隨著第四次工業(yè)革命不斷推進，人工智能、清潔能源、機器人技術、量子信息技術、虛擬現(xiàn)實以及生物技術等新興領域?qū)Ω咝阅堋⒏呔�度、高可靠性的芯片產(chǎn)品、微系統(tǒng)的需求不斷增長。芯片產(chǎn)品快速迭代發(fā)展，整體呈現(xiàn)四大趨勢：更小、更快、更節(jié)能，通過更先進的制程工藝和設計架構，減小芯片尺寸，提升芯片性能和能效；多核心與異構架構，增加核心數(shù)量，將CPU、GPU和AI加速器等集成到同一芯片中，提高多任務處理和復雜應用能力；人工智能與機器學習的深度集成，將專用硬件（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習、自適應能力；2.5D/3D方向集成度提升，將多個芯片層堆疊在一起，進而把傳感器、存儲器、通信模塊等功能集成至芯片內(nèi)部，實現(xiàn)更加緊湊和高效的設計。

新的發(fā)展趨勢對半導體集成電路后道封裝制程提出了更高要求，也促進了芯片先進封裝工藝的發(fā)展。芯片封裝為芯片提供了物理保護和熱管理的基礎，直接影響整體性能、可靠性和操作性，是半導體制程中至關重要的一環(huán)。隨著系統(tǒng)級封裝（SiP）技術的興起，封裝設計逐漸復雜化，激光輔助鍵合（Laser Assisted Bonding，簡稱LAB）作為一種創(chuàng)新的芯片封裝技術應運而生。

激光輔助鍵合是一種先進的微連接技術，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，達到特定的溫度條件，引發(fā)材料間的物理或化學變化，從而實現(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，在應用中具有許多獨特的優(yōu)勢：

1. 高精度：LAB技術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)鍵合技術在應對微小尺寸、復雜結構和特殊材料時的局限性，實現(xiàn)微米級甚至納米級的鍵合精度，滿足對鍵合位置和鍵合強度的嚴格要求。相對于傳統(tǒng)的回流焊、熱壓接合（TCB）技術，激光局部加熱不需要額外的措施即可有效避免熱膨脹導致的良率下降。

2. 非接觸：與傳統(tǒng)的機械壓力鍵合或熱壓鍵合不同，LAB 技術是一種非接觸式鍵合技術。激光束通過照射鍵合界面，使材料表面瞬間升溫熔化，實現(xiàn)鍵合的同時，避免了對材料的機械損傷和污染，提高了鍵合的質(zhì)量和可靠性。因而，LAB 技術也適用于脆弱材料和微小器件的鍵合。

3. 速度快：LAB 技術可實現(xiàn)快速鍵合，激光束的能量瞬間傳遞到鍵合界面，鍵合時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 技術可滿足不同材料如金屬、半導體、陶瓷、玻璃之間的鍵合需求，在電子封裝領域具有廣闊的應用前景。

5. 易拓展：LAB 技術還可與其他封裝技術如倒裝芯片技術、晶圓級封裝技術等相結合，實現(xiàn)更加復雜的電子封裝結構。

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

1. 高功率半導體激光光源：用于產(chǎn)生波長為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整形模組。

3. 準直光學模組：對激光束進行準直，使其具有更好的方向性，準確聚焦在工藝區(qū)域。

4. 可調(diào)節(jié)勻化光學模組：產(chǎn)生長寬方向分別可調(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致的溫度不均一。

5. 同步溫控組件：實時測試工藝區(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)布應用于芯片先進封裝工藝的Flux H系列高精度可變光斑激光系統(tǒng)。該產(chǎn)品具有如下特點及優(yōu)勢:

● 光斑尺寸獨立連續(xù)可調(diào)：能夠適應不同封裝結構需求，提供靈活的加工方案。

● 高光斑均勻度：可實現(xiàn)全光斑范圍內(nèi)均勻度≥95%的高標準，且光斑內(nèi)無爆亮點，保證了鍵合質(zhì)量、工藝穩(wěn)定性及良率。

● 焦深范圍大：能夠適配多層復雜結構的封裝工藝，在處理不同高度和復雜度的封裝結構時具有更大的靈活性。

● 光斑中心精度高：在光斑變化范圍內(nèi)，光斑中心位置的偏差≤±0.3mm，確保鍵合過程中光斑定位的高精度。這對于需要精確控制熱量輸入的封裝工藝至關重要。

● 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)域的過熱現(xiàn)象，減少對周邊敏感器件的熱影響。

應用于芯片先進封裝工藝的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用場景，為芯片先進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。炬光科技堅持通過技術創(chuàng)新、卓越制造和快速響應，成為光子行業(yè)全球值得信賴的合作伙伴。

轉自：炬光科技

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