海光芯創CEO胡朝陽：高速光電子集成IDM平台為 新基建提供產品支撑
09/27
2020
9月8日，在第19屆訊石光纖通訊市場暨技術專題研討會（IFOC2020）上，高速光電集成器件和光模塊製造商蘇州海光芯創光電科技股份有限公司（簡稱海光芯創）CEO胡朝陽博士發表了《高速光電子集成平台及其在光通訊行業的應用》主題報告，面向電信運營商、大數據中心、通訊設備商以及光通訊行業，介紹並比較高速光電子集成平台的優缺點，包括SiOB、PIC、OEIC、SiPho等平台，以及海光芯創打造高速光電子集成IDM平台，實現在光通訊行業的應用價值。
隨著新基建將5G和數據中心納入範疇，當前電信運營商和雲互聯網公司攜手推動我國各地區5G基地台和數據中心建設。
由5G和數據中心所組成的新一代光網路基礎設施，需要大量的光電子元件作為支撐。同時，5G電信和數據中心等高速應用還對大帶寬、低時延、高密度的光學連接提出了要求，為了幫助下游客戶節省成本，創造更大應用價值，光通訊技術從傳統分立元件向光電子集成發展已經成為業界主流趨勢。
胡博士介紹，針對高速發展的光通訊及拓展的行業領域需求，海光芯創打造高速光電子集成平台，以硅光子混合集成、高頻光電子集成、智慧製造等工藝技術和產品技術為核心，賦能（Enabler）更加廣闊的光電子應用場景。
對比不同類型的光電子集成平台
什麼是光電子集成平台？從概念來看，胡博士認為平台需要具備幾個主要特點，包括低成本、規模化生產、高集成度、小尺寸、低功耗、高可靠性和可擴展性等。回顧歷史發展，光電子集成可劃分為混合集成和單片集成，兩條技術路線都持續朝標準規範和產業化發展。業界將積體電路和半導體雷射器結合，推動了硅光子（SiPho）集成的商用化。針對未來高速互聯的新形態，業界又提出共封裝光學（Co-packaged Optics），目的是揚長避短，優勢互補。
以材料作為劃分，當前的主要光電子集成平台為InP材料、SOI材料、SiO2/SiON/Si3N4材料、LiNbO3材料以及Polymer聚合物材料，其中，最直接的平台競爭是磷化銦（InP）和硅光子（SiPho）。胡博士表示，磷化銦基光芯片更適用於製作性能優良的有源器件，例如雷射器、調製器、探測器等，但其缺點包括材料成本昂貴、有源和無源波導集成困難，例如InP波導彎曲半徑大、材料使用面積大、工藝標準化有難度等。
相比之下，硅光芯片可以實現多種功能光電子元件的高度整合，例如光與電的有機單片／混合整合；其被動波導彎曲半徑小、使用面積更小，多種功能的高度整合使其能夠進行規模化生產。更重要的是，微電子工業帶動了CMOS製程的成熟，減輕了Fabless設計的負擔。當然，由於硅是間接帶隙半導體材料，發光條件較為苛刻，硅光芯片需要引入外部光源，其PDK開發與製程能力也高度相關。
胡博士進一步認為，一個具備競爭力的硅光子集成平台，需要在設計到工藝製造的每個環節上都投入心力。首先，必須要有具備硅光能力的CMOS晶圓製造商，在SiPho工藝上與自身共同進步，特別是Ge EPI與SOI波導的集成能力以及PDK開發能力。目前業界知名的晶圓製造商包括GlobeFoundries、TSMC、SMIC、IMEC、CUMEC等。其次，硅光子集成平台還需具備高頻設計與仿真、測試分析與驗證的能力，並重點關注高頻電極、高速傳輸線、阻抗匹配等參數。同時，也需進行光波導的設計與仿真、測試分析與驗證，尤其是直波導、彎曲波導、MMI耦合器設計以及光斑模場轉換（Mode-converter）等技術。最後，硅光子集成平台還應考量從芯片到最終產品的產業化能力，此時需重點關注芯片處理以及高精度光學耦合。
光電子器件到光模塊的垂直整合
綜合多種光電子集成平台類型特點，海光芯創打造出一條從光電子器件到光模塊的垂直整合體系，即高速光電子集成IDM平台，其具備芯片級評估能力、器件到模塊的設計與仿真、自動化工藝與測試平台，以及系統應用級測試分析。其中，芯片級評估能力涵蓋了光芯片老化、光芯片測試、光芯片可靠性分析、光芯片失效分析等；在設計與仿真方面，新平台具備了光學設計與仿真、器件級3D結構高頻設計與仿真、高頻電路和信號完整性設計等能力；在工藝平台方面，新平台部署了可批量生產的自動化工藝機台，可完成高精度、高可靠性的Die Bonding、Wire Bonding和光耦合工序。
光電子器件和光模塊的封裝流程，光耦合是極為關鍵的一道工序，海光芯創的高精度光學耦合平台擁有多通道自自動化光學耦合平台，可以實現光纖－光纖、光纖－芯片（可含透鏡陣列）、透鏡光纖到芯片的光對準耦合，以及多路光信號進行XYZ／角度有源耦合和調整。
基於自有的高速光電子集成IDM平台和基於MES、ERP、PLM系統整合的企業管理，海光芯創充分實現了批量產品的高品質保障。
在光電子器件方面，總計產能達到百萬隻／月，可支持用於5G市場的製冷DML TO／OSA系列產品、用於長距離傳輸的25G／50G EML TO／TOSA及25G／50G APD TO／ROSA系列產品、用於數據中心的25G／100G／200G／400G COB引擎（Optical Engine）以及硅光引擎（SiP Optical Engine）等系列產品。
在光模塊方面，光模塊總計產能達到數十萬隻／月，可支持用於5G市場的12波彩光系列光模塊，數據中心的25G／100G／200G／400G AOC、光模塊以及硅光模塊等產品系列。
據LightCounting預測，2021年光模塊市場將增長24%。在中國5G升級按計劃推進的推動下，無線前傳和回傳光器件銷售額將分別增長18%和92%。FTTx和AOC板塊在中國市場的部署推動下，也將實現兩位數的增長。
面對廣闊的高速連接需求，海光芯創將充分發揮高速光電子集成IDM平台能力，秉持「服務客戶」的理念，積極回應客戶需求，通過與客戶並肩努力，持續穩定地為全球數據中心和5G市場提供高速光電子器件和高速光模塊產品支持，助力5G和數據中心新基礎設施建設。
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