陶瓷基板具有優(yōu)良電絕緣性能,高導熱特性,可靠性高,高頻特性好,熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)點,已成為大功率電力電子電路結構技術和互連技術的基礎材料。常用的電子封裝陶瓷基板材料有氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、氮化硅(Si3N4)等。
由于陶瓷材料本身堅硬且易碎的特點,導致其導通孔制備、外形切割或劃片的加工難度非常高,傳統(tǒng)機械加工方法費時費力,且在加工過程中存在應力,易對基板造成損傷。激光作為一種柔性、高效率、高良率的加工方法,在陶瓷基板的加工上展現(xiàn)了非凡的能力。1、激光技術的優(yōu)點
激光是一種無接觸加工、無刀具磨損、高精度及高靈活性的先進加工技術,具有精度高、高效可控、熱影響區(qū)小、無切削作用力、無“刀具”磨損等優(yōu)點,成為現(xiàn)今陶瓷加工最理想的手段之一。
1)激光切割頭不會與材料表面相接觸,不劃傷工件。
2)切割間隙狹窄,節(jié)約材料;
3)激光斑點小,能量密度大,精度高,速度快,劃線寬度、深度穩(wěn)定性高;
4)激光加工精細,切割面光滑無毛刺;
5)熱影響區(qū)小,工件局部變形極小,無機械變形。陶瓷基板容易破碎,對工藝技術要求較高,所以常采用激光打孔。它具有精確、快速、高效的特點,能大規(guī)模、批量打孔,對工具無損耗等特點,符合陶瓷基板高密度互連、精細發(fā)展的要求;
6) 加工柔性好,可以加工任意圖形,可切割異型材。
2、激光在陶瓷基板的應用
在各類陶瓷基板加工過程中,激光加工早已成為主流應用。目前,陶瓷基板的激光加工設備主要是用于切割、劃線、打孔以及激光打標。由于燒結收縮率大,無法保證燒結后陶瓷片尺寸的精確度,無法準確預留用于裝配的各種孔、槽、邊,因此燒結后需要再加工。而激光切割的非接觸式的加工方式使產品內部無應力,切割邊緣崩邊量小,精密度高,加工良率高。
激光劃片又叫劃痕切割或控制斷裂切割,其機理是激光光束通過導光系統(tǒng)聚焦到陶瓷基板表 面,發(fā)生放熱反應產生高溫,燒蝕、融化并氣化陶瓷劃線區(qū)域,在陶瓷表面形成相互銜接的盲孔孔洞(溝槽)。若沿劃線區(qū)施加應力,由于應力集中,材料很容易準確地沿劃片線路折斷,完成分片。在燒結后陶瓷基板劃線工序中,激光同樣有非常廣泛的應用。劃線是在陶瓷表面通過激光灼燒出連續(xù)密集排列的點狀凹坑而形成線條,以方便封裝后分成獨立的小單元。打孔是激光在HTCC和LTCC以及DPC制作過程中應用最多的工藝加工方式。使用激光打孔機將上下兩面基板打通,作為上下板面連通的路徑,實現(xiàn)陶瓷基板上/下表面垂直互聯(lián),可實現(xiàn)電子器件三維封裝與集成。
激光打孔機鉆孔針對不同的陶瓷材料會使用紅外、綠光、紫外、CO2等不同波段激光束照射材料表面,每發(fā)出一次雷射脈沖就有一部分材料被燒灼掉。與機械打孔相比,激光鉆孔擁有很多優(yōu)勢,具有加工精度更高、耗材成本低、產品靈活性高等優(yōu)點。激光打標,是利用激光打標機將產品二維碼雕刻到陶瓷基板上。激光打標是普遍的激光加工技術之一,其原理是利用高能量密度的激光對工件進行局部照射,使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化,從而留下持久性標記。隨著微電子行業(yè)的不斷發(fā)展,電子元器件逐漸朝著微型化、輕薄化的方向發(fā)展,對精度的要求也越來越高,這勢必對陶瓷基板的加工程度提出越來越高的要求,激光技術大有可為。