底部填充膠在使用過(guò)程中，出現(xiàn)空洞和氣隙是很普遍的問(wèn)題，出現(xiàn)空洞的原因與其封裝設(shè)計(jì)和使用模式相關(guān)，典型的空洞會(huì)導(dǎo)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(duì)它們進(jìn)行測(cè)試，將有助于解決底部填充膠underfill的空洞問(wèn)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(chǎn)生原因相聯(lián)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(chǎn)生頻率——是每10個(gè)器件中出現(xiàn)一個(gè)空洞，還是每個(gè)器件出現(xiàn)10個(gè)空洞？空洞是在特定的時(shí)期產(chǎn)生，還是一直產(chǎn)生，或者是任意時(shí)間產(chǎn)生？

        1.4 定位——空洞出現(xiàn)在芯片的某個(gè)確定位置還是任意位置？空洞出現(xiàn)是否與互連凸點(diǎn)有關(guān)？空洞與施膠方式又有什么關(guān)系？

2. 空洞檢測(cè)方法：

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

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

        2.2 超聲成像和制作芯片剖面：超聲聲學(xué)成像是一種強(qiáng)有力的工具，它的空洞尺寸的檢測(cè)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(yàn)：采用截面鋸斷，或?qū)⑿酒蚍庋b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(diǎn)在于它不適用于還未固化的器件。

3. 底部填充膠空洞產(chǎn)生原因：

        3.1流動(dòng)型空洞

        流動(dòng)型空洞（其中還存在著幾種子類(lèi)型），都是在underfill底部填充膠流經(jīng)芯片和封裝下方時(shí)產(chǎn)生，兩種或更多種類(lèi)的流動(dòng)波陣面交會(huì)時(shí)包裹的氣泡會(huì)形成流動(dòng)型空洞。

        3.1.1 流動(dòng)型空洞產(chǎn)生原因：

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

        （2）溫度會(huì)影響到底部填充膠流動(dòng)的波陣面。不同部件的溫度差也會(huì)影響到膠材料流動(dòng)時(shí)的交叉結(jié)合特性和流動(dòng)速度，因此在測(cè)試時(shí)應(yīng)注意考慮溫度差的影響。

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

        3.1.2流動(dòng)型空洞的檢測(cè)方法：

        采用多種施膠圖案，或者采用石英芯片或透明基板進(jìn)行試驗(yàn)是了解空洞如何產(chǎn)生，并如何來(lái)消除空洞的最直接的方法。通過(guò)在多個(gè)施膠通道中采用不同顏色的下填充材料是使流動(dòng)過(guò)程直觀化的理想方法。

        3.1.3 流動(dòng)型空洞的消除方法

        通常，往往采用多個(gè)施膠通道以降低每個(gè)通道的填充量，但如果未能仔細(xì)設(shè)定和控制好各個(gè)施膠通道間的時(shí)間同步，則會(huì)增大引入空洞的幾率。采用噴射技術(shù)來(lái)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(shù)量，同時(shí)有助于有助于對(duì)下底部填充膠(underfill)流動(dòng)進(jìn)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(shí)會(huì)釋放，從而在固化過(guò)程產(chǎn)生底部填充膠(underfill)空洞。這些空洞通常隨機(jī)分布，并具有指形或蛇形的形狀，這種空洞在使用有機(jī)基板的封裝中經(jīng)常會(huì)碰到。

        3.2.1 水氣空洞檢測(cè)/消除方法

        要測(cè)試空洞是否由水氣引起，可將部件在100℃以上前烘幾小時(shí)，然后立刻在部件上施膠。一旦確定水氣是空洞的產(chǎn)生的根本原因，就要進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)來(lái)確認(rèn)最佳的前烘次數(shù)和溫度，并且確定相關(guān)的存放規(guī)定。一種較好的含水量測(cè)量方法是用精確分析天平來(lái)追蹤每個(gè)部件的重量變化。

        需要注意的是，與水氣引發(fā)的問(wèn)題相類(lèi)似，一些助焊劑沾污產(chǎn)生的問(wèn)題也可通過(guò)前烘工藝來(lái)進(jìn)行補(bǔ)救，這兩類(lèi)問(wèn)題可以通過(guò)試驗(yàn)很方便地加以區(qū)分。如果部件接觸到濕氣后，若是水氣引發(fā)的問(wèn)題則會(huì)再次出現(xiàn)，而是助焊劑沾污所引發(fā)的問(wèn)題將不再出現(xiàn)。

        3.3 流體膠中氣泡產(chǎn)生空洞

        凱恩化學(xué)非常注重封裝底部填充膠的無(wú)氣泡化，提供的underfill底填膠很少出現(xiàn)氣泡。不過(guò)，對(duì)流體膠材料的處理不當(dāng)、重新分裝或施膠技術(shù)不當(dāng)都會(huì)引發(fā)氣泡問(wèn)題。在使用時(shí)未經(jīng)充分除氣。而一些自動(dòng)施膠設(shè)備如果沒(méi)有設(shè)定好的話，也會(huì)在施膠時(shí)在其流動(dòng)途徑上產(chǎn)生氣泡。

        3.3.1 材料氣泡檢測(cè)方法

        （1）有一種直接的方法可以檢測(cè)底部填充膠(underfill)材料中是否存在著氣泡，可通過(guò)注射器一個(gè)極細(xì)的針頭施膠并劃出一條細(xì)長(zhǎng)的膠線，然后研究所施的膠線是否存在縫隙。如果已經(jīng)證實(shí)底部填充膠(underfill)材料中存在氣泡，就要與你的材料供應(yīng)商聯(lián)系來(lái)如何正確處理和貯存這類(lèi)底部填充膠(underfill)材料。

        （2）如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)氣泡，則用閥門(mén)、泵或連接上注射器的噴射頭重復(fù)進(jìn)行這個(gè)測(cè)試。如果在這樣的測(cè)試中出現(xiàn)了空洞，而且當(dāng)用注射器直接進(jìn)行施膠時(shí)不出現(xiàn)空洞，那么就是設(shè)備問(wèn)題造成了氣泡的產(chǎn)生。在這種情況下，就需要和你的設(shè)備供應(yīng)商聯(lián)系來(lái)如何正確設(shè)置和使用設(shè)備。

        3.4 沾污空洞

        助焊劑殘?jiān)蚱渌廴驹匆部赡芡ㄟ^(guò)多種途徑產(chǎn)生空洞，由過(guò)量助焊劑殘?jiān)鸬恼次鄢３?huì)造成不規(guī)則或隨機(jī)的膠流動(dòng)的變化，特別是在互連凸點(diǎn)處。如果因膠流動(dòng)而產(chǎn)生的空洞具有這種特性，那么需要慎重地對(duì)清潔處理或污染源進(jìn)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(huì)在與施膠面相對(duì)的芯片面上以一連串小氣泡的形式出現(xiàn)。顯然，底部填充膠(underfill)流動(dòng)時(shí)將會(huì)將助焊劑推送到芯片的遠(yuǎn)端位置。

四、空洞分析策略

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

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

        如果空洞在固化前或固化后呈現(xiàn)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(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生空洞，并可能不只具有一種產(chǎn)生源。在某些情況下，沾污可能會(huì)產(chǎn)生兩種不同類(lèi)型的空洞：它們會(huì)形成一種流動(dòng)阻塞效應(yīng)，然后在固化過(guò)程中又會(huì)釋放氣體。