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灵活的高速键合自动平台 过主动对准来完成的,但现在越 于应对前文讨论的光子学制造挑战的
为了说明我们对自动化解决方 来越多地使用无源芯片连接完成, 三个关键点 :
案的理解,这里给出一个案例研究来 并具有高速、高精度(3µm)芯 • 通过消除在开发阶段已经合格的控
处理一种关键的制造工艺——芯片键 片键合设备的可用性。 制或工艺的变化,硬件和软件级别
合。图 4 是通常必须用光子学制造的 • 对于 TO-CAN 型产品,激光芯片 的通用平台可以显著降低 NPI 风
各种部件。这些部件的种类来自不同 和其他管芯在 90°翻转后连接到 险。在 R&D/NPI 阶段,一体式芯
类型 / 代的产品,以支持广泛的数据 TO 基座或垂直接杆上。为支持即 片键合设备可用于开发多种类型的
中心通信网络。不同的成品有几个主 将推出的 5G 无线部署,波分多 产品。这些自动机器可以在一台设
要的工艺步骤 : 路复用(WDM)激光器和电吸收 备上处理多种类型的管芯和工艺。
• 对于 Gold Box 产品,例如带有高 调制激光器(EML)采用低成本 它们的速度也足够快,可以为设计
功率激光器的收发器,通常先进行 TO-CAN 封装。由于需要连接许 和制造工艺的验证进行小到中等水
载体 / 底座上的芯片(CoC/CoS) 多管芯,这些 WDM/EML-TO 比 平的批量生产。一旦需求出现并需
键合,然后将 CoC/CoS 键合到共 传统的 TO-CAN 封装要复杂得多, 要大批量生产,生产线就可以组织
用底板上,用于封装前镜头 / 镜片 后者只需要处理 1-2 个管芯。 成特定的工艺组。
连接。最新的趋势是需要通过共晶 • 对于硅光子学,更多工艺正在从 • 大批量、高度混合的光子学制造,
或环氧树脂键合,将更多的芯片或 CoC 形式转变为 chip-on-interposer 需要灵活的大批量机器,这些机
管芯(如激光器、电容和热敏电阻) 和 chip-on-wafer (CoW)。目前 还 器可通过单台为一个或多个工艺
连接到公共载体上。 有许多尚未确定,但未来将依赖 组覆盖多种管芯、工艺和产品。
• 对于有源光缆(AOC)和板载光 于越来越多的晶圆级集成。 通过引入超快共晶模块,并部署
学元件(OBO)等 PCB 级产品, 图 5 是如何组织自动芯片键合工 多级并行处理来优化速度和吞吐
管芯直接连接到 PCB 上。需要在 具和工艺以优化效率的示例。图 5 中 量,例如将材料处理与管芯键合
PCB 上连接多个管芯,例如垂直 有三列 :左侧列出了用于研发和中小 步骤分离,并且在零时间浪费的
腔面发射激光器(VCSEL)阵列、 批量生产的一体式芯片键合机 ;中间 情况下在运行中集成工具更换。
光电二极管(PD)阵列、激光驱 列出了与图 4 中一致的工艺 ;右侧列 • 需要为下一代产品构建 HVM 设
动器和跨阻抗放大器(TIA)。从 出了 HVM 专用柔性高速键合机。 备,以实现并行的快速创新。在
历史上看,最终的镜头连接是通 以下是了解这种方法将如何有助 此示例中,3µm 放置精度是使用
>5µm 放置精度的目前主流光子学
用于柔性大批量生产的实现方式
工艺的进步。除了实现新产品之
HVM3 外,管芯键合的高精度还通过在
(Eutectic/epoxy stamping)
CoC/CoS/CoB HVM3e 工艺中尽可能早地收紧装配公差,
用于原型和小批 (Eutectic with heated head -
量生产的一体机 fixed or fast ramp) 来提高制造当前产品的工艺产量。
总之,高速自动化平台不会牺
HVM3p
AOC/CoB/GB (Thermal/UV epoxy and
705/M3 eutectic with inline conveyor) 牲灵活性、准确性或可靠性来实现
全天候生产,这对于解决大批量、
H3TO
EML/WDM-TO (Complex TOs, e.g. 高度混合的光子学制造至关重要。
High-power LD EML/WDM-TO)
H3LD R&D 和 HVM 之间的通用平台,以
(High-power pump laser)
及面向未来的精密度,对于快速创
Si/InP-PIC/ 新和降低 NPI 风险,以及提高 HVM
WLP/Co-packaging HVM1 (coming soon)
(<1 µm)
中的生产率、并降低成本,也是至
图5:图中给出了用于大批量和高度混合光子学制造的实现平台。 关重要的。
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