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晶圆、封装为什么重要？看完这份芯片资料你就知道了

现代科技推动下，芯片制造全流程堪称一场精密的工艺之旅，整个工艺过程不仅展示了材料科学的前沿突破，更是人类智慧与先进科技的完美融合。在全球数字化转型背景下，了解半导体制造过程对于从事电子制造领域或对此感兴趣的人来说极为重要。

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TGV 技术优劣性及挑战

随着电子产品需求的不断提升，半导体封装技术的发展已经从2D 结构发展到2.5D 乃至3D结构，这对包括高密度集成和异质结构封装在内的系统级封装（System in Packaging， SiP）提出了更高的要求。以当下热门的晶圆级封装为切入点，重点阐述并总结目前在晶圆级封装结构中出现的3 种垂直互连结构：硅通孔（Through Silicon Via，TSV)、塑封通孔(Through Molding Via，TMV)、玻璃通孔(Through Glass Via，TGV)。这3 种垂直互连结构也是业内公认的推进三维集成封装的关键技术。 21 世纪初，晶圆级封装技术实体问世，起初晶圆级封装依靠其封装尺寸小型化、低成本和高性能的优势在市场应用中获得认可，但随着用户需求的不断提升，移动设备向高集成化、轻量化以及智能化的趋势发展，对先进封装提出了更高的要求。2010 年之后，封装技术有了质的突破，在封装体的纵向和横向上取得显著成效，出现了扇出型封装、多芯片异构集成封装、三维异质集成封装以及将所有封装形式和结构融合于一体的系统级封装。作为上下互连的中介层结构，垂直互连结构对三维封装集成能力以及实现系统整合具有不可替代的作用，其中硅通孔（Through Silicon Via，TSV)、塑封通孔(Through Molding Via，TMV) 和玻璃通孔(Through Glass Via，TGV)互连结构在近些年的先进封装领域中是最为普遍的结构，通过垂直互连提高了封装体的高密度互连能力，使得集成度更高、传输速率更快、寄生干扰更小、高频特性更优越。 TSV 垂直互连结构根据硅通孔在工艺制程中形成的顺序，TSV 结构可以分为先通孔工艺（Via First）、中通孔工艺（Via Middle）和后通孔工艺（Via Last）。其中后通孔工艺还分为正面后通孔工艺和背面后通孔工艺。 TSV 技术被看做是一个必然的互连解决方案，也是目前倒装芯片和引线键合型叠层芯片解决方案的很好补充。TSV 结构能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，并且大大提升芯片传输速度并降低功耗。因此，业内人士将TSV 技术称为继引线键合(Wire Bonding)、载带自动焊（TAB）和倒装芯片（FC）之后的第四代封装技术。但是TSV 技术的发展也不可避免地存在一些问题亟待解决，首先是超薄硅圆片技术，其次是高密度互连的散热问题，再者是3D封装与目前封装工艺的兼容性问题，包括兼容的工艺设备和工具，这涉及到成本问题，且未形成一套统一的行业标准以及系统的评价检测体系。 TMV 垂直互连结构 TMV 结构的制备原理较为简单，如图5所示，即经过塑封工艺后，利用激光钻孔的方式在塑封体中制备垂直通孔，通孔的底部连接金属。随后，通过溅射和电镀工艺在通孔中填入导电材料，辅助以打线键合及回流焊工艺实现逻辑与内存组件的三维互联。 TMV 技术作为众多3D 垂直互联方案的一种，填补了倒装以及TSV 封装技术等高端市场以外的空白。 TGV 垂直互连结构随着封装体的集成度不断提高，系统级封装和3D异质结构的复杂性以及器件加工工艺和材料特性能力等的需求，加之TSV/TMV 互连结构本身也存在局限性，所以在2.5D 和3D 封装领域必然出现不同路线的工艺和材料方案，以弥补市场需求。在2010 年第60 届电子元件和技术会议上，来自德国费劳恩霍夫可靠性和微集成研究所的迈克尔博士，与专业的玻璃材料制造商肖特公司联合，首次提出了TGV 技术概念，提出玻璃通孔在工艺稳定性、制程成本以及射频和微波电性能方面相对于硅通孔较为优越。在随后的几年里，业界诸多专家学者对玻璃及TGV 结构的应用进行了深入的拓展和探索研究，国内以厦门云天半导体科技有限公司为首，国外以肖特、博世公司为首，在应用领域不断挖掘，目前已知在MEMS 封装、3D IC 转接板以及IPD集成和射频元器件工艺方面的尝试均取得了非常不错的效果。尤其在2015 年之后，由于5G 毫米波概念慢慢进入人们的视野，业内诸多专家学者和无线通讯以及信号基站制造商针对使用玻璃为载体的TGV 结构工艺，探索其在高频信号下的传输性能，最后因玻璃具备电阻率较高、高信号隔离、低介电损耗的特性取得了非常优秀的成果。而TSV 工艺结构中的半导体硅材料，在电场或磁场影响下载流子会移动从而影响电路信号，所以以玻璃为载体的TGV 工艺结构在毫米波产品应用中更优于TSV 结构。 TGV 结构及相关技术在光通信、射频、微波、微机电系统、微流体器件领域有广泛的应用前景。此外，因为玻璃的物理特性可控，工艺中无需制作绝缘层，降低了工艺复杂度和成本，所以在未来三维异质集成中，TGV 结构被认为是替代TSV 结构的理想解决方案。 TGV 结构工艺对于TGV 互联结构的一大挑战就是如何快速且经济地形成大批量结构通孔（如图7所示）。TGV 结构的通孔形成方法和TSV结构相比，虽然最终目的是一样的，都是完成封装体内部结构的垂直互联作用，但因玻璃和硅材料本身还是存在不小的差异，所以工艺制程上又存在区别，目前为大家熟知的TGV 结构中通孔形成的方式有超声钻孔、喷砂工艺、湿法刻蚀、深反应离子刻蚀DRIE、激光钻孔、聚放电工艺FED、光敏玻璃感光成形以及采用激光诱导深度蚀刻LIDE。传统的喷砂法、湿法刻蚀法都存在一定的局限性，深反应离子刻蚀的效率十分低下。激光钻孔是较为适用的方法，因其成本低且覆盖范围广赢得了业界的关注。激光钻孔根据波长和类型分为好几类，其中有波长从1 μm 短波激光到10.6 μm 的CO2 激光，还有具备紫外波长的准分子激光。CO2 激光因其工艺质量和效力不高而被否定，而基于准分子激光和聚放电工艺技术的TGV 通孔效力可达每秒上千个玻璃通孔。乐普科激光电子股份有限公司及厦门云天半导体科技有限公司分别在2014 和2019 年对激光诱导刻蚀工艺进行介绍和深度研究，被认为是目前对TGV 通孔成形最有效的方式。其工艺步骤主要为两步：第一是用皮秒激光去改性基底玻璃，第二步使用10%的HF 去做玻璃刻蚀从而形成玻璃通孔。这一工艺被厦门云天半导体科技有限公司称之为LaserInduce Deep Etching，其形成的玻璃通孔可以获得较高的深宽比，同时没有碎屑和裂纹，工艺具有良好的稳定性，且深入研究表明此工艺如果使用材质是硅玻璃，其垂直通孔形成后表面将更为光滑。LPKF 激光所进行的玻璃改性的处理速度为每秒大约5000 个玻璃通孔，TGV 的直径可达10~50 μm，节约了大量的工艺时间并保证了工艺能力。形成玻璃通孔只是TGV 结构工艺过程的一部分。填孔和金属化布线是接下来不可或缺的工作。TGV 结构转接板基本流程为：在玻璃通孔完成之后进行通孔电镀，之后再进行介电层和布线层以及金属化层等类似TSV 结构的工艺制程。TGV 金属化流程及相关切片如图8 所示。 TGV 技术优劣性及挑战玻璃通孔技术虽然有诸多优势，但同时也存在着多方不足。一是现有的方法虽然可以实现TGV 结构，但有些方法会损伤玻璃，且造成表面不光滑；二是大多数加工方法效率低，没法大规模量产；三是TGV 结构的电镀成本和时间相比TSV 结构略高；四是玻璃衬底材质表面的黏附性较差，容易导致RDL 金属层异常；五是玻璃本身的易碎性和化学惰性给工艺开发带来了难度。还有就是此技术对于市场而言还属于相对新兴的技术，虽然已有不错的反响，且市场规模在逐年扩大，但市场需求和应用生态还没有产生很大的改变，有待未来进一步的发展。 TSV、TMV、TGV 结构都有各自的优点和缺点，没有一种通孔结构可以完美应用于各种高密度高维度集成封装。TSV 结构在半导体电子存储和CIS 领域有相对明显的优势，但材料兼容性不高、工艺成本高昂。TMV 结构则工艺简单、成本低廉，具有较高的经济实用性，但工艺技术能力的应用处于相对低端封装领域。TGV 结构虽在射频和微波传输方面有更大的优势，但是材料工艺有局限性。3 种垂直互连结构具体如何运用，还要结合具体的实际应用需求，以使得封装结构更合理，优点更多，性能更突出。同时，未来还需持续优化各个垂直互连结构，改进各垂直互连结构的工艺方法，进一步完善高密度集成封装技术。

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数据光端机在网络中的应用案例

光端机可以对光信号进行传输，这为光信号的使用提供了可能。光端机有很多具体类型，数据光端机便是其中一种。为增进大家对光端机的认识，本文将对数据光端机以及数据光端机的作用予以介绍。如果你对光端机具有兴趣...

09-12 102浏览
无线通信的发展历史有哪些里程碑事件？

无线通信(英语：Wireless communication)是指多个节点间不经由导体或缆线传播进行的远距离传输通讯，利用收音机、无线电等都可以进行无线通讯。无线通讯包括各种固定式、移动式和便携式应用，例如双向无线电、手机...

07-23 222浏览
光纤通讯与其他通信方式的比较

光纤通讯(Fiber-optic communication)也称光纤通信，是指一种利用光与光纤(optical fiber)传递资讯的方式。属于有线通信的一种。光经过调变(modulation)后便能携带资讯。自1980年代起，光纤通讯系统对于电信工业产...

07-18 129浏览
融合网络管理：降低企业运营成本的有效方法

网络融合(Network convergence)包括两个层面的融合：数据传输层融合，应用层融合。数据传输层融合是将以前分别基于PSTN电话网上的语音数据和基于有线电视同轴电缆上的视频数据，以及基于IP的信息数据，都整合在一个...

07-18 114浏览
光纤通信技术的传输介质和功能器件有哪些分类？

光纤通信技术(optical fiber communications)从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。光纤通信作为一门新兴技术，其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见...

07-18 102浏览
光模块行业：Top10光通信产业链

▼关注下方公众号了解更多▼ 光模块(Optical Modules/ Transceiver)作为光纤通信设备中实现光信号传输的光电转换和电光转换功能的核心器件，主要由光电子器件（光发射器、光接收器等）、功能电路和光接口组件等部分组成。在整个光通信产业链中，光器件和光模块公司处于行业中游。产业链上游主要包括半导体材料、光电芯片（设计、制造、封装）供应商；产业链下游，光模块需配合电信设备、网络设备等使用，属于非终端产品，主要面向电信市场和数通市场两大类客户。据Yole数据统计，2022年全球光模块的市场规模约110亿美元，同比增长9.09%。Light counting预计，未来5年全球光模块市场规模将的复合年增长率为11%，预测 2027 年全球光模块市场将突破200亿。Yole预计2022年-2028年的复合年增长率为12%，预测2028年将达到223亿美元。光通信器件外壳作为光通信器件及光模块关键部件之一，市场空间也非常广阔。参考中瓷电子公司的光模块制作客户的采购成本，光模块中电子陶瓷制品合计价值量占比在光模块价值量的 15%，按照汇率 7 测算，估计通信器件用电子陶瓷外壳对应 22 和 27 年市场空间分别为 115.5 亿和 220.5 亿元人民币。相较于主要以4G/5G 无线网络、固定宽带 FTTX等为应用代表的电信市场，承载 AR/VR、人工智能、元宇宙等应用的数据中心领域和数通市场对光模块需求更为显著，数通市场将占据光模块市场规模的主导地位，带动全球光通信需求增长。随着通信、计算技术的快速更迭，光模块正朝着高速、高集成度的方向发展，其产品速率的迭代周期一般在3-5年，数通市场快于电信市场。近20多年光模块技术进步迅速，支持速率从最初的不到10Gbps发展到目前最高的800Gbps，并且随着对数据交换需求的提升，光模块将来会进一步提速，且集成度的提升会带来系统的可靠性及稳定性的增强和能耗降低。在过去的十多年里，中国的光器件和模块供应商凭借成本优势逐渐在全球市场上获得份额，目前在全球光模块市场占主导地位。2010年，全球前十大光模块厂商仅有武汉电信器件有限公司（WTD，后与光迅科技合并）这一家企业，到2022年中国已占据全球前十大光模块厂商的7家，分别是旭创科技（排名与Coherent并列第1）、华为（海思）（位列第4）、光迅科技（位列第5）、海信宽带（位列第6）、新易盛（位列第7）、华工正源（位列第8）、索尔思光电（位列第10，已被华西股份收购）。另外国外的除了Coherent（并购了Finisar），还有思科（并购了Acacia，位列第2）和英特尔（位列第9）。在前十中，旭创科技、Coherent、思科、华为四家厂商占据全球光模块市场份额超过50%，旭创科技和Coherent分别获得近14亿美元的收入。下面为大家介绍全球光模块top10相关企业情况，欢迎大家补充修正。旭创科技苏州旭创科技有限公司成立于2008年4月，是中际旭创（300308.SZ）全资控股子公司，集高端光通信收发模块的研发、设计、封装、测试和销售于一体，是高端光通信收发模块及光器件龙头制造商，在安徽铜陵、四川成都、美国硅谷、新加坡、台湾和泰国等地都设有研发基地、生产基地及销售中心。旭创科技可为云数据中心客户提供800G、400G、200G和100G等高速光模块，为电信设备商客户提供5G前传、中回传光模块、光纤接入光模块，以及应用于城域网、骨干网和核心网的传送光模块等高端整体解决方案。中际旭创另一家子公司成都储翰专注于接入网光模块和光组件的生产及销售，拥有从芯片封装到光电器件到光电模块的垂直整合产品线。旭创成立初期即在北美市场设立全资子公司 Innolight Technology USA, INC，2016 年已进入亚马逊和谷歌等海外一流客户的供应链，通过量产100G产品成功打入北美市场，与谷歌、亚马逊、Facebook等客户保持稳定合作关系。公司于2016 年开始开发 200G/400G 产品，2019年完成对 800G 的预研，2020 年开始给客户送样 800G。中际旭创通过2020年收购成都储翰补齐 5G 接入网短板，同时发力数通和电信市场。2022 年公司的泰国工厂已完成设备调试、试生产和客户验厂等工作，将按计划从泰国厂量产出货 400G 和 800G 等产品。目前公司800G 和相干系列产品等已实现批量出货，1.6T 光模块和 800G 硅光模块已开发成功并进入送测阶段，CPO 技术和 3D 封装技术也在持续研发进程中。在2023年的OFC发布会上，旭创科技展示了1.6T光模块，并正在根据重点客户的需求持续推进和完善产品。公司官网：https://www.innolight.com/ Coherent Coherent, Inc.相干公司于 1966 年 5 月创立，1970 年上市，2022 年II-VI Incorporated 收购 Coherent, Inc. 并更名为Coherent Corp，总部位于美国。相干公司是光学材料和半导体制造商，提供激光相关设备、组件和服务用于一系列行业和应用，生产诸如透镜、镜子、二极管、激光测量设备、工业激光器和用于工业领域的激光器等产品。相干公司在全球范围内拥有强大的品牌和市场影响力，并与许多顶级公司建立了长期合作关系，今年3月展示了基于200G单通道的800G/1.6T收发器。在第一季度财报会议上，相干公司表示800G光模块的出货正在加速，预计从24年开始呈现指数级增长。公司官网：https://www.coherent.com/ Cisco（Acacia） Cisco Systems, Inc.思科系统公司俗称思科，创立于1984 年 12 月，开发、制造和销售网络硬件、软件、电信设备和其他高科技服务和产品，专注于如物联网(IoT)、域安全、视频会议和能源管理的特定技术市场，领先产品包括Webex、OpenDNS、Jabber、Duo Security 和Jasper等。2021 年初思科以45亿美元完成对全球领先的硅光子公司Acacia 的收购。 Acacia是全球高速相干光模块的领先企业，在被思科收购之前为其交换机、路由器和光网络产品提供模块、DSP等相应的解决方案，主要技术路线是将DSP芯片和硅光芯片集成在一起，有效降低了设备复杂度并提高了通信效率。2015年，Acacia发布业界首个灵活速率相干400G收发器模块AC-400。此外思科曾在2019年以6.6亿美元的现金和股权奖励收购了加州光学芯片制造商Luxtera，并在之前还收购了其他几家光技术相关的科创公司。得益于这些收购和2021年思科（Acacia）和 Marvell 迅速扩大产能后2022年 400ZR/ZR+ 光模块的第一批出货量，思科登榜。公司官网：https://www.cisco.com/ 华为（海思）华为技术有限公司成立于1987年9月，总部位于广东深圳，是全球领先的信息与通信技术（ICT）解决方案供应商，专注于ICT领域，在电信运营商、企业、终端和云计算等领域构筑了端到端的解决方案优势，提供包括交换、传输、无线和数据通信等多种电信产品，在全球电信领域拥有广泛的客户群体。早前华为的光模块主要从欧美的相关公司采购（在2019年5月华为被美国列入“实体清单”之前Acacia还曾是华为的供应商），通过不断自主研发和技术创新，华为现已具备了强大的光模块技术实力和生产能力，其武汉光芯片工厂也在高效建设和快速发展中，华为海思在光模块领域也取得了显著的进步。据内部人士透露2000年前后华为就已开始研发10G的彩光模块，目前华为是200G CFP2相干DWDM模块的领先供应商，lightcounting此次排名改变了将设备供应商制造的模块排除在分析之外的政策，因此华为登榜。公司官网：https://www.huawei.com/cn/ 光迅科技武汉光迅科技股份有限公司（简称光迅科技）源于1976年成立的邮电部固体器件研究所，2001年改制，2009年登陆深圳证券交易所（002281.SZ），成为国内首家上市的通信光电子器件公司。光迅科技专注于光通信领域40余年，具备光电子芯片、器件、模块及子系统产品的战略研发和规模量产能力，是我国光通信产业中稀缺的全链条供应商，连续十七年入选“中国光器件与辅助设备及原材料最具竞争力企业10强（第1名）”“全球光器件最具竞争力企业10强（第4名）”。光迅科技拥有从芯片、器件、模块到子系统的垂直集成能力，产品线多元化，拥有光芯片、耦合封装、硬件、软件、测试、结构和可靠性七大技术平台，其封装平台包括有源和无源两大器件封装平台。光迅科技也是国内少有的可以自主研发光芯片的企业，其25G芯片约70%自供，DFB低速离芯片100%自供，25G vcsel芯片已量产，且硅光芯片研发进度行业领先。除主要的光电子器件、模块和子系统产品外，公司在 10G/100G/400G 长跨距、光线路保护、分光放大以及传感类方面也有解决方案和高质量交付能力。目前光迅科技800G光模块已陆续开始出货，且具备大规模量产能力，已与客户沟通送样中。在9月4日的CIOE上，光迅科技还首次演示了1.6T高速光模块等硬核新品。1.6T OSFP-XD光模块遵循OSFP MSA及CMIS协议标准，采用OSFP-XD封装形式。模块电接口侧采用16个通道，单通道信号速率100Gb/s；光接口侧采用8通道，单通道信号速率200Gb/s。公司官网：https://www.accelink.com/ 海信宽带青岛海信宽带多媒体技术有限公司成立于2003年，是海信集团旗下专业从事高性能光通信产品和家庭多媒体产品研发、生产、销售及服务的公司。产品主要销往北美、欧洲、亚洲等全球多个国家和地区。海信光模块主要用于5G通信和超级计算机的关键部件。2023年2月，海信宽带推出了最高链路预算长距离的工业级XGS-PON OLT SFP+ Class E2光模块，这一创新性产品将为公司赢得更多市场份额，进一步提升了其在接入网产品领域的核心竞争力。在2023 OFC 上，海信宽带推出了业内首款800G QSFP-DD BiDi SR4.2光模块产品，同时展示了其他基于PAM4码型的800G系统光模块产品。公司官网：https://hbmt.hisense.com/ 新易盛成都新易盛通信技术股份有限公司（简称“新易盛”）2008年成立于中国成都，2016年在深圳上市（300502.SZ），是一家领先的光模块解决方案与服务提供商，专注于研发、生产和销售多种类的高性能光模块和光器件，产品可广泛应用于数据中心、电信网络（FTTx、 LTE和传输）、安全监控以及智能电网等ICT行业，产品已服务于来自全球60多个国家和地区的超过300个客户。目前，新易盛主要生产点对点光模块和PON光模块，在成都和美国硅谷设立了研发中心，专攻光模块技术，拥有超过3000种自主研发的光模块产品，已经成功推出的基于硅光方案的400G、800G模块以及400GZR/ZR+相干光模块产品。另外，新易盛在800GLPO光模块领域也具备先发优势，并于2022年成功收购了境外参股公司Alpine，进一步扩大了其在硅光模块、相干光模块以及硅光子芯片技术的市场份额。公司官网：https://www.eoptolink.com/cn 华工正源武汉华工正源光子技术有限公司（简称华工正源）成立于2001年3月，是华工科技产业股份有限公司（000988）旗下核心子公司，拥有亚洲先进的光模块自动化线体，具备快速批量交付能力，连续15年荣膺 “中国光器件与辅助设备和原材料最具竞争力企业10强”榜单，承担国家“863计划”等各级政府项目100余项，累计起草国家标准和通信行业标准62项。华工正源旗下有四家子公司：武汉网络终端、孝感智能终端、美国华工正源、香港华正国际贸易。作为光电子器件研发的先行者，华工正源拥有业界先进的端到端产品整体解决方案，具备从芯片到器件、模块、子系统全系列产品的垂直整合能力，现有7大产品线：数据中心产品线、无线/高速产品线、接入产品线、硅光产品线、网络终端产品线、家庭终端产品线、车载光产品线。产品包括有源光器件、智能终端、光学零部件等，已广泛应用于5.5G、F5.5G、 Net5.5G(AIGC)、智能网联车等领域，市场占有率处于行业领先地位。华工正源能够提供从10G到800G的各种规格的光模块产品，100G/200G/400G 全系列光模块批量交付；并积极推进硅光技术应用，现已具备从硅光芯片到硅光模块的全自研设计能力，800G 硅光模块已于 2022 年第三季度正式推出市场；在5G 领域该公司下一代接入网用 25G PON 光模块产品已与客户开展联调，50G PON 启动产品布局。此外公司拥有全球领先的 PTC、NTC 系列传感器研发制造技术，并自主掌握传感器用敏感陶瓷芯片制造和封装工艺的核心技术。公司官网：https://www.genuine-opto.com/ 英特尔 Intel Corporatio英特尔公司是一家美国跨国公司和科技公司，成立于1968年，为大多数计算机系统制造商提供微处理器，是全球最大的半导体芯片制造商之一。英特尔还生产主板芯片组、网络接口控制器和集成电路、闪存、图形芯片、嵌入式处理器以及其他与通信和计算相关的设备。英特尔是将硅光技术带入主流光模块市场的主流企业，多年来一直在销售基于硅光子技术的光收发器，已向客户销售了数百万个硅光子可插拔光学模块。在今年第三季度的业绩说明会上，英特尔表示将剥离可插拔光模块业务由Jabil（捷普）接管，但仍保留SiP芯片设计和制造能力。LightCounting认为，英特尔计划继续开发共封装光学器件（CPO），用于服务器到交换机甚至芯片到芯片的互连，这才是英特尔进军硅光子技术的真正长期战略。公司官网：https://www.intel.cn/ 索尔思光电 Source Photonics索尔思光电有限公司成立于1996年3月，由美国MRV Communications (NASDAQ: MRVC)的2家全资子公司，成都的飞博创Fiberxon Inc.和台湾Luminent, Inc.合并并改名而成，于2017年由华西股份（000936.SZ）收购控股，是一家全球领先、提供创新且可靠的光通信技术的供应商，其解决方案和产品被广泛应用于数据中心、城域网和接入网的通讯与数据连接。索尔思在美国加州、中国台湾、上海、成都和江苏常州均建有自己的产品研发与生产基地。索尔思光电解决方案和产品广泛应用于数据中心、城域网和接入网的通讯与数据连接，产品从低速到800G高速实现了全覆盖，800G光模块已小批量交付。同时，该公司填补了国内无高速率激光器芯片生产能力的空白。公司官网：https://www.sourcephotonics.com/参考资料： 1.开源证券《光模块行业专题报告：光电之门，踏浪前行》2.中金研报《下半年国内光模块市场回暖，优质个股迎来配置机遇》3.Yole、Light counting研究机构4.乐晴智库精选、C114通信网公众号 5.维基百科、各公司官网等公开网络信息免责声明：本文来源网络，版权归原作者所有，如涉及作品版权问题，请及时与我们联系，谢谢！

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连接光纤奥秘的钥匙：探索光纤连接器的构造和作用

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光模块核心工艺流程解析：探秘光通信中关键步骤与技术要点

5G通信、人工智能、元宇宙等新技术的涌现使得光通信行业快速发展。光模块作为光通信设备中完成光电转换的关键组件，与服务器暴增的算力和数据交互直接配套。因此，能够满足高速数据传输、海量数据处理等要求的高性能光模块产品成为数字化发展关键基础。图光模块内部结构光模块中的核心器件是实现光电信号转换的光收发器件，主要包括光发射器件 TOSA、光接收器件 ROSA 和通过同轴耦合将 TOSA 和 ROSA 等组件集成的光发射接收器件 BOSA。当前光模块的技术壁垒主要就在于光收发器件的光芯片和封装技术这两个方面。光模块生产工艺的核心环节主要包括贴片、引线键合、光学耦合、封装、焊接、老化测试等，以下将一一介绍各工艺环节，欢迎大家进行补充修正，扫描下方二维码，添加管理员微信，即可加入艾邦光模块产业微信群。图光模块生产工艺主要环节1. 贴片贴片（Die attach or Die bonding）是指将半导体裸片（die）器件贴在载体（carrier）上。光模块中的半导体裸片器件主要是光电芯片，其原材料包括GaAs（砷化镓）、InP（磷化铟）、Si（硅基）等；贴片的载体主要包括PCB、可伐合金、陶瓷基板（AlN氮化铝等）、钨铜等。贴片可分为手动和自动，目前光模块贴片已实现自动化。传统的贴片工艺是人工涂胶或使用点胶机通过空气挤压出的胶水将芯片固定在 PCB 板上，但光芯片的贴片要求比电芯片的贴片要求精度更高，传统贴片无法达到精准控制胶量大小、上胶速度和位置等严格要求，因此高精度贴片机就显得尤为重要，而且随着 400G、800G 等高速光模块的快速发展，高精度贴片机的需求也愈加旺盛。当前高精度贴片机市场主要依赖进口，国产替代空间广阔。图源光通信小黄人另外，贴片主要通过共晶焊和导电胶完成固定。共晶焊料一般使用金锡焊料，虽然导电性和可靠性更好，但价格昂贵、效率较低，多用于激光器芯片贴装；导电胶一般用银胶，电阻大，但成本低、工艺简单、适用范围更广。此外，还有紫外UV固化胶可用于一些电芯片的贴装。 2. 引线键合引线键合（Wire-Bonding）是指芯片贴装完成后，用金属引线将芯片的压焊位连接在印制电路板的焊盘上，形成可靠的电气键合，俗称打线。引线键合按照键合能量可分为热压键合、超声键合、以及二者结合的热超声键合；按照键合线的材料分为金丝、铝丝、铜丝。光通信行业一般采用金丝热超声键合，因为光电芯片的表面普遍会镀金，金的高频性能好，而热超声键合的温度较低、速度快，可靠性更好。图源面包板，中泰证券研究所在引线键合的过程中，根据劈刀和焊点形状可分为球焊和楔焊。球焊使用毛细管劈刀，可形成球状焊点，与焊盘接触面积大，可靠性好，速度快，使用场景最广；楔焊使用楔形劈刀，可形成方形焊点，与焊盘接触面积小，可靠性较差，速度较慢，一般只用于高频信号焊盘之间的引线键合。图源光通信小黄人3. 光学耦合耦合是光模块封装中工时最长、最容易产生不良品的步骤。光模块实现光电和电光转换，因此一端是电口，连接网线/交换机，另一端是光口，连接光纤。光纤导光的物理基础是入射光在光纤内部发生全反射，光学耦合的目的就是将光高效、高质地耦合进入光纤。根据光纤的不同，可以把光模块分为单模和多模，这两种光模块内部的光学耦合差别较大。多模光纤（MMF）的纤芯直径通常为 50/125μm 或 62.5/125μm，普遍采用面发射激光器 VCSEL，经反射镜耦合进入多模光纤中，光路简单、容差大、工艺相对简单。而单模光纤（SMF）单模光纤纤芯直径比多模光纤小，通常为 9μm，耦合较为复杂，需要透镜进行聚焦耦合。透镜耦合大概分为上料、预耦合、点胶、胶水固化、下料5个步骤。图源天孚通信光模块中用到的透镜按形状可分为球面和非球面，按材质主要有玻璃、硅、塑料等，优缺点对比如下表。玻璃透镜是传统工艺中经常用的材料，价格较贵，常用于高端模块；硅透镜价格便宜，目前已大量应用于中低端COB、Box封装模块中；光学塑料透镜常用PEI塑料，价格便宜，可应用于多模短距模块中。表源光通信小黄人公众号 4. 外壳封装完成光路耦合后，光模块已形成雏形，下一步的外壳封装将使之完整。封装通常分气密性封装和非气密性封装。气密性封装目的是为了防止外部的水汽和其他有害气体进入密封光器件内部，影响光芯片和相关零组件的性能。为了实现封装的可靠密封，封装外壳上电通路所使用的电介质一般为非有机材料，如玻璃或者陶瓷。气密性封装的方式主要有To-can、BOX （盒式）、蝶形封装，主要应用在工作环境复杂，对可靠性要求高的电信市场或者DCI市场（数据中心长距离传输）。非气密性封装主要是COB（板上芯片封装）封装技术，多用于数据中心光模块。 To-Can同轴封装成本低廉、生产制造简单，但体积较小导致散热不佳使其不适用于长距离传输，主要应用于基站、PON等单通道的传输距离和传输速率要求低一点的市场，如2.5Gbit/s和10Gbits/s等短距离传输。储能焊设备可用于To-Can气密性封装。BOX/蝶形通常为长方体，结构复杂，具有可实现多种功能、散热好等优点，适用于长距离多种速率传输，主要应用于传输网、多通道居多，传输速率高，传输距离长，对可靠性要求高，包括40G/100G/200G/400G及相应速率的相干光模块；BOX封装为蝶形封装的多通道升级版，适用于40G及以上速率的高速光模块，随着400G、800G时代的到来，将对并行光学设计提出更高的要求。采用平行封焊设备可实现Box气密封装。 COB封装也是板上芯片封装、有线印制板封装，是直接在印制电路板上安装裸芯片，用金线或铜线将芯片引脚与印制电路板的接触点连接起来的封装工艺。COB封装可以将芯片封装在极小的体积内，不需要外壳或支架等附加配件，具有尺寸小、重量轻、可靠性高、成本低等优点，广泛用于微型电子设备和便携式电子产品中。5. 焊接光模块中焊接工艺包括激光焊接、热压焊接（hot bar）、烙铁焊接、热风焊接、回流焊接、波峰焊接、电子压焊等。气密密封焊接需要在填充惰性气体环境中进行，通常采用的惰性气体是纯氮气或氩气。单模类的光模块一般使用激光调整焊接（laser welding）将Receptacle和Box或TO-can焊接起来，这种焊接工艺自动化程度较高，除了上下料需要人工操作外其他步骤基本可以由激光调整焊设备完成。多模光模块集成度高，大量使用FPC软板，焊接需使FPC软板和PCBA板形成电气互联。目前行业内主要用热压焊来完成软板焊接，有相应的热压焊设备，效率和良率都较高；激光焊接是近几年的新技术，目前的行业接受度不高，最大的特点是焊接时不接触焊盘，对高密度pin软板焊接有优势，但也有难保证激光照射均匀性，效率低，成本高等缺点。图光模块软板焊接6. 老化测试老化（burn in），也可以称为老炼，是一种筛选测试，按照MIL-STD-883的定义，其目的是为了筛选或者剔除本身具有固有缺陷，或其制造工艺控制不当产生缺陷的器件。这些缺陷会造成与时间和应力相关的失效，如果不进行老化筛选，有缺陷的器件在使用条件下会出现初期致命失效或早期寿命失效。光模块内部的激光器由于结构和制程工艺复杂，需要进行老化，其他光电器件除APD外，不需要进行老化。在目前大部分光模块厂家的生产工序中，一般有两道针对激光器的burn in筛选测试。第一道是激光器的管芯级，是在激光器完成必要的生产步骤，如外延生长、刻蚀、外观检查后，装载到专用的老化夹具上进行，有比较成熟的商业化设备，国外厂家有ILX Lightwave、Chroma，国内厂家有苏州联讯（Stelight）、上海菲莱（Feedlight）。根据不同测试方案，可以区分为在线测试老化和分立测试老化。在线测试老化可以持续记录BI过程中的激光器数据，但是测试成本高，一般用于设计阶段的少量样品验证测试。分立测试老化是在老化开始和结束时分别记录激光器数据，测试成本低，一般用于批量化生产。第二道是光模块级，是在激光器组装到光模块内后，通过测试夹具进行的，目前尚没有商业化设备，多数光模块厂商使用自研设备进行测试。在测试方案上，在线测试和分立测试都有，一般根据模块的DDM进行激光器参数记录，因此从成本上并无太大差异。从生产和成本管控角度上看，第一道管芯级激光器burn in筛选测试应力大，目的是尽可能地筛选出早期失效产品，第二道模块级burn in测试更多地只是对第一道测试的补充。

2023-11-27 577浏览

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