PWB技术及其在多芯片光互连中的应用

 

一、技术原理与核心优势

 

PWB的技术基础是双光子聚合三维直写光刻。飞秒激光脉冲被紧聚焦在液态光敏树脂中，在焦点体积内激发双光子吸收，引发聚合反应固化材料。通过精确控制激光焦点的三维扫描路径，可在不同光子芯片之间“打印”出自由形态的单模波导。

 

PWB的核心优势体现在以下几个方面。首先是对准容差的大幅提升——PWB波导可补偿芯片贴装过程中高达±30微米的位置偏差，使被动贴装成为可能，无需对波导进行主动对准。其次是耦合效率——优化的自由曲面波导几何结构在C波段可实现每个耦合界面低于2分贝的插入损耗。第三是平台兼容性——PWB支持不同材料平台光子芯片的混合集成，包括磷化铟、绝缘体上硅、氮化硅、铌酸锂和玻璃等。第四是自动化量产潜力——PWB将光纤与芯片之间复杂的空间对准转化为“波导内有线连接”，可实现高密度封装和自动化量产。

 

二、应用场景

 

PWB技术在多个光互连场景中展现出应用价值。在芯片到芯片互连中，PWB波导可连接位于不同芯片上的纳米光子电路。在激光器到芯片耦合中，PWB可将半导体激光器的出光口与硅光芯片的入光口直接相连。在芯片到光纤耦合中，PWB可将硅光芯片的出光口与单模光纤相连。该方案避免了传统方案中耗时较多的主动对准调节，节省了光束整形所需的透镜等分立元件，制备流程相对简捷。

 

在面向AI光互联的应用中，PWB与玻璃通孔技术被视为协同突破的两项核心工艺。PWB技术已通过Telcordia系列环境测试，并在哈佛大学、住友电工等机构得到验证应用。

 

三、技术局限与发展方向

 

PWB技术的局限性主要体现在材料体系上——当前主要采用聚合物材料，其长期稳定性和温度特性与无机材料存在差异。此外，PWB波导的传输损耗和偏振相关损耗仍需进一步优化。随着光子集成度的持续提升，PWB有望在光电共封和光输入/输出等方案中发挥日益重要的作用