5G时代的到来将催生更多光电新型器件的应用

在9 月 7 日的“5G 接入与承载技术发展”专题上，演讲嘉宾 MRSI Systems 战略营销高级总监周利民博士在会议上带来《5G 时代新型器件量产的创新解决方案》的精彩演讲。周总讲述新型器件的市场预测及新型器件在生产过程中面临的挑战，为嘉宾带来 MRSI 提供的全自动、高速、高精度、灵活多功能的贴片方案。

5G 时代的到来催生更多光电新型器件的应用，根据行业机构的光器件市场预测可以看到，光器件市场 2020 年有受疫情影响有所下滑，但中国市场并没有下滑，最新预测显示整体趋势没有变化，未来十年将高速增长。在新型器件上，周总介绍了 400G 光模块与 800G 光模块的预测，400G 从 2019 年开始量产，预计至 2025 年将保持快速增长。800G 需求从 2023 年后保持快速增长。

5G 时代，基站呈倍数增长。由于氮化镓的优越性能，根据 Yole 的分析，5G 时代在电信基站中应用的氮化镓的年复合增长率是达到 15%，。根据 IMS2020 的问卷调查，多数人认为氮化镓会取代 LDMOS 在 5G 中的应用。

硅光器件的发展趋势方面，根据 Yole 的分析，硅光器件的市场年复合增长率在未来几年超过 40%，主要增长为光模块的部分。

周总对市场发展趋势总结道：“光电器件朝着小型化、高集成、高带宽、高速率的方向发展，十年前，芯片的贴片需求为 10-15 微米的精度;目前市场应用需求在 3-5 微米，对应 100G/200G 的量产需求;市场也需要 1-3 微米贴片精度，满足 400G 量产需求。面对 800G 或以上速率的光模块，硅光子集成是未来发展方向，市场需要亚微米的贴片精度。”

随着创新器件的快速迭代，对贴片设备的精度及速度方面有了新的要求。器件商也向市场表达了成本压力，希望贴片设备在满足高精度前提下，能够有更多的产出。周总介绍，目前亚微米精度贴片水平可以做到 15 秒贴一个芯片，2025 年目标是提升到 10 秒。

5G 时代新型器件由于成本的压力，新型的低成本封装形式兴起。例如 TO 封装，复杂的 TO 集成了不同的光电器件，需要多芯片多工艺的复杂封装。射频放大的器件的需求量更大，并采用新型的材料和工艺。光子集成希望可以做到光模块低成本，从芯片到 wafer 的封装低成本是必须的。2018 年，钱博士在 Laser Focus World 发表文章表示，云时代产品的更新迭代更加快，光器件以每年 25%的需求量在递增，同样光器件的功能成本以每年大于 10%的速度递减。这个趋势仍在持续并将持续很长一段时间。作为贴片方案提供商，MRSI 面对新型器件的生产需求始终致力于开发最佳的创新解决方案。

面对新型器件封装的挑战，MRSI 不断推陈出新，2020 年 9 月 8 号正式发布了新产品 MRSI-S-HVM 光子集成的解决方案。MRSI 针对目前光器件的挑战，提供稳定性和可靠性高的贴片设备，提升精度，同时保证业内最高的生产速度。针对不同的应用提供多工艺的灵活性。这样将给客户带来最高的投资回报率。

在光通信行业，MRSI 提供可大批量和高混合制造的解决方案，2017 年发布 MRS-HVM 系列精度为 3 微米，2019 年在讯石平台发布了该系列产品精度提升至 1.5 微米。该设备贴片精度非常稳定并不损失灵活性，贴片后的稳定精度可以达到 3 微米，可以实现多芯片多工艺的生产。基于这个设备，周博士在 7 月发表的文章：《为现代光子制造提供最精确的灵活量产芯片贴片解决方案》对该设备的性能进行总结，详细解释了它为什么可以实现这么《±3 微米的精度。MRSI 的设备性能不止于此，根据 MRSI 的测机精度显示，在 100PCS 的玻璃片贴片测试中，1.5 微米设备的精度在用玻璃片验机中可以达到 0.5 微米左右精度。在 500 个 COC 的生产数据显示，精度可达到±2.2μm@3σ，而且角度控制为±0.4°@3σ，目前只有 MRSI 的设备可以实现如此精确的芯片角度控制。对于高密度的设计，在一个基板上共晶多个芯片的应用，例如多芯片的 COC、COS，MRSI 设备可以从上面进行加热，有热头的工艺，采用脉冲加热方式，达到快速升温，快速降温的要求。

在针对复杂 TO 的生产设备里面，MRSI-H-TO 设备可以到达业界领先的 1.5 微米的精度。贴片后可达到 5 微米精度，这台设备具备共晶与蘸胶的工艺，可实现各种角度的多芯片贴片。一台设备集成多种功能可减少设备的定位，提高贴片的精度。

5G 射频器件方面的需求成倍增长，为满足大批量生产需求，MRSI-H-LDMOS 提供 1.5 微米与 MRSI-705 提供 5 微米两种设备选择，是市场上用于射频微波器件封装方面精度最高的设备，可以满足高速量产需求。针对过去的 LDMOS 或者新型氮化镓的封装工艺，新型氮化镓的共晶或纳米银胶工艺都可以支持，非常适用于量产。其独特优势是共晶期间氧含量控制得非常好，可保证高的贴片质量。

在大功率激光器封装方面，MRSI-H-HPLD 是专为这类应用设计的，在一台设备上可以满足各类封装形式的贴片需求，例如 CoS， C-mount， Bar-on-Submount（BoS）的共晶贴片工艺均可在一台设备完成。其独有的优势是利用专门设计的自平衡工具来保证大功率激光器贴片的共面性。

最后，周总重点发布了 MRSI-S-HVM 针对硅光器件量产封装的解决方案，该方案是基于市场应用最广泛的 MRSI-HVM 设备平台开发的，继承了 MRSI-HVM 所有并行工艺的设计，可以在这一台设备上选择 2 个精度模式，实现不同精度的芯片封装，可平衡贴片的精度与速度。以达到最大的设备利用率和设备的产出。其支持底部和顶部脉冲加热模式，也支持激光加热模式，该设备支持从 6 英寸 III-V 族晶圆上提取芯片贴装到 12 英寸的硅基晶圆上，真正实现晶圆级的封装。
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