6月 28， 2023

近年來，光子集成電路（PIC）領(lǐng)域出現(xiàn)了較大的發(fā)展，其應用也日益廣泛，如高速數(shù)據(jù)通信，先進傳感技術(shù)和LiDAR系統(tǒng)。但要充分釋放集成光子學的潛力，高效和創(chuàng)新的封裝解決方案至關(guān)重要。

光子集成電路封裝涵蓋了一系列技術(shù)和技術(shù)能力，包括改善信號和功率分配，增強光學性能，管理熱效應，并為設(shè)備提供機械，電氣和環(huán)境保護，同時使其與外部連接。它包括芯片鍵合、拋光、主動對準、氣密密封等工藝。

PIXAPP 和 PHIX

歐洲公司現(xiàn)在處于開發(fā)突破性PIC封裝方法的最前沿，也稱為光子芯片。PIC在歐洲的一個值得注意的參考點是PIXAPP，這是一個與整個歐洲大陸合作伙伴的分布式試點生產(chǎn)線。

PIXAPP擴大了其產(chǎn)能和技術(shù)能力，特別是在原型包裝開發(fā)方面。它提供全面的技術(shù)，提供培訓，從事高風險開發(fā)和早期原型設(shè)計，并允許公司使用尖端設(shè)備。PIXAPP根據(jù)光學和電氣封裝的設(shè)計規(guī)則建立封裝標準，以方便客戶配置設(shè)備。這些設(shè)計規(guī)則正在擴展，包括光學器件與電子產(chǎn)品的聯(lián)合封裝，甚至包括用于LiDAR和飛行時間等應用的MEMS集成。雖然最初專注于早期原型設(shè)計，但PIXAPP認識到需要開發(fā)供應鏈和包裝技術(shù)以實現(xiàn)可擴展制造。

PIXAPP的封裝服務和支持涵蓋多個應用領(lǐng)域，包括數(shù)據(jù)通信、傳感和醫(yī)療領(lǐng)域。他們優(yōu)先考慮低成本封裝，提供批量服務以滿足數(shù)據(jù)通信等高端市場的需求。他們的試驗線已經(jīng)發(fā)展到包括先進的封裝技術(shù)，如晶圓級封裝，以降低成本并提高封裝效率?？煽啃允荘IXAPP關(guān)注的另一個重點，全面測試在其中起著至關(guān)重要的作用。加速壽命測試，包括高溫存儲、濕度和機械應力測試，可以識別和解決潛在的故障模式。PIXAPP還積極開發(fā)標準的可靠性認證協(xié)議，以確保高水平的設(shè)備穩(wěn)健性。

PIXAPP的封裝合作伙伴之一是荷蘭公司PHIX。對于原型封裝，PHIX 提供靈活且易于適應的標準封裝，可以像樂高積木一樣進行配置。這些封裝可用于各種芯片尺寸和電氣焊盤配置，對于射頻 （RF） 接口，模塊可以使用定制射頻接口板進行升級。在批量封裝中，使用標準化外殼的客戶受益于 PHIX 的庫存，這消除了對最小訂購量或前期外殼設(shè)計成本的需求。這種簡化的方法使客戶更容易對其定制產(chǎn)品進行原型設(shè)計，使其符合特定市場，或向投資者和潛在客戶展示這些產(chǎn)品。

III-V族光子芯片在硅晶圓上的晶圓級封裝（頂部）和光子芯片的芯片級混合集成（底部）

為了擴大生產(chǎn)規(guī)模，PHIX 專注于通過在工具集中實施批量級自動化來減少操作員對生產(chǎn)成本的影響，從而確保擴大產(chǎn)量的靈活性。一旦特定PIC的產(chǎn)量達到某個閾值，就可以建立一條專用生產(chǎn)線，以進一步降低成本并擴大規(guī)模。

PHIX仍然關(guān)注市場趨勢和需求，旨在通過使用磷化銦，氮化硅和多晶板等不同芯片技術(shù)整合共封裝光學器件，芯片組和異構(gòu)集成來突破混合集成的極限。他們認識到小型化的重要性，但也強調(diào)增加輸入/輸出 （I/O）、功能、面積和更高頻率的工作。

PIXAPP和PHIX等組織的努力，在EPIC協(xié)作精神的支持下，正在推動歐洲PIC包裝的發(fā)展。這些創(chuàng)新方法和技術(shù)對于在各個行業(yè)中廣泛采用PIC至關(guān)重要，促進尖端應用的開發(fā)，并推動光子學的可能性。隨著該領(lǐng)域的不斷發(fā)展，歐洲公司處于領(lǐng)先地位，為下一代PIC開發(fā)高效，可靠和具有成本效益的包裝解決方案。

ICON光子

ICON光子總部位于法國，專門從事基于聚合物的芯片到光纖互連技術(shù)。ICON Photonics專注于密度，高速和晶圓級封裝，通過在晶圓級集成光子學，電子學和機械學來提供全面的解決方案。這種方法可實現(xiàn)多種解決方案和超低損耗耦合，滿足各種應用需求。

ICON光子學提供用于光纖陣列自對準和附著的機械夾具，用于高效光耦合的聚合物錐形微光學器件，以及有源器件的嵌入，如探測器，邊緣發(fā)射激光器（EEL），垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL），以及用于低溫量子應用的過渡邊緣傳感器和單光子探測器。他們的硅中介層方法提供射頻和毫米波傳輸線，進一步增強了其綜合封裝能力。

AT&S和 Vario-optics

其他歐洲參與者，AT&S和Vario-optics，著重將光子芯片與大量電氣和光學接口互連，以實現(xiàn)經(jīng)濟高效的光子封裝。他們采用聯(lián)合工程的方式，在PIC制造開始之前就考慮封裝要求。PIC 的多學科性質(zhì)需要協(xié)作努力。。

Vario-optics的封裝平臺圍繞電光電路板（EOCB），其中包括具有大量I / O通道的平面波導和結(jié)合電走線的光扇出。這些元件可實現(xiàn)PIC和EOCB之間的高效電氣和光學耦合。該平臺還包括用于促進高效PIC波導耦合的光學接口，以及用于金屬化和與印刷電路板集成的必要電氣接口。這種全面且經(jīng)濟高效的方法可確保最佳性能并將 PIC 無縫集成到包裝過程中。

Nanoscribe， ficonTEC， and Yelo

隨著對先進光子組件、器件和模塊的需求不斷上升，Nanoscribe、ficonTEC和Yelo等設(shè)備制造商在開發(fā)尖端制造和測試解決方案方面發(fā)揮著重要的作用。憑借他們的專業(yè)知識和創(chuàng)新方法，這些公司正在幫助推動光子學行業(yè)的進步。

3D微細加工系統(tǒng)制造商Nanoscribe開發(fā)了Quantum X align打印機來打印聚合物微透鏡。它使用雙光子灰度光刻2GL，一種精確控制聚合過程位置和大小的技術(shù)，使其與眾不同。通過利用飛秒近紅外激光，Nanoscribe可以在打印過程中實現(xiàn)卓越的精度。該系統(tǒng)使用掃描振鏡進行光束定位，并使用顯微鏡物鏡將激光聚焦到樣品內(nèi)，從而可以在芯片和晶圓級別直接對光子芯片進行3D打印。

透鏡光纖陣列的掃描電子顯微鏡 （SEM） 圖像，用于自由空間微光學耦合，采用 Quantum X align 制造，具有對齊的 2光子光刻（頂部）和模場整形微光學器件對齊和打印的 SEM 圖像（底部）。

集成的共聚焦模塊可實現(xiàn)表面的精確映射，以將微光學元件精確地對準預定義的標記。直觀的軟件nanoPrintX可對所有元素相對于彼此的位置和空間對齊以及基板上的預定義位置提供即時視覺反饋。nanoPrintX的這些功能使使用 Quantum X 對齊的對齊 3D 打印變得容易，并允許在光纖、光纖陣列、芯片刻面、光柵耦合器以及許多其他用例上對齊微光學器件 PIC 的自由空間微光耦合應用。 Nanoscribe與PHIX和Printoptix等合作伙伴的合作方法確保了與先進封裝解決方案的無縫集成。

憑借20多年的豐富經(jīng)驗，ficonTEC制造可配置和模塊化的先進裝配和測試機，專為生產(chǎn)不同市場應用的光子設(shè)備和系統(tǒng)而量身定制。它們在兩個主要功能上表現(xiàn)出色：使用紫外光固化環(huán)氧樹脂對準和連接微光學器件、光纖陣列、光電芯片和 PIC，以及熱或激光輔助共晶鍵合。除此之外，ficonTEC還提供全面的測試和鑒定能力，包括驗證和驗證，光電芯片和晶圓級測試，以及光電下線測試。為了粘合光子芯片，他們開發(fā)了一種亞微米精度對準和組裝紅外系統(tǒng)，該系統(tǒng)與機器視覺工具一起使他們能夠穿透硅PIC。該工具利用紅外范圍以外的硅的光學透明度，通過從基板或晶圓下方觀察，實現(xiàn)有源器件的被動對準和直接耦合到波導和復雜的PIC結(jié)構(gòu)中。

來自ficonTEC的亞微米硅對準和組裝紅外系統(tǒng)（頂部）和電光晶圓級測試系統(tǒng)（底部）

ficonTEC還提供“對準和附著 ”平臺，該平臺將高精度光學對準功能與各種組裝技術(shù)相結(jié)合，如環(huán)氧基附著、共晶芯片鍵合和激光焊接。其機器解決方案可以進行配置和重新配置，以適應廣泛的研究和工藝開發(fā)，以及批量和大批量制造任務。

測試是光子器件開發(fā)的另一個關(guān)鍵階段，用于評估器件的長期可靠性。該測試還用作并行晶圓鑒定過程，以確定未來老化的最佳條件，特別是器件磨損的電流和溫度。在壽命測試期間， Yelo 通過監(jiān)測激光二極管工作特性的變化來仔細測量其光學劣化。確定老化的適當時間是一項挑戰(zhàn)。過早執(zhí)行老化，例如在 晶圓 級別，可能無法檢測到某些故障模式。相反，將老化測試推遲到昂貴的密封封裝之后會導致高廢品成本。通常，老化的最佳時間是在芯片分離之后，但在集成到更昂貴的封裝中之前。

PIC封裝領(lǐng)域正在迅速發(fā)展，這些是少數(shù)歐洲公司和研究機構(gòu)，它們處于開發(fā)創(chuàng)新封裝解決方案的最前沿，以及3D微細加工，基于聚合物的電路板和光纖耦合的補充解決方案。

標準化封裝、先進材料和測試技術(shù)正在推動光子學在各種應用中的增長，包括數(shù)據(jù)通信、傳感、醫(yī)療和汽車。優(yōu)化的包裝工藝、降低成本和提高可靠性將為PIC在不同行業(yè)中的廣泛采用鋪平道路，而在歐洲實現(xiàn)這一目標需要所有參與者的共同努力。

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