微電子器件無焊劑焊接：激光焊接的精密解決方案

微電子封裝技術(shù)的核心在于芯片間的精密互連，這種互連不僅賦予器件以功能，還提供必要的機械支撐、散熱、導(dǎo)電和防護。在光電器件中，互連介質(zhì)更是扮演著光傳導(dǎo)的關(guān)鍵角色。焊點，憑借其出色的散熱、導(dǎo)電和力學(xué)性能，在微電子封裝中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。焊點的形成依賴于釬料在焊盤上的潤濕和鋪展，但焊料表面的氧化物卻常常成為潤濕和鋪展的障礙。

為了克服這一挑戰(zhàn)，錫焊焊點通常會添加焊劑，以防止焊料氧化并降低表面能，從而優(yōu)化潤濕鋪展性能。然而，焊劑的酸性特性可能會對器件或芯片造成腐蝕，影響器件的可靠性。為了確保器件的長期穩(wěn)定性，微電子封裝領(lǐng)域不得不尋求降低焊劑活性的方法，但這又可能導(dǎo)致成品率下降和返修率上升，進而增加制造成本。

隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的敏感元器件，如MEMS器件、傳感器、生物醫(yī)藥和光電器件等，對焊劑的使用提出了嚴(yán)格的限制。這些器件的芯片和基板間距非常小，使得焊劑難以徹底清洗，從而留下可靠性隱患。因此，無焊劑錫焊技術(shù)在現(xiàn)代微電子封裝領(lǐng)域的需求日益增長。

1. 無焊劑錫焊技術(shù)

釬料在被焊件表面的潤濕、鋪展和界面反應(yīng)是釬焊最關(guān)鍵的物理化學(xué)過程。然而釬料表面覆蓋的高熔點氧化物層阻礙了釬料的潤濕和鋪展。因此，去除表面氧化物和阻止表面氧化物的形成是無焊劑錫焊技術(shù)的關(guān)鍵。目前，無焊劑錫焊技術(shù)主要是通過還原性氣體保護和等離子預(yù)處理等方式提高釬料的潤濕鋪展性能，以提高焊點質(zhì)量。

無焊劑釬焊過程通常選擇真空/惰性氣體/還原性氣體的氣氛中進行，其中真空和惰性氣體均能阻止氧化物的進一步生成，還原氣氛保護不僅能夠阻止釬料表面氧化物的進一步生成，同時能夠?qū)σ汛嬖诘难趸镞M行有效分解。目前常用的還原氣氛有氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、氮氣（N2）。由于H2和CO均為可燃性氣體，使用存在一定的安全因素，且CO為有毒氣體，固兩者在實際生產(chǎn)和研究中使用較少。

2. 激光焊接技術(shù)

激光焊接是一種先進的焊接技術(shù)，它無需預(yù)先涂覆助焊劑。通過分球圓盤將錫球送入噴嘴，利用脈沖激光的高峰值功率瞬間融化錫球，并借助氮氣噴射到工件表面，實現(xiàn)快速冷卻。激光焊接的特點在于局部快速集中加熱和冷卻，能夠滿足微電子焊點的電子互連要求，細(xì)化焊點組織，提高焊點的疲勞壽命，并解決助焊劑的問題。

與傳統(tǒng)錫焊技術(shù)相比，激光焊接具有以下優(yōu)勢：
(1)非接觸式焊接，對焊接頭材料和形狀無特殊要求；
(2)無需填充焊劑，利用激光光束的集中能量瞬時熔化線材及焊盤；
(3)綠色環(huán)保，符合ROHS無鉛焊接要求，無需焊后清洗；
(4)焊點尺寸可達(dá)0.1平方毫米甚至更小，且均勻一致；
(5)焊點電阻小，有效減少連接器件變形；
(6)高效率，可實現(xiàn)多位置、多型號線纜連接器的有效互連；
(7)配備CCD監(jiān)視器，提高對位準(zhǔn)確性，避免焊接缺陷。

3. 總結(jié)

在微電子封裝的未來，焊點的性能將直接影響整個器件的性能。隨著技術(shù)的進步，傳統(tǒng)的焊接方法正在被新型焊接技術(shù)所取代。無焊劑激光焊接技術(shù)以其卓越的性能和環(huán)保優(yōu)勢，正成為行業(yè)發(fā)展的新趨勢。這些技術(shù)不僅提高了焊點的機械和電氣性能，還滿足了日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。

隨著這些技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，預(yù)計它們將在微電子封裝領(lǐng)域扮演更加重要的角色。它們將助力電子器件實現(xiàn)更小尺寸、更高性能的目標(biāo)，同時確保器件的長期可靠性。這些技術(shù)的進步，無疑將為電子行業(yè)帶來一場革命，推動電子產(chǎn)品向更高層次的發(fā)展。

本文由大研智造撰寫，專注于提供智能制造精密焊接領(lǐng)域的最新技術(shù)資訊和深度分析。大研智造是集研發(fā)生產(chǎn)銷售服務(wù)為一體的激光焊錫機技術(shù)廠家，擁有20年+的行業(yè)經(jīng)驗。想要了解更多關(guān)于激光焊錫機在智能制造精密焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用，或是有特定的技術(shù)需求，請通過大研智造官網(wǎng)與我們聯(lián)系。歡迎來我司參觀、試機、免費打樣。

審核編輯 黃宇