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基于玻璃基板的混合光子集成系统

2022-05-25 光学小豆芽 阅读:
小豆芽这里介绍下德国Fraunhofer IZM在玻璃基板的相关工作,供大家参考。

前面笔记介绍过康宁在Glass Interposer方面的进展(OFC2022: 康宁的Glass Interposer封装方案),有两位读者在微信群里留言问到是否其他机构在开发类似的技术。小豆芽这里介绍下德国Fraunhofer IZM在玻璃基板的相关工作,供大家参考。I1Bednc

Fraunhofer IZM研究组认为基于玻璃的光子集成系统是解决带宽增大、通道数变多的核心技术。他们首先比较了玻璃、聚合物、硅这三者的优劣,如下表所示,可以看出无论光学还是电学性质,玻璃都是优于聚合物和硅材料的。I1Bednc

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(表格来自文献1)I1Bednc

Fraunhofer IZM采用与康宁类似的离子交换(ion-exchange)工艺,制备glass波导,工艺步骤如下图所示,I1Bednc

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(图片来自文献2)I1Bednc

首先在玻璃上沉积一层金属(步骤b),然后通过激光直接成像(laser direct imaging)的方法进行光刻(步骤c和d),接着将芯片浸泡在含Ag离子的盐溶液里,银离子扩散进玻璃中(步骤e和f),形成折射率渐变(gradient index)的光波导。该波导的传输损耗为0.059dB/cmI1Bednc

基于该低损耗的玻璃光波导,Fraunhofer IZM提出了两种混合封装集成的方案,I1Bednc

1)Thin glass layerI1Bednc
该方案采用一层较薄(百微米量级)的玻璃层,玻璃中含有用于光信号routing的波导,如下图所示。整个板子称为EOCB(electric-optical circuit board), 板子上还包含其他电学元件、光学元件,例如LD/PD等。Glass波导在这里扮演了光纤互联的角色,连接EOCB上不同位置处的光器件。I1Bednc

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(图片来自文献1)I1Bednc

在该玻璃基板上还可以进一步加工多层金属,实现电信号的互联,形成更复杂的光电混合系统,如下图所示,I1Bednc

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(图片来自文献1)I1Bednc

芯片的cross-section如下图所示,在波导的上下都刻蚀了cavity,便于与外部的光纤互联。I1Bednc

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(图片来自文献2)I1Bednc

2) Glass BoardI1Bednc

该方案采用厚度为毫米级的玻璃,较厚的玻璃基板上可以放置多个光学组件和电学元件,基板内也含有光波导和金属用于信号的互联,如下图所示。I1Bednc

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(图片来自文献1)I1Bednc

采用激光加工玻璃夹具,并配合一个含有SSC的玻璃芯片,可以实现亚微米级的对准精度,耦合损耗只有0.5dB, 如下图所示,I1Bednc

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(图片来自文献1)I1Bednc

基于该glass board方案,可以实现小型的光学sub-assembly系统,如下图所示,在一个较小的glass board上集成了激光器、PD以及相应的电学元件。这样的子系统可以放置到另一个大的玻璃基板上。I1Bednc

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(图片来自文献1)I1Bednc

该方案可以实现多颗芯片封装在一起的panel级系统,如下图所示,I1Bednc

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(图片来自文献1)I1Bednc

简单总结一下,Fraunhofer IZM正在推进两种基于玻璃基板的封装方案,glass board方案更多的为了实现高精度和高稳定性的assembly, 将芯片或者子模块贴装到玻璃上。Glass layer方案有点类似康宁的glass interposer方案,利用玻璃波导在基板内传递光信号。玻璃基板方案目前还处于比较初级的阶段,需要更多的工艺开发与积累,这可能是研究机构与公司的区别。如何发挥玻璃基板低光学损耗、低RF损耗的优势?如果该基板方案可以解决一些用户的痛点,相信该技术会推动的更加迅速,例如康宁瞄准的CPO领域。I1Bednc

责编:Admin
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