POET公司的photonic interposer技术

微信群里有位朋友问到POET公司的photonic interposer技术，小豆芽做了一些调研，利用这篇笔记简单介绍下，供大家参考。

介绍photonic interposer之前，先聊一下interposer(或者称为electronic interposer)。Interposer主要用于die与substrate之间的高速信号互联，如下图所示，是一种典型的2.5D封装技术，在die和substrate之间建高速通信的桥梁。通过TSV技术, 各功能单元的信号可以直接传递到基板，减小了信号的传递距离，并且降低了阻抗。

（图片来自https://www.igorslab.de/en/nvidia-amd-and-many-are-on-the-hunt-after-interposern-tsms-has-achieved-capacit-limit/）

传统的interposer，主要用于多颗电芯片的封装，POET公司将这一概念推广到光芯片的封装中，如下图所示，主要分为两层electrical layer和optical layer。

其中electrical layer由金属线和介质层构成，其作用与TSV类似，也是为了实现芯片间、芯片与substrate的信号互联。光芯片相关的电信号(modulator的driver信号, PD的输出光电流)也是通过这些金属线与电芯片通信。

Optical layer的作用是实现多颗光芯片之间的信号互联，扮演photonic interposer的角色。与电信号不同的是，光信号是在水平面内传输，而不是在竖直方向传输。POET公司采用多层SiON薄膜形成photonic interposer, 如下图所示，其中142为多层SiON结构，光信号在该层中进行传输。其他的层130/138/150/158是为了将光信号与衬底进行有效隔离，从而降低传输损耗。142层的典型厚度为5.4um，传输损耗在0.5dB/cm左右。

（图片来自文献1）

有了SiON构成的photonic interposer以后，典型的光电封装结构如下图所示。光信号从光纤耦合到photonic interposer之后，进而传输到光芯片中。光芯片与电芯片通过底部的金属线进行信号的互联。这里photonic interposer扮演了两个角色，其一是端面耦合器，将光纤中的光信号耦合到光波导中，其二是波导routing, 将光信号传输到特定的功能单元。

（图片来自文献1）

上图中的560可以是一些分离的光学功能器件，例如Mux/DeMux, PD等。Photonic Interposer技术提供了一个高效率封装的方案，可以通过底部金属线充当对准的标记，从而实现高精度的passive对准。另外对于一些硅光技术目前较难实现的光器件，例如激光器、DeMux等，可以使用InP的DFB芯片、基于PLC技术的AWG芯片，然后通过photonic interposer与原先的硅光芯片有效地互联。小豆芽认为这种方案是一种折中的技术路线，介于全分离器件方案和全部器件单片集成的方案之间。对于硅光芯片不好解决的问题，使用其他工艺平台的成熟芯片进行整合封装，而不是想办法通过硅光自己的技术途径进行突破。在现阶段，也许是一个不错的选择，是一种可以带来收益的可行路线。

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参考文献：

1. Venkatesan, et.al., "Methods for optical dielectric waveguide structure", US patent 20210080649A1