Core Tech 02

2.5D/3D 异质异构先进封装工艺流程

在 1.6T 及以上速率下,埃睿光子转向基于 TSV、微凸点与无凸点混合键合的先进封装路线,极大缩短 PIC 与 EIC/DSP/ASIC 之间的电互连距离。

应用速率
1.6T / 3.2T
RDL 线宽/线距
< 2 μm / 2 μm
3D 寄生电容
< 1 fF

先进封装路线

在 1.6T 及以上速率,电信号在 PCB 或传统基板上的传输损耗呈指数级上升。埃睿光子放弃传统引线键合,全面转向基于 TSV(硅通孔)与微凸点/无凸点键合的先进封装技术,缩短光芯片(PIC)与电芯片(EIC/DSP/ASIC)的物理距离。

1. 2.5D 硅中介层工艺路线

2.5D 路线用于将电芯片(EIC)和光芯片(PIC)并排高密度组装,面向 1.6T/3.2T NPO/CPO 应用。

TSV 制造与金属化:在硅基底上通过深反应离子刻蚀(DRIE)制作高深宽比硅通孔。沉积绝缘层和阻挡层后,进行铜电镀填充与化学机械抛光(CMP)。

高密度 RDL:在中介层表面制作多层重布线层,线宽/线距达到 < 2 μm / 2 μm,用于承载 XSR/USR 超短距互连接口信号。

微凸点倒装:在芯片表面制作 Sn-Ag 或铜柱微凸点,间距缩短至 30 - 40 μm。通过高精度贴片机将 EIC 与 PIC 倒装键合在硅中介层上,寄生电容降至约 20 fF。

2.5D CPO 封装结构图
2.5D 先进封装图示

2.5D 先进封装配置

层/组件功能说明
电芯片层驱动与 TIA 电路,执行电信号处理。
光芯片层硅光子集成芯片,处理光电转换。
微凸点层C4 微凸点,连接芯片与中介层。
硅中介层硅基中介层,包含 TSV 与多层 RDL。
封装基板有机材料基板,用于扇出引脚。

2. 3D 垂直堆叠混合键合

为了满足光计算阵列对超大规模电控信号的极致需求,必须采用垂直堆叠的 EIC-on-PIC 架构,尤其适用于光学神经网络(ONN)。

无凸点直接键合:彻底取消传统凸点。电芯片表面与光芯片表面的铜电极及 SiO2 介质层经 CMP 极致平坦化后,在常温下分子级对准压合,再通过低温退火使铜晶粒融合。

性能飞跃:互连间距直接突破至 < 2 μm,寄生电容降低到飞法(< 1 fF)级别,使光电转换通信能耗下降 2 个数量级,从根本上解决 ONN 矩阵计算中电驱动阵列的功耗问题。

3D 混合键合封装结构图
3D 先进封装图示

3D 先进封装配置

层/组件功能说明
电芯片层直接堆叠在 PIC 上方的控制电路。
混合键合层铜-铜直接键合,无凸点技术。
光芯片层作为底层的 PIC,带有直通硅通孔(TSV)。
封装基板标准陶瓷或有机基板。