I circuiti integrati fotonici (PIC) sono dispositivi compatti che combinano più componenti ottici su un singolo chip. Hanno una vasta gamma di applicazioni nelle comunicazioni, nella misurazione, nel rilevamento, nell'informatica, nella spettroscopia e nella tecnologia quantistica. I PIC vengono ora prodotti utilizzando tecnologie di fabbricazione di semiconduttori mature. Ha ridotto i costi e migliorato le prestazioni. Ciò rende i PIC una tecnologia promettente per una varietà di applicazioni.
Il packaging fotonico è molto più impegnativo del packaging elettronico. I PIC richiedono una precisione di allineamento molto più elevata, tipicamente a livello di micron o addirittura submicron. Questo perché le modalità ottiche dei PIC devono essere abbinate con precisione.
La stretta tolleranza all'allineamento dei PIC li rende incompatibili con le principali tecniche e infrastrutture di confezionamento elettronico. Inoltre, la crescente domanda di integrazione eterogenea o ibrida di piattaforme di materiali multipli (come il silicio III-V e il niobito di litio) rappresenta un’altra sfida per l’imballaggio fotonico. Per affrontare queste sfide sono necessarie nuove tecnologie di packaging e architetture di dispositivi.
In un nuovo articolo pubblicato su Light:Advanced Manufacturing , un team di scienziati guidati dal dottor Shaoliang Yu e Qingyang Du hanno sviluppato nuove tecnologie di imballaggio.
La litografia a due fotoni (TPL) è una tecnologia basata sul laser che può essere utilizzata per creare strutture 3D ad altissima risoluzione. Recentemente è emerso come un approccio promettente per il packaging fotonico, che è il processo di assemblaggio e connessione di componenti fotonici in un unico sistema.
TPL offre numerosi vantaggi unici per il packaging fotonico. TPL può essere utilizzato per creare varie strutture fotoniche 3D, come modellatori di raggi e trasformatori di modalità. Ciò è importante per ottenere un'elevata efficienza di accoppiamento e ampie larghezze di banda quando si collegano diversi componenti ottici in un sistema.
Può anche formare connessioni ottiche tra componenti fotonici dopo l'assemblaggio. Questo perché la forma delle connessioni può essere personalizzata in base allo spostamento relativo tra i componenti. Ciò riduce la tolleranza di allineamento durante l'assemblaggio del PIC e consente l'uso di tecniche di assemblaggio elettronico standard.
TPL può creare collegamenti 2,5-D o 3D ad alta densità di canali e a bassa perdita per soddisfare le differenze di altezza tra le porte ottiche all'interno di un pacchetto. Ciò è particolarmente importante per l'integrazione ibrida, in cui i moduli sono modellati su substrati diversi con spessori variabili.
Il TPL può essere utilizzato per formare strutture micro e nanomeccaniche per guidare il posizionamento preciso dei componenti in un processo di allineamento passivo o connettori ottici collegabili.
Oltre a questi vantaggi, le resine TPL sono tipicamente a banda larga e hanno una bassa attenuazione ottica, il che le rende adatte per costruire collegamenti ottici a bassa perdita tra piattaforme di materiali diversi.
Nel complesso, TPL è una tecnologia versatile e potente per l’imballaggio fotonico. Offre diversi vantaggi unici che possono aiutare ad affrontare le sfide del confezionamento dei PIC, come la stretta tolleranza di allineamento e la necessità di un'integrazione eterogenea o ibrida. Poiché l'industria della fotonica adotta sempre più il TPL, sono in corso ulteriori sforzi di ricerca e sviluppo per aumentare la produttività della fabbricazione TPL, espandere il repertorio di materiali e sviluppare nuovi strumenti di progettazione e caratterizzazione.
Ulteriori informazioni: Shaoliang Yu et al, Litografia a due fotoni per imballaggi fotonici integrati, Luce:produzione avanzata (2023). DOI:10.37188/lam.2023.032
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
