微電子器件如今所達到的令人驚嘆的小型化程度，歸因于兩大因素：

首先，構成集成電路芯片的晶體管和其他組件日益變小，這一趨勢通常被稱為“摩爾定律”。

其次，業(yè)界正在采用新型技術將多顆獨立芯片以越來越高的密度封裝在一起。為實現(xiàn)此目的，當前用到多種封裝方案，比如系統(tǒng)級封裝 (SiP)、3D 封裝、2.5D 封裝、扇出型晶圓級封裝 (FOWLP)、倒裝芯片封裝、多芯片模組 (MCM) 等等，這些統(tǒng)稱為“先進封裝”技術。先進封裝技術使我們能夠制造出小巧且功能強大的產品，如智能手機。

與傳統(tǒng)的“后端”（集成電路封裝）技術相比，先進封裝制程更復雜且難度更高。原因之一是，先進封裝通常涉及更高密度和更小節(jié)距（間距）的互連以及更復雜的部件結構。這意味著需要在整個后端生產過程中對較小尺度的部件保持更嚴格的機械公差。

半導體制造通常分為前端和后端制程。前端又進一步細分為“前道工序”和“后道工序”。這展示了前端和后端加工的主要步驟，并強調了后端生產中眾多新型先進封裝方法之一的額外復雜性。

另一個問題是對熱管理的需求增加。更強的計算能力帶來更高的熱設計功耗。這意味著先進封裝需要引入具有高機械強度的高導熱材料。為防止因多顆芯片重量造成縱向彎曲，采用高機械強度材料是必需的。

激光為材料加工提供了兼具精度、多功能性和效率的組合特性。特別是對于后端任務，先進的組裝方法依賴于極小的特征尺寸，激光工藝憑借其非接觸式加工能力和極小的熱影響區(qū)成為實現(xiàn)此目標至關重要的手段。此外，激光幾乎與任何材料兼容，甚至能夠處理一些在激光波長下近乎透明的物質。

這意味著隨著封裝體進一步縮小尺寸且越來越復雜，半導體制造商能夠越來越多的受益于激光工藝。下面，我們將回顧半導體后端制造中激光工藝當前和發(fā)展趨勢的幾個示例。

1 切割和鉆孔  

在傳統(tǒng)后端和先進封裝生產中，切割和鉆孔得到了廣泛應用。其中一些任務包括：

鉆孔：在印刷電路板 (PCB) 和其他基板上制作通孔或盲孔。

切割：將成品晶圓切割分離出多顆獨立芯片。

分板：將單個電路板或組件從較大的面板或板材上分離出來。

解鍵合：在臨時鍵合工藝后分離組件，比如晶圓或芯片在減薄、加工或處理過程中為了保持穩(wěn)定性需要附著在載板上。

幾十年來，F(xiàn)R-4（及其含有玻璃纖維的版本）和其他有機物一直是PCB的標準基材。傳統(tǒng)上，這些材料使用機械鉆孔制作通孔。但這種方法無法制作直徑小于150微米的孔。

使用CO2激光方案可以實現(xiàn)直徑低至30微米的通孔高速鉆孔。因此，業(yè)內越來越多地采用此方案實現(xiàn)先進封裝所需的微型化尺度，來支持智能手機、5G收發(fā)器和可穿戴設備等產品。CO2激光可以高效處理目前使用的大多數(shù)基材，包括FR4、PTFE、玻璃編織復合材料和陶瓷。

Coherent 高意最近的一項重要技術突破是用于CO2激光器的電光開關。相比傳統(tǒng)用于CO2 激光鉆孔系統(tǒng)的聲光調制器（AOM），電光開關調制器可以處理更高的激光功率。使用更高功率的激光器可以多次分光。這意味著可以同時鉆出更多的孔，從而提高系統(tǒng)吞吐量并降低成本。

Coherent 高意還為通孔鉆孔窗口鏡開發(fā)了一種專有的防飛濺和防碎屑涂層。這種多層涂層可以應用于許多不同的基材。該涂層是專為頻繁清潔而設計的，能夠抵御鉆孔、切割或打標等應用中產生的金屬和其他碎屑飛濺。涂層的耐用性也有助于延長窗戶鏡的使用壽命。

該涂層采用了公司專有的金剛石涂層 (DOC) 涂層技術。碎屑窗口保持高透射率和低反射率，以實現(xiàn)系統(tǒng)的良好光學性能，同時兼具耐用性的額外優(yōu)勢。

先進封裝工藝將基材的范圍擴展到FR-4之外，包括硅、玻璃、陶瓷、Ajinomoto積層膜（ABF） 等。對于ABF等某些材料，二氧化碳激光鉆孔仍然是最佳選擇。但對于玻璃等材料，以及小得多的通孔尺寸，比如低至10 µm或更小，其他類型激光器可能更合適。

納秒脈沖固態(tài)激光器，比如我們的AVIA LX和AVIA NX，可用于制作這些較小尺寸的通孔。對于最苛刻的任務，我們的超短脈沖（USP）激光器可以在不損壞周圍熱敏電路的情況下創(chuàng)建極小的孔或其他特征。此外，USP激光器（尤其是紫外(UV)激光器）幾乎與任何材料兼容，包括金屬、半導體、復合材料、陶瓷和有機物。

上述納秒激光器和USP激光器也可用于其他材料加工任務，比如晶圓劃線和切割以及PCB分板，其工藝具備多項優(yōu)點，包括機械精度高、切口寬度最小、熱影響區(qū)小、極少或無碎屑產生，以及與多種不同基材的良好兼容性。它們還兼容下一代先進封裝工藝所采用的基板材料（如尚未商業(yè)化部署的玻璃基封裝）。

除了激光器，Coherent 高意還提供用于制作后端工藝設備的創(chuàng)新材料。例如，金屬基復合材料結合了鋼的強度和鋁的輕度，為高性能、快速運行的機器人系統(tǒng)提供了必要的剛度和熱導率。隨著行業(yè)朝著更快的生產周期發(fā)展，確保設備能夠以更高速度運行而不犧牲精度變得尤為重要。這些都是為了滿足消費者對智能手機和電腦等電子設備日益增長的需求。

半導體后道工序中的晶圓傳送組件

2 打標  

圖片

后端制程中涉及的打標任務種類繁多，無法在此詳盡介紹。以下羅列了后端一些最常見的打標應用：

封裝器件

最常用的封裝復合膜可以很好地吸收近紅外（IR）光，而后從黑色變?yōu)榛疑�。這能夠實現(xiàn)深度為30 µm至50 µm的高對比度打標。這種類型的打標通常使用光纖或二極管泵浦固態(tài)(DPSS)激光器。雙頭配置有助于提高打標效率。

薄型封裝

某些小尺寸器件，使用復合薄膜蓋來保護采用引線鍵合的硅基裸芯片，這需要10 µm或更小的打標深度。環(huán)氧樹脂基體對綠光的吸收率高于IR，從而會產生更淺的標記滿足深度要求。綠光激光器（通常是倍頻后的光纖或DPSS激光器）將用于這些任務。我們的PowerLine E Twin采用兩個DPSS激光源，綜合利用固態(tài)激光的優(yōu)勢并實現(xiàn)高吞吐量。

陶瓷

由于其出色的熱、機械和電性能，陶瓷在封裝功率半導體、高亮度LED、射頻器件、MEMS、混合電路等方面得到了廣泛應用。但是陶瓷打標的工藝窗口相對較窄。這使得精確聚焦和高脈沖能量對于確�？煽康拇驑私Y果至關重要�；�于Nd:YVO4的DPSS 激光器提供高脈沖能量，可用于打標陶瓷蓋和基板。我們的PowerLine F 20-1064, 提供高達350 ns的可調脈沖寬度，專為改善此類打標應用的工藝窗口而設計。

PCB

PCB 在生產過程中通常使用可追溯的數(shù)據(jù)矩陣碼進行標記，有機基板頂部的薄綠色阻焊層需要攜帶標記，而不暴露下面的銅。數(shù)據(jù)矩陣碼可能非常�。▎卧�尺寸小于125 µm），因此需要聚焦的激光光斑尺寸小于100 µm。綠光DPSS方案已成為這類應用的行業(yè)標準，而PowerLine E 20-355等基于紫外激光的產品因其更精細的分辨率和更低的熱影響被用于高端基材的打標。

金屬蓋和引線框架

Coherent PowerLine F 系列屬于典型的近紅外光纖激光打標方案，廣泛應用于微處理器和其他高功率IC的金屬蓋打標。金屬引線框架通常鍍錫、銀或金，可以在電鍍之前或之后進行打標。引線框架用于成本敏感型器件，必須最大限度地減少資本投資，因此通常采用更經(jīng)濟的光纖激光打標方案。

3 熱壓鍵合  

“倒裝芯片”是應用最廣泛的先進封裝技術之一。倒裝芯片工藝的一個關鍵步驟是將裸芯片焊接到基板上。具體來說涉及以下步驟，熔化金屬焊料凸點（之前已沉積在芯片的導電焊盤上），同時將芯片與基板（通常是PCB）壓在一起。

隨著集成電路和基板變得越來越薄，并且焊料凸點尺寸和彼此之間的間距（稱為“節(jié)距”）縮小到100 µm以下，這一過程變得更具挑戰(zhàn)性。熱壓鍵合 (TCB) 已成為倒裝芯片應用中替代傳統(tǒng)回流焊的方案。對非常薄的高密度封裝基板，TCB可以提供更可靠的鍵合效果和更高的單元間一致性。

TCB 設備利用一塊平板（稱為“噴嘴”），在鍵合過程中向下壓在芯片/基板組件上。這塊板必須在整個鍵合過程中保持剛性、光滑和平整。這對于保持芯片本身的平整度是必要的，以確保不會出現(xiàn)焊料空洞。

該噴嘴還必須有氣流孔，以便其可以作為真空吸盤工作。此外，它必須具有導熱性，以便TCB系統(tǒng)中的加熱和冷卻元件能夠在工藝中控制芯片溫度。

因此，理想的噴嘴材料必須是機械剛性的，并且能夠制作成非常光滑和平整的零件。它還必須具有高導熱性。

Coherent 高意提供三種可以滿足上述要求的材料 — 反應燒結碳化硅 (SiC)、單晶 SiC 和多晶金剛石。對特定的TCB工藝類型，每種材料都有其獨特的特性和優(yōu)勢。

此外，Coherent 高意是一家垂直整合的 TCB 噴嘴制造商。我們的工廠可以生長每種材料，并能將其加工為成品零件。此外，我們的計量能力能夠確保噴嘴平整度這一關鍵指標。

4 助力精度和性能  

隨著半導體封裝體不斷縮小其尺寸且變得更加復雜，先進激光和材料技術的作用變得越來越重要。Coherent 高意致力于提供尖端解決方案，賦能半導體制造的未來。

文章來源：Coherent 高意

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