詳解MEMS激光焊接

現(xiàn)如今隨著集成電路發(fā)展，越來(lái)越多焊接技術(shù)被開(kāi)發(fā)以滿足微小元件焊接需求。激光焊接的出現(xiàn)使細(xì)小元件焊接變得更高效和精準(zhǔn)。激光焊接發(fā)展速度很快，已經(jīng)逐漸被越來(lái)越多半導(dǎo)體生產(chǎn)商采用。

MEMS封裝時(shí)可對(duì)芯片植球制作微凸點(diǎn)，并將芯片和基板之間進(jìn)行焊接。目前MEMS采用的工藝有回流焊和激光焊。兩者都是廣泛用于半導(dǎo)體封裝焊接的技術(shù)。如下圖所示，在MEMS倒裝植球時(shí)，焊球通過(guò)激光發(fā)射器噴射并在芯片上形成微凸點(diǎn)。 相比于回流焊的緩慢熱傳遞加熱，激光焊可作為局部加熱手段，針對(duì)特定焊接區(qū)域進(jìn)行快速局部加熱。激光束經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后帶有高能量密度，照射在焊接區(qū)域形成局部高溫將焊料溶解并將元件進(jìn)行焊接。激光焊接時(shí)間往往只需要數(shù)秒便可完成。激光焊接通常采用900-980nm波長(zhǎng)的激光。此外可通過(guò)改變激光發(fā)射角度從而實(shí)現(xiàn)空間的靈活移動(dòng)。對(duì)于MEMS尺寸很小的元件，激光焊接有著明顯的優(yōu)勢(shì)。

圖1：激光焊接噴印

激光焊接步驟主要包括對(duì)錫膏的預(yù)加熱，然后用激光對(duì)錫膏加熱熔化并潤(rùn)濕焊盤(pán)完成焊接。MEMS的微機(jī)械結(jié)構(gòu)容易受到應(yīng)力的損害，激光焊接能夠精準(zhǔn)且快速加熱，帶來(lái)的熱沖擊很小，有效保證了焊接的可靠性。不同于IC元件，MEMS對(duì)環(huán)境高度敏感，應(yīng)用環(huán)境中的雜質(zhì)可能會(huì)對(duì)元件精確性造成影響。激光焊接后殘留物很少，大大減少了對(duì)元件精準(zhǔn)性的損害。

在最后的MEMS封帽中，激光焊接可以在封帽區(qū)形成高熱源并使被焊物形成牢固焊點(diǎn)和焊縫，使MEMS元件被密封在內(nèi)部。各種類型的封帽如陶瓷或金屬都能夠使用激光焊接。生成的熱應(yīng)力很低，有效保護(hù)了內(nèi)部的元件。