用2.5D TSV实现多处理器SiP功能

本项目由Open-Silicon,GLOBALFOUNDRI ES和Amkor三家公司合作完成。两颗28nm的ARM处理器芯片,通过2.5D硅转接板实现集成。芯片的高性能集成通常由晶体管制程提高来实现,应用2.5D技术的Si P正成为传统芯片系统集成的有效替代。Open-Silicon负责芯片和硅转接板的设计,重点在于性能优化和成本降低。GLOBALFOUNDRI ES采用28nm超低能耗芯片工艺制造处理器芯片,而用65nm技术制造2.5D硅转接板。包括功耗优化和功能界面有效管理等概念得到验证。硅基板的高密度布线提供大量平行I/O,以实现高性能存储,并保持较低功耗。所开发的EDA设计参考流程可以用于优化2.5D设计。本文展示了如何将大颗芯片重新设计成较小的几颗芯片,通过2.5D硅转接板实现Si P系统集成,以降低成本,提高良率,增加设计灵活性和重复使用性,并减少开发风险。     

3D集成晶圆键合装备现状及研究进展

硅基异构集成和三维集成可满足电子系统小型化高密度集成、多功能高性能集成、小体积低成本集成的需求,有望成为下一代集成电路的使能技术,是集成电路领域当前和今后新的研究热点.硅基三维集成微系统可集成化合物半导体、CMOS、MEMS等芯片,充分发挥不同材料、器件和结构的优势,可实现传统组件电路的芯片化、不同节点逻辑集成电路芯片...     

基于TSV技术的硅光转接板器件的研究

基于硅通孔(Through silicon via,TSV)技术的硅光转接板是实现2.5D/3D光电混合集成方案之一,TSV和再分布层(Redistribution layer,RDL)是集成系统中信号传输的关键组件。对基于硅光转接板的光电混合集成技术进行了介绍,研究了接地TSV排布对基于SOI衬底的TSV_RDL链路传输性能的影响,并展示了带有TSV_RDL链路结构的光电探测器的高频特性。该探测器3 dB带宽可以达到31 GHz,为基于硅光转接板的2.5D/3D光电混合集成的实现奠定了基础。     

硅基异质集成化合物半导体技术新进展

随着摩尔定律即将走向尽头,以及军民电子信息系统对多功能集成、高密度集成、小体积重量、低功耗、大带宽、低延迟等性能的持续追求,将多种化合物半导体材料体系(如GaN、InP、SiC等)的功能器件、芯片,与CMOS集成电路的芯片进行异质集成的技术正在拉开序幕,将在微电子、光电子等领域带来一场新的革命,硅基异质集成也被认为是发展下一代集成微系统的技术平台。本文梳理了射频微电子学与硅光子学领域中以化合物半导体为主的材料(或芯片)与硅半导体材料(或芯片)异质集成的最新进展,以期国内相关领域研究人员对国外的进展有一个比较全面的了解。     

硅基异质集成技术发展趋势与进展

目前主流的异质集成技术有单片异质外延生长、外延层转移和小芯片微米级组装。硅基异质集成主要是指以硅材料为衬底集成异质材料(器件)所形成的集成电路技术。它首先在军用微电子研究中得到重视,并逐渐在民用领域扩展。硅基异质集成技术正处于芯片级集成向晶体管级集成的发展初期,已有关于晶体管级和亚晶体管级集成的报道。本文重点研究了单片三维集成电路(3D SoC)、太赫兹SiGe HBT器件、超高速光互连封装级系统(SiP)、单片集成电磁微系统等硅基异质集成技术前沿,展现了硅基异质集成技术的发展趋势,及其在军用和民用通信、智能传感技术发展中所具有的重要意义。     

芯片三维互连技术及异质集成研究进展

集成电路的纳米制程工艺逐渐逼近物理极限,通过异质集成来延续和拓展摩尔定律的重要性日趋凸显。异质集成以需求为导向,将分立的处理器、存储器和传感器等不同尺寸、功能和类型的芯片,在三维方向上实现灵活的模块化整合与系统集成。异质集成芯片在垂直方向上的信号互连依赖硅通孔（TSV）或玻璃通孔（TGV）等技术实现,而在水平方向上可通过再布线层（RDL）技术实现高密度互连。异质集成技术开发与整合的关键在于融合实现多尺度、多维度的芯片互连,通过三维互连技术配合,将不同功能的芯粒异质集成到一个封装体中,从而提高带宽和电源效率并减小延迟,为高性能计算、人工智能和智慧终端等提供小尺寸、高性能的芯片。通过综述TSV、TGV、RDL技术及相应的2.5D、3D异质集成方案,阐述了当前研究现状,并探讨存在的技术难点及未来发展趋势。     

硅基光开关及阵列研究进展北大核心

随着网络传输数据的爆炸式增长,传统集成电路芯片面临着难以进一步提升交换速率及继续扩大容量等挑战。相较于传统电子芯片,硅基光子器件具有交换速度快、功耗低、带宽大和与CMOS工艺兼容性好等优点,可满足下一代全光交换网络、数据中心和高性能计算光互连的迫切需求,被视为在后摩尔时代突破芯片容量最具前途的解决方案,受到日益广泛关注。文章介绍了硅基光子芯片中光开关单元及阵列的技术原理和发展现状,重点论述了MZI型、MRR型开关单元,以及常见阵列拓扑结构,介绍了近年来大规模光开关阵列的国内外研究进展,讨论了未来硅基光开关及阵列研究中面临的主要问题和解决方法。     

智能硅基多维复用与处理芯片

全面综述了硅基光子单一维度和多个维度的复用与处理,梳理了智能硅基光子集成器件的发展过程。智能硅基多维复用与处理芯片能充分开发和利用光子多维度资源,并能结合硅基光子集成芯片的优势,有望为解决光通信新容量危机和新能耗危机提供核心光电子支撑技术和芯片,从而为实现光通信可持续发展和其他相关应用提供潜在芯片级集成化解决方案。     

硅基发光材料和器件研究的进展

发光器件和集成电路都是信息技术的基础。如果能将它们集成在一个芯片上,信息传输速度,储存和处理能力将得到大大提高,它将使信息技术发展到一个全新的阶段,但是,现在的集成电路是采用硅材料,而发光器件则用ｉｌｌ－Ｖ族化合物半导体。Ｉｌｌ－Ｖ族化合物半导体集成电路,虽然经过多年的研制,但至今还不成熟。因此,研究硅基发光材料和器件成为发展光电子集成的关键。本文评述了目前取得较大进展的几种主要硅基发光材料和器件的研究,包括掺铒硅、多孔硅、纳米硅以及 Ｓｉ／ＳｉＯ_２等超晶格结构材料,并展望了这些不同硅基发光材料和发光器件在光电集成中的发展前景。     

Ⅲ - Ⅴ/Si混合集成激光器研究进展

硅基光互连技术是解决目前电互连制约瓶颈的有效手段,而实用化集成光源的制备对硅基芯片功耗的降低和尺寸的减小有着十分重要的意义。硅基集成激光器在过去的十多年间取得了一系列重要突破,其中III-V/Si混合集成激光器是近期最可能获得实际应用的方案之一。文章简要分析了硅基集成激光器的研究现状,重点介绍了III-V/Si混合集成激光器的研究进展,包括III-V/Si键合激光器和III-V/Si倒装焊激光器的发展和各自存在的问题,并预测了硅基集成激光器的发展方向。     

硅基异构三维集成技术研究进展

为满足电子系统小型化高密度集成、多功能高性能集成、小体积低成本集成的需求,硅基异构集成和三维集成成为下一代集成电路的使能技术,成为当前和今后的研究热点.硅基三维集成微系统可集成化合物半导体、CMOS、MEMS等芯片,充分发挥材料、器件和结构的优势,使传统的高性能射频组件电路进入到射频前端芯片化,可集成不同节点的CPU、...     

2.5Gb/s混合集成光发射机

介绍了适用于光纤通信系统且具有完全自主知识产权的混合集成光发射机的研制.该发射机采用薄膜电路和激光焊接耦合技术将高速集成电路和光电子器件进行混合集成,其中高速集成电路是采用0.35μm硅CMOS工艺实现的单片4∶1复接器加激光驱动器芯片,光电子器件是采用湿法腐蚀、聚合物平坦和lift-off等技术实现的激光器芯片,最终混合集成模块采用蝶形管壳进行封装,体积小、性能优良.该发射机工作速率为2.5Gb/s,波长为1550nm,输出光功率为5.5dBm,消光比为9.4dB.     

用于人工智能的硅基光电子芯片

提出了利用硅基光电子芯片进行人工神经网络计算处理的方法。硅基光电子芯片凭借光子的独特性质,能够在人工神经网络的计算处理中发挥高带宽、低时延等优势。在处理深度学习中大量的矩阵计算的乘加任务时,硅基光电子芯片拥有更高的处理速度和更低的能耗,从而有利于深度学习中的人工神经网络计算速度和性能的提升。     

新型硅基3D异构集成毫米波AiP相控阵列

基于硅基3D异构集成工艺,提出了一种低剖面、轻质化2×2硅基毫米波AiP阵列,内部集成了微带贴片天线阵列、单通道Ga As收发放大芯片、四通道SiGe幅相多功能芯片和电源调制电路等。采用硅片与低介电常数材料相结合的方式,降低天线衬底的复合介电常数,提升辐射效率和增益。通过高深宽比TSV和高密度微凸点,实现微波信号、数字信号和电源的垂直传输,对外采用标准的BGA端口。测试结果表明:在34～36 GHz内,2×2硅基AiP的等效全向辐射功率大于31.5 dBm,接收增益大于22 dB,射频输入口回波损耗小于-13 dB,具有5位移相、5位衰减功能,外形尺寸为12.0 mm×14.0 mm×2.6 mm,重量仅为0.75 g,可实现±30°的波束扫描。     

2.5Gb/s混合集成光发射机

介绍了适用于光纤通信系统且具有完全自主知识产权的混合集成光发射机的研制.该发射机采用薄膜电路和激光焊接耦合技术将高速集成电路和光电子器件进行混合集成,其中高速集成电路是采用0.35μm硅CMOS工艺实现的单片4∶1复接器加激光驱动器芯片,光电子器件是采用湿法腐蚀、聚合物平坦和lift-off等技术实现的激光器芯片,最终混合集成模块采用蝶形管壳进行封装,体积小、性能优良.该发射机工作速率为2.5Gb/s,波长为1550nm,输出光功率为5.5dBm,消光比为9.4dB.     

Si基光子学专栏序言

正在计算技术和光网络等信息技术高速发展的信息化、智能化时代,为应对数据中心和超级计算机对数据带宽的需求和能耗的限制,发展低能耗的新型微纳光电子集成器件,特别是与微电子工艺兼容的Si基微纳光电子集成器件,由此带动光互连技术应用于短距离的数据高速率、低能耗传     

硅基光电子光子集成芯片的现有水平及研发动向

1　前言硅基微电子技术是 2 0世纪最具有伟大成就的高技术之一 ,他的发展与成熟改变了人类的生活方式 ,极大地加快了社会发展的进程。光子技术的兴起又将信息的传输与处理过程提高到了一个新的高度。当前 ,全球信息化趋势的强烈市场要求 ,在推动微电子技术继续向前的同时 ,正促使光电子 ,光子集成技术迅猛发展 ,其中硅基光集成技术以其独特的优势 ,在信息化进展中所占据的地位无论怎样设想也不为过。光电子主要可以分为四大类(1)平面光波导光子集成芯片 (ＰＬＣ)(2 )光电子集成芯片 (ＯＥＩＣ)(3)光源及光探测器件 (ＬＤ ,ＬＥＤ及ＰＤ ,Ａ…     

硅基光电子在通信中的应用和挑战

硅基光电子技术拥有光的宽带、高速和抗干扰特性以及微电子技术在大规模集成、低能耗、低成本等方面的优势。最近十年,硅基光电子技术开始进入通信产业领域,在800 Gbit/s以上的高速短距应用场景中发挥优势,对传统磷化铟（InP）的通信光模块形成挑战。浅谈硅基光电子技术在通信中的应用和发展,同时简要介绍硅基光电子技术在应用中的一些挑战。解决器件性能、封装技术、自动化软件等方面的不足,才能实现硅基光电子技术长足发展。     

一种采用硅基板的芯片大小组件封装

新加坡某公司最近宣布可提供一种芯片大小封装组件，这种封装组件采用硅基板，在系统级封装内集成了无源元件和硅集成电路。使用硅基板，一是可以采用薄膜工艺来集成无源元件及增加互连密度，二是可以避免基板与集成电路芯片之间的热胀系数失配。     

硅基键合激光器的研究进展

硅基的光电子集成以及光集成将满足未来信息传输处理的要求。目前制作硅基激光器的方法主要分为两类,异质结外延生长和异质材料键合。键事方法克服了异质结外 可避免的晶格失配和材料热膨胀系数非共容性的缺点,它可以将具有直接带隙结构的半导体材料键合到硅片上,从而制作出硅基键合激光器件。特别是年来来发展起来的低落曙直接合技术,使发光器件与微电子器件的硅基混合光电集成成为可能。