專利名稱：激光制作無鉛釬料凸點的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微電子封裝技術領域，尤其涉及一種激光制作無鉛釬料凸點的 方法。
背景技術：
在微電子封裝領域中，釬料凸點的制作是BGA(Ball Grid Array)球柵陣列 封裝和CSP(Chip Scale Package)芯片尺寸等封裝中的關鍵技術之一。釬料凸點 的制作方法有很多種。其中，激光法制作釬料凸點，克服了傳統(tǒng)制作方法的很 多不足，從而得到了同行專家的廣泛認同。近年來，隨著激光技術的發(fā)展，激光制作釬料凸點技術也得到了較快的發(fā) 展。國內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學的王青春等人對這一技術展開了深入詳細的研究，并 取得了一定的成果；華南理工大學的衛(wèi)國強等人對無釬劑激光噴射制作釬料凸 點的工藝進行了研究并獲得了滿意的結(jié)果；上海交通大學的鄒欣玨等人將激光 回流焊引入釬料凸點的制作工藝，并利用機器視覺進行定位，搭建了激光制作 釬料凸點系統(tǒng)的實驗樣機；芬蘭的Kordas.K.等人用功率為幾瓦的氬離子激光 器進行了激光制作釬料凸點實驗等等。然而，現(xiàn)有的這些激光制作釬料凸點的 方法，要么用的是含有害物質(zhì)鉛的釬料，鉛對人體大腦中樞及周圍神經(jīng)系統(tǒng)、 造血系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)甚至心臟等有一定損傷或破壞作用；要么會用到保護氣體， 使得加工工藝復雜，并在一定程度上增加了生產(chǎn)成本。同時，現(xiàn)有的激光制作 釬料凸點的方法，由于其制作過程需要惰性氣體保護，且需要經(jīng)過預熱過程， 以及所使用的激光設備的光斑大等原因，使得釬料凸點的制作速度慢，釬料凸 點的尺寸過大而不能滿足小器件封裝的需要，其自動化程度也不高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種制作速度快、精確度高、無污染且能實現(xiàn)自動化控制的激光制作無鉛釬料凸點的方法。本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)激光制作無鉛釬料凸點的方法，包括以下 步驟(1) 在基體用于植球(即釬料凸點的制作)的位置上涂上無鉛釬料，將已涂上無鉛釬料的基體置于激光制作系統(tǒng)的加工平面上；(2) 將基體植球處的位置數(shù)據(jù)輸入計算機中，計算機中已編寫好的程序 對應更新數(shù)據(jù)，并通過植球處的位置數(shù)據(jù)進行植球路徑規(guī)劃；(3) 計算機將規(guī)劃好的植球路徑形成控制信號分別送入控制部件和激光器；(4) 在計算機上設置激光制作釬料凸點的各個工藝參數(shù)；(5) 控制部件接收控制信號，控制激光制作系統(tǒng)中的振鏡單元工作，同 時激光器發(fā)出的激光束根據(jù)植球路徑，經(jīng)過振鏡單元后，再經(jīng)過f- 0平場透鏡， 最后在加工平面上掃描，將無鉛釬料熔化；(6) 在移走激光束后，無鉛釬料凝固，與基體進行冶金結(jié)合，至此形成 無鉛釬料凸點。所述無鉛釬料為Sn-Ag-Cu或其它不含鉛的釬料。 步驟(1)所述加工平面為激光制作系統(tǒng)中f-e平場透鏡的焦平面。 步驟(2)中所述已編寫好的程序為路徑規(guī)劃程序，由EzCad設計加工軟 件實現(xiàn)。步驟(3)中所述控制信號采用USB數(shù)據(jù)線輸送。 所述激光器為光纖激光器。步驟(4)中所述工藝參數(shù)包括激光器的平均輸出功率、單脈沖激光能量、 激光光斑在焦平面的直徑、激光束在焦平面的掃描速度、激光束的脈沖寬度、 激光束的脈沖頻率、激光束的脈沖波形以及離焦量等。所述激光器的平均輸出功率為12w 200w，單脈沖激光能量約為 l(r5~10_3J，激光束在焦平面的直徑為10um 30um，激光束在焦平面的掃描 速度為lmm/s 10mm/s，激光束的脈沖寬度為微秒以下量級，激光束的脈沖頻 率為100kHz 500kHz，激光束的脈沖波形為方波或其它任意波形，離焦量根據(jù)其它工藝參數(shù)的設定和具體情況進行調(diào)節(jié)。 所述步驟(5)具體包括以下步驟 (5-1)激光制作系統(tǒng)中，激光器接收計算機的控制信號后，發(fā)出激光束， 激光束依次照射到振鏡單元中Y方向和X方向的掃描振鏡上；(5-2)控制部件接收計算機發(fā)出的控制信號后，分別控制振鏡單元中Y 方向和X方向的振鏡電機按預設的程序轉(zhuǎn)動，分別帶動Y方向和X方向的掃 描振鏡轉(zhuǎn)動；(5-3)激光束根據(jù)規(guī)劃好的植球路徑，經(jīng)過Y方向的掃描振鏡反射后照 射到X方向的掃描振鏡，再經(jīng)過X方向的掃描振鏡反射到f- e平場透鏡上， 經(jīng)過f- e平場透鏡聚焦后的激光束照射到置于加工平面的基體上預涂的無鉛 釬料上，使無鉛釬料熔化。步驟(5-2)所述掃描振鏡的小步長階躍響應時間在毫秒以下量級，線形 度在±20°的范圍內(nèi)達99.99%，最大掃描角度(機械角度)為±20° ，精度 為10'5m以下量級。本發(fā)明相對于上述現(xiàn)有技術，具有如下優(yōu)點效果(1) 通過本發(fā)明可以制作一種無鉛的釬料凸點，避免鉛對環(huán)境及人體的傷害。(2) 本發(fā)明是在掃描振鏡的配合下，通過激光束選擇性地照射基體上植 球區(qū)域內(nèi)的無鉛釬料，通過激光能量加熱使釬料熔化，然后冷卻凝固并和基體 形成冶金結(jié)合的釬料凸點，其加工精度高，加工速度快，能達到每秒制作 40 200個釬料凸點。(3 )本發(fā)明整個加工過程都通過計算機發(fā)出的控制信號控制激光器及掃 描振鏡工作，其自動化程度高。(4) 通過本發(fā)明制作的釬料凸點尺寸小，精度高，可達到10'5m量級以下。(5) 本發(fā)明無需保護氣體，由于其加工速度快，可直接在空氣中加工， 因此大大降低了加工成本，也簡化了工藝過程。


圖1是用于本發(fā)明無鉛釬料凸點制作的系統(tǒng)結(jié)構示意圖。圖2是本發(fā)明中激光束經(jīng)過振鏡單元后照射基體的光路示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實 施方式不限于此。 實施例本實施例一種激光制作無鉛釬料凸點的方法，如圖1的系統(tǒng)結(jié)構示意圖所示，具體包括以下步驟(1) 在基體l用于植球(即釬料凸點的制作)的位置上涂上無鉛釬料， 將已涂上無鉛釬料的基體1置于激光制作系統(tǒng)的加工平面(即激光制作系統(tǒng)中f-e平場透鏡7的焦平面)上；(2) 將基體1植球處的位置數(shù)據(jù)輸入計算機2中，計算機2中已編寫好 的程序(即路徑規(guī)劃程序)對數(shù)據(jù)進行更新處理，并通過植球處的位置數(shù)據(jù)進 行植球路徑規(guī)劃；(3) 計算機2將規(guī)劃好的植球路徑形成控制信號，并通過USB數(shù)據(jù)線分 別送入控制部件3和激光器4;(4) 在計算機2上設置激光制作釬料凸點的各個工藝參數(shù)；(5) 控制部件3接收控制信號，控制激光制作系統(tǒng)中的振鏡單元5工作， 同時激光器4發(fā)出的激光束6根據(jù)植球路徑，經(jīng)過振鏡單元5后，再經(jīng)過f-0平場透鏡7，最后在加工平面上掃描，將無鉛釬料熔化；如圖2的光路示意 圖所示，具體為(5-1)激光制作系統(tǒng)中，激光器4接收計算機2的控制信號后，發(fā)出激 光束6，激光束6依次照射到振鏡單元5中Y方向和X方向的掃描振鏡上；(5-2)控制部件3接收計算機2發(fā)出的控制信號后，分別控制激光制作 系統(tǒng)中Y方向的振鏡電機9和X方向的振鏡電機11按預設的程序轉(zhuǎn)動，分別 帶動Y方向的掃描振鏡10和X方向的掃描振鏡12轉(zhuǎn)動；(5-3)激光束6根據(jù)規(guī)劃好的植球路徑，經(jīng)過Y方向的掃描振鏡10反射 后照射到X方向的掃描振鏡12，再經(jīng)過X方向的掃描振鏡12反射到f- e平場 透鏡7上，經(jīng)過f- e平場透鏡7聚焦后的激光束6照射到置于加工平面的基體 1上預涂好的無鉛釬料上，將無鉛釬料熔化。(6)在移走激光束后，無鉛釬料凝固，與基體l進行冶金結(jié)合，至此形 成無鉛釬料凸點8。以上方法中使用的無鉛釬料為Sn-Ag-Cu或其它不含鉛的釬料。 本實施例的路徑規(guī)劃程序通過北京金橙子科技有限公司的EzCad設計加 工軟件實現(xiàn)。本實施例中采用的激光器為光纖激光器，步驟(4)中的工藝參數(shù)包括激 光器的平均輸出功率、單脈沖激光能量、激光光斑在焦平面的直徑、激光束在 焦平面的掃描速度、激光束的脈沖寬度、激光束的脈沖頻率、激光束的脈沖波 形以及離焦量等。其中激光器的平均輸出功率為12w 200w，單脈沖激光能量約為 1(T5~1(T3J，激光束在焦平面的直徑為10um 30um，激光束在焦平面的掃描 速度為lmm/s~10mm/s，激光束的脈沖寬度為微秒以下量級，激光束的脈沖頻 率為100kHz 500kHz，激光束的脈沖波形為方波或其它任意波形，離焦量根 據(jù)其它工藝參數(shù)的設定和具體情況進行調(diào)節(jié)。本實施例振鏡單元中所采用掃描振鏡的小步長階躍響應時間在毫秒以下 量級，線形度在±20°的范圍內(nèi)達99.99%，最大掃描角度(機械角度)為± 20° ,精度為l(T5m以下量級。根據(jù)實際情況，本發(fā)明所采用的激光器也可以為其它類型的激光器，如 YAG激光器等，其各工藝參數(shù)值根據(jù)所選激光器的類型進行設定。如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明，上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例， 并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；即凡依本發(fā)明內(nèi)容所作的均等變化與修飾， 都為本發(fā)明權利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
權利要求
1、激光制作無鉛釬料凸點的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在基體用于植球的位置上涂上無鉛釬料，將已涂上無鉛釬料的基體置于激光制作系統(tǒng)的加工平面上；(2)將基體植球處的位置數(shù)據(jù)輸入計算機中，計算機中已編寫好的程序?qū)聰?shù)據(jù)，并通過植球處的位置數(shù)據(jù)進行植球路徑規(guī)劃；(3)計算機將規(guī)劃好的植球路徑形成控制信號分別送入控制部件和激光器；(4)在計算機上設置激光制作釬料凸點的各個工藝參數(shù)；(5)控制部件接收控制信號，控制激光制作系統(tǒng)中的振鏡單元工作，同時激光器發(fā)出的激光束根據(jù)植球路徑，經(jīng)過振鏡單元后，再經(jīng)過f-θ平場透鏡，最后在加工平面上掃描，將無鉛釬料熔化；(6)在移走激光束后，無鉛釬料凝固，與基體進行冶金結(jié)合，至此形成無鉛釬料凸點。
2、 根據(jù)權利要求1所述激光制作無鉛釬料凸點的方法，其特征在于，所 述無鉛釬料為Sn-Ag-Cu。
3、 根據(jù)權利要求1所述激光制作無鉛釬料凸點的方法，其特征在于，步 驟(1)所述加工平面為激光制作系統(tǒng)中f-e平場透鏡的焦平面。
4、 根據(jù)權利要求1所述激光制作無鉛釬料凸點的方法，其特征在于，步 驟(2)中所述已編寫好的程序為路徑規(guī)劃程序。
5、 根據(jù)權利要求1所述激光制作無鉛釬料凸點的方法，其特征在于，步 驟(3)中所述控制信號采用USB數(shù)據(jù)線輸送。
6、 根據(jù)權利要求1所述激光制作無鉛釬料凸點的方法，其特征在于，所 述激光器為光纖激光器。
7、 根據(jù)權利要求1所述激光制作無鉛釬料凸點的方法，其特征在于，步 驟(4)中所述工藝參數(shù)包括激光器的平均輸出功率、單脈沖激光能量、激光 光斑在焦平面的直徑、激光束在焦平面的掃描速度、激光束的脈沖寬度、激光束的脈沖頻率、激光束的脈沖波形以及離焦量。
8、 根據(jù)權利要求7所述激光制作無鉛釬料凸點的方法，其特征在于，所 述激光器的平均輸出功率為12w 200w，單脈沖激光能量為10—5~1(T3J，激光束 在焦平面的直徑為10um 30um，激光束在焦平面的掃描速度為 lmm/s 10mm/s，激光束的脈沖寬度為微秒以下量級，激光束的脈沖頻率為100 kHz~500 kHz。
9、 根據(jù)權利要求1所述激光制作無鉛釬料凸點的方法，其特征在于，所 述步驟(5)具體包括以下步驟-(5-1)激光制作系統(tǒng)中，激光器接收計算機的控制信號后，發(fā)出激光束， 激光束依次照射到振鏡單元中Y方向和X方向的掃描振鏡上；(5-2)控制部件接收計算機發(fā)出的控制信號后，分別控制振鏡單元中Y 方向和X方向的振鏡電機按預設的程序轉(zhuǎn)動，分別帶動Y方向和X方向的掃 描振鏡轉(zhuǎn)動；(5-3)激光束根據(jù)規(guī)劃好的植球路徑，經(jīng)過Y方向的掃描振鏡反射后照 射到X方向的掃描振鏡，再經(jīng)過X方向的掃描振鏡反射到f- e平場透鏡上， 經(jīng)過f- e平場透鏡聚焦后的激光束照射到置于加工平面的基體上預涂的無鉛 釬料上，使無鉛釬料熔化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光制作無鉛釬料凸點的方法，包括先在基體用于植球的位置上涂上無鉛釬料，并將基體置于加工平面上；然后將基體植球處的位置數(shù)據(jù)輸入計算機中，計算機編程，進行植球路徑規(guī)劃；計算機將規(guī)劃好的植球路徑形成控制信號分別送入控制部件和激光器；接著設置各工藝參數(shù)；控制部件控制掃描振鏡配合激光器工作，激光束根據(jù)植球路徑對涂有無鉛釬料的基體進行掃描，無鉛釬料熔化；然后移走激光束，無鉛釬料凝固，并與基體形成冶金結(jié)合，至此無鉛釬料凸點形成。本發(fā)明制得的無鉛釬料凸點環(huán)保、對人體無害，且本發(fā)明加工速度快、加工精度高，加工過程無需保護氣，使得工藝過程簡單、自動化程度高。
文檔編號H01L21/60GK101556925SQ20091003958
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月19日 優(yōu)先權日2009年5月19日
發(fā)明者師文慶, 楊永強 申請人:華南理工大學