
硅可以制造成性能优异的高集成度、廉价的有源电子器件,但是不宜用于制作光学探测器和发射器。而砷化镓却相反,其在光学检测器和发射器应用方面体现出极佳的性能,不过,用它做成的有源电子器件则集成度低且价格昂贵。通过将有源硅片与砷化镓探测器和发射器阵列这两者的优点相结合,并通过封装集成,就可使这两种技术同时发挥最佳的功能作用。
Xanoptix公司将七种以上的前沿封装技术组合到一起,可使任何硅芯片具有光学处理能力。该公司工程副总裁Thomas Faska说,对此项技术的开发经历了12年多的时间,形成了一系列的工艺,通过增加一些特别的设计,就可应用于任意硅芯片中。
Xanoptix在砷化镓中生成一些小型阵列光探测器和垂直腔表面发射激光器(VCSEML)。根据不同的应用,可以选用1×12至3×12范围的阵列。在砷化镓芯片中形成的通孔,经过金属化处理,可以与通孔的反面形成电子互连。根据不同要求,导通孔的间距设置可以小到10μm。器件的上表面可作为光接口。这项技术虽然通常是在Xanoptix的专用生产线进行,也有其它代工生产厂家取得使用这项工艺的许可。
具有专利权的熔化工艺
使用特种工艺,砷化镓芯片可以被粘贴到有源的硅芯片上。Xanoptix的董事长和CTO John Trezza称这种工艺为一种 "专有的熔合工艺”。
硅芯片上的驱动器和接收器以及相应的处理电路,可以使用标准的CMOS生产线制造。芯片上具有两种焊盘设计,一种用于安装砷化镓芯片,另一部分是芯片的输入/输出引线。硅晶圆片经过金属化,便于安装砷化镓,以及使用倒装芯片或传统的引线键合工艺。
按照Faska的说法,焊盘I/O以及驱动器和接收器电路可以制作到任意硅芯片上,因此,原则上,任何硅器件都能够具备光处理能力。他还指出,处理器和存储器阵列之间的输入/输出瓶颈,可能通过采用这类光互连的方法得到突破。
为降低成本,组装砷化镓探测器和发射器阵列芯片到有源硅芯片上的过程,通常在晶片级上进行。使用传统的组装设备,可达到小于1μm的对位精度。
接下来的步骤是将混合型硅芯片倒装在一个多层基板上(图1),此基板带有多排间距约0.2mm的焊盘。基板中心切有一个通孔,与砷化镓芯片的光学连接就是经过这个通孔进行的。基板将硅片上的300个输入/输出端与一个板上微控制器和一个表面贴装的面阵列连接器进行连接,以实现电源和高速数据通路。
此后,对砷化镓和硅芯片进行底部填充,以提供对环境因素的防护。此时,混合型硅芯片被安装在基板上,砷化镓阵列的顶面向外对准通孔。然后,把一个高性能散热片安装到硅芯片的背部,这个散热片在X和Y方向都打了孔以提高其热传导效率。
