隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展趨向微型化、薄型化、高性能化，IC封裝也趨于微型化、高度集成化方向發(fā)展。如圖顯示了倒裝芯片和引線鍵合封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)的比較。倒裝芯片表示將帶有焊料凸塊的芯片的圖案化面翻轉(zhuǎn)以直接互連到帶有焊球的基板，在引線鍵合封裝中，長導(dǎo)線連接在芯片和基板之間。倒裝芯片技術(shù)中的短互連比長線連接更有利于制造更薄更小的集成電路系統(tǒng)并提高電氣性能。
以Underfill為例，在CSP、BGA、POP、Flip chip等工藝中中底部填充是封裝技術(shù)中關(guān)鍵的工藝流程之一。簡(jiǎn)單來說，底部填充工藝(underfill)是將環(huán)氧樹脂膠水點(diǎn)涂在倒裝晶片邊緣，液體通過氣液界面處的毛細(xì)作用滲透到狹窄的間隙中，這一過程稱為微毛細(xì)管流動(dòng)。倒裝芯片封裝中，將底部填充環(huán)氧樹脂填充到芯片和基板之間的間隙中，以防止焊料凸點(diǎn)上的裂縫和熱疲勞導(dǎo)致的電氣故障。硅芯片和有機(jī)基板之間的熱膨脹系數(shù) (CTE) 的巨大差異可能會(huì)在熱循環(huán)期間對(duì)互連造成顯著的熱應(yīng)力。因此，底部填充環(huán)氧樹脂可通過 CTE 失配緩解應(yīng)力，并減少基板的沖擊和變形，以及保證焊點(diǎn)的可靠性。
然而，隨著倒裝焊球間隙的縮小，焊球數(shù)量不斷地增加，底部填充工藝難度越來越大，分段點(diǎn)膠以及不同點(diǎn)膠方式的配合使用環(huán)境下，底部填充材料的流動(dòng)路徑也變得更加復(fù)雜，因此容易在固化后產(chǎn)生孔洞， 進(jìn)而可能導(dǎo)致產(chǎn)品的可靠性下降，出現(xiàn)封裝失效的問題。
經(jīng)過對(duì)大量失效產(chǎn)品的分析與總結(jié)，底部填膠中的空洞氣泡一般分為三種：分別是隨機(jī)分布型空洞、助焊劑殘留型孔洞和空氣內(nèi)包型空洞。
隨機(jī)分散型孔洞形成的原因主要包括兩個(gè)方面：1.基板吸濕；2.待點(diǎn)膠產(chǎn)品在烘烤固化前吸濕。基板本身是高分子復(fù)合材料，生產(chǎn)車間中存在一定的濕氣，吸濕的基板在點(diǎn)膠后， 潮氣依然吸附于基板面，經(jīng)固化烘烤后可能依然有部分殘存在封裝體內(nèi)部。
所以在產(chǎn)品在點(diǎn)膠前進(jìn)行烘烤是為了去除基板中的潮氣和濕氣，不同類型、 不同尺寸的產(chǎn)品可設(shè)置不同時(shí)間的烘烤程序。另外從產(chǎn)品烘烤到點(diǎn)膠完進(jìn)行固化，各個(gè)工序之間有等待時(shí)間，對(duì)于各工藝節(jié)點(diǎn)間的節(jié)拍的把握也是影響良率的重要因素。
底部填充在芯片倒裝之后，若助焊劑清洗不干凈，則會(huì)導(dǎo)致底部填充延遲固化甚至不固化，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致底部填充膠的粘接力下降，影響器件的質(zhì)量。助焊劑清洗后在焊球周圍殘留，其表面能與基板阻焊層芯片鈍化層不同，膠體在流經(jīng)焊球附近時(shí)形成不規(guī)則流動(dòng)或包裹空氣現(xiàn)象， 使得焊球附近存在微孔洞。倒裝焊后的助焊劑需清洗干凈，才能有效地保障倒裝焊器件的長期可靠性。
空氣內(nèi)包型孔洞一般來源于基板清洗不充分，影響膠體在芯片底部不同區(qū)域的流動(dòng)速率，容易產(chǎn)生孔洞；點(diǎn)膠工藝本身也是影響因素，邊緣效應(yīng)的存在使得膠體在芯片底部流動(dòng)的平面形成月牙型，導(dǎo)致在遠(yuǎn)離點(diǎn)膠位置角落或者對(duì)角線區(qū)域留下較大的氣泡。點(diǎn)膠方式常用的有 I 型、 L 型 、U 型、I+U型等，應(yīng)根據(jù)芯片的大小、形狀及其在基板上的位置來選擇具體的點(diǎn)膠形式。
對(duì)于改善上述的空洞氣泡問題芯片可以通過改善焊球分布、控制基板烘烤和工藝窗口時(shí)間、優(yōu)化助焊劑用量及清洗參數(shù)、優(yōu)化點(diǎn)膠工藝參數(shù)、優(yōu)化點(diǎn)膠方式/溫度以及固化條件等方式。可以看出此類方法需要芯片設(shè)計(jì)與整線工藝的優(yōu)化配合調(diào)整，除此之外我們也可以通過真空壓力除泡設(shè)備解決氣泡問題。
溶解與擴(kuò)散是解決氣泡空洞問題的兩大基本原理，結(jié)合設(shè)備的功能從微觀層面來說，空氣是無法和膠材進(jìn)行反應(yīng)的氣體，但仍然會(huì)溶于膠材，之所以溶解度不佳，主要原因是他們的對(duì)稱性和線性導(dǎo)致了它們的偶極矩為零，這就導(dǎo)致它們無法與膠材中的分子有較強(qiáng)的相互作用。但是它們?nèi)匀荒苋苡谀z材，這是因?yàn)殡娮釉剖遣粩噙\(yùn)動(dòng)的，總會(huì)有電子分布不均勻的時(shí)候，所以在某一瞬間它們的瞬時(shí)偶極或者誘導(dǎo)偶極會(huì)和膠材分子的永恒偶極作用，簡(jiǎn)單來說就是氣體和膠材分子之間范德華力克服了氣體分子的動(dòng)能，從而微溶于膠材。但是并不是所有氣體分子都會(huì)被“困住”，因?yàn)楦鶕?jù)波爾茨曼分布（Boltzmann distribution），只有少部分動(dòng)能極小的分子才能被微弱的范德華力給束縛住。
溫度和壓力是改變氣體在液體中的溶解度兩個(gè)要素。溫度越低，溶解度越大，壓強(qiáng)越大，溶解度越大。
溫度越高，分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈,分子動(dòng)能也越大原來被液體分子束縛的氣體分子具有更多的能量,容易擺脫液體分子的束縛到空氣中，所以氣體的溶解度隨溫度的升高而減小。在氣體溶于液體的這個(gè)過程中，氣相到溶液，有序度增加所以熵是減小的，氣體分子之間幾乎沒有吸引力，但是氣體溶解后，分子間產(chǎn)生了吸引力，形成相互作用力因此焓是增加的。簡(jiǎn)而言之，焓反映分子間的作用力，因?yàn)槭莻€(gè)放熱反應(yīng)，所以降溫有助于降低自由能變，更有助于氣體溶解這個(gè)過程自發(fā)進(jìn)行。
增大壓強(qiáng)，氣體分子密度增大和液面碰撞的機(jī)會(huì)增加更容易被液體分子俘獲，進(jìn)入液體中。所以氣體的溶解度隨壓強(qiáng)的增大而增大。壓強(qiáng)對(duì)氣體溶解度的影響，是氣體碰撞的宏觀體現(xiàn)，氣體和液面碰撞加劇，碰撞頻率就變高。實(shí)際上氣體和液體分子間的范德華吸引力的大小并未改變，但是碰撞頻率增大，也能導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)有更多的氣體分子被液相控制住，導(dǎo)致溶解度增加。
例如，將一瓶未開的可樂帶上山，如果在山上休息一段時(shí)間，然后開瓶，會(huì)發(fā)現(xiàn)可樂會(huì)“沖”出來。這就是因?yàn)樯缴系臍鈮航档停績?nèi)氣體的壓強(qiáng)會(huì)受到影響降低，氣體溶解度降低，被釋放出來，直到瓶內(nèi)氣體狀態(tài)平衡。因?yàn)榇藭r(shí)瓶內(nèi)的氣壓是高過大氣壓的，所以開瓶時(shí)，可樂會(huì)“沖”出來。
綜上所述，我們用于底部填膠的高分子聚合物膠材隨著溫度的變化會(huì)有從玻璃態(tài)-高彈態(tài)-黏流態(tài)的轉(zhuǎn)變，因此針對(duì)于材料每個(gè)狀態(tài)的溫度區(qū)間，我們可以通過多重多段彈性的調(diào)節(jié)設(shè)備腔體內(nèi)的溫度與壓力達(dá)到去除氣泡的目的。以底部填膠的氣泡為例，在完成點(diǎn)膠后界面存在多處大小各異的氣泡。將產(chǎn)品放置真空壓力除泡設(shè)備，給與腔室內(nèi)壓力、溫度，亦或真空，腔室內(nèi)的環(huán)境急劇的轉(zhuǎn)變，使得氣泡逃逸出界面以達(dá)到完全填覆的目的。完成內(nèi)包型氣泡除泡后，隨著開始升溫固化膠材中仍然有一定幾率析出微氣泡，所以我們?cè)诠袒那斑M(jìn)行增壓，同時(shí)將不再是一段式或兩段式升溫，在中間溫度與高溫段之間插入一個(gè)或多個(gè)中溫段， 這樣的多段升溫增壓固化有助于氣泡的完全消除。
面對(duì)越來越難的底部填充產(chǎn)品，以及不同客戶的需求。屹立芯創(chuàng)真空壓力除泡系統(tǒng)打破傳統(tǒng)技術(shù)瓶頸，采用多項(xiàng)創(chuàng)新發(fā)明專利技術(shù)，利用真空+壓力交互切換的的模式有效解決氣泡問題。特殊的溫控方式，能夠?qū)崿F(xiàn)腔室的快速升溫降溫，大幅度提高UPH；爐體具有壓力容器認(rèn)證合格證明，并設(shè)置超壓超溫保護(hù)裝置，使用安全；設(shè)備亦具有多項(xiàng)選配項(xiàng)目，如含氧量控制，除揮發(fā)物裝置，電子增壓系統(tǒng)，及自動(dòng)開關(guān)爐門等等，可定制化設(shè)計(jì)，高質(zhì)量、高信賴度。
屹立芯創(chuàng)多領(lǐng)域除泡系統(tǒng)智能化布設(shè)，多款功能可根據(jù)客戶需求實(shí)現(xiàn)彈性定制。
◆ 壓力除泡系統(tǒng) PCS
壓強(qiáng)0-8kg/cm2可調(diào)節(jié)，溫度可達(dá)200℃，能有效去除晶粒黏著（Die Attached），光學(xué)膜貼附（OCA lamination）所造成的氣泡問題。
◆ 真空壓力除泡系統(tǒng) VPS
利用多段真空+壓力交互切換的的模式，能快速解決灌注封膠（Potting）, 底部填膠（Underfill）， 印刷涂膠（Printing）所造成的氣泡問題。
◆高溫+真空+壓力除泡系統(tǒng) PIS
多段可調(diào)節(jié)真空+壓力循環(huán)模式，能夠兼容高溫型材料（如PI、錫膏或燒結(jié)銀）的除泡，系統(tǒng)溫度可達(dá)400℃。
除此之外還能解決其它制程工藝中產(chǎn)生的氣泡, 提高產(chǎn)品的質(zhì)量及可靠度。廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體封裝，電子組裝，5G通訊，新能源應(yīng)用，車用零件，航天模塊，生化檢測(cè)等各大科技領(lǐng)域。
屹立芯創(chuàng) Elead Tech
