激光重熔釺料凸點的思想是從(cong) 激光軟釺焊發展而來的。激光軟釺焊方法能夠在很短的時間內(nei) 使被連接處形成一個(ge) 能量密度高度集中的局部加熱區,封裝器件不會(hui) 產(chan) 生熱應力,熱敏感性強的器件不會(hui) 受熱衝(chong) 擊。同時還能細化焊點的結晶晶粒度從(cong) 而也提高了焊點的韌性與(yu) 抗疲勞性能。自從(cong) 1974 年美國的C. F. Bohman 率先將CO2 激光應用於(yu) 微電子組裝軟釺焊以來,激光軟釺焊設備和工藝得到了迅速的發展,並且在QFP 器件的表麵組裝中得到了應用。伴隨著麵陣列電子封裝器件的出現和應用,人們(men) 開始將激光軟釺焊的思想用在了陣列式封裝釺料凸點成形或連接工藝中。

1996 年德國Fraunhofer IZM 與(yu) 柏林Pac Tech 公司合作開發了無釺劑釺料凸點成型機。該機器包括一個(ge) Z 軸可控的分球裝置頭、用於(yu) 重熔的激光束與(yu) 用於(yu) 基板定位的可精確控製的X - Y 工作台。該設備在工作時分球裝置首先把釺料球導入吸嘴,然後用N2 氣將球吹到芯片焊盤上,短脈衝(chong) 激光迅速對釺料球進行重熔。由於(yu) 采用N2 氣保護,因此獲得的釺料凸點成形良好。該設備可以在芯片和基板上製作尺寸從(cong) FC(100μm) 至BGA(1 mm) 的釺料凸點,而且可以放置間距為(wei) 150μm 的釺料球。既適合於(yu) PbSn釺料,也適合於(yu) 高熔點無鉛釺料如AuSn。激光無釺劑釺料凸點成形機如圖1 所示。

在激光重熔光源的選擇研究方麵,Nd : YAG激光、半導體(ti) 激光均被人們(men) 所采用。一般研究表明,采用YAG激光進行重熔要優(you) 於(yu) CO2 激光,因為(wei) PCB 材料對波長為(wei) 10. 6μm 的CO2 激光的吸收率遠大於(yu) 波長為(wei) 1. 06μm 的YAG激光,而未熔化釺料對CO2 激光的反射率也大於(yu) YAG激光,因此在保證加熱效率的同時可有效防止凸點激光反射對基板的損傷(shang) ,而且YAG激光可利用光導纖維傳(chuan) 輸激光能量。半導體(ti) 激光的波長更短(780～830 nm) ,輻射能量更易被釺料吸收;同時半導體(ti) 激光器的電—光轉換效率可達30 % ,而CO2 激光器隻有10 % ,YAG激光器僅(jin) 有1 %～3 %;此外半導體(ti) 激光器結構極為(wei) 緊湊,維護簡單,這些特點使半導體(ti) 激光器在自動化

的激光重熔係統中表現出巨大的吸引力,並將成為(wei) 今後主要發展方向。目前典型的半導體(ti) 激光二極管陣列的輸出功率已達20～50 W。圖2 為(wei) 鬆下公司研製的具有視覺係統的激光二極管陣列重熔係統。該係統的核心是激光二極管陣列光源,通過光纖束傳(chuan) 遞激光,並利用絕緣鏡校直激光與(yu) 待重熔部位對準。

1999 年柏林工業(ye) 大學Fraunhofer 學院與(yu) PacTech GmbH 公司合作開發了激光光纖推進連接(FPC) 方法,實現了芯片級尺寸封裝的載帶與(yu) 芯片共晶Au - Sn 釺料凸點之間的連接。如圖3 所示,該方法通過噴嘴推進在載帶後方施加完成連接所需要的連接力,同時采用高度穩定的玻璃光纖傳(chuan) 遞Nd :YAG激光並加熱待連接部位,Au - Sn 釺料熔化完成芯片凸點與(yu) 載帶之間的連接。

總之,近年來國外對激光重熔方法及設備的研究是相當活躍的,隨著機器人技術、光電子技術的發展,激光器類型不斷更新,其自動化程度及激光可控調製特性都在提高,應用領域也在逐步拓展。激光重熔將在麵陣列封裝器件釺料凸點成形方麵發揮越來越重要的作用。