광전자 통합 방법

광전자통합 방법

통합광자Electronics는 정보 처리 시스템의 기능을 향상시키고, 데이터 전송 속도가 빨라지고, 전력 소비 및 더 컴팩트 한 장치 설계를 가능하게하며, 시스템 설계를위한 새로운 기회를 제공하는 핵심 단계입니다. 통합 방법은 일반적으로 모 놀리 식 통합과 멀티 칩 통합의 두 가지 범주로 나뉩니다.

모 놀리 식 통합
모 놀리 식 통합은 일반적으로 호환 가능한 재료와 프로세스를 사용하여 동일한 기판에서 광자 및 전자 부품을 제조하는 것을 포함합니다. 이 접근법은 단일 칩 내에서 조명과 전기 사이에 원활한 인터페이스를 만드는 데 중점을 둡니다.
장점 :
1. 상호 연결 손실 감소 : 근접성에 광자와 전자 부품을 배치하면 오프 칩 연결과 관련된 신호 손실이 최소화됩니다.
2, 개선 된 성능 : 더 엄격한 통합으로 인해 신호 경로가 짧고 대기 시간이 줄어든 데이터 전송 속도가 빨라질 수 있습니다.
3, 더 작은 크기 : 모 놀리 식 통합을 사용하면 데이터 센터 또는 핸드 헬드 장치와 같은 우주 제한 응용 프로그램에 특히 유리한 소형 장치가 가능합니다.
4, 전력 소비 감소 : 별도의 패키지와 장거리 상호 연결이 필요하지 않아 전력 요구 사항을 크게 줄일 수 있습니다.
도전:
1) 재료 호환성 : 고품질 전자와 광 기능을 모두 지원하는 재료를 찾는 것은 종종 다른 특성이 필요하기 때문에 어려울 수 있습니다.
2, 프로세스 호환성 : 한 구성 요소의 성능을 저하시키지 않고 동일한 기판에 전자 및 광자의 다양한 제조 공정을 통합하는 것은 복잡한 작업입니다.
4, 복잡한 제조 : 전자 및 광자 구조에 필요한 높은 정밀도는 제조의 복잡성과 비용을 증가시킵니다.

멀티 칩 통합
이 접근법은 각 기능에 대한 재료 및 프로세스를 선택하는 데 더 큰 유연성을 제공합니다. 이 통합에서, 전자 및 광자 성분은 다른 프로세스에서 나온 다음 함께 조립되어 공통 패키지 또는 기판에 배치됩니다 (그림 1). 이제 광전자 칩 사이의 본딩 모드를 나열하겠습니다. 직접 결합 :이 기술은 일반적으로 분자 결합력, 열 및 압력에 의해 촉진되는 두 개의 평면 표면의 직접적인 물리적 접촉 및 결합을 포함합니다. 단순성과 잠재적으로 매우 낮은 손실 연결의 이점이 있지만 정확하게 정렬되고 깨끗한 표면이 필요합니다. 섬유/격자 결합 커플 링 :이 체계에서 섬유 또는 섬유 어레이는 정렬되어 광 칩의 가장자리 또는 표면에 결합되어 칩 안팎으로 빛을 결합 할 수 있습니다. 격자는 또한 수직 커플 링에 사용되어 광 칩과 외부 섬유 사이의 빛의 전달 효율을 향상시킬 수 있습니다. 실리콘 구멍 (TSV) 및 마이크로-럼프 : 실리콘 구멍을 통과하는 실리콘 기판을 통한 수직 상호 연결 이어 칩을 3 차원으로 쌓을 수있게한다. 마이크로 컨버드 포인트와 결합하여 고밀도 통합에 적합한 쌓인 구성에서 전자 칩과 광자 칩 사이의 전기적 연결을 달성하는 데 도움이됩니다. 광학 중개 층 : 광학 중개 층은 칩 사이의 광학 신호를 라우팅하기위한 중개자 역할을하는 광학 도파관을 포함하는 별도의 기판이다. 정확한 정렬과 추가 수동성을 허용합니다광학 구성 요소연결 유연성 향상을 위해 통합 될 수 있습니다. 하이브리드 본딩 :이 고급 결합 기술은 직접 결합 및 마이크로 버프 기술을 결합하여 칩과 고품질 광학 인터페이스 간의 고밀도 전기 연결을 달성합니다. 특히 고성능 광전자 공동 통합에 대해 유망합니다. 솔더 범프 본딩 : 플립 칩 본딩과 유사하게 솔더 범프는 전기 연결을 생성하는 데 사용됩니다. 그러나 광전자 통합의 맥락에서 열 응력 및 광학 정렬 유지로 인한 광학 성분의 손상을 피하기 위해 특별한주의를 기울여야합니다.

그림 1 : 전자/전자/칩-칩-칩 접착 체계

이러한 접근법의 이점은 중요합니다. CMOS 세계가 무어의 법칙의 개선을 계속 따르고 있기 때문에 각 세대의 CMOS 또는 BI-CMO를 저렴한 실리콘 광 칩에 신속하게 조정하여 광자 및 전자 제품의 최상의 프로세스의 이점을 거두게됩니다. Photonics는 일반적으로 매우 작은 구조물의 제조가 필요하지 않기 때문에 (약 100 나노 미터의 주요 크기는 전형적 임) 장치는 트랜지스터에 비해 크기가 크며, 경제적 고려 사항은 최종 제품에 필요한 모든 고급 전자 제품과 분리 된 별도의 공정으로 광자 장치를 제조하도록 강요하는 경향이 있습니다.
장점 :
1, 유연성 : 전자 및 광자 성분의 최상의 성능을 달성하기 위해 독립적으로 다양한 재료와 프로세스를 사용 할 수 있습니다.
2, 공정 성숙도 : 각 구성 요소에 성숙한 제조 공정을 사용하면 생산을 단순화하고 비용을 줄일 수 있습니다.
3, 더 쉽게 업그레이드 및 유지 보수 : 구성 요소의 분리를 통해 전체 시스템에 영향을 미치지 않고 개별 구성 요소를 더 쉽게 교체하거나 업그레이드 할 수 있습니다.
도전:
1, 상호 연결 손실 : 오프 칩 연결은 추가 신호 손실을 도입하고 복잡한 정렬 절차가 필요할 수 있습니다.
2, 복잡성 및 크기 증가 : 개별 구성 요소에는 추가 포장 및 상호 연결이 필요하므로 크기가 커지고 잠재적으로 더 높은 비용이 발생합니다.
3, 더 높은 전력 소비 : 더 긴 신호 경로와 추가 포장은 모 놀리 식 통합에 비해 전력 요구 사항을 증가시킬 수 있습니다.
결론:
모 놀리 식 및 멀티 칩 통합 중에서 선택하는 것은 성능 목표, 크기 제약 조건, 비용 고려 사항 및 기술 성숙도를 포함한 애플리케이션 별 요구 사항에 따라 다릅니다. 제조 복잡성에도 불구하고, 모 놀리 식 통합은 극심한 소형화, 저전력 소비 및 고속 데이터 전송이 필요한 응용 분야에 유리합니다. 대신, 멀티 치프 통합은 더 큰 설계 유연성을 제공하고 기존 제조 기능을 활용하여 이러한 요소가 더 엄격한 통합의 이점을 능가하는 응용 프로그램에 적합합니다. 연구가 진행됨에 따라 두 전략의 요소를 결합한 하이브리드 접근법도 시스템 성능을 최적화하는 동시에 각 접근 방식과 관련된 문제를 완화합니다.