专访德国Vanguard光子公司共同创办人Christian Koos教授：光器件封装的颠覆性技术P

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9/17/2018，如果有人告诉你光波导可以用3D打印的方式生成？你是不是觉得很神奇，特别是这种技术可以用于许多复杂的光波导耦合应用，比如热门的硅光器件封装,你一定会更加大呼神奇。在9月6日光纤在线举办的硅基光电子和高速互联论坛上，ficonTEC公司CEO Torsten Vahrenkamp向听众们展示了PWB制作的视频。视频呈现的效果令编辑印象极其深刻。但是，这样的技术即便存在，真的可以应用在现实中吗？今年的CIOE上，光纤在线编辑应邀来到德国自动化封装和测试设备提供商，也是上述技术开发者Vanguard光子公司的合作推广伙伴ficonTEC公司的展台，采访了Vanguard公司共同创办人Christian Koos教授。
在正式采访之前，ficonTEC的曹总给了编辑一份关于这种名为光子引线键合(Photonic wire bonding以下简称PWB)技术的介绍文章。让我们先引用这篇文章的内容简单介绍一下这项技术。类似于大家熟悉的金属线键合的作用，PWB技术是一种实现光芯片直接或者光芯片到光纤直接耦合的任意形状的单模光波导。发明和拥有这项技术专利的是德国的Karlsruhe技术学院(KIT)，Vanguard公司从KIT剥离出来专门负责该技术的商业推广。PWB技术的基本实现包括了三个步骤。第一，采用标准安放工艺将光芯片或者光纤安放在通用衬底上；第二，需要互联的区域被光刻胶（光敏感抵抗材料）覆盖，波导截面实际位置和耦合结构通过具有亚微米结构的3D视觉技术进行探测；第三，根据上述探测结果进行PWB波导设计并利用直接写入的TPP（两光子聚合Two photon polymerization）3D激光光刻机生成。不需要的部分因为没有曝光被去除，最后生成的波导被嵌入一种低折射率包层材料。这种技术避免了复杂的需要高精度的耦合工艺，可以实现全部自动化并进行批量生产。

图1：PWB制作示意图
虽然这是一种全新的技术，但是这一技术却并不还处在实验室阶段。过去几年来，这项技术已经处于工业化应用的早期阶段，在多种多样的光芯片耦合或者光芯片到光纤耦合应用中都获得成功。在这些应用中，PWB的侧面尺寸只有1-2微米，互联间距小于200微米，从而支持每毫米芯片尺寸下数百个连接。连接损耗方面，实现了两个SOI波导间小于1dB的损耗指标，波长范围覆盖700-1700nm。类似的损耗指标还实现在到多芯光纤或者到InP激光器芯片之间的耦合上。这项技术的潜力还在于实现不同材料芯片的互相连接，实现更灵活的光子集成，比如在无源二氧化硅或者氮化硅波导到InP芯片之间的集成。相比以往的单片集成技术，基于PWB技术的多芯片集成可以实现更高的制造良率，基于不同的材料实现更好的器件性能，可以实现更灵活的器件设计。PWB技术和多芯片集成技术的应用除了光通信里的光模块，还包括了传感，遥测，医疗等许多领域，比如可以支持硅光模块还有带有WDM芯片的光模块设计等。

图2：PWB效果图
如上所述，PWB技术可以说解决了当前光子集成应用所面对的许多痛点。那么这样的技术又是如何诞生，如何发展呢？作为这项技术的发明人，Koos教授在编辑想象中应该是一位很大年纪的教授。没想到站在编辑眼前的Koos教授虽然满头白发，却很年轻。他告诉编辑，PBW技术的核心PTT并不是他发明的，在KIT的实验室里PTT已经用于多个不同的领域。是Koos教授发现了PTT用于光子集成的优势。在Koos教授眼里，PWB技术最大的优势第一免除了光纤或者波导对准的复杂；第二可以实现全自动化生产；第三，可以实现任意波导或者波导到光纤的耦合。这项技术带来的高良率，低成本和快速性可以大大降低器件成本。对于编辑关心的PWB技术成熟度的问题，Koos教授告诉编辑，通过和ficonTEC的合作，他们已经获得了不少订单机会，并有机会在一家主要光模块公司获得实际应用。Koos教授说，PWB技术是通向未来的技术，他们有信心把这一技术推向更高更远。他告诉编辑，Vanguard Automation是也ficontec投资的子公司，利用ficontec在自动耦合及组装设备上的多年经验和技术积累，以及Vanguard在PWB的专利及其解决方案，共同开发出PWB在实验室级和全自动生产级的PWB设备及其解决方案。