激光由于具有高能量输入密度以及可局部加热的优点而在面阵列电子封装钎料凸点成
形中具有潜在的优势。介绍了激光重熔在面阵列封装钎料凸点成形中的研究进展,并且对PBGA
共晶钎料球激光重熔进行了工艺研究。研究结果表明:采用合适的激光输入能量可以在非常短的
时间内获得表面质量光滑的钎料凸点。

面阵列电子封装如BGA、CSP、Flip Chip 等由于
具有高密度、高可靠性以及优良的电性能等诸多优
点而在大规模集成电路中得到了应用。目前面阵列
钎料凸点成形多采用整体加热方式如热风、红外及
热板重熔等方法。红外辐射和热风对流重熔方法目
前非常成熟,但由于是整体加热方法,重熔时必须经
过预热、保温、重熔和冷却等阶段,因此加热时间相
对较长,而且整体加热方式还使得整个封装器件内
部几乎无温差,从而造成封装体内部芯片的损坏或
留下隐患。特别是近年来对无钎剂钎料凸点成形的
研究和无铅钎料的推广应用,使得形成钎料凸点的
重熔温度不断提高,继续采用整体加热方式将会使
封装器件温升过高以及封装器件变形过大而导致后
期组装和服役过程中的失效。由于激光具有高功率
密度和优良的方向性以及可局部加热的优点,使得
激光重熔在面阵列钎料凸点成形方面具有潜在的优
势。本文首先对激光重熔在面阵列封装钎料凸点成
形中的研究进展进行了介绍。其次,基于提高生产
效率、改善钎料凸点质量和可靠性的思想,对PBGA
钎料球激光重熔工艺进行了有益的探索,实现了快

速高质量的钎料凸点成形。
1 　面阵列封装钎料凸点成形激光重熔研究进展
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。