域，從而顯著降低焊點(diǎn)所承受的應(yīng)變。
底部填充工藝提供三大核心價(jià)值：
· 應(yīng)力緩沖與分散：緩解CTE失配導(dǎo)致熱機(jī)械應(yīng)力，防止焊點(diǎn)疲勞開裂
· 增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度：為焊點(diǎn)提供額外支撐，提高抗沖擊、抗振動(dòng)能力
· 環(huán)境防護(hù)：形成密封屏障，防止?jié)駳夂臀廴疚锴秩耄苊飧g和短路
▲底部填充工藝示意圖 來源：網(wǎng)絡(luò)工藝類型與技術(shù)分類
底部填充工藝主要分為以下幾類：
1. 按填充方式分類
· 毛細(xì)流動(dòng)型底部填充(CUF)：依賴膠水毛細(xì)流動(dòng)自然填充，工藝簡(jiǎn)單但耗時(shí)較長(zhǎng)
· 非流動(dòng)型底部填充(NUF)：預(yù)先點(diǎn)膠后通過回流焊固化，適用于CSP、BGA等工藝
· 晶圓級(jí)底部填充(WLUF)：在晶圓制造階段完成填充，適合超薄芯片
· 模塑底部填充(MUF)：結(jié)合注塑成型工藝，適用于多芯片集成封裝
▲底部填充工藝分類 來源：網(wǎng)絡(luò)
2. 按應(yīng)用場(chǎng)景分類
· 倒裝芯片底部填充：用于芯片與封裝基板互連凸點(diǎn)之間間隙的填充，精度要求高(微米級(jí))
· BGA底部填充：用于封裝基板與PCB印制電路板之間互連的焊球之間的填充，精度要求相對(duì)較低(毫米級(jí))騰盛精密底部填充解決方案
底部填充工藝作為半導(dǎo)體封裝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，雖然能顯著提升器件可靠性，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨多重技術(shù)挑戰(zhàn)，主要包括填充不飽滿、空洞形成、材料匹配、熱管理、大尺寸芯片封裝等核心難點(diǎn)。作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的精密裝備企業(yè)，騰盛精密針對(duì)不同封裝需求開發(fā)了專業(yè)化的底部填充設(shè)備：
1、晶圓級(jí)底部填充WDS2500
· 技術(shù)特點(diǎn)：定制專屬的設(shè)備前端模塊，1供2的配置與2臺(tái)點(diǎn)膠機(jī)組成完整系統(tǒng)
· 兼容性：可兼容8/12英寸晶圓，設(shè)有預(yù)熱平臺(tái)和冷卻平臺(tái)
· 應(yīng)用場(chǎng)景：專為晶圓級(jí)Underfill工藝研發(fā)，適用于CoWoS等先進(jìn)封裝技術(shù)
2. 面板級(jí)底部填充Sherpa1000
·技術(shù)特點(diǎn)：專為面板級(jí)工藝研發(fā)，支持大面積模塑
·核心優(yōu)勢(shì)：可實(shí)現(xiàn)2-3倍的產(chǎn)能提升，有效緩解AI芯片對(duì)先進(jìn)封裝產(chǎn)能的瓶頸
·應(yīng)用場(chǎng)景：適用于CoPoS等先進(jìn)封裝技術(shù)，滿足高密度、大面積封裝需求
3. 板級(jí)底部填充Sherpa900
· 技術(shù)特點(diǎn)：采用一體式鑄造成型工藝，搭載龍門雙驅(qū)U型直線電機(jī)，點(diǎn)膠快準(zhǔn)穩(wěn)
· 核心優(yōu)勢(shì)：支持選配傾斜旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)芯片四邊的傾斜點(diǎn)膠，對(duì)于提升Fillet，減小KOZ效果顯著
· 應(yīng)用場(chǎng)景：適用于FCBGA、FCCSP、SiP等封裝中的倒裝技術(shù)
在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向高性能、小型化、高可靠性發(fā)展的今天，底部填充工藝作為封裝可靠性的關(guān)鍵保障，其技術(shù)進(jìn)步將直接影響半導(dǎo)體產(chǎn)品的性能與壽命。隨著中國(guó)企業(yè)在Chiplet封裝等領(lǐng)域的持續(xù)突破，本土品牌在全球高端市場(chǎng)的份額有望逐步提升，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控發(fā)展提供有力支撐。