微米級精密Bonding技術(shù)推動光電共封裝創(chuàng)新

逍遙設(shè)計自動化

引言
在當(dāng)今快速發(fā)展的數(shù)字環(huán)境中，數(shù)據(jù)流量呈指數(shù)級增長，特別是數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸，為傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)帶來了巨大挑戰(zhàn)。隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G和高性能計算應(yīng)用的出現(xiàn)，傳統(tǒng)可插拔光學(xué)技術(shù)的局限性日益顯現(xiàn)。光電共封裝技術(shù)通過先進(jìn)的封裝技術(shù)，提供了更高的帶寬密度和能效[1]。
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圖1：展示了光電共封裝中Chip-on-Carrier (COC)的結(jié)構(gòu)示意圖，說明了激光COC如何與電子集成電路（EIC）放置在光電子集成芯片晶圓上，并與光學(xué)器件和專用集成電路（ASIC）結(jié)合形成光學(xué)引擎。
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光學(xué)收發(fā)器市場增長顯著，預(yù)計到2025年將達(dá)到140億歐元。這一增長主要由光纖連接逐步替代傳統(tǒng)銅纜推動，光纖技術(shù)具有多項優(yōu)勢，包括減少原材料使用、提高能效，以及在遠(yuǎn)距離傳輸中實現(xiàn)高帶寬、低損耗的信號傳輸能力。

" F" B- ^% ?- ^6 z光電共封裝技術(shù)的演進(jìn)
, L* G$ B8 T/ G2 f0 A光電共封裝技術(shù)，尤其是在硅基平臺上的實現(xiàn)，顯著減少了互連長度。該技術(shù)不斷發(fā)展，最新的集成方法采用外部激光小型可插拔模塊（ELSFP）作為信號載體。這種創(chuàng)新方法在保持光電共封裝功能的同時，通過將熱源與核心器件隔離，有效管理熱耗散。

圖2：展示了使用外部激光SFP（ELSFP）作為信號載體的光電共封裝示意圖，展示了激光光源如何外部放置在SFP面板上，同時在光電共封裝中保持調(diào)制，以光纖連接替代銅線。

高精密制造要求
) |  A% \2 X3 U6 X* q光電共封裝技術(shù)的成功實施依賴于制造和封裝過程中極其精確的控制。為了將電信號轉(zhuǎn)換為光信號進(jìn)行光纖傳輸，發(fā)光和感光器件必須以極高的精度連接，以最小化散射損耗和衰減。

* i* D% P( _# _0 z現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)在使用CMOS光刻技術(shù)在基板上復(fù)制光學(xué)器件方面取得了重大進(jìn)展，包括波導(dǎo)和接收器。由此產(chǎn)生的光電子集成芯片大大減少了收發(fā)器所需的分立器件數(shù)量，實現(xiàn)了更小的尺寸和更低的裝配成本。

, P% r+ ^9 O- @3 T8 t圖3：AMICRA NANO高精密bonding機(jī)，代表了光學(xué)和電子器件處理的精密技術(shù)，實現(xiàn)了3sigma小于±0.2微米的放置精度。

, x  k" W/ f- k6 b- E' \0 f0 K+ d6 H先進(jìn)的Bonding技術(shù)
" ~  i) @: x. }0 q- i: Q+ WASMPT的AMICRA NANO在高精密bonding技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了突破，達(dá)到了3sigma小于±0.2微米的定位精度。該設(shè)備的精密性基于穩(wěn)固的工程原理，配備了重型氣浮花崗巖基座，將定位單元與外部振動隔離。整個裝置重約2.5噸，確保運(yùn)行時的最佳穩(wěn)定性。

, Y% F4 Y6 ]0 d# E! f精密放置過程始于單個芯片進(jìn)料或預(yù)分離晶圓導(dǎo)入。設(shè)備采用獨(dú)特的穿透式放置頭設(shè)計，使高分辨率器件相機(jī)能夠從上方捕捉真空吸嘴的圖像。相機(jī)像素尺寸為3.45微米，配備三個鏡頭，能夠識別1.66至5.56微米之間的線間距。

對于精度要求較低的應(yīng)用，AMICRA NOVA Pro邦定機(jī)提供更短的周期時間和更高的自動化能力。該設(shè)備保持3sigma小于±1微米的放置精度，同時顯著縮短了周期時間，在1.5微米精度時為3-6秒，在5微米精度時為1.2-1.4秒。
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技術(shù)展望
+ L3 U* N( `6 W' Z光學(xué)和電子的集成在通信技術(shù)和其他應(yīng)用領(lǐng)域代表了質(zhì)的飛躍。ASMPT AMICRA總經(jīng)理Johann Weinh?ndler博士強(qiáng)調(diào)了生產(chǎn)中高集成密度的重要性："云市場正在無限增長。對快速數(shù)據(jù)傳輸率和創(chuàng)新應(yīng)用的需求正在急劇上升，特別是在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域。這延伸到無延遲實時傳輸和自動駕駛等新興市場。"

- v* k0 U+ I9 C1 `光電共封裝技術(shù)的成功高度依賴于生產(chǎn)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，特別是在精度和工藝穩(wěn)定性方面。AMICRA平臺展示了未來發(fā)展方向，如AMICRA NANO等設(shè)備正在為光電子制造領(lǐng)域建立新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)
[1] M. Planckh, "Revolutionising optoelectronics with high-precision bonding," PIC Magazine, vol. 14, no. 3, pp. 14-17, 2024.
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