光子引線鍵合（Photonic Wire Bonding，簡稱PWB）是一種借鑒傳統(tǒng)金屬引線鍵合思路，但以光波導(dǎo)作為連接媒介的革命性光芯片互聯(lián)技術(shù)。它通過在光芯片之間打印三維聚合物波導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)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(duì)準(zhǔn)難題提供了全新方案。

一、技術(shù)原理與工藝流程

PWB技術(shù)的核心原理是利用飛秒激光雙光子聚合效應(yīng)。通過控制高能量的脈沖光束，使光刻膠在特定位置發(fā)生多光子聚合反應(yīng)，形成三維聚合物波導(dǎo)，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(lián)的不同光芯片放置在同一基片上，基片可設(shè)計(jì)形狀以補(bǔ)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(lián)的區(qū)域沉積光刻膠。

曝光成型：基于機(jī)器視覺識(shí)別標(biāo)記，使用飛秒激光在光刻膠內(nèi)直接寫入設(shè)計(jì)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。波導(dǎo)形狀可根據(jù)芯片間距離、模場直徑（MFD）等參數(shù)調(diào)整，通常為彎曲的錐形（Taper）結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)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(dǎo)。

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

 

二、技術(shù)優(yōu)勢與性能表現(xiàn)

PWB技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

高容差與簡化封裝：PWB波導(dǎo)具有較大的模場，能有效容忍芯片放置時(shí)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(dá)±30μm，極大降低了對(duì)準(zhǔn)精度要求，簡化了封裝工藝。

低耦合損耗：通過優(yōu)化波導(dǎo)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的耦合性能。例如，激光器與硅波導(dǎo)間的插入損耗可達(dá)-0.4dB；單模光纖與硅波導(dǎo)間的插損約為-4dB（主要源于光纖與波導(dǎo)的偏差）。

設(shè)計(jì)自由度與靈活性：PWB波導(dǎo)可設(shè)計(jì)成任意三維形狀，靈活適應(yīng)不同芯片布局和高度差，解決了傳統(tǒng)耦合方案中透鏡、棱鏡等光學(xué)元件帶來的復(fù)雜性。