常州三維光子芯片多芯MT-FA光耦合設(shè)計(jì)

在工藝實(shí)現(xiàn)層面，三維光子互連芯片的多芯MT-FA封裝需攻克多重技術(shù)挑戰(zhàn)。光纖陣列的制備涉及高精度V槽加工與紫外膠固化工藝，采用新型Hybrid353ND系列膠水可同時(shí)實(shí)現(xiàn)UV定位與結(jié)構(gòu)粘接，簡化流程并降低應(yīng)力。芯片堆疊環(huán)節(jié)，通過混合鍵合技術(shù)將光子芯片與CMOS驅(qū)動(dòng)層直接鍵合，鍵合間距突破至10μm以下，較傳統(tǒng)焊料凸點(diǎn)提升5倍集成度。熱管理方面，針對三維堆疊的散熱難題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了微流體冷卻通道與導(dǎo)熱硅中介層復(fù)合結(jié)構(gòu)，使1.6T光模塊在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的結(jié)溫控制在85℃以內(nèi)，較空氣冷卻方案降溫效率提升40%。此外，為適配CPO（共封裝光學(xué)）架構(gòu)，MT-FA組件的端面角度和通道間距可定制化調(diào)整，支持從100G到1.6T的全速率覆蓋，其低插損特性（單通道損耗<0.2dB）確保了光信號(hào)在超長距離傳輸中的完整性。隨著AI大模型參數(shù)規(guī)模突破萬億級(jí)，該技術(shù)有望成為下一代數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的重要解決方案，推動(dòng)光通信向光子集成+電子協(xié)同的異構(gòu)計(jì)算范式演進(jìn)。三維光子互連芯片通過光路復(fù)用技術(shù)，大幅提升單位面積的信息傳輸效率。常州三維光子芯片多芯MT-FA光耦合設(shè)計(jì)

多芯MT-FA在三維光子集成系統(tǒng)中的創(chuàng)新應(yīng)用，明顯提升了光收發(fā)模塊的并行傳輸能力與系統(tǒng)可靠性。傳統(tǒng)并行光模塊依賴外部光纖跳線實(shí)現(xiàn)多通道連接，存在布線復(fù)雜、損耗波動(dòng)大等問題，而三維集成架構(gòu)將MT-FA直接嵌入光子芯片封裝層，通過陣列波導(dǎo)與微透鏡的協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了80路光信號(hào)在芯片級(jí)尺度上的同步收發(fā)。這種內(nèi)嵌式連接方案將光路損耗控制在0.2dB/通道以內(nèi)，較傳統(tǒng)方案降低60%，同時(shí)通過熱壓鍵合工藝確保了銅柱凸點(diǎn)在10μm直徑下的長期穩(wěn)定性，使模塊在85℃高溫環(huán)境下仍能保持誤碼率低于1e-12。更關(guān)鍵的是，MT-FA的多通道均勻性特性解決了三維集成中因?qū)娱g堆疊導(dǎo)致的光功率差異問題，通過動(dòng)態(tài)調(diào)整各通道耦合系數(shù)，確保了80路信號(hào)在800Gbps傳輸速率下的同步性。隨著AI算力集群對1.6T光模塊需求的爆發(fā)，這種將多芯MT-FA與三維光子集成深度結(jié)合的技術(shù)路徑，正成為突破光互連功耗墻與密度墻的重要解決方案，為下一代超算中心與智能數(shù)據(jù)中心的光傳輸架構(gòu)提供了變革性范式。常州三維光子芯片多芯MT-FA光耦合設(shè)計(jì)航天航空領(lǐng)域，三維光子互連芯片以高可靠性適應(yīng)極端空間環(huán)境要求。

三維光子集成工藝對多芯MT-FA的制造精度提出了嚴(yán)苛要求，其重要挑戰(zhàn)在于多物理場耦合下的工藝穩(wěn)定性控制。在光纖陣列制備環(huán)節(jié)，需采用DISCO高精度切割機(jī)實(shí)現(xiàn)V槽邊緣粗糙度小于50nm，配合精工Core-pitch檢測儀將通道間距誤差控制在±0.3μm以內(nèi)。端面研磨工藝則需通過多段式拋光技術(shù)，使42.5°反射鏡面的曲率半徑偏差不超過0.5%，同時(shí)保持光纖凸出量一致性在±0.1μm范圍內(nèi)。在三維集成階段，層間對準(zhǔn)精度需達(dá)到亞微米級(jí)，這依賴于飛秒激光直寫技術(shù)對耦合界面的精確修飾。通過優(yōu)化光柵耦合器的周期參數(shù)，可使層間傳輸損耗降低至0.05dB/界面，配合低溫共燒陶瓷中介層實(shí)現(xiàn)熱膨脹系數(shù)匹配，確保在-40℃至85℃工作溫度范圍內(nèi)耦合效率波動(dòng)小于5%。實(shí)際測試數(shù)據(jù)顯示，采用該工藝的12通道MT-FA組件在800Gbps速率下，連續(xù)工作72小時(shí)的誤碼率始終維持在10^-15量級(jí)，充分驗(yàn)證了三維集成工藝在高速光通信場景中的可靠性。這種技術(shù)演進(jìn)不僅推動(dòng)了光模塊向1.6T及以上速率邁進(jìn)，更為6G光子網(wǎng)絡(luò)、量子通信等前沿領(lǐng)域提供了可擴(kuò)展的集成平臺(tái)。

基于多芯MT-FA的三維光子互連方案，通過將多纖終端光纖陣列（MT-FA）與三維集成技術(shù)深度融合，為光通信系統(tǒng)提供了高密度、低損耗的并行傳輸解決方案。MT-FA組件采用精密研磨工藝，將光纖陣列端面加工為特定角度（如42.5°），配合低損耗MT插芯與高精度V型槽基板，可實(shí)現(xiàn)多通道光信號(hào)的緊湊并行連接。在三維光子互連架構(gòu)中，MT-FA不僅承擔(dān)光信號(hào)的垂直耦合與水平分配功能，還通過其高通道均勻性（V槽間距公差±0.5μm）確保多路光信號(hào)傳輸?shù)囊恢滦裕瑵M足AI算力集群對數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量與穩(wěn)定性的嚴(yán)苛要求。例如，在400G/800G光模塊中，MT-FA可通過12芯或24芯并行傳輸，將單通道速率提升至33Gbps以上，同時(shí)通過三維堆疊設(shè)計(jì)減少模塊體積，適應(yīng)數(shù)據(jù)中心對設(shè)備緊湊性的需求。此外，MT-FA的高可靠性特性（如耐受85℃/85%RH環(huán)境測試）可降低光模塊在長時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行中的維護(hù)成本，其高集成度特性還能在系統(tǒng)層面優(yōu)化布線復(fù)雜度，為大規(guī)模AI訓(xùn)練提供高效、穩(wěn)定的光互連支撐。三維光子互連芯片能夠有效解決傳統(tǒng)二維芯片在帶寬密度上的瓶頸，滿足高性能計(jì)算的需求。

三維光子互連芯片的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是其高帶寬密度。傳統(tǒng)的電子I/O接口難以有效地?cái)U(kuò)展到超過100 Gbps的帶寬密度，而三維光子互連芯片則可以實(shí)現(xiàn)Tbps級(jí)別的帶寬密度。這種高帶寬密度使得三維光子互連芯片能夠支持更高密度的數(shù)據(jù)交換和處理，滿足未來計(jì)算系統(tǒng)對高帶寬的需求。除了高速傳輸和低能耗外，三維光子互連芯片還具備長距離傳輸能力。傳統(tǒng)的電子I/O傳輸距離有限，即使使用中繼器也難以實(shí)現(xiàn)長距離傳輸。而三維光子互連芯片則可以通過光纖等介質(zhì)實(shí)現(xiàn)數(shù)公里甚至更遠(yuǎn)的傳輸距離。這一特性使得三維光子互連芯片在遠(yuǎn)程通信、數(shù)據(jù)中心互聯(lián)等領(lǐng)域具有普遍應(yīng)用前景。三維光子互連芯片的光子傳輸不受電磁干擾，為敏感數(shù)據(jù)的傳輸提供了更安全的保障。常州三維光子芯片多芯MT-FA光耦合設(shè)計(jì)

量子計(jì)算領(lǐng)域，三維光子互連芯片為量子比特間的高效通信搭建橋梁。常州三維光子芯片多芯MT-FA光耦合設(shè)計(jì)

三維光子芯片與多芯MT-FA光連接方案的融合，正在重塑高速光通信系統(tǒng)的技術(shù)邊界。傳統(tǒng)光模塊中，電信號(hào)轉(zhuǎn)換與光信號(hào)傳輸?shù)姆蛛x設(shè)計(jì)導(dǎo)致功耗高、延遲大，難以滿足AI算力集群對低時(shí)延、高帶寬的嚴(yán)苛需求。而三維光子芯片通過將激光器、調(diào)制器、光電探測器等重要光電器件集成于單片硅基襯底，結(jié)合垂直堆疊的3D封裝工藝，實(shí)現(xiàn)了光信號(hào)在芯片層間的直接傳輸。這種架構(gòu)下，多芯MT-FA組件作為光路耦合的關(guān)鍵接口，通過精密研磨工藝將光纖陣列端面加工為特定角度，配合低損耗MT插芯，可實(shí)現(xiàn)8芯、12芯乃至24芯光纖的高密度并行連接。例如，在800G/1.6T光模塊中，MT-FA的插入損耗可控制在0.35dB以下，回波損耗超過60dB，確保光信號(hào)在高速傳輸中的低損耗與高穩(wěn)定性。其多通道均勻性特性更可滿足AI訓(xùn)練場景下數(shù)據(jù)中心對長時(shí)間、高負(fù)載運(yùn)行的可靠性要求，為光模塊的小型化、集成化提供了物理基礎(chǔ)。常州三維光子芯片多芯MT-FA光耦合設(shè)計(jì)