详解MEMS激光焊接

现如今随着集成电路发展，越来越多焊接技术被开发以满足微小元件焊接需求。激光焊接的出现使细小元件焊接变得更高效和精准。激光焊接发展速度很快，已经逐渐被越来越多半导体生产商采用。

MEMS封装时可对芯片植球制作微凸点，并将芯片和基板之间进行焊接。目前MEMS采用的工艺有回流焊和激光焊。两者都是广泛用于半导体封装焊接的技术。如下图所示，在MEMS倒装植球时，焊球通过激光发射器喷射并在芯片上形成微凸点。 相比于回流焊的缓慢热传递加热，激光焊可作为局部加热手段，针对特定焊接区域进行快速局部加热。激光束经过透镜聚焦后带有高能量密度，照射在焊接区域形成局部高温将焊料溶解并将元件进行焊接。激光焊接时间往往只需要数秒便可完成。激光焊接通常采用900-980nm波长的激光。此外可通过改变激光发射角度从而实现空间的灵活移动。对于MEMS尺寸很小的元件，激光焊接有着明显的优势。

图1：激光焊接喷印

激光焊接步骤主要包括对锡膏的预加热，然后用激光对锡膏加热熔化并润湿焊盘完成焊接。MEMS的微机械结构容易受到应力的损害，激光焊接能够精准且快速加热，带来的热冲击很小，有效保证了焊接的可靠性。不同于IC元件，MEMS对环境高度敏感，应用环境中的杂质可能会对元件精确性造成影响。激光焊接后残留物很少，大大减少了对元件精准性的损害。

在最后的MEMS封帽中，激光焊接可以在封帽区形成高热源并使被焊物形成牢固焊点和焊缝，使MEMS元件被密封在内部。各种类型的封帽如陶瓷或金属都能够使用激光焊接。生成的热应力很低，有效保护了内部的元件。