激光微加工技术在集成电路制造中的应用

邹 冰，孙楠楠

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110000）

1 引 言

激光应用效率高、适应性强，能够应用于不同材质、形状、尺寸的加工处理。激光微加工技术集激光加工与计算机数控于一体，能够实现自动化加工，因而已成为保证现代制造业优质、高效、经济发展的核心技术。激光微加工技术常常被应用在电子产品的加工中。电子产品加工精度高，一般的加工技术难以达到精度要求，将激光微加工技术应用到此类高科技产品的加工中，能够保证产品质量，满足精度要求。经历了时间与市场的考验，激光微加工技术的优越性愈发明显，应用前景广阔，商品需求量大，适应性突出。我国重视激光微加工技术的研究与应用，研发有自主知识产权的激光微制造技术，才能更好地占领未来科技发展的高地。

2 激光微加工技术的主要特点

激光微加工技术的主要特点有：

1) 加工速度快

因为激光能量束密度高，热影响的范围比较小，这就意味着激光微加工技术能够在保证加工质量的基础上，实现对各类高硬度、高脆性和高熔点材料的有效处理和加工。反映在集成电路的制造上，就是能够减小变形问题的出现，提高微电子产品的加工速度[1]。并且能够显著提高同一批次的产品在加工效果上的一致性。

2) 无需机械接触

传统加工技术需要给予加工材料以机械挤压或应力才能实现加工目标，而在挤压或压力的过程中会对材料造成一定的损害。激光微加工技术安全可靠，在进行加工时能够避免这一过程，即无需发生机械接触，不会导致加工产品出现源于接触的损坏，同时能够避免因为加工而产生的“三废”，减轻环境负担，可以真正称为“绿色生产”。加上成本控制水平高，不受加工数量的限制，激光微加工技术已成为了现代电子制造业中的关键技术，代表着未来加工技术的发展趋势。

3) 激光直写

激光直写技术集计算机控制与微细加工技术的优势于一体，灵活性高，又简化了工艺。其制作精度能够达到亚微米量级。激光直写技术弥补了传统直写技术的不足，突破了模板的桎梏，在加成法与减成法的制造方式中均能应用[2]。激光微加工技术以其优良的工艺集成度和直写效率，能够满足不同批量，尤其是小批量的集成电路制造的需要，还可较为理想地实现快速试制。

4) 与计算机集成系统相结合

将激光加工技术与计算机集成系统相互有机结合，能够充分发挥二者的优势，提升计算加工内容与方式的科学性，满足精度要求。这一结合优势的一个突出表现在于，它能够使得激光微加工技术更加容易进行导向与聚焦，通过加工模式的灵活变换，满足用户多变的加工需求[3]。

3 在集成电路制造中的实际应用

3.1 激光微调

激光微调通过激光束聚焦点的光斑来进行加工。光斑的能量密度能够使得材料多余的部分汽化，进而保证电子元器件的加工质量，实现精度调节的目标。

在利用激光微加工技术进行集成电路的精度调节时，激光束聚焦点光斑的集中能量的加工对集成电路附近的电子元器件的影响较小，属于典型的非接触式操作，也不会给环境造成负担。将激光微调与传统加工方式比较，激光微调具有的明显优势包括：加工速度快，控制成本水平高，处理精度高；在特定应用场合下，能够实现每秒调节200 个电阻的目标[4]。结合当前的激光微调技术的应用实际与研究现状来看，激光微调技术正在朝着多功能、自动化以及高精度的趋势发展，并正在与精密机械、计算机等学科和项目融合发展。

3.2 激光打孔

激光打孔在人们日常生活中最常见的应用就是的银行卡IC 芯片封装。多层电路板过孔加工方式比较多样，如光辅助化学刻蚀、机械打孔和激光打孔等。与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资，工艺要求也较为简单，加上适应性强，不同材质、形状、尺寸的材料都能够进行加工打孔，在集成电路制造中的应用前景广阔。

3.3 激光清洗

激光清洗主要分为两种，在工作原理上有所不同。第一种激光能量会影响清洗部分的微小颗粒与清洗剂，使得清洗剂快速升温，并产生爆炸性汽化，以此来实现对加工材料的清洗，冲出表面的微小颗粒；第二种直接利用激光来进行清洗，无需添加清洗剂，当激光照射在待清洗材料的表面时，热能量会将材料表面的微小颗粒冲出，从而实现清洗[5]。

随着经济发展和科学技术的进步，集成电路的密封等级也在逐渐提高，集成电路若在制造时因为清洗不到位而出现微小颗粒污染材料的问题，就会影响材料的使用效率，制约产业的发展。普通的清洗方式难以处理干净材料表面的微小颗粒，无论是化学清洗法，还是超声波清洗法清洗效果都存在着局限性。而激光清洗无需研磨和接触，也不会产生热效应，能够满足各类材料清洗需要，去除材料表面微小颗粒的效果显著，同时还能够保证模板完整，不会出现碎裂现象，产生环境污染的概率极小，能够兼得经济效益与环保效益[6]。

3.4 激光柔性布线

电子产品的轻薄便携和高性能趋势明显。变化剧烈的市场要求生产厂家能够根据用户需要快速生产出质量良好，价格低廉的集成电路，保证所制备导线的线宽更窄，线间距更小，电子元器件的集成度更高。激光柔性布线技术即是此类应用中较成功的一例，它的发展时间较短，工作机理是利用激光束的扫描光作用与热作用来进行加工，与集成电路的表面预涂层、溶液或气体等发生化学或物理反应[7]。激光柔性布线技术应用价值高，宜于集成电路板的封装结构的导线布线，还能够及时修复导线问题，保证集成可靠性。激光柔性布线技术已广泛应用于不同类型的集成电路制造中，生产方式多样，尤其能够满足小批量生产与快速试制。

3.5 激光微焊

激光微焊技术能够对微型部件与材质进行焊接，可精确焊接2mm 以下尺度的部件。对附件的热敏材料熔焊连接，在电子、医学和汽车等行业广泛应用。在集成电路制造中，激光微焊技术能够对电路板进行封装加工，实现引线与印刷电路、硅板的焊接、细导线与薄膜的焊接以及细导线与集成电路的焊接等[8]。

相较于传统焊接技术来看，激光微焊技术优势相当的明显，如激光强度高、加工效率高，对周围材料的热影响较小，加上激光处理更加彻底，可以处理其他传统焊接方式无法进入与处理的区域，能够应用于不同材料的焊接，组合效率高。激光焊点的精度也远远胜于传统方式。

除了上述各项较为成熟的应用，还存在着其他因技术发展尚不成熟而暂时空白的领域。比如由于缺乏全面详细的分析与检验，焊缝无损检测技术的应用水平在我国目前比较有限，难以保证激光微加工技术的应用质量[9]。

4 结 束 语

激光微加工技术为微电子集成电路制造技术创造了更多的可能性。我国目前的技术条件与水平暂时还难以实现对激光微加工技术的全方位和高质量的普遍应用，但随着国家发展战略相关投入的增加，对激光微加工技术应用的重视度也在逐年加大。目前除了加强各环节质量管理与控制，还应更深入开展对激光光源、激光与物质之间作用等的基础研究，不断在实践中完善激光精密微加工平台技术，保证集成电路加工处理质量，促进我国电子制造业的可持续发展。