微米级精密Bonding技术推动光电共封装创新

逍遥设计自动化

引言
' t3 n9 _  p* t( ^; f% g) ?/ w在当今快速发展的数字环境中，数据流量呈指数级增长，特别是数据中心内部的数据传输，为传统数据传输技术带来了巨大挑战。随着人工智能、物联网、5G和高性能计算应用的出现，传统可插拔光学技术的局限性日益显现。光电共封装技术通过先进的封装技术，提供了更高的带宽密度和能效[1]。

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* ~" c, G0 s4 }4 ^$ m图1：展示了光电共封装中Chip-on-Carrier (COC)的结构示意图，说明了激光COC如何与电子集成电路（EIC）放置在光电子集成芯片晶圆上，并与光学器件和专用集成电路（ASIC）结合形成光学引擎。

2 l- g4 [& R6 X; a* Y5 D光学收发器市场增长显著，预计到2025年将达到140亿欧元。这一增长主要由光纤连接逐步替代传统铜缆推动，光纤技术具有多项优势，包括减少原材料使用、提高能效，以及在远距离传输中实现高带宽、低损耗的信号传输能力。
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光电共封装技术的演进
! t0 [# Y1 r: O! {& H3 f8 e. J光电共封装技术，尤其是在硅基平台上的实现，显著减少了互连长度。该技术不断发展，最新的集成方法采用外部激光小型可插拔模块（ELSFP）作为信号载体。这种创新方法在保持光电共封装功能的同时，通过将热源与核心器件隔离，有效管理热耗散。
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/ ^5 {/ ^9 w: Q9 U图2：展示了使用外部激光SFP（ELSFP）作为信号载体的光电共封装示意图，展示了激光光源如何外部放置在SFP面板上，同时在光电共封装中保持调制，以光纤连接替代铜线。

高精密制造要求
光电共封装技术的成功实施依赖于制造和封装过程中极其精确的控制。为了将电信号转换为光信号进行光纤传输，发光和感光器件必须以极高的精度连接，以最小化散射损耗和衰减。

! `0 f# p! P0 O  p; C8 `1 [现代半导体技术在使用CMOS光刻技术在基板上复制光学器件方面取得了重大进展，包括波导和接收器。由此产生的光电子集成芯片大大减少了收发器所需的分立器件数量，实现了更小的尺寸和更低的装配成本。
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图3：AMICRA NANO高精密bonding机，代表了光学和电子器件处理的精密技术，实现了3sigma小于±0.2微米的放置精度。
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: E  H7 Z0 a1 ~$ M$ p7 j( g; C8 i先进的Bonding技术
ASMPT的AMICRA NANO在高精密bonding技术领域实现了突破，达到了3sigma小于±0.2微米的定位精度。该设备的精密性基于稳固的工程原理，配备了重型气浮花岗岩基座，将定位单元与外部振动隔离。整个装置重约2.5吨，确保运行时的最佳稳定性。

精密放置过程始于单个芯片进料或预分离晶圆导入。设备采用独特的穿透式放置头设计，使高分辨率器件相机能够从上方捕捉真空吸嘴的图像。相机像素尺寸为3.45微米，配备三个镜头，能够识别1.66至5.56微米之间的线间距。
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对于精度要求较低的应用，AMICRA NOVA Pro邦定机提供更短的周期时间和更高的自动化能力。该设备保持3sigma小于±1微米的放置精度，同时显著缩短了周期时间，在1.5微米精度时为3-6秒，在5微米精度时为1.2-1.4秒。

技术展望
2 [$ F( w, P: ~) L- m5 b5 ~6 r光学和电子的集成在通信技术和其他应用领域代表了质的飞跃。ASMPT AMICRA总经理Johann Weinh?ndler博士强调了生产中高集成密度的重要性："云市场正在无限增长。对快速数据传输率和创新应用的需求正在急剧上升，特别是在数据中心领域。这延伸到无延迟实时传输和自动驾驶等新兴市场。"
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0 t( Y% G4 `/ l- @光电共封装技术的成功高度依赖于生产技术的持续进步，特别是在精度和工艺稳定性方面。AMICRA平台展示了未来发展方向，如AMICRA NANO等设备正在为光电子制造领域建立新的行业标准。
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" }; ^- x' y2 o$ q# j4 h2 k* Q参考文献
[1] M. Planckh, "Revolutionising optoelectronics with high-precision bonding," PIC Magazine, vol. 14, no. 3, pp. 14-17, 2024.

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