激光微加工技術在集成電路制造中的應用

鄒 冰，孫楠楠

（中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110000）

1 引 言

激光應用效率高、適應性強，能夠應用于不同材質、形狀、尺寸的加工處理。激光微加工技術集激光加工與計算機數控于一體，能夠實現自動化加工，因而已成為保證現代制造業優質、高效、經濟發展的核心技術。激光微加工技術常常被應用在電子產品的加工中。電子產品加工精度高，一般的加工技術難以達到精度要求，將激光微加工技術應用到此類高科技產品的加工中，能夠保證產品質量，滿足精度要求。經歷了時間與市場的考驗，激光微加工技術的優越性愈發明顯，應用前景廣闊，商品需求量大，適應性突出。我國重視激光微加工技術的研究與應用，研發有自主知識產權的激光微制造技術，才能更好地占領未來科技發展的高地。

2 激光微加工技術的主要特點

激光微加工技術的主要特點有：

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能夠在保證加工質量的基礎上，實現對各類高硬度、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，提高微電子產品的加工速度[1]。并且能夠顯著提高同一批次的產品在加工效果上的一致性。

2) 無需機械接觸

傳統加工技術需要給予加工材料以機械擠壓或應力才能實現加工目標，而在擠壓或壓力的過程中會對材料造成一定的損害。激光微加工技術安全可靠，在進行加工時能夠避免這一過程，即無需發生機械接觸，不會導致加工產品出現源于接觸的損壞，同時能夠避免因為加工而產生的“三廢”，減輕環境負擔，可以真正稱為“綠色生產”。加上成本控制水平高，不受加工數量的限制，激光微加工技術已成為了現代電子制造業中的關鍵技術，代表著未來加工技術的發展趨勢。

3) 激光直寫

激光直寫技術集計算機控制與微細加工技術的優勢于一體，靈活性高，又簡化了工藝。其制作精度能夠達到亞微米量級。激光直寫技術彌補了傳統直寫技術的不足，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用[2]。激光微加工技術以其優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快速試制。

4) 與計算機集成系統相結合

將激光加工技術與計算機集成系統相互有機結合，能夠充分發揮二者的優勢，提升計算加工內容與方式的科學性，滿足精度要求。這一結合優勢的一個突出表現在于，它能夠使得激光微加工技術更加容易進行導向與聚焦，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用

3.1 激光微調

激光微調通過激光束聚焦點的光斑來進行加工。光斑的能量密度能夠使得材料多余的部分汽化，進而保證電子元器件的加工質量，實現精度調節的目標。

在利用激光微加工技術進行集成電路的精度調節時，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，也不會給環境造成負擔。將激光微調與傳統加工方式比較，激光微調具有的明顯優勢包括：加工速度快，控制成本水平高，處理精度高；在特定應用場合下，能夠實現每秒調節200 個電阻的目標[4]。結合當前的激光微調技術的應用實際與研究現狀來看，激光微調技術正在朝著多功能、自動化以及高精度的趨勢發展，并正在與精密機械、計算機等學科和項目融合發展。

3.2 激光打孔

激光打孔在人們日常生活中最常見的應用就是的銀行卡IC 芯片封裝。多層電路板過孔加工方式比較多樣，如光輔助化學刻蝕、機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，加上適應性強，不同材質、形狀、尺寸的材料都能夠進行加工打孔，在集成電路制造中的應用前景廣闊。

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，并產生爆炸性汽化，以此來實現對加工材料的清洗，沖出表面的微小顆粒；第二種直接利用激光來進行清洗，無需添加清洗劑，當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，從而實現清洗[5]。

隨著經濟發展和科學技術的進步，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，制約產業的發展。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，也不會產生熱效應，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，不會出現碎裂現象，產生環境污染的概率極小，能夠兼得經濟效益與環保效益[6]。

3.4 激光柔性布線

電子產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廠家能夠根據用戶需要快速生產出質量良好，價格低廉的集成電路，保證所制備導線的線寬更窄，線間距更小，電子元器件的集成度更高。激光柔性布線技術即是此類應用中較成功的一例，它的發展時間較短，工作機理是利用激光束的掃描光作用與熱作用來進行加工，與集成電路的表面預涂層、溶液或氣體等發生化學或物理反應[7]。激光柔性布線技術應用價值高，宜于集成電路板的封裝結構的導線布線，還能夠及時修復導線問題，保證集成可靠性。激光柔性布線技術已廣泛應用于不同類型的集成電路制造中，生產方式多樣，尤其能夠滿足小批量生產與快速試制。

3.5 激光微焊

激光微焊技術能夠對微型部件與材質進行焊接，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、醫學和汽車等行業廣泛應用。在集成電路制造中，激光微焊技術能夠對電路板進行封裝加工，實現引線與印刷電路、硅板的焊接、細導線與薄膜的焊接以及細導線與集成電路的焊接等[8]。

相較于傳統焊接技術來看，激光微焊技術優勢相當的明顯，如激光強度高、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，可以處理其他傳統焊接方式無法進入與處理的區域，能夠應用于不同材料的焊接，組合效率高。激光焊點的精度也遠遠勝于傳統方式。

除了上述各項較為成熟的應用，還存在著其他因技術發展尚不成熟而暫時空白的領域。比如由于缺乏全面詳細的分析與檢驗，焊縫無損檢測技術的應用水平在我國目前比較有限，難以保證激光微加工技術的應用質量[9]。

4 結 束 語

激光微加工技術為微電子集成電路制造技術創造了更多的可能性。我國目前的技術條件與水平暫時還難以實現對激光微加工技術的全方位和高質量的普遍應用，但隨著國家發展戰略相關投入的增加，對激光微加工技術應用的重視度也在逐年加大。目前除了加強各環節質量管理與控制，還應更深入開展對激光光源、激光與物質之間作用等的基礎研究，不斷在實踐中完善激光精密微加工平臺技術，保證集成電路加工處理質量，促進我國電子制造業的可持續發展。