封装与集成工艺

晶圆级封装

Wafer-Level Packaging · WLP
图解WLP

定义

在晶圆状态下完成封装与测试,再切割成单颗器件的工艺路线。

图解

CPO 的物理底座 · 2.5D 是「并排放在转接板上」,3D 是「叠起来」2.5D 封装封装基板硅转接板 Interposer(含 TSV)ASIC交换 / 计算HBM内存光引擎OE光电元件并排放在同一转接板上电距离缩短到百微米级,工艺相对成熟当前 CPO 主流实现路径3D 封装封装基板底层芯片(含 TSV 硅通孔)垂直走线替代水平绕线上层芯片或光引擎HBM 堆叠元件垂直堆叠,走线更短、密度更高散热路径变长,对良率与热管理挑战更大已有厂商展示 3D CPO 方案,量产尚早
2.5D 与 3D 封装剖面 2.5D 封装把 ASIC、HBM、光引擎并排放在同一块硅转接板上,靠转接板内的布线互联;3D 封装则把它们垂直叠起来,走线更短、密度更高,但散热与良率更难控制。CPO 的良率问题很大程度上是先进封装的良率问题,而不是光器件本身的问题。
把光纤里的光送进芯片,两条路 · 一个从上面进,一个从侧面进光栅耦合(垂直)硅光芯片 · 波导层光栅结构光纤垂直贴近优点:可在晶圆上任意位置布点便于整片晶圆级测试(不必切割)缺点:带宽窄、偏振敏感端面耦合(水平 / 倒锥)硅光芯片 · 波导层倒锥结构光纤水平对接优点:带宽宽、偏振不敏感、损耗低高性能模块与 CPO 的主流选择缺点:只能布在芯片边缘,对切割与对准要求高
光栅耦合与端面耦合 光栅耦合从芯片表面垂直进光,位置自由、便于晶圆级测试;端面耦合从芯片侧面水平进光,带宽与偏振表现更好,但只能布在边缘。高带宽场景(如 1.6T 与 CPO)通常选端面耦合,这也是光纤阵列 FAU 精度要求越来越高的原因。

说明

晶圆级封装(WLP)指在整片晶圆上完成封装工艺后再切割成单颗器件,而不是先切割再逐颗封装。它的优势是并行处理、成本随规模下降,与硅光借用 CMOS 产线的逻辑天然契合。

对光子芯片而言,晶圆级封装还有一个特殊价值:便于整片晶圆级测试。光栅耦合器的位置自由特性让这一点成为可能——可以在不切割的情况下逐颗测试,提前筛选出坏件,避免把缺陷带入昂贵的封装环节。

难点在于良率:晶圆级封装一旦某个环节出问题,损失的是整片晶圆。因此对工艺稳定性与在线检测能力要求很高。

关键数字

整片处理成本随规模下降
晶圆级测试提前筛除坏件
良率风险问题会放大到整片

关键要点

  • 优势是批量效率高、成本低,与硅光「用半导体产线造光器件」的逻辑一致。
  • 难点是光学界面的晶圆级测试与保护。

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