PWB（光子引線鍵合）：光互連時代的封裝革命

光子引線鍵合（Photonic Wire Bonding，簡稱PWB）是一種借鑒傳統金屬引線鍵合思路，但以光波導作為連接媒介的革命性光芯片互聯技術。它通過在光芯片之間打印三維聚合物波導，實現芯片與芯片、芯片與光纖之間的高效、靈活、高容差光耦合，為解決硅光集成等光子芯片封裝中的高精度對準難題提供了全新方案。

一、技術原理與工藝流程

PWB技術的核心原理是利用飛秒激光雙光子聚合效應。通過控制高能量的脈沖光束，使光刻膠在特定位置發生多光子聚合反應，形成三維聚合物波導，起到光連接的作用。其工藝流程清晰可控：

芯片放置：將需要互聯的不同光芯片放置在同一基片上，基片可設計形狀以補償芯片間的高度差。

涂膠與清洗：清洗芯片表面，并在需要互聯的區域沉積光刻膠。

曝光成型：基于機器視覺識別標記，使用飛秒激光在光刻膠內直接寫入設計的波導結構。波導形狀可根據芯片間距離、模場直徑（MFD）等參數調整，通常為彎曲的錐形（Taper）結構，以實現模場匹配。

顯影去除：去除未曝光的光刻膠，得到固化的聚合物光波導。

與傳統金屬引線鍵合相比，PWB的“線”是光透明的聚合物波導，能引導光信號傳輸，避免了電互聯中的電阻、電容、電感等寄生效應，極大提升了信號傳輸速率和帶寬。

 

二、技術優勢與性能表現

PWB技術的優勢主要體現在三個方面：

高容差與簡化封裝：PWB波導具有較大的模場，能有效容忍芯片放置時的橫向和軸向偏差。研究表明，光纖與III-V激光器的耦合容差可達±30μm，極大降低了對準精度要求，簡化了封裝工藝。

低耦合損耗：通過優化波導設計，可以實現優異的耦合性能。例如，激光器與硅波導間的插入損耗可達-0.4dB；單模光纖與硅波導間的插損約為-4dB（主要源于光纖與波導的偏差）。

設計自由度與靈活性：PWB波導可設計成任意三維形狀，靈活適應不同芯片布局和高度差，解決了傳統耦合方案中透鏡、棱鏡等光學元件帶來的復雜性。