Forskere ser på termisk stabilisering i fotoniske pakker

Fotonik tilbyder forskellige fordele, herunder aktivering af højhastigheds- og lavtabskommunikation ved at udnytte lysegenskaber i optisk datakommunikation, biomedicinske applikationer, bilteknologi og kunstig intelligens-domæner. Disse fordele realiseres gennem komplekse fotoniske kredsløb, der omfatter forskellige fotoniske elementer, der er integreret på en fotonisk chip.

Elektroniske chips tilføjes derefter for at supplere de fotoniske chips til visse funktioner, såsom lyskildedrift, modulering og forstærkning. Den tætte integration af elektroniske og fotoniske chips på et substrat er et kritisk aspekt af fotonisk emballage.

Fotonisk emballage spiller en afgørende rolle i at understøtte den effektive drift af elektroniske og fotoniske chips på tværs af elektriske, optiske, mekaniske og termiske domæner. Effektiv termisk styring bliver afgørende i kompakte pakker, hvor termisk krydstale mellem elektroniske og fotoniske chips sammen med udsving i omgivelsernes temperatur kan påvirke fotoniske chipss ydeevne negativt.

Glassubstrater, der i vid udstrækning diskuteres som en co-emballeringsplatform til elektroniske og fotoniske chips, er kritiske her, fordi de tilbyder fordele såsom kompakt formfaktor, lavt elektrisk tab og en fabriksbar platform på panelniveau. Derudover har glassubstrater lav varmeledningsevne, hvilket letter minimal lateral varmespredning mellem elektroniske og fotoniske chips.

Inkorporeringen af ​​gennemglas-vias (TGV'er) i glassubstrat muliggør effektiv varmeafledning fra elektroniske chips. En anden termisk styringsstrategi involverer at integrere mikrotermoelektriske kølere (mikro-TEC'er) på undersiden af ​​en chip, hvilket giver aktiv temperaturkontrol.

I ny forskning offentliggjort i Journal of Optical Microsystems , introduceres en kombination af TGV'er og mikro-TEC-teknologier kaldet "substratintegrerede mikro-termoelektriske kølere (SimTEC)".

SimTEC involverer TGV'er delvist fyldt med kobber og termoelektriske materialer, hvilket sikrer termisk stabilisering af fotoniske og elektroniske chips i pakken. Denne nye teknik komplementerer kølemetoder på systemniveau. Forsker Parnika Gupta og kolleger ved University College Cork, Irland, undersøgte virkningen af ​​glassubstrater på den termiske ydeevne af segmenterede vias og sammenlignede det med de fritstående mikro-TEC-søjler. De analyserede effekten af ​​via diameter, højde, pitch og fill-faktor på SimTEC's køleydelse.

Navnlig giver teknologien præcis termisk kontrol i pakken og reducerer termisk modstand mellem TEC-overfladen og chipgrænsefladen, når chips er flip-chip-bundet på glassubstratet. Simuleringer med design af eksperimenter (DOE) angiver en maksimal afkøling på 9,3 K eller et temperaturstabiliseringsområde på 18,6 K.

Undersøgelsen understregede også en seks gange større variation i køleydelse med variationen i via geometri sammenlignet med køleydelsesvariationen af ​​det fritstående mikro-TEC-enkeltelement. Optimering af termoelektriske materialeegenskaber rummer potentialet for at forbedre ydeevnen af ​​fremtidige SimTEC-integrerede arkitekturer.

Flere oplysninger: Parnika Gupta et al., Substratintegrerede mikrotermoelektriske kølere i glassubstrat til næste generations fotoniske pakker, Journal of Optical Microsystems (2024). DOI:10.1117/1.JOM.4.1.011006

Leveret af SPIE