紫外纳秒脉冲激光微钻孔技术实现超薄铜箔引线框架的绿色精密制造

针对湿法蚀刻工艺导致的铜合金引线框架(leadframe)加工精度低、环境污染等问题，研究人员提出采用355 nm紫外(UV)纳秒脉冲激光微钻孔技术，通过建立材料去除率预测模型和光学-机械耦合加工平台，在100 μm厚C194铜箔上实现锥度仅1.7°的高精度无毛刺引线框架阵列加工，为集成电路封装提供了绿色制造解决方案。

　　

在集成电路封装领域，铜合金引线框架(leadframe)作为连接芯片与印刷电路板(PCB)的核心部件，其加工精度直接影响电子器件性能。传统湿法蚀刻工艺虽广泛应用，却面临两大痛点：一是化学流体冲击导致超薄铜箔变形，难以控制100 μm厚度材料的加工精度；二是蚀刻液污染环境，与全球倡导的绿色制造背道而驰。更棘手的是，随着电子器件微型化发展，引线框架特征尺寸已进入微米级，传统工艺的锥度误差和边缘毛刺问题愈发突出。

哈尔滨制造科技创新人才项目支持的研究团队另辟蹊径，将目光投向紫外(UV)纳秒脉冲激光微钻孔技术。这项发表于《Sustainable Materials and Technologies》的研究，通过理论建模与工艺创新双管齐下，成功实现C194铜合金引线框架的绿色精密制造。

研究团队首先建立多脉冲激光烧蚀理论模型，解析激光能量密度与材料去除率的定量关系，创新性提出"高功率粗加工+低功率精修"的两步法变参数加工策略。为验证模型，他们搭建了光学-机械耦合加工平台，集成三轴机械运动系统与二维振镜，实现激光开关、运动轨迹与加工参数的亚微米级同步控制。通过精确调控355 nm波长激光的功率参数，成功抑制热损伤区(HDZ)扩展，将锥度降至1.7°，形状误差控制在5.3%。

实验验证部分显示，单脉冲烧蚀实验测得C194铜合金的烧蚀阈值为2.1 J/cm²，建立的去除率模型预测结果与实测数据误差小于8%。加工工艺创新环节，研究人员采用变功率扫描策略，初始阶段用12 W功率快速穿透铜箔，后续用8 W功率精修侧壁，使21.6×10.4 mm²引线框架阵列的加工效率提升40%。

这项研究的意义不仅在于工艺突破。相比湿法蚀刻，激光微钻孔技术彻底摆脱了蚀刻液使用，加工后无需酸洗处理，真正实现"零污染"；其5.3%的形状精度远超传统工艺，为5G芯片等高端电子器件封装提供了新可能。研究建立的变参数加工模型更具普适价值，可推广至其他超薄金属材料的精密加工领域。正如论文结论强调，该工作"为微米级特征尺寸引线框架的绿色制造提供了可行方案"，标志着集成电路封装技术向可持续发展迈出关键一步。