欧洲“卡位”半导体新赛道，全力打造硅光子供应链

今年6月，欧盟启动了一项耗资4,800万欧元、为期3.5年的硅光子技术商业化项目。由硅芯片代工厂X-FAB牵头，诺基亚、英伟达、Ligentec、imec和CEA-Leti等知名企业参与的photonixFAB项目将致力于推动光子产品创新，同时为大批量生产铺平道路。XyYesmc

X-FAB负责光电子和业务开发的产品营销经理Joni Mellin认为，该项目的时机恰到好处。他表示，十多年来，X-FAB一直在德国、法国和马来西亚的多个生产基地为光电子器件加工晶圆，客户对此类服务的需求正在快速增长。XyYesmc

“何时开始推动光子集成电路产业化是一个棘手的问题，尤其是在该市场尚未完全到位的情况下，”他补充表示，“但我们看到越来越多的大公司投资集成光子学项目，此前一直在开发产品的中小企业，现在也正试图将这些产品推向市场。”XyYesmc

Mellin指出，众多终端客户希望开发与硅光子相关的商用产品，并正在为此寻找大批量生产的合作伙伴。“集成光子学的发展已经达到了一定的成熟度，其大批量生产开始变得有意义。因此，我们正在与photonixFAB的合作伙伴合作，试图建立一个具有工业价值的供应链。”XyYesmc

解决光子集成电路的整合问题

光子集成电路(PIC)的概念与电子集成电路的概念类似，只不过电子集成电路集成的是电子器件(晶体管、电容器、电阻器等)，而PIC集成的是各种不同的光学器件或光电器件，比如激光器、电光调制器、光电探测器等，但将这些不同元素混合到单颗芯片上并不容易。在过去的十年中，人们开发了异质集成方法来简化制造过程，但随着PIC越来越复杂，此类工艺变得极为繁琐，而且成本效益不高。XyYesmc

鉴于这些市场的发展情况，为PIC器件的大批量生产做好准备，photonixFAB正在X-FAB建设异构集成生产线，用于生产由比利时imec公司和Ligentec公司(瑞士Ecublens)开发的绝缘体上硅(SOI)和氮化硅(SiN)光子技术。届时，氮化硅平台将通过Ligentec实现商业化。XyYesmc

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图1：photonixFAB的目标之一是助力欧洲硅光电子价值链产业化。(资料来源：photonixFAB)XyYesmc

作为photonixFAB项目活动的一部分，基于磷化铟(InP)、铌酸锂(LNO)和锗的组件也将集成到基于SOI和SiN的光子集成电路中。预计到该项目结束时，每个平台都将准备好在不同的技术就绪度(技术准备水平)上进行小批量生产和原型设计，并为大批量制造提供明确的途径。XyYesmc

Mellin说：“大批量量产PIC非常困难，许多公司在量产上遇到了问题。我们需要找到一种更经济、更快速的方法来生产产品。”这就是photonixFAB工艺的有趣之处。XyYesmc

迄今为止，异质集成主要是通过晶粒-晶圆键合(die-to-wafer bonding)，以及有源和无源元件的主动对准来实现的。新项目(photonixFAB)将采取不同的策略——重点关注微转移印刷(MTP)——该技术已获得X-FAB长期合作伙伴X-Celeprint(来自爱尔兰科克)的授权。据Mellin表示，这种大规模并行拾取-贴装工艺可以堆叠基于不同工艺节点和技术的芯片，从而更迅速且经济地交付PIC器件。XyYesmc

他还指出：“X-Celeprint一直是该项技术的先驱者，我们与他们合作建立了一条电子小芯片(Chiplet)试点生产线。我们对晶粒-晶圆的直接键合持开放态度，但现在我们更倾向于微转移印刷技术。”XyYesmc

X-FAB还将与photonixFAB的合作伙伴Smart Photonics(来自荷兰埃因霍温)进行合作，两者将共同简化InP组件与平台的集成。SMART Photonics在今年7月获得了来自ASML、恩智浦及其他行业和金融投资者的1亿欧元融资，该笔资金将被用于加强InP晶圆和小芯片的生产。XyYesmc

“这些融资将帮助Smart Photonics公司扩大生产规模，”Mellin对此展望道，“我们打算将自己的技术与Smart Photonics的InP代工技术相融合，并在此基础上为客户提供微转移印刷技术，助力客户的芯片设计转化为实体的芯片产品。”XyYesmc

在PIC商业化的过程中，总部位于比利时的光子集成电路设计软件开发商Luceda Photonics将为SOI和SiN技术建立成熟的工艺设计工具包，同时该公司也将与Smart Photonics进行合作，共同实现InP芯片和LNO材料的异质集成设计。XyYesmc

此外，Luceda Photonics还将开发PIC组装设计工具包来降低其封装成本，来自荷兰恩斯赫德的Phix Photonics AssemblyPhix则开发PIC的封装工艺。除以上企业之外，全球主流应用开发商诺基亚、Nvidia、Aryballe、Brolis Sensor Technology和PhotonFirst都参与了测试——在数据通信、光开关和消费级医疗保健用红外光谱仪等用例中使用PIC。XyYesmc

离商业化只差一步？

根据photonixFAB的计划，现在可以明确的是：光子集成电路供应链的各个环节都在认真落实到位，有些人可能会说“是时候推进PIC商业化了”。众所周知，美国和亚洲在商用PIC工艺方面都比欧洲领先。正如Mellin所言，欧洲在基础研究方面的投资非常出色，但并没有成功将成果商业化。XyYesmc

X-FAB产品营销经理强调说，欧洲企业在半导体开发方面处于领先水平，但在半导体制造业方面的地位正日渐衰落。“这或许是促使欧盟决策者和成员国力推PIC产业价值链的原因，也是photonixFAB项目的重要意义所在。”XyYesmc

Mellin坚信，在该项目结束后之后，这些企业之间的合作关系将持续存在，直至PIC市场迎来蓬勃发展的时刻。“为了在研发和基础技术方面的所有投资中获益，我们必须继续在欧洲建立新的制造基地。很多人的职业生涯都贡献给了光子学，我真心希望我们能够满足他们的商业期望，并把这种期望持续发扬光大。”他最后感叹道。XyYesmc

原文翻译自国际电子商情姊妹平台EETimes Europe，原文标题：A Silicon Photonics Supply Chain for EuropeXyYesmc