阅读说明：本技术 一种焊盘预处理领域的微米级金镀层飞秒激光减薄方法 (Femtosecond laser thinning method for micron-sized gold plating layer in field of pad pretreatment ) 是由 李晓鹏 支新涛 邵登云 李宇轩 王克鸿 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种焊盘预处理领域的微米级金镀层飞秒激光减薄方法。该方法为对固定的微米级金镀层工件进行激光辐照处理,利用短脉冲激光高能量、短作用时间的特征,诱导金镀层在作用区域产生库伦爆炸,作用区域金镀层等离子化、气化,实现减薄效果。该方法采用脉冲激光作为能量来源,安全可控,减薄位置可控,残余应力小,减薄形状不受限。本发明适用于需要对表面进行减薄或者局部加工的金镀层材质产品。(The invention relates to a femtosecond laser thinning method for a micron-sized gold plating layer in the field of pad pretreatment. The method is characterized in that laser irradiation treatment is carried out on a fixed micron-sized gold plating workpiece, the characteristics of short pulse laser, high energy and short action time are utilized, coulomb explosion is generated in an action area of the gold plating, the gold plating in the action area is subjected to plasma transformation and gasification, and the thinning effect is realized. The method adopts the pulse laser as an energy source, is safe and controllable, has controllable thinning position, small residual stress and unlimited thinning shape. The invention is suitable for gold plating layer products with the need of surface thinning or local processing.)

一种焊盘预处理领域的微米级金镀层飞秒激光减薄方法

技术领域

本发明涉及金镀层减材加工技术领域，具体地说是一种焊盘预处理领域的微米级金镀层飞秒激光减薄方法。

背景技术

多芯片组件(MCM)是一种将多个集成电路芯片在一个基板上电连接的新型封装形式，多芯片组件除了集成电路芯片，也会将表面贴装元器件纳入其中。由于具有性能高、小型化、混合架构的优点，多芯片组件的使用越来越广泛。在军工、医疗等领域，对产品的可靠性有着极高的要求，金属陶瓷类的封装管壳占据主导地位。多芯片组件将芯片与表面贴装元器件的安装纳入为一体，必然涉及到同一基板上不同用途焊盘的不同形态。

元器件表面贴装领域涉及到焊盘金镀层与钎料的冶金反应以及金镀层与金丝的键合过程。为了保证金线键合质量，金镀层的厚度通常需大于5微米。但微米级别厚度的金镀层在表面贴装元器件焊接过程中易与锡基钎料反应形成金属间化合物，脆性的金锡金属间化合物将极大地降低焊点可靠性，尤其是长期服役性能。因此亟需在实现金丝键合的基础上，选择性降低表面贴装元器件焊盘金层的厚度。通常而言，管壳(基板)的厂家普遍具备进行局部镀金的工艺，但是小型化的封装形式使得局部镀金的操作越来越难。艰难的局部镀金操作使得业界向用前去金这一方式靠拢。目前，通常采用塘锡的方法实现金镀层的选择性去除。即在焊盘上预制锡基钎料，使预制钎料与金层反应，再将最终反应物去除，以此达到除金的目的但去除过程较难控制，金镀层的去除体积，去除质量控制精度较低。

飞秒激光具有瞬间高功率的特点，可以直接对焦点处的金镀层实现气化，去除精度较高，去除位置与体积可控。是一种很好的金镀层减薄方法。具有高能量的飞秒激光可以瞬间实现金镀层的等离子化，热量并没有在晶格间传播，真正实现了金属材料的冷加工。而纳秒激光及连续激光的材料去除原理均为热作用，对已加工表明进行了热处理，容易造成已加工表面的氧化，而飞秒加工由于冷加工的效果，已加工表明并不会受热氧化。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种焊盘预处理领域的微米级金镀层飞秒激光减薄方法。该方法是一种采用可控的高功率激光辐照的方法，实现金镀层工件的局部减薄。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案是：

一种焊盘预处理领域的微米级金镀层飞秒激光减薄方法，包括抽气，固定，调节激光参数，绘制扫描路径，调整加工工艺规程。

具体步骤为：

步骤1，放置金镀层工件在工作台上，加工部位正对激光来源方向；

步骤2，根据需要去除的部位与体积绘制加工路径，制定工艺规程和加工起点；

步骤3，根据工艺规程完成相关激光参数的设置；

步骤4，调节激光焦点位置到加工起点位置，开始加工。

本发明中的激光是指飞秒脉宽级别的红外激光。

本发明中的步骤1中，激光工作台与步骤3中的真空泵相连，实现工件的真空固定吸附。

本发明中的步骤2中，加工路径，需要根据加工部位和形状进行绘制。

本发明中的步骤3中，激光参数包含脉宽、频率和功率。

本发明中的步骤3中，加工工艺规程包含离焦量、扫描速度、重复扫描次数和进给深度。

本发明是：短脉冲激光具有非常高的瞬时功率，焦点处电磁场强度远大于原子对电子的库仑场强，电子瞬间变成自由电子，形成等离子体，在后续激光作用下等离子体吸收激光产生爆炸，实现材料去除，溅射的材料被抽气泵吸走。

本发明相对于现有技术相比具有显著优点为：

1、采用短脉冲激光对金镀层材料进行减薄处理，属于冷加工范畴。

2、采用短脉冲激光对金镀层材料进行减薄处理，可以实现关键位置材料的去除，提高整体性能。

3、采用短脉冲激光对金镀层材料进行减薄处理，高效，降低金镀层减薄的时间成本。

4、采用短脉冲激光对金镀层材料进行减薄处理，无需使用额外的钎料，保护环境，降低成本。

5、采用绘制加工路径的加工方法，可以精确控制不同去除部位的相对精度，有利于实现自动化加工。

采用本发明所述的一种金镀层高效可控减薄方法，可适用于基板上金镀层的局部减薄。

附图说明

图1为本发明的金镀层高效可控减薄方法示意图。

图2为本发明的金镀层高效可控减薄方法扫描轨迹示意图。

图3为激光加工后的形貌图片。

图中1为真空泵，2为抽气泵，3为脉冲激光器控制系统，4为激光，5为金镀层工件，6为工作台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

实施例1

对金镀层进行脉冲激光高效可控减薄加工。放置金镀层工件5在工作台6上，打开真空泵1，使金镀层工件5吸附固定在工作台6上面，之后调整脉冲激光控制系统3，使激光4的焦点处于金镀层工件的上表面，打开抽气泵2，调节激光参数为3.9W，脉宽300fs，重复频率1MHz，扫描速度300mm/s，轨迹间隔0.01mm，加工工艺规程中，加工次数采用1次。采用附图2中S形轨迹1辐照方式进行扫描。实现了金镀层工件的去除，与此同时记录下扫描所用时间。使用共聚焦显微镜对减薄区域进行检测和计算，材料去除率大概为0.14mm³/min,单次去除深度约为2μm。

目前，通常采用搪锡的方法实现金镀层的选择性去除。即在焊盘金层上预制锡基钎料，加热到钎料熔点后，钎料熔化在金层之上，金往钎料中扩散。由于金与钎料相亲和，加上助焊剂的辅助，熔化的钎料在金上铺展开来。此时钎料中的锡与金快速反应生成AnSn4，金层消耗殆尽，新生成的AnSn4混合在熔融的钎料中。此时可以加强热风吹拂，使熔融钎料带着AnSn4脱离焊盘；也可以在温度下降后，以机械的方式将凝固的钎料铲除。总而言之，是通过去除最终反应物，达到除金的目的。但在现有的方式下，去除过程较难控制，效率低下，金镀层的去除体积，去除质量控制精度较低。

本发明采用飞秒激光辐照金镀层表面，通过改变激光功率、离焦量、扫描速度、扫描轨迹和重复次数等参数，进而调整金镀层表面去除效果。通过调节脉冲激光相关参数，使激光能量聚焦到金镀层表面，利用短脉冲的高能量密度，形成的强电场直接引起了焦点处材料的非线性吸收，在极短的时间内，热量来不及扩散，形成等离子体，等离子体再吸收后面的激光能量后发生爆炸，爆炸物被抽气泵抽走，从而实现了金镀层的高效可控减薄。

本发明的金镀层高效可控减薄方法，可以获得较高的材料去除率和较好的表明质量。金镀层高效可控减薄方法的工艺步骤中所采用的扫描方法简单可靠，且减薄位置精确可控。通过改变轨迹，可以轻易实现不规则平面的局部减薄。扩大金镀层材料的使用范围，降低产品成本，减轻环境污染。