В постмолевскую эпоху взрывного роста спроса на вычислительную силу высокоскоростная передача данных стала ключевым узким местом, ограничивающим производительность системы. Традиционная электротехническая соединительная технология медных соединений сталкивается с физическими ограничениями, а технология фотонной интеграции с ее абсолютными преимуществами высокой пропускной способности, низкой задержки и защиты от помех стала основным способом решения этой проблемы. Тем не менее, как эффективно и надежно соединить фотонные чипы микронного уровня с внешним миром всегда было огромной проблемой для отрасли. В качестве технологии упаковки оптических межсоединений фотонная система печати с выводами открывает новые возможности для высокоскоростной оптической связи, вычислений искусственного интеллекта, датчиков и других областей с ее гибкостью, высокой точностью и потенциалом автоматизации.

I. Технические узкие места: проблема « последнего километра» традиционных световых соединений

В упаковке фотонных интегральных чипов (PIC) самые большие затраты и технические проблемы связаны с стыковкой оптического волокна с нанооптическими волноводами на чипе. Традиционные методы сталкиваются с огромными трудностями:

1. Требования к точности выравнивания: диаметр модульного поля одномодового волокна составляет всего около 10 микрон, допуск к выравниванию с чиповым волноводом требует субмикронного уровня, сборка чрезвычайно сложна.

2.Процесс сложный, высокая стоимость: полагаться на прецизионную механическую регулировку, активное выравнивание и склеивание, трудоемкий и трудоемкий, трудно масштабировать, стоимость упаковки может составлять более 80% от общей стоимости устройства.

3.Плохая гибкость: после отверждения, путь соединения фиксирован, не может адаптироваться к различным позициям на чипе, разные высоты портового соединения, низкая степень свободы проектирования.

II. Основной принцип: "напечатать" световой волновод свободной формы со светом

Основная идея системы печати с фотонными выводами поражает: она, как и 3D - принтер, « печатают» световые волноводы любой формы, соединяющие два оптических порта, непосредственно в трехмерном пространстве « чернилами».

Его рабочий процесс представляет собой сложный танец с множеством технологий:

Точное позиционирование: визуальные системы с высоким разрешением сначала визуализируют и точно определяют оптические волноводные и целевые волоконно - оптические торцы на чипе, создавая трехмерные координатные модели.

Фемтосекундная лазерная прямая запись: система управляет пучком ультрабыстрых фемтосекундных лазерных фокусов, которые точно фокусируются внутри специального светочувствительного полимера (« чернила»). Материал имеет эффект поглощения двойных фотонов в лазерном фокусе, что приводит к локальному полимеризации и отверждению, в то время как область за пределами фокуса остается жидкой.

3.3D "Рисование": В соответствии с заданным программным путем лазерный фокус перемещается в трехмерном пространстве, сканируя траекторию произвольной кривой, соединяющую оба конца. Материал в месте прохождения отверждается, образуя твердотельный световой волновод с низким уровнем потерь, погребенный в жидком полимере.

4. Последующая обработка и защита: после завершения печати смыть нерастворившуюся жидкую смолу, оставив полностью структурированный фотонный вывод. Защитный слой обычно также покрывается, образуя стабильную встроенную структуру оптического соединения.

Состав и технические преимущества системы печати фотонных выводов

Полная система PWB является одним из самых передовых технологий:

- Сверхбыстрая лазерная система: обеспечивает фемтосекундный лазер максимальной мощности, необходимый для запуска двухфотонной полимеризации.

- Высокоточная трехмерная спортивная платформа: лазерное фокусирование и сканирование с разрешением нанометрового уровня.

- Многоугольная визуальная система позиционирования: для первоначального высокоточного выравнивания и мониторинга процесса.

- Материальные системы: фоторезисты с низким уровнем потерь и высокой прозрачностью, разработанные специально для оптических межсоединений.

- Программное обеспечение для интеллектуального управления: интегрированное визуальное распознавание, планирование путей, управление процессами в одном ядре мозга.

К числу его революционных преимуществ относятся:

1. Свобода проектирования: может печатать любую трехмерную кривую, легко достигая соединения с низким уровнем потерь между портами на разных плоскостях и под разными углами, преодолевая ограничения традиционной конструкции плоского светового пути.

Допуск на выравнивание: напечатанные концы волновода могут быть сделаны шире, чем чип - волновод, как « световая воронка», что эффективно снижает требования к точности стыковки, от субмикрон до нескольких микрон.

Автоматизация и масштабируемость: весь процесс управляется компьютерной программой и, скорее всего, превратится в высокоскоростное, полностью автоматическое решение для инкапсуляции, которое значительно снизит затраты и циклы инкапсуляции.

Превосходная производительность: потеря отпечатанного волновода может быть ниже 0,05 дБ / мм, а производительность близка к характеристикам традиционного светового волновода.

Перспективы применения: начало новой эры фотонной интеграции

Высокоскоростная оптическая связь: предоставление эффективных и недорогих решений для оптического межсоединения на уровне чипа для передовых форм упаковки, таких как интерьер центра обработки данных, CPO / OBO (с общей упаковкой / панельной оптикой).

Искусственный интеллект и высокопроизводительные вычисления: в сложных многочиповых системах, таких как ускорители ИИ и оптические вычислительные чипы, достигается оптическое соединение между чипами с высокой плотностью и низкой задержкой.

Квантовая обработка информации: используется для соединения различных функциональных элементов на квантовом чипе, требования которых к низким потерям и гибкой проводке в значительной степени соответствуют технологии PWB.

4. Расширенное сенсорное и медицинское оборудование: в интегрированных фотонных датчиках гибко подключаются источники света, детекторы и сенсорные блоки для создания более компактных и высокопроизводительных сенсорных модулей.

Фотонная система печати с выводами больше похожа на « микроскульптора», созданную в микрометровом масштабе. Он использует луч света в качестве ножа, интеллект в качестве плана, свободно сплетая путь света в трехмерном пространстве. Эта технология не только решает основные болевые точки интегрированной фотонной упаковки, но и открывает неограниченное пространство для воображения дизайна и инноваций фотонных устройств. Он тихо продвигает революцию инкапсуляции от « электрического соединения» до « светового соединения», прокладывая « световую магистраль» в будущее для строительства вычислительной инфраструктуры следующего поколения.