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        底部填充膠空洞原因檢測及分析

        作者:凱恩化學    時間:

               底部填充膠在使用過程中,出現空洞和氣隙是很普遍的問題,出現空洞的原因與其封裝設計和使用模式相關,典型的空洞會導致可靠性的下降。了解空洞形成的不同起因的及其特性,以及如何對它們進行測試,將有助于解決底部填充膠underfill的空洞問題。


        1. 空洞的特性

                了解空洞的特性有助于將空洞與它們的產生原因相聯系,其中包括:

                1.1 形狀——空洞是圓形的還是其他的形狀?

                1.2 尺寸——通常描述成空洞在芯片平面的覆蓋面積。

                1.3 產生頻率——是每10個器件中出現一個空洞,還是每個器件出現10個空洞?空洞是在特定的時期產生,還是一直產生,或者是任意時間產生?

                1.4 定位——空洞出現在芯片的某個確定位置還是任意位置?空洞出現是否與互連凸點有關?空洞與施膠方式又有什么關系?


        2. 空洞檢測方法:

                Under fill底部填充膠空洞檢測的方法。主要有三種:

                2.1 利用玻璃芯片或基板:直觀檢測,提供即時反饋,缺點在于玻璃器件上底部填充膠(underfill)的流動和空洞的形成行與實際的器件相比可能有些細微的偏差。

                2.2 超聲成像和制作芯片剖面:超聲聲學成像是一種強有力的工具,它的空洞尺寸的檢測限制取決于封裝的形式和所使用的儀器;

                2.3 將芯片剝離的破壞性試驗:采用截面鋸斷,或將芯片或封裝從下underfill底部填充膠上剝離的方法,有助于更好地了解空洞的三維形狀和位置,缺點在于它不適用于還未固化的器件。


        3. 底部填充膠空洞產生原因:


                3.1流動型空洞

                流動型空洞(其中還存在著幾種子類型),都是在underfill底部填充膠流經芯片和封裝下方時產生,兩種或更多種類的流動波陣面交會時包裹的氣泡會形成流動型空洞。


                3.1.1 流動型空洞產生原因:

                (1)與底部填充膠施膠圖案有關。在一塊BGA板或芯片的多個側面進行施膠可以提高underfill底填膠流動的速度,但是這也增大了產生空洞的幾率。

                (2)溫度會影響到底部填充膠流動的波陣面。不同部件的溫度差也會影響到膠材料流動時的交叉結合特性和流動速度,因此在測試時應注意考慮溫度差的影響。

                (3)膠體材料流向板上其他元件(無源元件或通孔)時,會造成下底部填充膠(underfill)材料缺失,這也會造成流動型空洞。


                3.1.2流動型空洞的檢測方法:

                采用多種施膠圖案,或者采用石英芯片或透明基板進行試驗是了解空洞如何產生,并如何來消除空洞的最直接的方法。通過在多個施膠通道中采用不同顏色的下填充材料是使流動過程直觀化的理想方法。


                3.1.3 流動型空洞的消除方法

                通常,往往采用多個施膠通道以降低每個通道的填充量,但如果未能仔細設定和控制好各個施膠通道間的時間同步,則會增大引入空洞的幾率。采用噴射技術來替代針滴施膠,控制好填充量的大小就可以減少施膠通道的數量,同時有助于有助于對下底部填充膠(underfill)流動進行控制和定位。

         

                3.2 水氣空洞

                存在于基板中的水氣在底部填充膠(underfill)固化時會釋放,從而在固化過程產生底部填充膠(underfill)空洞。這些空洞通常隨機分布,并具有指形或蛇形的形狀,這種空洞在使用有機基板的封裝中經常會碰到。


                3.2.1 水氣空洞檢測/消除方法

                要測試空洞是否由水氣引起,可將部件在100℃以上前烘幾小時,然后立刻在部件上施膠。一旦確定水氣是空洞的產生的根本原因,就要進行進一步試驗來確認最佳的前烘次數和溫度,并且確定相關的存放規定。一種較好的含水量測量方法是用精確分析天平來追蹤每個部件的重量變化。

                需要注意的是,與水氣引發的問題相類似,一些助焊劑沾污產生的問題也可通過前烘工藝來進行補救,這兩類問題可以通過試驗很方便地加以區分。如果部件接觸到濕氣后,若是水氣引發的問題則會再次出現,而是助焊劑沾污所引發的問題將不再出現。


                3.3 流體膠中氣泡產生空洞

                凱恩化學非常注重封裝底部填充膠的無氣泡化,提供的underfill底填膠很少出現氣泡。不過,對流體膠材料的處理不當、重新分裝或施膠技術不當都會引發氣泡問題。在使用時未經充分除氣。而一些自動施膠設備如果沒有設定好的話,也會在施膠時在其流動途徑上產生氣泡。


                3.3.1 材料氣泡檢測方法

                (1)有一種直接的方法可以檢測底部填充膠(underfill)材料中是否存在著氣泡,可通過注射器一個極細的針頭施膠并劃出一條細長的膠線,然后研究所施的膠線是否存在縫隙。如果已經證實底部填充膠(underfill)材料中存在氣泡,就要與你的材料供應商聯系來如何正確處理和貯存這類底部填充膠(underfill)材料。

                (2)如果沒有發現氣泡,則用閥門、泵或連接上注射器的噴射頭重復進行這個測試。如果在這樣的測試中出現了空洞,而且當用注射器直接進行施膠時不出現空洞,那么就是設備問題造成了氣泡的產生。在這種情況下,就需要和你的設備供應商聯系來如何正確設置和使用設備。

         

                3.4 沾污空洞

                助焊劑殘渣或其他污染源也可能通過多種途徑產生空洞,由過量助焊劑殘渣引起的沾污常常會造成不規則或隨機的膠流動的變化,特別是在互連凸點處。如果因膠流動而產生的空洞具有這種特性,那么需要慎重地對清潔處理或污染源進行研究。在某些情況下,在底部填充膠(underfill)固化后助焊劑沾污會在與施膠面相對的芯片面上以一連串小氣泡的形式出現。顯然,底部填充膠(underfill)流動時將會將助焊劑推送到芯片的遠端位置。


        四、空洞分析策略

                先確定空洞產生于固化前還是固化后,有助于分析空洞的產生原因。

                如果空洞在固化后出現,可以排除流動型空洞或由流體膠中氣泡引起的空洞兩種產生根源??梢灾攸c尋找水氣問題和沾污問題、固化過程中氣體釋放源問題或者固化曲線的問題。

                如果空洞在固化前或固化后呈現出的特性完全一致,這將清晰地表明某些底部填充膠(underfill)在流動時會產生空洞,并可能不只具有一種產生源。在某些情況下,沾污可能會產生兩種不同類型的空洞:它們會形成一種流動阻塞效應,然后在固化過程中又會釋放氣體。




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