激光微连接工艺试验研究(附件)【字数：17171】
随着电子技术的快速发展，封装的小型化、拼装的高密度化和各种各样新型封装技术的出现，使得对电子组装质量的要求也逐渐提高。好的封装质量，就需要良好的钎焊方式。有了良好的钎焊方式电子产品才能有很好的封装效果。从发现激光以来，激光就很早就运用于钎焊方面。激光有着很好的方向性和高功率密度的优点。因此激光有其它焊接方法无法比拟的优势，局部加热使得在高密度基板上焊接热敏感和吸热元器件能够实现，还可以减少焊点间的连接，减少短路。还有快速加热、快速冷却可以在钎焊时产生良好的显微组织，这样有利于提高焊点的抗疲劳性能。因此激光钎焊技术在微电子领域应用前景十分广阔。半导体激光器的波长一般很短、电光转换效率比较高、结构紧凑、维修护理简单，半导体激光器将来一定成为激光钎焊的主要发展方向。本文通过自制的医用芯片激光钎焊设备来进行试验，文章第一部分主要介绍了电子封装技术的由来和作用，还有激光钎焊技术的机理、激光钎焊的特点、优势，发展现状以及发展潜力。第二部分设计实验方案，通过做丝网印刷施加焊膏和激光钎焊的多组对比试验得到最合适的工艺参数。第三部分总结所做实验的到的实验数据，得到最优的工艺参数。关键词电子封装、激光钎焊、丝网印刷Abstract
Keywords: Electronic packaging；Laser brazing；Screen printing 目 录
第一章 绪论 1
1.1电子封装与激光钎焊概论 1
1.1.1电子封装技术 1
1.1.2 激光钎焊概论 2
1.1.3激光软钎焊原理 2
1.1.4激光钎焊特点 3
1.1.5丝网印刷技术 4
1.2 课题研究国内外现状及问题 4
1.2.1课题研究现状 4
1.2.2 激光钎焊技术研究成果 4
1.2.3 半导体激光器研究现状 5
1.3 激光微焊接技术的应用及发展趋势 6
1.4 本文研究内容 7
第二章 实验方案 8
2.1实验内容 8
2.1.1激光微连接动画制作 8
2.1.2夹具设计 8
2.1.3丝网印刷施加焊膏工艺参数研究 9
2.1.4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
激光微连接工艺参数研究 9
2.2 实验材料 10
2.3实验设备 10
2.3.1 3D打印设备 10
2.3.2丝网印刷施加焊膏设备 11
2.3.3激光微连接设备 11
2.4实验步骤 13
2.4.1夹具设计实验步骤 13
2.4.2丝网印刷实验步骤 14
2.4.3激光微连接实验步骤 14
第三章 实验结果分析 15
3.1实验过程 15
3.1.1 激光微连接动画设计过程 15
3.1.2夹具设计过程 15
3.1.3丝网印刷施加焊膏实验过程 18
3.1.4 激光微连接工艺参数研究实验过程 21
3.2夹具设计实验结果分析 27
3.3丝网印刷施加焊膏实验结果分析 28
3.4激光微连接工艺参数研究实验结果分析 28
结论 30
致谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1电子封装与激光钎焊概论
1.1.1电子封装技术
电子封装是要运用膜技术及微细连接技术，在框架或是基板上对半导体元器件等元器件进行布置、固定和连接，能够将连接端引出，固定的方法是使用可塑性绝缘介质封装，形成主体结构的一种工艺。
电子封装的主要目的是为电子产品提供良好的工作环境，是产品可靠性的保障。封装主要目的是安装半导体集成电路芯片的外壳，不仅仅有安放、固定、密封、防水、防潮、保护芯片的作用，还有为芯片内部和外部电提供连接桥梁的作用，封装有以下主要五种功能：
信号分配：封装时使信号和芯片的互连路径和I/O接口引出的路径达到最短，这是为了尽量减小电信号的延迟。
电源分配：使芯片和电路的电流流通顺畅，同时每个部分电源要分配合理，避免不必要损耗。
散热通道：合理安排封装结构及材料，采取适当的方式进行冷却，保证系统运行的稳定。
环境保护：使芯片适应环境的变化，如防水，防潮等。
机械支撑：为互连结构和芯片提供牢固并且可靠的机械保护。
从上世纪 90年代以来，各种消费类电子产品产业得到迅猛发展。微电子产业已经是当今世界第一大的产业，也是中国国民经济的中流砥柱。微电子产业慢慢演变为拥有设计、制造和封装三个方面的独立产业。微电子封装技术对电子产业发展有重大的影响，乃至是决定性的作用，因此近年来发展迅速。微电子封装是将上十万个甚至上百万个半导体（即集成电路芯片）拼装为一个紧凑的密闭的封装体，这是由外界提供能量与电源，并且与外界进行信号交流。微电子封装可以确保在处理信息过程中芯片免受外界的应力和静电破坏。封装一定要满足各个器件的各种性能需要，例如在电感、电容、热能量耗散、可靠性和成本控制等方面的各项要求[1]。
1.1.2 激光钎焊概论
钎焊是用熔点比基板熔点低的金属去进行填充，外界温度保证基体不熔化但钎料融化的时，液态钎料在基板表面融化、润湿并铺展，在基板间隙中填充，同基板相互溶解与扩散，最终冷却形成焊接接头或者焊点从而实现材料连接的方法[2]。由钎焊温度的不同，钎焊可分为硬钎焊和软钎焊。钎料液相线高于450℃进行的钎焊为硬钎焊，低于450℃的为软钎焊。在大多数电子元器件和电子封装过程中，几乎采用的是软钎焊技术。
激光是20世纪以来人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最亮的光”。它的原理在1916年就被物理学家爱因斯坦发现，可是直到1958年激光才被成功人为制造。它的出现，获得了超乎寻常的快速发展，激光的发展不但使古老科学和技术获得了新的研究方法，而且使整个一门新兴产业如雨后春笋般出现。激光让人们可以有效地利用从未有过的先进方法和手段，去获得极大的效益与成果，因此促进了生产力的极大提高。激光焊接技术是激光工业应用的一个重要方面，在激光出现不久后就有人开始了想到了对激光焊接技术的研究[3]。
激光钎焊就是用激光作为热源的焊接技术, 很好利用了激光束优良的方向性和功率高度集中的特点, 是用光学系统将激光束聚集在需焊接部分很小的区域, 很短时间内在接头处形成一个能量高度集中的局部加热区, 熔化钎料, 在母材上润湿, 冷却后即完成焊接[4]。
Keywords: Electronic packaging；Laser brazing；Screen printing 目 录
第一章 绪论 1
1.1电子封装与激光钎焊概论 1
1.1.1电子封装技术 1
1.1.2 激光钎焊概论 2
1.1.3激光软钎焊原理 2
1.1.4激光钎焊特点 3
1.1.5丝网印刷技术 4
1.2 课题研究国内外现状及问题 4
1.2.1课题研究现状 4
1.2.2 激光钎焊技术研究成果 4
1.2.3 半导体激光器研究现状 5
1.3 激光微焊接技术的应用及发展趋势 6
1.4 本文研究内容 7
第二章 实验方案 8
2.1实验内容 8
2.1.1激光微连接动画制作 8
2.1.2夹具设计 8
2.1.3丝网印刷施加焊膏工艺参数研究 9
2.1.4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
激光微连接工艺参数研究 9
2.2 实验材料 10
2.3实验设备 10
2.3.1 3D打印设备 10
2.3.2丝网印刷施加焊膏设备 11
2.3.3激光微连接设备 11
2.4实验步骤 13
2.4.1夹具设计实验步骤 13
2.4.2丝网印刷实验步骤 14
2.4.3激光微连接实验步骤 14
第三章 实验结果分析 15
3.1实验过程 15
3.1.1 激光微连接动画设计过程 15
3.1.2夹具设计过程 15
3.1.3丝网印刷施加焊膏实验过程 18
3.1.4 激光微连接工艺参数研究实验过程 21
3.2夹具设计实验结果分析 27
3.3丝网印刷施加焊膏实验结果分析 28
3.4激光微连接工艺参数研究实验结果分析 28
结论 30
致谢 31
参考文献 32
第一章 绪论
1.1电子封装与激光钎焊概论
1.1.1电子封装技术
电子封装是要运用膜技术及微细连接技术，在框架或是基板上对半导体元器件等元器件进行布置、固定和连接，能够将连接端引出，固定的方法是使用可塑性绝缘介质封装，形成主体结构的一种工艺。
电子封装的主要目的是为电子产品提供良好的工作环境，是产品可靠性的保障。封装主要目的是安装半导体集成电路芯片的外壳，不仅仅有安放、固定、密封、防水、防潮、保护芯片的作用，还有为芯片内部和外部电提供连接桥梁的作用，封装有以下主要五种功能：
信号分配：封装时使信号和芯片的互连路径和I/O接口引出的路径达到最短，这是为了尽量减小电信号的延迟。
电源分配：使芯片和电路的电流流通顺畅，同时每个部分电源要分配合理，避免不必要损耗。
散热通道：合理安排封装结构及材料，采取适当的方式进行冷却，保证系统运行的稳定。
环境保护：使芯片适应环境的变化，如防水，防潮等。
机械支撑：为互连结构和芯片提供牢固并且可靠的机械保护。
从上世纪 90年代以来，各种消费类电子产品产业得到迅猛发展。微电子产业已经是当今世界第一大的产业，也是中国国民经济的中流砥柱。微电子产业慢慢演变为拥有设计、制造和封装三个方面的独立产业。微电子封装技术对电子产业发展有重大的影响，乃至是决定性的作用，因此近年来发展迅速。微电子封装是将上十万个甚至上百万个半导体（即集成电路芯片）拼装为一个紧凑的密闭的封装体，这是由外界提供能量与电源，并且与外界进行信号交流。微电子封装可以确保在处理信息过程中芯片免受外界的应力和静电破坏。封装一定要满足各个器件的各种性能需要，例如在电感、电容、热能量耗散、可靠性和成本控制等方面的各项要求[1]。
1.1.2 激光钎焊概论
钎焊是用熔点比基板熔点低的金属去进行填充，外界温度保证基体不熔化但钎料融化的时，液态钎料在基板表面融化、润湿并铺展，在基板间隙中填充，同基板相互溶解与扩散，最终冷却形成焊接接头或者焊点从而实现材料连接的方法[2]。由钎焊温度的不同，钎焊可分为硬钎焊和软钎焊。钎料液相线高于450℃进行的钎焊为硬钎焊，低于450℃的为软钎焊。在大多数电子元器件和电子封装过程中，几乎采用的是软钎焊技术。
激光是20世纪以来人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最亮的光”。它的原理在1916年就被物理学家爱因斯坦发现，可是直到1958年激光才被成功人为制造。它的出现，获得了超乎寻常的快速发展，激光的发展不但使古老科学和技术获得了新的研究方法，而且使整个一门新兴产业如雨后春笋般出现。激光让人们可以有效地利用从未有过的先进方法和手段，去获得极大的效益与成果，因此促进了生产力的极大提高。激光焊接技术是激光工业应用的一个重要方面，在激光出现不久后就有人开始了想到了对激光焊接技术的研究[3]。
激光钎焊就是用激光作为热源的焊接技术, 很好利用了激光束优良的方向性和功率高度集中的特点, 是用光学系统将激光束聚集在需焊接部分很小的区域, 很短时间内在接头处形成一个能量高度集中的局部加热区, 熔化钎料, 在母材上润湿, 冷却后即完成焊接[4]。
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