20亿! 国内首条硅光芯片及封测生产线港城开工
2021-12-30

12月28日,苏州熹联光芯微电子科技有限公司开工仪式在张家港经开区(杨舍镇)举行。


据苏州日报报道,熹联光芯项目历时14个月,成功并购行业领先的硅光新锐德国Sicoya公司,并在张家港经开区(杨舍镇)设立国内第一家拥有完全知识产权的中国硅光集成电路领军企业,建设国内第一条硅光芯片及封测生产线。项目总投资20亿元,计划2022年二季度建成投产。


Sicoya成立于2015年1月,是德国一家硅光技术企业。主要业务为研发、制造和销售硅光芯片、光电芯片、光电器件及光模块。Sicoya研发的电信和数据通信用硅光芯片,是将光芯片和电芯片高度集成于一颗芯片中,显著提升传输速率,大幅降低成本、功率和尺寸等。


目前,熹联光芯100G光模块已实现规模化量产,400G光学引擎及光模块已进入送样认证阶段。该公司将不断加码研发投入,成立硅光技术全球研发中心及产品制造基地。


硅光芯片是什么?

在半导体领域,微电子器件的进一步小型化,使得集成电路的互联延迟及能耗问题成了高速集成电路一个不可逾越的障碍。此时,科学家便想到了另辟蹊径。


与电子相比,光子作为信息载体有其独特优势:光子没有静止质量,光子之间的干扰相对更弱,光的不同波长可用于多路同时通信,使其带宽更大、速率更高。


早在1985年,被誉为“硅基光电子之父”的理查德·索里夫,首次提出并验证了单晶硅作为通信波长的导波材料。这意味着在硅基平台上成功“捕获”了光子,实现了光子器件集成于硅片之上。


随着硅光相干收发器、硅光收发模块、微波光子链路等光子器件在新世纪相继问世,硅基光电子技术进入系统应用阶段。不久的将来,大规模光电集成片上可重构系统也将变成现实,硅基光电子技术将进入自动化、集成化的新阶段,硅光芯片从此迎来曙光。


这种采用微电子和光电子取长补短相融合的硅基光电子技术,能在原来的硅芯片上,让微电子与光电子同时工作,彼此优势互补,使其性能得到大幅提升。


面对目前芯片发展的“窘境”,硅基光电子技术无疑是未来信息技术发展的一大趋势。作为“后摩尔定律”时代的一项颠覆性技术,它既具有微电子尺寸小、耗电少、成本低、集成度高等特点,也有光电子多通道、大带宽、高速率、高密度等优点,已显示出卓越性能。


硅光芯片及光模块属于光通信/光器件大产业。从光器件产业链看,主要环节为“光芯片、光器件、光模块、光设备”,最终应用于电信市场、数据中心市场及消费电子市场。其中,光芯片处于产业链的核心位置高技术壁垒,占据了产业链的价值制高点。而硅光芯片为光芯片新技术发展方向。


整体光通信产业链如下:

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而针对中国(硅)光芯片产业链,光芯片属于技术密集型行业,具有极高的技术壁垒和复杂的工艺流程。因此,光芯片在光器件/光模块中成本占比较大。

从生产流程看,光芯片产业链环节众多,工艺流程较为复杂,主要包括芯片设计、基板制造、磊晶成长、晶粒制造四个环节:

①芯片设计:用芯片设计软件根据特定的芯片功能要求制作光电线路图;

②基板制造:GaAs/InP 材料经提纯、 拉晶、 切割、 抛光、 研磨制成单晶体衬底即基板;

③磊晶成长:根据设计图,用基板和有机金属气体在 MOCVD/MBE 设备里长晶,制成外延片( Wafer );

④晶粒制造:对外延片进行光刻等系列处理,制成电路功能完整的可封装晶粒。

硅光技术主要是基于CMOS工艺,在同一硅基衬底上利用蚀刻的方法,同时制作光子器件和电子器件,实现光信号处理和电信号处理的深度融合,形成一个具有综合功能的完整大规模集成芯片。

传统光模块采用分立式结构,光器件部件多,封装工序复杂且需要较多人工成本。相对传统的分立式器件,硅光模块将多路激光器,调制器和多路探测器等光/电芯片都集成在硅光芯片上,体积大幅减小,有效降低材料成本、芯片成本、封装成本,同时也能有效控制功耗。硅光芯片内的功能部件主要通过光子介质传输信息,连接速度更快,因此更适合数据中心和中长距离相干通信等应用场景。

在400G光模块领域,由于单通道光芯片速率瓶颈问题,多通道的PAM4电调制方案不可或缺。而电调制带来的损耗较大,要求传统方案光模块内部激光器、调制器、DRIVER、MUX等器件更加紧凑,激光器芯片处于裸露状态,受环境损耗的可能性大幅度提升。另外通道数的增加导致器件数量增加,器件集成复杂度和工作温度提升带来的温漂问题都具备较大挑战性。硅光方案通过高度集成能很好解决以上问题。