Hermetische Verpackung für photonische Siliziummodule – wenn optische Chips in Keramikhäuser Einzug halten

I. Warum müssen optische Chips in Keramikhäusern „leben“?

Im September haben wir das Hochtemperatur-Co-Fired-Ceramic-Verfahren (HTCC) eingeführt, bei dem Schaltkreise „im Inneren“ von Keramik vergraben und in einem einzigen Durchgang gebrannt werden. In diesem ersten Artikel des Monats widmen wir uns einem seiner vielversprechendsten Anwendungsbereiche: photonischen Siliziummodulen.

Einfach ausgedrückt integriert die Siliziumphotonik optische Geräte, die früher getrennt waren – Laser, optische Wellenleiter, Fotodetektoren und mehr – auf einem einzigen Siliziumchip, ähnlich wie Bausteine. Die Vorteile liegen auf der Hand: eine drastische Reduzierung von Größe und Kosten sowie die Möglichkeit, ausgereifte Chip-Produktionslinien für die Massenfertigung zu nutzen. Es wird in der Branche weithin als der unvermeidliche Weg nach vorne für zukünftige optische Ultrahochgeschwindigkeitsmodule angesehen.

Doch optische Chips haben eine Achillesferse: Sie reagieren äußerst empfindlich auf Feuchtigkeit. Sobald die Lichtwellenleiterschicht auf der Chipoberfläche durch Feuchtigkeit beeinträchtigt wird, steigt der Übertragungsverlust merklich an; Im besten Fall nimmt die Leistung ab und im schlimmsten Fall schaltet das gesamte Modul nicht ein. Photonische Chips aus Silizium benötigen daher auch ein feuchtigkeitsbeständiges „Haus“, und eine Keramikverpackung – mit ihrer hervorragenden Hermetik und Unterstützung für mehrschichtige Verkabelung – ist die ideale Wahl für dieses „Haus“.

Die HTCC-Keramik-Stiftleisten von Xuri können gleichzeitig optische Chips, Treiberschaltungen und Wärmemanagementstrukturen in einer Vielzahl von Silizium-Photonikmodulen tragen und bieten Silizium-Photonik-Kunden eine integrierte Verpackungsgrundlage.

II. Einen Schritt weiter gehen: Gemeinsam verpackte Optik – Licht und Elektrizität unter einem Dach

Einen Schritt über die Siliziumphotonik hinaus liegt das heißeste Thema der Branche: Co-Packaged Optics (CPO). Beim herkömmlichen Ansatz sind optische Module eigenständige Komponenten, die an Schalter angeschlossen werden, und elektrische Signale müssen einen langen Umweg zurücklegen, bevor sie die optischen Geräte erreichen. Beim Co-Packaging hingegen werden die optische Engine und der Switch-Chip direkt auf dem gleichen Substrat integriert, was die Signalwege drastisch verkürzt und den Gesamtstromverbrauch deutlich senkt.

Dies stellt neue Anforderungen an die Verpackung: dichtere Verkabelung, geringerer Signalverlust und die Möglichkeit, mehrere Materialien – Silizium, Glas, Galliumarsenid und mehr – auf demselben Substrat unterzubringen. Und „mehrere Materialien, die harmonisch nebeneinander existieren und in einem Durchgang gebrannt werden“ ist genau das Heimspiel der Keramikverpackung – und verleiht dem HTCC-Prozess eine neue Glanzphase.

Xuri hat sich frühzeitig in diese Richtung positioniert und gemeinsame Entwicklungen mit mehreren Kunden durchgeführt, sodass Keramikverpackungen weiterhin eine Schlüsselrolle in optischen Modulen der nächsten Generation spielen.

[Nächster Artikel] Als nächstes: hermetische Verpackung für LiDAR – die Verpackungsgeschichte hinter zwei Wellenlängenrouten.

[Glossar]

1. Siliziumphotonik: eine Technologie, die optische Geräte wie Laser, Wellenleiter und Fotodetektoren auf einem Siliziumchip integriert – klein, kostengünstig und massenproduzierbar.

2. Co-Packaged Optics (CPO): eine Verpackungsform der nächsten Generation, die die optische Engine und den Switch-Chip auf demselben Substrat integriert, wodurch Signalwege verkürzt und der Stromverbrauch gesenkt werden.