隨著第四次工業(yè)革命不斷推進(jìn)，人工智能、清潔能源、機(jī)器人技術(shù)、量子信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)以及生物技術(shù)等新興領(lǐng)域?qū)Ω咝阅堋⒏呔?、高可靠性的芯片產(chǎn)品、微系統(tǒng)的需求不斷增長(zhǎng)。芯片產(chǎn)品快速迭代發(fā)展，整體呈現(xiàn)四大趨勢(shì)：更小、更快、更節(jié)能，通過(guò)更先進(jìn)的制程工藝和設(shè)計(jì)架構(gòu)，減小芯片尺寸，提升芯片性能和能效；多核心與異構(gòu)架構(gòu)，增加核心數(shù)量，將CPU、GPU和AI加速器等集成到同一芯片中，提高多任務(wù)處理和復(fù)雜應(yīng)用能力；人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)的深度集成，將專(zhuān)用硬件（如張量處理單元 TPU）集成到芯片中，提高處理效率并使芯片具備自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力；2.5D/3D方向集成度提升，將多個(gè)芯片層堆疊在一起，進(jìn)而把傳感器、存儲(chǔ)器、通信模塊等功能集成至芯片內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)更加緊湊和高效的設(shè)計(jì)。

新的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)半導(dǎo)體集成電路后道封裝制程提出了更高要求，也促進(jìn)了芯片先進(jìn)封裝工藝的發(fā)展。芯片封裝為芯片提供了物理保護(hù)和熱管理的基礎(chǔ)，直接影響整體性能、可靠性和操作性，是半導(dǎo)體制程中至關(guān)重要的一環(huán)。隨著系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）技術(shù)的興起，封裝設(shè)計(jì)逐漸復(fù)雜化，激光輔助鍵合（Laser Assisted Bonding，簡(jiǎn)稱(chēng)LAB）作為一種創(chuàng)新的芯片封裝技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

激光輔助鍵合是一種先進(jìn)的微連接技術(shù)，它利用激光的高能量密度特性，將激光束聚焦照射在需要鍵合的材料界面處，使材料表面瞬間升溫，達(dá)到特定的溫度條件，引發(fā)材料間的物理或化學(xué)變化，從而實(shí)現(xiàn)鍵合材料的牢固連接。

激光輔助鍵合（LAB）示意圖

激光輔助鍵合（LAB）是高精密芯片直接鍵合的優(yōu)選方法，在應(yīng)用中具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：

1. 高精度：LAB技術(shù)利用激光的高能量密度和精確控制能力，可將激光束聚焦到微小區(qū)域，克服傳統(tǒng)鍵合技術(shù)在應(yīng)對(duì)微小尺寸、復(fù)雜結(jié)構(gòu)和特殊材料時(shí)的局限性，實(shí)現(xiàn)微米級(jí)甚至納米級(jí)的鍵合精度，滿足對(duì)鍵合位置和鍵合強(qiáng)度的嚴(yán)格要求。相對(duì)于傳統(tǒng)的回流焊、熱壓接合（TCB）技術(shù)，激光局部加熱不需要額外的措施即可有效避免熱膨脹導(dǎo)致的良率下降。
2. 非接觸：與傳統(tǒng)的機(jī)械壓力鍵合或熱壓鍵合不同，LAB 技術(shù)是一種非接觸式鍵合技術(shù)。激光束通過(guò)照射鍵合界面，使材料表面瞬間升溫熔化，實(shí)現(xiàn)鍵合的同時(shí)，避免了對(duì)材料的機(jī)械損傷和污染，提高了鍵合的質(zhì)量和可靠性。因而，LAB 技術(shù)也適用于脆弱材料和微小器件的鍵合。
3. 速度快：LAB 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)快速鍵合，激光束的能量瞬間傳遞到鍵合界面，鍵合時(shí)間可縮短到幾毫秒甚至更短，大大提高了生產(chǎn)效率，尤其適合大規(guī)模生產(chǎn)和高產(chǎn)量的電子制造行業(yè)。
4. 多功能：LAB 技術(shù)可滿足不同材料如金屬、半導(dǎo)體、陶瓷、玻璃之間的鍵合需求，在電子封裝領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
5. 易拓展：LAB 技術(shù)還可以與其他封裝技術(shù)如倒裝芯片技術(shù)、晶圓級(jí)封裝技術(shù)等相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的電子封裝結(jié)構(gòu)。

為確保鍵合的質(zhì)量和可靠性，激光輔助鍵合過(guò)程需精確控制激光的能量、均勻度、波長(zhǎng)、照射時(shí)間等關(guān)鍵指標(biāo)。通常，激光輔助鍵合（LAB）系統(tǒng)應(yīng)具備如下組成部分：

1. 高功率半導(dǎo)體激光光源：用于產(chǎn)生波長(zhǎng)為980nm，連續(xù)輸出的激光能量。
2. 高功率光纖：用于將激光能量從光源傳輸?shù)焦鈱W(xué)整形模組。
3. 準(zhǔn)直光學(xué)模組：對(duì)激光束進(jìn)行準(zhǔn)直，使其具有更好的方向性，準(zhǔn)確聚焦在工藝區(qū)域。
4. 可調(diào)節(jié)勻化光學(xué)模組：產(chǎn)生長(zhǎng)寬方向分別可調(diào)節(jié)的平頂激光束，確保其功率密度分布均勻，從而使需鍵合部件均勻受熱，避免功率分布不均導(dǎo)致的溫度不均一。
5. 同步溫控組件：實(shí)時(shí)測(cè)試工藝區(qū)域的溫度，以閉環(huán)方式控制激光輸出能量，保證工藝的一致性和穩(wěn)定性。

2024年8月28日，炬光科技正式發(fā)布應(yīng)用于芯片先進(jìn)封裝工藝的Flux H系列高精度可變光斑激光系統(tǒng)。該產(chǎn)品具有如下特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì):

1. 光斑尺寸獨(dú)立連續(xù)可調(diào)：能夠適應(yīng)不同封裝結(jié)構(gòu)需求，提供靈活的加工方案。
2. 高光斑均勻度：可實(shí)現(xiàn)全光斑范圍內(nèi)均勻度≥95%的高標(biāo)準(zhǔn)，且光斑內(nèi)無(wú)爆亮點(diǎn)，保證了鍵合質(zhì)量、工藝穩(wěn)定性及良率。
3. 焦深范圍大：能夠適配多層復(fù)雜結(jié)構(gòu)的封裝工藝，在處理不同高度和復(fù)雜度的封裝結(jié)構(gòu)時(shí)具有更大的靈活性。
4. 光斑中心精度高：在光斑變化范圍內(nèi)，光斑中心位置偏差≤±0.3mm，確保鍵合過(guò)程中光斑定位的高精度。這對(duì)于需要精確控制熱量輸入的封裝工藝至關(guān)重要。
5. 極佳的光斑邊緣陡峭度：典型光斑邊緣陡峭度≤3mm，意味著光斑在邊緣位置仍保持較高的能量集中度，有效避免周邊區(qū)域的過(guò)熱現(xiàn)象，減少對(duì)周邊敏感器件的熱影響。

應(yīng)用于芯片先進(jìn)封裝工藝的Flux H系列高精度可變光斑激光系統(tǒng)產(chǎn)品

產(chǎn)品規(guī)格與測(cè)試數(shù)據(jù)

炬光科技全新發(fā)布的Flux H系列高精度可變光斑激光系統(tǒng)，以其優(yōu)良的性能和靈活的應(yīng)用場(chǎng)景，為芯片先進(jìn)封裝工藝提供了高效可靠的解決方案。目前Flux H系列典型配置產(chǎn)品可正常出貨，并接受客戶參數(shù)定制。炬光科技堅(jiān)持通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、卓越運(yùn)營(yíng)和快速響應(yīng)，成為光子行業(yè)全球值得信賴(lài)的合作伙伴。