Imec consente l'integrazione di III-V-chiplet su Si-CMOS. permette attraverso lo sviluppo della sua piattaforma di interposizione RF in silicio da 300 mm con MIMCAP ad alta densità, modellazione passiva e bonding assistito da laser

MIMCAP ad alta densità in un interposer in silicio da 300 mm

MIMCAP ad alta densità in un interposer in silicio da 300 mm

– Imec sta sviluppando il suo interposer in silicio RF da 300 mm in una piattaforma unica a livello di sistema per l'integrazione eterogene di chiplet III-V su Si-CMOS, con l'obiettivo di coprire applicazioni nel campo delle comunicazioni mmWave/sub-THz e applicazioni ad alta velocità nei data center.
– Una nuova architettura MIMCAP offre un aumento di 10- fino a 100- volte della densità di capacità rispetto ai condensatori on-chip tipici nelle tecnologie III-V, consentendo design più compatti e più economici.
– Un framework di modellazione scalabile per interposers RF passivi, validato fino alla gamma sub-THz, riduce significativamente i tempi di sviluppo.
– Il bonding assistito da laser permette il montaggio di chiplet III-V su stack di interposer con un'alta percentuale di componenti passivi, senza compromettere i budget termici o danneggiare strati sensibili alla temperatura.

Imec, un centro di ricerca e innovazione leader mondiale nelle tecnologie avanzate dei semiconduttori, sta sviluppando il suo interposer in silicio HF da 300 mm in una piattaforma a livello di sistema per l'integrazione eterogene di chiplet III-V su Si-CMOS. Grazie alla combinazione unica di condensatori ad alta densità integrati, un framework di modellazione scalabile per componenti passivi e bonding assistito da laser per il montaggio di chiplet III-V, la piattaforma getta le basi per sistemi wireless di nuova generazione (mmWave e Sub-THz) e per l'elaborazione del segnale di qualità HF per applicazioni ultra-veloci nei data center.

Poiché i sistemi wireless si spingono sempre più nel campo delle frequenze mmWave e sub-THz e le interfacce elettroniche e fotoniche nei data center raggiungono i loro limiti, diventa sempre più difficile garantire un'elaborazione del segnale potente senza aumentare la complessità dell'integrazione di sistema, i costi, il consumo energetico e lo spazio richiesto.

Una soluzione promettente consiste nel combinare la superiore amplificazione, potenza ed efficienza dei materiali III-V – come InP, GaAs e GaN – con la scalabilità e l'efficienza dei costi della tecnologia Si-CMOS. Un'integrazione eterogenea basata su chiplet su un potente interposer RF in silicio rende tutto ciò possibile: le funzioni critiche in termini di potenza vengono eseguite in chiplet III-V compatti, mentre l'interposer fornisce connessioni a bassa perdita e ospita gli altri componenti passivi.

Imec ha continuato a sviluppare questa piattaforma. Nel 2024, l'azienda ha dimostrato l'integrazione senza soluzione di continuità di chiplet InP su un interposer in silicio RF da 300 mm con perdita di inserimento trascurabile a 140 GHz. Nel 2025, ha ampliato la perdita di inserimento record della piattaforma fino a 325 GHz. Ora, imec amplia questa piattaforma con tre nuovi componenti complementari: condensatori ad alta densità integrati, un framework di modellazione scalabile per componenti passivi e bonding assistito da laser per il montaggio di chiplet III-V.

Un aumento di 10- fino a 100- volte della densità di capacità MIMCAP per maggiore compattezza ed efficienza dei costi

"Un fattore chiave per ridurre le dimensioni e i costi dei chiplet III-V è l'esternalizzazione dei componenti passivi – come i condensatori di decoupling – sull'interposer in silicio HF", spiega Xiao Sun, Principal Member of Technical Staff di imec. "In un contributo presentato alla conferenza IMS/RFIC di quest'anno, mostriamo come la combinazione di questa strategia di esternalizzazione con una nuova architettura MIMCAP consenta un aumento di 10- fino a 100- volte della densità di capacità rispetto ai condensatori on-chip tipici nelle tecnologie III-V. Ciò permette design di sistema più compatti ed economici e migliora l'alimentazione per sistemi di comunicazione mmWave e Sub-THz, nonché per applicazioni ad alta velocità nei data center."

La nuova architettura di condensatori MIM (MIMCAP) di imec combina un dielettrico ad alto-k di ossido di alluminio-hafnio con strutture tridimensionali (3D) di ossido di stronzio nel back-end-of-line (BEOL).

Un framework di modellazione per la progettazione prevedibile di componenti passivi fino alle frequenze sub-THz

In aggiunta a questi sforzi, imec ha recentemente presentato un framework di modellazione per interposers RF passivi, validato fino alla gamma sub-THz (~300 GHz). Il modello di imec permette ai progettisti di prevedere con precisione le prestazioni del circuito in presenza di variazioni di geometria, senza dover simulare o misurare ogni variazione, riducendo così i tempi di sviluppo.

Finora, il framework di imec si è concentrato sulle prestazioni delle linee di trasmissione, ma costituisce anche la base per una libreria di progettazione completa, che attualmente viene estesa ad altri componenti passivi, tra cui induttanze e MIMCAP.

Bonding assistito da laser per il montaggio di sistemi chiplet III-V ricchi di componenti passivi

Infine, imec ha dimostrato l'uso del bonding assistito da laser per integrare chiplet III-V sul suo interposer in silicio RF, consentendo il montaggio di chiplet su uno stack complesso ricco di componenti passivi, senza compromettere il budget termico o danneggiare gli strati sensibili alla temperatura dell'interposer.

Il metodo di imec raggiunge un'accuratezza di allineamento inferiore a 600 nm e una deviazione di rotazione inferiore a 0,05° su 43 componenti. Le misure HF confermano le prestazioni ottenute dopo il montaggio, con una riflessione inferiore a −15 dB nell'intervallo 110–170 GHz, mostrando una strada praticabile verso sistemi HF completamente montati e basati su chiplet.

Xiao Sun: "Con questo lavoro presentiamo una piattaforma integrata unica, che combina potenza, scalabilità e producibilità. Il nostro prossimo obiettivo prioritario è portare ulteriormente avanti la maturità tecnologica della piattaforma e supportare la produzione in piccole serie, facilitando ai nostri partner lo sviluppo e la scalabilità di sistemi RF di nuova generazione."

Per ulteriori dettagli tecnici, gli interessati possono consultare gli attuali contributi di imec presentati a IMS e ECTC 2026.