光通信芯片中的成本杀手——硅基晶圆

在上一期的文章中我们介绍了磷化铟这种材料的应用和切割要点，在光通信行业，除了磷化铟这种明星材料外，还有持重的硅晶圆可供选择。

产品应用

硅基晶圆在光通信行业的应用，核心就是硅光子（Silicon Photonics）技术。

硅基晶圆可以利用成熟的CMOS工艺大规模生产，成本低、集成度高，目前主要应用于AI算力与数据中心，在800G、1.6T甚至更高速率的数据中心光模块中，硅光方案已成为绝对主力。

除此外，硅光芯片的小型化和低成本优势，非常契合前传、中传和回传网络对高密度、低功耗光互连的需求，是5G/6G移动通信基础设施的关键组件。

WAFER

晶圆情况

硅基光电子集成芯片

光通信用的硅基晶圆通常采用SOI晶圆，呈现典型的“三明治”结构。

普通硅层做衬底，主要起支撑作用。中间埋入几微米厚SiO₂绝缘层，防止光信号泄漏到底层硅衬底中，起到光隔离的效果。顶层为极薄的单晶硅层，通常为220纳米，用于刻蚀制造。

外延层则生长锗。用于制造高性能的光电探测器，或者通过键合等方式集成磷化铟等材料作为光源。

PACKAGE

封装情况

传统的光模块结构与100Gb/s硅基光电子芯片的对比

由于硅本身不发光且无法高效探测光信号，封装的关键一步通常是将其他材料的功能芯片与硅光芯片进行高度集成。

通过异质键合或直接耦合的方式，将磷化铟（InP）等材料的激光器光源精准地贴合在硅光芯片上，完成激光器集成。现在行业广泛采用的3D堆叠技术，缩短电信号传输路径并降低功耗，迈向光电共封装的关键技术。

相比于传统的电子芯片，硅光芯片需要同时解决光、电、热三方面的物理连接问题，封装难度更大、成本更高。

为了控制高昂的封装成本，在划片前后一般会进行并行光测试和正反面探针测试，剔除不良品提高封装良率。

划切要点

当前光通信行业硅基晶圆主要采用300mm主流尺寸，8英寸的晶圆也还在使用，在制造初期，晶圆整体厚度通常在300-500μm之间，经过研磨减薄，到划切环节时，一般会在200μm以内。

硅是典型的硬脆材料，在受到外力冲击时极易发生脆性断裂，金刚石刀片划切容易产生崩角或裂纹，对于光通信芯片而言，裂纹会导致严重的光散射、光泄漏甚至信号中断，直接导致芯片报废。

且为了提升单片晶圆的产出量，芯片设计的切割道越来越窄，也会被研磨至极薄，超薄晶圆在切割时极易发生翘曲和碎裂，而过窄的切割道则要求极高的划切精度，这对设备和划切刀具都是很大的挑战。

西斯特科技高精密超薄划切片在现有划切设备上有很好的精度表现，在行业有大量应用，具体划切方案欢迎咨询公司硬刀应用团队。

西斯特科技

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