2. 底部填充胶（Underfill）的作用与分类

2.1 底部填充胶的核心作用

在 Flip Chip 封装中，底部填充胶（Underfill）是填充芯片与基板之间间隙的高分子材料。其核心作用可归纳为以下三点：

• 应力缓冲：由于硅芯片（CTE ≈ 2.6 ppm/°C）与有机基板（CTE ≈ 15–20 ppm/°C）之间存在显著的热膨胀系数（CTE）失配，温度变化时会在焊点处产生剪切应力。Underfill 作为中间层，将应力从焊点分散到整个芯片-基板界面，降低焊点疲劳失效风险。
• 热循环可靠性提升：在 -55°C 至 +125°C 的热循环测试中，未填充的 Flip Chip 焊点通常在 200–500 次循环后出现裂纹；而填充后的器件寿命可提升 5–10 倍，达到 2000–5000 次循环。
• 防潮与抗污染：Underfill 密封芯片底部，防止湿气、助焊剂残留等污染物侵入焊点区域，避免电化学迁移（ECM）和腐蚀失效。

2.2 底部填充胶的分类

根据填充工艺和材料特性，Underfill 主要分为 毛细型（Capillary Underfill, CUF） 和 无流动型（No-Flow Underfill, NFU） 两大类。下表从工艺、材料、应用场景等维度进行对比：

2.3 毛细型 Underfill 的流动机制

毛细型 Underfill 的填充过程由表面张力驱动，其流动行为可用 Washburn 方程近似描述：

L² = (γ · r · cosθ · t) / (2η)

其中：

• L：填充前沿距离（mm）
• γ：液体表面张力（mN/m）
• r：芯片与基板间隙高度（μm）
• θ：接触角（°）
• η：液体粘度（Pa·s）
• t：填充时间（s）

2.4 无流动型 Underfill 的工艺特点

无流动型 Underfill 省去了毛细填充和助焊剂清洗步骤，但需要材料同时具备助焊和封装功能。其关键工艺控制点包括：

1. 点胶量控制：点胶体积需精确匹配芯片底部空腔体积，过多会导致芯片浮起（stand-off height 偏差），过少则产生空洞。
2. 回流焊温度曲线：NFU 的固化窗口需与焊料熔化窗口重叠，通常要求材料在 183°C（Sn63Pb37）或 217°C（SAC305）之前保持低粘度，之后快速固化。
3. 助焊剂活性：NFU 中的助焊剂成分需在回流焊过程中有效去除焊球表面氧化物，但残留物不能影响封装可靠性。

2.5 两类 Underfill 的选型决策流程

下图展示了从封装设计到工艺选型的决策逻辑：

2.6 两类 Underfill 的可靠性对比

在热循环测试（TCT, -55°C ~ +125°C）和高温高湿存储（HTS, 85°C/85%RH）条件下，两类 Underfill 的表现存在差异：