[發(fā)布日期：2024-11-08 16:06:44] 點(diǎn)擊：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是在集成電路(IC)和系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)領(lǐng)域的創(chuàng)新，芯片的封裝形式和工藝日益復(fù)雜化。先進(jìn)封裝技術(shù)，如倒裝芯片封裝(Flip-Chip)、球柵陣列(BGA)、晶圓級(jí)封裝(WLP)等，已經(jīng)成為提升半導(dǎo)體器件性能和減少體積的關(guān)鍵。然而，這些封裝技術(shù)在加工過程中，由于多種原因，往往會(huì)形成氣泡，尤其是在封裝過程中使用的膠黏劑、焊料、封裝材料以及真空壓接工藝中。氣泡的存在不僅會(huì)影響封裝的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還會(huì)影響芯片的熱管理、可靠性和電氣性能。因此，除去氣泡成為先進(jìn)封裝中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。
本文將重點(diǎn)探討先進(jìn)封裝中除氣泡的工藝環(huán)節(jié)，分析其技術(shù)背景、產(chǎn)生原因、除氣泡方法及其在封裝過程中的重要性。
1. 氣泡的產(chǎn)生原因
在先進(jìn)封裝的制造過程中，氣泡的產(chǎn)生往往與多種因素有關(guān)，主要包括以下幾個(gè)方面：
· 封裝材料中的氣體釋放：在封裝過程中，使用的環(huán)氧樹脂、膠粘劑或焊料中可能含有一定量的揮發(fā)性物質(zhì)。這些物質(zhì)在高溫或熱固化過程中會(huì)發(fā)生揮發(fā)，導(dǎo)致氣體釋放并形成氣泡。
· 封裝過程中的氣體夾雜：在封裝過程中，尤其是使用真空封裝技術(shù)時(shí)，若未能有效排出系統(tǒng)中的氣體，封裝材料中可能會(huì)形成氣泡。特別是在真空環(huán)境下，氣體可能在材料的黏結(jié)面或焊點(diǎn)之間被夾雜，導(dǎo)致氣泡的產(chǎn)生。
· 不完全的抽真空：許多先進(jìn)封裝過程，如倒裝芯片封裝和晶圓級(jí)封裝，要求在真空環(huán)境下操作。如果抽真空不充分或時(shí)間不夠長(zhǎng)，封裝內(nèi)部的氣體沒有完全被排除，也可能在封裝過程中形成氣泡。
· 濕氣引起的氣泡生成：如果封裝材料受潮，尤其是在環(huán)境濕度較高時(shí)，水分可能會(huì)被封裝材料吸附。在高溫封裝過程中，水分可能會(huì)蒸發(fā)并形成氣泡，影響封裝的質(zhì)量。
2. 氣泡對(duì)封裝質(zhì)量的影響
氣泡在封裝中的存在，可能導(dǎo)致以下幾個(gè)方面的問題：
· 熱管理問題：氣泡的存在會(huì)在封裝材料中產(chǎn)生熱阻，影響芯片的散熱性能。在高功率、高熱密度的芯片中，熱管理尤為重要，氣泡會(huì)阻礙熱量的均勻分布，從而增加芯片過熱的風(fēng)險(xiǎn)。
· 機(jī)械強(qiáng)度降低：氣泡會(huì)削弱封裝材料的機(jī)械強(qiáng)度，尤其是封裝的鍵合區(qū)和焊點(diǎn)區(qū)域。氣泡可能導(dǎo)致焊接點(diǎn)和封裝材料之間的粘結(jié)力不足，增加芯片的物理損傷風(fēng)險(xiǎn)。
· 電氣性能問題：氣泡可能導(dǎo)致電氣連接不穩(wěn)定，甚至造成短路或開路。尤其在高密度的封裝結(jié)構(gòu)中，微小的氣泡就可能影響到芯片的電氣性能和長(zhǎng)期可靠性。
· 封裝缺陷：氣泡的存在會(huì)影響封裝的整體美觀和完整性，尤其是對(duì)一些對(duì)外觀有嚴(yán)格要求的應(yīng)用，氣泡會(huì)直接導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量不合格。
3. 除氣泡的技術(shù)方法
為了確保封裝質(zhì)量，去除氣泡是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。當(dāng)前，在先進(jìn)封裝中，常用的除氣泡方法有以下幾種：
(1) 真空環(huán)境下的預(yù)處理
在封裝前，通過真空環(huán)境處理材料，排出封裝材料中的氣體和水分，是防止氣泡形成的一個(gè)關(guān)鍵步驟。真空可以有效地抽除膠粘劑、環(huán)氧樹脂、焊料中的揮發(fā)性物質(zhì)和空氣，減少氣泡的生成。
· 真空預(yù)熱：在封裝前，使用真空預(yù)熱的方式，可以在較低溫度下去除材料中的水分和氣體，避免封裝過程中因氣體釋放產(chǎn)生氣泡。
· 真空固化：在固化膠粘劑或環(huán)氧樹脂時(shí)，使用真空環(huán)境幫助排氣，確保封裝材料內(nèi)沒有氣泡殘留。
(2) 抽真空封裝
抽真空封裝是許多先進(jìn)封裝工藝中的核心步驟，特別是在倒裝芯片和晶圓級(jí)封裝中。通過在封裝過程中將整個(gè)系統(tǒng)置于真空環(huán)境下，可以有效減少封裝過程中的氣泡生成。
· 完全抽真空：確保在封裝過程中，使用的封裝材料和設(shè)備內(nèi)完全排除空氣，形成完全的真空環(huán)境，防止氣泡的產(chǎn)生。
· 真空封裝與加壓結(jié)合：在某些封裝工藝中，采用真空封裝與加壓相結(jié)合的方式。通過高壓迫使封裝材料進(jìn)入細(xì)小的間隙，同時(shí)抽出內(nèi)部的氣體，從而減少氣泡。
(3) 熱壓技術(shù)
熱壓技術(shù)在許多先進(jìn)封裝過程中被廣泛使用。通過在高溫高壓下進(jìn)行熱壓，可以使膠粘劑、焊料等材料更加流動(dòng)，幫助排除封裝材料中的氣泡。
· 熱壓成型：在封裝過程中，對(duì)材料施加均勻的熱壓，幫助排除材料中夾雜的氣體，特別是在晶圓級(jí)封裝(WLP)和倒裝芯片封裝(Flip-Chip)中，通過熱壓可以更好地控制氣泡的排出。
· 溫控加壓：通過精確控制溫度和壓力，調(diào)節(jié)材料的流動(dòng)性，使得氣泡在封裝過程中及時(shí)排出。
(4) 高效的真空回流焊接
回流焊接是焊接過程中常見的一步，尤其是在BGA封裝和其它高級(jí)封裝過程中。通過高效的真空回流焊接技術(shù)，可以在焊接過程中有效去除氣泡。
· 真空回流焊接：采用真空環(huán)境進(jìn)行回流焊接，使得焊料和芯片表面的氣體得到完全排除，避免氣泡的生成。
(5) 濕度控制與環(huán)境管理
在封裝過程中，濕氣對(duì)氣泡生成的影響不容忽視。因此，在封裝過程中，必須嚴(yán)格控制環(huán)境濕度，特別是對(duì)于需要高溫固化的材料。
· 濕度控制系統(tǒng)：使用專業(yè)的濕度控制系統(tǒng)，保持適當(dāng)?shù)臏貪穸?，防止水分進(jìn)入封裝材料中，減少氣泡的生成。
4. 結(jié)語
氣泡問題在先進(jìn)封裝中對(duì)芯片質(zhì)量的影響不可忽視，因此去除氣泡是封裝過程中必不可少的工藝環(huán)節(jié)。通過有效的真空處理、熱壓技術(shù)、真空回流焊接等手段，可以顯著降低氣泡的生成，提高封裝質(zhì)量，確保半導(dǎo)體器件的可靠性和性能。隨著封裝技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來還將有更多創(chuàng)新方法用于氣泡控制，以滿足更高性能芯片的封裝需求。
臺(tái)灣ELT作為除泡機(jī)品類開創(chuàng)者，深耕半導(dǎo)體先進(jìn)封裝技術(shù)20余年，專注解決半導(dǎo)體先進(jìn)封裝中的氣泡問題，提供多種制程工藝中的氣泡整體解決方案。對(duì)Mini/Micro LED、芯片貼合Die Attached、灌注灌封IGBT Potting、底部填膠underfill、點(diǎn)膠封膠Dispensing、OCA lamination等工藝擁有成熟應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。想了解更多ELT除泡機(jī)信息，請(qǐng)?jiān)诰€或來電咨詢15262626897
