前一篇筆記 矽光晶片的光源 提到通常将III-V族LD直接倒裝焊到SOI晶片上，但是該方法對貼裝的精度要求較高，需要花費較多的時間進行對準調節。本篇筆記主要介紹一種新的解決方案，用于解決貼裝對準的問題。
該方案稱為Photonic wire bonding（以下簡稱為PWB）, 顧名思義，也就是光學打線。在內建電路中，使用金屬打線（metallic wire bonding）的方法實作晶片間的互聯，示意圖如下，
（圖檔來自https://www.quora.com/What-metals-are-generally-used-in-electrical-wires-cables）
借鑒金屬打線的思路，人們提出了光學引線鍵合的方案，用于實作不同光晶片、晶片與光纖之間的互聯。起到連接配接作用的“線”不再是金屬，而是光波導，其示意圖如下，
（圖檔來自文獻1）
通過PWB将LD的出光口與矽光晶片的入光口相連，将矽光晶片的出光口與單模光纖相連。該方案避免了傳統方案中耗時較多的對準調節，節省了光束整形所需的透鏡等，并且制備簡單快捷，利于大規模的生産。
該方案最早由德國Karlsruhe理工大學（KIT）研究小組提出，經過多年的努力，PWB的性能名額逐漸提高。其基本思路為通過控制高能量的脈沖光束，使得光刻膠特定位置處發生多光子聚合作用，形成3維的聚合物波導，如下圖所示。聚合物波導的尺寸根據光晶片光場MFD大小進行設計，進而實作光場從晶片A到晶片B的傳輸。
（圖檔來自文獻1）
該方法與3d雷射直寫波導（可參看光晶片的材料體系比較）非常相似，差別在于所選取的材料，PWB的材料為光刻膠，形成波導後會清洗掉沒有曝光的光刻膠，而雷射直接波導通常所選取的材料為玻璃。
具體說來，PWB方案可以細分為如下步驟：1）将不同的光晶片放置在同一基片上。可以設計基片的形狀，補償不同晶片間的高度差。受雷射寫場（writing field）大小的限制，兩個晶片間的距離不超過500um*500um*300um。2）使用丙酮、酒精等清洗光晶片，在需要互聯的兩晶片間沉積光刻膠。3）基于機器視覺技術，借助于marker識别需要互聯的區域，曝光形成PWB。PWB的形狀可根據晶片間的距離、MFD等參數做相應的調整。4）去除未曝光的光刻膠。
(圖檔來自http://www.vanguard-photonics.com/expertise/)
下圖是兩個晶片間PWB互聯的結構圖，
（圖檔來自文獻2）
由于不同晶片的光場MFD差異，PWB的形狀一般為彎曲的taper, 例如通過PWB尺寸的變小，将單模光纖的光場逐漸變小，最終轉換為矽波導中的模場，如下圖所示，
（圖檔來自文獻1）
PWB的主要性能名額是插入損耗，目前雷射器與矽波導間的插損為-0.4dB(文獻3)，性能較好，其結構示意圖如下，
（圖檔來自文獻3）
單模光纖與矽波導間的插損較大，在-4dB左右，主要原因在于光纖中心位置與PWB的偏差。
由于PWB的材料是聚合物，其穩定性與可生産性需要進一步的驗證，沒有在文獻中查找到相關的資料。目前掌握該技術的主要機構是德國的KIT大學，以及與其合作的vanguard photonics公司（http://www.vanguard-photonics.com）。
以上是對光學引線鍵合方案的介紹，該方案的想法非常簡單，但技術瓶頸較高，需要多年的工藝積累。該方案能否脫穎而出，一方面需要進一步提高其性能名額，尤其是矽光晶片與光纖間的插損，其可靠性也需要進一步驗證；另一方面還在于市場的需求，如果生産的數量非常大，該方案的優勢非常明顯，成本可進一步降低。
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參考文獻：
- N. Lindenmann， PhD thesis, "Photonic Wire Bonding as a Novel Technology for Photonic Chip Interfaces"
- N. Lindenmann, et.al., "Photonic wire bonding: a novel concept for chip scale interconnects", Opt. Exp. 20,17667(2012)
- M. Billah, et.al., "Hybrid integration of silicon photonics circuits and InP lasers by photonic wire bonding", arXiv 1802, 03454(2018)