據麥姆斯咨詢報道，人們對平板電腦、手機、手表和其他可穿戴設備的需求趨向功能復雜但結構緊湊，因此半導體芯片和封裝后器件的尺寸不斷縮小對微電子技術發展的重要性不亞于摩爾定律的重要意義。先進封裝技術趨勢為激光器發展創造了大量機會，因為他們能力非凡，能夠在最小熱影響區（HAZ）執行各種材料的高精度加工任務。因此，激光器在晶圓切割、封裝切割（singulation）、光學剝離，μ-via鉆孔、重分布層（RDL）結構化、切割帶切割（EMI屏蔽）、焊接、退火和鍵合等方面使用越來越廣泛，在此僅舉幾例。本文詳細闡述了三種截然不同的基于激光的工藝，用于各種充滿活力的應用領域。

　　納秒和皮秒激光器用于系統級封裝（SiP）切割

　　SiP技術可幫助高端可穿戴設備或便攜式設備實現體積微型化、功能高度集中。SiP器件由各種電路組件組成，例如處理器、存儲器、通信芯片和傳感器等，組裝在嵌入式銅線的PCB基板上。所有器件的組裝通常被封裝在模塑復合材料里，并添加具有電磁屏蔽功能的外部導電涂層。SiP器件厚度約1mm，其中模塑復合材料厚度約占一半。

　　在制造過程中，一開始多個SiP器件制作在一塊大面板上，最后再被分割成單個器件。此外，某些情況下，在器件中，溝槽會直接深入到模塑復合材料，直到連接到銅接地層。該工藝在導電屏蔽層覆蓋器件之前完成，導電屏蔽層主要用于完全覆蓋SiP區域，使得與其他高頻元器件隔離。

　　對于切割和開槽，切口位置和深度都必須精確，不能有炭化，更不能有碎屑。此外，諸如熱損傷、分層或微裂紋等切割過程中產生的問題，都會對電路造成不可挽回的后果。

　　目前，具有納秒脈沖寬度的20-40W紫外固態激光器（例如Coherent AVIA）是SiP切割的主要工具。然而，對于納秒源，需要平衡輸出功率和切割質量（特別是邊緣質量和碎片形成）。因此，僅通過施加更多激光功率是不能輕易提高處理速度的。

　　因此，如果對切割質量要求極高，可以選擇532 nm（綠色）超短脈沖（ultra-short pulse，簡稱USP）激光器替代，例如Coherent HyperRapid NX皮秒激光器或Monaco飛秒激光器。與納秒激光器相比，它們的切口更小，可以減少HAZ和碎片量，在某些情況下甚至可以提高產量。但是，USP源唯一的缺點就是它們的投入成本較高。　　

　　準分子激光器用于RDL

　　RDL是實現微電子領域中幾乎所有先進封裝的關鍵技術，包括倒裝芯片、晶圓級芯片封裝、扇出型晶圓級封裝、嵌入式IC和2.5D / 3D封裝等。RDL是通過圖案化金屬和介電層對電路進行布線，可以使每顆硅基芯片連接到其他芯片。以這種方式，RDL就可重新規劃管芯的輸入/輸出路線。

　　目前，大多RDL是用“光刻定義”電介質構造的，其中所需的電路圖案先通過光刻印刷，然后再用濕法刻蝕去除曝光或未曝光區域來獲得的。但是光刻定義聚合物有幾個缺點，比如成本高、加工復雜以及熱膨脹系數（CTE）與鍵合材料不匹配等。此外，由于光刻膠殘留引起的電路故障，會存良好管芯失效的風險。

　　如今，有一種新的解決方案誕生，它可通過使用合適的非光電介質材料，采用308nm準分子激光器進行直接燒蝕構圖。這些非光電介質的成本遠低于光刻定義的材料，而且其產生的應力更小，CTE匹配更好，機械和電氣性能更佳。在這里，激光通過包含所需圖案的光刻版投射，然后燒灼襯底（比投影圖案大），移動，再燒蝕，直到所有區域都被圖案化。準分子激光燒蝕是一種經濟的高通量圖案化方法，因為它比光刻定義的電介質圖案化方法步驟少，無需使用濕法化學品，堪稱“綠色”工藝。

　　基于準分子激光的RDL結構工具已經在基于Coherent LAMBDA SX系列激光器的基礎上投入使用。這些準分子激光器的高脈沖能量（》 1 J）和重復頻率（300 Hz）可為低至2μm的特征尺寸提供快速產出量。此外，準分子激光燒蝕的優勢還表現在對特征深度和“側壁角”的出色控制上。而后者尤為重要，由于大角度圖形兩側的“陰影”會對隨后的金屬濺射或氣相沉積過程產生負面影響。

　　CO2和CO激光器用于LTCC切割和打孔

　　如今眾多封裝應用都涉及低溫共燒陶瓷（LTCC），它作為電力或通信器件的微電子基板越來越受歡迎。LTCC被加工成綠色（未燒制）的陶瓷，通常在50μm至250μm范圍內，厚度約為40μm至60μm的氯化聚乙烯（PET）磁帶層上制造。在LTCC電路制造中，激光器主要用于劃片（切割）和鉆通孔兩種工藝過程。

　　追溯歷史，CO2激光器一直都用于LTCC切割。先用激光產生一排緊密間隔的孔，這些孔穿透到襯底中層（如劃片槽），然后再使用機械力沿著該劃片槽將材料折斷。

　　如今，CO激光器作為CO2激光器的替代品，吸引了越來越多的關注。幾年前由Coherent引入市場的工業CO激光器與CO2技術類似，不同之處在于CO激光器的輸出波長約為5μm。該較短波長在LTCC中的吸收明顯低于10.6 m的CO2波長。這使得激光能夠進一步滲透到基板中，劃片深度更深，這樣可使材料更容易斷裂（見圖3）。而且，較低的吸收也會產生較小的HAZ。

　　一直以來，LTCC鉆通孔也依賴于CO2激光器。但是對于這個技術，綠色波長USP激光器可能會成為CO2的首選替代品。這是因為USP激光器可完美平衡質量和產出率之間的矛盾。具體而言，一臺50W綠色USP激光器可以在0.60mm陶瓷中以超過每秒2000個孔的速率生產30μm的通孔。但是，另一方面，CO激光器同樣也可以替代USP激光器。CO激光器已被證明可以在0.65mm厚的燒制陶瓷中以高于1000個孔/秒的速率產生大于40μm的通孔。因此，根據陶瓷的厚度和所需的直徑，USP和CO激光器都是LTCC鉆通孔的最佳選擇。

　　基本優勢相似

　　總之，雖然目前半導體封裝使用多種激光技術，但它們都具有相似的基本優勢。具體而言，這些包含產生高精度特征的非接觸式加工，通常對周圍材料的影響很小，而且產量較高。此外，激光加工是“綠色”的，因為它無需使用危險或難以處理的化學物質。