作者:电子创新网张国斌
1879年,托马斯·爱迪生(Thomas Edison)通过无数次实验,终于发现了适合制作耐用灯丝的材料,这标志着白炽灯的发明进入了关键阶段。然而,灯丝问题解决后,另一个挑战接踵而至——玻璃灯罩。当时,大多数玻璃厂无法生产出耐用且成本适中的玻璃,这严重影响了灯泡的大规模商业化推广。爱迪生深知,如果不能制造出经济实惠的玻璃灯罩,电灯就无法真正走进普通百姓的家中。因此,他开始寻找能够帮助他解决这一问题的合作伙伴。经过多方探访,爱迪生最终找到了拥有丰富玻璃研发经验的康宁公司(Corning Incorporated)。康宁公司为爱迪生的白炽灯制作了首个玻璃灯罩,并研究出一种让灯泡得以大规模生产的方法,使电灯成功走入了千家万户。
如今,作为有着170多年发展历史的百年企业,康宁依然在持续创新,在半导体封测、光刻等领域发挥着巨大的作用,推动微电子技术持续发展。
康宁先进光学大中国区业务总监罗勇
近日,康宁先进光学大中国区业务总监罗勇接受了电子创新网等媒体的专访,分享了康宁的尖端材料在半导体制造、先进封装和测量系统等领域的应用。据他介绍康宁公司成立于1851年,总部位于美国纽约州康宁市。170多年来,康宁凭借在特殊玻璃、陶瓷、光学物理领域的精湛专业知识,开发出众多引发了行业的革命性改变并改变人类生活的产品和工艺。康宁公司2023年全年的核心销售额达到136亿美元,2024年美国财富500强排名第323位。康宁在光通信、显示科技、汽车应用、生命科学及移动消费电子市场领域均是处于领先地位的企业之一。
康宁先进光学是提供尖端材料和光学解决方案的全球领导者之一,服务于各种商业市场,包括半导体制造、微细加工、消费电子、航空航天等。在半导体领域,康宁的产品被应用于为消费类设备提供动力的下一代微芯片,其光学元件(玻璃和晶圆)、测量系统、先进封装和玻璃晶圆产品对芯片制造过程的几乎每一步都至关重要。以氟化钙为例,氟化钙具有出色的光学透明性,尤其是在紫外光和红外光波段。因此,它被广泛应用于半导体光刻设备中,特别是在高精度光学元件和透镜中。CaF₂晶体是光刻系统的关键材料,用于制作高透过率的窗口和镜片,确保激光和紫外光波段的高效传输。在先进的半导体制造过程中,尤其是极紫外光刻(EUV)技术中,氟化钙被用作光刻系统中的反射镜材料。由于其出色的低膨胀系数和高透过率,氟化钙能够在高能量紫外光下保持稳定,并减少光损耗,帮助提高半导体制造的精度和效率。
此外,氟化钙晶体还可用于半导体制造设备中的光学窗口和聚焦透镜,这些设备通常需要在极端环境中工作,如高温和高功率激光下。CaF₂能够承受这种环境,同时提供稳定的光学性能。它在深紫外(DUV)和EUV波段的应用特别关键,这些波段的光源用于晶圆图案化工艺。
“氟化钙它有高透过率、高损伤阈值,再就是高耐久性,它可以延长整个光学系统的寿命,但是你要做好氟化钙并不容易,因为你要把氟化钙做得很纯净没有杂质,能够做到高纯度,高折射率均匀性,低应力双折射,能够满足客户的各类应用的苛刻要求,这还是有很多Know-how在里面的。”罗勇表示,“康宁一直致力于制造高品质氟化钙晶体,我们现在还在不断改进我们的产品,将氟化钙做得很纯净,因为在康宁创新是我们的文化。以前我们说氟化钙用在很耐久的激光产品上,我们后来也推出了光学级的OptiGrade™氟化钙,更纯净,透过性更好,可以用在需要精确成像相关的领域。”
他表示康宁现在提供的是最大90毫米直径的氟化钙,客户在激光光学系统里面用作透镜、棱镜和窗口材料等等。更大尺寸的氟化钙目前康宁也在积极研发中,客户有需求需要定制,现在的交期要20-30个星期,目前这个产品需求激增,供应比较紧张。
在先进封装领域发力
目前,随着摩尔定律放缓,系统级先进封装被认为延续摩尔定律的最有效解决方案,但是随着系统级封装日益复杂,信号传输速度、功率传输、设计规则和封装基板稳定性的改进变得至关重要。传统的塑料基板(有机材料基板)已经接近极限,特别是它们的粗糙表面,会对超精细电路的固有性能产生负面影响。此外,有机材料在芯片制造过程中可能会发生收缩或翘曲,导致芯片产生缺陷。随着更多的硅芯片被封装在塑料基板上,翘曲的风险也会增加。在这样的背景下,玻璃基板需求暴涨,玻璃基板有比塑料基板更光滑的表面,同样面积下,开孔数量要比在有机材料上多得多。此外,玻璃芯通孔之间的间隔能够小于 100 微米,这直接能让晶片之间的互连密度提升10倍。互连密度的提升能容纳更多数量的晶体管,从而实现更复杂的设计和更有效地空间利用,与此同时,玻璃基板在热学性能、物理稳定度方面表现都更出色、更耐热,不容易因为温度高而产生翘曲或变形的问题。
罗勇表示康宁先进光学有两大块业务,一大块是晶体和光学材料,如氟化钙、高纯熔融石英用在相关的设施设备、激光光源。第二块就是先进封装用的玻璃晶圆级封装。
“其实我们很早就开始布局这个领域了,这几年需求增长非常快,对我们来说也是很好的机遇。康宁为我们下游企业提供先进封装产品。封装有两部分,一部分是传统封装,另外就是先进的封装如2.5D/3D封装等。”他强调,“2.5D/3D封装会用到玻璃载板,使用玻璃载板的关键点就是载板平整度以及热膨胀系数(CTE)要和客户的晶圆相互匹配,这样的话在过程中才不会脱胶。康宁有一个工艺叫熔融下拉工艺,让玻璃在空中成型,生产过程中不接触空气以外的物质,可以提供非常完美的表面质量、平整度,以及大尺寸和可量产性。我们在这个基础上提供一系列不同配方的玻璃,然后匹配客户的CTE,这其中有8寸、12寸,以及更大尺寸的面板。我们现在不仅为市场提供玻璃材料,我们还把它做成玻璃晶圆/面板成品给到我们客户,给我们客户做一站式的服务。”
他表示包括HBM、2.5D/3D、扇出型的封装都有这样的玻璃基板。不过他也强调了玻璃基本不会取代所有的封装,玻璃基板只用在先进封装领域,就是需要信号更快、容量更高的GPU芯片领域,但GPU不会取代所有芯片,康宁更看好增量市场,而不是谁取代谁。
Polarcor™ 偏振片在人工智能领域发力 罗勇表示除了先进封装外,康宁还有一个产品助力人工智能算力提升,这就是Polarcor™ 偏振片。“偏振片是一种具有偏振效应的玻璃材料,通过偏振效应实现光的单向导通。偏振片被广泛用在做光隔离器、光连接器和调制器里面,现在AI需要算力,算力需要很多的GPU,要很多GPU连接在一起,所以也需要很多光模块产品进行互联,这就需要用到偏振片产品。”他解释说,“偏振片在光通信系统中用于提高信号传输的效率和可靠性。通过调节光的偏振,可以减少噪声干扰,提高信号质量。除了在通信中的应用,在激光设备中偏振片用于管理和控制激光束的偏振,以确保激光束的质量和稳定性。偏振控制对于高精度激光加工和测量系统尤为重要。在各种成像设备、显微镜和测量设备中,Polarcor™ 偏振片用于消除不必要的反射光和杂散光,从而提高成像的清晰度和测量的准确性。此外,在光谱分析仪器中,Polarcor™ 偏振片可以帮助区分不同波长的光,增强光谱仪的分辨率和精度。”康宁的Polarcor™ 偏振片在 NIR 的波长范围内具有高消光比和低插入损耗。这些线性偏振片由硼硅酸盐玻璃基片内排列的细长银晶体构成,能根据谐振吸收提供偏振机制。通过此偏振机制,会吸收不需要偏振的方向的光,从而确保消除杂散光。康宁的Polarcor™ 玻璃偏振片可用于对光进行偏振、阻挡偏振光、减少反射、改善影像对比度、调节和控制光强度或提高信噪比。此外它对化学、物理和热损伤具有耐受性,适用于高功率应用。
罗勇指出康宁有着悠久的创新传统,每年公司投入8%的营收用于研发创新,康宁在中国运营21个工厂,有员工6000多人,在中国大陆地区的投资超过90亿美金。康宁持续扎根中国、投资中国、回馈中国,并与本地供应链紧密结合。“创新对我们非常重要,在中国我们有一个康宁中国研发中心设在上海,服务于整个中国市场,它为康宁中国产品周期的各个环节提供支持,从开发到制造优化和性能测试。”罗勇指出,“我们通过创新给客户创造价值,一个健康的市场里,竞争对手之间良性的竞争对市场不是坏事。而且很多的市场还在增长,健康的增长对客户和供应链都是良性的,我们认为专注做好自己的创新,服务好我们的客户,这对我们来说是最重要的。半导体玻璃基板和光电共封装(CPO)也是比较热门的技术,我们也将会和半导体市场一起发展,抓住这些机遇。”
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