微电子机械系统（Micro-electromechanical System, MEMS）开辟了新的产业领域，在信息产业、汽车电子、消费电子、生物医学及航空航天领域应用前景非常广阔。MEMS器件种类繁多，其中很多由三维立体结构微部件组装而成。但是目前为止，MEMS部件的自动组装技术特别是三维组装技术远未成熟，缺乏标准化的单元工艺、技术和装备，严重地制约了复杂结构MEMS器件的工业化制造和生产，也制约了MEMS技术的推广应用。由于MEMS种类的多样性，微部件的组装需要实现精密的操控如位移、旋转、翻转、树立、对准、夹持、固定等一系列动作，目前基本依赖人工操作，易造成损伤、精度差、效率低。基于此，本项目提出了熔融钎料润湿力驱动微部件自组装的原理，成功开发面向MEMS微部件自组装的激光锡球重熔方法与装备，实现了微米级器件的高精度自动装配。实验与应用结果证明其适应性强、成品率高且可靠性好，为MEMS制造业提供了一套标准化单元工艺与重要装备，对于促进MEMS的应用与发展具有非常重要的意义。
      本项目主要包含五部分技术内容：(1)提出了激光锡球MEMS部件自组装的原理和方法：使用激光加热熔化微锡球，利用熔融钎料润湿力实现微机械部件自组装。提出了新颖的限位技术，将微部件自组装角度精度提高到0.5º，实现了MEMS部件三维立体组装制造；(2)提出了激光-超声微锡球无钎剂键合方法，成功研制了一种无污染、绿色封装软钎焊技术。阐明了无钎剂环境中去膜、润湿铺展的机理，优化了无钎剂激光锡球软钎焊键合工艺，将焊点键合强度提高了约20%。(3)攻克了微细锡球精确拾取和定位的技术难题，首次设计并研制成功了特殊的微锡球供料装置。可操作钎料球直径为80~600μm，单个锡球吸取成功率达98%，植球定位误差不超过±4.5μm，满足高精度应用的需求。(4) 突破了面向MEMS和微传感器封装的微锡球激光键合技术及工艺，在10ms内实现了100μm锡球的激光重熔键合。首次发现了微磁头实际组装生产中超细无铅焊点塌陷(sagging)现象，通过焊盘膜层结构设计攻克了超微焊点塌陷难题，提高了键合焊点及磁头的服役寿命；(5)成功研制出面向MEMS封装和组装的激光锡球键合自动化设备。键合点尺寸为80~100μm；键合速度10ms/点，为世界先进水平。所适应的连接合金材料选择范围宽，从SnPb钎料到各类无铅钎料，军民兼用；所适应的合金材料熔点跨度大，最高可以达到400℃，适合于从低应力到高强度、抗蠕变的各类应用需求。
       本项目已申请发明专利11项，全部获得授权，具有完全的知识产权，其中1项专利转让；参与编写英文专著1部，出版译著1部，发表SCI论文64篇，发表EI论文17篇。
      激光锡球键合技术具有广泛的适应性，是一种降低MEMS制造成本的可行方法，可发展成标准化的MEMS制造单元工艺。相关发明成果的应用可使得企业核心竞争力得到提升。激光锡球键合技术已应用于大容量硬盘磁头的装配中，改变了磁头的原有制造工艺，大幅提高了可靠性，采用该技术所生产的硬盘数量超过十五亿。项目研发的面向MEMS封装和组装的激光锡球键合设备，通过真空吸嘴完成微钎料球的拾取和释放操作，结合运动平台定位以及激光的柔性传输特性，可实现MEMS部件的翻转-固定等自组装过程，适合于三维立体装配，已应用于高精度激光微陀螺光学器件的微组装中，解决了航空、航天领域重点产品中的装配难题，所产生的经济效益以及社会效益显著。项目所形成的的装备还扩展到集成电路的先进封装，如BGA、CSP等的植球与在线返修、大功率LED芯片的多芯片直接封装等领域，进一步丰富了相关行业产品的工业化生产手段。综述而言，项目所产出的自组装、键合技术及装备为复杂结构MEMS器件的制造提供了装备支撑，直接提升了MEMS器件的制造水平，为MEMS器件的快速发展产生显著推力，且为相关行业产品制造提供了更好的工艺途径。

       以上研究成果获得机械工业科学技术二等奖