PWB（光子引线键合）：光互连时代的封装革命

光子引线键合（Photonic Wire Bonding，简称PWB）是一种借鉴传统金属引线键合思路，但以光波导作为连接媒介的革命性光芯片互联技术。它通过在光芯片之间打印三维聚合物波导，实现芯片与芯片、芯片与光纤之间的高效、灵活、高容差光耦合，为解决硅光集成等光子芯片封装中的高精度对准难题提供了全新方案。

一、技术原理与工艺流程

PWB技术的核心原理是利用飞秒激光双光子聚合效应。通过控制高能量的脉冲光束，使光刻胶在特定位置发生多光子聚合反应，形成三维聚合物波导，起到光连接的作用。其工艺流程清晰可控：

芯片放置：将需要互联的不同光芯片放置在同一基片上，基片可设计形状以补偿芯片间的高度差。

涂胶与清洗：清洗芯片表面，并在需要互联的区域沉积光刻胶。

曝光成型：基于机器视觉识别标记，使用飞秒激光在光刻胶内直接写入设计的波导结构。波导形状可根据芯片间距离、模场直径（MFD）等参数调整，通常为弯曲的锥形（Taper）结构，以实现模场匹配。

显影去除：去除未曝光的光刻胶，得到固化的聚合物光波导。

与传统金属引线键合相比，PWB的“线”是光透明的聚合物波导，能引导光信号传输，避免了电互联中的电阻、电容、电感等寄生效应，极大提升了信号传输速率和带宽。

 

二、技术优势与性能表现

PWB技术的优势主要体现在三个方面：

高容差与简化封装：PWB波导具有较大的模场，能有效容忍芯片放置时的横向和轴向偏差。研究表明，光纤与III-V激光器的耦合容差可达±30μm，极大降低了对准精度要求，简化了封装工艺。

低耦合损耗：通过优化波导设计，可以实现优异的耦合性能。例如，激光器与硅波导间的插入损耗可达-0.4dB；单模光纤与硅波导间的插损约为-4dB（主要源于光纤与波导的偏差）。

设计自由度与灵活性：PWB波导可设计成任意三维形状，灵活适应不同芯片布局和高度差，解决了传统耦合方案中透镜、棱镜等光学元件带来的复杂性。