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成为半导体产业大国，设备要先行
2024-07-04
近日，EAC2024易贸汽车产业大会暨产业展在苏州国际博览中心盛大召开。本次展会聚焦新能源、智能驾驶、内外饰与智能座舱3大领域，由30场论坛、7展区以及20+同期行业活动构成，芯师爷专访了国内数家汽车电子产业链的优秀企业，特别推出专题报道。
本文为芯师爷专访苏州博众半导体有限公司（以下简称：博众半导体）研发总监付江波的实录。
苏州博众半导体有限公司是博众精工科技股份有限公司的直属子公司，依托博众精工二十余年技术积累，立足于半导体。并通过与清华大学、哈尔滨工业大学等国内知名高校开展产学研合作，为AI、光通信等领域客户提供满足先进封装要求的高精度、高速度、高稳定性的半导体贴装设备，以及高效的芯片AOI检测设备。
在大量超高速光模块需求量背景下，光模块制造面临着哪些挑战？
超高速光模块作为数据传输的核心组件，在数据中心、5G通信、高速互联网等领域的需求日益增长。然而，随着需求量的激增，光模块制造行业也面临着前所未有的挑战。
从技术角度来看，高速率的演进是当前光模块行业的核心挑战之一。随着数据中心对带宽需求的增加，光模块的速率正向800G甚至1.6T等更高速率发展。器件封装的高精度和可靠性是关键，这不仅需要在光电子器件的设计和制造上进行创新，还要求材料科学和制造工艺的同步进步。
散热性问题也是制约光模块技术发展的瓶颈之一。高速运行的光模块会产生大量热量，如何有效散热，保证模块稳定运行，是设计中必须考虑的重要因素。
从供应链角度来看，供应链的管理以及成本的控制也是制造商不容忽视问题。随着光模块向更高速率发展，所需的高端材料和精密工艺导致成本不断攀升。如何在保持竞争力的同时，有效控制成本，也是制造商需要解决的难题。
对比数据中心和工业应用，车规级光模块在封装上是否要求更高，主要体现在哪些方面？
数据中心光模块与车规级光模块在封装上有一定的差别和共性。数据中心光模块通常注重高带宽、高速传输和低功耗，采用小型化、密集型的封装设计以适应高密度的服务器机架和交换机环境。车规级光模块封装需要满足汽车电子领域的特殊要求，以确保在车辆环境中的可靠性、稳定性和高性能。在车规级芯片封装中，除涉及高可靠性、高精度、高散热、小尺寸的要求外，还可能涉及其他技术和考虑因素，如结构应力配合、水汽隔绝密封、高强度耐老化、离子迁移等技术难点的攻克，以及散热效率、功率密度、抗振动冲击、适应温度范围等方面的优化。
不同的车规级光模块封装方案可能会有所差异，具体的封装方式会根据光模块的应用场景、性能要求、成本等因素进行选择和优化。同时，随着技术的不断发展，车规级光模块封装也在不断演进和创新，以满足汽车智能化和网联化的发展需求。尽管如此，两者在追求高性能、低延迟和成本效益方面具有共性，都需要高精度的贴片机设备及封装技术来提升整体性能和可靠性，并且光模块产业与激光雷达高度协同，配套生产设施可共用，鉴于激光雷达与光模块在收发模块上的相似性，光模块产业链公司可将在该领域积累的技术、工艺、供应链采购规模和产能等方面的优势复用于激光雷达业务。
了解到博众半导体正在发力国际市场，主要发力哪些地区？目前进展如何？
目前光通信模块制造的主要痛点是什么？博众如何解决？
光模块的快速发展离不开上下游产业链的协同推进。这包括光器件、光芯片、电芯片和结构件等制造商，以及封装及测试设备供应商等的共同努力。只有产业链各环节的紧密协作，才能确保光模块行业持续发展。
在海量的超高速光模块需求量背景下，光模块制造成本、工艺提升面临极高的技术挑战，需要使用高精度、高稳定性、高灵活性的自动化工艺设备，才能保证所生产的高性价比光模块，具备一致性、稳定性、可靠性，促进光通讯行业的蓬勃发展，满足人工智能时代的需求。博众半导体的星威系列EH9721型全自动高精度共晶贴片机是光电子器件、光模块封装工艺的理想设备，该设备兼具共晶贴片、 蘸胶贴片及Flip Chip贴片功能，可满足多芯片、多工艺的贴装场景。先进的设计和高质量的驱动结构使其贴片精度可达±3μm，可满足光模块单芯片及多芯片高密度的贴装需求，兼容CoC、CoB、CoS等多种封装工艺，并且可根据客户需求选配UV加热、画胶、打螺丝等特殊功能。值得一提的是，该系列设备经过多次技术升级迭代，目前已储备头部加热、大尺寸共晶台、高精度闭环力控等关键技术布局，能够通过高效高可靠性的共晶加热系统，以降低热应力和机械应力对激光芯片性能的影响，且高精度闭环力控的ZR模组，更适应高长宽比激光芯片的贴合。
对比400G光模块，800G/1.6T的光模块在封装方面提出了哪些新的要求？
相较于400G光模块，800G和1.6T光模块需要更高的信号完整性和更低的功耗，这要求封装技术能够有效减少信号损耗和热量积聚。具体来说，800G/1.6T 光模块在封装方面通常有以下需求：
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更高精度：随着光模块不断迭代升级，对组装精度要求更高，需要更高精度的设备。例如，采用 CPO 技术将光学通信组件与电子芯片放置在同一个封装内，可实现更短的信号传输路径和更高性能。
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高集成度：如硅光模块将激光器、调制器、探测器高度集成在硅光芯片上，同时有效控制功耗。这有助于减少封装体积，提高模块的密度和性能。
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低成本：通过提高集成度来降低封装成本，并且硅基材料可大尺寸制造，也有助于降低硅基芯片成本。
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工艺简化：使用兼容成熟的 CMOS 工艺，可简化封装工艺。在向 800G、1.6T 升级时，相比传统光模块工艺步骤大幅增加的情况，硅光芯片只需多设计几个通道，工艺变化相对较小。
此外，800G和1.6T光模块对材料和工艺的要求也更高。封装材料需要具备更好的热导率和电绝缘性能，以应对高功率密度带来的散热和电气隔离挑战。
能否分享一下，目前800G光模块的商用进展如何？
AI需求爆发正在加速推动800G光模块的布局，据悉，从2023年开始，北美大客户已经开始大规模采购，尤其是新增的AI大客户英伟达为业绩增长带来了新动力，确认了800G升级的强势需求。行业竞争格局相对稳定，头部厂商继续引领行业发展。根据 LightCounting公布的2023年全球光模块 TOP10 榜单，中国光模块厂商共 7 家入围，旭创科技（排名第1）、华为（排名第3）、光迅科技（排名第5）、海信宽带（排名第6）、新易盛（排名第7）、华工正源（排名第8）、索尔思光电（排名第9）。这也印证了中国厂商在高端光模块领域的技术突破，和国产化替代的趋势。
800G光模块的商用离不开产业链的创新和成熟。目前，博众半导体共晶贴片机设备已具备800G光模块高精度贴装的能力，未来，我们的产品也将会不断的创新迭代，与行业共同发展，继续赋能1.6T甚至3.2T等更高速率光模块贴装方案的研发与落地。
光电共封装（CPO）的技术难点是什么？它是否将颠覆传统技术？能否展开聊聊。
共封装光学CPO（co-packaged optics，CPO）技术采用了一种创新的封装方法，将光模块和芯片紧密地封装在同一个封装体内，从而极大地缩减了它们之间的连接长度和距离。
简单来说，CPO就是将光模块不断向交换芯片靠近，缩短芯片和模块之间的走线距离，并逐步替代可插拔光模块，最终将光引擎和电交换芯片封装成一个芯片，从而能够降低信号衰减、系统功耗，并实现高度集成。CPO技术目前正处于产业化的初期阶段，尽管其潜力巨大，但仍面临着一系列亟待解决的关键技术问题。
在工艺、仿真和测试等多个方面，CPO都面临着严峻的技术挑战。其中，封装工艺能力是制约CPO技术发展的关键因素之一。CPO的封装涉及TSV（硅通孔）、TGV（玻璃通孔）等多种先进而复杂的封装技术。这些技术各有利弊，需要在研发制造过程中进行不断的探索和优化，以找到最可靠的方案。CPO技术的发展还面临着其他多个方面的挑战。例如，如何选择合适的光引擎调制方案，以确保数据传输的准确性和稳定性；如何架构光引擎内部器件间的封装，以实现高效的光电转换和信号传输；以及如何实现量产可行的高耦合效率光源耦合，以提高整体的光学性能。总而言之，CPO封装技术不仅带来了器件系统架构的变化，同时需要全新的芯片制造和封装自动化解决方案。博众半导体期待在光电共封装（CPO）未来进程中，发挥自身技术优势，与行业同仁携手合作，共同推进光电子产业的技术创新和发展。
我国是否在贴片机市场占据主导地位？您认为这个行业的竞争压力大吗？能否展开聊聊。
国内贴片机市场经历了从依赖进口品牌到国产技术崛起的转变。过去，由于技术相对滞后，国内市场长期由进口品牌主导。近几年随着国家政策、产能转移、科技创新的大背景，国内厂商已迎头赶上，逐步缩短了与国外的技术差距。不仅在中低端市场占据了一席之地，而且正逐步向高端市场进军，展现出强劲的发展势头。
在竞争中,领先者往往具有更多的资源和优势，面对半导体高端设备行业不断发展，国内设备厂商势必需要持续攻坚克难和研发创新。博众半导体通过持续的研发投入，已显著缩小了与国际领先技术的差距，星威系列共晶贴片机已实现3微米高精度长期稳定的贴装，且设备关键零部件均为自主研发，不仅有效保障关键零部件的供应，而且可根据设备整体性能需求进行定向开发设计，保证设备的高性能及产品竞争力。产品在满足客户个性化需求方面展现出更大的灵活性和优势，能够提供定制化、模块化的设备结构设计。为不断满足行业发展的需求，博众半导体将结合自身产业优势，在不断深耕高精度共晶贴片机的基础上，逐渐拓展先进封装设备的研发，结合博众集团自动化整合优势，满足行业的高速发展。
