隨著光子學技術(shù)在行業(yè)中尋求其利基市場，需要克服的一個障礙是可擴展的制造工藝。一種稱為光子引線鍵合（PWB）的技術(shù)希望推動光子學向前發(fā)展。

在過去的幾年中，研究人員在光子封裝和集成方面取得了巨大進展。

該技術(shù)的進步導致了高度集成的光子集成電路（PIC）的制造，同時采用了可擴展的微米和納米制造技術(shù)，旨在解決與光子芯片間連接相關(guān)的挑戰(zhàn)。

硅 PIC 的插圖。圖片由Carroll 等人提供

在提供高帶寬、低功耗和小外形尺寸的同時，PIC 可在廣泛的領域中找到應用，包括電信、數(shù)據(jù)中心、RF 系統(tǒng)等。

盡管推動創(chuàng)造更多的光子技術(shù)，但這項技術(shù)面臨著一些挑戰(zhàn)，尤其是在制造方面。

考慮到這一點，本文將討論一個主要挑戰(zhàn)，即光子引線鍵合，以及它如何在 PIC 開發(fā)中發(fā)揮作用。

克服光子引線鍵合的限制

傳統(tǒng)的光子器件通常通過標準的單模光纖連接。不幸的是，這種用于連接的技術(shù)可能會在強引導片上波導和光纖的光學模式之間產(chǎn)生不匹配。

更重要的是，可實現(xiàn)的最小互連密度由光纖的橫截面決定，它可能相對大于片上組件的幾何尺寸。

為了克服光子互連中的這些限制，卡爾斯魯厄理工學院 (KIT) 的研究人員開發(fā)了一種 PWB 技術(shù)，該技術(shù)提供了連接和集成光子器件的潛力，以實現(xiàn)靈活和高性能的多芯片系統(tǒng)。

總體而言，該技術(shù)聲稱是光學模塊工業(yè)生產(chǎn)的不錯選擇。

過去，研究人員使用光子引線鍵合技術(shù)制造了一個400 Gbit/s 的硅光子發(fā)射器模塊，該模塊包括一個由八個激光源組成的陣列，這些激光源為八個硅光子馬赫 - 曾德調(diào)制器 (MZM) 陣列供電。

這項技術(shù)的發(fā)展有助于刺激光子學研究和設備創(chuàng)造。希望利用這種 PWB 技術(shù)，合作旨在更大規(guī)模地集成它。

協(xié)作為可擴展圖片打開了更多大門

PWB 技術(shù)通常針對最先進的光子子組件中對低損耗光學互連不斷增長的需求。

Freedom Photonics希望利用 PWB 技術(shù)促進下一代高度集成的光子器件的制造，正在利用 Vanguard Automation 的 SONATA 和 REPRISE 1000 系統(tǒng)。

這兩款設備使用 3D 納米打印技術(shù)在兩個組件 (PWB) 或刻面附加微透鏡 (FAML) 之間制造波導光學互連，以使用 2 光子光刻工藝耦合光。

雖然 SONATA 是執(zhí)行 PWB 和 FAML 的結(jié)構(gòu)操作的光刻單元，但 REPRISE 負責所有預處理和后處理步驟，包括分配、去除未曝光的樹脂、清潔和粘合封裝。

光子引線鍵合是如何制成的？

制造商按照分步流程制造光子引線鍵合。此外，制造過程采用基于多光子誘導聚合的三維直接激光寫入（3D DLW）。

光子材料首先安裝在平面顯微鏡蓋玻片或金屬底座上。該底座執(zhí)行機械接地板、散熱器和電接觸功能。

然后，使用聚合物粘合劑、導電粘合劑或焊接技術(shù)將裸片放置在子底座上。

光子引線鍵合工藝的典型示例。圖片由Lindenmann 等人提供

此外，通過用超凈丙酮和異丙醇連續(xù)沖洗來清潔子底座和光子組件，以去除有機殘留物和松散的無機顆粒。

樣品制備后，將光學模塊和抗蝕劑材料插入 3D 直接激光寫入光刻系統(tǒng)。此外，光刻膠材料沉積在饋電波導的互連區(qū)域之間。

用于模式識別的相機和計算機視覺技術(shù)的組合用于獲得光學饋電波導的視覺印象。同時，PWB 的形狀適應集成波導刻面的實際位置。

基于波導出口的測量坐標，計算出新興光子線鍵合的結(jié)構(gòu)。然而，計算的結(jié)構(gòu)被轉(zhuǎn)移到由光刻系統(tǒng)連續(xù)尋址的單個點組成的單個寫入行中，以生成機器可讀的數(shù)據(jù)集。

最后，在顯影浴中去除未聚合的抗蝕劑材料。在制造過程中，不需要高精度的主動對準，因為波導幾何形狀適應光子子系統(tǒng)的相對位置。

光子引線鍵合制造的下一步

卡爾斯魯厄理工學院的研究人員開發(fā)的光子引線鍵合技術(shù)專注于芯片到芯片的光子連接。進一步的進步是在片上波導和單模光纖之間加入 PWB 接口。

此外，對可以通過雙光子聚合結(jié)構(gòu)化的不同抗蝕劑材料的評估也很重要。

光子引線鍵合互連的特寫視圖。光子引線鍵合工藝的典型示例。圖片由Lindenmann 等人提供

總而言之，光子引線鍵合技術(shù)熱衷于提供具有高封裝密度和增加光子集成電路設計靈活性的光子系統(tǒng)。

審核編輯 黃昊宇