核心提示先是选错了Tg，后又选错了模量！N厂在“底部填充胶”选型上的接连失误终于酿成了那场震动行业的品质事件！而之后的材料学家们一直在努力研发适配全应用场景的新型底部填充胶。终于循着这个思路，汉高公司推出了性能极为均衡的ECCOBOND® UF1173！
回顾“电子胶黏剂”的发展史，那些曾经给世界造成重大损失的产品名单里肯定少不了底部填充胶！2006年冬天，HP的售后部门收到了一通消费者的投诉，反映刚买了几个月的电脑突然频繁出现花屏和死机的现象。
送检后初步确定是显卡出了故障，而最终检测的结果表明，问题的根源是显卡上GPU芯片的焊点发生了断裂。
当时HP的售后人员倒也没怎么紧张，他们判断这个问题大概率是用户在使用过程中的磕碰造成的，所以并没有做更深入的调查。
但是接下来事情的走向完全出乎了他们的预料——在其后的几个月里同类型的投诉突然大规模爆发！而且问题已经不仅仅局限在HP一家产品，DELL、SONY、APPLE、ASUS等一众友商品牌也全面中招！
很快人们就发现了问题的共性——这些电脑都采用了N厂新出的GPU芯片G84/86！
就这样，轰轰烈烈的“显卡门”事件正式拉开帷幕！而这次事件在其后长达8年时间里反复延宕，不仅让N厂的市值蒸发了30亿美元，更是波及到了全球数千万消费者！
然而在对问题的原因进行了彻底调查后，人们无语地发现，如此规模的品质事件，竟然只是源于一开始选错了GPU芯片的底部填充胶……
因为在2000年前后芯片制程已经下探到了100纳米，为了能在有限的空间里塞进更多晶体管，产业界就在那几年全面转向了“芯片倒装技术”。
这种技术的特点是将芯片“倒扣”在基板上，芯片与电路板之间的通路不再是“引线”，取而代之的则是微米级别的“BGA焊球”。
芯片的封装——从引线到BGA焊球（thomasnet.com）
这种封装方案的优点是可以把芯片做得更小，但缺点则是“BGA焊球”需要面对硅晶与基板之间的“热失配”。
具体来说，就是硅晶片的CTE/热膨胀系数只有2ppm/°C，而电路板的则高达30ppm/°C，二者在温度升高后膨胀的幅度相差了10倍以上！
如此一来，被焊接在晶片和基板之间的BGA焊球就要面临二者的“撕扯”，时间一久必然发生断裂！
为了解决这个问题，“底部填充胶”这种环氧树脂体系的电子胶黏剂就应运而生了！
在虹吸效应的作用下，底部填充胶可以很容易地填充进芯片和电路板之间的缝隙，将“BGA焊球”全方位地包裹起来。
又因为具备很高的弹性模量，所以底部填充胶在固化之后就能像“石膏”保护骨骼那样给“BGA焊球”提供强大的机械支撑。
如此一来，热失配产生的应力就没那么容易把芯片搞失效了。
至于底部填充胶究竟能给芯片的可靠性带来多大提升，NASA的工程师专门做过测试。他们把5组宇航级FPGA芯片放到0～125°C/15分钟的温循环境中烘烤，结果显示：
没有底部填充胶保护的芯片在第63个循环周期就失效了；
相形之下，使用了底部填充胶的芯片，就算最差的也能挺到第1228个周期，而好的更是到了第6110个周期也还没坏！
但遗憾的是，就是在如此重要的底部填充胶上，N厂却出现了失误——
他们在选型的时候，疏忽了这种电子胶黏剂一个极其重要的指标：Tg/玻璃化温度！
而正是这个失误，与其他潜藏的问题协同作用，最终酿成了那场震惊世界的品质事件！
所谓Tg/玻璃化温度，就是让底部填充胶从“硬”变“软”的节点温度。
因为当温度升高到Tg点之后，在热量的作用下，底填胶原本静止的大分子链段就会开始运动，体现在宏观就是胶体的模量急剧下降。
这种状态下的底部填充胶会变得像“QQ糖”一样软，自然也就没办法给“BGA焊球”提供足够的支撑了！
不过因为配方不同，不同型号的底部填充胶产品也都有着高低不同的Tg/玻璃化温度。
比如这次N厂给G84/86芯片选定的，就是一款Tg温度为70°C的底部填充胶—— U***1。
U***1底部填充胶的主要参数
要说这个U***1在当时可算得上是真正意义上的“网红”产品。
因为除了N厂之外，包括INTEL、AMD在内的各大芯片厂商都在用它。所以在给G84/86芯片选择底填胶的时候，N厂几乎就是闭着眼睛沿用了U***1。
但是让他们没想到的是，这次的G84/86可是和之前的GPU芯片不一样！
首先是它们的BIOS优化做得不太好，这就让芯片的工作温度比预期高出很多。特别是在全力运行大型3D游戏时，某些位置的温度更是上探100°C！
这种情况之下，Tg只有70°C的U***1显然已经无力保护芯片，所以BGA焊点被应力撕坏自然也就成了迟早都会发生的事情！
U***1的模量在Tg温度区间急剧下降
而雪上加霜的是，G84/86芯片采用了一种“高铅BGA焊球+共晶焊膏”的组合。这种组合的焊接强度比较差，会让BGA焊球和基板之间的焊点容易断裂！
于是乎，脆弱的焊点遇上了Tg不够高的底部填充胶，就像火星落入火药桶，问题终于在短时间内集中爆发了！
断裂的BGA焊球
当然，要说这次事件的责任全在N厂也不公平。因为在十几年前的2006年，具备高Tg的底填胶其实也没有几款，以至于在N厂意识到了问题后也找不到什么满意的方案。
不过说来也巧，正当N厂为此一筹莫展之际，一款Tg高达130°C的全新底部填充胶H###0上市了！
当时N厂就像是溺水之人抓到了救生圈，很快就用这款H###0全面替换掉了U***1。
不过让人大跌眼镜的是，正当人们以为事情终于告一段落的时候，这款解决了Tg问题的H###0又在其他方面搞出了新的幺蛾子！
而这次的问题则涉及到了底填胶另一个非常重要的性能——弹性模量！
表面上看来，用上H###0底填胶之后似乎问题也没解决。因为GPU照样时不时的失效，这甚至让人怀疑它所谓的Tg 130°C到底是不是虚标的！
但是当人们把芯片拆开后才发现，这次芯片BGA的焊点的确没再断裂，造成GPU失效的其实是芯片的钝化层破裂！
被底部填充胶撑坏的芯片
原来，高Tg的H###0果然不负众望，在温度升高后也保持了很高的模量。
但问题是它的模量实在是太高了，比U***1整整高出了2.1GPa！以至于受热后哪怕只膨胀一点点，它也足以把芯片的钝化层给撑破！
HXXX0底填胶超高的模量
对于这个问题，有可靠性检测机构专门做过研究。
他们以模量分别为7GPa和20GPa的两种底部填充胶为研究对象，量化评估了它们对芯片产生的应力。
(Minimizing Thermo-Mechanical Stress in Chipscale eGaN Devices_ Robert Strittmatter)
首先可以肯定，对于芯片的BGA焊点来说，底部填充胶的模量绝对是个好东西！
因为仿真数据表明，底填胶的模量越大，焊点承受的应力也就越小！
(Minimizing Thermo-Mechanical Stress in Chipscale eGaN Devices_ Robert Strittmatter)
但是对于芯片主体来说，底填胶的模量太大可就不是什么好事了！
有限元分析的结果表明，底部填充胶自身的应力会集中作用在芯片的边角位置。如果底填胶的模量太大，就很容易直接把芯片给撑坏！
(Minimizing Thermo-Mechanical Stress in Chipscale eGaN Devices_ Robert Strittmatter)
于是，N厂只能郁闷地承认，这一次自己在底部填充胶的模量上又出错了！
最终，他们不得不重新换回了模量比较低的U***1；同时为了弥补U***1低Tg的问题，又大费周章地更换了芯片的BGA焊球和钝化层。
至此，这场跌宕起伏的“显卡门”事件才总算得到了彻底的解决！
其实现在回头再看这件事，我们也能体会到当时N厂的不容易。
毕竟以十几年前的材料技术，一旦Tg足够高，模量就肯定低不了。所以无论N厂最后选择了哪款底填胶，都免不了会遇到这样或那样的问题。
不像今天，已经有厂商推出了各项性能都很均衡的新型底填胶，用户大可以抱着“买它就对了”的心态来选型。
其中最有代表性的，当属材料巨头汉高公司出品的LOCTITE® ECCOBOND® UF1173！
这款底部填充胶的Tg高达159.6°C，但模量却只有5.9GPa！与此同时CTE和粘度也都有一个很漂亮的参数！
如果再把它和当年的U***1放在一起对比就更加让人感叹——技术的进步一日千里，当年那些看似不可兼得的“鱼”与“熊掌”，如今终于和谐统一在了同一款产品之中！
不同时间上市底部填充产品的比较
只不过世异时移，时至今日足以挑战底部填充胶的应用，也从当年的消费电子变成了发热量巨大的5G通信基站！
（Sharon, G. Thermal Cycling and Fatigue. DfR Solutions. White Paper. 2015）
从网上流传的一份中国铁塔的分析材料来看，目前主流5G基站的单系统功耗差不多是4G的300%！
因此5G基站中的芯片除了面临远高于GPU温度的烘烤，还要承受更为严重的热失配应力。
5G/4G基站功耗对比
（https://www.sohu.com/a/374673500_120199643）
不仅如此，为了节省运营商的天面资源，5G基站又在拼命地追求集成化、小型化。
于是，越来越多的裸die芯片出现在了电路板上，这就让电路板的结构稳定性变得更为脆弱！
5G/4G基站体积对比
（https://www.sohu.com/a/374673500_120199643）
凡此种种都在提醒着人们，挑战永远都在，无论是十几年前的GPU还是今天的5G基站！
很遗憾十几年前的底部填充胶未能阻止那场震惊世界的品质事件。但好在5G时代有了LOCTITE® ECCOBOND® UF1173，底部填充胶的性能这次走在了需求的前面！
