先進光電器件封裝(zhuāng)設備複雜工藝問題的解決辦法
發表時間:2021-06-11
據麥姆(mǔ)斯谘詢介紹,芯片貼裝(die attach)是(shì)半導體封裝工(gōng)藝中的關(guān)鍵工序。幾乎各種應用領域所需的(de)芯片都需要這道工序,對組裝成本起到了關鍵的作用。大數據、高(gāo)性能計算(HPC)、5G、數據中心、智能汽車等各種大趨勢都要(yào)求器件在封裝時完成複雜的異構(gòu)集成,芯片貼裝技術(shù)則在其中扮演著關鍵角色。根據Yole在2019年10月發布的《芯片貼裝設備市場-2019版》報告顯示,從2018年至2024年,芯(xīn)片貼裝(zhuāng)設備市場預計將以6%的複合年增長率(CAGR)獲(huò)得增長,到2024年其市場規模將達到13億美元。
光(guāng)子學引起了數據中心互連、遠程通信(xìn)、5G接入網(wǎng)、激光雷(léi)達(LiDAR)和其它應(yīng)用的強烈興趣。用於(yú)光子器件封裝的芯(xīn)片貼裝工序需要高精度對準、對零件精細處理,涉及(jí)的芯片種類繁多,芯片貼裝技術多樣,因此顯得(dé)非常複雜(zá)。用於光子器件封裝的芯片貼裝設(shè)備市場規模在2024年將達到2.13億美元,複合(hé)年增長率為12%。
Santosh Kumar(以下簡稱:SK):首先,請您簡(jiǎn)單介紹Palomar,以及貴司的(de)產品和服務。
(以下簡稱:Palomar)是一家(jiā)為先進光子器件(jiàn)和(hé)微電子器件(jiàn)組裝工藝提供(gòng)解決方案的公司,其解決方案稱為全工(gōng)藝解決方案(àn)(Total Process Solution?)。Palomar為諸多領域提供芯片貼裝設備,例如光子學、汽車(激光雷達和功率模塊)、醫療、微波、射頻和(hé)無線、數據通信(xìn)、電信和其它細(xì)分市場。
最近(jìn),Yole韓國辦事處的(de)首席分析師(shī)兼封(fēng)裝、組裝與基板部門首(shǒu)席總監Santosh Kumar榮幸地(dì)采訪了首席技術官Daniel Evans。雙方就發展曆史、產品及服務、光子器件封裝所麵對的挑戰等問題進行了(le)討論。
(以下簡稱:DE):Palomar為(wéi)先進的光子器件和微電子器件組(zǔ)裝工藝提供完整的工藝解決方案。Palomar提供的設備以(yǐ)靈活性、速度和準確性著稱,我們提供Palomar芯片貼裝設備、Palomar引線鍵合設備和楔焊機、SST真空回流係統,專注於外包(bāo)製造和組裝的(de)創新中心(設立在美國、亞洲、歐洲),以及完善(shàn)的客戶支持服務。
SK:您能否介紹(shào)下(xià)Palomar在半導體產業鏈中的角色?
DE:Palomar的使(shǐ)命是為複雜的工藝提供簡單的解(jiě)決方案。技術日新月(yuè)異,產品上市時間是獲得成功的最(zuì)重要因素之(zhī)一。我們通過提供工藝開發所需先進封裝服務和設備(bèi),幫助客戶完成從產品原型到(dào)批量生產的過渡,從而確保客戶成功(gōng)導入新品。
SK:芯(xīn)片貼裝是集成(chéng)電路(IC)組裝中的關鍵工(gōng)序,涵(hán)蓋了各(gè)種應用的所有器件。您能談談Palomar所關(guān)注(zhù)的芯片(piàn)貼裝細分市場嗎?
DE:Palomar為很多行業提(tí)供芯片貼裝設(shè)備。讀者或許已經知道,Palomar通過與休斯(sī)飛機公司()開(kāi)展合作,立誌於在航空航天與國防行業紮根。我們已經為半導體和(hé)光子學產業提供了40多年的(de)服務,業務範圍(wéi)已擴(kuò)展到汽車(激光雷達和功(gōng)率(lǜ)模(mó)塊)、醫療、微(wēi)波、射頻和無線、數據通信、電信和其它細分市場。
SK:在芯片貼裝設備廠商中,Palomar是(shì)光電器件組裝業務的主要廠商之一。從芯片貼裝角度來看,您認為光電器(qì)件組裝麵對的主要挑戰有什麽?Palomar如何應對這些挑戰?
DE:光電器件的(de)芯片貼(tiē)裝所麵(miàn)對的(de)挑戰之一是由(yóu)於沒有嚴格的(de)標準,每個細分市場和每(měi)家客戶都有特殊(shū)的封裝設(shè)計。因此,我們需要與客戶一起進行多模和單模光學設計。我們支(zhī)持多(duō)模垂直腔麵發射激光器(qì)(VCSEL)和多模光電(diàn)二極管(PD)設計(jì)、邊緣發射激光器(EEL)單模設計、異構設計,例如在(zài)最終半導體工藝前進行磷(lín)化(huà)銦(InP)增(zēng)益材料與矽基光子集成(chéng)電路(lù)(SiPIC)的分析,以及從InP激光器到阻擋(dǎng)層(céng)()或InP激(jī)光器到SiPIC的混(hún)合設計。
麵對如此種類繁多的器件設(shè)計,Palomar滿足客戶需求的策略是(shì)提供(gòng)一係列適用於光電器件組裝工藝所用的芯片貼裝設備,便於客戶按需求靈活選(xuǎn)擇。該設備可處理上述所有不同封裝工藝的粘合劑和焊料貼裝。
SK:組裝/封裝成本是光(guāng)子器件(jiàn)總成本的主要組成部分。請您預測(cè)下未來的封裝技術趨勢,尤其是矽光子器件,以(yǐ)及(jí)其主要(yào)問題。
DE:封裝和組裝方麵的挑(tiāo)戰與光信號亞微米光學耦合的6個自由度控製有關。在將許多分立的光學功(gōng)能組合(hé)成單片式平麵結構方麵,矽光子學(xué)取得了巨大的進步(bù)。但是(shì),矽光子無法提(tí)供有效(xiào)的激光技術。以InP和矽(Si)材料為(wéi)代表的平台,各有(yǒu)不同的優勢。矽光子在整體可擴展性和降低成本方麵的希(xī)望最大。
自動真空壓力焊接係統SST 8300係列,提供單腔或三腔,利用SST獨特的係統同時施加真空和氣壓,以獲得功率(lǜ)模塊內部關鍵組件的焊接界麵尤其是陶瓷覆銅板(bǎn)(DBC)與基板界麵所需的極低空隙率基於企業的技術底蘊和可用的基礎設施,市場領導者也在追求異構和混合設計。
電信和(hé)數據通信所用的收發器是現有市場(chǎng)量產產品的主要代表,但其需求量還不足整個電子產品(pǐn)市場的百分之一,很難(nán)吸引到大量投入。因此,市場將繼續利用電子技術。
隨著時間的推(tuī)移,封裝設計不斷發展,放寬耦合公差,這將有助於降低成本。
SK:您認為(wéi)用於5G的高功率射頻器件封裝所麵對的(de)主要挑戰是什(shí)麽?
DE:用(yòng)於基(jī)站(zhàn)功率晶體管的橫向雙擴散場(chǎng)效應晶體管(LDMOS)和GaN技術需要高導熱率的芯片貼裝技(jì)術,以(yǐ)利於芯片自身散熱。LDMOS需要AuSi共晶貼裝,而GaN器件(jiàn)需要AuSn共晶或無(wú)壓銀燒(shāo)結貼裝。為了滿足GaN器件貼裝技術的最新(xīn)趨勢,我們(men)開發了一種無壓銀燒結貼裝嵌入式解決方案,以幫助客戶(hù)在滿足其客戶(hù)5G產品要(yào)求(qiú)的同時降低轉換(huàn)成本。我們看到,在5G器件封裝中,多芯片(piàn)封裝是其中的(de)一種需求,單個封裝體中會出現多種尺寸(cùn)的管芯,Palomar則一直在積(jī)極應對,這對最(zuì)大(dà)化產量和最(zuì)大程度降低組裝工藝溫度來講至關重要。
芯片貼裝設(shè)備(bèi)3880為共晶或環氧樹脂芯片(piàn)貼裝以及倒裝芯片應用提供了靈活性2016年,我們(men)開發(fā)了固定高度引線技術。銀燒結材料要保持熱學和電學性能,要求在整個鍵合引線平麵上達到(dào)指定(dìng)的高(gāo)度且沒有空隙。去年,我們通過集成(chéng)Musashi的噴射點膠泵Aerojet進一步完善了該解決方案。我們是(shì)在對(duì)銀燒結的(de)噴射點膠機進行“時間-壓力”、“俄歇(Auger)電子能譜”和“正向位移”測試(shì)之後做(zuò)出了這一決定。采用Palomar的固定高度鍵合(hé)引線技術並將其與噴射點膠機相結(jié)合,我們已經能夠為下一代RF GaN功(gōng)率放大器製造商提供全麵的(de)解決方案(àn)。
使用相同的方法,我們的產品路線圖還包括增加針對芯片傾斜(xié)度和引線高度實時測量的解決方案。
設備的重複(fù)性很高,額外增加自動化和(hé)機器工作狀況(kuàng)檢查,能夠使用戶對封裝過程更有信心。我(wǒ)們看到越來越多的RF GaN功率器件封裝已從傳統的航(háng)空航天、國(guó)防和(hé)電信(xìn)應用領域轉移到汽車等離子點火和微波(bō)烹飪等產品中,這些產品將(jiāng)更加關注自(zì)動化和成本降低。
SK:芯片貼裝業務由一些大型廠商主導。Paloma將(jiāng)如何在這個競爭激烈的市場(chǎng)中保持並增強地位?尤其是,當我們已經(jīng)看(kàn)到(dào)客(kè)戶對成本壓縮的要求越來越高,這方麵(miàn)的壓力變得越來越大時(shí)……DE:全(quán)工藝解決方案是(shì)Palomar的主要與眾不同之處。我們不僅(jǐn)提(tí)供設備,還擁有遍布全球的創新中心,這些創新中心專門為客戶提供(gòng)原型、工藝開發和定製服務(contract manufacturing services)。從項目啟動到量產,我們都與客戶合作。隨著他們的產量逐漸增加,我們也已經能提供滿足需求的設備。這(zhè)是因為客戶在開發、測試和生(shēng)產過程中一直使用Palomar的設備。對於客戶來說,通過我們的創新中心購買設備係列則是水到渠成的事情。
SK:Yole看到組裝設備行業裏正在進行很(hěn)多並購活動,也包括芯片貼(tiē)裝設備廠(chǎng)商。大(dà)家正在通過並購實現設備的多(duō)樣化來,以支持(chí)各種業務需求和組裝工藝需求。您認(rèn)為將來這樣的趨勢還會繼續嗎?這將如何影響Palomar的芯片貼裝設備業務?
DE:在芯片貼裝設備(bèi)的設計和製造方麵,Palomar的市場地(dì)位獨特,我們還在2015年收購了(le)SST ,從而擴大產品線。Palomar不僅有芯片貼裝設備和鍵合機,現在還擁有完整(zhěng)的真空回流係統產品線,使Palomar成為各(gè)種環氧、共晶、焊料和燒結設備供應商。
我們是一家獨立的美(měi)國公司,由當地管(guǎn)理層負責運營。Palomar將通過內部產品開發或外部收購繼續完成戰略增長計劃(huá)。
SK:Palomar采取獨特的商業模式。除設備業務外,Paloma還為客戶提供設計、封(fēng)裝工藝開發和小批量定製服務。作為(wéi)細分市(shì)場的成熟OSAT廠商,是否有(yǒu)計劃從小批量製造(zào)(LVM)轉變為大批量製造(HVM)封裝服務提供商?
DE:Palomar的定位是通過在全球範圍內增設創新中(zhōng)心推進定製服務(wù)。獨特的商業模式使我們(men)能夠與行業中現有和未來巨頭合(hé)作,明確(què)地致力於(yú)通過我們(men)的設計(jì)、工藝開發和定製服務,讓客戶的原型發展為未(wèi)來的技(jì)術。我(wǒ)們與全球五大互聯網提供商中三家的研發部門、前五大國防承包商都已開展(zhǎn)合(hé)作(zuò)。Palomar的戰略是成為更加全麵的工藝解決方案提(tí)供商,為先進的光電和半導體封裝提供資產設備(bèi)和(hé)服(fú)務。
SK:非常感謝您接受采訪。您是否有其它(tā)想法需要(yào)向大家補充?
DE:最後,我(wǒ)想說,Palomar很幸運擁有很多才華橫溢和經驗豐(fēng)富的員工。在我們過去40多年(nián)的發展中,還(hái)未出現過無法為客戶解(jiě)決問題的(de)情況。因此,如果讀者有任(rèn)何光電器件(jiàn)封裝方麵的問題和挑戰,歡迎與交流,讓我們有機會向您展示我們(men)的能力!