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先进封装和3D堆叠推动高精度芯片贴装变得愈发重要
2020-04-04 20:57:18   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

据麦姆斯咨询介绍,芯片贴装(Die attach)是半导体封装工艺中的关键工序。几乎各种应用所需的芯片都需要这道工序,是影响封装成本的关键一环。芯片贴装设备可分为两类:芯片键合设备和倒装芯片(FC)键合设备。

微访谈:SET总经理Pascal Metzger

据麦姆斯咨询介绍,芯片贴装(Die attach)是半导体封装工艺中的关键工序。几乎各种应用所需的芯片都需要这道工序,是影响封装成本的关键一环。现在,它正变得更具战略意义。芯片贴装设备可分为两类:芯片键合设备和倒装芯片(FC)键合设备。根据Yole此前发布的《芯片贴装设备市场-2019版》报告,按设备类型细分,2018~2024年期间,倒装芯片键合设备市场将以12%的复合年增长率(CAGR)增长,并在2024年达到2.9亿美元的市场规模;芯片键合设备市场的复合年增长率为5%,到2024年将达到10.9亿美元。按应用细分,用于堆叠式存储器的键合设备市场增长最快,2018~2024年期间的复合年增长率达24%;其次是用于光电产品的键合设备市场,复合年增长率为12%;而用于逻辑产品的键合设备市场的复合年增长率为8%。

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)

数据来源:《芯片贴装设备市场-2019版》

半导体封装及组装设备产业正在整合,相关厂商通过并购(M&A)使其设备多样化,以支持不同的业务板块和组装工艺。

Yole韩国分部的封装、组装和基板领域总监兼首席分析师Santosh Kumar近日访谈了SET总经理Pascal Metzger。通过双方的交流,我们可以了解SET在这个充满挑战的行业中所面临的机遇和挑战。

Santosh Kumar:您好!请您简要介绍一下贵司及其产品和服务。

Pascal Metzger:SET成立于1975年,总部位于法国,是全球领先的高精度倒装芯片键合设备(芯片到芯片(C2C),以及芯片到晶圆(C2W))以及多功能纳米压印光刻(NIL)解决方案供应商。SET在全球范围内的设备装机量达到了350多台,以其无与伦比的精度和倒装芯片键合设备的灵活性而享誉全球。

倒装芯片键合设备生产线首次推出是在1981年,并在1997年成为了公司的主要研发焦点。从手动加载到全自动化,我们的键合设备覆盖了各种各样的键合应用。

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

SK:芯片贴装是集成电路(IC)封装中的关键工艺,涵盖了各种应用中的所有器件。贵司芯片贴装业务的重点市场有哪些?

PM:顾名思义,“芯片贴装”是指芯片的贴装。我们的专长是朝下的倒装芯片键合,可以完全控制整个键合过程。我们还提供朝上的芯片键合和取放。SET不提供引线键合设备。

SK:SET是光电子和硅光子芯片贴装设备领域的主要厂商之一。从芯片贴装的角度来看,光电子器件封装及组装的主要挑战是什么?你们如何应对这些挑战?

光电子器件封装及组装

PM:光电子器件封装及组装所面临的主要挑战之一在于对准/键合后的精度。在高速电信光纤网络领域,传输信号的质量是产品性能的一个关键因素。在将激光对准到光纤核心时,任何大于1µm的偏差都会导致不可接受的信号损失。事实上SET能够提供了非常适合这些市场的解决方案,特别是对于组装精度要求小于1µm的应用。

这涉及几个方面的挑战:

(1)客户需要的最终精度;

(2)组件的形状和尺寸,以及因此的处理要求,例如,不能在敏感面上产生划痕,光学敏感面上的任何划痕或凹坑都会严重影响模块的光传输;

(3)对准方法:标准的是调整对准掩膜,或者对准图案的几何形状,例如激光器的脊型结构。

为了应对这些挑战,我们的设备提供了满足客户需求及其应用的多种功能,例如用于处理的机台,以及用于对准的视觉系统等。亚微米级的键合后精度,以及对低粘力的实时控制,是实现这类高要求光学封装及组装的一大优势。

SK:封装及组装成本仍然是光子器件总成本的大头之一,请您谈谈光子器件特别是硅光子器件的封装趋势,面临的问题主要有哪些?

PM:不光是成本,还有生产。对于生产,客户需要高吞吐量。此外,作为设备制造商,我们还必须考虑所要处理的组件,以确保高组装效率,并提供客户要求的封装及组装工艺。

考虑到设备的采购成本、维护、运营以及占地面积,我们还要为客户维持较低的设备拥有成本。我们知道:封装,之前是光子学领域不那么重视的部分,近年已经逐渐成为最重要的考量之一。事实上,现在我们谈讨的已是“先进封装”。

SK:晶圆到晶圆(W2W)混合键合已经在某些应用中实现,例如CMOS图像传感器(CIS)晶圆堆叠。但是,芯片到芯片(D2D)或芯片到晶圆(D2W)的混合键合仍处于开发阶段,许多关键厂商都在努力中。SET在D2D/D2W混合键合设备方面现状如何?从设备角度看,贵司面临的主要挑战是什么?如何应对?

PM:D2W混合键合的挑战是工艺中的额外步骤,鉴于芯片的小尺寸,因而包括化学机械制备(CMP)在内的芯片清洁/清洁度。去年,SET推出了NEO HB——世界上第一款专门用于D2W混合键合的倒装芯片键合机。这项成果源于IRT Nanoelec硅光子学计划,特别是与法国格勒诺布尔(Grenoble, France )CEA-Leti团队的合作。

SET在2019年推出的NEO HB

SET在2019年推出的NEO HB

SK:5G应用的大功率射频(RF)器件在封装方面有哪些主要挑战?

PM:5G需要非常高速的组件,以便能够在很短的时间内传输大量数据,如视频和高清图片。在组件层面,需要降低电气连接的长度,这意味着很小的互连间距。在组装设备方面,它要求很高的焊后精度。由于5G的大规模市场应用,因此,这也意味着这些RF组件的高吞吐量大批量生产。现在,有一些设备制造商可以提供中等精度的非常快速的设备,也有一些制造商提供速度适中但精度极高的设备。现在的挑战,就是既要非常快又要非常精确!

对于先进卫星系统的某些射频应用来说,越来越期待高精度对准(芯片和基板之间的精度要求亚微米)。RF器件采用的典型的金对金键合技术在高温条件下需要非常大的力度,而这通常无法实现高精度。即使是在高温和大力度的条件下,SET的倒装芯片键合设备也能安全、轻松地处理脆性材料,同时,它还能增强对整个循环过程中力分布的控制,从而提高键合精度。通过高性能热压和调平能力,SET使高端射频连接成为现实,其准确度水平为射频应用设定了新的标准。

SK:SET的UV-NIL机台开发现状如何?据悉贵司正就该技术与行业伙伴展开合作。请您简单介绍一下。

PM:通过2000年代的欧洲NaPa和NapaNIL计划,SET逐步开发了自己的专有技术,以及纳米印刻步进机NPS300,现在已经出售给了许多研究中心。

SK:芯片贴装业务由少数几家大公司主导。SET如何在这个竞争激烈的市场中维持并加强市场地位,尤其是面对来自客户的成本压力时。

PM:SET专注于高精度(微米以下)倒装芯片键合设备。毫无疑问,我们在这个精度水平具有一定优势,因为在某些应用中我们的键合后精度已经达到了0.3 µm。我们还是大型组件组装的全球领导者之一,例如图像传感器和航天组件。

此外,我们在混合键合技术方面也取得了进展。作为研发设备的领导者,我们了解市场未来的需求。同时,我们也提供生产设备,例如用于混合键合的NEO HB和用于热压及回流工艺的ACCµRA Plus。

ACCμRA Plus

ACCμRA Plus

SK:半导体封装及组装设备行业(包括芯片贴装)正在进行整合,相关厂商通过并购(M&A)使其设备多样化,以支持不同的业务板块和组装工艺。您预计这种趋势未来会继续吗?它将如何影响SET的业务?

PM:趋势总是在变。SET非常清楚,即使资本投入非常高,但这个市场变化仍非常非常快。我们一直紧盯市场动态,始终根据客户不断变化的需求调整我们的设备。

延伸阅读:

《芯片贴装设备市场-2019版》

《电动汽车电力电子器件的芯片贴装材料-2019版》

《先进封装产业现状-2019版》

《系统级封装(SiP)技术及市场趋势-2020版》

《功率模块封装产业现状-2019版》

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