CN114833458B - 一种预防激光灼烧芯片的打印方法、装置及打印机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种预防激光灼烧芯片的打印方法、装置及打印机，所述方法包括步骤：获取激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的实际距离；比较所述实际距离是否大于等于预设的安全距离，并以比较结果为依据选择对应的打印机处理模式。本发明用以改善现有的打印中容易发生激光烧伤芯片的问题。

Description

一种预防激光灼烧芯片的打印方法、装置及打印机

技术领域

本发明涉及激光打印领域，具体涉及一种预防激光灼烧芯片的打印方法、装置及打印机。

背景技术

激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标有雕刻和掩模成像两种方式:掩模式打标用激光把模版图案成像到工件表面而烧蚀出标记。雕刻式打标是一种高速全功能打标系统。激光束经二维光学扫描振镜反射后经平场光学镜头聚焦到工件表面，在计算机控制下按设定的轨迹使材料汽化，可以打出各种文字、符号和图案等，字符大小可以从毫米到微米量级。激光打印是以激光成像为基础衍生而来的打印技术，具有成像效果好、打印速度快等优点。随着科技的发展，为了满足人们的需求，激光打印机的终端产品日趋便利化，例如产品日趋体积小、厚度薄、质量轻便等。因此导致激光打印机内部的封装器件需更小更薄，同时随着产品本身的功能不断增加，超薄环氧树脂或其他散热胶搭配多层叠加芯片的打线结构应运而生，然而此类结构在打印过程中容易发生激光烧伤芯片的现象。

发明内容

鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供一种预防激光灼烧芯片的打印方法、装置及打印机，以改善现有的打印中容易发生激光烧伤芯片的问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种预防激光灼烧芯片的打印方法，包括步骤：

获取激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的实际距离；

比较所述实际距离是否大于等于预设的安全距离；并以比较结果为依据选择对应的打印机处理模式。

在本发明一实施方式中，所述打印机处理模式包括：当所述实际距离大于等于所述预设的安全距离时进行打印，当所述实际距离小于所述预设的安全距离时进行报警。

在本发明一实施方式中，所述打印机处理模式包括：当所述预设的安全距离小于等于所述实际距离时，进行打印；当所述预设的安全距离大于所述实际距离时，判断是否存在可执行的打印路径，当存在可执行的打印路径时，进行打印。

在本发明一实施方式中，当不存在可执行的打印路径时，进行报警。

在本发明一实施方式中，所述判断是否存在可执行的打印路径的步骤包括：调整激光的行走路径，获取激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的当次实际距离，判断所述当次实际距离是否大于等于所述预设的安全距离；当判断结果为是时，则存在可执行的打印路径，当判断结果为否时，重复本步骤。

在本发明一实施方式中，当满足设定的条件仍未寻得所述可执行的打印路径时退出寻找，并进行报警。

在本发明一实施方式中，通过对裸片进行打印，模拟所述裸片所能承受的最大能量，并计算得出所述安全距离。

在本发明一实施方式中，所述调整激光的行走路径包括：调节激光头的位置以改变激光的行走路径。

本发明还提供一种预防激光灼烧芯片的打印装置，用于实现任一项所述的打印方法，包括：位移传感器及处理器，其中，位移传感器获取激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的实际距离；；处理器比较所述实际距离是否大于等于预设的安全距离；并以比较结果为依据选择对应的打印机处理模式。

本发明还提供一种打印机，所述打印机包括壳体，所述壳体内设置有激光打印组件、控制组件、电源组件以及接口组件，所述激光打印组件用于进行激光打印；所述控制组件包括处理器，用于控制激光打印组件、接口组件以及其余相关组件，电源组件连接市电并为打印机提供适合的电源；接口组件包括若干个接口，用于进行通讯或数据连接；所述打印机采用所述的打印方法进行打印。

在本发明一实施方式中，所述激光打印组件包括激光头、芯片以及覆盖于所述芯片上的封装层，所述激光头发射的激光在所述封装层上进行打印，所述激光头与所述芯片表面的距离可调。

在本发明一实施方式中，所述激光打印组件包括位移传感器，所述位移传感器与所述处理器连接，所述位移传感器用于获取所述获取激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的实际距离。

本发明预防激光灼烧芯片的打印方法，通过比较激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的安全距离与真实距离，并以比较结果选择处理模式，从而有效避免激光打印过程中发生激光灼烧芯片的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明芯片及封装层的结构示意图；

图2为芯片功能异常后高倍显微镜下的芯片表面；

图3为通过物理层面的失效分析后的芯片表面；

图4为本发明调整激光行走路径的示意图；

图5为本发明预防激光灼烧芯片的打印方法的流程图；

图6为本发明预防激光灼烧芯片的打印方法的原理图；

图7为本发明防止芯片被灼伤的失败率与打印表面与芯片之间沿激光方向的实际距离B的关系对照图；

图8为本发明芯片是否被灼伤的原理对照图；

图9为本发明预防激光灼烧芯片的打印装置的结构框图；

图10为本发明打印机的结构框图。

元件标号说明

100、激光打印组件；110、芯片；111、第一芯片；112、第二芯片；113、第三芯片；120、封装层；130、激光头；140、位移传感器；200、控制组件；210、处理器；300、电源组件；400、接口组件。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

须知，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1至图4，本发明中的芯片110包括至少两个子芯片，至少两个子芯片自下而上依次铺设，且子芯片的上或下表面的面积自下而上逐级递减。封装层120由导热胶制成，导热胶可以为环氧树脂或其他具有导热功能的材质。封装层120位于全部芯片的外周，将全部芯片包裹住。激光行走路径对应的封装层与芯片表面的实际距离是指：封装层的上表面与当前激光延长线同芯片的交点所处的芯片表面间的距离B。激光在封装层上进行打印，打印时，激光垂直射入封装层中。因此，封装层表面与打印表面(即打印时激光终点处于的表面)的实际距离可以为激光在封装层120中的行程，一般激光在封装层中的行程小于等于相应的封装层表面至芯片表面的距离B。，例如打印机出厂时，激光的初始路径是自封装层上表面的a处射入然后在c处开始打印，激光延长线与最上层芯片上表面的交点为b，所以ac为激光的行程，ab为激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的实际距离B。

请参阅图1，在本发明一实施方式中，芯片110包括三个子芯片，分别为第一芯片111、第二芯片112以及第三芯片113，其中第三芯片113位于最下方，第二芯片112铺设在第三芯片113上，第一芯片111铺设在第二芯片112上。每一子芯片包括基板及位于基板上方的电路结构。激光垂直射入封装层中时，打印机出厂时默认实际距离即为封装层上表面至第一芯片上表面的距离B。由于市场对封装芯片的需求越来越薄，实际封装生产过程中又会因晶圆厚度公差，注塑模具(用来浇注导热胶，以形成封装层)厚度公差，造成B值不固定或B值过小，从而导致芯片存在镭射打印灼伤风险。

请参阅图2至图3，现有的激光打印后芯片功能异常现场时有发生，高倍显微镜下观察芯片，发现芯片表面有轻微烧伤，PFA(Physical Failure Analysis,物理层面的失效分析)发现下层金属烧坏造成铜迁移。造成芯片烧伤是由于封装层表面到芯片表面的距离较小，激光的镭射能量短时聚集，激光产生的镭射能量释放不掉造成芯片表面烧伤。例如激光点产生的温度在1200摄氏度左右，大于Cu的熔点(1083摄氏度)和Al的熔点(660摄氏度)，从而造成烧伤。

请参阅图4至图6，本发明提供一种预防激光灼烧芯片的打印方法，所述芯片外部覆盖有封装层，包括步骤：

获取安全距离B₀。激光在封装层中运动的过程中会不断散去热量，所以激光在a处的能量与在c处的能量是不一样的，安全距离B₀是指激光能量降至芯片能够承受的最大能量时需要在激光行走路径对应的封装层上表面与芯片表面的最小距离，即为了不烧伤芯片，封装层上表面与芯片表面的最小厚度。一般而言，打印机出厂时，其内部配置的激光器、芯片及封装层也已经确定，因此安全距离B₀也已经确定，可以通过人工操作进行安全距离预设，以使处理器获取所述安全距离B₀。

在本步骤中，打印机出厂前，其安全距离B₀的具体数值可以通过以下方式获得：

获取激光到达芯片表面时的能量P与激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的实际距离B的对应关系：P＝h(F,S,B),其中F为激光器的频率，S为激光的打印速度，B为激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的实际距离，实际距离B的起点为激光在封装层中的入射位置，终点为激光延长线与芯片的交点，h为对应的函数关系，该函数关系可以通过仿真实验或其他可行实验获得，不同的导热胶对应的函数关系不尽相同。

生产前期进行裸芯片的镭射打印验证，模拟出芯片表面能够承受的能量阈值，所述能量阈值是指芯片表面可承受的最大能量值，当激光能量大于该能量阈值时会灼伤芯片，将能量阈值代入前述的对应关系中，推算出激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的安全距离B₀。

利用位移传感器获取激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的实际距离。位移传感器可安装于相应的位置，例如激光头301上，其检测路径与激光平行，传感器的检测路径能够穿透封装层检测到在入射点至芯片表面的距离值即为激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的实际距离。当激光垂直射入封装层中时，传感器可安装于激光器对应的位置的上方，此时传感器只需检测出当前位置下，封装层上表面距离对应的芯片上表面的厚度值，即为激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的实际距离。

比较所述安全距离与所述实际距离，并以比较结果为依据选择对应的打印机处理模式。所述打印机处理模式包括：打印或者报警。其中打印是指启动打印程序，在当前激光路径下激光射入的封装层中进行打印作业。报警是指通过声音、灯光或者震动等方式进行报警，并在打印机的显示屏上显示警报标识。警报标识可以是红色指示灯、叹号、灼伤图案或文字提示等。

在本发明一实施方式中，以比较结果为依据选择对应的打印机处理模式的步骤包括：当所述实际距离大于等于所述预设的安全距离时进行打印，当所述实际距离小于所述预设的安全距离时进行报警。

在本发明一实施方式中，以比较结果为依据选择对应的打印机处理模式的步骤包括：当所述安全距离小于等于所述实际距离时，进行打印。当所述安全距离大于所述实际距离时，判断是否存在可执行的打印路径。

请参阅图4至图6，判断是否存在可执行的打印路径的具体过程可以为：调节激光头的位置(例如将激光头自第一芯片的正上方调节至第二芯片的正上方)，以调整激光在封装层中的行走路径，获取当前激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的当次实际距离B_当次，判断所述当次实际距离是否大于等于所述安全距离B₀；当判断结果为是时，则存在可执行的打印路径，当判断结果为否时，重复本过程(即跳至调整激光在封装层中的行走路径的步骤)，直至存在可执行的打印路径或满足设定的条件。满足设定的条件是指遍历封装层表面与所有子芯片表面的距离或者激光器的调节次数达到设定阈值。

其中，遍历封装层表面与所有子芯片表面的距离旨在使激光打印路径在任意子芯片的正上方遍历一遍。激光器的调节次数的设定阈值大于两次，两次中的执行路径中至少有一次执行路径下的激光在封装层中的行程等于封装层上表面与芯片表面的最大距离(例如封装层上表面与第三子芯片表面的距离)。在本过程中，调节激光头301包括水平方向调整激光头301的位置。此外，还可以通过调节芯片位置进行调整行走路径。需要说明的是本说明书中的调整激光在封装层中的行走路径的可行方案只是为了更好的了解技术方案，并不是对可行路径的具体限定。本发明所述的调节激光在封装层中的行走路径包括一切能够改变激光在封装层中的行走路径的全部可行方案。

当存在可执行的打印路径时，进行打印。当满足设定的条件仍未寻得可执行的打印路径时，则视为不存在可执行的打印路径，退出寻找。当不存在可执行的打印路径时，进行报警。

请参阅图7，芯片表面受到的激光热量有两个影响因子，一是待打印表面与芯片之间沿激光方向的实际距离B，二是激光镭射的能量。从该图中可以得出：B值与失效率成线性关系，B值越大，失效率越低。

请参阅图8，图中左半部分为芯片灼伤的原理示意图，图中的右半部分为预防芯片灼伤的原理示意图，由于封装层具有散热的作用，因此可以通过保证激光在封装层中的行程来限制激光达到芯片表面时的能量。从而避免芯片表面被激光灼伤。

请参阅图9，本发明还提供一种预防激光灼烧芯片的打印装置，用于实现所述的预防激光灼烧芯片的打印方法，包括：位移传感器140以及处理器210；其中，位移传感器140用于获取激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的实际距离；处理器210用于比较所述实际距离是否大于等于预设的安全距离，并以比较结果为依据选择对应的打印机处理模式。

请参阅图10，本发明还提供一种打印机，所述打印机包括壳体，所述壳体内设置有激光打印组件100、控制组件200、电源组件300以及接口组件400，其中激光打印组件100用于进行激光打印。控制组件200包括处理器210，用于控制激光打印组件100、接口组件400以及其余相关组件，电源组件300连接市电并为打印机提供适合的电源；接口组件400包括若干个接口，用于进行通讯或数据连接。所述打印机采用所述的打印方法进行打印。

在本发明一实施方式中，所述激光打印组件100包括激光头130、芯片110以及覆盖于所述芯片上的封装层120，所述激光头130发射的激光在所述封装层120上进行打印，所述激光头130与所述芯片上表面的距离可调，所述激光头的打印路径可调。所述激光头的打印路径可调是指激光器照射在封装层中的位置可调节。所述芯片包括至少两个子芯片，至少两个子芯片自上而下依次铺设而成，且至少所述子芯片的上表面的面积自上而下依次变大。芯片上表面由每一层子芯片上表面中裸露在封装层中的部分构成。

在本发明一实施方式中，所述激光头的位置可调。在本发明另一实施方式中所述芯片的位置可调。

在本发明一实施方式中，所述激光打印组件100包括位移传感器140，所述位移传感器140与所述处理器连接，所述位移传感器140用于获取所述获取激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的实际距离。处理器210用于比较所述实际距离是否大于等于预设的安全距离，并以比较结果为依据选择对应的打印机处理模式。

本发明预防激光灼烧芯片的打印方法，根据待打印表面与芯片之间沿激光方向的安全距离与实际距离的比较结果选择处理模式，从而有效避免激光打印过程中发生激光灼烧芯片的发生。当待打印表面与芯片之间沿激光方向的实际距离低于安全距离时，通过调整激光的行走路径来增加待打印表面与芯片之间沿激光方向的实际距离，从而避免激光灼伤芯片。若不存在可执行的打印路径即待打印表面与芯片之间沿激光方向的实际距离始终低于参考值时，则进入报警模式，从而预防芯片被激光灼伤。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种预防激光灼烧芯片的打印方法，其特征在于，包括步骤：

获取激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的实际距离；

比较所述实际距离是否大于等于预设的安全距离，并以比较结果为依据选择对应的打印机处理模式；

所述打印机处理模式包括：当所述预设的安全距离大于所述实际距离时，判断是否存在可执行的打印路径，当存在可执行的打印路径时，进行打印；

所述判断是否存在可执行的打印路径的步骤包括：调整激光的行走路径，获取激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的当次实际距离，判断所述当次实际距离是否大于等于所述预设的安全距离；当判断结果为是时，则存在可执行的打印路径；当判断结果为否时，重复本步骤，直至存在可执行的打印路径或满足设定的条件，满足设定的条件是指遍历封装层表面与所有子芯片表面的距离或者激光器的调节次数达到设定阈值。

2.根据权利要求1所述的预防激光灼烧芯片的打印方法，其特征在于，所述打印机处理模式还包括：当所述预设的安全距离小于等于所述实际距离时，进行打印。

3.根据权利要求1所述的预防激光灼烧芯片的打印方法，其特征在于，当满足设定的条件仍未寻得所述可执行的打印路径时，视为不存在可执行的打印路径，退出寻找，并进行报警。

4.一种预防激光灼烧芯片的打印装置，用于实现权利要求1-3任一项所述的打印方法，其特征在于，包括：

位移传感器，获取激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的实际距离；

处理器，比较所述实际距离是否大于等于预设的安全距离；并以比较结果为依据选择对应的打印机处理模式。

5.一种打印机，其特征在于，所述打印机包括壳体，所述壳体内设置有激光打印组件、控制组件、电源组件以及接口组件，所述激光打印组件用于进行激光打印；所述控制组件包括处理器，用于控制激光打印组件、接口组件以及其余相关组件，电源组件连接市电并为打印机提供适合的电源；接口组件包括若干个接口，用于进行通讯或数据连接；所述打印机采用所述的权利要求1-3任一项所述的打印方法进行打印。

6.根据权利要求5所述的打印机，其特征在于，所述激光打印组件包括激光头、芯片以及覆盖于所述芯片上的封装层，所述激光头发射的激光在所述封装层上进行打印，所述激光头与所述芯片表面的距离可调。

7.根据权利要求6所述的打印机，其特征在于，所述激光打印组件包括位移传感器，所述位移传感器与所述处理器连接，所述位移传感器用于获取激光行走路径对应的封装层表面与芯片表面的实际距离。