領袖觀點｜雷射精密加工技術於半導體先進製程的機會與展望

前言

半導體元器件技術，歷經數十年的發展，日新月異； 尤其近十幾年來的進展，更是進步神速，成為全世界各先進國家領導階層和投資界關注的戰略核心，甚至成為一般平民老百姓日常生活中的話題。其也促成了各式各樣新穎的創新和應用科技快速發展，尤其是即將進入我們生活圈裏的5G/6G通訊、無人駕駛等高階人工智慧，可以肯定它將徹底地改變了人類的生活習性和工作方式，非常值得各位先進關注它。隨著半導體晶粒製造微縮技術走到物理極限，先進封裝技術已經成為延伸莫爾定律的重要選項，其中各式各樣的2.5D IC、 3D IC、 SIP、 Fan-IN、 Fan-Out、 Chiplet…等創新設計不斷著被大量地提出來，原本不太受關注的封裝技術，如今吸引大量的資金和高階研發人才的投入，形成百家齊嗚、美不勝收的局面。為了因應這些高性能先進封裝製程技術的需求，雷射精微加工技術成為有效和重要的製造工具，以取代傳統的切割、鑽孔、表面材料移除和改質…等製造手段，預期將為半導體設備產業帶來令人振奮的商機。

雷射精微加工於半導體封裝之應用

雷射在半導體封裝領域應用，於1980年代就已開始利用CO2雷射進行在IC封裝表面打上商標和識別碼（Marking）以取代傳統的油墨打印，但因其色階對比不佳且無法程式化，因此推動不易。約在1998年前後，隨著雷射技術快速成長，掃描器之軟、硬體技術成熟，使其可達成小型化、可程式化的特性，在短短幾年的時間幾乎完全取代傳統的油墨打印工藝，達成大量降低製程中生產成本的目標；並因其可達成微細字體、可程式化和易於進行生產控管IT化的特性，促使Laser Marking成為現代先進封裝工廠全自動化、無人化生產技術的重要資訊載具（information carrier）。也同時解決工業界無法生產資訊即時化、與少量多樣生產之長久困擾，更改變了整個製造資訊追蹤和品質控制的型態，促進現代半導封裝製程技術改善、客戶品質回饋和生產資訊管理等基礎工程的發展。

近年來雷射技術的發展相當迅速，各種波段（wave length）和微秒（microsecond）、皮秒（pico second）、飛秒（femto second）等工業用途雷射裝置相繼被開發出來，而其中 皮秒和飛秒因其pulse width在皮秒(10^-12秒)或飛秒(10^-15秒)水準，因此常被通稱為超快雷射。這些超快雷射擁有極高的峰值（peak power）、極高的頻率、可被控制的極小光點能量（spot energy） 和極低的無效熱傳遞，因此近代先進封裝製程逐步導入該等功能強大的技術，應用於微細（~1~30um）加工製程，以達成產品尺寸精準、低熱效應和加工速度快的目的。再者近年來雷射光路光學技術也進步神速，已可實現多光束、多焦點、長焦點、任意幾何光斑和快速任意形狀掃瞄技術（~50MHZ以上）…等，讓雷射加工應用變得更有彈性和效率，大量降低封裝成本; 因此,順理成章的變成半導體精微加工利器，頗受市場的歡迎。

現今半導體先進封裝製程除了在封裝設計的突破，跟隨封裝結構的多樣化、複雜化、微細化和功能特性上高頻化、高速化、高能量化的種種需求，且為數眾多的非傳統封裝材料被大量的運用，也因此對傳統的封裝技術構成諸多難以突破的挑戰；雷射精微加工或雷射/電漿混合式精微加工剛剛好可提供適當的解決方案，扮演好幕後英雄的重要角色。