激光重熔钎料凸点的思想是从激光软钎焊发展
而来的。激光软钎焊方法能够在很短的时间内使被
连接处形成一个能量密度高度集中的局部加热区,
封装器件不会产生热应力,热敏感性强的器件不会
受热冲击。同时还能细化焊点的结晶晶粒度从而也
提高了焊点的韧性与抗疲劳性能。自从1974 年美
国的C. F. Bohman 率先将CO2 激光应用于微电子组
装软钎焊以来,激光软钎焊设备和工艺得到了迅速
的发展,并且在QFP 器件的表面组装中得到了应
用。伴随着面阵列电子封装器件的出现和应用,人
们开始将激光软钎焊的思想用在了阵列式封装钎料
凸点成形或连接工艺中。
1996 年德国Fraunhofer IZM 与柏林Pac Tech 公
司合作开发了无钎剂钎料凸点成型机。该机器包括
一个Z 轴可控的分球装置头、用于重熔的激光束与
用于基板定位的可精确控制的X - Y 工作台。该设
备在工作时分球装置首先把钎料球导入吸嘴,然后
用N2 气将球吹到芯片焊盘上,短脉冲激光迅速对钎
料球进行重熔。由于采用N2 气保护,因此获得的钎
料凸点成形良好。该设备可以在芯片和基板上制作
尺寸从FC(100μm) 至BGA(1 mm) 的钎料凸点,而且
可以放置间距为150μm 的钎料球。既适合于PbSn
钎料,也适合于高熔点无铅钎料如AuSn。激光无钎
剂钎料凸点成形机如图1 所示。
图1 　激光无钎剂钎料凸点成形机
在激光重熔光源的选择研究方面,Nd : YAG激
光、半导体激光均被人们所采用。一般研究表明,采
用YAG激光进行重熔要优于CO2 激光,因为PCB 材
料对波长为10. 6μm 的CO2 激光的吸收率远大于波
长为1. 06μm 的YAG激光,而未熔化钎料对CO2 激
光的反射率也大于YAG激光,因此在保证加热效率
的同时可有效防止凸点激光反射对基板的损伤,而
且YAG激光可利用光导纤维传输激光能量。半导
体激光的波长更短(780～830 nm) ,辐射能量更易被
钎料吸收;同时半导体激光器的电—光转换效率可
达30 % ,而CO2 激光器只有10 % ,YAG激光器仅有
1 %～3 %;此外半导体激光器结构极为紧凑,维护
简单,这些特点使半导体激光器在自动化的激光重
熔系统中表现出巨大的吸引力,并将成为今后主要
发展方向。目前典型的半导体激光二极管阵列的输
出功率已达20～50 W。图2 为松下公司研制的具
有视觉系统的激光二极管阵列重熔系统。该系统的
核心是激光二极管阵列光源,通过光纤束传递激光,
并利用绝缘镜校直激光与待重熔部位对准。