Coherent 雷射與材料為一些最新和最苛刻的后段制程提供支援。
微電子器件如今所達到令人驚嘆的小型化程度，歸因于兩大因素。首先，構成集成電路芯片的晶體管與其它組件正逐漸變小，這一趨勢通常被稱為“摩爾定律“。
其次，業界正在采用新型技術將單個芯片以越來越高的密度封裝在一起。目前采用多種方法來實現此目的，例如：系統級封裝（SiP）、3D封裝、2.5D封裝、扇出型晶圓級封裝（FOWLP）、覆晶封裝、多芯片模塊（MCM）等等。這此統稱為”先進封裝”技術。先進封裝技術使我們能夠制造出小巧且功能強大的產品，如：智慧手機。
與傳統的“后段“（集成電路封裝）技術相比，先進封裝制造過程更復雜且難度更高。原因之一是他們通常涉及更高密度與更小節距（間距）的互連，以及更復雜的元件結構。這意味著需要在整個后段生產過程中，對較小元件保持更嚴謹的機構公差。
半導體制造通常分為前段與后段制程。前段又進一步細分為“前道工序“和后道工序“。這說明了前段與后端加工的主要步驟，并強調了后段生產中眾多新型先進封裝方法之一的額外復雜性。
另一個問題是對熱管理的需求增加。更強的運算能力導致熱功耗更高，這意味著先進封裝需要引入具有高機械強度的高導熱材料。而高機械強度是防止多個芯片的重量造成形變所必需的。
雷射為材料加工提供了精度、多功能性和效率的獨特組合。特別是對于后段任務、其非接觸式加工能力以及最小的熱影響區對于發展最先進的封裝方法所依循的極微小結構至關重要。此外，雷射幾乎與任何材料兼容，甚至能夠處理一些在雷射波長的定義稱為透明的物質。
這意味著隨著封裝變得越來越小且復雜，雷射加工對制造商越來越有利。在此，我們將回顧半導體后段制程雷射加工現今與發展趨勢的幾個應用范例。
一、切割與鉆孔
在傳統后段和先進封裝生產中，切割和鉆孔已被廣泛使用，其中一些應用包括：
鉆孔：在印刷電路板（PCB）和其它基板上制作通孔或盲孔。
切單：將晶圓成品切割成單一芯片。
分板：將單個電路板或組件，從較大面板或板材上分離出來。
剝離：在暫時貼合制程后分離組件，例如當晶圓或芯片在減薄、加工或處理過程中為了保持穩定性而附著在載體基板上。
幾十年來，FR-4（及其含有玻璃纖維的版本）和其它有機物一直是PCB的標準基材。傳統上，這些材料使用機械鉆孔制作通孔，但這種方法無法達到孔徑小于150μm的要求。
使用CO? 雷射進行鉆孔，可以實現孔徑低于30μm的通孔高速鉆孔，因此，此技術已廣泛的使用在該產業中，以達成智慧手機、5G收發器和穿戴設備等產品封裝技術所需更高標準的微型化需求。而CO?雷射能以高效率處理目前使用的大多數基材，包括FR-4、PTFE、玻璃纖維復合材料和陶瓷。
Coherent 最近的一項重要技術突破是我們 CO?雷射的光電開關。該調變器可以處理比傳統用于CO?雷射鉆孔系統的聲光調變器（AOM）更高的雷射功率，應用在更高功率的雷射可以將光束被分割更多次。代表可同時鉆出更多的孔，從而提高系統的產出并降低成本支出。
Coherent 還為通孔鉆孔開發了一種專有的防飛濺和防碎屑涂層，這種多層涂層可以應用于許多不同的基材。該涂層是專為頻繁清潔而設計的，能夠避免鉆孔、切割或其它刻印應用過程中金屬和其它碎屑的飛濺。該涂層的耐用性也有助于延長出光鏡組的使用壽命。
此涂層采用了專有的DOC（Diamond Over Coat）的鉆石涂層技術在鏡片上(debris window) 保持高穿透率與低反射率，以實現系統的良好光學性能，同時兼具耐用性的額外優勢。
先進封裝模式為將基材的范圍擴展到FR-4之外，包括硅、玻璃、陶瓷、ABF(Ajinomoto Build-up Film)等。對于ABF等材料，二氧化碳雷射鉆孔仍是最佳選擇，但對于玻璃等其它材料，別款的雷射可能會更合適。此外，所要求的通孔尺寸可以小到10μm或更小。
各種奈秒脈沖固態雷射，例如我們的AVIA LX和AVIA NX，可用于制作這種較小的通孔，對于極嚴格要求的規格，我們的超短脈沖（USP）雷射可以在不損壞周圍熱敏電路的情況下，完成極小的孔或其它圖案。此外，USP雷射（尤其是具有紫外光（UV）輸出的雷射，幾乎與任何材料兼容，包含金屬、半導體、復合材料、陶瓷和有機物。
相同的奈秒雷射和USP雷射也可用于其它材料加工需求，例如晶圓劃線和切割，以及PCB分板。它們具有機械精度高，切口寬度最小、熱影響區小、很少甚至沒有碎屑產生，以及與多種不同基材的兼容性等優點，也適用在下一代先進封裝（如尚未被整合到商業化生產的玻璃）的基板。
除了雷射，Coherent還提供用于后段生產工具所需的創新材料，例如：金屬基復合材料，結合了鋼的強度與鋁的輕度，為高性能、快速運行的機械化系統提供必要的剛性和導熱性。隨著產業朝向更快速的生產周期發展，確保設備能夠以更高速運行而不犧牲精度，變得更加重要，這些都是為了滿足消費者對于智能型手機和計算機等電子設備日益成長的需求。
半導體生產線后段晶圓處理零組件。
二、刻印
后段生產中使用刻印的要求種類繁多，無法在此詳盡介紹，以下列出后段常見的一些刻印應用。
封裝元件： | 最常用的封裝molding compound對紅外光（IR）的吸收率很好，顏色可由黑色變為灰色，并能達到深度為30μm至50μm的高對比度刻印。此類的刻印通常使用光纖或二極管激發的固態雷射進行，搭配雙頭設計有助于提高tray的刻印效率。 |
薄化封裝： | 針對使用較薄mold compound保護wire bonded結構芯片的小尺寸元件，通常要求10μm或更淺的刻印深度。環氧樹脂基體對綠光的吸收率比紅外光（IR）更高，因此會產生較淺的標記，因此，綠光雷射(通常是倍頻光纖或二極管激發的固態雷射)會被選用在此類應用上。Coherent的PowerLine E Twin利用兩個雷射頭將高產出與DPSS雷射技術優勢相結合。 |
陶瓷： | 由于其出色的熱、機械和電的特性，陶瓷在封裝功率半導體、高亮度LED、射頻元件、MEMS、混合電路等方面獲得了廣泛應用，但陶瓷刻印的要求卻相對嚴格，這使得精確聚焦和高脈沖能量，對于確保可靠的刻印結果至關重要。Nd:YVO?的 DPSS雷射能提供高脈沖能量，以用于陶瓷上蓋與基板刻印。同時，Coherent的PowerLine F 20-1064 Varia，提供高達350 ns的可調脈寬，專門用來改善此類刻印應用效果而設計。 |
PCB： | PCB在生產過程中，通常會使用可追溯的資料矩陣條形碼（Data Matrix Code）進行標記，而刻印在有機基板上薄的綠色防焊層除了要清楚辨識，但不能露銅。由于Data Matrix Code的尺寸可能要求到非常小（Cell size小于125 μm），需要搭配聚焦的雷射光斑尺寸小于100μm，因此綠光二極管激發固態雷射已成為這些應用的首選。PowerLine E 20-355等紫外光雷射因其更精細的辨識率，和更低的熱影響特性，被選用于高端基板的刻印。 |
金屬散熱蓋與導線架： | 包含Coherent PowerLine F 系列在內的近紅外光纖雷射，被廣泛用于微型處理器與其它高功率IC上金屬散熱蓋的刻印。而金屬導線架通常鍍錫、銀或金，可以在電鍍之前或之后進行刻印，導線架常用于成本導向元件，因此必須最大限度的減少資金投資，基于這個原因，經濟型的光纖雷射刻印機常被選用在此類應用。 |
三、熱壓鍵合
“覆晶芯片”是應用最廣泛的先進封裝技術之一，其中關鍵步驟是將芯片焊接到基板上。具體來說，這涉及到熔化金屬焊料凸塊（之前已沈積在芯片的導電墊上），并同時對芯片和基板（通常是PCB）進行加壓結合。
隨著集成電路和基板變的越來越薄，并且焊球尺寸與它們之間的間距（Pitch）縮小到100μm以下，這一過程變得更具挑戰性。熱壓鍵合（TCB）已成為覆晶芯片應用的傳統焊接“reflow”的替代方案，可為非常薄且密集的基板提供更可靠的鍵合和一致性。
TCB設備利用一塊板（稱為nozzle）在鍵合過程中向下壓在芯片/基板組件上，該板必須在整個鍵合過程中保持剛性、光滑和平整。這對于保持芯片本身的平整度是必要的，從而確保不會出現空焊的現象。
該nozzle除了必須有氣流孔，以便其可以作為真空吸盤。此外，它也要求具有導熱性，以便TCB系統中的加熱和冷卻元件能夠在過程中控制芯片溫度。
因此，理想的nozzle材料必須保有機械剛性、極度光滑和平整的零件，以及高導熱性。
Coherent生產三種滿足這些要求的材料 — 燒結碳化硅、單晶碳化硅和多晶鉆石，每種材料都有其特定的特性，和在某些TCB過程中占有一定的優勢。
此外，Coherent是一家垂直整合的TCB nozzle制造商。我們制造每種材料，并能將其加工成成品零件，更重要的是，我們的測量能力讓我們能確保nozzle的平整度，要達到這點的困難度不低。
四、提高精度和性能
隨著半導體封裝的不斷縮小和變得更加復雜，先進的雷射和材料技術變得越來越重要，Coherent致力提供尖端解決方案，讓半導體制造的未來有著各種可能的發展。探索我們各式各樣的雷射與材料系列，了解我們將如何幫助您在這個快速發展的產業中保持領先地位。
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