先進(jìn)封裝Underfill工藝中的四種常用的填充膠CUF,NUF,WLUF和MUF介紹

今天我們再詳細(xì)看看Underfill工藝中所用到的四種填充膠：CUF，NUF，WLUF和MUF。

倒裝芯片的底部填充工藝一般分為三種：毛細(xì)填充（流動型）、無流動填充和模壓填充，如下圖所示，

目前看來，從Underfill在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用以來，已經(jīng)發(fā)展出好幾種典型的Underfill，包括

毛細(xì)流動型底部填充膠（Capillary Underfill,CUF）。

非流動型底部填充膠（No-Flow Underfill,NUF）。

晶圓級底部填充膠（Wafer-Level Underfill, WLUF）。

模塑底部填充膠（Molded Underfill,MUF）。

每種Underfill材料在應(yīng)用上都各有其優(yōu)缺點(diǎn)，所以在填充過程中要需要根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)和性能要求選用合適的Underfill及相應(yīng)的填充工藝。

1.毛細(xì)流動型底部填充膠（CUF）

CUF是最早出現(xiàn)的一類underfill，它是利用毛細(xì)作用流動填充芯片與底板間隙的一種低黏度填充膠。

CUF在FC封裝回流焊接后進(jìn)行填充固化，完整的工藝過程包括：助焊劑涂覆→芯片放置→加熱回流→助焊劑清理→流動填充→加熱固化，如圖所示：

CUF是最早應(yīng)用于電子封裝的一種underfill。目前仍占據(jù)市場主流，應(yīng)用范圍很廣，幾乎面向各個(gè)層次的封裝，如FC、CSP、BGA封裝。但由于使用CUF時(shí)，工藝上多出了流動填充和加熱固化的步驟，因而生產(chǎn)效率不高，另外毛細(xì)流動通常較慢且不夠充分，從而導(dǎo)致固化后的underfill基體中出現(xiàn)空洞，還會出現(xiàn)填料在樹脂體系中分布不均的現(xiàn)象，隨著芯片尺寸的增大及焊點(diǎn)尺寸的減小，這種現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重。

2.非流動型底部填充膠（NUF）

NUF是基于摩托羅拉（Motorola）公司于1992年發(fā)展的助焊劑和底部填充膠集成專利技術(shù)（Integrated flux and underfill）啟發(fā)而發(fā)展起來，NUF填充固化工藝比CUF要簡單，主要包括：underfill涂覆→芯片放置→回流焊接和固化，如圖所示：

與CUF相比，NUF工藝步驟減少，生產(chǎn)效率高。

實(shí)現(xiàn)NUF這種新填充工藝的兩個(gè)關(guān)鍵要素在于：潛性固化能力和固有助焊能力。NUF工藝的特性需要underfill有足夠的反應(yīng)潛伏期來保持低粘度，直至形成互連焊點(diǎn)。

由于NUF的固化和互連焊點(diǎn)的形成是在一個(gè)工序里完成，因此助焊劑是NUF中必不可少的成分。使用助焊劑是為了在回流過程中去除材料表面的氧化物，提高焊料的潤濕性；同時(shí)，助焊劑在回流階段應(yīng)避免產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)，保證填充穩(wěn)定性。

NUF幾乎可用于所有封裝層次，由于NUF將傳統(tǒng)underfill底部填充工藝上的流動填充、助焊劑涂覆清理、焊料回流、underfill固化簡化成一個(gè)工藝步驟，大大提高了生產(chǎn)效率；但由于NUF填料少、熱膨脹系數(shù)比較高，固化物常有氣泡和空洞等問題，其尚未成為市場主流產(chǎn)品。

3.晶圓級底部填充膠（WLUF）

由于NUF工藝需要先在基板上涂敷underfill，這與表面貼裝技術(shù)（Surface Mounted Technology, SMT）并不完全兼容。針對此問題后來發(fā)展出了與SMT兼容的WLUF工藝，該工藝以其低成本、高可靠性而獲得了成功應(yīng)用。

WLUF工藝首先在有凸點(diǎn)或無凸點(diǎn)的晶圓片上采用印制或涂敷添加一層underfill，然后進(jìn)行部分固化。對于尚未制作凸點(diǎn)的晶圓，則需在劃片前制作凸點(diǎn)，然后再進(jìn)行劃片。每單個(gè)芯片均可以通過標(biāo)準(zhǔn)的SMT工藝實(shí)現(xiàn)與基板的互連，工藝流程如圖所示。

與NUF相同，WLUF也要求含有適當(dāng)?shù)闹竸盍虾亢苌偕踔翛]有，以達(dá)到100%的焊點(diǎn)連通率。此外，WLUF固化物需要一定的透明度以防晶圓的切割線模糊不清；WLUF需要良好的激光可加工性，便于劃片切割和打孔；此外，WLUF需要有低的介電常數(shù)和熱膨脹系數(shù)來更好地實(shí)現(xiàn)應(yīng)力均勻分布。

由于WLUF在芯片放置之前就已經(jīng)將部分固化的WLUF預(yù)涂覆在裸芯片上，完全適用于標(biāo)準(zhǔn)FC設(shè)備，大大提高了生產(chǎn)效率。但由于幾乎不含填料，還需要解決WLUF熱疲勞穩(wěn)定性問題。由于工藝過程的限制，WLUF只適用于FC封裝。

4.模塑底部填充膠（MUF）

MUF是可以向模具直接注入，將包括芯片和底板間隙的整個(gè)器件進(jìn)行封裝保護(hù)的一種underfill材料。MUF直接將底部填充和二次成型（Over molding）封裝在一個(gè)工藝步驟里完成，可降低成本，大大提高生產(chǎn)效率。MUF不僅填充芯片與基板之間的間隙，同時(shí)還包覆整個(gè)芯片并提高了器件力學(xué)穩(wěn)定性。

MUF特別適用于倒裝芯片封裝，能夠提高生產(chǎn)效率。據(jù)報(bào)道，MUF工藝可將傳統(tǒng)底部填充工藝的生產(chǎn)效率提高4倍。

MUF工藝在模具設(shè)計(jì)和工藝方面與增壓底部填充類似，只是前者采用的不是只填充芯片與基板間隙的液態(tài)密封劑，而是包封整個(gè)器件的模塑化合物。

下圖所示為CUF與MUF工藝過程對比以及常見的FC-BGA封裝采用MFU工藝的模具設(shè)計(jì)。

MUF封裝技術(shù)將注塑工藝和underfill相結(jié)合，可大大提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)可顯著提高封裝器件的可靠性；

MUF可以對許多小的間隙進(jìn)行填充，特別是小芯片微小間距時(shí)，填充效果好，有利于電子產(chǎn)品微型化和多功能化；MUF模具填充最小間隙高度可達(dá)40um；但MUF的可返修性差。MUF一般適合FC、CSP層次的單個(gè)或多個(gè)芯片的封裝。