Amb el ràpid desenvolupament de la tecnologia optoelectrònica, la PCB híbrida del circuit integrat fotònic, com a portador clau que connecta xips fotònics i sistemes electrònics, s'està convertint en un component bàsic per superar els colls d'ampolla de rendiment en camps-de gamma alta com ara la comunicació, la detecció i la informàtica quàntica. A diferència de les plaques de circuits impresos tradicionals que només aconsegueixen la transmissió de senyals elèctrics, les plaques de circuits impresos híbrids de circuits integrats fotònics han de considerar simultàniament la transmissió de baixes pèrdues de senyals fotòniques i la interconnexió estable de senyals elèctrics. Les seves característiques tècniques i requisits de processament són més complexos, i el seu suport al desenvolupament de la indústria és cada cop més destacat.
Característiques tècniques bàsiques de la PCB híbrida del circuit integrat fotònic
El valor bàsic de la PCB híbrida del circuit integrat fotònic és realitzar la transmissió cooperativa i la integració eficient de dos tipus de senyals mitjançant l'estructura especial de "integració elèctrica òptica". Des de la perspectiva de la selecció del material, aquest tipus de PCB s'ha de combinar amb materials especials que combinin baixa pèrdua dielèctrica i alta conductivitat tèrmica -, per exemple, les plaques d'alta-freqüència poden reduir l'atenuació dels senyals de fotons durant la transmissió, garantint la velocitat de comunicació dels mòduls òptics; La tecnologia de compressió mitjana mixta pot combinar amb precisió materials amb diferents característiques (com ara substrats de suport i mitjans de transmissió òptica), complint els requisits d'estabilitat estructural sense afectar la qualitat de transmissió dels senyals de fotons.
A nivell de disseny estructural i adaptació del procés, les plaques de circuits impresos híbrids de circuit integrat fotònic presenten les característiques d'"alta precisió i alta integració". Per aconseguir un acoblament precís dels components optoelectrònics, les plaques de circuits impresos han de tenir una precisió d'alineació entre capes extremadament alta per evitar la pèrdua d'acoblament del senyal òptic causada pel desplaçament; Al mateix temps, l'aplicació de la tecnologia microporosa és crucial, ja que la perforació làser amb obertures extremadament petites pot aconseguir una interconnexió d'alta-densitat, proporcionant la possibilitat de dissenyar en miniatura els dispositius optoelectrònics. A més, l'estabilitat del control d'impedància afecta directament el funcionament coordinat dels senyals elèctrics i òptics. Cal controlar la tolerància d'impedància dins d'un rang estricte mitjançant processos químics fins per evitar les fluctuacions de rendiment causades per la interferència del senyal.
Dificultats clau en el processament de circuits integrats fotònics PCB híbrids
El processament de la PCB híbrida de circuits integrats fotònics s'enfronta a tres reptes bàsics: adaptació de materials, sinergia de processos i control de qualitat. En primer lloc, hi ha el repte de processar i adaptar materials especials, ja que les propietats físiques dels diferents materials difereixen significativament. Per exemple, els materials dielèctrics utilitzats per a la transmissió del senyal de fotons poden tenir un coeficient especial d'expansió tèrmica i es requereix un control precís de la temperatura i la pressió durant el procés de premsat per evitar la deformació de la placa o la separació de les capes intercalades causada per una contracció desigual del material; L'aplicació de làmines de coure gruixudes i altres materials requereix processos de gravat amb major precisió per evitar que el gruix desigual de la capa de coure afecti la conducció actual i el rendiment de la dissipació de calor.
En segon lloc, hi ha una gran demanda de col·laboració entre múltiples etapes del procés. Les plaques de circuits impresos híbrids de circuit integrat de foton sovint requereixen la integració de múltiples processos especials, com ara assegurar-se que els forats dels taps de resina s'omplen sense bombolles per evitar afectar les vies de transmissió del senyal; El procés de ranura escalonada i avellanada s'ha de fer coincidir amb precisió amb els requisits d'instal·lació dels components, i les desviacions dimensionals poden fer que els components no es muntin correctament. A més, la selecció de recobriments superficials també ha de tenir en compte el rendiment elèctric i la compatibilitat. Per exemple, els recobriments químics de níquel-pal·ladi han de garantir la uniformitat per satisfer els requisits de baixa resistència de contacte dels dispositius optoelectrònics, que requereixen que els proveïdors de serveis de processament tinguin capacitats madures d'integració de processos.
Finalment, la dificultat del control de qualitat supera amb escreix la de les plaques de circuits impresos convencionals. Els defectes de rendiment de les plaques de circuits impresos híbrids de circuits integrats fotònics poden conduir directament a la fallada dels sistemes optoelectrònics, per la qual cosa és necessari establir un sistema de control complet de la qualitat del procés - a partir de les proves de rendiment de les matèries primeres quan entren a la fàbrica, per garantir que els materials especials compleixen els estàndards tècnics; Inspecció en línia durant el procés de producció, utilitzant equips d'alta-precisió per solucionar problemes com ara defectes de línia i desviacions d'obertura; Cada pas ha de ser controlat amb precisió per eliminar els riscos de qualitat.
El valor d'aplicació de la indústria del circuit integrat híbrid de fotons
En l'àmbit de la comunicació, la PCB híbrida de circuits integrats fotònics és el component bàsic de les estacions base 5G/6G i els mòduls de comunicació òptica. Les seves característiques de baixa pèrdua de senyal poden garantir la transmissió estable a llarga-distància de senyals d'alta-freqüència, ajudant a les xarxes de comunicació a aconseguir una amplada de banda més gran i una latència més baixa; En el camp dels equips mèdics, els instruments de diagnòstic d'alta-precisió (com ara equips d'imatge i analitzadors bioquímics) equipats amb aquest tipus de PCB poden millorar la precisió i el rendiment-en temps real de les dades de detecció mitjançant la coordinació precisa dels senyals òptics i elèctrics; En el camp de la computació i la detecció quàntica, l'alta integració i les característiques de baixa interferència dels circuits integrats fotònics barrejats amb plaques de circuits impresos poden proporcionar suport per al funcionament estable dels xips quàntics i promoure l'aplicació pràctica de la tecnologia quàntica des del laboratori.