先进封装和3D堆叠推动高精度芯片贴装变得愈发重要

                                                                                                         转自： MEMS 2020年4月11日

                          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）
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

           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？

             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

            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

          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。

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