激光辅助键合备忘--炬光科技投资备忘2024-3-9

  未来支撑炬光快速成长的业务，除了激光雷达，还有泛半导体业务。事实上，23年三季度的拐点，很大程度上就是泛半导体业务的订单。在泛半导体业务中，激光辅助键合模块是一个很值得期待的产品。整理一下相关的资料，对这样的产品技术做一个备忘

  1 炬光在激光辅助键合上公开信息的时间线日，炬光科技全新发布Flux H系列可变光斑激光系统

  按照炬光的官方描述：Flux H系列可变光斑激光系统，通过不同的激光功率和灵活的光斑尺寸选择，结合集成度极高的加工头设计，适用于

  、激光辅助键合、激光巨量焊接、激光干燥、材料表面处理等各类应用。可变光斑激光系统应该是泛半导体的技术平台。激光辅助键合只是这个技术平台上的一个具体应用场景。

  激光辅助键合（Laser Assisted Bonding，LAB）是应用半导体集成电路后道封装制程领域的一项技术，

  。该技术可用于对速度、精度和局部非常小区域的精确加热、控制有高度需求的场合，例如芯片到基板、芯片到晶圆键合。相对于传统的回流焊、TCB，激光局部加热不需要额外的措施就避免热膨胀。激光辅助键合在键合温度、作业时间、热影响区大小等方面有着非常明显的优势，是高精密芯片直接键合的最佳选择这个回复有几个信息要点：

  硅中介层（interposer）和芯粒堆叠，涉及到先进封装技术中的主流应用chiplet和晶圆级封装（WLP）和一个先进封装的一个核心工艺interposer。注：硅中介层（interposer）是先进封装四个核心技术之一（另外三个是：Bumping（凸点），RDL（ReDistribution Layer，重布线层），TSV（Through Silicon Via,硅通孔 ））

  目前公司在LAB激光辅助键合应用中取得突破性进展，在拿到中国、韩国先进封装客户的样机订单后，计算机显示终端验证效果良好，已获得重复订单需求，预计下半年将迎来小批量订单。

  这意味着LAB 从研发成功到样品，再到验证效果好拿到小批量出货用了不到一年的时间，这个进展在精密制造领域应该是非常快且顺利的。一个月后披露的三季报合同负债数据，以及业绩交流会的业务拆分提供了更多的细节支持。

  为了理解和判断炬光激光辅助键合（基于Flux-H系统）的市场空间，我对激光辅助键合以及先进封装的一些基本概念做了一个简单梳理：

  ：键合将两片表面清洁、原子级平整的同质或异质半导体材料经表面清洗和活化处理，在一定条件下直接结合，通过范德华力、分子力甚至原子力使晶片键合成为一体的技术。键合工艺包括硅/硅键合和硅/玻璃键合，将硅片和玻璃片;或硅片和硅片通过加热、加电压或加压力后，使其键合在一起，键合界面有良好的气密性和长期稳定性。此外还包括介质键合，共晶键合等。 （摘自链接：网页链接）

  芯粒堆叠技术是将传统上较大型的集成电路分拆成许多较小的功能模块也就是所谓的芯粒，分别来优化。再利用这些已优化的小芯片组织新的子系统。这样设计的好处是可以重复使用IP，大幅加速产品设计的速度以及降低设计成本。

  将不同制程或不一样的材料的晶片堆叠在一起，有两种方式晶片－晶圆（Chip-on-Wafer；CoW）及晶圆－晶圆（Wafer-on-Wafer；WoW）。晶圆间键合的技术又有很多种，主要是铜铜混合键合和基于焊球的晶圆间键合技术。其中基于焊球的晶圆间键合技术又可以细分为：回流焊（mass reflow）, 热压键合（Thermo Compression Bonding or TCB）和激光辅助键合（Laser Assisted Bonding, or LAB）

  激光辅助键合是指将激光束照射到芯粒或需要焊接的器件上使芯粒及器件数秒内由室温升至焊接温度，将其焊接在基板、interposer或堆叠的另外一个芯粒上。LAB总系统由高功率二极管激光源、光纤、准直仪、以及产生平顶激光束的均化器四部分组成。

  总的来说，这两个资料给我这样一个印象：随着封装技术的迭代，回流焊在先进封装中会逐渐被TCB和LAB取代。

  随着第四次工业革命不断推进，人工智能、清洁能源、机器人技术、量子信息技术、虚拟现实以及生物技术等新兴领域对高性能、高精度、高可靠性的芯片产品、微系统的需求一直增长。芯片产品快速迭代发展，整体呈现四大趋势：更小、更快、更节能，通过更先进的制程工艺和设计架构，减小芯片尺寸，提升芯片性能和能效；多核心与异构架构，增加核心数量，将CPU、GPU和AI加速器等集成到同一芯片中，提高多任务处理和复杂应用能力；AI与机器学习的深度集成，将专用硬件（如张量处理单元TPU）集成到芯片中，提高处理效率并使芯片具备自学习、自适应能力；2.5D/3D方向集成度提升，将多个芯片层堆叠在一起，进而把传感器、存储器、通信模块等功能集成至芯片内部，实现更紧凑和高效的设计。

  新的发展的新趋势对半导体集成电路后道封装制程提出了更加高的要求，也促进了芯片先进封装工艺的发展。芯片封装为芯片提供了物理保护和热管理的基础，直接影响整体性能、可靠性和操作性，是半导体制程中至关重要的一环。随着系统级封装（SiP）技术的兴起，封装设计逐渐复杂化，激光辅助键合（Laser Assisted Bonding，简称LAB）作为一种创新的芯片封装技术应运而生。

  激光辅助键合是一种先进的微连接技术，它利用激光的高单位体积内的包含的能量特性，将激光束聚焦照射在需要键合的材料界面处，使材料表面瞬间升温，达到特定的温度条件，引发材料间的物理或化学变化，以此来实现键合材料的牢固连接。

  激光辅助键合（LAB）是高精密芯片直接键合的优选方法，在应用中具有许多独特的优势：

  1. 高精度：LAB技术利用激光的高能量密度和精确控制能力，可将激光束聚焦到微小区域，克服传统键合技术在应对微小尺寸、复杂结构和特别的材料时的局限性，实现微米级甚至纳米级的键合精度，满足对键合位置和键合强度的严格要求。相对于传统的回流焊、热压接合（TCB）技术，激光局部加热不需要额外的措施即可有很大成效避免热膨胀导致的良率下降。

  2. 非接触：与传统的机械压力键合或热压键合不同，LAB 技术是一种非接触式键合技术。激光束通过照射键合界面，使材料表面瞬间升温熔化，实现键合的同时，避免了对材料的机械损伤和污染，提高了键合的质量和可靠性。因而，LAB 技术也适用于脆弱材料和微小器件的键合。3. 速度快：LAB 技术可实现快速键合，激光束的能量瞬间传递到键合界面，键合时间可缩短到几毫秒甚至更短，大幅度的提升了生产效率，尤其适合大规模生产和高产量的电子制造业。4. 多功能：LAB 技术可满足多种材料如金属、半导体、陶瓷、玻璃之间的键合需求，在电子封装领域具有广阔的应用前景。5. 易拓展：LAB 技术还可与其他封装技术如倒装芯片技术、晶圆级封装技术等相结合，实现更复杂的电子封装结构。为确保键合的质量和可靠性，激光辅助键合过程需精确控制激光的能量、均匀度、波长、照射时间等关键指标。通常，激光辅助键合（LAB）系统应具备如下组成部分：1. 高功率半导体激光光源：用于产生波长为980nm，连续输出的激光能量。2. 高功率光纤：用于将激光能量从光源传输到光学整形模组。3. 准直光学模组：对激光束进行准直，使其具有更加好的方向性，准确聚焦在工艺区域。4. 可调节匀化光学模组：产生长宽方向分别可调节的平顶激光束，确保其功率密度分布均匀，从而使需键合部件均匀受热，避免功率分布不均导致的温度不均一。5. 同步温控组件：实时测试工艺区域的温度，以闭环方式控制激光输出能量，保证工艺的一致性和稳定能力。2024年8月28日，炬光科技正式对外发布应用于芯片先进封装工艺的Flux H系列高精度可变光斑激光系统。该产品具有如下特点及优势:● 光斑尺寸独立连续可调：能适应不同封装结构需求，提供灵活的加工方案。● 高光斑均匀度：可实现全光斑范围内均匀度≥95%的高标准，且光斑内无爆亮点，保证了键合质量、工艺稳定性及良率。● 焦深范围大：能够适配多层复杂结构的封装工艺，在处理不同高度和复杂度的封装结构时具有更大的灵活性。● 光斑中心精度高：在光斑变化范围内，光斑中心位置的偏差≤±0.3mm，确保键合过程中光斑定位的高精度。这对需要精确控制热量输入的封装工艺至关重要。● 极佳的光斑边缘陡峭度：典型光斑边缘陡峭度≤3mm，意味着光斑在边缘位置仍保持比较高的能量集中度，有很大成效避免周边区域的过热现象，减少对周边敏感器件的热影响。应用于芯片先进封装工艺的Flux H系列高精度可变光斑激光系统产品产品规格与测试数据炬光科技全新发布的Flux H系列高精度可变光斑激光系统，以其优良的性能和灵活的应用场景，为芯片先进封装工艺提供了高效可靠的解决方案。目前Flux H系列典型配置产品可正常出货，并接受客户参数定制。炬光科技坚持通过技术创新、卓越制造和快速响应，成为光子行业全球让人信服的合作伙伴。关于炬光科技国家级高新技术企业，成立于2007年9月，主要是做光子产业链上游的高功率半导体激光元器件和原材料（“产生光子”）、激光光学元器件（“调控光子”）的研发、生产和销售，目前正在积极拓展光子产业链中游的光子应用模块、模组、子系统（“提供光子应用解决方案”）业务，重点布局汽车应用、泛半导体制程、医疗健康。炬光科技已发展成为全世界高功率半导体激光器及应用领域有一定的影响力的公司和品牌，被中国光学学会激光加工专业委员会授予“高功率半导体激光产业先驱”称号。目前炬光科技在中国西安、东莞、海宁，德国多特蒙德，瑞士纳沙泰尔拥有生产基地和核心技术团队，并已通过ISO 14001、ISO 45001、ISO 9001和IATF 16949等质量管理体系认证。炬光科技为上海证券交易所科创板上市公司（股票代码：688167）。拿住不放手