Le húsáid mhórscála samhlacha móra AI agus le dul chun cinn leanúnach na ríomhaireachta ardfheidhmíochta, tá “scrogall cumarsáide” agus “ballaí cumhachta” ag dul i ngleic le hidirnaisc thraidisiúnta copair. Is é bunbhrí na snáthoptaice comh-phacáistithe (CPO) ná an lasc ASIC, sceallóga fótóinic sileacain, léasair, agus eagair shnáithíneacha a thabhairt ar ais ar fhoshraith pacáistithe aonair. Giorraítear achar tarchurtha na gcomharthaí leictreacha go suntasach ón "scála ceintiméadar" go dtí an "scála milliméadar", ag laghdú go suntasach fad idirnaisc leictreach agus ag laghdú tomhaltas cumhachta 30%-50%, rud a fhágann gur cosán ríthábhachtach é chun briseadh tríd na baic seo.
Is léir, nuair nach bhfuil na hinnill optúla "plugáilte" isteach sa phainéal tosaigh lasc ach ina ionad sin "comhchónaithe" le sliseanna ríomh, éiríonn an córas i bhfad níos casta, agus éiríonn roghnú ábhar an fachtóir cinntitheach maidir le cibé an féidir CPO a bhaint amach olltáirgeadh. Sa bhabhta seo d’athchumrú ábhair, seasann nítríde sileacain (Si₃N₄) amach mar imreoir speisialta-imríonn sé dhá ról atá éagsúil agus ríthábhachtach sa OCÉ: ceann amháin, mar fhoshraith ceirmeach nítríde sileacain, a fheidhmíonn mar an t-iompróir fisiceach agus-bunáit diomailt teasa le haghaidh feistí OCÉ; an ceann eile, mar threoir tonn optúil nítríde sileacain, ag feidhmiú mar an cainéal tarchurtha comhartha optúla taobh istigh den sliseanna fótónach.
Foshraith Ceirmeacha Silicon Nitride: An Iompróir Roghnaithe le haghaidh Pacáistiú CPO
Mar a luadh thuas, i bpacáistiú comhtháite ard-dlúis OCÉ, déantar innill optúla agus lasc-sliseanna a chomhtháthú go docht laistigh de spás fíorbheag. Tá comhtháthú an chórais níos airde, tá cosáin idirnaisc optoelectronic níos giorra, agus tá tomhaltas cumhachta níos ísle-go maith. Mar sin féin, toisc go bhfuil an oiread sin gléasanna ardchumhachta pacáilte le chéile agus ag oibriú go comhuaineach, carnann méid mór teasa. Léiríonn sonraí litríochta, maidir le gléasanna leictreonacha, go laghdaíonn gach ardú teochta 10 gcéim de ghnáth saolré feiste éifeachtach 30%–50%. Mura féidir an teas seo a scaipeadh in am, cuirfidh sé faoi deara go n-ardóidh teocht an acomhail go tapa, rud a fhágann go dtiocfaidh díghrádú feidhmíochta nó fiú teip.
Is é an tsubstráit phacáistithe an phríomh-chomhpháirt a scaipeann teasa. I measc na n-ábhar traidisiúnta, tá seoltacht íseal teirmeach agus droch-mheaitseáil CTE ag foshraitheanna orgánacha (amhail FR-4), rud nach gcomhlíonann riachtanais diomailt ardchumhachta an CPO. Tá foshraitheanna ceirmeacha, go háirithe foshraitheanna ceirmeacha nítríde sileacain, tar éis éirí mar phríomhábhar tsubstráit le haghaidh pacáistiú CPO mar gheall ar a neart ard, seoltacht teirmeach ard, agus meaitseáil CTE.
Tá an bua ag nítríde sileacain trí bheith "cothromaithe go maith."
Gcéad dul síos, tá a seoltacht teirmeach thar a bheith maith. Sna céimeanna tosaigh den taighde, bhí seoltacht teocht an tseomra Si₃N₄ 20–70 W/(m·K), i bhfad níos ísle ná AlN agus SiC, agus mar sin níor tharraing a fheidhmíocht theirmeach mórán airde. I 1995, d'athraigh an dearcadh seo. Ríomh an t-eolaí Haggerty, trí theoiric clasaiceach iompair, go bhfuil seoltacht íseal teirmeach Si₃N₄ go príomha mar gheall ar lochtanna laitíse agus neamhíonachtaí, agus thuar go bhféadfadh a uasmhéid teoiriciúil 320 W/(m·K) a bhaint amach. A bhuí le comhiarrachtaí taighde agus tionscail, tá seoltacht theirmeach na criadóireachta nítríde sileacain níos airde ná 177 W/(m·K). I gcomparáid le foshraitheanna roisín traidisiúnta, a bhfuil seoltacht theirmeach acu faoi bhun 1 W/(m·K), is athróir cluiche é seo.
Ar an dara dul síos, níl ach comhéifeacht íseal leathnaithe teirmeach (CTE) de nítríde sileacain de thart ar 3.2×10⁻⁶/ céim , tuairim is aon-an tríú cuid de Al₂O₃. Tá ábhair iolracha-sliseanna sileacain, III-sceallóga leathsheoltóra cumaisc (cosúil le léasair InP) i bpacáistí CPO-le CTEanna éagsúla i ngach ceann acu. Nuair a ardaíonn teas áitiúil, cinneann meaitseáil CTE go díreach saolré comhpháirteach solder faoi thimthriall teirmeach. Tá CTE nítríde sileacain an-ghar do CTE na n-ábhar atá bunaithe ar shileacan, agus mar sin má úsáidtear é mar fhoshraith is féidir an neamhréir brú idir ábhair éagsúla le linn timthriallta teirmeach a mhaolú go mór.
Sa tríú háit, tá airíonna meicniúla nítríde sileacain gan íoc. Is é a modulus leaisteacha 320 GPa, agus is é a neart flexural ná 920 MPa. Ciallaíonn feidhmíocht mheicniúil níos fearr den sórt sin gur féidir an tsubstráit a dhéanamh níos tanaí-is féidir nítríde sileacain a laghdú go 0.32 mm nó fiú 0.25 mm, ach ní mór nítríd alúmanaim, de bharr brittleness, a choinneáil ag 0.62 mm. Dúnann an tsubstráit níos tanaí an bhearna seoltachta teirmeach: cé go bhfuil seoltacht theirmeach níos airde ag AlN ná Si₃N₄, tá an fhriotaíocht theirmeach iomlán de nítríde ultra-tanaí sileacain ar chomhchéim le friotaíocht AlN níos tibhe go bunúsach. Ina theannta sin, tá déine foriomlán níos mó ag nítríde sileacain, rud a laghdaíonn sliseanna imeall agus briseadh le linn táirgeadh baisc thionsclaíoch, rud a chuireann feabhas ar tháirgeacht déantúsaíochta.
I dtéarmaí costais, tá nítríde sileacain i bhfad níos daoire ná alúmana ach níl ach thart ar 60% ar phraghas nítríde alúmanaim. In éineacht le modúil chomhtháite TFC (tan-scannán ceirmeach) atá comhdhéanta de{-chomhchéim{{{{{}})scannánú amháin, is féidir costais iomlána táirgthe a laghdú go suntasach.
Dá bhrí sin, cuireann insiders tionscail in iúl, i slabhra iomlán an tionscail cumarsáide optúla agus an CPO nideoige pacáistiú comhtháite, nítríde sileacain an t-ábhar tsubstráit croí is fearr a ailíniú le treochtaí teicneolaíochta sa todhchaí, le hoiriúnacht iomlán níos mó ná sin na nítríde alúmanaim.
Treoir Tonnta Optúil Silicon Nitride-An "Ollbhealach Comhartha Optúil" den CPO
Murab ionann agus a ról macrascópach mar fhoshraith pacáistithe, tá ról lárnach eile nítríde sileacain i CPO mar ábhar tonn-treoraithe optúil taobh istigh den sliseanna fótónach, atá freagrach as tarchur comhartha optúil, ródú, scoilteadh, comhcheangail, agus príomhfheidhmeanna eile.
Léiríonn an t-iarratas seo an luach optúil is riachtanach de nítríde sileacain i CPO. Úsáidtear go príomha é chun tonntreoraithe sliseanna optúla a dhéanamh, athshonadóirí micrearing, cíora minicíochta optúla, ilphléacsóirí roinne tonnfhad, scoilteoirí léasa polaraithe, cúplálaithe grátála, agus gach feiste optúil éighníomhach eile, ag foirmiú an líonra optúil iomlán laistigh den inneall optúil CPO le haghaidh dáileadh comharthaí, tarchur, scagadh, agus ilphléacsú./díomultiplexing. Is minic go bhfuil sé hibrideach-chomhtháite le sliseanna gníomhacha InP agus is é an treochlár teicneolaíochta caighdeánach anois é do mhodúil optúla 3.2T CPO de chuid NVIDIA.
Cén fáth nítríde sileacain ionad sileacain? Tá innéacs athraonta de thart ar 1.98 ag nítríde sileacain, ag soláthar teorannú réimse optúil idir na treoracha tonn Si (≈3.4) agus cumhdach shilice (≈1.44), rud a fhágann go bhfuil sé ar cheann de na hábhair is geallta chun cúplóirí imeall a dhearadh le codarsnacht ard innéacs agus trasghearrthacha beaga. Níos tábhachtaí fós, i gcásanna ardchumhachta CPO, bíonn dhá ionsú fótóin ag tonntreoraithe sileacain agus féadann siad sruthán amach, ach tá bandáil leathan ag nítríde sileacain agus níl aon fulaingt uirthi de bharr na saincheiste seo, rud a fhágann gur rogha iontach é chun comharthaí optúla ardchumhachta a tharchur.
Ina theannta sin, osclaíonn comhoiriúnacht próiseas tonn-treoraithe optúla nítríde sileacain deiseanna comhtháthaithe ilchineálach. Tá próisis sil-scannán tanaí nítríde sileacain (LPCVD/PECVD/sputtering magnetron) aibí agus comhoiriúnach le CMOS-. Trí úsáid a bhaint as sil-leagan PECVD íseal teochta ag teochtaí próisis faoi bhun 400 céim , ní dhéanann sé dochar do -sliseanna CMOS deiridh nó III-sliseanna gníomhacha V, a cheadaíonn comhtháthú monolithic go díreach ar sliseog, atá an-chomhoiriúnach le hardán próisis CPO sileacain COUPE TSMC.
Go hachomair, tá ról déach ag tonntreoraithe optúla nítríde sileacain in CPO mar an “superhighway” ar-tarchur optúil sliseanna agus mar an “droichead” do chúpláil optúil sliseanna, rud a fhágann gurb iad an croí-ábhar feidhme chun ciorcaid iomlánaithe fhótóinic ardfheidhmíochta a thógáil.
Stádas Reatha na Teicneolaíochta agus na Tionsclaíochta
Foshraitheanna Nítríde Sileacain:
Tá sé ráite go sainráite ag CETC (China Electronics Technology Group Corporation) go bhfuil a fhoshraitheanna ceirmeacha CPO sa chéim sprint deiridh T&F agus táthar ag súil go mbainfidh siad olltáirgeadh amach laistigh de thrí bliana. Tá táirgí foshraitheanna ceirmeacha scannáin tanaí TFC TFC de chuid Fude Technology, a bhfuil a maoile ard dromchla agus meaitseáil CTE le sliseanna, suite mar "cheann de na hardáin iompróra idéalach le haghaidh pacáistiú CPO." Nochtann Sinocera Materials ina thaifid caidrimh infheisteoirí go bhfuil cúlchistí teicniúla ag a fhochuideachta, Sinocera Saichuang, le haghaidh foshraitheanna ceirmeacha do mhodúil optúla.
Treoraithe Tonnta Optúla Silicon Nitride:
Thar lear, tá foinse solais cíor micrea nítríde sileacain seolta ag Solindes Photonics atá oiriúnaithe don CPO, le gléas amháin atá in ann 28 cainéal tonnfhad a aschur agus éifeachtúlacht chomhshó optúil de 60%. Ag ISSCC 2026, nocht TSMC a ardán CPO fótóinic sileacain, ag glacadh le tonntreoraithe nítríde sileacain mar an réiteach caighdeánach éighníomhach tonntreoraithe optúla. Tá forbairt PDK déanta cheana féin ag teilgcheártaí fótóinic intíre maidir le fótóinic nítríde sileacain éighníomhach agus tá siad ag tabhairt isteach samplaí de réir a chéile le haghaidh fíorú 800G agus 1.6T CPO.