Az Imec lehetővé teszi a III-V chipletek integrációját Si-CMOS-on. Ez a 300 mm-es RF szilícium interposer platform fejlesztésével valósul meg, amely magas sűrűségű MIMCAP-okat, passzív modellezést és lézerrel támogatott kötést tartalmaz.

MIMCAP sűrűn elrendezve egy 300 mm-es szilícium interposerben

MIMCAP sűrűn elhelyezkedő egy 300 mm-es szilícium-interposerben

– Az Imec továbbfejlesztette 300 mm-es RF szilícium-interposert egy egyedülálló rendszer szintű platformmá a heterogén III-V chipletek integrációjára Si-CMOS-on – azzal a céllal, hogy alkalmazásokat fedjen le a mmWave-/Sub-THz rádiófrekvencia technológia, valamint nagysebességű alkalmazások terén adatközpontokban.
– Egy új MIMCAP architektúra 10-től 100-szoros kapacitás sűrűség növekedést kínál a tipikus on-chip kondenzátorokhoz képest III-V technológiákban, így kompaktabb és költséghatékonyabb kialakításokat tesz lehetővé.
– Egy skálázható passzív RF-interposer modellezési keretrendszer, amelyet a sub-THz tartományig validáltak, jelentősen csökkenti a fejlesztési időt.
– A lézerrel támogatott összeszerelés lehetővé teszi III-V chipletek felszerelését magas passzív komponensekkel rendelkező interposer veremekre anélkül, hogy befolyásolná a hőmérsékleti költségvetést vagy károsítaná a hőérzékeny rétegeket.

Az Imec, egy világszerte vezető kutatási és innovációs központ a fejlett félvezető technológiák területén, továbbfejlesztette 300 mm-es HF szilícium-interposert egy rendszer szintű platformmá a heterogén III-V chipletek integrációjára Si-CMOS-on. A magas sűrűségű beágyazott kondenzátorok, egy skálázható passzív komponens modellezési keretrendszer, valamint a lézerrel támogatott összeszerelés együttes alkalmazásával a platform megalapozza a következő generációs vezeték nélküli rendszereket (mmWave és Sub-THz), valamint a HF minőségű jelfeldolgozást ultra gyors adatközponti alkalmazásokhoz.

Ahogy a vezeték nélküli rendszerek egyre inkább előretörnek a mmWave- és Sub-THz frekvenciatartományban, és az elektronikus valamint fotonikus interfészek egyre inkább elérik határaikat az adatközpontokban, egyre nehezebb lesz erőteljes jelfeldolgozást biztosítani anélkül, hogy növelnénk a rendszer összetettségét, költségeit, energiafogyasztását és helyigényét.

Egy ígéretes megoldás a III-V anyagok – mint az InP, GaAs és GaN – kiváló erősítési, teljesítmény- és hatékonysági tulajdonságainak kombinálása a Si-CMOS technológia skálázhatóságával és költséghatékonyságával. Egy chiplet-alapú heterogén integráció egy erőteljes RF szilícium-interposeren keresztül teszi ezt lehetővé: a teljesítménykritikus funkciók kompakt III-V chipletekben valósulnak meg, miközben az interposer alacsony veszteségű kapcsolatokat biztosít és tartalmazza a többi passzív komponenst.

Az Imec folyamatosan fejlesztette ezt a platformot. 2024-ben a vállalat bemutatta az InP chipletek zökkenőmentes integrációját egy 300 mm-es HF szilícium-interposeren, elhanyagolható beillesztési veszteséggel 140 GHz-en. 2025-ben a rekord alacsony beillesztési veszteséget tovább növelte a platformon, akár 325 GHz-ig. Most az Imec három új, egymást kiegészítő komponenssel bővíti a platformot: magas sűrűségű beágyazott kondenzátorokkal, skálázható passzív komponens modellezési keretrendszerrel és lézerrel támogatott összeszereléssel III-V chipletekhez.

10-100-szoros MIMCAP kapacitás sűrűség növelése a nagyobb kompaktitás és költséghatékonyság érdekében

„Egy döntő tényező a III-V chipletek méretének és költségeinek csökkentésében a passzív komponensek – például szigetelő kondenzátorok – kiszervezése a HF szilícium-interposere”, magyarázza Xiao Sun, az Imec fő műszaki munkatársa. „Az idei IMS/RFIC konferencián bemutatott hozzászólásunkban megmutatjuk, hogyan teszi lehetővé ennek a kiszervezési megközelítésnek a kombinálása egy új MIMCAP architektúrával a kapacitás sűrűség 10-től 100-szoros növelését a tipikus on-chip kondenzátorokhoz képest III-V technológiákban. Ez kompaktabb és költséghatékonyabb rendszertervezést tesz lehetővé, és javítja az ellátást mmWave- és Sub-THz rádiófrekvencia rendszerekhez, valamint a nagysebességű adatközponti alkalmazásokhoz.”

Az Imec új MIM-kondenzátor architektúrája (MIMCAP) egy magas-k dielektromos anyagot kombinál alumínium-hafnium-oxidból és háromdimenziós (3D) oxid-Stud struktúrákból a Back-End-of-Line (BEOL) folyamatban.

Modellezési keretrendszer a passzív komponensek kiszámítható tervezéséhez a sub-THz tartományig

Ezen törekvések kiegészítéseként az Imec nemrég bemutatott egy modellezési keretrendszert RF passzív interposerekhez, amelyet a sub-THz tartományig (~300 GHz) validáltak. Az Imec modellje lehetővé teszi a fejlesztők számára, hogy pontosan előre jelezzék a kapcsolási teljesítményt geometriaváltoztatások esetén anélkül, hogy minden variációt újra szimulálniuk vagy mérniük kellene, így jelentősen csökkentve a fejlesztési időt.

Eddig az Imec keretrendszere a továbbítópályák teljesítményére összpontosított – de alapot teremt egy átfogó tervezési könyvtár számára, amely jelenleg más passzív komponensekre, például induktivitásokra és MIMCAP-okra is kiterjed.

Lézerrel támogatott összeszerelés lehetővé teszi passzív komponensekkel teli III-V chiplet rendszerek telepítését

Végül az Imec bemutatta a lézerrel támogatott összeszerelést, amely lehetővé teszi III-V chipletek integrálását RF szilícium-interposeren, így a chipletek összeszerelése egy összetett, passzív komponensekkel teli verembe anélkül, hogy befolyásolná a hőmérsékleti költségvetést vagy károsítaná a hőérzékeny rétegeket az interposeren.

Az Imec megközelítése 600 nm alatti igazítási pontosságot és 0,05° alatti rotációs eltérést ér el 43 komponens között. Az HF mérések megerősítik a telepítés utáni teljesítményt, amely 110–170 GHz között −15 dB alatti reflexióval rendelkezik, ez egy járható út a teljesen összeszerelt, chiplet-alapú magas frekvenciájú rendszerek felé.

Xiao Sun: „Ezzel a munkával bemutatunk egy egyedülállóan integrált platformot, amely egyesíti a teljesítményt, a skálázhatóságot és a gyártási képességet. Következő fő célunk a platform technológiai érettségének további fejlesztése és a kis szériás gyártás támogatásának lehetővé tétele – így partnereink könnyebben fejleszthetik és skálázhatják a következő generációs RF rendszereket.”

További technikai részleteket az érdeklődők megtalálhatnak az Imec aktuális konferencia hozzászólásaiban, amelyeket az IMS és az ECTC 2026 konferenciákon mutattak be.