Coherent 雷射與材料為一些最新和最苛刻的后段制程提供支援。

微電子器件如今所達(dá)到令人驚嘆的小型化程度，歸因于兩大因素。首先，構(gòu)成集成電路芯片的晶體管與其它組件正逐漸變小，這一趨勢(shì)通常被稱為“摩爾定律“。

其次，業(yè)界正在采用新型技術(shù)將單個(gè)芯片以越來越高的密度封裝在一起。目前采用多種方法來實(shí)現(xiàn)此目的，例如：系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）、3D封裝、2.5D封裝、扇出型晶圓級(jí)封裝（FOWLP）、覆晶封裝、多芯片模塊（MCM）等等。這此統(tǒng)稱為”先進(jìn)封裝”技術(shù)。先進(jìn)封裝技術(shù)使我們能夠制造出小巧且功能強(qiáng)大的產(chǎn)品，如：智慧手機(jī)。

與傳統(tǒng)的“后段“（集成電路封裝）技術(shù)相比，先進(jìn)封裝制造過程更復(fù)雜且難度更高。原因之一是他們通常涉及更高密度與更小節(jié)距（間距）的互連，以及更復(fù)雜的元件結(jié)構(gòu)。這意味著需要在整個(gè)后段生產(chǎn)過程中，對(duì)較小元件保持更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋C(jī)構(gòu)公差。

半導(dǎo)體制造通常分為前段與后段制程。前段又進(jìn)一步細(xì)分為“前道工序“和后道工序“。這說明了前段與后端加工的主要步驟，并強(qiáng)調(diào)了后段生產(chǎn)中眾多新型先進(jìn)封裝方法之一的額外復(fù)雜性。

另一個(gè)問題是對(duì)熱管理的需求增加。更強(qiáng)的運(yùn)算能力導(dǎo)致熱功耗更高，這意味著先進(jìn)封裝需要引入具有高機(jī)械強(qiáng)度的高導(dǎo)熱材料。而高機(jī)械強(qiáng)度是防止多個(gè)芯片的重量造成形變所必需的。

雷射為材料加工提供了精度、多功能性和效率的獨(dú)特組合。特別是對(duì)于后段任務(wù)、其非接觸式加工能力以及最小的熱影響區(qū)對(duì)于發(fā)展最先進(jìn)的封裝方法所依循的極微小結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。此外，雷射幾乎與任何材料兼容，甚至能夠處理一些在雷射波長的定義稱為透明的物質(zhì)。

這意味著隨著封裝變得越來越小且復(fù)雜，雷射加工對(duì)制造商越來越有利。在此，我們將回顧半導(dǎo)體后段制程雷射加工現(xiàn)今與發(fā)展趨勢(shì)的幾個(gè)應(yīng)用范例。

一、切割與鉆孔

在傳統(tǒng)后段和先進(jìn)封裝生產(chǎn)中，切割和鉆孔已被廣泛使用，其中一些應(yīng)用包括：

鉆孔：在印刷電路板（PCB）和其它基板上制作通孔或盲孔。

切單：將晶圓成品切割成單一芯片。

分板：將單個(gè)電路板或組件，從較大面板或板材上分離出來。

剝離：在暫時(shí)貼合制程后分離組件，例如當(dāng)晶圓或芯片在減薄、加工或處理過程中為了保持穩(wěn)定性而附著在載體基板上。

幾十年來，F(xiàn)R-4（及其含有玻璃纖維的版本）和其它有機(jī)物一直是PCB的標(biāo)準(zhǔn)基材。傳統(tǒng)上，這些材料使用機(jī)械鉆孔制作通孔，但這種方法無法達(dá)到孔徑小于150μm的要求。

使用CO? 雷射進(jìn)行鉆孔，可以實(shí)現(xiàn)孔徑低于30μm的通孔高速鉆孔，因此，此技術(shù)已廣泛的使用在該產(chǎn)業(yè)中，以達(dá)成智慧手機(jī)、5G收發(fā)器和穿戴設(shè)備等產(chǎn)品封裝技術(shù)所需更高標(biāo)準(zhǔn)的微型化需求。而CO?雷射能以高效率處理目前使用的大多數(shù)基材，包括FR-4、PTFE、玻璃纖維復(fù)合材料和陶瓷。

Coherent 最近的一項(xiàng)重要技術(shù)突破是我們 CO?雷射的光電開關(guān)。該調(diào)變器可以處理比傳統(tǒng)用于CO?雷射鉆孔系統(tǒng)的聲光調(diào)變器（AOM）更高的雷射功率，應(yīng)用在更高功率的雷射可以將光束被分割更多次。代表可同時(shí)鉆出更多的孔，從而提高系統(tǒng)的產(chǎn)出并降低成本支出。

Coherent 還為通孔鉆孔開發(fā)了一種專有的防飛濺和防碎屑涂層，這種多層涂層可以應(yīng)用于許多不同的基材。該涂層是專為頻繁清潔而設(shè)計(jì)的，能夠避免鉆孔、切割或其它刻印應(yīng)用過程中金屬和其它碎屑的飛濺。該涂層的耐用性也有助于延長出光鏡組的使用壽命。

此涂層采用了專有的DOC（Diamond Over Coat）的鉆石涂層技術(shù)在鏡片上(debris window) 保持高穿透率與低反射率，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的良好光學(xué)性能，同時(shí)兼具耐用性的額外優(yōu)勢(shì)。

先進(jìn)封裝模式為將基材的范圍擴(kuò)展到FR-4之外，包括硅、玻璃、陶瓷、ABF(Ajinomoto Build-up Film)等。對(duì)于ABF等材料，二氧化碳雷射鉆孔仍是最佳選擇，但對(duì)于玻璃等其它材料，別款的雷射可能會(huì)更合適。此外，所要求的通孔尺寸可以小到10μm或更小。

各種奈秒脈沖固態(tài)雷射，例如我們的AVIA LX和AVIA NX，可用于制作這種較小的通孔，對(duì)于極嚴(yán)格要求的規(guī)格，我們的超短脈沖（USP）雷射可以在不損壞周圍熱敏電路的情況下，完成極小的孔或其它圖案。此外，USP雷射（尤其是具有紫外光（UV）輸出的雷射，幾乎與任何材料兼容，包含金屬、半導(dǎo)體、復(fù)合材料、陶瓷和有機(jī)物。

相同的奈秒雷射和USP雷射也可用于其它材料加工需求，例如晶圓劃線和切割，以及PCB分板。它們具有機(jī)械精度高，切口寬度最小、熱影響區(qū)小、很少甚至沒有碎屑產(chǎn)生，以及與多種不同基材的兼容性等優(yōu)點(diǎn)，也適用在下一代先進(jìn)封裝（如尚未被整合到商業(yè)化生產(chǎn)的玻璃）的基板。

除了雷射，Coherent還提供用于后段生產(chǎn)工具所需的創(chuàng)新材料，例如：金屬基復(fù)合材料，結(jié)合了鋼的強(qiáng)度與鋁的輕度，為高性能、快速運(yùn)行的機(jī)械化系統(tǒng)提供必要的剛性和導(dǎo)熱性。隨著產(chǎn)業(yè)朝向更快速的生產(chǎn)周期發(fā)展，確保設(shè)備能夠以更高速運(yùn)行而不犧牲精度，變得更加重要，這些都是為了滿足消費(fèi)者對(duì)于智能型手機(jī)和計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備日益成長的需求。

半導(dǎo)體生產(chǎn)線后段晶圓處理零組件。

二、刻印

后段生產(chǎn)中使用刻印的要求種類繁多，無法在此詳盡介紹，以下列出后段常見的一些刻印應(yīng)用。

三、熱壓鍵合

“覆晶芯片”是應(yīng)用最廣泛的先進(jìn)封裝技術(shù)之一，其中關(guān)鍵步驟是將芯片焊接到基板上。具體來說，這涉及到熔化金屬焊料凸塊（之前已沈積在芯片的導(dǎo)電墊上），并同時(shí)對(duì)芯片和基板（通常是PCB）進(jìn)行加壓結(jié)合。

隨著集成電路和基板變的越來越薄，并且焊球尺寸與它們之間的間距（Pitch）縮小到100μm以下，這一過程變得更具挑戰(zhàn)性。熱壓鍵合（TCB）已成為覆晶芯片應(yīng)用的傳統(tǒng)焊接“reflow”的替代方案，可為非常薄且密集的基板提供更可靠的鍵合和一致性。

TCB設(shè)備利用一塊板（稱為nozzle）在鍵合過程中向下壓在芯片/基板組件上，該板必須在整個(gè)鍵合過程中保持剛性、光滑和平整。這對(duì)于保持芯片本身的平整度是必要的，從而確保不會(huì)出現(xiàn)空焊的現(xiàn)象。

該nozzle除了必須有氣流孔，以便其可以作為真空吸盤。此外，它也要求具有導(dǎo)熱性，以便TCB系統(tǒng)中的加熱和冷卻元件能夠在過程中控制芯片溫度。

因此，理想的nozzle材料必須保有機(jī)械剛性、極度光滑和平整的零件，以及高導(dǎo)熱性。

Coherent生產(chǎn)三種滿足這些要求的材料 — 燒結(jié)碳化硅、單晶碳化硅和多晶鉆石，每種材料都有其特定的特性，和在某些TCB過程中占有一定的優(yōu)勢(shì)。

此外，Coherent是一家垂直整合的TCB nozzle制造商。我們制造每種材料，并能將其加工成成品零件，更重要的是，我們的測(cè)量能力讓我們能確保nozzle的平整度，要達(dá)到這點(diǎn)的困難度不低。

四、提高精度和性能

隨著半導(dǎo)體封裝的不斷縮小和變得更加復(fù)雜，先進(jìn)的雷射和材料技術(shù)變得越來越重要，Coherent致力提供尖端解決方案，讓半導(dǎo)體制造的未來有著各種可能的發(fā)展。探索我們各式各樣的雷射與材料系列，了解我們將如何幫助您在這個(gè)快速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)中保持領(lǐng)先地位。