Ljósleiðbeiningarsamþættingaraðferð
Samþættingljósfræðiog rafeindatækni er lykilatriði í að bæta getu upplýsingavinnslukerfa, sem gerir kleift að flytja gögn hraðar, nota minna orku og hanna tæki samþjappað og opna gríðarleg ný tækifæri fyrir kerfishönnun. Samþættingaraðferðir eru almennt skipt í tvo flokka: einhliða samþættingu og fjölflögusamþættingu.
Einhliða samþætting
Einhliða samþætting felur í sér framleiðslu á ljósfræðilegum og rafrænum íhlutum á sama undirlagi, oftast með því að nota samhæfð efni og ferla. Þessi aðferð beinist að því að skapa samfellt viðmót milli ljóss og rafmagns innan eins örgjörva.
Kostir:
1. Minnka tengingartap: Að staðsetja ljóseindir og rafeindabúnað nálægt hvor annarri lágmarkar merkjatap sem tengist tengingum utan örgjörvans.
2, Bætt afköst: Nánari samþætting getur leitt til hraðari gagnaflutningshraða vegna styttri merkjaleiða og minni seinkunar.
3, Minni stærð: Einhliða samþætting gerir kleift að nota mjög samþjappað tæki, sem er sérstaklega gagnlegt fyrir forrit með takmarkað pláss, svo sem gagnaver eða handfesta tæki.
4, draga úr orkunotkun: útrýma þörfinni fyrir aðskildar pakkar og langlínutengingar, sem getur dregið verulega úr orkuþörf.
Áskorun:
1) Samrýmanleiki efna: Það getur verið krefjandi að finna efni sem styðja bæði hágæða rafeindir og ljósfræðilega virkni þar sem þau þurfa oft mismunandi eiginleika.
2, samhæfni ferla: Að samþætta fjölbreytt framleiðsluferli rafeindatækni og ljóseinda á sama undirlagi án þess að skerða afköst eins íhlutar er flókið verkefni.
4, Flókin framleiðsla: Mikil nákvæmni sem krafist er fyrir rafeinda- og ljósfræðilega byggingar eykur flækjustig og kostnað við framleiðslu.
Fjölflísa samþætting
Þessi aðferð gerir kleift að auka sveigjanleika við val á efnum og ferlum fyrir hvert hlutverk. Í þessari samþættingu koma rafeinda- og ljósfræðilegu íhlutirnir úr mismunandi ferlum og eru síðan settir saman og settir á sameiginlegan pakka eða undirlag (Mynd 1). Nú skulum við telja upp tengimáta milli ljósfræðilegra flísanna. Bein tenging: Þessi tækni felur í sér beina líkamlega snertingu og tengingu tveggja flatra yfirborða, venjulega auðveldað með sameindatengikrafti, hita og þrýstingi. Hún hefur þann kost að vera einfaldur og hugsanlega mjög taplitlir tengingar, en krefst nákvæmlega samstilltra og hreinna yfirborða. Tenging trefja/ristar: Í þessari aðferð er trefjinn eða trefjafylkingin stillt og tengd við brún eða yfirborð ljósfræðilegu flísarinnar, sem gerir kleift að tengja ljós inn og út úr flísinni. Ristað grindina er einnig hægt að nota til lóðréttrar tengingar, sem bætir skilvirkni ljósleiðni milli ljósfræðilegu flísarinnar og ytri trefjarinnar. Göt í gegnum kísil (TSV) og örhögg: Göt í gegnum kísil eru lóðréttar samtengingar í gegnum kísilundirlag, sem gerir kleift að stafla flísunum í þremur víddum. Í samsetningu við örkúptar punktar hjálpa þeir til við að ná rafmagnstengingum milli rafeinda- og ljósfræðilegra flísaflaga í staflaðri stillingu, sem hentar fyrir samþættingu með mikilli þéttleika. Ljósfræðilegt millilag: Ljósfræðilega millilagið er aðskilið undirlag sem inniheldur ljósbylgjuleiðara sem þjóna sem milliliður til að beina ljósmerkjum milli flísaflaga. Það gerir kleift að stilla nákvæmlega og auka óvirka tengingu.ljósfræðilegir íhlutirHægt er að samþætta það til að auka sveigjanleika í tengingum. Blendingslíming: Þessi háþróaða límingartækni sameinar beina límingu og ör-höggunartækni til að ná fram rafmagnstengingum með mikilli þéttleika milli flísanna og hágæða ljósleiðaratengla. Hún er sérstaklega efnileg fyrir afkastamikla samþættingu ljósleiðara. Lóðhöggunarlíming: Líkt og við flip-flögulímingu eru lóðhögg notuð til að búa til rafmagnstengingar. Hins vegar, í samhengi við ljósleiðaraíhlutun, verður að huga sérstaklega að því að forðast skemmdir á ljósfræðilegum íhlutum af völdum hitaspennu og viðhalda ljósleiðni.
Mynd 1: : Tengikerfi rafeinda/fótóna milli örgjörva
Kostirnir við þessar aðferðir eru umtalsverðir: Þar sem CMOS-heimurinn heldur áfram að fylgja framþróun í lögmáli Moore verður mögulegt að aðlaga hverja kynslóð CMOS eða Bi-CMOS fljótt yfir á ódýra kísil-ljósfræðilega flís og njóta góðs af bestu ferlum í ljósfræði og rafeindatækni. Þar sem ljósfræði krefst almennt ekki framleiðslu á mjög litlum mannvirkjum (lykilstærðir um 100 nanómetrar eru dæmigerðar) og tæki eru stór miðað við smára, munu efnahagsleg sjónarmið hafa tilhneigingu til að ýta undir að framleiða ljósfræðileg tæki í sérstöku ferli, aðskilið frá allri háþróaðri rafeindatækni sem þarf fyrir lokaafurðina.
Kostir:
1, sveigjanleiki: Hægt er að nota mismunandi efni og ferla sjálfstætt til að ná sem bestum árangri rafeinda- og ljósfræðilegra íhluta.
2, þroskaferli framleiðsluferla: notkun þroskuðra framleiðsluferla fyrir hvern íhlut getur einfaldað framleiðslu og dregið úr kostnaði.
3, Auðveldari uppfærsla og viðhald: Aðskilnaður íhluta gerir það auðveldara að skipta út eða uppfæra einstaka íhluti án þess að það hafi áhrif á allt kerfið.
Áskorun:
1, samtengingartap: Tenging utan flísar veldur frekari merkjatapi og getur þurft flóknar samræmingaraðferðir.
2, aukin flækjustig og stærð: Einstakir íhlutir þurfa viðbótarumbúðir og samtengingar, sem leiðir til stærri stærða og hugsanlega hærri kostnaðar.
3, meiri orkunotkun: Lengri merkjaleiðir og viðbótarpökkun geta aukið orkuþörf samanborið við einhliða samþættingu.
Niðurstaða:
Val á milli einþátta og fjölþátta samþættingar fer eftir kröfum hvers forrits, þar á meðal afkastamarkmiðum, stærðartakmörkunum, kostnaðarsjónarmiðum og tækniþroska. Þrátt fyrir flækjustig framleiðslu er einþátta samþætting kostur fyrir forrit sem krefjast mikillar smækkunar, lágrar orkunotkunar og hraðrar gagnaflutnings. Í staðinn býður fjölþátta samþætting upp á meiri sveigjanleika í hönnun og nýtir núverandi framleiðslugetu, sem gerir hana hentuga fyrir forrit þar sem þessir þættir vega þyngra en ávinningurinn af þéttari samþættingu. Eftir því sem rannsóknir þróast eru einnig kannaðar blendingaraðferðir sem sameina þætti beggja aðferða til að hámarka afköst kerfisins og draga úr áskorunum sem fylgja hvorri aðferð.
Birtingartími: 8. júlí 2024