工业技术研究院：2024年铜退光进趋势下的硅光子材料和市场展望报告（繁体版）（30页）.pdf

1、 工業技術研究院 權利所有。銅退光進趨勢下的矽光子材料和市場展望工研院產業科技國際策略發展所2024年5月29日Silicon Photonics Technologies,Materials and Market張崇學ccweng2024/06/28 16:24產業科技國際策略發展所 工業技術研究院 權利所有。2矽光子技術路線與市場趨勢12矽光子關鍵元件及材料解析3矽光子供應鏈競合分析圖片來源：Dreamstime授權使用ccweng2024/06/28 16:24產業科技國際策略發展所 工業技術研究院 權利所有。3矽光子技術路線與市場趨勢12矽光子關鍵元件及材料解析3矽光子供應鏈競合分析c

2、cweng2024/06/28 16:24產業科技國際策略發展所 工業技術研究院 權利所有。4全球矽光子技術領導業者 Intel：矽光是結合 20 世紀兩個重要發明矽積體電路和半導體雷射 光透過光纖傳輸相較於電透過銅傳輸，具有低損耗、高頻寬、不易受電磁波干擾、傳輸距離遠等優勢 然而擔任光纖通訊光電轉換、傳輸和接收重要功能的光收發器，因矽基半導體不會發光，導致電子晶片EIC、光學晶片PIC多由互相獨立的供應鏈生產封裝，最後再交由模組廠進行連接組裝 傳統可插拔式光收發器(Transceiver)結構光發射元件TOSA和PIC半導體雷射LD光接收元件ROSA和PIC光感測晶片PD光纖接口TOSA&R

3、OSA PCB上的EIC插槽資料來源：工研院產科國際所ccweng2024/06/28 16:24產業科技國際策略發展所 工業技術研究院 權利所有。5AI 引領銅退光進趨勢，讓高度整合、低傳輸損耗的矽光子找到突破口傳統光收發器矽光子光收發器元件離散的電子和光學元件整合在矽晶片上傳輸損耗高低製造流程複雜高度整合組裝自動化程度低自動化程度高產品信賴度低高技術門檻低高成本低隨傳輸速度增加會更具成本效益 隨著資料中心運算能力的增加，傳統光收發器的傳輸損耗問題持續擴大，讓高度整合的矽光子技術開始顯現其優勢，據傳Google已在最新的資料中心，開始佈署800G的矽光子光收發器 傳統光收發器 vs 矽光子光

4、收發器資料來源：工研院產科國際所ccweng2024/06/28 16:24產業科技國際策略發展所 工業技術研究院 權利所有。6矽基半導體不會發光，最大挑戰之一自然是如何整合 PIC 特別是雷射和光放大器的 III-V 族化合物半導體，其磊晶結構很難在矽晶圓上堆疊Die to wafer bondingFlip-chip integrationTransfer printing流程1.在III-V族晶圓上先做好PIC磊晶片(Die)2.在矽晶圓上做好線路設計3.將PIC磊晶片Bonding在矽晶圓上4.透過蝕刻等程序製作雷射完整結構1.在III-V平台上製作完整的雷射晶片2.將雷射晶片倒裝並焊

5、接在矽晶片上1.在III-V平台上製作完整的雷射晶片2.Stamp橡膠Pick-and-place，一次性大量轉移雷射晶片至矽晶片上優點 不用精準對位、整合程度高 技術簡單、可在現有產線生產 提升Flip-chip integration的效率缺點 技術門檻高、需設資新產線 需準精對位、生產效率低 尚未有成熟設備可供使用代表業者Intel、Scintil Photonics、SkorpiosCisco(Luxtera)、AMFImec、X-Celeprint123412123資料來源：工研院產科國際所ccweng2024/06/28 16:24產業科技國際策略發展所 工業技術研究院 權利所有。

6、7採用遠端雷射模組相對容易，不過整合所帶來的功耗和體積下降有限MI 是將所有結構在同片矽晶圓上製作(終極目標)，但商用化難度很高Remote laser moduleMI(Monolithic integration)流程1.將雷射獨立封裝模組化2.其它元件則儘量整合在矽半導體平台中製作3.整合好的晶片再與雷射模組進行連接1.利用應力緩衝層，在矽晶圓上堆疊III-V化半材料2.在同片矽晶圓上持續完成所有EIC、PIC結構優點 較易生產、可避免EIC溫度影響波長、雷射易更換 高度整合、傳輸損耗最低缺點 體積難微縮、功耗難下降 技術難度最高且雷射效率差，仍處於研發階段代表業者Cisco、Broad