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化繁为简,先进光电器件封装设备解决复杂工艺问题
2020-02-06 14:04:04   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

Palomar是一家为先进光子器件和微电子器件组装工艺提供解决方案的公司,其解决方案称为全工艺解决方案(Total Process Solution)。Palomar为诸多领域提供芯片贴装设备,例如光子学、汽车(激光雷达和功率模块)、医疗、微波、射频和无线、数据通信、电信和其它细分市场。

微访谈:Palomar首席技术官Daniel Evans

麦姆斯咨询介绍,芯片贴装(die attach)是半导体封装工艺中的关键工序。几乎各种应用领域所需的芯片都需要这道工序,对组装成本起到了关键的作用。大数据、高性能计算(HPC)、5G、数据中心、智能汽车等各种大趋势都要求器件在封装时完成复杂的异构集成,芯片贴装技术则在其中扮演着关键角色。根据Yole在2019年10月发布的《芯片贴装设备市场-2019版》报告显示,从2018年至2024年,芯片贴装设备市场预计将以6%的复合年增长率(CAGR)获得增长,到2024年其市场规模将达到13亿美元。

2018年和2024年芯片贴装设备市场(按应用细分)

2018年和2024年芯片贴装设备市场(按应用细分)

光子学引起了数据中心互连、远程通信、5G接入网、激光雷达(LiDAR)和其它应用的强烈兴趣。用于光子器件封装的芯片贴装工序需要高精度对准、对零件精细处理,涉及的芯片种类繁多,芯片贴装技术多样,因此显得非常复杂。用于光子器件封装的芯片贴装设备市场规模在2024年将达到2.13亿美元,复合年增长率为12%。

芯片贴装设备市场按技术细分

芯片贴装设备市场按技术细分

Palomar Technologies(以下简称:Palomar)是一家为先进光子器件和微电子器件组装工艺提供解决方案的公司,其解决方案称为全工艺解决方案(Total Process Solution™)。Palomar为诸多领域提供芯片贴装设备,例如光子学、汽车(激光雷达和功率模块)、医疗、微波、射频和无线、数据通信、电信和其它细分市场。

最近,Yole韩国办事处的首席分析师兼封装、组装与基板部门首席总监Santosh Kumar荣幸地采访了Palomar首席技术官Daniel Evans。双方就Palomar发展历史、产品及服务、光子器件封装所面对的挑战等问题进行了讨论。

Palomar首席技术官Daniel Evans

Palomar首席技术官Daniel Evans

Santosh Kumar(以下简称:SK):首先,请您简单介绍Palomar,以及贵司的产品和服务。

Daniel Evans(以下简称:DE):Palomar为先进的光子器件和微电子器件组装工艺提供完整的工艺解决方案。Palomar提供的设备以灵活性、速度和准确性著称,我们提供Palomar芯片贴装设备、Palomar引线键合设备和楔焊机、SST真空回流系统,专注于外包制造和组装的创新中心(设立在美国、亚洲、欧洲),以及完善的客户支持服务。

SK:您能否介绍下Palomar在半导体产业链中的角色?

DE:Palomar的使命是为复杂的工艺提供简单的解决方案。技术日新月异,产品上市时间是获得成功的最重要因素之一。我们通过提供工艺开发所需先进封装服务和设备,帮助客户完成从产品原型到批量生产的过渡,从而确保客户成功导入新品。

SK:芯片贴装是集成电路(IC)组装中的关键工序,涵盖了各种应用的所有器件。您能谈谈Palomar所关注的芯片贴装细分市场吗?

DE:Palomar为很多行业提供芯片贴装设备。读者或许已经知道,Palomar通过与休斯飞机公司(Hughes Aircraft)开展合作,立志于在航空航天与国防行业扎根。我们已经为半导体和光子学产业提供了40多年的服务,业务范围已扩展到汽车(激光雷达和功率模块)、医疗、微波、射频和无线、数据通信、电信和其它细分市场。

Palomar 3880结合了日本武蔵(Musashi)点胶机,为下一代射频氮化镓(RF GaN)功率放大器制造商提供全面的解决方案

Palomar 3880结合了日本武蔵(Musashi)点胶机,为下一代射频氮化镓(RF GaN)功率放大器制造商提供全面的解决方案

SK:在芯片贴装设备厂商中,Palomar是光电器件组装业务的主要厂商之一。从芯片贴装角度来看,您认为光电器件组装面对的主要挑战有什么?Palomar如何应对这些挑战?

DE:光电器件的芯片贴装所面对的挑战之一是由于没有严格的标准,每个细分市场和每家客户都有特殊的封装设计。因此,我们需要与客户一起进行多模和单模光学设计。我们支持多模垂直腔面发射激光器(VCSEL)和多模光电二极管(PD)设计、边缘发射激光器(EEL)单模设计、异构设计,例如在最终半导体工艺前进行磷化铟(InP)增益材料与硅基光子集成电路(SiPIC)的分析,以及从InP激光器到阻挡层(Carrier)或InP激光器到SiPIC的混合设计。

面对如此种类繁多的器件设计,Palomar满足客户需求的策略是提供一系列适用于光电器件组装工艺所用的芯片贴装设备,便于客户按需求灵活选择。该设备可处理上述所有不同封装工艺的粘合剂和焊料贴装。

SK:组装/封装成本是光子器件总成本的主要组成部分。请您预测下未来的封装技术趋势,尤其是硅光子器件,以及其主要问题。

DE:封装和组装方面的挑战与光信号亚微米光学耦合的6个自由度控制有关。在将许多分立的光学功能组合成单片式平面结构方面,硅光子学取得了巨大的进步。但是,硅光子无法提供有效的激光技术。以InP和硅(Si)材料为代表的平台,各有不同的优势。硅光子在整体可扩展性和降低成本方面的希望最大。

自动真空压力焊接系统SST 8300系列

自动真空压力焊接系统SST 8300系列,提供单腔或三腔,利用SST独特的系统同时施加真空和气压,以获得功率模块内部关键组件的焊接界面尤其是陶瓷覆铜板(DBC)与基板界面所需的极低空隙率

基于企业的技术底蕴和可用的基础设施,市场领导者也在追求异构和混合设计。

电信和数据通信所用的收发器是现有市场量产产品的主要代表,但其需求量还不足整个电子产品市场的百分之一,很难吸引到大量投入。因此,市场将继续利用电子技术。

随着时间的推移,封装设计不断发展,放宽耦合公差,这将有助于降低成本。

SK:您认为用于5G的高功率射频器件封装所面对的主要挑战是什么?

DE:用于基站功率晶体管的横向双扩散场效应晶体管(LDMOS)和GaN技术需要高导热率的芯片贴装技术,以利于芯片自身散热。LDMOS需要AuSi共晶贴装,而GaN器件需要AuSn共晶或无压银烧结贴装。为了满足GaN器件贴装技术的最新趋势,我们开发了一种无压银烧结贴装嵌入式解决方案,以帮助客户在满足其客户5G产品要求的同时降低转换成本。我们看到,在5G器件封装中,多芯片封装是其中的一种需求,单个封装体中会出现多种尺寸的管芯,Palomar则一直在积极应对,这对最大化产量和最大程度降低组装工艺温度来讲至关重要。

Palomar芯片贴装设备3880为共晶或环氧树脂芯片贴装以及倒装芯片应用提供了灵活性

Palomar芯片贴装设备3880为共晶或环氧树脂芯片贴装以及倒装芯片应用提供了灵活性

2016年,我们开发了固定高度引线技术。银烧结材料要保持热学和电学性能,要求在整个键合引线平面上达到指定的高度且没有空隙。去年,我们通过集成Musashi的喷射点胶泵Aerojet进一步完善了该解决方案。我们是在对银烧结的喷射点胶进行“时间-压力”、“俄歇(Auger)电子能谱”和“正向位移”测试之后做出了这一决定。采用Palomar的固定高度键合引线技术并将其与喷射点胶相结合,我们已经能够为下一代RF GaN功率放大器制造商提供全面的解决方案。

使用相同的方法,我们的产品路线图还包括增加针对芯片倾斜度和引线高度实时测量的解决方案。Palomar设备的重复性很高,额外增加自动化和机器工作状况检查,能够使用户对封装过程更有信心。我们看到越来越多的RF GaN功率器件封装已从传统的航空航天、国防和电信应用领域转移到汽车等离子点火和微波烹饪等产品中,这些产品将更加关注自动化和成本降低。

SK:芯片贴装业务由一些大型厂商主导。Paloma将如何在这个竞争激烈的市场中保持并增强地位?尤其是,当我们已经看到客户对成本压缩的要求越来越高,这方面的压力变得越来越大时……

DE:全工艺解决方案是Palomar的主要与众不同之处。我们不仅提供设备,还拥有遍布全球的创新中心,这些创新中心专门为客户提供原型、工艺开发和定制服务(contract manufacturing services)。从项目启动到量产,我们都与客户合作。随着他们的产量逐渐增加,我们也已经能提供满足需求的设备。这是因为客户在开发、测试和生产过程中一直使用Palomar的设备。对于客户来说,通过我们的创新中心购买Palomar设备系列则是水到渠成的事情。

SK:Yole看到组装设备行业里正在进行很多并购活动,也包括芯片贴装设备厂商。大家正在通过并购实现设备的多样化来,以支持各种业务需求和组装工艺需求。您认为将来这样的趋势还会继续吗?这将如何影响Palomar的芯片贴装设备业务?

DE:在芯片贴装设备的设计和制造方面,Palomar的市场地位独特,我们还在2015年收购了SST International,从而扩大产品线。Palomar不仅有芯片贴装设备和键合机,现在还拥有完整的真空回流系统产品线,使Palomar成为各种环氧、共晶、焊料和烧结设备供应商。

我们是一家独立的美国公司,由当地管理层负责运营。Palomar将通过内部产品开发或外部收购继续完成战略增长计划。

SK:Palomar采取独特的商业模式。除设备业务外,Paloma还为客户提供设计、封装工艺开发和小批量定制服务。作为细分市场的成熟OSAT厂商,是否有计划从小批量制造(LVM)转变为大批量制造(HVM)封装服务提供商?

DE:Palomar的定位是通过在全球范围内增设创新中心推进定制服务。独特的商业模式使我们能够与行业中现有和未来巨头合作,明确地致力于通过我们的设计、工艺开发和定制服务,让客户的原型发展为未来的技术。我们与全球五大互联网提供商中三家的研发部门、前五大国防承包商都已开展合作。Palomar的战略是成为更加全面的工艺解决方案提供商,为先进的光电和半导体封装提供资产设备和服务。

SK:非常感谢您接受采访。您是否有其它想法需要向大家补充?

DE:最后,我想说,Palomar很幸运拥有很多才华横溢和经验丰富的员工。在我们过去40多年的发展中,还未出现过无法为客户解决问题的情况。因此,如果读者有任何光电器件封装方面的问题和挑战,欢迎与Palomar交流,让我们有机会向您展示我们的能力!

延伸阅读:

《芯片贴装设备市场-2019版》

《硅光子和光子集成电路技术和市场-2019版》

《功率模块封装产业现状-2019版》

《汽车半导体封装市场和技术趋势-2019版》

《手机应用的先进射频(RF)系统级封装-2019版》

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