先进封装中需要除气泡的工艺环节

[发布日期：2024-11-08 16:06:44]　点击：

　　随着半导体技术的不断发展，尤其是在集成电路(IC)和系统级封装(SiP)领域的创新，芯片的封装形式和工艺日益复杂化。先进封装技术，如倒装芯片封装(Flip-Chip)、球栅阵列(BGA)、晶圆级封装(WLP)等，已经成为提升半导体器件性能和减少体积的关键。然而，这些封装技术在加工过程中，由于多种原因，往往会形成气泡，尤其是在封装过程中使用的胶黏剂、焊料、封装材料以及真空压接工艺中。气泡的存在不仅会影响封装的结构强度，还会影响芯片的热管理、可靠性和电气性能。因此，除去气泡成为先进封装中至关重要的环节。

　　本文将重点探讨先进封装中除气泡的工艺环节，分析其技术背景、产生原因、除气泡方法及其在封装过程中的重要性。

　　1. 气泡的产生原因

　　在先进封装的制造过程中，气泡的产生往往与多种因素有关，主要包括以下几个方面：

　　· 封装材料中的气体释放：在封装过程中，使用的环氧树脂、胶粘剂或焊料中可能含有一定量的挥发性物质。这些物质在高温或热固化过程中会发生挥发，导致气体释放并形成气泡。

　　· 封装过程中的气体夹杂：在封装过程中，尤其是使用真空封装技术时，若未能有效排出系统中的气体，封装材料中可能会形成气泡。特别是在真空环境下，气体可能在材料的黏结面或焊点之间被夹杂，导致气泡的产生。

　　· 不完全的抽真空：许多先进封装过程，如倒装芯片封装和晶圆级封装，要求在真空环境下操作。如果抽真空不充分或时间不够长，封装内部的气体没有完全被排除，也可能在封装过程中形成气泡。

　　· 湿气引起的气泡生成：如果封装材料受潮，尤其是在环境湿度较高时，水分可能会被封装材料吸附。在高温封装过程中，水分可能会蒸发并形成气泡，影响封装的质量。

　　2. 气泡对封装质量的影响

　　气泡在封装中的存在，可能导致以下几个方面的问题：

　　· 热管理问题：气泡的存在会在封装材料中产生热阻，影响芯片的散热性能。在高功率、高热密度的芯片中，热管理尤为重要，气泡会阻碍热量的均匀分布，从而增加芯片过热的风险。

　　· 机械强度降低：气泡会削弱封装材料的机械强度，尤其是封装的键合区和焊点区域。气泡可能导致焊接点和封装材料之间的粘结力不足，增加芯片的物理损伤风险。

　　· 电气性能问题：气泡可能导致电气连接不稳定，甚至造成短路或开路。尤其在高密度的封装结构中，微小的气泡就可能影响到芯片的电气性能和长期可靠性。

　　· 封装缺陷：气泡的存在会影响封装的整体美观和完整性，尤其是对一些对外观有严格要求的应用，气泡会直接导致产品的质量不合格。

　　3. 除气泡的技术方法

　　为了确保封装质量，去除气泡是一个至关重要的环节。当前，在先进封装中，常用的除气泡方法有以下几种：

　　(1) 真空环境下的预处理

　　在封装前，通过真空环境处理材料，排出封装材料中的气体和水分，是防止气泡形成的一个关键步骤。真空可以有效地抽除胶粘剂、环氧树脂、焊料中的挥发性物质和空气，减少气泡的生成。

　　· 真空预热：在封装前，使用真空预热的方式，可以在较低温度下去除材料中的水分和气体，避免封装过程中因气体释放产生气泡。

　　· 真空固化：在固化胶粘剂或环氧树脂时，使用真空环境帮助排气，确保封装材料内没有气泡残留。

　　(2) 抽真空封装

　　抽真空封装是许多先进封装工艺中的核心步骤，特别是在倒装芯片和晶圆级封装中。通过在封装过程中将整个系统置于真空环境下，可以有效减少封装过程中的气泡生成。

　　· 完全抽真空：确保在封装过程中，使用的封装材料和设备内完全排除空气，形成完全的真空环境，防止气泡的产生。

　　· 真空封装与加压结合：在某些封装工艺中，采用真空封装与加压相结合的方式。通过高压迫使封装材料进入细小的间隙，同时抽出内部的气体，从而减少气泡。

　　(3) 热压技术

　　热压技术在许多先进封装过程中被广泛使用。通过在高温高压下进行热压，可以使胶粘剂、焊料等材料更加流动，帮助排除封装材料中的气泡。

　　· 热压成型：在封装过程中，对材料施加均匀的热压，帮助排除材料中夹杂的气体，特别是在晶圆级封装(WLP)和倒装芯片封装(Flip-Chip)中，通过热压可以更好地控制气泡的排出。

　　· 温控加压：通过精确控制温度和压力，调节材料的流动性，使得气泡在封装过程中及时排出。

　　(4) 高效的真空回流焊接

　　回流焊接是焊接过程中常见的一步，尤其是在BGA封装和其它高级封装过程中。通过高效的真空回流焊接技术，可以在焊接过程中有效去除气泡。

　　· 真空回流焊接：采用真空环境进行回流焊接，使得焊料和芯片表面的气体得到完全排除，避免气泡的生成。

　　(5) 湿度控制与环境管理

　　在封装过程中，湿气对气泡生成的影响不容忽视。因此，在封装过程中，必须严格控制环境湿度，特别是对于需要高温固化的材料。

　　· 湿度控制系统：使用专业的湿度控制系统，保持适当的温湿度，防止水分进入封装材料中，减少气泡的生成。

　　4. 结语

　　气泡问题在先进封装中对芯片质量的影响不可忽视，因此去除气泡是封装过程中必不可少的工艺环节。通过有效的真空处理、热压技术、真空回流焊接等手段，可以显著降低气泡的生成，提高封装质量，确保半导体器件的可靠性和性能。随着封装技术的不断进步，未来还将有更多创新方法用于气泡控制，以满足更高性能芯片的封装需求。

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