underfill 底部填充胶空洞的原因、检测及分析

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1、underfill 底部填充胶小课堂底部填充技术上世纪七十年代发源于IBM公司，目前已经成为电子制造产业重要的组成部分。起初该技术的应用范围只限于陶瓷基板，直到工业界从陶瓷基板过渡到有机（叠层）基板，底部填充技术才得到大规模应用，并且将有机底部填充材料的使用作为工业标准确定下来。底部填充胶的定义底部填充胶（Underfill）对SMT（电子电路表面组装技术）元件（如：BGA、CSP芯片等）装配的长期可靠性是必须的。选择合适的底部填充胶对芯片的跌落和热冲击的可靠性都起到了很大的保护作用。在芯片锡球阵列中，底部填充胶能有效的阻止焊锡点本身（即结构内的最薄弱点）

2、因为应力而发生应力失效。此外，底部填充胶的第二个作用是防止潮湿和其他形式的污染。常见问题底部填充胶在使用过程中，出现空洞和气隙是很常见的问题，出现空洞的原因与其封装设计和使用模式息息相关，典型的空洞会导致可靠性的下降。了解空洞行成的不同起因及其特性，将有助于解决底部填充胶的空洞问题。空洞的特性了解空洞的特性有助于将空洞与它们的产生原因相联系，其中包括：◥形状——空洞是圆形的还是其他形状？◥尺寸——通常描述成空洞在芯片平面的覆盖面积。◥产生频率——是每10个容器中出现一个空洞，还是每个器件出现10个空洞？空洞是在特定的时期产生，还是一直产生，或者是任意时间产

3、生？◥定位——空洞出现芯片的某个确定位置还是任意位置？空洞出现是否与互连凸点有关？空洞与施胶方式又有什么关系？空洞的检测方法underfill底部填充胶空洞检测的方法，主要有以下三种:◥利用玻璃芯片或基板直观检测，提供即时反馈，缺点在于玻璃器件上底部填充胶（underfill）的流动和空洞的形成与实际的器件相比，可能有细微的偏差。◥超声成像和制作芯片剖面超声声学成像是一种强有力的工具，它的空洞尺寸的检测限制取决于封装的形式和所使用的仪器。◥将芯片剥离的破坏性试验采用截面锯断，或将芯片或封装从下underfill底部填充胶上剥离的方法，有助于更好地了解空洞的

4、三维形状和位置，缺点在于它不适用于还未固化的器件。底部填充胶空洞产生的原因◥流动型空洞流动型空洞（其中还存在着几种类型），都是在underfill底部填充胶流经芯片和封装下方时产生，两种或更多种类的流动波阵面交会时包裹的气泡会形成流动型空洞。流动型空洞产生的原因①与底部填充胶施胶图案有关。在一块BGA板或芯片的多个侧面进行施胶可以提高underfill底填胶流动的速度，但是这也增大了产生空洞的几率。②温度会影响到底部填充胶的波阵面。不同部件的温度差也会影响到胶材料流动时的交叉结合特性和流动速度，因此在测试时应注意考虑温度差的影响。③胶体材料流向板上其他元件

5、（无源元件或通孔）时，会造成下底部填充胶（underfill）材料缺失，这也会造成流动型空洞。流动型空洞的检测方法采用多种施胶图案，或者采用石英芯片或透明基材板进行试验是了解空洞如何产生，并如何消除空洞的最直接的方法。通过在多个施胶通道中采用不同颜色的下填充材料是使流动过程直观化的理想方法。流动型空洞的消除方法通常，往往采用多个施胶通道以降低每个通道的填充量，但如果未能仔细设定和控制好各个施胶通道间的时间同步，则会增大引入空洞的几率。采用喷射技术来替代针滴施胶，控制好填充量的大小就可以减少施胶通道的数量，同时有助于对下底部填充胶（underfill）流动进

6、行控制和定位。◥水气空洞存在于基板中的水气在底部填充胶（underfill）固化时会释放，从而固化过程中产生底部填充胶（underfill）空洞。这些空洞通常随机分布，并具有指形或蛇形的形状，这种空洞在使用有机基板的封装中经常会碰到。水气空洞检测/消除方法要测试空洞是否由水气引起，可将部件在100°C以上前烘几小时，然后立刻在部件上施胶。一旦确定水气是空洞的产生的根本原因，就要进行进一步试验来确认最佳的前烘次数和温度，并确定相关的存放规定。一种较好的含水量测量方法是用精确分析天平来追踪每个部件的重量变化。需要注意的是，与水气引发的问题相似，一些助焊剂沾污产

7、生的问题也可以通过前烘工艺来进行补救，这两类问题可以通过试验很方便地加以区分。如果部件接触湿气后，若是水气引发的问题则会再次出现，而是助焊剂沾污所引发的问题将不再出现。◥流体胶中气泡产生空洞各大制造商对于封装底部填充胶的无气泡化现象都非常重视。但是对于流体胶材料的不当处理，重新分装或施胶技术不当都会引发气泡问题。在使用时未经充分除气。如果没有设定好一些自动施胶设备的话，也会在施胶时在其流动途径上产生气泡。材料气泡检测方法有一种直接的方法可以检测底部填充胶（underfill）材料中是否存在着气泡，可通过注射器上一个极细的针头施胶并划出一条细长的胶线，然后研

8、究所施的胶线是否存在缝隙。如果已经证实底部填充胶（underfil