基于同轴共焦的激光芯片开封工艺技术研究

介绍了基于同轴共焦的激光芯片开封机的工作原理和总体结构组成，分析了激光开封工艺在开封速度、适应性和可控性等方面的特点相对。文章利用自主研制的LD-01型激光芯片开封机开展芯片开封实验研究，实验结果表明，激光功率5W～10W、重复频率20kHz～30kHz和开封速度500mm/s～600mm/s是较为理想开封效果的工艺参数窗口。

标签：激光开封；同轴共焦；可视化操作

引言

芯片开封（IC decap）是通过物理或化学的方法逐层剥离各类芯片的封装材料，以实现芯片内部结构的目检和电气测试[1]。芯片开封是进行芯片失效分析的重要手段。现行的芯片开封方法有机械开封法、酸刻蚀开封法和等离子体开封法等。机械开封法利用钻头或刀具去除芯片的封装材料，这种开封方法速度慢，可控性差，对结构尺寸微小的芯片不适用；酸刻蚀开封法的原理是以适量强酸腐蚀芯片的塑封层，酸刻蚀开封法形成的废液容易造成环境污染，且开封过程也不可控；等离子体开封也称为化学干腐蚀法[2]，是利用高电压产生强电场，引起反应室内的气体电离产生等离子体，利用等离子体将环氧树脂裂变成粉末，这种方法对芯片性能的影响最小，但是开封过程非常缓慢，一般用于高度集成的器件开封或者进行失效分析。

激光开封是随着激光技术的发展而形成的一种新型芯片开封技术，具有开封速度快、可控性好、无污染等一系列优势，正在成为芯片开封技术领域的研究热点。

激光芯片开封的基本原理是利用高峰值功率、高稳定性的脉冲激光作用到芯片的塑封层上，激光作用点处的塑封层发生汽化而被逐层剥离。在实际的激光开封系统中，激光束被聚焦成微米量级的光斑来完成精细化的开封作业，同时采用高速振镜作为光束偏转器实现高速开封。激光开封机是综合了光学、精密机械、电子和計算机等技术于一体的光机电系统。文章研究工作所依托的激光开封系统集成了同轴影像系统、排烟除尘系统、升降工作台等辅助系统，在此基础上对激光芯片开封工艺进行研究。

1 激光开封工作原理

激光开封的工作原理示意图如图1所示，一束经过聚焦的脉冲激光作用到芯片的塑封材料上，当激光束的功率密度达到108W/cm2，所产生的高温使激光作用点处的塑封材料等离子体化[3]，在表面形成一个“凹坑”。激光束通过振镜的偏转在芯片表面作面扫描，塑封材料就会被逐层等离子体化，直至露出键合丝或晶圆。开封过程中产生的等离子体冷却后形成的烟尘由排烟除尘系统实时排除。