提升焊盘超声键合质量的激光表面处理方法技术

本发明专利技术公开了一种提升焊盘超声键合质量的激光表面处理方法，包括以下步骤：将待键合焊盘的表面置于激光器加工位置；采用脉冲激光对焊盘进行表面处理；对处理后的焊盘进行键合。本发明专利技术的有益效果：激光表面处理效率高，无机械损伤，一致性好。

【技术实现步骤摘要】
提升焊盘超声键合质量的激光表面处理方法
本专利技术涉及一种激光加工
，尤其是涉及微电子组装的激光加工方法，具体为提升焊盘超声键合质量的激光表面处理方法。
技术介绍
在微电子封装领域，引线、植球、倒装等超声键合方法是实现封装体内部电气互联的重要途径。键合过程主要利用键合界面金属原子相互扩散,键合强度、一致性等质量参数不仅与键合过程中的温度、压力、时间和超声功率等工艺参数有关，待键合表面的状态同样对键合质量有较大的影响，电镀层的不均匀性以及助焊剂等多余物直接影响超声键合一致性和强度。如不加以处理而直接键合，将造成虚焊、脱焊等问题，从而导致产品的长期可靠性没有保证。为了提高超声键合质量，可以采用机械摩擦的方法进行焊盘表面处理，通过采用键合劈刀机械摩擦的方式制造较为“新鲜”的键合表面。这种方法可以在一定程度上提高键合质量，但是操作一致性差，容易对焊盘造成破坏，生产效率低。另外，可以通过清洁的方式对焊盘表面进行清理和活化。采用水基清洗剂或者溴丙烷等气相清洗剂清洗时，能够清除各种阻焊剂残留物和油污等物质，但是所用溶液有腐蚀性，污染环境，耗材多，成本大。采用等离子体对焊盘进行清洗活化，利用等离子体的高能活化作用，可以提高焊盘表面能，增加润湿性，在一定程度上改善键合效果。但等离子清洗对多余物的清洗能力有限，去除效率较低，当增大等离子体能量时，可能损伤裸芯片。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：如何解决现有微电路组装过程中键合焊盘表面状态引起的键合强度偏低、键合应力差异较大的问题。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：本专利技术提升焊盘超声键合质量的激光表面处理方法，包括以下步骤：步骤SO1，将待键合焊盘的表面置于待加工位置；具体的为激光器上的加工平台；步骤S02，采用脉冲激光对焊盘进行表面处理；其中，激光发射源为激光器；步骤S03，对处理后的焊盘进行键合。通过高速振镜扫描,紫外脉冲激光规律地作用在待键合焊盘上，使污染物脱离焊盘基材材料表面，焊盘基材吸收激光能量，使表面镀层熔融，焊盘表面重熔后洁净度高，一致性好，提升超声键合质量。优选的，所述步骤SO1中待键合焊盘为印制电路板、共烧陶瓷基板、芯片上的键合焊盘中的一种。优选的，所述步骤SO1中待键合焊盘的表面为激光加工的焦距平面，脉冲激光的发射源为脉冲激光器，激光器上的加工平台为待加工位置。优选的，所述步骤S02中激光波长为355nm,激光光斑直径为0.015mm，激光平均能量为1W-1.4W，频率为35-40KHZ，激光标刻速率为280-350mm/s。优选的，所述步骤S02中的表面处理中还包括进行激光清洗，即：经过高能量的激光表面处理之后可进一步采用低能量激光进行表面清洁。优选的，所述激光清洗的激光能量为0.5W-0.8W，频率为40-45KHZ，激光标刻速率为280-300mm/s。优选的，所述步骤S02中的表面处理过程中，使用冷风进行吹拂，使加工表面在冷却气流的作用下快速冷却，焊盘表面重熔后洁净度高，另外还可以去除杂质。优选的，所述步骤S02中，表面处理中的激光标刻路径采用横向填充扫描、纵向填充扫描、同轴填充扫描中的一种或多种的式，优选的，所述步骤S02中，路径间距为0.005-0.010mm，路径次数为至少一次。优选的，所述步骤S03中经过激光表面处理后的焊盘的键合方式为引线键合、植球、倒装键合中的一种或多种。本专利技术的机理为：通过高速振镜扫描，紫外脉冲激光规律地作用在待键合焊盘上，一方面，在激光的复杂的物理化学作用下,焊盘其上附着的污染物材料吸收激光能量后，会产生振动、熔化、燃烧，甚至气化等一系列复杂的物理化学过程，并最终使污染物脱离焊盘基材材料表面；另一方面，焊盘基材同样吸收激光能量，激光作用瞬间可以使表面镀层熔融，由于紫外激光波长短，能量集中，热影响区域较小，在外界冷却气流的作用下快速冷却，焊盘表面重熔后洁净度高，一致性好，提升超声键合质量。本专利技术相比现有技术具有以下优点：(1)本专利技术解决现有键合焊盘表面状态引起的键合强度偏低、键合应力差异较大的问题，本专利技术中激光表面处理效率高，无机械损伤，一致性好，表面处理速率可达到1mm2/s；(2)激光表面处理对超声键合质量提升明显，以印制电路板镀金焊盘为例，超声金丝压焊拉力均值从7.1g提升至9.2g，标准偏差从1.5g降低至0.4g；(3)激光表面处理为柔性加工，可选择性好，与超声键合工艺兼容性好。环境友好，避免清洗液等带来的环境污染。附图说明图1是本专利技术实施例中提升焊盘超声键合质量的激光表面处理方法的示意图；图2是本专利技术实施例中焊盘激光表面处理横向填充扫描方式的示意图；图3是本专利技术实施例中焊盘激光表面处理纵向填充扫描方式的示意图；图4是本专利技术实施例中焊盘激光表面处理同轴填充扫描方式的示意图。图中标号：待键合焊盘1、激光束2、激光光斑21、激光重叠光斑22、激光标刻路径23、激光标刻路径间距24。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例一：本实施例中的待键合焊盘1为印制电路板镀金焊盘，键合方式为引线键合。结合图1、2、3所示，本实施例为印制电路板镀金焊盘激光表面处理，包括以下步骤：步骤S01：将印制电路板置于激光器加工平台，通过抽取真空固定待键合焊盘1；根据需要通过调节激光头高度，使得激光光斑21聚焦在印制电路板的表面，其上表面为激光加工的焦距平面；步骤S02：采用脉冲激光器对印制电路板进行表面处理；其中印制电路板表面处理大小设定为0.1mm*0.1mm，激光标刻路径23采用横向填充扫描的方式，激光标刻路径间距24为0.008mm；表面处理的激光波长为355nm，激光光斑21直径为0.015mm，激光平均能量设定为1.4W，频率40KHZ，激光标刻速率300mm/s；激光按设定路径加工1遍，加工过程中打开辅助压缩空气对焊盘表面进行吹拂冷却；随后，进行激光清洗，清洗用的激光平均能量更改为0.5W，其余参数不变，按设定路径再加工1遍。步骤S03，对处理后的焊盘进行键合；选择25微米金丝，超声频率设定为20KHz，时间设定为0.055s，键合压力设定为20g，温度设定为120℃。对激光表面处理前后的焊盘进行金丝压焊键合，金丝压焊拉力测试结果表明：引线键合拉力均值从7.1g提升至9.2g，标准偏差从1.5g降低至0.4g；若激光标刻路径23采用纵向填充扫描的方式，激光标刻路径间距24仍为0.008mm，其他参数也不变。实施例二：本实施二与实施例一的区别在于：步骤S01与步骤S02相同，步骤S03不同，本实施二中的键合方式为植球。选择25微米金丝进行超声植球，超声频率设定为15KHz，键合压力设定为10g，温度设定为120℃。对激光表面处理前后的焊盘进行金丝植球剪切力测试结果表明：剪切力均值从30.21gf提升至68.44gf，标准偏差从4.84gf降低至4.54gf。实施例三：结合图1、4所示，本实施例三与实施例一的区别在于：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.提升焊盘超声键合质量的激光表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤SO1，将待键合焊盘的表面置于待加工位置；步骤S02，采用脉冲激光对焊盘进行表面处理；步骤S03，对处理后的焊盘进行键合。

【技术特征摘要】
1.提升焊盘超声键合质量的激光表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤SO1，将待键合焊盘的表面置于待加工位置；步骤S02，采用脉冲激光对焊盘进行表面处理；步骤S03，对处理后的焊盘进行键合。2.根据权利要求1所述的提升焊盘超声键合质量的激光表面处理方法，其特征在于，所述步骤SO1中待键合焊盘为印制电路板、共烧陶瓷基板、芯片上的键合焊盘中的一种。3.根据权利要求1所述的提升焊盘超声键合质量的激光表面处理方法，其特征在于，所述步骤SO1中待键合焊盘的表面为激光加工的焦距平面，脉冲激光的发射源为脉冲激光器，激光器上的加工平台为待加工位置。4.根据权利要求1所述的提升焊盘超声键合质量的激光表面处理方法，其特征在于，所述步骤S02中激光波长为355nm,激光光斑直径为0.015mm，激光平均能量为1W-1.4W，频率为35-40KHZ，激光标刻速率为280-350mm/s。5.根据权利要求1所述的提升焊盘超声键合质量的激光表面处理方法，其特征在于，所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王运龙，王道畅，刘建军，张加波，宋夏，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34