วิธีการรวม Optoelectronic

เกี่ยวกับออปโตอิเล็กทรอนิกส์วิธีการบูรณาการ

การรวมกันของโฟโต้และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นขั้นตอนสำคัญในการปรับปรุงความสามารถของระบบประมวลผลข้อมูลทำให้อัตราการถ่ายโอนข้อมูลที่เร็วขึ้นการใช้พลังงานที่ลดลงและการออกแบบอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดมากขึ้นและเปิดโอกาสใหม่ ๆ สำหรับการออกแบบระบบ วิธีการรวมโดยทั่วไปแบ่งออกเป็นสองประเภท: การรวมเสาหินและการรวมหลายชิป

การรวมเสาหิน
การรวมเสาหินเกี่ยวข้องกับการผลิตส่วนประกอบโทนิคและอิเล็กทรอนิกส์บนพื้นผิวเดียวกันมักจะใช้วัสดุและกระบวนการที่เข้ากันได้ วิธีการนี้มุ่งเน้นไปที่การสร้างอินเทอร์เฟซที่ราบรื่นระหว่างแสงและไฟฟ้าภายในชิปเดียว
ข้อดี:
1. ลดการสูญเสียการเชื่อมต่อระหว่างกัน: การวางโฟตอนและส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ในบริเวณใกล้เคียงช่วยลดการสูญเสียสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อนอกชิป
2, ประสิทธิภาพที่ดีขึ้น: การรวมที่เข้มงวดมากขึ้นสามารถนำไปสู่ความเร็วการถ่ายโอนข้อมูลที่เร็วขึ้นเนื่องจากเส้นทางสัญญาณที่สั้นลงและเวลาแฝงที่ลดลง
3, ขนาดเล็กกว่า: การรวมเสาหินช่วยให้อุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดสูงซึ่งเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชันที่ จำกัด พื้นที่เช่นศูนย์ข้อมูลหรืออุปกรณ์พกพา
4, ลดการใช้พลังงาน: ขจัดความจำเป็นในการแยกแพ็คเกจและการเชื่อมต่อทางไกลซึ่งสามารถลดความต้องการพลังงานได้อย่างมีนัยสำคัญ
ท้าทาย:
1) ความเข้ากันได้ของวัสดุ: การค้นหาวัสดุที่รองรับทั้งอิเล็กตรอนคุณภาพสูงและฟังก์ชั่นโทนิคอาจเป็นสิ่งที่ท้าทายเพราะพวกเขามักจะต้องใช้คุณสมบัติที่แตกต่างกัน
2, ความเข้ากันได้ของกระบวนการ: การรวมกระบวนการผลิตที่หลากหลายของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และโฟตอนบนพื้นผิวเดียวกันโดยไม่ลดระดับประสิทธิภาพของส่วนประกอบใดส่วนหนึ่งเป็นงานที่ซับซ้อน
4, การผลิตที่ซับซ้อน: ความแม่นยำสูงที่จำเป็นสำหรับโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์และโฟโตนิกเพิ่มความซับซ้อนและต้นทุนการผลิต

การรวมหลายชิป
วิธีการนี้ช่วยให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้นในการเลือกวัสดุและกระบวนการสำหรับแต่ละฟังก์ชั่น ในการรวมนี้ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์และโทนิคมาจากกระบวนการที่แตกต่างกันและรวมเข้าด้วยกันและวางไว้บนแพ็คเกจหรือสารตั้งต้นทั่วไป (รูปที่ 1) ตอนนี้มาแสดงรายการโหมดการเชื่อมระหว่างชิปออปโตอิเล็กทรอนิกส์ พันธะโดยตรง: เทคนิคนี้เกี่ยวข้องกับการสัมผัสทางกายภาพโดยตรงและการเชื่อมของพื้นผิวระนาบสองพื้นผิวซึ่งมักจะอำนวยความสะดวกโดยแรงพันธะโมเลกุลความร้อนและความดัน มันมีข้อได้เปรียบของความเรียบง่ายและการเชื่อมต่อการสูญเสียที่ต่ำมาก แต่ต้องการพื้นผิวที่จัดเรียงอย่างแม่นยำและสะอาด การมีเพศสัมพันธ์ไฟเบอร์/ตะแกรง: ในรูปแบบนี้ไฟเบอร์หรืออาร์เรย์ไฟเบอร์ได้รับการจัดตำแหน่งและผูกมัดกับขอบหรือพื้นผิวของชิปโทนิคทำให้แสงสามารถเข้ากันได้และออกจากชิป ตะแกรงยังสามารถใช้สำหรับการมีเพศสัมพันธ์ในแนวตั้งปรับปรุงประสิทธิภาพของการส่งผ่านแสงระหว่างชิปโทนิคและเส้นใยภายนอก ผ่านหลุม-silicon (TSVs) และ micro-bumps: ผ่านหลุม-silicon เป็นการเชื่อมต่อระหว่างแนวตั้งผ่านสารตั้งต้นซิลิกอนทำให้ชิปถูกซ้อนกันในสามมิติ เมื่อรวมกับจุดไมโครเซนด์พวกเขาช่วยให้บรรลุการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างชิปอิเล็กทรอนิกส์และโทนิคในการกำหนดค่าแบบซ้อนซึ่งเหมาะสำหรับการรวมที่มีความหนาแน่นสูง เลเยอร์ออปติคัลตัวกลาง: เลเยอร์ออปติคัลตัวกลางเป็นสารตั้งต้นที่มีท่อนำคลื่นแสงที่ทำหน้าที่เป็นตัวกลางสำหรับการกำหนดเส้นทางสัญญาณแสงระหว่างชิป ช่วยให้มีการจัดตำแหน่งที่แม่นยำและแฝงเพิ่มเติมส่วนประกอบออปติคัลสามารถรวมเข้าด้วยกันเพื่อความยืดหยุ่นในการเชื่อมต่อที่เพิ่มขึ้น พันธะไฮบริด: เทคโนโลยีพันธะขั้นสูงนี้รวมการเชื่อมพันธะโดยตรงและเทคโนโลยีไมโครกระแทกเพื่อให้ได้การเชื่อมต่อไฟฟ้าที่มีความหนาแน่นสูงระหว่างชิปและอินเทอร์เฟซออพติคอลคุณภาพสูง มันมีแนวโน้มโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการรวมตัวกันของ Optoelectronic ที่มีประสิทธิภาพสูง บัดกรี Bump Bonding: คล้ายกับการยึดติดชิปแบบพลิก, การกระแทกบัมถูกใช้เพื่อสร้างการเชื่อมต่อไฟฟ้า อย่างไรก็ตามในบริบทของการรวม optoelectronic จะต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อส่วนประกอบโทนิคที่เกิดจากความเครียดจากความร้อนและการรักษาการจัดแนวแสง

รูปที่ 1:: โครงการพันธะชิปกับชิปกับชิปชิป

ประโยชน์ของวิธีการเหล่านี้มีความสำคัญ: เนื่องจาก CMOS World ยังคงปฏิบัติตามการปรับปรุงในกฎหมายของมัวร์จึงเป็นไปได้ที่จะปรับ CMOs แต่ละรุ่นหรือ BI-CMOs ให้เข้ากับชิปโทนิคซิลิคอนราคาถูกได้อย่างรวดเร็ว เนื่องจากโฟโตนิกส์โดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องมีการผลิตโครงสร้างขนาดเล็กมาก (ขนาดสำคัญประมาณ 100 นาโนเมตรเป็นเรื่องปกติ) และอุปกรณ์มีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับทรานซิสเตอร์การพิจารณาทางเศรษฐกิจจะมีแนวโน้มที่จะผลักดันอุปกรณ์โทนิคที่จะผลิตในกระบวนการแยกต่างหากแยกออกจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงที่จำเป็นสำหรับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย
ข้อดี:
1, ความยืดหยุ่น: วัสดุและกระบวนการที่แตกต่างกันสามารถใช้อย่างอิสระเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์และโทนิค
2, กระบวนการครบกำหนดของกระบวนการ: การใช้กระบวนการผลิตที่ครบกำหนดสำหรับแต่ละองค์ประกอบสามารถทำให้การผลิตง่ายขึ้นและลดต้นทุน
3, การอัพเกรดและการบำรุงรักษาที่ง่ายขึ้น: การแยกส่วนประกอบช่วยให้ส่วนประกอบแต่ละตัวสามารถเปลี่ยนหรืออัพเกรดได้ง่ายขึ้นโดยไม่ส่งผลกระทบต่อระบบทั้งหมด
ท้าทาย:
1, การสูญเสียการเชื่อมต่อระหว่างกัน: การเชื่อมต่อนอกชิปแนะนำการสูญเสียสัญญาณเพิ่มเติมและอาจต้องใช้ขั้นตอนการจัดตำแหน่งที่ซับซ้อน
2, ความซับซ้อนและขนาดที่เพิ่มขึ้น: ส่วนประกอบแต่ละตัวต้องการบรรจุภัณฑ์และการเชื่อมต่อเพิ่มเติมทำให้มีขนาดใหญ่ขึ้นและค่าใช้จ่ายที่สูงขึ้น
3 การใช้พลังงานที่สูงขึ้น: เส้นทางสัญญาณที่ยาวขึ้นและบรรจุภัณฑ์เพิ่มเติมอาจเพิ่มความต้องการพลังงานเมื่อเทียบกับการรวมเสาหิน
บทสรุป:
การเลือกระหว่างการรวมเสาหินและหลายชิปขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะแอปพลิเคชันรวมถึงเป้าหมายประสิทธิภาพข้อ จำกัด ขนาดการพิจารณาต้นทุนและวุฒิภาวะเทคโนโลยี แม้จะมีความซับซ้อนในการผลิต แต่การรวมเสาหินนั้นเป็นประโยชน์สำหรับการใช้งานที่ต้องใช้ขนาดเล็กมากการใช้พลังงานต่ำและการส่งข้อมูลความเร็วสูง แต่การรวมหลายชิปให้ความยืดหยุ่นในการออกแบบที่มากขึ้นและใช้ประโยชน์จากความสามารถในการผลิตที่มีอยู่ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ปัจจัยเหล่านี้มีมากกว่าประโยชน์ของการรวมที่เข้มงวดมากขึ้น เมื่อการวิจัยดำเนินไปเรื่อย ๆ แนวทางไฮบริดที่รวมองค์ประกอบของกลยุทธ์ทั้งสองก็ถูกสำรวจเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของระบบในขณะที่ลดความท้าทายที่เกี่ยวข้องกับแต่ละวิธี