在高性能計(jì)算與數(shù)據(jù)中心快速發(fā)展的背景下，芯片間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捙c功耗問(wèn)題日益突出。傳統(tǒng)的電互連技術(shù)在面對(duì)不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)吞吐需求時(shí)，逐漸暴露出信號(hào)損耗、串?dāng)_和熱耗散等方面的局限。光子引線鍵合（PWB）作為一種基于聚合物波導(dǎo)的三維光互連技術(shù)，正逐步進(jìn)入研究視野，為芯片級(jí)與板級(jí)光互連提供了一種具備靈活性的替代方案。

技術(shù)原理

PWB的核心思路，是利用飛秒激光直寫(xiě)技術(shù)在特定襯底上制備聚合物材質(zhì)的導(dǎo)光結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同光子芯片、激光器或探測(cè)器之間的低損耗光學(xué)連接。該過(guò)程通常包括以下關(guān)鍵步驟：

材料選擇：采用具有合適折射率與透過(guò)窗口的光敏聚合物材料，如折射率可調(diào)的光刻膠。

激光直寫(xiě)：通過(guò)飛秒激光在聚合物內(nèi)部誘導(dǎo)雙光子聚合，將所需的三維波導(dǎo)結(jié)構(gòu)按預(yù)設(shè)路徑寫(xiě)入材料中。

顯影與后處理：去除未曝光的部分，留下聚合物波導(dǎo)作為光子引線。

該方法的獨(dú)特之處在于，波導(dǎo)路徑可以在三維空間內(nèi)自由彎曲，無(wú)需依賴(lài)預(yù)先設(shè)計(jì)的光纖陣列或透鏡耦合系統(tǒng)。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用前景

相較于傳統(tǒng)的光纖端面耦合或光柵耦合方法，光子引線鍵合具備若干值得關(guān)注的特點(diǎn)：

耦合效率可控：通過(guò)優(yōu)化波導(dǎo)模場(chǎng)分布與芯片端面模式的匹配，可實(shí)現(xiàn)低于1dB的耦合損耗。

對(duì)準(zhǔn)容差較好：波導(dǎo)端面可直接成形以匹配芯片光口尺寸，降低了對(duì)亞微米級(jí)高精度貼裝設(shè)備的依賴(lài)。

三維靈活性：可在不同高度、不同朝向的光端口之間建立連接，簡(jiǎn)化封裝流程。

環(huán)境適應(yīng)性：聚合物波導(dǎo)具有一定的機(jī)械柔順性，有助于緩解熱膨脹失配帶來(lái)的應(yīng)力影響。

在應(yīng)用層面，PWB技術(shù)已被探索用于硅光收發(fā)模塊、光計(jì)算芯片互連以及多芯片封裝中的光時(shí)鐘分布等場(chǎng)景。有研究團(tuán)隊(duì)展示了包含多個(gè)硅光芯片的PWB集成模塊，實(shí)現(xiàn)了數(shù)十Gbps數(shù)據(jù)率的光鏈路。

當(dāng)前挑戰(zhàn)與展望

需要指出的是，光子引線鍵合技術(shù)仍處于發(fā)展初期，存在若干有待解決的問(wèn)題。

首先是聚合物材料的光學(xué)穩(wěn)定性問(wèn)題。長(zhǎng)期承受光功率、環(huán)境溫濕度循環(huán)以及紫外輻射后，部分聚合物材料可能出現(xiàn)折射率漂移或光吸收增加的現(xiàn)象，影響鏈路可靠性。

其次是制備通量限制。飛秒激光直寫(xiě)本質(zhì)上是串行加工過(guò)程，對(duì)于包含數(shù)百條光子引線的大規(guī)模集成場(chǎng)景，加工時(shí)間可能成為制約因素。業(yè)界正在研究并行曝光或多光束并行加工等提速方法。

總體而言，光子引線鍵合作為一種靈活的光互連方式，在解決異構(gòu)集成、光學(xué)封裝等環(huán)節(jié)中展現(xiàn)出應(yīng)用潛力。隨著材料體系優(yōu)化與加工工藝的演進(jìn)，該技術(shù)有望在光互連領(lǐng)域找到適合自身特點(diǎn)的應(yīng)用位置，但距離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化仍需持續(xù)的技術(shù)積累。