今年6月，歐盟啟動了一項耗資4,800萬歐元、為期3.5年的硅光子技術(shù)商業(yè)化項目。由硅芯片代工廠X-FAB牽頭，諾基亞、英偉達、Ligentec、imec和CEA-Leti等知名企業(yè)參與的photonixFAB項目將致力于推動光子產(chǎn)品創(chuàng)新，同時為大批量生產(chǎn)鋪平道路。XyYesmc

X-FAB負責光電子和業(yè)務(wù)開發(fā)的產(chǎn)品營銷經(jīng)理Joni Mellin認為，該項目的時機恰到好處。他表示，十多年來，X-FAB一直在德國、法國和馬來西亞的多個生產(chǎn)基地為光電子器件加工晶圓，客戶對此類服務(wù)的需求正在快速增長。XyYesmc

“何時開始推動光子集成電路產(chǎn)業(yè)化是一個棘手的問題，尤其是在該市場尚未完全到位的情況下，”他補充表示，“但我們看到越來越多的大公司投資集成光子學(xué)項目，此前一直在開發(fā)產(chǎn)品的中小企業(yè)，現(xiàn)在也正試圖將這些產(chǎn)品推向市場。”XyYesmc

Mellin指出，眾多終端客戶希望開發(fā)與硅光子相關(guān)的商用產(chǎn)品，并正在為此尋找大批量生產(chǎn)的合作伙伴。“集成光子學(xué)的發(fā)展已經(jīng)達到了一定的成熟度，其大批量生產(chǎn)開始變得有意義。因此，我們正在與photonixFAB的合作伙伴合作，試圖建立一個具有工業(yè)價值的供應(yīng)鏈。”XyYesmc

解決光子集成電路的整合問題

光子集成電路(PIC)的概念與電子集成電路的概念類似，只不過電子集成電路集成的是電子器件(晶體管、電容器、電阻器等)，而PIC集成的是各種不同的光學(xué)器件或光電器件，比如激光器、電光調(diào)制器、光電探測器等，但將這些不同元素混合到單顆芯片上并不容易。在過去的十年中，人們開發(fā)了異質(zhì)集成方法來簡化制造過程，但隨著PIC越來越復(fù)雜，此類工藝變得極為繁瑣，而且成本效益不高。XyYesmc

鑒于這些市場的發(fā)展情況，為PIC器件的大批量生產(chǎn)做好準備，photonixFAB正在X-FAB建設(shè)異構(gòu)集成生產(chǎn)線，用于生產(chǎn)由比利時imec公司和Ligentec公司(瑞士Ecublens)開發(fā)的絕緣體上硅(SOI)和氮化硅(SiN)光子技術(shù)。屆時，氮化硅平臺將通過Ligentec實現(xiàn)商業(yè)化。XyYesmc

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圖1：photonixFAB的目標之一是助力歐洲硅光電子價值鏈產(chǎn)業(yè)化。(資料來源：photonixFAB)XyYesmc

作為photonixFAB項目活動的一部分，基于磷化銦(InP)、鈮酸鋰(LNO)和鍺的組件也將集成到基于SOI和SiN的光子集成電路中。預(yù)計到該項目結(jié)束時，每個平臺都將準備好在不同的技術(shù)就緒度(技術(shù)準備水平)上進行小批量生產(chǎn)和原型設(shè)計，并為大批量制造提供明確的途徑。XyYesmc

Mellin說：“大批量量產(chǎn)PIC非常困難，許多公司在量產(chǎn)上遇到了問題。我們需要找到一種更經(jīng)濟、更快速的方法來生產(chǎn)產(chǎn)品。”這就是photonixFAB工藝的有趣之處。XyYesmc

迄今為止，異質(zhì)集成主要是通過晶粒-晶圓鍵合(die-to-wafer bonding)，以及有源和無源元件的主動對準來實現(xiàn)的。新項目(photonixFAB)將采取不同的策略——重點關(guān)注微轉(zhuǎn)移印刷(MTP)——該技術(shù)已獲得X-FAB長期合作伙伴X-Celeprint(來自愛爾蘭科克)的授權(quán)。據(jù)Mellin表示，這種大規(guī)模并行拾取-貼裝工藝可以堆疊基于不同工藝節(jié)點和技術(shù)的芯片，從而更迅速且經(jīng)濟地交付PIC器件。XyYesmc

他還指出：“X-Celeprint一直是該項技術(shù)的先驅(qū)者，我們與他們合作建立了一條電子小芯片(Chiplet)試點生產(chǎn)線。我們對晶粒-晶圓的直接鍵合持開放態(tài)度，但現(xiàn)在我們更傾向于微轉(zhuǎn)移印刷技術(shù)。”XyYesmc

X-FAB還將與photonixFAB的合作伙伴Smart Photonics(來自荷蘭埃因霍溫)進行合作，兩者將共同簡化InP組件與平臺的集成。SMART Photonics在今年7月獲得了來自ASML、恩智浦及其他行業(yè)和金融投資者的1億歐元融資，該筆資金將被用于加強InP晶圓和小芯片的生產(chǎn)。XyYesmc

“這些融資將幫助Smart Photonics公司擴大生產(chǎn)規(guī)模，”Mellin對此展望道，“我們打算將自己的技術(shù)與Smart Photonics的InP代工技術(shù)相融合，并在此基礎(chǔ)上為客戶提供微轉(zhuǎn)移印刷技術(shù)，助力客戶的芯片設(shè)計轉(zhuǎn)化為實體的芯片產(chǎn)品。”XyYesmc

在PIC商業(yè)化的過程中，總部位于比利時的光子集成電路設(shè)計軟件開發(fā)商Luceda Photonics將為SOI和SiN技術(shù)建立成熟的工藝設(shè)計工具包，同時該公司也將與Smart Photonics進行合作，共同實現(xiàn)InP芯片和LNO材料的異質(zhì)集成設(shè)計。XyYesmc

此外，Luceda Photonics還將開發(fā)PIC組裝設(shè)計工具包來降低其封裝成本，來自荷蘭恩斯赫德的Phix Photonics AssemblyPhix則開發(fā)PIC的封裝工藝。除以上企業(yè)之外，全球主流應(yīng)用開發(fā)商諾基亞、Nvidia、Aryballe、Brolis Sensor Technology和PhotonFirst都參與了測試——在數(shù)據(jù)通信、光開關(guān)和消費級醫(yī)療保健用紅外光譜儀等用例中使用PIC。XyYesmc

離商業(yè)化只差一步？

根據(jù)photonixFAB的計劃，現(xiàn)在可以明確的是：光子集成電路供應(yīng)鏈的各個環(huán)節(jié)都在認真落實到位，有些人可能會說“是時候推進PIC商業(yè)化了”。眾所周知，美國和亞洲在商用PIC工藝方面都比歐洲領(lǐng)先。正如Mellin所言，歐洲在基礎(chǔ)研究方面的投資非常出色，但并沒有成功將成果商業(yè)化。XyYesmc

X-FAB產(chǎn)品營銷經(jīng)理強調(diào)說，歐洲企業(yè)在半導(dǎo)體開發(fā)方面處于領(lǐng)先水平，但在半導(dǎo)體制造業(yè)方面的地位正日漸衰落。“這或許是促使歐盟決策者和成員國力推PIC產(chǎn)業(yè)價值鏈的原因，也是photonixFAB項目的重要意義所在。”XyYesmc

Mellin堅信，在該項目結(jié)束后之后，這些企業(yè)之間的合作關(guān)系將持續(xù)存在，直至PIC市場迎來蓬勃發(fā)展的時刻。“為了在研發(fā)和基礎(chǔ)技術(shù)方面的所有投資中獲益，我們必須繼續(xù)在歐洲建立新的制造基地。很多人的職業(yè)生涯都貢獻給了光子學(xué)，我真心希望我們能夠滿足他們的商業(yè)期望，并把這種期望持續(xù)發(fā)揚光大。”他最后感嘆道。XyYesmc

原文翻譯自國際電子商情姊妹平臺EETimes Europe，原文標題：A Silicon Photonics Supply Chain for EuropeXyYesmc