TW201707182A - 雷射標記裝置與方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種雷射加工系統及雷射加工方法。根據本發明的實施例，雷射加工系統包括：光束分離器，其將自雷射光源射出的雷射束分為加工束與測定束；感測器部，其對自上述光束分離器出射的上述測定束的強度進行測定；控制部，其判斷隨時間發生的上述測定束的強度變化是否處於所設定的容許誤差內；及遮光板，其於上述控制部判斷出隨時間發生的上述測定束的強度變化處於上述容許誤差外的情形時，遮斷上述加工束的行進。

Description

雷射處理的裝置與方法
本發明揭示一種雷射加工裝置及方法，且揭示一種藉由調節照射至加工物的雷射脈衝波的形狀而提高雷射加工品質的雷射加工裝置及方法。
通常，半導體封裝體藉由如下方式構成：於引線框架等上接著半導體晶片，利用導線連接上述半導體晶片與引線框架，利用半導體封裝用密封材密封上述半導體晶片、引線框架等。
半導體封裝用密封材可保護半導體元件免受來自外部的衝擊、振動、水分、放射線等的影響。於1960年代前，使用金屬或陶瓷材料作為半導體封裝用密封材，但自1960年代末開始，使用成形容易且較為經濟的環氧樹脂化合物（Epoxy molding compound；以下稱為EMC）。
於利用密封材封裝半導體元件的密封製程後，在上述密封材的表面上標記製造公司、製品名、製造日期及商標等各種文字或圖案等。利用墨水或雷射實現標記，主要考慮標記製程的便利性、速度、經濟性等而進行雷射標記。
隨著半導體封裝體的尺寸逐漸更小型化，半導體封裝用密封材的厚度亦逐漸變薄。另外，因半導體封裝用密封材的厚度變薄，會產生雷射束透射密封材而傳輸至半導體元件的情形。因此，存在如下問題：於密封材表面的標記製程中，密封材內部的半導體元件受損而產生不良品。
[發明欲解決的課題] 於利用雷射束對半導體封裝用密封材執行標記製程時，防止半導體元件受損。
[解決課題的手段] 於一觀點中， 提供一種雷射標記方法，其是利用雷射束於半導體元件封裝用密封材上形成標記圖案的方法，上述雷射標記方法包括如下步驟： 向上述密封材的表面照射不會使由上述密封材封裝的上述半導體元件破損的波長的雷射束的步驟；及 一面移動上述雷射束的照射區域，一面於上述密封材上形成上述標記圖案的步驟；且 根據上述密封材所包括的填充劑的透射率光譜而決定上述雷射束的波長。
上述半導體元件封裝用密封材可包括環氧樹脂組成物（Epoxy Molding Compound：EMC）。
上述填充劑可包括氧化矽（Silica）材質。
可於對氧化矽材質的透射率較小的波長範圍內決定上述雷射束的波長。
上述雷射束的波長可為大致2.7 μm至2.8 μm。
於另一觀點中， 提供一種雷射標記裝置，其利用雷射束於半導體元件封裝用密封材上形成標記圖案，上述雷射標記裝置包括： 光源，其出射不會使由上述密封材封裝的上述半導體元件破損的波長的雷射束；及 掃描儀，其向上述密封材的表面照射自上述光源出射的雷射束；且 根據上述密封材所包括的填充劑的透射率光譜而決定上述雷射束的波長。
上述半導體元件封裝用密封材可包括環氧模製化合物（Epoxy Molding Compound：EMC）。
上述填充劑可包括氧化矽（Silica）材質。
可於對氧化矽材質的透射率較小的波長範圍內決定上述雷射束的波長。
上述雷射束的波長可為大致2.7 μm至2.8 μm。
[發明之效果] 根據例示性的實施例，於利用雷射束的標記製程期間，可防止封裝於密封材的半導體元件受損。
於以下圖式中，相同的參照符號代表相同的構成要素，且於圖式中，為了說明的明確性及便利性，可誇張表示各構成要素的尺寸。另一方面，以下所說明的實施例僅為示例，可根據這些實施例實現各種變形。
第一、第二等用語可用於說明各種構成要素，但構成要素不應受用語的限定。用語僅以自其他構成要素區分一個構成要素為目的而使用。
只要未於文中明確地表示其他含義，則單數的表達包括複數的表達。並且，於記載為某個部分“包括”某個構成要素時，只要無特別相反的記載，則意味著可更包括其他構成要素，而並非是指排除其他構成要素。
並且，說明書中所記載的“…部”、“模組”等用語是指對至少一個功能或動作進行處理的單位。
圖1是例示性地表示半導體封裝體10的情況的立體圖。
參照圖1，可藉由密封材12密封半導體元件14。半導體元件14可為半導體晶片、積體電路（IC）、大規模IC（largescale IC，LSI）等利用半導體的電子裝置，並不限制於上述示例。於圖1中，簡單地表示於密封材12的內部內置有半導體元件14，但於密封材12的內部，可更內置有追加性的零件。例如，於密封材12的內部，可更內置有用以將半導體元件14與外部電路連接的導線（wire）、引線框架（lead frame）、焊球（solder ball）等。
密封材12可例示性地包括環氧模製化合物（Epoxy Molding Compound；以下稱為EMC）。密封材12可執行保護半導體元件14免受如衝擊、放射線、水分等的外部環境的影響的作用。並且，密封材12於半導體封裝體10安裝至其他裝置時，可提供表面安裝的簡便性。於圖1中，表示半導體封裝體10的形狀呈正六面體的情形，但實施例並不限制於此，半導體封裝體10的形狀亦可根據安裝至其他裝置的形狀而改變。
圖2是表示沿I-I'線切割圖1所示的半導體封裝體10所得的剖面的剖面圖。
參照圖2，於密封材12的EMC之間，可包括多個填充劑（填料；filler 20）。填充劑可例示性地呈球形顆粒形狀，其尺寸亦可分別不同。填充劑20可支持密封材12而使密封材12保持固定的形狀。填充劑20可例示性地為氧化矽（Silica；SiO2 ）材質的顆粒。然而，填充劑20的材質並不侷限於此。例如，填充劑30亦可由添加至EMC而可保持密封材12的形狀的其他材質的顆粒實現。
圖3是表示利用雷射束L1於密封材12的表面執行標記製程的圖。並且，圖4是例示性地表示藉由圖3所示的標記製程形成的標記產物的圖。
參照圖3，可向密封材12的表面照射雷射束L1。雷射束L1可通過聚焦光學系統50而聚焦至密封材12的表面。然而，上述內容僅為示例，雷射束L1亦可不經由聚焦光學系統50而照射至密封材12的表面。如上所述，若密封材12包括EMC，則可由環氧樹脂所包括的碳原子吸收雷射束L1的能量。若密封材12的表面吸收雷射束L1的能量，則可如圖3所示般藉由雷射束L1而分解密封材12的表面中的一部分。另外，若按照所期望的標記形狀移動照射雷射束L1的位置，則可如圖4所示般於密封材12的表面形成標記圖案15。
入射至密封材12的表面的雷射束L1中的一部分可透射至密封材12的內部。另外，透射至密封材12的內部的雷射束L1中的一部分可到達位於密封材12的內部的半導體元件14。若雷射束L1傳輸至半導體元件14，則會對半導體元件14造成損傷，因此會降低半導體封裝體10的製造製程的產率。然而，並非到達半導體元件14的雷射束均會對半導體元件14造成損傷。一部分雷射束於密封材12的EMC散射，或即便被吸收而到達半導體元件14，上述雷射束的能量密度亦會較小。
圖5是表示入射於密封材12的雷射束L1於EMC散射的情況的剖面圖。
參照圖5，入射於密封材12的表面的雷射束L1中的一部分可透射至密封材12的內部。其中，可於EMC吸收或散射透射的雷射束L1。於EMC散射的雷射束L2會隨著散射面積變廣而單位面積的能量傳輸量減少。因此，於密封材12的內部的EMC散射的雷射束L2即便到達半導體元件14，亦不會對半導體元件14造成較大損傷。
圖6是表示入射於密封材12的雷射束L1於EMC散射的情況的另一例的剖面圖。
參照圖6，入射於密封材12的雷射束L1中的一部分可到達密封材12所包括的填充劑20。於填充劑20呈接近球（sphere）的形狀的情形時，填充劑20可執行將所入射的雷射束聚焦的光學元件的功能。即，雷射束可於填充劑20的內部聚焦，而並非散射。其中，於圖6所示的例中，通過填充劑20的雷射束會再次與EMC相遇。因此，會再次於EMC上吸收或散射大部分雷射束。於EMC散射的散射束L3會隨著散射面積變廣而單位面積的能量傳輸量減少。因此，於圖6所示的例中，透射至密封材12的內部的雷射束L1亦不會對半導體元件14造成較大損傷。
圖7是表示入射於密封材12的雷射束L1通過填充劑20而到達半導體元件14的例的剖面圖。
參照圖7，入射於密封材12的雷射束L1可經過EMC而入射至填充劑20。於圖7中，多個填充劑20可沿雷射束L1的行進路徑而排列於S1區域。於該情形時，填充劑20可發揮雷射束L1的光波導作用。即，與於EMC中不同，通過填充劑20的雷射束L1不會散射而傳輸至半導體元件14。並且，於如圖7般填充劑20呈球形狀的情形時，填充劑20可與凸透鏡一併發揮作用而使雷射束L1聚焦。
圖8是放大表示圖7所示的S1區域的圖。
參照圖8，入射於密封材12的表面的雷射束L1可入射至填充劑20。若密封材12的表面與填充劑20的表面之間的距離h1較小，則如圖8所示，於標記製程中覆蓋填充劑20的EMC部分剝落而填充劑20的表面會暴露於外部。於是，雷射束L1的能量能夠以幾乎未損失的狀態入射至填充劑20。並且，於如圖8般填充劑20的表面的EMC未全部剝落的情形時，若密封材12的表面與填充劑20的表面之間的距離h1較小，則雷射束L1中的相當一部分比率不會於EMC散射或吸收而亦入射至填充劑20。
若如圖8般於雷射束L1的行進路徑連續地排列有第一填充劑20a及第二填充劑20b，則雷射束L1不會散射而傳輸至半導體元件14的表面。並且，於第一填充劑20a及第二填充劑20b呈球形狀的情形時，雷射束L1會於第一填充劑20a及第二填充劑20b的內部聚焦。供雷射束L1行進的路徑可根據填充劑20的材質的折射率而不同。於圖8中，表示雷射束L1於第二填充劑20b的內部形成聚光點的例。然而，雷射束L1形成聚光點的位置可改變。例如，雷射束L1亦可於第一填充劑20a形成聚光點。或是，雷射束L1亦可於透射第一填充劑20a及第二填充劑20b的期間不形成聚光點。
若雷射束L1透射第一填充劑20a及第二填充劑20b，則可到達半導體元件14的表面。於半導體元件14中，雷射束L1所到達的面積A2可具有與雷射束L1入射至密封材12的表面的面積A1幾乎相同的尺寸。因此，雷射束L1傳輸至半導體元件14的單位面積的能量會幾乎接近雷射標記中所利用的雷射束的單位面積的能量傳輸量。於是，入射雷射束L1的半導體元件14的表面溫度會上升至臨界值以上而對半導體元件14造成損傷。
圖9是例示性地表示第一填充劑20a及第二填充劑20b的尺寸比率不同的情形時的雷射束L1的行進路徑的圖。
參照圖9，可於雷射束L1的行進路徑上並排有第一填充劑20a及第二填充劑20b。並且，第一填充劑20a的尺寸可大於第二填充劑20b。若第一填充劑20a的尺寸較大，則第一填充劑20a的表面的曲率半徑會相對變小而雷射束L1折射的角度變小。因此，與圖8的情形相比，會以相對更接近半導體元件14的表面的方式形成雷射束L1的聚光點。另外，入射至半導體元件14的雷射束L1的入射面積A2可更小於入射至密封材12的雷射束L1的入射面積A1。隨著入射面積A2變小而傳輸至半導體元件14的雷射束的單位面積的能量變大，從而經常引起半導體元件14的損傷。
如以上說明，透射填充劑20的雷射束L1會對半導體元件14的損傷產生最大影響。為了防止上述半導體元件14受損，例示性的實施例的雷射標記方法可適當地調節雷射束的波長。
圖10是表示例示性的實施例的雷射標記方法的流程圖。
參照圖10，例示性的實施例的雷射標記方法可包括如下步驟：將可防止半導體元件14破損的波長的雷射束照射至密封材12的表面的步驟S110；及一面移動雷射束的照射區域，一面於密封材12上形成標記圖案的步驟S120。
於照射雷射束的步驟S110中，可照射不會使半導體元件14破損的波長的雷射束。照射至密封材12的雷射束於透射填充劑20而傳輸至半導體元件14時，會引起半導體元件14的損傷。因此，可根據密封材12所包括的填充劑20的透射率光譜而決定雷射束的波長。即，雷射束的波長可決定為對填充劑20的透射率較小的波長。例如，於密封材12包括EMC、及包括於EMC之間的氧化矽材質的填充劑20的情形時，可於對氧化矽的透射率較小的波長範圍內決定雷射束的波長。
圖11是表示光的各波長於氧化矽中的透射率的曲線圖。
於圖11中，縱軸表示光的透射率，表示光的波長。參照圖11，於光的波長為大致2.7 μm至2.8 μm時，光對氧化矽的透射率幾乎可聚斂為0。即，具有大致2.7 μm至2.8 μm的波長的雷射束於入射至氧化矽材質的填充劑20時，大部分會無法透射填充劑20。相反地，EMC的碳原子亦可良好地吸收大致2.7 μm至2.8 μm的上述波長的雷射束。因此，若如上所述般設定雷射束的波長，則可於EMC的表面上實現標記製程。並且，入射於EMC之間的填充劑20的雷射束可不透射填充劑20。藉此，可如圖7至圖9般藉由填充劑20將雷射束聚光而防止入射至半導體元件14。
於形成標記圖案的步驟S120中，可一面移動雷射束的照射位置，一面於密封材12上形成標記圖案。於形成標記圖案的步驟S120中，可不對半導體元件14造成損傷而形成如圖4所示的標記圖案。
以上，將氧化矽材質的填充劑20列舉為例而進行了說明。然而，實施例並不限制於此。填充劑20的材質可改變，因此雷射束的波長亦可改變。可於由EMC良好地吸收並且對填充劑20的透射率較小的波長範圍內決定雷射束的波長。
以上，參照圖10及圖11，對例示性的實施例的雷射標記方法進行了說明。以下，對用以實施上述雷射標記方法的雷射標記裝置進行說明。
圖12是概略性地表示例示性的實施例的雷射標記裝置的圖。
參照圖12，例示性的實施例的雷射標記裝置可包括：光源110；及掃描儀120，其使自光源110出射的雷射束照射至密封材12的表面。如上所述，自光源110出射的雷射束的波長可決定為對填充劑20的透射率較小的波長。並且，自光源110出射的雷射束的波長可決定為由EMC良好地吸收的波長。
於填充劑20包括氧化矽材質的情形時，自光源110出射的雷射束的波長可為大致2.7 μm至2.8 μm。為了射出上述波長範圍的雷射束，光源110可利用摻鉺玻璃纖維（Erbium doped glass fiber；EDF）。例如，光源110可包括：共振器，其包括摻鉺玻璃纖維；及抽運光源，其向上述共振器射出抽運光。抽運光源可向共振器射出具有980 nm以上的波長的抽運光。共振器能夠以摻鉺玻璃纖維為增益介質而射出具有大致2.7 μm至3.0 μm左右的波長的雷射束。
圖13是摻鉺玻璃纖維（Erbium doped glass fiber；以下稱為EDF）的能階圖。
參照圖13，於980 nm帶域的抽運光入射至EDF的情形時，可產生基態吸收（ground state absorption，以下稱為GSA）而以激發狀態（4 I11/2 ）激發基態（4 I15/2 ）的電子。另外，可自上述激發狀態（4 I11/2 ）向基態（4 I13/2 ）過渡而發出大致2.8 μm的雷射光。即，光源110能夠以EDF為增益介質而射出具有大致2.7 μm至3.0 μm左右的波長的雷射束。
再次參照圖12，雷射標記裝置可包括：光纖111，其傳輸自光源110出射的雷射束；及光束準直器112，其對雷射束進行調准。並且，於自光束準直器112出射的雷射束的光束尺寸較小的情形時，可包括用以放大雷射束的光束尺寸的光束直徑放大裝置。光束直徑放大裝置可包括多個透鏡。光束直徑放大器所包括的透鏡可包括自光源110出射的雷射束的波長的透射率良好的材質。例如，於光源110射出大致2.7 μm至2.8 μm的波長的雷射束的情形時，光束直徑放大器所包括的透鏡可包括對上述波長範圍具有較高的透射率的材質。
掃描儀120可調節照射雷射束的方向。掃描儀120可包括至少一個鏡面。掃描儀120可藉由改變鏡面的角度及位置而調節雷射束照射至密封材12的表面的位置。掃描儀120所包括的鏡面可包括自光源110出射的雷射束的波長的反射率良好的材質。例如，於光源110射出大致2.7 μm至2.8 μm的波長的雷射束的情形時，掃描儀120所包括的鏡面可包括對上述波長範圍具有較高的反射率的材質。
並且，雷射標記裝置亦可更包括光圈130及聚光透鏡140。光圈130可藉由變更雷射束可通過的區域的尺寸而根據標記形狀不同地調節雷射束的直徑。並且，聚光透鏡140可使雷射束聚光至密封材120的表面的一個區域。
以上，對例示性的實施例的雷射標記方法及裝置進行了說明。根據以上所說明的實施例，可利用雷射束於半導體封裝體10的密封材12上執行標記製程。此處，能夠以雷射束對密封材12所包括的填充劑20的透射率較小的方式調節雷射束的波長。藉此，於利用雷射束的標記製程期間，可防止封裝於密封材12的半導體元件14受損。
於以上說明中，具體地記載有多個事項，但這些事項並不限定發明的範圍，而應解釋為較佳的實施例的示例。因此，本發明的範圍不應由所說明的實施例界定，而應由申請專利範圍中所記載的技術思想界定。
10．．．半導體封裝體
12．．．密封材
14．．．半導體元件
15．．．標記圖案
20．．．填充劑
20a．．．第一填充劑
20b．．．第二填充劑
50．．．聚焦光學系統
110．．．光源
111．．．光纖
112．．．光束準直器
114．．．光束直徑放大器
120．．．掃描儀
130．．．光圈
140．．．聚光透鏡
A1、A2．．．面積
h1．．．距離
I-I'．．．線
L1、L2．．．雷射束
L3．．．散射束
S1．．．區域
S110、S120．．．步驟
圖1是例示性地表示半導體封裝體的情況的立體圖。 圖2是表示沿I-I'線切割圖1所示的半導體封裝體所得的剖面的剖面圖。 圖3是表示利用雷射束於密封材的表面上執行標記製程的圖。 圖4是例示性地表示藉由圖3所示的標記製程形成的標記產物的圖。 圖5是表示入射於密封材的雷射束於EMC散射的情況的剖面圖。 圖6是表示入射於密封材的雷射束於EMC散射的情況的另一例的剖面圖。 圖7是表示入射於密封材的雷射束通過填充劑而到達半導體元件的例的剖面圖。 圖8是放大表示圖7所示的S1區域的圖。 圖9是例示性地表示第一填充劑及第二填充劑的尺寸比率不同的情形時的雷射束的行進路徑的圖。 圖10是表示例示性的實施例的雷射標記方法的流程圖。 圖11是表示光的各波長於氧化矽中的透射率的曲線圖。 圖12是概略性地表示例示性的實施例的雷射標記裝置的圖。 圖13是摻鉺玻璃纖維（Erbium doped glass fiber；以下稱為EDF）的能階圖。
10‧‧‧半導體封裝體
12‧‧‧密封材
14‧‧‧半導體元件
I-I'‧‧‧線

Claims (10)

  1. 一種雷射標記方法，其是利用雷射束於半導體元件封裝用密封材上形成標記圖案的方法，所述雷射標記方法包括如下步驟： 向所述密封材的表面照射不會使由所述密封材封裝的所述半導體元件破損的波長的雷射束的步驟；以及 一面移動所述雷射束的照射區域，一面於所述密封材上形成所述標記圖案的步驟；且 根據所述密封材所包括的填充劑的透射率光譜而決定所述雷射束的波長。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的雷射標記方法，其中所述半導體元件封裝用密封材包括環氧樹脂組成物。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的雷射標記方法，其中所述填充劑包括氧化矽材質。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的雷射標記方法，其中於對所述氧化矽材質的透射率較小的波長範圍內決定所述雷射束的波長。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的雷射標記方法，其中所述雷射束的波長為2.7 μm至2.8 μm。
  6. 一種雷射標記裝置，其利用雷射束於半導體元件封裝用密封材上形成標記圖案，所述雷射標記裝置包括： 光源，其出射不會使由所述密封材封裝的所述半導體元件破損的波長的雷射束；以及 掃描儀，其向所述密封材的表面照射自所述光源出射的雷射束；且 根據所述密封材所包括的填充劑的透射率光譜而決定所述雷射束的波長。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的雷射標記裝置，其中所述半導體元件封裝用密封材包括環氧模製化合物。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的雷射標記裝置，其中所述填充劑包括氧化矽材質。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的雷射標記裝置，其中於對所述氧化矽材質的透射率較小的波長範圍內決定所述雷射束的波長。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的雷射標記裝置，其中所述雷射束的波長為2.7 μm至2.8 μm。
TW105122565A 2015-07-20 2016-07-18 雷射標記裝置與方法 TWI645533B (zh)

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