광전자 통합 방법

광전자공학통합 방법

통합포토닉스전자공학은 정보 처리 시스템의 기능을 향상시켜 더 빠른 데이터 전송 속도, 더 낮은 전력 소비, 더 컴팩트한 장치 설계를 가능하게 하고 시스템 설계를 위한 거대한 새로운 기회를 열어주는 핵심 단계입니다. 통합 방법은 일반적으로 모놀리식 통합과 다중 칩 통합의 두 가지 범주로 나뉩니다.

모놀리식 통합
모놀리식 통합에는 일반적으로 호환 가능한 재료와 프로세스를 사용하여 동일한 기판에 광자 및 전자 부품을 제조하는 작업이 포함됩니다. 이 접근 방식은 단일 칩 내에서 빛과 전기 사이의 원활한 인터페이스를 만드는 데 중점을 둡니다.
장점:
1. 상호 연결 손실 감소: 광자와 전자 부품을 가까이 배치하면 오프칩 연결과 관련된 신호 손실이 최소화됩니다.
2, 성능 향상: 통합이 강화되면 신호 경로가 짧아지고 대기 시간이 단축되어 데이터 전송 속도가 빨라질 수 있습니다.
3, 더 작은 크기: 모놀리식 통합을 통해 매우 컴팩트한 장치가 가능하며 이는 데이터 센터나 휴대용 장치와 같이 공간이 제한된 애플리케이션에 특히 유용합니다.
4, 전력 소비 감소: 별도의 패키지와 장거리 상호 연결이 필요하지 않으므로 전력 요구 사항을 크게 줄일 수 있습니다.
도전:
1) 재료 호환성: 고품질 전자와 광자 기능을 모두 지원하는 재료를 찾는 것은 종종 서로 다른 특성을 요구하기 때문에 어려울 수 있습니다.
2, 프로세스 호환성: 하나의 구성 요소의 성능을 저하시키지 않고 동일한 기판에 전자 장치 및 광자의 다양한 제조 프로세스를 통합하는 것은 복잡한 작업입니다.
4, 복잡한 제조: 전자 및 광자 구조에 요구되는 높은 정밀도는 제조 비용과 복잡성을 증가시킵니다.

다중 칩 통합
이 접근 방식을 사용하면 각 기능에 대한 재료 및 프로세스를 선택할 때 더 큰 유연성을 얻을 수 있습니다. 이러한 통합에서 전자 및 광자 구성 요소는 서로 다른 프로세스에서 나온 다음 함께 조립되어 공통 패키지 또는 기판에 배치됩니다(그림 1). 이제 광전자 칩 간의 결합 모드를 나열해 보겠습니다. 직접 결합: 이 기술은 두 평면 표면의 직접적인 물리적 접촉 및 결합을 포함하며 일반적으로 분자 결합력, 열 및 압력에 의해 촉진됩니다. 단순성과 연결 손실이 매우 낮다는 장점이 있지만 정밀하게 정렬되고 깨끗한 표면이 필요합니다. 섬유/격자 결합: 이 방식에서는 섬유 또는 섬유 어레이가 광자 칩의 가장자리 또는 표면에 정렬되고 결합되어 빛이 칩 안팎으로 결합될 수 있습니다. 격자는 수직 결합에도 사용될 수 있어 광칩과 외부 광섬유 사이의 빛 전송 효율을 향상시킵니다. 실리콘 관통 홀(TSV) 및 마이크로 범프: 실리콘 관통 홀은 실리콘 기판을 통한 수직 상호 연결로, 칩을 3차원으로 적층할 수 있습니다. 미세 볼록한 점과 결합되어 고밀도 통합에 적합한 적층 구성의 전자 칩과 광자 칩 사이의 전기적 연결을 달성하는 데 도움이 됩니다. 광학 중간층: 광학 중간층은 칩 사이의 광학 신호를 라우팅하기 위한 중간 역할을 하는 광학 도파관을 포함하는 별도의 기판입니다. 정확한 정렬과 추가적인 패시브가 가능합니다.광학 부품연결 유연성 향상을 위해 통합될 수 있습니다. 하이브리드 본딩: 이 고급 본딩 기술은 다이렉트 본딩과 마이크로 범프 기술을 결합하여 칩과 고품질 광학 인터페이스 간의 고밀도 전기 연결을 구현합니다. 특히 고성능 광전자 공동 통합에 유망합니다. 솔더 범프 본딩: 플립 칩 본딩과 유사하게 솔더 범프는 전기 연결을 만드는 데 사용됩니다. 그러나 광전자 통합의 맥락에서는 열 스트레스로 인한 광자 구성 요소의 손상을 방지하고 광학 정렬을 유지하는 데 특별한 주의를 기울여야 합니다.

그림 1: : 전자/광자 칩 간 결합 방식

이러한 접근 방식의 이점은 상당합니다. CMOS 세계가 계속해서 무어의 법칙의 개선을 따르면서 각 세대의 CMOS 또는 Bi-CMOS를 값싼 실리콘 포토닉 칩에 신속하게 적용하여 최고의 프로세스 이점을 얻을 수 있습니다. 포토닉스 및 전자. 포토닉스는 일반적으로 매우 작은 구조(일반적으로 약 100나노미터의 주요 크기)의 제조를 필요로 하지 않고 장치가 트랜지스터에 비해 크기 때문에 경제적 고려 사항으로 인해 포토닉 장치를 고급 공정과 분리된 별도의 공정으로 제조하는 경향이 있습니다. 최종 제품에 필요한 전자 장치.
장점:
1, 유연성: 전자 및 광자 부품의 최고의 성능을 달성하기 위해 다양한 재료와 프로세스를 독립적으로 사용할 수 있습니다.
2, 프로세스 성숙도: 각 구성 요소에 대해 성숙한 제조 프로세스를 사용하면 생산을 단순화하고 비용을 절감할 수 있습니다.
3, 보다 쉬운 업그레이드 및 유지 관리: 구성 요소를 분리하면 전체 시스템에 영향을 주지 않고 개별 구성 요소를 보다 쉽게 ​​교체하거나 업그레이드할 수 있습니다.
도전:
1, 상호 연결 손실: 오프칩 연결은 추가 신호 손실을 발생시키고 복잡한 정렬 절차가 필요할 수 있습니다.
2, 복잡성 및 크기 증가: 개별 구성 요소에는 추가 패키징 및 상호 연결이 필요하므로 크기가 커지고 잠재적으로 비용이 높아집니다.
3, 더 높은 전력 소비: 더 긴 신호 경로와 추가 패키징으로 인해 모놀리식 통합에 비해 전력 요구 사항이 증가할 수 있습니다.
결론:
모놀리식 통합과 다중 칩 통합 중에서 선택하는 것은 성능 목표, 크기 제약, 비용 고려 사항 및 기술 성숙도를 포함한 애플리케이션별 요구 사항에 따라 달라집니다. 제조 복잡성에도 불구하고 극도의 소형화, 낮은 전력 소비 및 고속 데이터 전송이 필요한 애플리케이션에는 모놀리식 통합이 유리합니다. 대신, 멀티 칩 통합은 더 큰 설계 유연성을 제공하고 기존 제조 기능을 활용하므로 이러한 요소가 더 긴밀한 통합의 이점보다 중요한 애플리케이션에 적합합니다. 연구가 진행됨에 따라 각 접근 방식과 관련된 문제를 완화하면서 시스템 성능을 최적화하기 위해 두 전략의 요소를 결합하는 하이브리드 접근 방식도 연구되고 있습니다.