Na era pós-Moore, em que a demanda por computação explodiu, a transmissão de dados de alta velocidade tornou-se um gargalo de garrafa crítico que restringe o desempenho do sistema. A tecnologia de interconexão elétrica tradicional de cobre está enfrentando limites físicos, e a tecnologia de integração de fótons, com suas vantagens absolutas de alta largura de banda, baixa latência e resistência à interferência, se tornou o caminho central para resolver esse desafio. No entanto, conectar chips de fotões de microns com o mundo externo de forma eficiente e confiável tem sido um grande desafio para a indústria. O sistema de impressão de ligação de fios fotonicos como uma tecnologia de embalagem de interconexão óptica está abrindo novas possibilidades em áreas como comunicação óptica de alta velocidade, computação de inteligência artificial e sensores com sua flexibilidade, alta precisão e potencial de automação.

Gargalo tecnológico: o problema do "último quilômetro" da interconexão óptica tradicional

Na embalagem de chips integrados por fótons (PIC), os maiores custos e desafios técnicos vêm do acoplamento da fibra óptica com os nanocondutores de onda óptica no chip. Os métodos tradicionais enfrentam grandes dificuldades:

Requisitos de precisão de alinhamento: o diâmetro do campo da fibra óptica de modo único é de apenas cerca de 10 mícrons, e a diferença de alinhamento da condução de onda do chip é de sub-mícrons, a dificuldade de montagem é extremamente grande.

O processo é complexo e caro: depender do ajuste mecânico de precisão, alinhamento ativo e adesão, demora tempo e esforço, é difícil escalar, o custo da embalagem pode representar mais de 80% do custo total do dispositivo.

Flexibilidade pobre: uma vez que o caminho de conexão é fixo, não pode se adaptar a diferentes posições no chip, interconexão de portas de diferentes alturas e baixo grau de liberdade de projeto.

Princípio básico: usar a luz para "imprimir" a forma livre de condução de onda de luz

A ideia central do sistema de impressão de ligação de fios fotonicos é impressionante: ele, como uma impressora 3D, "imprime" diretamente com "tinta" um guia de onda de luz de qualquer forma que liga duas portas ópticas no espaço tridimensional.

Seu fluxo de trabalho é uma dança de precisão que combina várias tecnologias:

Posicionamento preciso: o sistema de visão de alta resolução primeiro faz imagens e posicionamento preciso da superfície do condutor de onda óptica e da superfície da fibra óptica alvo no chip, estabelecendo um modelo de coordenadas tridimensional.

Escritura direta a laser de fessegundo: o sistema controla um foco de laser de fessegundo ultra-rápido, focado com precisão dentro de um polímero especial sensível à luz ("tinta"). O material produz um efeito de absorção de fótons duplos no foco do laser, resultando no endurecimento da polimerização local, enquanto as áreas fora do foco permanecem líquidas.

“Pintura” tridimensional: de acordo com o caminho do programa predefinido, o foco do laser se move no espaço tridimensional, escaneando qualquer trajetória de curva que liga as duas extremidades. O material que passa por ele é curado para formar um condutor de onda de luz sólido e de baixa perda enterrado no polímero líquido.

4. pós-tratamento e proteção: após a conclusão da impressão, lave a resina líquida não curada, deixando a estrutura inteira do fio foton. Geralmente, uma camada de proteção também é coberta sobre ele, formando uma estrutura estável de interconexão óptica incorporada.

Composição e vantagens técnicas do sistema de impressão de ligação de fios fotonicos

Um sistema completo de PWB integra várias tecnologias de ponta:

- Sistema de laser ultra-rápido: fornece o laser de pico de alta potência de fessecundos necessário para desencadear a agregação de fótons duplos.

Plataforma de movimento 3D de alta precisão: posicionamento e varredura de foco a laser com resolução de nanoescala.

Sistema de posicionamento visual multiângulo: para alinhamento inicial de alta precisão e monitoramento de processos.

- Sistema de materiais: cola fotográfica de baixa perda e alta transparência desenvolvida especialmente para interconexão óptica.

Software de controle inteligente: um cérebro central que integra reconhecimento visual, planejamento de caminhos e controle de processos.

Suas vantagens revolucionárias incluem:

Liberdade de projeto: pode imprimir qualquer curva tridimensional, facilmente alcançar a interconexão de baixa perda entre diferentes planos e portas angulares diferentes, superando as limitações do design de circuito óptico plano tradicional.

Tolerância de alinhamento: as duas extremidades do condutor de onda impresso podem ser feitas mais largas do que o condutor de onda do chip, como um "funil de luz", reduzindo efetivamente os requisitos de precisão do acoplamento, de submicrônicos para alguns micrônicos.

Automação e escalabilidade: todo o processo é controlado por um programa de computador e é altamente provável que se desenvolva em soluções de embalagem totalmente automáticas e de alta velocidade que reduzam significativamente os custos e ciclos de embalagem.

Excelente desempenho: a perda de condução de onda impressa pode ser inferior a 0,05 dB / mm, e o desempenho é próximo da condução de onda óptica preparada convencionalmente.

Perspectivas de aplicação: abrir uma nova era de integração de fótons

Comunicação óptica de alta velocidade: fornecer soluções de interconexão óptica de nível de chip eficientes e de baixo custo para formas avançadas de empacotamento, como CPO / OBO (co-empacotamento / óptica em placa) no centro de dados.

Inteligência artificial e computação de alto desempenho: interconexão óptica de alta densidade e baixa latência entre chips em sistemas complexos de múltiplos chips, como aceleradores de IA e chips de computação óptica.

Processamento de informações quânticas: usado para conectar diferentes unidades funcionais em chips quânticos, seus requisitos de baixa perda e cablagem flexível são altamente compatíveis com a tecnologia PWB.

Sensores avançados e equipamentos médicos: Conecte fontes de luz, detectores e unidades de sensores com flexibilidade em sensores fotônicos integrados para criar módulos de sensores mais compactos e de melhor desempenho.

O sistema de impressão com fios fotonicos ligados é mais parecido com um "microescultor" que cria em escala de mícrons. Usa um raio de luz como uma faca, com inteligência como um plano, e tece livremente o caminho da luz no espaço tridimensional. Essa tecnologia não só resolve os pontos chave da embalagem de integração de fótons, mas abre um espaço de imaginação ilimitado para o design e a inovação de dispositivos de fótons. Ele está silenciosamente impulsionando uma revolução encapsulada da "conectividade elétrica" para a "conectividade óptica", estabelecendo uma "estrada da luz" para a construção da infraestrutura de computação de próxima geração.