環(huán)氧底部填充膠固化后出現(xiàn)氣泡是一個常見的工藝問題，不僅影響美觀，更嚴重的是會降低產(chǎn)品的機械強度、熱可靠性、防潮密封性和長期可靠性，尤其在微電子封裝等高要求應(yīng)用中可能導(dǎo)致器件失效。

以下是對氣泡產(chǎn)生原因的詳細分析以及相應(yīng)的解決方案：

一、 氣泡產(chǎn)生原因分析

1. 材料本身原因：

預(yù)混膠中殘留氣泡： 膠水在混合或運輸儲存過程中本身裹入了空氣氣泡。

脫泡性能差： 膠水本身的粘度、觸變性或配方導(dǎo)致其脫泡能力弱，混合后或點膠前靜置脫泡效果不佳。

溶劑或低沸點成分揮發(fā)： 某些配方含有溶劑或低沸點成分，在固化升溫過程中揮發(fā)形成氣泡。

反應(yīng)副產(chǎn)物氣體： 固化反應(yīng)過程中可能產(chǎn)生少量低分子量的氣體副產(chǎn)物。

2. 點膠/施膠工藝：

點膠速度過快： 高速點膠時，膠體沖擊基板或元器件邊緣，容易卷入空氣。

點膠高度不當(dāng)：

過高： 膠線“跌落”撞擊基板，容易濺射和卷入空氣。

過低： 針頭可能刮蹭到基板或元器件，干擾膠流，導(dǎo)致裹氣。

點膠路徑設(shè)計不合理： 路徑過于復(fù)雜、急轉(zhuǎn)彎或點膠起始/結(jié)束位置不當(dāng)，容易在膠流中形成渦流卷入空氣。

針頭選擇不當(dāng)： 針頭內(nèi)徑過大或過小、針頭形狀（如平口針）不適合，影響膠流平穩(wěn)性。

膠量不足或不連續(xù)： 膠量不足以填充間隙或點膠中斷，導(dǎo)致填充不連續(xù)，末端或角落容易滯留空氣。

點膠壓力/速度波動：設(shè)備不穩(wěn)定導(dǎo)致膠流不均勻，易產(chǎn)生氣泡。

3. 基板與元器件因素：

表面污染： 焊盤、阻焊層、元器件底部或側(cè)壁存在油脂、指紋、助焊劑殘留、水分、脫模劑等污染物，影響膠水的潤濕鋪展性，導(dǎo)致填充不良和氣泡滯留。

表面能低/潤濕性差： 某些基板材料或元器件表面（如某些塑封料）本身表面能較低，膠水難以良好浸潤，形成氣穴。

元器件底部間隙復(fù)雜： 底部有凸點、凸塊、不平整或狹小縫隙，空氣不易被排出。

元器件或基板吸濕： 存儲環(huán)境濕度高，未充分烘烤除濕，在高溫固化時水分汽化形成氣泡（常見于BGA、CSP等底部間隙較大的器件）。

4. 填充環(huán)境與過程：

環(huán)境濕度高： 空氣中的水汽可能被吸入未固化的膠體中，固化時形成氣泡。

毛細流動受阻： 填充過程中，膠水在芯片底部間隙內(nèi)的毛細流動前端如果受阻（如污染物、間隙突變），空氣被包裹無法排出。

填充后靜置時間不足： 點膠后立即進入固化，膠水沒有足夠時間讓已卷入的小氣泡上浮逸出（尤其對粘度稍高的膠水更重要）。

5. 固化工藝：

升溫速率過快： 這是非常常見的原因。過快的升溫速度使得膠水粘度迅速降低，同時溶劑/水分揮發(fā)或反應(yīng)副產(chǎn)物氣體產(chǎn)生的速率遠大于膠水粘度降低后氣泡能逸出的速率，導(dǎo)致氣泡被“鎖”在固化膠體中。

固化溫度過高：超出推薦范圍的高溫可能加劇低沸點成分揮發(fā)或副反應(yīng)產(chǎn)氣。

固化曲線不合適： 沒有設(shè)置合適的預(yù)熱平臺（預(yù)固化階段）讓氣泡在膠體粘度較低但尚未凝膠前有足夠時間逸出。

6. 設(shè)備與工具：

點膠設(shè)備不穩(wěn)定： 壓力、流量控制不精確，導(dǎo)致點膠不均。

真空脫泡設(shè)備效果不佳： 脫泡時間不足、真空度不夠、真空腔體泄漏。

針頭或儲膠管有污染/堵塞： 影響膠流順暢性。

二、 解決方案與預(yù)防措施

針對以上原因，需要系統(tǒng)性地排查和改進：

1. 優(yōu)化材料選擇與處理：

選擇低吸濕、低粘度、高流動性、脫泡性好的膠水： 咨詢供應(yīng)商，選擇專門針對低氣泡或無氣泡應(yīng)用設(shè)計的底部填充膠。

嚴格進行真空脫泡：

混合后：在點膠前必須進行充分的真空脫泡處理。確保真空度足夠高（通常要求能達到<1 Torr/百帕級別）、脫泡時間足夠（根據(jù)膠量和粘度，通常幾分鐘到十幾分鐘）、脫泡罐密封良好無泄漏。

點膠筒/針筒：灌裝到點膠筒后，可能也需要進行短時間的二次真空脫泡。

嚴格控制儲存和使用條件：膠水按要求冷藏/冷凍儲存，使用前回溫至室溫并充分攪拌（如需），避免開封后長時間暴露在空氣中吸濕或污染。

驗證膠水批次穩(wěn)定性： 新批次膠水上線前進行小批量工藝驗證。

2. 改善點膠工藝：

優(yōu)化點膠參數(shù)：

降低點膠速度，尤其是在拐角和靠近元器件邊緣時。

調(diào)整點膠高度，找到最佳高度（通常離基板表面0.1-0.5mm，根據(jù)針頭和膠水特性調(diào)整），避免刮蹭和飛濺。

優(yōu)化點膠壓力和出膠量，確保膠流穩(wěn)定連續(xù)。

優(yōu)化點膠路徑： 設(shè)計簡單、順暢的點膠路徑（如“L”型或“U”型），避免急轉(zhuǎn)彎和復(fù)雜路徑。起始點和結(jié)束點通常設(shè)計在空曠區(qū)域或易于排氣的位置。確保膠線首尾相連或重疊。

選擇合適的點膠針頭：選用內(nèi)徑合適（通常略大于膠點直徑）、錐形或斜口針頭，減少膠流擾動。定期檢查更換磨損針頭。

確保膠量充足且連續(xù)：精確計算所需膠量（考慮元器件尺寸、間隙、爬升高度），點膠后目檢膠線是否連續(xù)無中斷，能充分填充并形成良好“圍欄”。

3、確?；迮c元器件清潔干燥：

嚴格清洗： 在點膠前進行有效的清洗工藝（如等離子清洗、溶劑清洗、水基清洗），徹底去除焊后殘留的助焊劑、油脂、顆粒等污染物。等離子清洗還能提高表面能，改善潤濕性。

充分烘烤除濕：對于吸濕性強的元器件（如BGA、塑封器件）和基板（如某些PCB材料），在點膠前必須按照規(guī)范進行高溫烘烤除濕（如125°C，8-24小時），去除吸收的水分。存儲環(huán)境應(yīng)控制濕度（通常<10% RH）。

4、控制填充環(huán)境與過程：

控制環(huán)境濕度： 點膠和填充過程最好在溫濕度受控的環(huán)境中進行（如20-25°C，<40% RH）。

增加填充后靜置時間：點膠完成后，在進入固化爐之前，給予一定的靜置時間（幾秒到幾分鐘，根據(jù)膠水特性），讓已卷入的大氣泡有時間上浮破裂。對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)或高粘度膠水尤為重要。

5、優(yōu)化固化工藝：

設(shè)置階梯式升溫曲線/預(yù)固化平臺： 這是解決升溫過快導(dǎo)致氣泡的關(guān)鍵！

第一步（預(yù)固化/凝膠化階段）： 在相對較低的溫度（例如膠水凝膠化溫度附近，如80-100°C）下保溫一段時間（如10-30分鐘，甚至更長）。此階段膠水粘度顯著降低但尚未完全固化，為氣泡提供了最佳逸出窗口期。

第二步（主固化階段）： 再緩慢或快速升溫到最終固化溫度（如150-165°C），完成完全固化。確?？偣袒瘯r間滿足要求。

嚴格控制升溫速率： 在預(yù)固化階段結(jié)束后的升溫速率也不宜過快，特別是在膠體接近凝膠點時。

確保爐溫均勻性： 定期校驗固化爐（回流焊爐或烘箱）各溫區(qū)的溫度均勻性。

6、設(shè)備維護與管理：

定期維護點膠設(shè)備： 校準(zhǔn)壓力、流量傳感器，檢查泵、閥、管路密封性。

確保真空脫泡設(shè)備性能： 定期檢查真空泵油、密封圈，校驗真空度。

保持針頭、儲膠管清潔： 及時清洗更換，避免堵塞或污染。

7、過程監(jiān)控與檢驗：

在線監(jiān)測： 對關(guān)鍵參數(shù)（點膠量、點膠路徑、點膠高度、真空度、溫濕度、爐溫曲線）進行在線監(jiān)控或SPC控制。

離線檢驗：對固化后的產(chǎn)品進行抽檢或全檢（如X-Ray檢查、聲掃檢查、切片分析），及時發(fā)現(xiàn)氣泡問題并追溯原因。建立可接受的氣泡標(biāo)準(zhǔn)（如大小、數(shù)量、位置）。

總結(jié)

解決環(huán)氧底部填充膠固化后的氣泡問題是一個需要系統(tǒng)性工程思維的過程。材料選擇、真空脫泡、基板/元件清潔干燥、點膠參數(shù)優(yōu)化（特別是速度和高度）、以及固化曲線的設(shè)計（關(guān)鍵的預(yù)固化平臺）是最常出問題也最需要重點關(guān)注的環(huán)節(jié)。必須通過嚴謹?shù)墓に囋囼炘O(shè)計、持續(xù)的過程監(jiān)控和嚴格的物料/設(shè)備管理，才能有效控制和消除氣泡，確保底部填充的質(zhì)量和最終產(chǎn)品的可靠性。

文章來源：漢思新材料