激光微加工技術(shù)在集成電路制造中的應(yīng)用

鄒 冰，孫楠楠

（中國電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽110000）

1 引 言

激光應(yīng)用效率高、適應(yīng)性強(qiáng)，能夠應(yīng)用于不同材質(zhì)、形狀、尺寸的加工處理。激光微加工技術(shù)集激光加工與計算機(jī)數(shù)控于一體，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化加工，因而已成為保證現(xiàn)代制造業(yè)優(yōu)質(zhì)、高效、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心技術(shù)。激光微加工技術(shù)常常被應(yīng)用在電子產(chǎn)品的加工中。電子產(chǎn)品加工精度高，一般的加工技術(shù)難以達(dá)到精度要求，將激光微加工技術(shù)應(yīng)用到此類高科技產(chǎn)品的加工中，能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量，滿足精度要求。經(jīng)歷了時間與市場的考驗，激光微加工技術(shù)的優(yōu)越性愈發(fā)明顯，應(yīng)用前景廣闊，商品需求量大，適應(yīng)性突出。我國重視激光微加工技術(shù)的研究與應(yīng)用，研發(fā)有自主知識產(chǎn)權(quán)的激光微制造技術(shù)，才能更好地占領(lǐng)未來科技發(fā)展的高地。

2 激光微加工技術(shù)的主要特點

激光微加工技術(shù)的主要特點有：

1) 加工速度快

因為激光能量束密度高，熱影響的范圍比較小，這就意味著激光微加工技術(shù)能夠在保證加工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對各類高硬度、高脆性和高熔點材料的有效處理和加工。反映在集成電路的制造上，就是能夠減小變形問題的出現(xiàn)，提高微電子產(chǎn)品的加工速度[1]。并且能夠顯著提高同一批次的產(chǎn)品在加工效果上的一致性。

2) 無需機(jī)械接觸

傳統(tǒng)加工技術(shù)需要給予加工材料以機(jī)械擠壓或應(yīng)力才能實現(xiàn)加工目標(biāo)，而在擠壓或壓力的過程中會對材料造成一定的損害。激光微加工技術(shù)安全可靠，在進(jìn)行加工時能夠避免這一過程，即無需發(fā)生機(jī)械接觸，不會導(dǎo)致加工產(chǎn)品出現(xiàn)源于接觸的損壞，同時能夠避免因為加工而產(chǎn)生的“三廢”，減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)，可以真正稱為“綠色生產(chǎn)”。加上成本控制水平高，不受加工數(shù)量的限制，激光微加工技術(shù)已成為了現(xiàn)代電子制造業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)，代表著未來加工技術(shù)的發(fā)展趨勢。

3) 激光直寫

激光直寫技術(shù)集計算機(jī)控制與微細(xì)加工技術(shù)的優(yōu)勢于一體，靈活性高，又簡化了工藝。其制作精度能夠達(dá)到亞微米量級。激光直寫技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)直寫技術(shù)的不足，突破了模板的桎梏，在加成法與減成法的制造方式中均能應(yīng)用[2]。激光微加工技術(shù)以其優(yōu)良的工藝集成度和直寫效率，能夠滿足不同批量，尤其是小批量的集成電路制造的需要，還可較為理想地實現(xiàn)快速試制。

4) 與計算機(jī)集成系統(tǒng)相結(jié)合

將激光加工技術(shù)與計算機(jī)集成系統(tǒng)相互有機(jī)結(jié)合，能夠充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢，提升計算加工內(nèi)容與方式的科學(xué)性，滿足精度要求。這一結(jié)合優(yōu)勢的一個突出表現(xiàn)在于，它能夠使得激光微加工技術(shù)更加容易進(jìn)行導(dǎo)向與聚焦，通過加工模式的靈活變換，滿足用戶多變的加工需求[3]。

3 在集成電路制造中的實際應(yīng)用

3.1 激光微調(diào)

激光微調(diào)通過激光束聚焦點的光斑來進(jìn)行加工。光斑的能量密度能夠使得材料多余的部分汽化，進(jìn)而保證電子元器件的加工質(zhì)量，實現(xiàn)精度調(diào)節(jié)的目標(biāo)。

在利用激光微加工技術(shù)進(jìn)行集成電路的精度調(diào)節(jié)時，激光束聚焦點光斑的集中能量的加工對集成電路附近的電子元器件的影響較小，屬于典型的非接觸式操作，也不會給環(huán)境造成負(fù)擔(dān)。將激光微調(diào)與傳統(tǒng)加工方式比較，激光微調(diào)具有的明顯優(yōu)勢包括：加工速度快，控制成本水平高，處理精度高；在特定應(yīng)用場合下，能夠?qū)崿F(xiàn)每秒調(diào)節(jié)200 個電阻的目標(biāo)[4]。結(jié)合當(dāng)前的激光微調(diào)技術(shù)的應(yīng)用實際與研究現(xiàn)狀來看，激光微調(diào)技術(shù)正在朝著多功能、自動化以及高精度的趨勢發(fā)展，并正在與精密機(jī)械、計算機(jī)等學(xué)科和項目融合發(fā)展。

3.2 激光打孔

激光打孔在人們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷膽?yīng)用就是的銀行卡IC 芯片封裝。多層電路板過孔加工方式比較多樣，如光輔助化學(xué)刻蝕、機(jī)械打孔和激光打孔等。與其他的加工方式相比，激光打孔成本低，前期不需要巨大的投資，工藝要求也較為簡單，加上適應(yīng)性強(qiáng)，不同材質(zhì)、形狀、尺寸的材料都能夠進(jìn)行加工打孔，在集成電路制造中的應(yīng)用前景廣闊。

3.3 激光清洗

激光清洗主要分為兩種，在工作原理上有所不同。第一種激光能量會影響清洗部分的微小顆粒與清洗劑，使得清洗劑快速升溫，并產(chǎn)生爆炸性汽化，以此來實現(xiàn)對加工材料的清洗，沖出表面的微小顆粒；第二種直接利用激光來進(jìn)行清洗，無需添加清洗劑，當(dāng)激光照射在待清洗材料的表面時，熱能量會將材料表面的微小顆粒沖出，從而實現(xiàn)清洗[5]。

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，集成電路的密封等級也在逐漸提高，集成電路若在制造時因為清洗不到位而出現(xiàn)微小顆粒污染材料的問題，就會影響材料的使用效率，制約產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。普通的清洗方式難以處理干凈材料表面的微小顆粒，無論是化學(xué)清洗法，還是超聲波清洗法清洗效果都存在著局限性。而激光清洗無需研磨和接觸，也不會產(chǎn)生熱效應(yīng)，能夠滿足各類材料清洗需要，去除材料表面微小顆粒的效果顯著，同時還能夠保證模板完整，不會出現(xiàn)碎裂現(xiàn)象，產(chǎn)生環(huán)境污染的概率極小，能夠兼得經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益[6]。

3.4 激光柔性布線

電子產(chǎn)品的輕薄便攜和高性能趨勢明顯。變化劇烈的市場要求生產(chǎn)廠家能夠根據(jù)用戶需要快速生產(chǎn)出質(zhì)量良好，價格低廉的集成電路，保證所制備導(dǎo)線的線寬更窄，線間距更小，電子元器件的集成度更高。激光柔性布線技術(shù)即是此類應(yīng)用中較成功的一例，它的發(fā)展時間較短，工作機(jī)理是利用激光束的掃描光作用與熱作用來進(jìn)行加工，與集成電路的表面預(yù)涂層、溶液或氣體等發(fā)生化學(xué)或物理反應(yīng)[7]。激光柔性布線技術(shù)應(yīng)用價值高，宜于集成電路板的封裝結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線布線，還能夠及時修復(fù)導(dǎo)線問題，保證集成可靠性。激光柔性布線技術(shù)已廣泛應(yīng)用于不同類型的集成電路制造中，生產(chǎn)方式多樣，尤其能夠滿足小批量生產(chǎn)與快速試制。

3.5 激光微焊

激光微焊技術(shù)能夠?qū)ξ⑿筒考c材質(zhì)進(jìn)行焊接，可精確焊接2mm 以下尺度的部件。對附件的熱敏材料熔焊連接，在電子、醫(yī)學(xué)和汽車等行業(yè)廣泛應(yīng)用。在集成電路制造中，激光微焊技術(shù)能夠?qū)﹄娐钒暹M(jìn)行封裝加工，實現(xiàn)引線與印刷電路、硅板的焊接、細(xì)導(dǎo)線與薄膜的焊接以及細(xì)導(dǎo)線與集成電路的焊接等[8]。

相較于傳統(tǒng)焊接技術(shù)來看，激光微焊技術(shù)優(yōu)勢相當(dāng)?shù)拿黠@，如激光強(qiáng)度高、加工效率高，對周圍材料的熱影響較小，加上激光處理更加徹底，可以處理其他傳統(tǒng)焊接方式無法進(jìn)入與處理的區(qū)域，能夠應(yīng)用于不同材料的焊接，組合效率高。激光焊點的精度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝于傳統(tǒng)方式。

除了上述各項較為成熟的應(yīng)用，還存在著其他因技術(shù)發(fā)展尚不成熟而暫時空白的領(lǐng)域。比如由于缺乏全面詳細(xì)的分析與檢驗，焊縫無損檢測技術(shù)的應(yīng)用水平在我國目前比較有限，難以保證激光微加工技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量[9]。

4 結(jié) 束 語

激光微加工技術(shù)為微電子集成電路制造技術(shù)創(chuàng)造了更多的可能性。我國目前的技術(shù)條件與水平暫時還難以實現(xiàn)對激光微加工技術(shù)的全方位和高質(zhì)量的普遍應(yīng)用，但隨著國家發(fā)展戰(zhàn)略相關(guān)投入的增加，對激光微加工技術(shù)應(yīng)用的重視度也在逐年加大。目前除了加強(qiáng)各環(huán)節(jié)質(zhì)量管理與控制，還應(yīng)更深入開展對激光光源、激光與物質(zhì)之間作用等的基礎(chǔ)研究，不斷在實踐中完善激光精密微加工平臺技術(shù)，保證集成電路加工處理質(zhì)量，促進(jìn)我國電子制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。