普萊信智能發(fā)布新一代Fluxless TCB設(shè)備，引領(lǐng)CPO封裝設(shè)備發(fā)展

普萊信智能正式發(fā)布其新一代的Fluxless TCB 設(shè)備 Loong Advance,  該設(shè)備采用甲酸還原系統(tǒng)，貼裝精度高達(dá)±0.5微米，該設(shè)備將廣泛應(yīng)用于未來(lái)的CPO，2.5D，3D等先進(jìn)封裝和Cu-Cu鍵合工藝。

CPO作為一種革命性的光電集成技術(shù)，將傳統(tǒng)分離的光學(xué)組件包括電子集成電路（EIC） 、光子集成電路（PIC）集成在同一封裝基板或中介層（Interposer）上，便構(gòu)成了光引擎（OE），它被安裝在基板上的 ASIC 芯片周圍。相較于傳統(tǒng)可插拔光模塊，CPO將能耗降低50%、延遲壓至1納秒內(nèi)、信號(hào)完整性優(yōu)化了18dB（63倍）、支持1.6T以上超高帶寬、更高集成度等優(yōu)勢(shì)，正在高速數(shù)據(jù)中心、人工智能計(jì)算集群和通信網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域掀起變革浪潮。

據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，全球CPO市場(chǎng)規(guī)模從2024年4600萬(wàn)美元增至2030年81億美元（年復(fù)合增長(zhǎng)率137%）。

在當(dāng)前的早期發(fā)展階段，CPO面臨熱管理（3D堆疊溫度>85℃）、封裝良率（<85%）、成本高等瓶頸。CPO模塊成本數(shù)千美元，封裝制造占總成本的30%-50%+，需規(guī)模化降本，隨著技術(shù)成熟和量產(chǎn)，這個(gè)比例有望大幅下降。

在CPO封裝制造中，EIC和PIC的集成是最關(guān)鍵的步驟之一，英偉達(dá)的Spectrum-X Photonics CPO交換機(jī)，采用臺(tái)積電的COUPE技術(shù)（基于混合鍵合的3D封裝技術(shù)）；英特爾的光學(xué)計(jì)算互聯(lián)（OCI）的CPO，采用硅中介層+TCB（熱壓鍵合）實(shí)現(xiàn)光電集成；博通BCM78909的CPO由臺(tái)積電代工制造，采用的也是TCB（基于硅中介層的 2.5D 封裝技術(shù)）。

TCB是目前CPO封裝最成熟，成本最低的方案，F(xiàn)luxless的TCB，去除了傳統(tǒng)TCB使用Flux可能給光芯片帶來(lái)助焊劑污染的可能，是未來(lái)CPO量產(chǎn)的核心設(shè)備。

CPO量產(chǎn)的核心挑戰(zhàn)

盡管 CPO 在性能和成本方面優(yōu)勢(shì)顯著，但行業(yè)在量產(chǎn)過(guò)程中仍需解決諸多挑戰(zhàn)：

1. 首先是封裝工藝復(fù)雜。CPO 系統(tǒng)需要高度復(fù)雜的先進(jìn)封裝技術(shù)，如熱壓鍵合（TCB）或混合鍵合，還需實(shí)現(xiàn)光學(xué)耦合的精密集成、嚴(yán)格的測(cè)試流程和良率管理，以確保系統(tǒng)可靠性。

2. 其次是硅兼容性問(wèn)題。業(yè)界存在疑問(wèn)：基于硅的光子集成電路（PIC），尤其是光電二極管（PD），能否在性能上實(shí)現(xiàn)足夠突破，與采用磷化銦（InP）光電二極管的傳統(tǒng)光模塊競(jìng)爭(zhēng)。

3. 再者是耐久性與熱管理。由于所有光學(xué)組件將緊密封裝在交換機(jī) ASIC/xPU 系統(tǒng)內(nèi)部，組件必須能承受高溫并保持穩(wěn)定性能，這對(duì)耐久性和熱管理提出了極高要求。

4. 最后是可靠性問(wèn)題。光引擎（OE）與 ASIC 緊密集成在同一 PCB / 基板上（未來(lái)甚至可能集成在中介層上），這意味著生產(chǎn)或運(yùn)行中只要單個(gè)光引擎失效，整個(gè)封裝（包括高成本的交換機(jī)或 xPU 芯片）就可能報(bào)廢。因此，封裝前對(duì)光引擎的測(cè)試至關(guān)重要，直接影響產(chǎn)品良率和可靠性。

TCB工藝為何成為首選？

TCB工藝以精準(zhǔn)控溫、亞微米精度、可控應(yīng)力三大優(yōu)勢(shì)，成為EIC和PIC異構(gòu)集成的首選可行方案，完美應(yīng)對(duì)復(fù)雜封裝工藝的挑戰(zhàn)：

1. 低溫鍵合（解決熱損傷）：邦頭精準(zhǔn)溫度控制在150~200℃（遠(yuǎn)低于回流焊的250℃+），僅對(duì)凸點(diǎn)局部加熱，避免整體基板升溫，保護(hù)熱敏光學(xué)元件。  

2. 亞微米級(jí)貼裝精度（光耦合關(guān)鍵）：實(shí)時(shí)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)+閉環(huán)控制，動(dòng)態(tài)調(diào)整貼裝頭位置，補(bǔ)償熱漂移，實(shí)現(xiàn)超高精度光學(xué)對(duì)準(zhǔn)（亞微米級(jí)），CPO實(shí)現(xiàn)高效光耦合的關(guān)鍵。

3. 無(wú)助焊劑工藝（避免光學(xué)污染）：采用無(wú)助焊劑工藝，避免光學(xué)污染，光學(xué)界面保持極高的潔凈度。

4. 應(yīng)力管理（解決CTE失配）：精準(zhǔn)力控，施加5~50N柔性壓力，避免脆性PIC破裂；凸點(diǎn)材料創(chuàng)新，采用低模量焊料（如In/Sn合金）或銅混合鍵合，吸收應(yīng)力。

5. 高密度互連：支持微凸塊間距低至10μm以下，實(shí)現(xiàn)電芯片與硅光芯片之間大量的電信號(hào)連接（I/O數(shù)量多）。

6. 良好的材料兼容性：CPO封裝涉及多種材料（硅、III-V族化合物半導(dǎo)體、玻璃、有機(jī)基板、金屬等），互連工藝需要與這些材料兼容。

普萊信智能——中國(guó)TCB設(shè)備的引領(lǐng)者

普萊信推出的Loong系列TCB熱壓鍵合機(jī)打破國(guó)際壟斷，最新推出的Fluxless TCB設(shè)備Loong Advance，適用于CPO、HBM、CoWoS、oDSP等TCB工藝，為客戶提供覆蓋研發(fā)、打樣至量產(chǎn)的全閉環(huán)支持，迄今為止，普萊信已經(jīng)為10余家客戶完成TCB的打樣，涉及到2.5D，3D，CPO等多個(gè)領(lǐng)域，是國(guó)產(chǎn)唯一一家能為客戶提供工藝開(kāi)發(fā)，打樣和設(shè)備的國(guó)產(chǎn)廠家。普萊信的DA403COB/COC超高精度固晶機(jī)，目前已大批量供貨全球最大的光模廠商，F(xiàn)luxless TCB設(shè)備Loong Advance將助力國(guó)產(chǎn)CPO廠商實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)和降本增效。隨著CPO向3.2T+時(shí)代邁進(jìn)，TCB將進(jìn)一步融合激光加熱、銅直鍵合（Cu-Cu Direct Bonding）等技術(shù)，作為下一代CPO的關(guān)鍵技術(shù)，將支撐光電芯片的“摩爾定律”延續(xù)。