激光錫球焊工藝在微機電產品中的應用

微機電系統(tǒng)（MEMS）是一種集成了微型機械元件和電子元件的系統(tǒng)，具有傳感、控制和執(zhí)行的功能。MEMS產品廣泛應用于汽車、醫(yī)療、通信、航空航天等領域。由于MEMS產品的結構復雜和尺寸微小，其封裝和互連技術對其性能和可靠性有著重要的影響，如圖1所示。

圖1.集成微機電系統(tǒng)

傳統(tǒng)的回流焊接廣泛用于基于助焊劑的植球焊接工藝，用于為微電子封裝創(chuàng)建焊料凸塊和互連。回流工藝前在金屬焊盤上涂覆粘性助焊劑，以便在初始放置后固定錫球。此外，助焊劑還可以去除金屬焊盤表面的氧化物層，并在回流過程中促進焊料潤濕。

圖2.傳統(tǒng)植球焊接工藝

錫球和金屬鍵合焊盤發(fā)生化學反應，在鍵合界面形成連續(xù)的金屬間化合物(IMC)層。由于IMC層的活化能較低，即使錫球在室溫下完全凝固，IMC層也會通過固態(tài)擴散機制繼續(xù)生長。然而IMC本質上是脆性的，并且過厚的IMC層會惡化焊點的機械完整性，并影響組裝電子封裝的長期可靠性。盡管基于助焊劑的錫球焊接工藝因其可靠性和執(zhí)行簡單性而被廣泛使用，但由于助焊劑上精細開口布局的制造精度限制，助焊劑和錫球的放置通常限于大于200μm的互連間距/錫球放置工具，與封裝的金屬焊盤直接匹配。

此外，傳統(tǒng)的回流焊的幾個機械處理步驟，如施加助焊劑、放置錫球以及清潔殘留助焊劑，可能會對光電和微機電系統(tǒng)（MEMS）封裝中的敏感器件造成損害。整個封裝過程暴露在回流焊爐中的高溫下，這對于熱敏感器件來說是不利的。此外，由于熱膨脹系數的不匹配，可能導致焊點失效。

由于微電子行業(yè)不斷追求微型化和更好的性能， 給定面積內電子封裝的輸入/輸出計數密度不斷增加。傳統(tǒng)基于助焊劑的植球工藝在滿足更嚴格的間距公差以及光電子和MEMS封裝中的組裝挑戰(zhàn)方面很快達到了瓶頸。為了應對新的封裝需求，無助焊劑的激光錫球噴射技術得以發(fā)展。

激光錫球噴射技術是一種高度靈活且無助焊劑的錫球附著工藝，其熱量低且對封裝后的器件無機械應力。與傳統(tǒng)回流焊相比，激光錫球噴射具有更高的能量輸入和局部加熱能力，使其非常適用于高溫錫球合金。激光脈沖的能量被錫球吸收，導致錫球熔化并潤濕到金屬焊盤上，同時避免了與熱相關的問題。

該技術的優(yōu)勢包括：

1.無助焊劑，避免了助焊劑殘留物對封裝和器件的污染和腐蝕。

2.錫球的直徑和間距可以靈活調節(jié)，適用于不同的封裝設計和要求。

3.激光束的能量和時間可以精確控制，實現了局部加熱和快速冷卻，減少了熱應力和熱變形。

4.激光錫球噴射過程無需接觸，避免了對封裝和器件的機械損傷和污染。

圖3.激光焊接技術

綜上所述，激光錫球噴射技術是一種先進的無助焊劑錫球附著工藝，具有高效、可靠、靈活和環(huán)保的特點，適用于微機電產品的封裝和互連，為微機電產品的性能和質量提供了保障。