Avèk gwo -deplwaman gwo modèl AI ak avansman kontinyèl nan-enfòmatik pèfòmans segondè, entèrkonèksyon an kwiv tradisyonèl yo ap fè fas ak gwo "kouboutayaj kominikasyon" ak "mi pouvwa." Sans nan ko-optik pake (CPO) se pote switch ASIC la, chips fotonik Silisyòm, lazè, ak etalaj fib tounen sou yon sèl substra anbalaj. Distans transmisyon siyal elektrik yo redwi drastikman soti nan "echèl santimèt" pou rive nan "echèl milimèt," siyifikativman diminye longè entèkoneksyon elektrik la ak koupe konsomasyon pouvwa a 30%-50%, sa ki fè li yon chemen kritik pou kraze nan bouch sa yo.
Klèman, lè motè optik yo pa "konekte" ankò nan panèl devan switch la, men olye de "cohabitate" ak chips kalkile, sistèm nan vin pi konplèks, ak seleksyon materyèl vin faktè desizif nan si CPO ka rive nan pwodiksyon an mas. Nan wonn sa a nan reconfiguration materyèl, nitrure Silisyòm (Si₃N₄) vle di kòm yon jwè espesyal -li jwe de wòl klèman diferan men kritik nan CPO: youn, kòm yon substrate seramik nitrure Silisyòm, k ap sèvi kòm konpayi asirans fizik ak chalè -baz dissipation pou aparèy CPO; lòt la, kòm yon gid ond optik nitrure Silisyòm, k ap sèvi kòm kanal transmisyon siyal optik andedan chip fotonik la.
Silisyòm Nitrure Seramik Substrate: Konpayi asirans lan pi pito pou anbalaj CPO
Kòm mansyone pi wo a, nan gwo -emballage entegre nan CPO, motè optik ak chip switch yo byen entegre nan yon espas ki piti anpil. Entegrasyon sistèm pi wo, chemen entèkoneksyon optoelektwonik yo pi kout, epi konsomasyon pouvwa a pi ba -tout bon. Sepandan, ak anpil -aparèy ki gen anpil pouvwa chaje ansanm ak fonksyone ansanm, yon gwo kantite chalè akimile. Done literati yo montre ke pou aparèy elektwonik, chak ogmantasyon 10 degre nan tanperati tipikman diminye lavi aparèy efikas pa 30%-50%. Si chalè sa a pa ka gaye nan tan, li pral lakòz tanperati junction monte rapidman, ki mennen nan degradasyon pèfòmans oswa menm echèk.
Substra anbalaj la se eleman prensipal -dissipation chalè a. Pami materyèl tradisyonèl yo, substra òganik (tankou FR-4) gen konduktiviti tèmik ki ba ak pòv CTE matche, li pa satisfè kondisyon dissipation gwo pouvwa CPO a. Substra seramik, espesyalman substrats seramik nitrur Silisyòm, te vin materyèl substrate kle pou anbalaj CPO akòz gwo fòs yo, segondè konduktiviti tèmik, ak matche CTE.
Silisyòm nitrure genyen lè yo "byen -awondi."
Premyèman, konduktiviti tèmik li yo se konsiderableman bon. Nan premye etap yo nan rechèch, tanperati chanm -kondiktivite tèmik nan Si₃N₄ te 20-70 W/(m·K), byen lwen pi ba pase sa yo ki nan AlN ak SiC, kidonk pèfòmans tèmik li yo pa te atire anpil atansyon. An 1995, pèsepsyon sa a te chanje. Syantis Haggerty, atravè teyori transpò eta solid-klasik, kalkile ke konduktiviti tèmik ki ba nan Si₃N₄ se sitou akòz domaj lasi ak enpurte, epi li prevwa ke maksimòm teyorik li yo ka rive nan 320 W/(m·K). Mèsi a efò konjwen nan rechèch ak endistri, konduktiviti tèmik nan seramik nitrure Silisyòm gen kounye a depase 177 W / (m·K). Konpare ak substrats résine tradisyonèl yo, ki gen konduktiviti tèmik pi ba pase 1 W/(m·K), sa a se yon jwèt -changer.
Dezyèmman, nitrure Silisyòm gen yon koyefisyan ki ba nan ekspansyon tèmik (CTE) nan sèlman apeprè 3.2 × 10⁻⁶ / degre, apeprè yon -tyè sa yo ki nan Al₂O₃. Pakè CPO yo genyen plizyè materyèl-chip silikon, III-chip semi-conducteurs konpoze V (tankou lazè InP)-yo chak ak diferan CTE. Lè chalè lokal monte, CTE matche dirèkteman detèmine lavi jwenti soude anba monte bisiklèt tèmik. Silisyòm nitrure CTE a trè pre materyèl Silisyòm-, kidonk lè l sèvi avèk li kòm substra a ka anpil soulaje dezakò souch ki genyen ant diferan materyèl pandan sik tèmik.
Twazyèmman, pwopriyete mekanik nitrure Silisyòm yo eksepsyonèl. Modil elastik li se 320 GPa, ak fòs flexural li se 920 MPa. Pèfòmans siperyè mekanik konsa vle di substrate a ka fè plus -Silisyòm nitrure ka redwi pou 0.32 milimèt ou menm 0.25 milimèt, tandiske nitrure aliminyòm, akòz brittleness, dwe kenbe nan 0.62 milimèt. Substra ki pi mens la fèmen diferans konduktiviti tèmik la: byenke AlN gen pi wo konduktiviti tèmik pase Si₃N₄, rezistans jeneral tèmik ultra-nitrur Silisyòm mens se esansyèlman nan egalite ak sa ki pi epè AlN. Anplis, nitrure Silisyòm gen pi gwo severite jeneral, diminye chipping kwen ak rupture pandan pwodiksyon pakèt endistriyèl, kidonk amelyore sede fabrikasyon.
An tèm de pri, nitrure Silisyòm se konsiderableman pi chè pase alumina men se sèlman apeprè 60% pri a nan nitrure aliminyòm. Konbine ak TFC (mens -fim seramik) modil entegre ki fòme pa yon sèl -ko-sintering, pri pwodiksyon jeneral yo ka redwi anpil.
Se poutèt sa, inisye endistri yo fè remake ke nan tout chèn endistri kominikasyon optik la ak nich anbalaj entegre CPO a, nitrure Silisyòm se materyèl substrate debaz ki pi byen aliman ak tandans teknoloji nan lavni, ak konvnab jeneral byen lwen depase sa yo ki nitrure aliminyòm.
Silisyòm Nitrure Optical Waveguide -"Optical Signal Superhighway" nan CPO
Kontrèman ak wòl makwoskopik li yo kòm yon substra anbalaj, lòt wòl debaz nitrur Silisyòm nan CPO se kòm yon materyèl ond optik andedan chip fotonik la, ki responsab pou transmisyon siyal optik, routage, divize, konbine, ak lòt fonksyon kle.
Aplikasyon sa a reprezante valè optik ki pi esansyèl nan nitrure Silisyòm nan CPO. Li se prensipalman itilize pou fabrike sou -chip optik gid ond, microring resonators, optik frekans peny, longèdonn-divizyon multiplexers, splitter gwo bout bwa polarizasyon, kouple griyaj, ak tout lòt aparèy optik pasif, fòme rezo optik konplè andedan motè optik CPO a pou distribisyon siyal, transmisyon, multiplex, filtraj / multiplex. Li souvan ibrid-entegre ak chips aktif InP epi li te vin tounen plan teknoloji estanda pou pwochen -jenerasyon modil optik 3.2T CPO NVIDIA yo.
Poukisa nitrure Silisyòm olye pou yo Silisyòm? Silisyòm nitrure gen yon endèks refraktif apeprè 1.98, ki bay konfizyon jaden optik ant sa yo ki nan Si waveguides (≈3.4) ak silica CLADDING (≈1.44), fè li youn nan materyèl ki pi pwomèt pou desine koupleur kwen ak kontras endèks segondè ak ti -seksyon kwa. Sa ki pi enpòtan, nan senaryo gwo -pouvwa CPO, gid ond Silisyòm soufri de absòpsyon de-foton epi yo ka boule, tandiske nitrure Silisyòm gen yon bandgap lajè epi li pa soufri nan pwoblèm sa a, sa ki fè li yon chwa ideyal pou transmèt gwo -siyal optik pouvwa.
Anplis de sa, konpatibilite pwosesis silisyòm nitrure optik waveguide ouvè opòtinite entegrasyon etewojèn. Pwosesis depozisyon fim mens nitrure Silisyòm (LPCVD/PECVD/magnetron sputtering) yo gen matirite ak CMOS-konpatib. Sèvi ak depo PECVD tanperati ki ba -nan tanperati pwosesis anba 400 degre, li pa domaje chips CMOS devan-fen oswa III-V chips aktif, sa ki pèmèt entegrasyon monolitik dirèkteman sou wafers, trè konpatib ak COUPE Silisyòm-fotonik CPO platfòm pwosesis TSMC la.
An rezime, gid ond optik nitrure Silisyòm nan CPO jwe yon wòl doub kòm "superhighway" transmisyon optik sou -chip la ak kòm "pon" pou fib -a-chip optik kouple, ki fè yo materyèl fonksyonèl debaz pou bati sikui entegre fotonik segondè-pèfòmans.
Estati aktyèl Teknoloji ak endistriyalizasyon
Silisyòm nitrure substrats:
CETC (China Electronics Technology Group Corporation) te deklare klèman ke substrats seramik CPO li yo nan faz final R&D Sprint epi yo espere rive nan pwodiksyon an mas nan twa zan. TFC TFC mens -pwodwi substrate seramik fim Fude Teknoloji a, ak sifas segondè yo ak CTE matche ak chips, yo pozisyone kòm "youn nan platfòm konpayi asirans ideyal pou anbalaj CPO." Sinocera Materyèl divilge nan dosye relasyon envestisè li yo ke sipòtè li yo, Sinocera Saichuang, gen rezèv teknik pou substrats seramik pou modil optik.
Gid ond optik nitrure Silisyòm:
Aletranje, Solindes Photonics te lanse yon sous limyè mikwo-peny nitrure Silisyòm ki adapte pou CPO, ak yon sèl aparèy ki kapab bay 28 chanèl longèdonn ak yon efikasite konvèsyon optik 60%. Nan ISSCC 2026, TSMC te revele platfòm CPO Silisyòm-fotonik li a, li te adopte gid ond nitrure Silisyòm kòm solisyon estanda pasif gid ond optik. Fondi fotonik domestik yo te deja konplete devlopman PDK pou fotonik nitrure Silisyòm pasif epi yo piti piti prezante echantiyon pou verifikasyon 800G ak 1.6T CPO.