La photonique offre divers avantages, notamment la possibilité d'une communication à haut débit et à faibles pertes en exploitant les propriétés de la lumière dans les domaines de la communication de données optiques, des applications biomédicales, de la technologie automobile et de l'intelligence artificielle. Ces avantages sont réalisés grâce à des circuits photoniques complexes, comprenant divers éléments photoniques intégrés sur une puce photonique.
Des puces électroniques sont ensuite ajoutées pour compléter les puces photoniques pour certaines fonctions, telles que le fonctionnement, la modulation et l'amplification de la source lumineuse. L'intégration étroite des puces électroniques et photoniques sur un substrat est un aspect essentiel du packaging photonique.
L'emballage photonique joue un rôle essentiel en soutenant le fonctionnement efficace des puces électroniques et photoniques dans les domaines électriques, optiques, mécaniques et thermiques. Une gestion thermique efficace devient cruciale dans les boîtiers compacts où la diaphonie thermique entre les puces électroniques et photoniques, ainsi que les fluctuations de température ambiante, peuvent avoir un impact négatif sur les performances des puces photoniques.
Les substrats en verre, largement évoqués comme plate-forme de co-packaging pour les puces électroniques et photoniques, sont ici essentiels car ils offrent des avantages tels qu'un facteur de forme compact, de faibles pertes électriques et une plate-forme de fabrication au niveau du panneau. De plus, les substrats en verre ont une faible conductivité thermique, ce qui facilite une propagation latérale minimale de la chaleur entre les puces électroniques et photoniques.
L'incorporation de vias traversants en verre (TGV) dans le substrat en verre permet une dissipation efficace de la chaleur des puces électroniques. Une autre stratégie de gestion thermique consiste à intégrer des refroidisseurs microthermoélectriques (micro-TEC) sous une puce, assurant un contrôle actif de la température.
Dans une nouvelle recherche publiée dans le Journal of Optical Microsystems , une combinaison de technologies TGV et micro-TEC appelées « refroidisseurs micro-thermoélectriques intégrés au substrat (SimTEC) » est introduite.
SimTEC implique des TGV partiellement remplis de cuivre et de matériaux thermoélectriques, assurant la stabilisation thermique des puces photoniques et électroniques du boîtier. Cette nouvelle technique complète les approches de refroidissement au niveau du système. La chercheuse Parnika Gupta et ses collègues de l'University College Cork, en Irlande, ont examiné l'impact des substrats en verre sur les performances thermiques des vias segmentés et l'ont comparé à celles des piliers micro-TEC autonomes. Ils ont analysé l'effet du diamètre, de la hauteur, du pas et du facteur de remplissage du via sur les performances de refroidissement de SimTEC.
Notamment, la technologie fournit un contrôle thermique précis dans le boîtier et réduit la résistance thermique entre la surface TEC et l'interface de la puce lorsque les puces sont collées sur le substrat en verre. Les simulations avec plans d'expériences (DOE) indiquent un refroidissement maximum de 9,3 K ou une plage de stabilisation de température de 18,6 K.
L'étude a également mis en évidence une variation six fois plus importante des performances de refroidissement avec la variation de la géométrie des vias par rapport à la variation des performances de refroidissement du monocouple micro-TEC autonome. L'optimisation des propriétés des matériaux thermoélectriques offre le potentiel d'améliorer les performances des futures architectures intégrées à SimTEC.
Plus d'informations : Parnika Gupta et al, Refroidisseurs micro-thermoélectriques intégrés au substrat dans un substrat en verre pour les packages photoniques de nouvelle génération, Journal of Optical Microsystems (2024). DOI :10.1117/1.JOM.4.1.011006
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