Im Postmoor-Zeitalter, in dem die Nachfrage nach Rechenleistung explodierte, wurde die hohe Geschwindigkeit der Datenübertragung zu einem entscheidenden Engpässen, der die Leistung des Systems einschränkte. Die herkömmliche elektrische Vernetzungstechnologie der Kupferverbindung steht vor physikalischen Grenzen, während die Photonintegrationstechnologie mit ihren absoluten Vorteilen der hohen Bandbreite, niedrigen Verzögerung und Störungsbeständigkeit zum Kernpfad zur Lösung dieses Problems wird. Die effiziente und zuverlässige Verbindung von Mikron-Photonenchips mit der Außenwelt ist jedoch immer eine große Herausforderung für die Industrie. Photon-Lead-Binding-Drucksysteme als optisch vernetzte Verpackungstechnologie eröffnen mit ihrer Flexibilität, hohen Präzision und Automatisierungspotenzial völlig neue Möglichkeiten in den Bereichen Hochgeschwindigkeits-optische Kommunikation, künstliche Intelligenz und Sensorik.

Technische Engpässe: Das Problem der "letzten Kilometer" der herkömmlichen optischen Interkonnektivität

Die größten Kosten und technischen Herausforderungen bei der Verpackung von Photonic Integrated Chips (PICs) entstehen durch die Anbindung der optischen Faser an die Nano-Lichtwellenleiter auf dem Chip. Die herkömmlichen Methoden haben große Schwierigkeiten:

1. Ausrichtungsgenauigkeitsanforderungen: Der Durchmesser des Einmodus-Glasfasers ist nur etwa 10 Mikron, der Unterschied zwischen der Ausrichtungskapazität und dem Chip-Wellenleiter ist auf einer Submikron-Ebene erforderlich, die Montage ist sehr schwierig.

2. Der Prozess ist komplex und kostspielig: Abhängig von der präzisen mechanischen Anpassung, der aktiven Ausrichtung und dem Kleben, ist es zeitaufwendig und schwierig zu skalieren, und die Verpackungskosten können mehr als 80% der Gesamtkosten des Geräts ausmachen.

3. Schlechte Flexibilität: Sobald er ausgehärtet ist, ist der Verbindungsweg fest und kann sich nicht an verschiedene Positionen auf dem Chip anpassen, verschiedene Höhen der Anschlussverbindung, niedrige Konstruktionsfreiheit.

2. Kernprinzip: Freie Lichtwellenleiter mit Licht "drucken"

Die Kerngedachte des Photonenleitungsbindungssystems ist erstaunlich: Es „druckt“ wie ein 3D-Drucker einen beliebigen Lichtwellenleiter in beliebiger Form, der die beiden optischen Anschlüsse verbindet, direkt mit „Tinte“ im dreidimensionalen Raum.

Sein Arbeitsablauf ist ein präziser Tanz der Multitechnologie-Fusion:

Präzise Positionierung: Hochauflösendes Visionssystem bildet zunächst die Lichtwellenleiterfläche und die Zielfaserendefläche auf dem Chip ab und positioniert sie genau, um ein dreidimensionales Koordinatenmodell zu erstellen.

2. Feitosekundenlaserschreiben: Das System steuert einen ultraschnellen Feitosekundenlaserfokus, der sich genau auf ein spezielles lichtempfindliches Polymer („Tinte“) konzentriert. Das Material wirkt als Doppelphotonen-Absorption im Laserfokus, was zu einer lokalen Polymerisationshärtung führt, während der Bereich außerhalb des Fokus flüssig bleibt.

3. Dreidimensionales "Malen": Abhängig vom vorgegebenen Programmpfad bewegt sich der Laserfokus im dreidimensionalen Raum und scannt eine beliebige Kurvenbahn, die beide Enden verbindet. Das durchlaufende Material wird ausgehärtet und bildet einen festen, verlustarmen Lichtwellenleiter, der in flüssigen Polymeren begraben ist.

4. Nachbehandlung und Schutz: Nach Abschluss des Drucks waschen Sie das ungehärtete flüssige Harz ab und lassen Sie die Photonenleitung vollständig strukturiert. In der Regel wird auch eine Schutzschicht überdeckt, um eine stabile eingebettete optische Interkonnektivitätsstruktur zu bilden.

3. Photonenleitung Bindung Drucksystem System Zusammensetzung und technische Vorteile

Ein komplettes PWB-System ist die Integration mehrerer Spitzentechnologien:

Ultra-schnelle Lasersysteme: liefern die hohe Spitzenleistung des Phytosekundenlasers, der zur Auslösung der Doppelphotonen-Aggregation erforderlich ist.

- Hochpräzise dreidimensionale Bewegungsplattform: Laserfokussierung und Scannen mit Nano-Auflösung.

Visuelle Positionierungssysteme mit mehreren Perspektiven: für die Anfangsausrichtung mit hoher Präzision und die Prozessüberwachung.

- Material-System: Low-Verlust, hohe Transparenz Photogravur entwickelt speziell für optische Verbindungen.

Intelligente Steuerungssoftware: Integrierte visuelle Erkennung, Pfadplanung und Prozesssteuerung im Kern des Gehirns.

Zu den revolutionären Vorteilen gehören:

1. Konstruktionsfreiheit: Sie können beliebige dreidimensionale Kurven drucken, um leicht eine niedrige Verlustverbindung zwischen verschiedenen Ebenen und verschiedenen Winkelanschlüssen zu erreichen, um die Beschränkungen des herkömmlichen Planoptik-Designs zu überwinden.

2. Ausrichtungstoleranz: Die beiden Enden des gedruckten Wellenleiters können breiter sein als der Chip-Wellenleiter, wie ein "Lichttreicher", der effektiv die Genauigkeitsanforderungen an die Docking reduziert, von Submikron auf mehrere Mikron entspannt.

Automatisierung und Skalierbarkeit: Der gesamte Prozess wird durch ein Computerprogramm gesteuert und wird wahrscheinlich zu einer schnellen, vollautomatischen Verpackungslösung entwickeln, die die Verpackungskosten und -zyklen erheblich reduziert.

4. Ausgezeichnete Leistung: Der gedruckte Wellenleiterverlust kann bis zu 0,05 dB / mm niedrig sein und die Leistung nähert sich den herkömmlichen Lichtwellenleitern.

4. Anwendungsperspektiven: Ein neues Zeitalter der Photonintegration eröffnet

1. Hochgeschwindigkeits-optische Kommunikation: bietet eine effiziente und kostengünstige optische Interkonnektivitätslösung auf Chip-Ebene für fortschrittliche Verpackungsformen wie CPO / OBO (Co-Package / Onboard Optics) im Rechenzentrum.

2. Künstliche Intelligenz und Hochleistungsberechnung: In komplexen Multi-Chip-Systemen wie KI-Beschleunigern und optischen Computerchips wird eine optische Interkonnektivität mit hoher Dichte und niedriger Verzögerung zwischen Chips realisiert.

Quanteninformationsverarbeitung: für die Verbindung verschiedener Funktionseinheiten auf Quantenchips, deren Anforderungen an niedrigen Verlust und flexible Verkabelung in hohem Maße mit der PWB-Technologie übereinstimmen.

4. Fortgeschrittene Sensoren und medizinische Geräte: Flexible Verbindung von Lichtquellen, Detektoren und Sensoreinheiten in integrierten Photonensensoren, um kompaktere und leistungsstarkere Sensormodule herzustellen.

Die Photonenleitung bindet das Drucksystem an und ähnelt eher einem "Mikroskulptoren", der seine Kreationen im Mikrometer-Maßstab erstellt. Mit einem Lichtstrahl als Gravur und Intelligenz als Blaupause webt er frei den Lichtweg im dreidimensionalen Raum. Diese Technologie löst nicht nur die Kernschmerzen der Photonintegrierungsverpackung, sondern eröffnet endlosen Raum für das Design und die Innovation von Photonengeräten. Es treibt leise eine Verpackungsrevolution von „elektrischer Vernetzung“ zu „optischer Vernetzung“ voran und legt eine „Autobahn des Lichts“ für den Aufbau der Computerinfrastruktur der nächsten Generation.