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先進封裝和3D堆疊推動高精度芯片貼裝變得愈發重要
上傳更新:2020-04-11

                                                                                                         轉自: MEMS 2020年4月11日

                          微訪談:SET總經理Pascal Metzger

 

           據麥姆斯咨詢介紹,芯片貼裝(Die attach)是半導體封裝工藝中的關鍵工序。幾乎各種應用所需的芯片都需要這道工序,是影響封裝成本的關鍵一環?,F在,它正變得更具戰略意義。芯片貼裝設備可分為兩類:芯片鍵合設備和倒裝芯片(FC)鍵合設備。根據Yole此前發布的《芯片貼裝設備市場-2019版》報告,按設備類型細分,2018~2024年期間,倒裝芯片鍵合設備市場將以12%的復合年增長率(CAGR)增長,并在2024年達到2.9億美元的市場規模;芯片鍵合設備市場的復合年增長率為5%,到2024年將達到10.9億美元。按應用細分,用于堆疊式存儲器的鍵合設備市場增長最快,2018~2024年期間的復合年增長率達24%;其次是用于光電產品的鍵合設備市場,復合年增長率為12%;而用于邏輯產品的鍵合設備市場的復合年增長率為8%。

 

 

2018年和2024年芯片貼裝設備市場(按應用細分)
數據來源:《芯片貼裝設備市場-2019版》

 

 

           半導體封裝及組裝設備產業正在整合,相關廠商通過并購(M&A)使其設備多樣化,以支持不同的業務板塊和組裝工藝。

          Yole韓國分部的封裝、組裝和基板領域總監兼首席分析師Santosh Kumar近日訪談了SET總經理Pascal Metzger。通過雙方的交流,我們可以了解SET在這個充滿挑戰的行業中所面臨的機遇和挑戰。

            Santosh Kumar:您好!請您簡要介紹一下貴司及其產品和服務。

           Pascal Metzger:SET成立于1975年,總部位于法國,是全球領先的高精度倒裝芯片鍵合設備(芯片到芯片(C2C),以及芯片到晶圓(C2W))以及多功能納米壓印光刻(NIL)解決方案供應商。SET在全球范圍內的設備裝機量達到了350多臺,以其無與倫比的精度和倒裝芯片鍵合設備的靈活性而享譽全球。

          倒裝芯片鍵合設備生產線首次推出是在1981年,并在1997年成為了公司的主要研發焦點。從手動加載到全自動化,我們的鍵合設備覆蓋了各種各樣的鍵合應用。

 

芯片貼裝設備市場按技術細分


           SK:芯片貼裝是集成電路(IC)封裝中的關鍵工藝,涵蓋了各種應用中的所有器件。貴司芯片貼裝業務的重點市場有哪些?

 

           PM:顧名思義,“芯片貼裝”是指芯片的貼裝。我們的專長是朝下的倒裝芯片鍵合,可以完全控制整個鍵合過程。我們還提供朝上的芯片鍵合和取放。SET不提供引線鍵合設備。

 


           SK:SET是光電子和硅光子芯片貼裝設備領域的主要廠商之一。從芯片貼裝的角度來看,光電子器件封裝及組裝的主要挑戰是什么?你們如何應對這些挑戰?

 

 

             PM:光電子器件封裝及組裝所面臨的主要挑戰之一在于對準/鍵合后的精度。在高速電信光纖網絡領域,傳輸信號的質量是產品性能的一個關鍵因素。在將激光對準到光纖核心時,任何大于1μm的偏差都會導致不可接受的信號損失。事實上SET能夠提供了非常適合這些市場的解決方案,特別是對于組裝精度要求小于1μm的應用。

            這涉及幾個方面的挑戰:

 

          (1)客戶需要的最終精度;

 

          (2)組件的形狀和尺寸,以及因此的處理要求,例如,不能在敏感面上產生劃痕,光學敏感面上的任何劃痕或凹坑都會嚴重影響模塊的光傳輸;

 

            (3)對準方法:標準的是調整對準掩膜,或者對準圖案的幾何形狀,例如激光器的脊型結構。

 

             為了應對這些挑戰,我們的設備提供了滿足客戶需求及其應用的多種功能,例如用于處理的機臺,以及用于對準的視覺系統等。亞微米級的鍵合后精度,以及對低粘力的實時控制,是實現這類高要求光學封裝及組裝的一大優勢。

 

 

            SK:封裝及組裝成本仍然是光子器件總成本的大頭之一,請您談談光子器件特別是硅光子器件的封裝趨勢,面臨的問題主要有哪些?

            PM:不光是成本,還有生產。對于生產,客戶需要高吞吐量。此外,作為設備制造商,我們還必須考慮所要處理的組件,以確保高組裝效率,并提供客戶要求的封裝及組裝工藝。

            考慮到設備的采購成本、維護、運營以及占地面積,我們還要為客戶維持較低的設備擁有成本。我們知道:封裝,之前是光子學領域不那么重視的部分,近年已經逐漸成為最重要的考量之一。事實上,現在我們談討的已是“先進封裝”。

             SK:晶圓到晶圓(W2W)混合鍵合已經在某些應用中實現,例如CMOS圖像傳感器(CIS)晶圓堆疊。但是,芯片到芯片(D2D)或芯片到晶圓(D2W)的混合鍵合仍處于開發階段,許多關鍵廠商都在努力中。SET在D2D/D2W混合鍵合設備方面現狀如何?從設備角度看,貴司面臨的主要挑戰是什么?如何應對?

             PM:D2W混合鍵合的挑戰是工藝中的額外步驟,鑒于芯片的小尺寸,因而包括化學機械制備(CMP)在內的芯片清潔/清潔度。去年,SET推出了NEO HB——世界上第一款專門用于D2W混合鍵合的倒裝芯片鍵合機。這項成果源于IRT Nanoelec硅光子學計劃,特別是與法國格勒諾布爾(Grenoble, France )CEA-Leti團隊的合作。

 

SET在2019年推出的NEO HB

 

 

            SK:5G應用的大功率射頻(RF)器件在封裝方面有哪些主要挑戰?

            PM:5G需要非常高速的組件,以便能夠在很短的時間內傳輸大量數據,如視頻和高清圖片。在組件層面,需要降低電氣連接的長度,這意味著很小的互連間距。在組裝設備方面,它要求很高的焊后精度。由于5G的大規模市場應用,因此,這也意味著這些RF組件的高吞吐量大批量生產?,F在,有一些設備制造商可以提供中等精度的非??焖俚脑O備,也有一些制造商提供速度適中但精度極高的設備?,F在的挑戰,就是既要非??煊忠浅>_!

            對于先進衛星系統的某些射頻應用來說,越來越期待高精度對準(芯片和基板之間 的精度要求亞微米)。RF器件采用的典型的金對金鍵合技術在高溫條件下需要非常大的力度,而這通常無法實現高精度。即使是在高溫和大力度的條件下,SET的倒裝芯片鍵合設備也能安全、輕松地處理脆性材料,同時,它還能增強對整個循環過程中力分布的控制,從而提高鍵合精度。通過高性能熱壓和調平能力,SET使高端射頻連接成為現實,其準確度水平為射頻應用設定了新的標準。

           SK:SET的UV-NIL機臺開發現狀如何?據悉貴司正就該技術與行業伙伴展開合作。請您簡單介紹一下。

           PM:通過2000年代的歐洲NaPa和NapaNIL計劃,SET逐步開發了自己的專有技術,以及納米印刻步進機NPS300,現在已經出售給了許多研究中心。

            SK:芯片貼裝業務由少數幾家大公司主導。SET如何在這個競爭激烈的市場中維持并加強市場地位,尤其是面對來自客戶的成本壓力時。

            PM:SET專注于高精度(微米以下)倒裝芯片鍵合設備。毫無疑問,我們在這個精度水平具有一定優勢,因為在某些應用中我們的鍵合后精度已經達到了0.3 μm。我們還是大型組件組裝的全球領導者之一,例如圖像傳感器和航天組件。

            此外,我們在混合鍵合技術方面也取得了進展。作為研發設備的領導者,我們了解市場未來的需求。同時,我們也提供生產設備,例如用于混合鍵合的NEO HB和用于熱壓及回流工藝的ACCμRA Plus。

 

 

ACCμRA Plus


          SK:半導體封裝及組裝設備行業(包括芯片貼裝)正在進行整合,相關廠商通過并購(M&A)使其設備多樣化,以支持不同的業務板塊和組裝工藝。您預計這種趨勢未來會繼續嗎?它將如何影響SET的業務?

          PM:趨勢總是在變。SET非常清楚,即使資本投入非常高,但這個市場變化仍非常非???。我們一直緊盯市場動態,始終根據客戶不斷變化的需求調整我們的設備。

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