超细间距倒装芯片灌封胶渗透与空洞控制 |铬锐特实业

半导体先进封装技术正处于高速迭代期，其中超细间距（Fine-pitch）芯片倒装工艺已成为高端芯片（如AI处理器、高性能计算芯片、HBM内存堆叠等）的核心封装方式。在这一工艺中，底部填充胶（Underfill）扮演着至关重要的角色，它通过毛细作用渗透到芯片与基板之间的微小间隙（通常仅为50-80μm甚至更小），固化后提供机械保护、缓冲热应力并提升整体可靠性。

Fine-pitch带来的渗透难题

随着凸点间距（bump pitch）从传统的150μm缩小到目前的40-55μm，甚至向25-30μm推进，芯片与基板间的间隙高度显著降低（常降至50-75μm）。这导致传统灌封胶的渗透阻力急剧增加，流动性变差。根据行业数据，在间距低于100μm的倒装芯片中，填充时间往往是200μm间距时的2倍以上，且胶体容易因高填充颗粒含量而呈现“泥浆状”流动特性，显著提高了渗透不完全的风险。

空洞（Void）形成的控制挑战

空洞是Fine-pitch倒装工艺中最常见的缺陷之一。研究显示，在细间距封装中，空洞率若超过5-10%，将直接影响焊点疲劳寿命和界面分层风险。空洞主要源于：

• 毛细力不足导致的气泡捕获；
• 胶体黏度与润湿性不匹配；
• 助焊剂残留或排气不畅。 在高密度凸点阵列下，空洞一旦出现在焊点底部，可能引发热循环测试中的焊点疲劳或桥接失效，严重时导致产品可靠性下降30%以上。

关键影响因素与行业实践

要实现无空洞或极低空洞率的灌封，需精准调控多重参数：

• 胶体特性：低黏度（通常<10 Pa·s）、优异润湿性（接触角<30°）、窄粒径分布的填料（减少堵塞）；
• 工艺窗口：优化点胶量、点胶路径、基板预热温度（80-120°C）和固化曲线；
• 材料创新：采用No-flow或Molded Underfill（MUF）等变体工艺，在部分高端应用中已将空洞率控制在1%以内。 行业领先厂商通过CFD模拟和X射线检测，已将Fine-pitch（<50μm）下的空洞缺陷率降低至可接受的工程水平。

未来趋势与材料突破

展望2026-2030年，随着Cu-Cu混合键合逐步取代部分微凸点，传统Underfill使用场景虽减少，但在微凸点（micro-bump）与有机基板结合的封装中，灌封胶仍不可或缺。开发超低黏度、高流动、快固化且低应力的新型底部填充胶，将是支撑Fine-pitch倒装工艺向更高密度（<30μm pitch）演进的关键。

通过持续优化材料配方与工艺参数，能够有效掌控渗透力与空洞两大核心痛点，提供更可靠的先进封装解决方案，推动半导体产业向更高性能、更小尺寸方向迈进。