本文主要參考長電科技韓國研究所的一篇文章“Characterization of laser beams: theory and application in laser-assisted bonding process”本文要講的是長電科技率先開發(fā)并已經(jīng)量產(chǎn)的激光輔助鍵合技術(shù)，該技術(shù)為了解決汽車領(lǐng)域特別是開發(fā)具備高可靠性標(biāo)準(zhǔn)的電動汽車和自動駕駛相關(guān)封裝技術(shù)中無芯襯底材料和工藝FCBGA產(chǎn)品。由于產(chǎn)品非常薄，普通的回流焊鍵合技術(shù)已經(jīng)不能滿足需求。為解決基板翹曲等導(dǎo)致的BUMP Bridge及接觸不良等問題，長電開發(fā)了一種新的互連技術(shù)-激光輔助鍵合（LAB），并已應(yīng)用于大規(guī)模量產(chǎn)，而更難能可貴的是該技術(shù)得研發(fā)投入的產(chǎn)出已對公司2021年的營收與盈利增長有大幅貢獻(xiàn)，并將在未來公司的業(yè)績增長上繼續(xù)取得顯著效果。長電科技成立于1972年，是全球領(lǐng)先的集成電路制造和技術(shù)服務(wù)企業(yè)，擁有3200多項(xiàng)專利。長電科技在中國、韓國和新加坡設(shè)有六大生產(chǎn)基地和兩大研發(fā)中心，遍布全球的23000余名員工。長電科技在全球十大封裝代工廠位列第三，中國大陸第一，是一家名副其實(shí)的具備全球視野的高科技企業(yè)。那什么是LAB（激光輔助鍵合）技術(shù)呢？LAB技術(shù)是指將激光束照射到芯粒或需要焊接的器件上使芯粒及器件數(shù)秒內(nèi)由室溫升至焊接溫度，將其焊接在基板、interposer或堆疊的另外一個(gè)芯粒上。LAB整個(gè)系統(tǒng)由高功率二極管激光源、光纖、準(zhǔn)直儀、以及產(chǎn)生平頂激光束的均化器四部分組成。激光源在連續(xù)波模式中工作，采用近紅外波長為980nm，其最大功率為2kW，光束大小為9至45毫米，焦距為240毫米，具體示意圖如圖1所示。圖1：示意圖 Laser Source: 激光源；Optical Fiber:光纖；Collimator：準(zhǔn)直儀；Homogenizer: 均化器；Focal Distance: 焦距；Laser Beam: 激光束在整個(gè)工藝中，激光束的功率密度分布和空間特性異常重要。如下圖2所示，如果功率分布不均則會導(dǎo)致溫度不均一，從而產(chǎn)生BUMP 橋接或接觸不良的缺陷。在部分區(qū)域由于沒有接收到足夠功率的照射，會導(dǎo)致焊接溫度不足產(chǎn)生的接觸不良缺陷。而在另外一部分區(qū)域由于接收到過高功率的照射，則會產(chǎn)生BUMP橋接的缺陷。在一些極端情況下，甚至可能將芯粒或設(shè)備燒壞。因此整個(gè)工藝的難點(diǎn)就是如何使需焊接部件均勻受熱。當(dāng)然在C4/DIE BUMP區(qū)域加熱均勻也是LAB工藝優(yōu)于回流焊工藝之處。既然能量的穩(wěn)定性及可控性這么重要，那我們可以繼續(xù)討論到底當(dāng)前業(yè)界可以做到什么樣的水平。圖3及圖4就是長電科技文章中發(fā)布的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)圖中數(shù)字我們可以看到均勻度非常不錯(cuò)，在右下角芯片焊接區(qū)域的能量差異值非常微小。圖3 在LAB加工工藝中能量密度分布圖? 每個(gè)數(shù)值代表單個(gè)像素點(diǎn)上測量出的模擬數(shù)值圖4 在LAB加工工藝中能量密度分布圖在X Y及Z方向分布??其實(shí)除了長電科技很多業(yè)界領(lǐng)頭公司也都做過類似的嘗試來解決焊接工藝中由于基板越來越薄，翹曲越來越嚴(yán)重等導(dǎo)致的焊接缺陷。但是最終大部分都停留在了理論研究中。長電科技將該工藝量產(chǎn)實(shí)屬不易！最后根據(jù)專家Semicon Solutions的見解，為了更好的控制芯粒及Substrate在焊接過程中的翹曲，未來最優(yōu)的方案將是在LAB的工藝中，激光即熱的同時(shí)用透明的壓蓋給芯粒一定的壓力，確保焊接過程中的翹曲得到外力的控制。作者：Semicon Solutions & 樹先生原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)）：先進(jìn)封裝激光輔助鍵合封裝技術(shù)介紹
