比利时研究中心Imec在基于高频芯片的系统领域又迈出了重要一步，扩展了其300毫米射频硅中介层平台，以支持采用Si-CMOS技术的III-V族芯片的系统级集成。该研发成果旨在满足新兴的毫米波和亚太赫兹无线应用需求，以及下一代数据中心的高速信号处理需求。
最新进展结合了高密度嵌入式电容器、可扩展的无源元件建模框架以及用于 III-V 族芯片组装的激光辅助键合技术。这些技术的共同目标是在提高性能的同时，降低异构集成的成本和复杂性。
对于从事射频设计、先进封装和半导体制造的eeNews Europe读者而言，此次公告重点介绍了将 InP、GaAs 和 GaN 等 III-V 族材料与主流 CMOS 平台集成的实用方法。此外，它还深入探讨了芯片架构如何演进以解决通信和数据中心基础设施中的性能瓶颈。
用于更小芯片的高密度被动元件
随着无线系统向更高频率发展，设计人员在平衡性能、功耗、尺寸和制造成本方面面临着日益严峻的挑战。Imec 的方案将性能关键功能保留在紧凑的 III-V 芯片内，同时将无源元件移至具有低损耗互连的硅中介层上。
其中一项关键改进是采用了一种新型金属-绝缘体-金属电容器（MIMCAP）架构。该设计将高介电常数铝-氧化铪介质与后端工艺中的三维氧化物凸点结构相结合。
“降低III-V族芯片尺寸和成本的关键在于将无源元件（例如去耦电容）卸载到射频硅中介层上，”肖孙表示。“在今年的IMS/RFIC会议上发表的一篇论文中，我们展示了如何将这种卸载方法与新型MIMCAP架构相结合，与III-V族技术中典型的片上电容相比，电容密度可提高10到100倍。这有助于实现更紧凑、更经济高效的系统设计，并改善毫米波和亚太赫兹无线系统以及高速数据中心应用的供电性能。”
Imec 表示，电容密度的增加可以显著减小芯片面积，同时提高整体系统效率，尤其适用于先进的无线和光互连应用。
建模和键合进展
为了完善电容器技术，Imec 推出了一种用于射频中介层无源元件的建模框架，该框架已在高达约 300 GHz 的频率范围内得到验证。该框架使设计人员能够预测不同几何形状的电路性能，而无需重复仿真或测量每种设计变体，从而有助于缩短开发时间。
该框架目前侧重于传输线，但Imec计划将其扩展到更广泛的设计库，其中还将包括电感器和MIM电容器。
在封装方面，Imec公司展示了用于将III-V族芯片集成到射频硅中介层的激光辅助键合技术。该技术能够将芯片安装在复杂的、富含被动元件的堆叠结构上，同时避免损坏温度敏感层，并保持较低的热预算。
该工艺在43个器件中实现了优于600nm的对准精度和低于0.05°的旋转偏差。组装后的射频测量结果显示，在110 GHz至170 GHz频段内反射率低于-15 dB，表明芯片在键合过程中性能得以保持。
面向可制造的基于芯片的射频系统
这项最新成果建立在Imec此前取得的里程碑式成就之上。2024年，该机构展示了在300mm射频硅中介层上集成InP芯片，并在140GHz频率下实现了可忽略不计的插入损耗。2025年，他们将该平台的低损耗性能扩展至325GHz。
“通过这项工作，我们展示了一个独特的集成平台，该平台集性能、可扩展性和可制造性于一体。我们的下一个重点是进一步提升该平台的技术成熟度，并支持小批量生产——帮助我们的合作伙伴更轻松地开发和扩展下一代射频系统，”孙说道。
Imec 将被动集成、预测设计工具和先进的组装技术结合在一个平台上，使其成为未来毫米波、亚太赫兹和高速数据中心系统的潜在基础。
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