從切割、劃線到鉆孔和結(jié)構(gòu)化，如今的激光技術(shù)在電子微加工領(lǐng)域的應(yīng)用愈加廣泛。根據(jù)麥肯錫公司之前發(fā)布的一份報(bào)告顯示，未來幾年內(nèi)該行業(yè)的激光應(yīng)用將呈現(xiàn)穩(wěn)步增長的態(tài)勢。激光制造商Coherent 高意的市場營銷總監(jiān) Dirk Müller 表示，從機(jī)械加工向基于激光加工方式的轉(zhuǎn)變在電子行業(yè)的半導(dǎo)體和先進(jìn)封裝領(lǐng)域尤為明顯。

　　這種轉(zhuǎn)變是由許多因素共同推動的。首先，消費(fèi)者和 OEM廠商都希望最新的電子設(shè)備如智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備、傳感器和家庭自動化設(shè)備，比之前的幾代顯得更小、更節(jié)能。這意味著像印刷電路板之類的組件需要相應(yīng)地更小、更薄，并表現(xiàn)出更緊湊、更密集的特性。

　　Müller解釋道：“隨著功能組件呈現(xiàn)出小型化的趨勢，傳統(tǒng)機(jī)械加工達(dá)到了它們的能力極限。”例如用激光鉆孔代替機(jī)械鉆孔，激光束在制作直徑為50μm 或80μm 的孔時(shí)比用機(jī)械鉆孔容易得多。其次，從事半導(dǎo)體和先進(jìn)封裝行業(yè)的公司傾向于選擇低碳環(huán)保的加工方式，以減少對環(huán)境的影響。

　　Müller 解釋說，這些公司正在尋求替代工藝，基于激光的技術(shù)就是一種替代方案。與機(jī)械加工相比，使用激光工藝可以降低能耗，消除對潛在危險(xiǎn)化學(xué)品的需求。最后，激光加工的范圍很廣，無論是用于創(chuàng)建的設(shè)計(jì)特征方面還是材料加工。目前，激光可加工的材料包括鋁、不銹鋼、鐵和鈦等金屬材料以及塑料、復(fù)合材料和陶瓷等非金屬材料。

　　減少停機(jī)時(shí)間

　　電子行業(yè)對最小化停機(jī)時(shí)間有著非常嚴(yán)格的要求。 Müller 說：“在一家價(jià)值200 億美元的半導(dǎo)體制造廠里，如果一條生產(chǎn)線因系統(tǒng)故障而無法運(yùn)行，企業(yè)的損失非常大。”因此，基于激光技術(shù)的供應(yīng)商必須制定戰(zhàn)略，以降低這一風(fēng)險(xiǎn)。例如，他們可能需要確保在工廠附近有經(jīng)過培訓(xùn)的維護(hù)人員，以及安全的備件庫存。他們可能還需要演練當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)的處理方式，以便在現(xiàn)場真的發(fā)生狀況時(shí)，一線人員能夠快速有效地做出反應(yīng)。

　　削減成本

　　但另一方面，證明激光技術(shù)的成本效益也是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。 Müller 談到，雖然在PCB 上鉆孔的機(jī)械工具可能需要花費(fèi)10 萬至15 萬美元，但用于相同工作的激光系統(tǒng)可能需要花費(fèi)65 萬至75 萬美元。但是激光系統(tǒng)的高資本支出，卻可以通過更高的效率和更低的擁有成本來抵消。

　　機(jī)械鉆具可能有多達(dá)6 個主軸，每個主軸每秒可以鉆 20 個孔。激光系統(tǒng)每秒可以鉆2500 個孔，產(chǎn)量顯著提高。此外，鉆孔工具上的主軸可能在鉆完2000 個孔后就需要更換，從而抬高了生產(chǎn)成本。相比之下，激光系統(tǒng)可能只需要在2-3 年內(nèi)進(jìn)行最低限度的維護(hù)。

　　激光加工的這些益處容易受到大型芯片制造商的青睞，但對于訂單周期通常在半年到一年的中小型公司而言，吸引力就不那么明顯了。

　　持續(xù)創(chuàng)新

　　因此，激光技術(shù)的開發(fā)人員有責(zé)任不斷完善系統(tǒng)，為客戶提供更多的利益。以PCB 拆板為例，這是一項(xiàng)廣泛使用激光技術(shù)的任務(wù)。PCB 的小型化導(dǎo)致它們的封裝更密集，組件更靠近板材邊緣。

　　為了提高產(chǎn)量，PCB面板上的可用部件排列得十分緊密。這意味著用于切割它們的過程需要非常準(zhǔn)確，并且必須創(chuàng)建一個狹窄的切口。此外，該過程還不能產(chǎn)生可能影響周圍電路的過度機(jī)械應(yīng)力或熱量，以及需要額外清理的碎屑。這些需求正促使制造商從機(jī)械加工方法轉(zhuǎn)向激光工藝。

　　克服限制

　　傳統(tǒng)的二氧化碳激光器會發(fā)射紅外激光并通過加熱材料進(jìn)行切割，但它們會產(chǎn)生較大的熱影響區(qū)。光斑尺寸比替代的紫外線波長更寬，從而產(chǎn)生更寬的切口。與二氧化碳激光器相比，基于紫外的二極管泵浦固態(tài)激光器可以產(chǎn)生更小的熱影響區(qū)和更少的碎片。但在加工速度上并沒有明顯優(yōu)勢。

　　為了解決這些問題，Coherent 高意探索使用其“Avia” 納秒脈沖寬度、高脈沖能量紫外DPSS 激光器切割各種PCB 板材?；谶@項(xiàng)工作，該公司已開發(fā)出一種PCB 切割方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的切割邊緣、窄切口和高產(chǎn)量。

　　該技術(shù)的一個關(guān)鍵要素是控制激光脈沖的方法，以便它們以避免熱量積聚的方式傳送到工作表面。由于這種方法不存在熱損傷，因此在切割較厚的材料（1mm 及以上）時(shí)，可以使用更高脈沖能量的激光。

　　新應(yīng)用

　　激光系統(tǒng)的開發(fā)人員必須密切關(guān)注技術(shù)在電子行業(yè)中的新應(yīng)用。Müller 以microLED（μLED）為例，它可用于生產(chǎn)大型、明亮的高分辨率顯示器。在miniLED 中，藍(lán)寶石生長晶圓可能與 LED 保持在一起，而microLED 需要從生長的晶圓上剝離出來，并且只有幾微米的厚度。

　　因此它們非常脆弱，這意味著需要非機(jī)械加工技術(shù)才能將它們剝離。深紫外準(zhǔn)分子激光器具有較大的可用脈沖能量和微米級精度，是促進(jìn)大規(guī)模生產(chǎn)中這些轉(zhuǎn)移步驟的合適工具。

　　受電動汽車市場驅(qū)動激光加工的另一個增長領(lǐng)域是半導(dǎo)體退火以生產(chǎn)功率芯片。退火工藝降低了芯片背面的電阻并提高了性能。與使用閃光燈或烘箱相比，使用激光可以在更短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生更高的退火溫度，從而提高了產(chǎn)量。

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