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。簡單來說，底部填充工藝(underfill)是將環(huán)氧樹脂膠水點涂在倒裝晶片邊緣，液體通過氣液界面處的毛細作用滲透到狹窄的間隙中，這一過程稱為微毛細管流動。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，以防止焊料凸點上的裂縫和熱疲勞導(dǎo)致的電氣故障。硅芯片和有機基板之間的熱膨脹系數(shù) (CTE) 的巨大差異可能會在熱循環(huán)期間對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，分段點膠以及不同點膠方式的配合使用環(huán)境下，底部填充材料的流動路徑也變得更加復(fù)雜，因此容易在固化后產(chǎn)生孔洞， 進而可能導(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：分別是隨機分布型空洞、助焊劑殘留型孔洞和空氣內(nèi)包型空洞。

       隨機分散型孔洞形成的原因主要包括兩個方面：1.基板吸濕；2.待點膠產(chǎn)品在烘烤固化前吸濕?；灞旧硎歉叻肿訌?fù)合材料，生產(chǎn)車間中存在一定的濕氣，吸濕的基板在點膠后， 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)品在點膠前進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)置不同時間的烘烤程序。另外從產(chǎn)品烘烤到點膠完進行固化，各個工序之間有等待時間，對于各工藝節(jié)點間的節(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，則會導(dǎo)致底部填充延遲固化甚至不固化，同時會導(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)焊球附近時形成不規(guī)則流動或包裹空氣現(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)域的流動速率，容易產(chǎn)生孔洞；點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的平面形成月牙型，導(dǎo)致在遠離點膠位置角落或者對角線區(qū)域留下較大的氣泡。點膠方式常用的有 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膠形式。

       對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間、優(yōu)化助焊劑用量及清洗參數(shù)、優(yōu)化點膠工藝參數(shù)、優(yōu)化點膠方式/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行反應(yīng)的氣體，但仍然會溶于膠材，之所以溶解度不佳，主要原因是他們的對稱性和線性導(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的相互作用。但是它們?nèi)匀荒苋苡谀z材，這是因為電子云是不斷運動的，總會有電子分布不均勻的時候，所以在某一瞬間它們的瞬時偶極或者誘導(dǎo)偶極會和膠材分子的永恒偶極作用，簡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能，從而微溶于膠材。但是并不是所有氣體分子都會被“困住”，因為根據(jù)波爾茨曼分布（Boltzmann distribution），只有少部分動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要素。溫度越低，溶解度越大，壓強越大，溶解度越大。

       溫度越高，分子的熱運動越劇烈,分子動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。簡而言之，焓反映分子間的作用力，因為是個放熱反應(yīng)，所以降溫有助于降低自由能變，更有助于氣體溶解這個過程自發(fā)進行。

       增大壓強，氣體分子密度增大和液面碰撞的機會增加更容易被液體分子俘獲，進入液體中。所以氣體的溶解度隨壓強的增大而增大。壓強對氣體溶解度的影響，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間，然后開瓶，會發(fā)現(xiàn)可樂會“沖”出來。這就是因為山上的氣壓降低，瓶內(nèi)氣體的壓強會受到影響降低，氣體溶解度降低，被釋放出來，直到瓶內(nèi)氣體狀態(tài)平衡。因為此時瓶內(nèi)的氣壓是高過大氣壓的，所以開瓶時，可樂會“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有從玻璃態(tài)-高彈態(tài)-黏流態(tài)的轉(zhuǎn)變，因此針對于材料每個狀態(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)的溫度與壓力達到去除氣泡的目的。以底部填膠的氣泡為例，在完成點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，所以我們在固化的前進行增壓，同時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或多個中溫段， 這樣的多段升溫增壓固化有助于氣泡的完全消除。

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