麻省理工学院FUTUR-IC团队开创光子芯片与电子元件封装新方法
发布时间：2025-08-27 17:23:14 阅读数： 217
MIT开发的新型光子-电子封装器件示意图
为突破协同封装技术的瓶颈，一场电子与光子的深度融合正在悄然重塑计算与通信的未来。这不仅关乎全球数据流量的指数级飞跃，更意味着能源效率的跨越式革命。正如麻省理工学院微光子学中心主任莱昂内尔·基默林（Lionel Kimerling）教授所言：“将光子学与电子学集成于同一封装，是21世纪的晶体管——没有它，规?；⒄菇俨轿??！?/p>
在此背景下，FUTUR-IC项目应运而生。该计划由麻省理工学院牵头、美国国家科学基金会融合加速器计划资助，致力于构建资源高效的微芯片产业新生态。
近日，该项目团队一项最新研究带来突破性进展，为构建资源高效的微芯片产业价值链铺平了道路。阿努·阿加瓦尔（Anu Agarwal）及其 FUTUR-IC 研究团队开发出一种新型光电子协同封装的方法，成功解决了当前封装工艺中存在的多个关键难题。该方法的优势之一在于，所开发的协同封装器件可利用传统电子芯片代工厂的现有设备制造，并采用成本更低的被动对准工艺。相关研究成果已发表于《先进工程材料》期刊。
能源效率的悖论：光子互联如何成为破局关键？
面对指数级增长的数据洪流与日益紧迫的能效瓶颈，这项技术突破的意义愈发凸显。据悉，2020年连接云端或大型数据中心的手机、GPS设备及其他终端数量已突破500亿台。此外，数据中心流量每十年增长1000倍。这种通信本身是消耗能源的，而所有这些都必须在恒定的能源成本下实现，因为国内生产总值并未以同样的速度增长，想要解决这一问题，要么是增加能源产量，要么是提升信息技术的能源效率。
将光子学与支撑当今微芯片的电子技术整合，可解决后者问题（提高能效）——因为利用光传输数据的能效远高于传统方式。该研究团队的核心理念正是：用电子技术处理计算，用光子技术实现通信，以此化解能源?；?/span>
然而该方案本身也面临着巨大挑战。例如，当前在单一封装内连接电子芯片与光子芯片既困难又昂贵。这是因为光纤（核心直径10μm）与光子芯片（横截面尺寸0.2μm×0.5μm）必须近乎完美对齐，否则光会散射。因此每个连接点都需用激光主动测试以确保光线能通过。
随着数据通信需求的增长，所需光纤数量正呈指数级增长，因此这种主动对准工艺无法满足未来扩展需求。这项封装新方法它不仅是一项技术突破，更是产业可持续发展的关键转机。
突破精密对准枷锁：实现芯片堆叠间的垂直光互联
这种名为倏逝耦合器的创新装置，为电子-光子封装内光纤的连接提供了更大的“灵活性”（容差）。与传统仅依赖单一耦合点、必须精密对位的设计不同，该新型耦合器具有更长的交互长度，从而提高了对准容差。 这使得机器人被动组装集成电路成为可能，从而让更多光线得以无损传输。
更具突破性的是：该耦合器实现了此前难以企及的功能——多层芯片间的垂直光传输，因为光线难以突破水平平面。该原理在电子学中很简单，电子可以轻松流向平面外，而光却永远不愿直角转弯，新型耦合器使光能在堆叠芯片间实现高效跃迁，真正意义上构建出了立体互连的光电系统。
总而言之，这一封装设计不仅具备高可靠性、大容差和低损耗的显著优势，更在有限空间内实现了光与电的高效融合。它集成了理想功能互连所需的一切特性?？梢运?，这项突破不仅是器件层面的创新，更为未来高性能计算与通信领域的大规模光电集成，铺就了一条切实可行的技术之路。
