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微电子器件如今所到达的使人赞叹的小型化水平，归因在两年夜因素：

起首，组成集成电路芯片的晶体管及其他组件日趋变小，这一趋向凡是被称为 摩尔定律 。

其次，业界正于采用新型技能将多颗自力芯片以愈来愈高的密度封装于一路。为实现此目的，当前用到多种封装方案，好比体系级封装 (SiP)、3D 封装、2.5D 封装、扇出型晶圆级封装 (FOWLP)、倒装芯片封装、多芯片模组 (MCM) 等等，这些统称为 进步前辈封装 技能。进步前辈封装技能使咱们可以或许制造出小巧且功效强盛的产物，如智能手机。

与传统的 后端 （集成电路封装）技能比拟，进步前辈封装制程更繁杂且难度更高。缘故原由之一是，进步前辈封装凡是触及更高密度及更末节距（间距）的互连以和更繁杂的部件布局。这象征着需要于整个后端出产历程中对于较小标准的部件连结更严酷的机械公役。

半导体系体例造凡是分为前端及后端制程。前端又进一步细分为 前道工序 及 后道工序 。这展示了前端及后端加工的重要步调，并夸大了后端出产中浩繁新型进步前辈封装要领之一的分外繁杂性。

另外一个问题是对于热治理的需求增长。更强的计较能力带来更高的热设计功耗。这象征着进步前辈封装需要引入具备高机械强度的高导热质料。为避免因多颗芯片重量造成纵向弯曲，采用高机械强度质料是必须的。

激光为质料加工提供了兼具精度、多功效性及效率的组合特征。尤其是对于在后端使命，进步前辈的组装要领依靠在极小的特性尺寸，激光工艺依附其非接触式加工能力及极小的热影响区成为实现此方针至关主要的手腕。此外，激光险些与任何质料兼容，甚至可以或许处置惩罚一些于激光波长下近乎透明的物资。

这象征着跟着封装体进一步缩小尺寸且愈来愈繁杂，半导体系体例造商可以或许愈来愈多的受益在激光工艺。下面，咱们将回首半导体后端制造中激光工艺当前及成长趋向的几个示例。

1 切割及钻孔

于传统后端及进步前辈封装出产中，切割及钻孔获得了广泛运用。此中一些使命包括：

钻孔：于印刷电路板 (PCB) 及其他基板上建造通孔或者盲孔。

切割：将制品晶圆切割分散出多颗自力芯片。

分板：将单个电路板或者组件从较年夜的面板或者板材上分散出来。

解键合：于姑且键合工艺后分散组件，好比晶圆或者芯片于减薄、加工或者处置惩罚历程中为了连结不变性需要附着于载板上。

几十年来，FR-4（和其含有玻璃纤维的版本）及其他有机物一直是PCB的尺度基材。传统上，这些质料利用机械钻孔建造通孔。但这类要领没法建造直径小在150微米的孔。

利用CO2激光方案可以实现直径低至30微米的通孔高速钻孔。是以，业内愈来愈多地采用此方案实现进步前辈封装所需的微型化标准，来撑持智能手机、5G收发器及可穿着装备等产物。CO2激光可以高效处置惩罚今朝利用的年夜大都基材，包括FR四、PTFE、玻璃编织复合质料及陶瓷。

Coherent 高意近来的一项主要技能冲破是用在CO2激光器的电光开关。比拟传统用在CO2 激光钻孔体系的声光调制器（AOM），电光开关调制器可以处置惩罚更高的激光功率。利用更高功率的激光器可以屡次分光。这象征着可以同时钻出更多的孔，从而提高体系吞吐量并降低成本。

Coherent 高意还有为通孔钻孔窗口镜开发了一种专有的防飞溅及防碎屑涂层。这类多层涂层可以运用在很多差别的基材。该涂层是专为频仍清洁而设计的，可以或许抵御钻孔、切割或者打标等运用中孕育发生的金属及其他碎屑飞溅。涂层的耐用性也有助在延伸窗户镜的利用寿命。

该涂层采用了公司专有的金刚石涂层 (DOC) 涂层技能。碎屑窗口连结高透射率及低反射率，以实现体系的优良光学机能，同时兼具耐用性的分外上风。

进步前辈封装工艺将基材的规模扩大到FR-4以外，包括硅、玻璃、陶瓷、Ajinomoto积层膜（ABF） 等。对于在ABF等某些质料，二氧化碳激光钻孔仍旧是最好选择。但对于在玻璃等质料，以和小患上多的通孔尺寸，好比低至10 m或者更小，其他类型激光器可能更适合。

纳秒脉冲固态激光器，好比咱们的AVIA LX及AVIA NX，可用在建造这些较小尺寸的通孔。对于在最苛刻的使命，咱们的超短脉冲（USP）激光器可以于不毁坏周围热敏电路的环境下创立极小的孔或者其他特性。此外，USP激光器（特别是紫外(UV)激光器）险些与任何质料兼容，包括金属、半导体、复合质料、陶瓷及有机物。

上述纳秒激光器及USP激光器也可用在其他质料加工使命，好比晶圆划线及切割以和PCB分板，其工艺具有多项长处，包括机械精度高、暗语宽度最小、热影响区小、少少或者无碎屑孕育发生，以和与多种差别基材的优良兼容性。它们还有兼容下一代进步前辈封装工艺所采用的基板质料（如还没有贸易化部署的玻璃基封装）。

除了了激光器，Coherent 高意还有提供用在建造后端工艺装备的立异质料。例如，金属基复合质料联合了钢的强度及铝的轻度，为高机能、快速运行的呆板人体系提供了须要的刚度及热导率。跟着行业朝着更快的出产周期成长，确保装备可以或许以更高速率运行而不捐躯精度变患上尤为主要。这些都是为了满意消费者对于智能手机及电脑等电子装备日趋增加的需求。

半导体后道工序中的晶圆传送组件

2 打标

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后端制程中触及的打标使命种类繁多，没法于此详尽先容。如下罗列了后端一些最多见的打标运用：

封装器件

最经常使用的封装复合膜可以很好地接收近红外（IR）光，尔后从玄色变为灰色。这可以或许实现深度为30 m至50 m的高对于比度打标。这类类型的打标凡是利用光纤或者二极管泵浦固态(DPSS)激光器。双头配置有助在提高打标效率。

薄型封装

某些小尺寸器件，利用复合薄膜盖来掩护采用引线键合的硅基裸芯片，这需要10 m或者更小的打标深度。环氧树脂基体对于绿光的接收率高在IR，从而会孕育发生更浅的标志满意深度要求。绿光激光器（凡是是倍频后的光纤或者DPSS激光器）将用在这些使命。咱们的PowerLine E Twin采用两个DPSS激光源，综合使用固态激光的上风并实现高吞吐量。

陶瓷

因为其精彩的热、机械及电机能，陶瓷于封装功率半导体、高亮度LED、射频器件、MEMS、混淆电路等方面获得了广泛运用。可是陶瓷打标的工艺窗口相对于较窄。这使患上切确聚焦及高脉冲能量对于在确保靠得住的打标成果至关主要。基在Nd:YVO4的DPSS 激光器提供高脉冲能量，可用在打标陶瓷盖及基板。咱们的PowerLine F 20-1064, 提供高达350 ns的可调脉冲宽度，专为改善此类打标运用的工艺窗口而设计。

PCB

PCB 于出产历程中凡是利用可追溯的数据矩阵码举行标志，有机基板顶部的薄绿色阻焊层需要携带标志，而不袒露下面的铜。数据矩阵码可能很是小（单位尺寸小在125 m），是以需要聚焦的激光光斑尺寸小在100 m。绿光DPSS方案已经成为这种运用的行业尺度，而PowerLine E 20-355等基在紫外激光的产物因其更邃密的分辩率及更低的热影响被用在高端基材的打标。

金属盖及引线框架

Coherent PowerLine F 系列属在典型的近红外光纤激光打标方案，广泛运用在微处置惩罚器及其他高功率IC的金属盖打标。金属引线框架凡是镀锡、银或者金，可以于电镀以前或者以后举行打标。引线框架用在成本敏感型器件，必需最年夜限度地削减本钱投资，是以凡是采用更经济的光纤激光打标方案。

3 热压键合

倒装芯片 是运用最广泛的进步前辈封装技能之一。倒装芯片工艺的一个要害步调是将裸芯片焊接到基板上。详细来讲触及如下步调，融化金属焊料凸点（以前已经沉积于芯片的导电焊盘上），同时将芯片与基板（凡是是PCB）压于一路。

跟着集成电路及基板变患上愈来愈薄，而且焊料凸点尺寸及相互之间的间距（称为 节距 ）缩小到100 m如下，这一历程变患上更具挑战性。热压键合 (TCB) 已经成为倒装芯片运用中替换传统回流焊的方案。对于很是薄的高密度封装基板，TCB可以提供更靠得住的键合效果及更高的单位间一致性。

TCB 装备使用一块平板（称为 喷嘴 ），于键合历程中向下压于芯片/基板组件上。这块板必需于整个键合历程中连结刚性、平滑及平整。这对于在连结芯片自己的平整度是须要的，以确保不会呈现焊料浮泛。

该喷嘴还有必需有气流孔，以便其可以作为真空吸盘事情。此外，它必需具备导热性，以便TCB体系中的加热及冷却元件可以或许于工艺中节制芯片温度。

是以，抱负的喷嘴质料必需是机械刚性的，而且可以或许建造成很是平滑及平整的零件。它还有必需具备高导热性。

Coherent 高意提供三种可以满意上述要求的质料 反映烧结碳化硅 (SiC)、单晶 SiC 及多晶金刚石。对于特定的TCB工艺类型，每一种质料都有其怪异的特征及上风。

此外，Coherent 高意是一家垂直整合的 TCB 喷嘴制造商。咱们的工场可以生长每一种质料，并能将其加工为制品零件。此外，咱们的计量能力可以或许确保喷嘴平整度这一要害指标。

4 助力精度及机能

跟着半导体封装体不停缩小其尺寸且变患上越发繁杂，进步前辈激光及质料技能的作用变患上愈来愈主要。Coherent 高意致力在提供尖端解决方案，赋能半导体系体例造的将来。

文章来历：Coherent 高意

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