激光錫球焊工藝在微機電產品中的應用

微機電系統（MEMS）是一種集成了微型機械元件和電子元件的系統，具有傳感、控制和執行的功能。MEMS產品廣泛應用于汽車、醫療、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

傳統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.傳統植球焊接工藝

錫球和金屬鍵合焊盤發生化學反應，在鍵合界面形成連續的金屬間化合物(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層也會通過固態擴散機制繼續生長。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（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，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。