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激光技術在加工行業都有哪些應用?

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激光技術在加工行業都有哪些應用?

發布日期:2018-05-18 作者: 點擊:

一、激光技術在晶片/芯片加工領域的應用


1、在劃片方面的應用


  劃片工藝隸屬于晶圓加工的封裝部分,它不僅僅是芯片封裝的關鍵工藝之一,而是從圓片級的加工(即加工工藝針對整片晶圓,晶圓整片被同時加工)過渡為芯片級加工(即加工工藝針對單個芯片)的地标性工序。從功能上來看,劃片工藝通過切割圓片上預留的切割劃道(street),将衆多的芯片相互分離開,為後續正式的芯片封裝做好後一道準備。


  目前業界讨論多的激光劃片技術主要有幾種,其主要特征都是由激光直接作用于晶圓切割道的表面,以激光的能量使被作用表面的物質脫離,達到去除和切割的目的。但是這種工藝在工作過程中會産生巨大的能量,并導緻對器件本身的熱損傷,甚至會産生熱崩邊(Chipping),被剝離物的沉積(Deposition)等至今難以有效解決的問題。 與很多先行技術不同,傳統旋轉砂輪式劃片機的全球領導廠商東京精密公司和日本著名的激光器生産商濱松光學聯合推出了突破傳統理念的全新概念的激光劃片機MAHOH。其工作原理摒棄了傳統的表面直接作用、直接去除的做法;而采取作用于矽基底内的矽晶體,破壞其單晶結構的技術,在矽基底内産生易分離的變形層,然後通過後續的崩片工藝使芯片間相互分離。從而達到了無應力、無崩邊、無熱損傷、無污染、無水化的切割效果。


2、在晶片割圓方面的應用


  割圓工藝是晶體加工過程中的一個重要組成部分。早期,該技術主要用于水平砷化镓晶片的整形,将水平砷化镓單晶片稱為圓片。随着晶體加工各個工序的逐步加工,在各工序将會出現各種類型的廢片,将這些廢片加工成小直徑的晶片,然後再經過一些晶片加工工序的加工,使其變成抛光片。


  傳統的割圓加工方法有立刀割圓法、掏圓法、噴砂法等。這些方法在加工過程中對晶片造成的損傷較大,出片量相對較少。随着激光加工技術的發展,一些廠家對激光加工技術引入到割圓工序,再加上較為成熟的軟件控制,可以在一個晶片上加工出更多的小直徑晶片。


二、激光打标技術


  激光打标是一種非接觸、無污染、無磨損的新标記工藝。近年來,随着激光器的可靠性和實用性的提高,加上計算機技術的迅速發展和光學器件的改進,促進了激光打标技術的發展。


  光纖激光焊接機器人激光打标是利用高能量密度的激光束對目标作用,使目标表面發生物理或化學的變化,從而獲得可見圖案的标記方式。高能量的激光束聚焦在材料表面上,使材料迅速汽化,形成凹坑。随着激光束在材料表面有規律地移動同時控制激光的開斷,激光束也就在材料表面加工成了一個指定的圖案。激光打标與傳統的标記工藝相比有明顯的優點:


  (a)标記速度快,字迹清晰、永久;


  (b)非接觸式加工,污染小,無磨損;


  (c)操作方便,防僞功能強;


  (d)可以做到高速自動化運行,生産成本低。


  在晶片加工過程中,在晶片的特定位置制作激光标識碼,可有效增強晶片的可追溯性,同時也為生産管理提供了一定的方便。目前,在晶片上制作激光标識碼是成為一種潛在的行業标準,廣泛地應用于矽材料、鍺材料。


三、激光測試技術


1、激光三角測量術


  微凸點晶圓的出現使測量和檢測技術面臨着巨大的挑戰,對該技術的基本要求是任一可行的檢測技術必須能達到測量微凸點特征尺寸所需的分辨率和靈敏度。在50μm節距上制作25μm凸點的芯片技術,目前正在開發中,更小凸點直徑和更節距的技術也在發展中。另外,當單個芯片上凸點數量超過10000個時,晶圓檢測系統必須有能力來處理凸點數迅速增加的芯片和晶圓。分析軟件和計算機硬件必須擁有足夠高的性能來存儲和處理每個晶圓上所存在的數百萬個凸點的位置和形貌數據。


  在光纖激光焊接機器人激光三角檢測術中,用一精細聚焦的激光束來掃描圓片表面,光學系統将反射的激光聚焦到探測器。采用3D激光三角檢測術來檢測微凸點的形貌時,在精度、速度和可檢測性等方面,它具有明顯的優勢。


2、顆粒測試


  顆料控制是晶片加工過程、器件制造過程中重要的一個環節,而顆粒的監測也就顯得至關重要。顆粒測試設備的工作原理有兩種,一種為光散射法;另一種為消光法。


  對于懸浮于氣體中的顆粒,通常采用光散射法進行測試,同時某些廠家利用這種工作原理生産了測試晶片表面顆粒的設備;而對于液體中的顆粒,這兩種方法均适用。


四、激光脈沖退火(LSA)技術


  該技術通過一長波激光器産生的微細激光束掃描矽片表面,在一微秒甚至更短的作用時問内産生~個小尺寸的局域熱點。由于隻有上表面的薄層被加熱,矽片的整體依然保持低溫,使得此表面層的降溫速率幾乎和它的升溫速率一樣快。從固體可溶性的角度考慮,高峰值溫度能夠激活更多的摻雜原子,此外正如65nm及以下工藝所求的那樣,較短的作用時間可以使摻雜原子的擴散降到低。退火處理的作用範圍可以限制在矽片上的特定區域而不會影響到周圍部位。


該技術已經應用于多晶矽栅極的退火,在減少多晶矽的耗盡效應方面取得了顯著的效果。K.Adachi等将閃光燈退火和激光脈沖退火處理的MOS管的Ion/Ioff進行了比較,在pMOS-FET和nMOSFET中,采用激光脈沖退火處理的器件的漏極電流要大10%,器件性能的增強可以直接歸因于栅電極耗盡效應的改善和寄生電阻的減小。

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