Y8T363 再论硅“通”孔
现在光模块总提到要3D封装，尤其是提到硅光集成芯片时说3D封装与硅通孔的优缺点。
说起硅通孔来，咱们在2020/2021/2022合集里有好些篇是关于硅通孔的仿真参数的，硅通孔对于带宽的影响很大，尤其是寄生电容很大，导致RC常数很大，带宽降低，需要各种小心避免。
换句话说，硅不做“通”孔，就没有这些麻烦。
换第二句话说，PCB做“通”孔，也没有这些麻烦
换第三句话说，LTCC低温共烧陶瓷的多层布线做“通”孔，也没有这些麻烦
今天略聊一下，硅的“通”孔戳了啥马蜂窝
见过硅光工艺的布线吧，很多家工艺有单层的多层的，在绿色的氧化硅层纵向打孔，横向走线，可以起到互联作用。
层和层之间有氮化硅层
下图是IMEC的不包括硅通孔的硅光工艺
也写过基于硅通孔的工艺细节，用于各种热插拔和CPO的高密度封装。我个人习惯用绿色来表示氧化硅，粉色表示硅。
下图是Marvell的基于硅通孔的硅光芯片/光纤/激光器/DRV/TIA的组装结构。
从这些结构看不出来，硅通孔与非通孔有啥本质区别。我换个角度来聊。
只分三类材料，
第一类：导电的材料，都用橙色表示，比如PCB板中的铜、镍、金，比如集成电路中的钨、钛、镍、铂、金、铝、铜...， 总之，他们的目的是用来做“导体”路径的。
第二类：绝缘的材料，都用绿色表示，比如PCB板中的玻璃纤维、树脂等，比如集成电路中的氧化硅、氮化硅等，比如LTCC中的陶瓷..., 他们的目的是用来做“隔离”的，让各个导体之间不会短路。
有了导体和绝缘体，就可以做多层布线了，传统的PCB比较便宜，LTCC的多层陶瓷性能比较好，但也比较贵，等等。这些的核心性能是一致的，该导电的导电，不导电的就做好隔离工作。
PCB和LTCC做通孔，就不难。因为他们只有两大类材料，导电的材料和不导电的材料。
第三类材料，半导体材料（这里我把半绝缘材料也笼统的包进来，先不做细分）。 半导体，就是半导电的固体材料，比如硅，这些材料有啥作用？
掺杂后形成P型半导体，N型半导体，PN之间，正向导通反向截止，这啥意思呢，正向偏压的时候看着像“导体”，反向偏压的时候看着像“绝缘体”，这就打开了另一个世界的通道，可控，听话，我们的信号就有了“开关”两个状态了，是吧。
P型半导体和N型半导体再复杂一些，就可以是NPN、PNP等双极性“开关”，就可以是NMOS、PMOS、CMOS等场控效应的“开关”，比如DSP就是很典型的半导体集成“电路”
利用PN还可以控制光学信号，比如PN半导体中，正偏压、反偏压，来控制光学折射率，做激光器、探测器、调制器、滤波器、谐振腔....等等，如果用硅这种半导体来控制光学，就是咱常听到硅光集成，也就是半导体集成“光路”
我们天蓝色来表示半导体，当半导体集成电路或者集成光路，制作万功能后，剩下的就是做多层互联，这时候不需要半导体再次表现出“正向反向”啥的变化，对于后期的信号线的布局，只需要该导电就导电，不导电就绝缘。
一般在顶层做线路互联时，导电的材料是金属（铜、铝、钨等），绝缘的材料是氧化硅和氮化硅。一层层向晶圆的顶层引出就行。
传统的集成电路和集成光路的布线层在顶面的几层
如果要把硅光芯片和PCB/LTCC的多层布线连在一起呢，也有三种形式，
一是“引线”键合，这种工艺用的最多了，有些引线，咱做光模块的能看到，比如COB工艺。有些引线咱看不到，是因为这些引线被封装起来了。
二是Flip Chip，倒装焊，把芯片翻个面，引线的部分就和我们的PCB/LTCC焊在一起。同样的，Flip Chip的结构，在光模块的封装工艺中，有些是可以看到的，有些看不到，芯片倒装焊在一个基板后封装好了再卖给我们的，我们只需拿来做SMT的贴装就行。
三，就是硅通孔，既不像第一种用外部金丝，也不像第二种反面。而是直接把蓝色区域穿个孔，把导电引过来。
戳了马蜂窝的，就是金属线穿过蓝色的“半导”电的区域。
我们非常习惯的是导体在绝缘体中穿过来又穿过去，虽然导体有好的不好的各种优缺点，绝缘体材料也是各种优缺点，总的来说，信号的绝大部分是在导体中传送的。
但如果导体布线，并且直接在半导体中穿过来穿过去，就要了亲命了，直接连不行，半导体虽然不是很导电，但也是半导，信号的很大一部分能量就被半导体给消耗了，这压根就不能用。
下图左边，就是我们常见的什么PCB板、陶瓷板、玻璃基板、集成电路/光路的上半部分的结构，导体穿越的是绝缘体。这是可行的。
下图右侧，如果导体作为互联的信号线而言，直接穿越半导体，是不行的。
一个变通的方法，就是在半导体中打个孔，然后涂覆一层绝缘体，用绝缘体把导体和半导体隔离开，这总行了吧。嗯，这行，
这就是硅要把下半部分打穿，形成“通”孔，常见的工艺，在硅这个半导体材料上，先氧化一下，形成薄薄的一层氧化硅绝缘体，里边再填注各种金属做导线。
马蜂窝，就是这个蓝/绿/橙三色叠加体，其他地方看不到的奇观，蓝是半导体硅，绿是氧化硅绝缘体，橙是金属导体
半导体-氧化硅-金属， 这是个电容
这个电容导致带宽不足。
最后呼应一下前头换的那三句话。
换句话说，硅不做“通”孔，就没有这些麻烦，键合丝工艺或者Flip Chip工艺，都无需在半导体中穿孔，不会额外增加个大电容。
换第二句话说，PCB做“通”孔，也没有这些麻烦，因为PCB只做互联，就两类材料，导电的和不导电的，有寄生电容也很小，不是这种半导体-绝缘体-导体所寄生的大电容。
换第三句话说，LTCC低温共烧陶瓷的多层布线做“通”孔，也没有这些麻烦，理由与第二句话一样，陶瓷是绝缘体。
