光电子芯片绑定cuci

光电子世世界的芯芯片绑定定本文介绍绍，在光光电子中中投资的的PCBB装配制制造商将将遇到新新的基板板与封装装设计，它它需要不不寻常的的绑定设设备能力力。一些些工业专专家预想想在不远远的将来来，印刷刷电路板板(PCCB)的的“不动动产”将将普遍被被那些既既有电子子又有光光子四处处奔跑的的芯片所所占有。尽尽管如此此，直到到这一天天到来之之前，原原设备制制造商(OEMM)和电电子制造造服务(EMSS)供应应商将还还不得不不以今天天现有的的技术来来参与竞竞争。他他们现在在所面临临的是一一个劳动动力密集集、低产产量和高高成本的的现实，很很少光子子元件是是使用自自动化设设备来封封装和装装配的，因因为不存存在标准准的工艺艺和封装装。这个个“另类类世界”由由古怪的的基板和和封装设设计组成成，在其其内面有有细小的的、精致致的光子子元件。通通常为了了稳定性性，光子子元件装装在气密密密封的的封装里里面，例例如，在在晶体管管外形(TO)头中的的激光二二极管。光光电子元元件连接接以形成成电路的的安装结结构可以以是柔性性电路、FFR-44板或几几种其它它的连接接材料。一一个例子子是在FFR-44板上的的电信阵阵列放大大器，然然后板又又浇铸成成模块。另另一个例例子是在在PCBB上的光光电发射射器(图图一)。图一、安安装在PPCB上上的光电电子发射射器的典典型元件件由于于今天光光电子市市场的特特性，以以PCBB定位的的OEMM和EMMS供应应商必须须熟悉广广泛的基基板类型型以及有有源与无无源的元元件，如如发射器器、接收收器、棱棱镜、单单个的激激光二极极管、光光缆、微微电子机机械系统统(MEEMS, miicrooeleectrroniic-mmechhaniicall syysteem)的的反射器器矩阵、甚甚至微光光电子机机械系统统(MOOEMSS)的射射流开关关。在每每个级别别都将涉涉及这些些元件，从从芯片到到封装到到发射/接收光光纤(图图二)。图二、多多通道光光电子封封装现在在和将来来，光子子电路的的心脏是是激光二二极管。例例如，边边缘发射射激光二二极管和和垂直空空腔表面面发射激激光二极极管(VVCSEEL, verrticcal cavvityy suurfaace-emiittiing lasser dioode)。这些些元件要要求一台台绑定机机，具有有大多数数传统PPCB装装配制造造商不习习惯使用用的能力力和设计计特性。绑定材料料(Boondiing Matteriialss)现在在，在电电信应用用中，金金/锡合合金是用用于安装装VCSSEL和和边缘发发射器到到子装配配的最常常指定的的绑定材材料。该该合金的的应用或或者通过过电镀到到子装配配上或者者通过放放置金/锡预成成型，然然后加热热回流，形形成焊接接。可是是，一些些封装者者使用环环氧树脂脂，特别别是对于于计算机机通信应应用，因因为它简简化和加加速了焊焊接工艺艺，成本本较低。例例如，一一个激光光二极管管可以用用树脂附附着到每每一个TTO头上上，这些些头坐落落在绑定定机的贴贴装站的的托盘里里，然后后所有的的环氧树树脂可以以同时固固化。一旦旦实施光光电子装装配的标标准工艺艺和封装装，树脂脂绑定应应该得到到甚至更更大的好好处，因因为它有有助于自自动化工工艺，这这个自动动化工艺艺是新设设计的开开发与起起始低产产量生产产阶段随随之而来来的。广广告词句句：选择择一台可可以运行行合金和和树脂两两种安装装工艺的的绑定机机，这样样可以最最充分地地利用这这台绑定定机。激光二极极管的绑绑定(LLaseer DDiodde BBonddingg)一个个激光二二极管的的细致如如盐的颗颗粒大小小和精密密的特性性为OEEM和EEMS供供应商产产生了不不寻常的的挑战。绑绑定负载载与温度度曲线的的精密计计算机控控制对于于保护这这些元件件在绑定定工艺中中不被压压碎和过过热是绝绝对必要要的。绑绑定机的的Z运动动必须施施加一个个可重复复的、非非常低的的绑定载载荷给元元件，以以避免压压碎或者者甚至给给它应力力。另一一个可能能影响绑绑定机选选择的考考虑是其其堆叠元元件的能能力。例例如，该该应用可可能要求求首先沉沉积树脂脂在TOO头上，然然后一个个陶瓷隔隔离片放放在树脂脂上，在在将树脂脂放在陶陶瓷顶面面，最后后VCSSEL放放进里面面。如果果要使用用树脂，树树脂点的的大小必必须比具具有正向向位移阀阀的标准准针嘴滴滴胶系统统可达到到的更小小。这类类系统滴滴出的胶胶点就象象俗话说说的“黑黑人的蜜蜜吻”，对对于VCCSELL应用简简直太大大了。由由于胶点点太大，当当放置元元件时材材料流出出边缘周周围，流流到激光光元件的的发射区区域，阻阻碍发射射的光束束(图三三)。图三、通通过标准准的针嘴嘴滴胶机机滴出的的胶太多多今天天，许多多光电子子装配制制造商尝尝试使用用一个针针嘴滴胶胶系统来来进行树树脂安装装工艺。可可是，这这些装配配制造商商都通常常缺乏深深入的半半导体封封装经验验。为了了取得成成功，装装配制造造商必须须有一台台装备有有树脂转转移工具具技术的的绑定机机，这种种设备在在20-25年年前即普普遍用于于半导体体工业。该该技术允允许绑定定机操作作员准确确地将极极其小量量的胶滴滴在子装装配上。为了了完成激激光二极极管树脂脂安装，在在绑定机机上某些些特性是是有用的的。例如如，绑定定机的吸吸取工具具可能装装备一个个双头，一一个从其其载体上上吸取激激光二极极管，另另一个用用于树脂脂转移工工具。视觉觉能力需需要用来来达到准准确安装装微小的的激光元元件所要要求的对对准和贴贴装精度度。应该该为视觉觉系统考考虑几个个设计特特性。首首先，一一个光束束分路器器是有用用的，在在对准步步骤中，它它以高放放大倍数数同时叠叠加传送送工具头头的图像像和着陆陆座的图图像。其其次，一一个用光光纤照明明的立体体放大显显微镜允允许操作作员检查查安装工工艺和实实时地检检查对准准。如果果放置VVCSEEL，可可能发生生这些片片子的不不对准。例例如，当当绑定机机的吸取取工具下下去从载载体上吸吸取VCCSELL时，由由于工具具头的真真空关闭闭，VCCSELL的发光光点可能能变得不不对准。可可是，如如果真空空开着，可可能造成成VCSSEL跳跳起来，产产生不对对准。还还有，当当吸取工工具将在在凝冻体体包装上上的VCCSELL从载体体的粘床床上拿走走时，零零件可能能变得不不对准。尽管管如此，不不对准这这个情况况可以通通过选择择一个具具有精密密工作站站的绑定定机来完完全避免免。精密密工作站站允许用用非加热热的工具具不损坏坏凝胶，将将VCSSEL取取下。接接着，在在贴装到到子装配配之前，可可以用预预热工具具处理VVCSEEL。精精密工作作站还用用真空将将VCSSEL牢牢固地固固定在位位置上，用用这个绑绑定系统统的重叠叠图像的的对准，其其发光点点不会偏偏离中心心。VCSEEL的视视觉挑战战为了了适当地地处理所所有形式式的激光光二极管管的绑定定，绑定定机上另另一种视视觉特征征是有帮帮助的。某某些应用用要求比比只使用用光束分分路器和和显微镜镜可达到到的更好好的对准准/贴装装能力。例例如，将将树脂或或金/锡锡放置到到一个圆圆形的TTO头上上，然后后安装VVCSEEL。在在该类型型的应用用中将要要遇到的的问题实实际上是是不可逾逾越的，如如果在半半自动的的绑定机机上不使使用特殊殊的视觉觉特性，或或者在更更昂贵的的全自动动绑定机机上不使使用自动动模式的的识别能能力。特别别是，在在VCSSEL从从其载体体吸出之之后，由由于抓住住芯片的的吸取头头阻挡了了视线，操操作员看看不见VVCSEEL的发发射点。为为了将发发射点对对准到子子装配上上的某个个特征点点上，操操作员必必须知道道激光二二极管的的发射点点在哪里里。通常常，二极极管的发发射点对对准TOO头的中中心。在在这种情情况中，必必须提供供一个参参考标记记，可以以叠加到到头的肩肩部，这这样可以以同时看看到肩部部和VCCSELL上的发发射点的的位置。可是是，由于于在激光光芯片上上需要空空间给着着陆/绑绑定的焊焊盘，有有时发射射点不在在激光二二极管的的中心。更更复杂的的情况是是，当晶晶圆上的的激光芯芯片切割割时，在在切割片片的形状状上可能能有100-155微米的的变化。除此此之外，激激光器位位于之上上的TOO头是一一个机器器压印的的金属片片，因此此其误差差可能在在TO头头的肩部部周围变变化。如如果TOO头的肩肩部超出出圆一定定数量，那那么发射射点的贴贴装精度度将受到到负面影影响。即即使TOO头是个个完美的的圆，其其直径也也可能实实际上有有变化。一个个解决办办法是有有这样一一台绑定定机，它它“记住住”在VVCSEEL从载载体吸取取之前发发射点在在哪里，并并且补偿偿非圆的的肩部/直径的的变化。昂昂贵的自自动绑定定机具有有观察载载体内芯芯片的图图形识别别系统，记记忆发射射点的位位置和将将它定位位到子装装配的焊焊盘座上上。许多多投资到到光电子子的PCCB装配配制造商商不想知知道这个个使用自自动化机机器的新新领域的的诀窍，只只是将这这种能力力增加到到半自动动绑定机机上可能能不是一一个可行行的办法法。为了了解决这这些问题题，可以以将一个个相对不不昂贵的的视觉图图像标识识器加入入到激光光绑定机机上。这这个视觉觉图形标标识器由由一个键键盘、控控制箱和和调节系系统的放放大电子子图像的的x-yy旋钮组组成。视视觉图像像标识器器产生一一个固定定的十字字线图形形重叠，用用于对中中VCSSEL的的发射点点。不同同的图像像然后可可以叠加加在VCCSELL将要安安装的子子装配上上。例如如，TOO头的顶顶部的外外圆的叠叠加图像像。图四、TTO头上上的VCCSELL, 借借助对准准测量的的帮助 在在操作中中，激光光二极管管从其载载体的托托盘上吸吸取，放放在绑定定机的精精密工作作站上。图图形标识识器的十十字线对对准二极极管的发发射点，二二极管被被吸起，准准备贴装装在TOO头上。标标识器的的圆形覆覆盖图对对准该头头(图四四)。现现在发射射点和头头两者都都适当对对准，操操作员可可以准确确地将激激光二极极管放在在头上。平台/拱拱架的考考虑(PPlattforrm/GGanttry Connsidderaatioon)激光光二极管管的绑定定要求一一个稳定定的绑定定平台/拱架和和精密的的滑行导导轨。ZZ运动控控制应该该允许低低负载的的、精确确的、可可重复的的芯片绑绑接。对对于涉及及边缘发发射激光光器和VVCSEEL的金金/锡绑绑定工艺艺，绑定定机必须须能够在在绑定和和冷却循循环期间间以一个个特定的的、持续续的负载载固定芯芯片，这这样芯片片不会压压碎或存存在应力力。在树树脂接合合中，需需要一个个特定的的、持续续的载荷荷来保证证两个表表面之间间的树脂脂厚度尽尽可能均均匀。如果果使用金金/锡合合金，一一种擦洗洗能力是是有帮助助的。擦擦洗消除除可能在在相互连连接表面面之间出出现的空空洞。需需要擦洗洗次数决决定于二二极管的的大小，最最小的二二极管通通常不需需要任何何擦洗。绑绑定机应应该装配配一个头头，将擦擦洗动作作准确地地回到开开始位置置，以维维持原点点的对准准。是芯芯片的尺尺寸而定定，擦洗洗的幅度度和频率率可能需需要改变变。当使使用边缘缘发射器器时，必必须极其其注意擦擦洗时不不要将绑绑定材料料堆积在在二极管管的前后后晶体小小平面上上，否则则会被污污染。绑定定机的软软件程序序应该多多用途，足足以适应应共晶和和树脂应应用。所所有操作作功能应应该用实实时的软软件系统统控制，通通过闭环环的反馈馈提供对对工艺的的验证。结论为了了接受这这个挑战战和收获获由于开开拓光电电子市场场所提供供的回报报，以PPCB定定位的OOEM和和EMSS供应商商需要对对传统的的装配工工艺进行行思考。今今天的光光电装配配中的基基板和封封装设计计要求不不寻常的的绑定设设备能力力。使用用合适的的绑定机机，OEEM和EEMS供供应商可可以获得得经验，在在这个新新的令人人兴奋的的工业参参与竞争争。