火狐体育首页进入:激光旋切钻孔技能在半导体职业的运用

　　跟着工业技能的高速开展，高准确度细小孔运用在各职业中，其开展趋势是孔径小、深度大、准确度高、运用资料广泛(如高强度、高硬度、高韧性、高熔点的金属、陶瓷、玻璃、高分子资料、晶体等物质)。传统的微孔加工技能首要包含机械加工、电火花、化学腐蚀、超声波打孔等技能，这些技能各有特点，但现已无法满意更高的微孔加工需求。比方，机械加工对高硬度、高脆性的资料功率很低，很难加工小于0.2mm的孔；电火花只能加工金属资料。激光打孔具有功率高、极限孔径小、准确度高、本钱低、简直无资料选择性等长处，现已成为微孔加工的干流技能之一。

　　当时激光钻孔最常用的加工办法为振镜扫描，可逐层环切扫描或螺旋扫描，但振镜扫描的缺乏之处是无法防止锥度，如图1所示，在制孔过程中，因为聚集激光光束的发散和屡次反射现象，资料烧蚀速率会跟着制孔深度的添加急剧下降。因而，在较厚资料上制备较大深径比的微孔更有难度。

　　因而，得到深邃径比（≧10:1）、加工质量高、零锥乃至倒锥的微孔是具有应战的，关于此类需求，最合适的加工办法是选用旋切头模组，这种旋切头不光能够使光束绕光轴高速旋转，还可改动光束相对资料外表的倾角β，改动β值就可完结从正锥到零锥乃至倒锥的改动。当时常用的旋切头模组会集在四光楔扫描头、道威棱镜扫描头和平行平板扫描头，他们的光学原理迥然不同，通过光学器材使进入聚集镜的光束进行恰当的平移和歪斜，依托高速电机的旋转使光束绕光轴旋转，如图2所示。

　　图3为四光楔扫描设备光路图，图中左边两个大视点光楔能够完结入射光束的平移，改动二者距离能够调整加工孔锥度；右侧两个小视点光楔组合完结人射光束的视点偏转，使聚集后的光斑违背聚集镜光轴。作业时，四个光楔依托伺服电机同步旋转，完结焦斑绕聚集镜光轴旋转扫描去除该圆周上的资料，一起沿光轴方向微量进给，终究完结不同孔径、锥度和深度的圆孔加工。为了完结四个光楔的同步旋转和左边两光楔的距离调整，该设备一般选用杂乱的鼠笼式结构。

　　图4为道威棱镜扫描体系光路图，道威棱镜安装到一个高速旋转的空心力矩电机上，棱镜旋转一次可使激光旋转扫描两次。准直后的激光東通过前端的视点偏转和横向平移后进入道威棱镜和调整光楔，最终通过聚集镜聚集到作业平面，完结环切扫描钻孔。三个光楔通过偏摆和旋转补偿道威棱镜的加工、安装差错，这种设备可完结光斑2倍于转速的自转，防止了光斑质量对孔质量的影响，但对道威棱镜的加工准确度和安装准确度要求很高，后续的三光楔补偿调整结构也相对杂乱，关于批量生产的工程运用具有必定的局限性。

　　图5为平行平板扫描体系光路图，把平行平板替代了四光楔模组中的平移光楔，将平行平板依照一个固定视点歪斜放置来发生光束的平移，其最大长处是本钱较低和运用寿较长， 缺陷是加工不同锥度的锥孔时，需求调理平行平板的倾角，有必要将平行平板重新安装，而且因为加工时轰动的存在，横向位移的精度不易确保。

　　探针卡是晶圆测验中被测芯片和测验机之间的接口，首要运用于芯片分片封装前对芯片电学功能进行开始丈量，并筛选出不良芯片后，再进行之后的封装工程。它对前期测验的开发及后期量产测验的良率确保都非常重要，是晶圆制作过程中对制作本钱影响相当大的重要制程。

　　跟着芯片的规划越来越小，密度越来越大，这就要求探针卡越来越多的针数，相邻针尖距离从毫米及开展到几十微米，导盘的孔径和孔距离也有必要相应的越来越小，一起矩形和不规则形状的孔也是一种趋势。当时国内运用最广泛的探针卡是悬臂梁办法的环氧探针卡，高端器材用的芯片测验仍选用进口的笔直探针卡。

　　图6为笔直式探针卡导向板的上盖（UD）和下盖（LD）。探针导向板微孔参数分别由芯片规划的测验点设置、所用的探针直径而定，一般来说，加工孔径20-200μm，孔距离40-200μm，厚度0.1-1mm，孔型孔壁要求笔直，方位精度高。导向板原料多为陶瓷和氮化硅（Si3N4），氮化硅被越来越多的运用于新一代探针卡，但氮化硅极高的硬度使得它无法像传统可加工陶瓷相同选用机械加工，而惯例的激光打孔办法也无法满意要求。

　　而激光旋切钻孔技能则很好的处理了上述问题，既不受资料约束，又可加工深邃径比的无锥度孔。英诺激光运用自主开发的激光旋切钻孔技能对探针卡微孔加工做了很多研讨与试验，当时可完结最小孔径25μm，深径比≧10:1，最大厚度达1mm的加工能力，图7和图8为英诺激光在Si3N4资料所钻微孔的显微照片。除圆孔外，还可加工某些探针卡需求的方孔，最小尺度可达35×35μm，R角≦6μm，而且无锥度。图9为50×50μm的方形孔，R角约6μm。

　　在半导体封装工业中有一段制程为打线接合(Wire bonding)，运用线μm的金属线材将芯片(chip)及导线架(lead frame)连接起来的技能，使细小的芯片得以与外面的电路做交流，而不需求添加太多的面积。而接合办法又分为楔形接合和球形接合，立针则首要用于楔形接合，可让线材穿过其间，相似缝纫机中的针，线材穿过位在打线机台上的针嘴，穿出针嘴的线材在芯片端通过下压完结榜首焊点后，线材就会与芯片上的基板连接，机器手臂上升将线引出针嘴，再将线材移往第二焊点，一边下压一边切断线材，完结一个循环，紧接着再持续下一打线]

　　立针原料一般有钨钢、钛合金、陶瓷等，图11为立针针尖典型描摹，图中标红方位为一个孔径约50μm的微孔，当时其加工办法多为电火花，但电火花加工存在功率低，侧壁易发生重铸层等缺乏，但选用激光旋切钻孔技能调配超快激光器则可防止上述问题，图12为英诺激光运用激光旋切钻孔技能加工的针尖处微孔。

　　激光旋切钻孔技能有着加工孔径小、深径比大、锥度可调、侧壁质量好等优势，尽管该技能原理简略，但其旋切头结构往往较杂乱，对运动操控要求较高，所以有必定的技能门槛，而且因本钱较高也约束了其广泛运用。近几年跟着芯片制程由7nm向5nm开展以及5G年代的降临，半导体职业对所用器材体积越来越小的诉求是能够预见的，激光旋切钻孔技能作为先进的制孔办法，与机械加工和电火花加工比较优势显着，将有助于半导体职业的开展。