Módulo 11 (Final) • Automação EPDA & Tape-out MPW

Metodologia de Projeto EPDA, Leiaute em gdsfactory e Fabricação MPW

O fluxo industrial completo de automação eletrônica-fotônica (EPDA), síntese programática com gdsfactory em Python, verificação física DRC no KLayout e submissão a fundições Multi-Project Wafer (MPW).

👨‍🏫 Prof. Marcelo Segatto 🏛️ IN-Foton & UFES ⏱️ Carga Horária: 8 horas 🎓 Nível: Capstone Profissional

1. O Fluxo de Automação de Projeto (EPDA)

O desenvolvimento de circuitos integrados fotônicos (PICs) em escala industrial exige um fluxo metodológico rigoroso que elimina a intervenção manual e garante que o chip fabricado obedeça com fidelidade absoluta às simulações eletromagnéticas:

  1. Especificação e Esquemático: Definição da topologia e das conexões lógicas entre componentes ópticos e elétricos.
  2. Simulação Circuital Compacta: Avaliação em nível de sistema através de matrizes de espalhamento [S] no SAX ou Simphony.
  3. Síntese Paramétrica de Leiaute: Geração determinística de polígonos e roteamento em Python utilizando gdsfactory.
  4. Verificação Física (DRC e LVS): Checagem de regras litográficas (larguras, gaps, densidade CMP) e correspondência esquemático-leiaute no KLayout.
  5. Tape-out: Exportação do retículo em formato binário GDSII / OASIS e envio para a fundição.

🎛️ Visualizador Interativo de Leiaute e Checagem DRC

Ajuste os parâmetros geométricos de um acoplador direcional / curva de Euler e observe a validação em tempo real das regras DRC DUV 193 nm.

PASSED
Status DRC (DUV 193nm)
0.05 dB
Perda por Curvatura Estimada
42.5 %
Densidade de Silício (Tiling)
0.08 mm²
Área Estimada da Célula

2. O Modelo de Negócios Multi-Project Wafer (MPW)

Um conjunto completo de fotomáscaras industriais DUV pode custar centenas de milhares de dólares. O modelo Multi-Project Wafer (MPW) democratiza a fabricação compartilhando o custo das máscaras entre dezenas de clientes em uma mesma lâmina comercial de $200\text{--}300\,\text{mm}$:

Fundição Comercial Localização Plataforma Principal Dimensão Mínima Recursos Especiais
AMF Singapura SOI 220 nm e SiN $130\,\text{nm}$ Dupla camada Si, aquecedores TiN, acoplamento de borda de baixa perda
IMEC Bélgica iSiPP50G SOI $65\text{--}90\,\text{nm}$ Moduladores 50G, fotodetectores Ge rápidos, metalização dupla M1/M2
AIM Photonics EUA SOI 220 nm / SiN $90\,\text{nm}$ Integração 3D com interposer elétrico, lasers III-V heterogêneos
Applied Nanotools (ANT) Canadá E-beam Lithography $60\,\text{nm}$ Prototipagem rápida em 6 a 8 semanas, ideal para validação acadêmica

3. Problemas Resolvidos de Engenharia

Problema 1: Extração de Perda Linear pelo Método Cut-Back

Enunciado: Um teste cut-back possui espirais com comprimentos $L_1 = 1{,}0\,\text{cm}$, $L_2 = 2{,}5\,\text{cm}$ e $L_3 = 5{,}0\,\text{cm}$. A atenuação medida foi $9{,}5\,\text{dB}$, $12{,}2\,\text{dB}$ e $16{,}7\,\text{dB}$. Determine a perda de propagação em $\text{dB/cm}$ e a perda por acoplador de grade.

Solução:

1. Atenuação de propagação: $\alpha = \frac{16{,}7 - 9{,}5}{5{,}0 - 1{,}0} = \frac{7{,}2\,\text{dB}}{4{,}0\,\text{cm}} = 1{,}80\,\text{dB/cm}$.

2. Perda dos acopladores: $2 \times \text{IL}_{\text{GC}} = 9{,}5 - (1{,}8 \times 1{,}0) = 7{,}7\,\text{dB} \implies \text{IL}_{\text{GC}} = 3{,}85\,\text{dB/acoplador}$.

Problema 2: Verificação de Densidade de Silício para CMP

Enunciado: Uma janela de $100 \times 100\,\mu\text{m}^2$ contém $180\,\mu\text{m}^2$ de guias de silício (densidade de $1{,}8\%$). A fundição exige densidade mínima de $25\%$. Quantos blocos flutuantes (dummy tiles) de $2 \times 2\,\mu\text{m}^2$ devem ser adicionados?

Solução:

Área mínima de $25\%$: $2500\,\mu\text{m}^2$. Área a preencher: $2500 - 180 = 2320\,\mu\text{m}^2$.

$$N_{\text{tiles}} = \frac{2320\,\mu\text{m}^2}{4\,\mu\text{m}^2} = 580 \text{ blocos de silício}$$

🎓 Parabéns! Conclusão do Curso de Fotônica Integrada

Você completou com êxito os 11 módulos curriculares do curso de Fotônica Integrada do IN-Foton & UFES sob a coordenação do Prof. Marcelo Segatto.

Agora você domina desde as equações fundamentais de Maxwell e os métodos numéricos computacionais (FEM, FDTD, EME) até a síntese de fotomáscaras industriais GDSII e a submissão para fundições internacionais no modelo Multi-Project Wafer.