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多种激光技术助力微电子封装

本文摘要:据麦姆斯咨询报导,人们对平板电脑、手机、手表和其他可穿着设备的市场需求趋向功能简单但结构紧凑,因此半导体芯片和PCB后器件的尺寸大大增大对微电子技术发展的重要性远不如摩尔定律的最重要意义。先进设备PCB技术趋势为激光器发展建构了大量机会,因为他们能力非凡,需要在大于热影响区(HAZ)继续执行各种材料的高精度加工任务。

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据麦姆斯咨询报导,人们对平板电脑、手机、手表和其他可穿着设备的市场需求趋向功能简单但结构紧凑,因此半导体芯片和PCB后器件的尺寸大大增大对微电子技术发展的重要性远不如摩尔定律的最重要意义。先进设备PCB技术趋势为激光器发展建构了大量机会,因为他们能力非凡,需要在大于热影响区(HAZ)继续执行各种材料的高精度加工任务。因此,激光器在晶圆切割成、PCB切割成(singulation)、光学挤压,μ-via钻孔、轻产于层(RDL)结构化、切割成带上切割成(EMI屏蔽)、焊、热处理和键合等方面用于更加普遍,在此仅举几例。

本文详尽阐释了三种截然不同的基于激光的工艺,用作各种充满活力的应用领域。纳秒和皮秒激光器用作系统级PCB(SiP)切割成SiP技术可协助高端可穿着设备或便携式设备构建体积微型化、功能高度集中。SiP器件由各种电路组件构成,例如处理器、存储器、通信芯片和传感器等,装配在嵌入式铜线的PCB基板上。

所有器件的装配一般来说被PCB在模塑复合材料里,并加到具备电磁屏蔽功能的外部导电涂层。SiP器件厚度大约1mm,其中模塑复合材料厚度大约占到一半。

在生产过程中,一开始多个SiP器件制作在一块大面板上,最后再行被拆分成单个器件。此外,某些情况下,在器件中,沟槽不会必要了解到模塑复合材料,直到相连到铜相接地层。该工艺在导电屏蔽层覆盖面积器件之前已完成,导电屏蔽层主要用作几乎覆盖面积SiP区域,使得与其他高频元器件隔绝。

对于切割成和开槽,切口方位和深度都必需准确,无法有炭化,更加无法有碎屑。此外,诸如热受损、分层或微裂纹等切割成过程中产生的问题,都会对电路导致不能挽救的后果。

目前,具备纳秒脉冲宽度的20-40W紫外固态激光器(例如CoherentAVIA)是SiP切割成的主要工具。然而,对于纳秒源,必须均衡输出功率和切割成质量(尤其是边缘质量和碎片构成)。

因此,仅有通过产生更加多激光功率是无法只能提升处理速度的。因此,如果对切割成质量拒绝极高,可以自由选择532nm(绿色)非同脉冲(ultra-shortpulse,全称USP)激光器替代,例如CoherentHyperRapidNX皮秒激光器或Monaco飞秒激光器。与纳秒激光器比起,它们的切口更加小,可以增加HAZ和碎片量,在某些情况下甚至可以提高产量。

但是,USP源唯一的缺点就是它们的投放成本较高。图1:用皮秒(上图)与纳秒(右图)切割成的1.2mm薄SiP材料的横截面示意图准分子激光器用作RDLRDL是构建微电子领域中完全所有先进设备PCB的关键技术,还包括倒装芯片、晶圆级芯片PCB、扇出型晶圆级PCB、嵌入式IC和2.5D/3DPCB等。RDL是通过图案化金属和介电层对电路展开布线,可以使每颗硅基芯片相连到其他芯片。

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以这种方式,RDL就可新的规划管芯的输出/输入路线。目前,大多RDL是用“光刻定义”电介质结构的,其中所需的电路图案再行通过光刻印刷,然后再行用湿法光刻除去曝光或未曝光区域来取得的。但是光刻定义聚合物有几个缺点,比如成本高、加工简单以及热膨胀系数(CTE)与键合材料不给定等。

此外,由于光刻胶残余引发的电路故障,不会遗较好管芯过热的风险。如今,有一种新的解决方案问世,它可通过用于适合的非光电介质材料,使用308nm准分子激光器展开必要激光线条。这些非光电介质的成本近高于光刻定义的材料,而且其产生的形变更加小,CTE给定更佳,机械和电气性能较佳。

在这里,激光通过包括所须要图案的光刻版感应,然后刺穿衬底(比投影图案大),移动,再行激光,直到所有区域都被图案化。准分子激光激光是一种经济的高通量图案化方法,因为它比光刻定义的电介质图案化方法步骤较少,需要用于湿法化学品,可谓“绿色”工艺。基于准分子激光的RDL结构工具早已在基于CoherentLAMBDASX系列激光器的基础上投入使用。这些准分子激光器的高脉冲能量(>1J)和反复频率(300Hz)可为低至2μm的特征尺寸获取较慢产出量。

此外,准分子激光激光的优势还展现出在对特征深度和“侧壁角”的出众掌控上。而后者尤为重要,由于大角度图形两侧的“阴影”不会对随后的金属喷发物或气相沉积过程产生负面影响。


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