Gestion des technologies d’interconnexion optique chez Fraunhofer IZM Berlin

Henning Schröder est responsable du groupe Technologies d’interconnexion optique chez Fraunhofer IZM Berlin, un groupe responsable du développement de packages innovants pour composants et systèmes pour la technologie de la microélectronique, de l’optique et des microsystèmes. Ivan Nikitski, responsable technologique de l’EPIC pour le quantum et les PIC, a eu l’occasion de s’entretenir avec Henning pour en savoir plus sur ses responsabilités et ses projets pour l’avenir.

Quel est le contexte de votre nomination en tant que directeur du groupe des technologies d’interconnexion optique chez Fraunhofer IZM Berlin ?

En 1988, je suis allé à l’Université Otto-von-Guericke de Magdebourg pour faire un BSc/MSc en physique. Mes études se sont concentrées sur la physique de l’ultra-vide et la technologie MEMS, et en 1995, je suis allé à l’Université technique de Berlin pour faire un doctorat. Mon travail était lié aux MEMS micro-optiques, en particulier au développement d’un mécanisme de gravure anisotrope du silicium, c’est-à-dire l’enlèvement de matière dans des directions spécifiques pour permettre la production de caractéristiques géométriques utilisées dans la fabrication de MEMS.

En 2000, après mon doctorat, j’ai postulé avec succès chez Fraunhofer IZM, qui développait également la technologie MEMS et le packaging MEMS, et j’ai créé un très petit groupe dédié à la photonique. Depuis, je travaille chez Fraunhofer en tant que chef de groupe du groupe de travail Technologies d’interconnexion optique, et nous avons désormais une équipe de 20 personnes, composée de doctorants, d’ingénieurs et de techniciens et d’une quinzaine d’étudiants.

Comment la technologie a-t-elle évolué au cours des 23 dernières années ?

Depuis sa création en 1993, l’objectif principal de l’Institut est de faire sortir la recherche du laboratoire vers l’industrie. Au début des années 2000, au plus fort de la bulle des télécommunications, nous nous sommes concentrés sur la fibre optique et les connexions pour les systèmes de télécommunications et les centres de données. Depuis lors, nous avons dû suivre l’évolution de la technologie des puces avec de nouveaux types d’interconnexions électriques et optiques, ce qui a présenté de nouveaux défis pour l’emballage. Nous avons dû recourir de plus en plus à une technologie de structuration plus précise utilisant le verre pour jouer entre l’alignement actif et passif des composants. Un changement important a eu lieu il y a environ 15 ans lorsque nous avons introduit les machines de collage Ficontec afin de pouvoir passer à l’automatisation et faire passer l’intégration photonique du laboratoire à la fabrication.

Tout au long de mon séjour chez Fraunhofer, mon objectif a été de transférer les leçons apprises du packaging microélectronique à la photonique. Au début, nous avions 20 à 30 ans de retard sur la microélectronique – dans les autres départements autour de moi, ils utilisaient des puces retournées, des puces et des liaisons par fil – tous des automates. Heureusement, la photonique a rattrapé son retard et, dans mon laboratoire, nous disposons désormais de plusieurs liants de haute précision et d’autres équipements à haut débit que nous pouvons transférer après le développement du processus.

Qu’offrez-vous aux clients et collaborateurs ?

Je dirige un groupe de R&D sur les technologies de packaging photonique et d’interconnexion optique pour les circuits imprimés et les modules photoniques. Nous disposons de toutes les principales lignes technologiques nécessaires à cet effet, telles que l’intégration de systèmes au niveau des tranches et la technologie des cartes de circuits imprimés, que nous combinons avec des approches au niveau des panneaux pour obtenir de nouvelles innovations. Notre principal domaine de travail est la conception, la fabrication et l’amélioration des performances de guides d’ondes en verre optique et de micro-optiques pour PCB et capteurs optiques, ainsi que des technologies d’assemblage et de conditionnement micro-optiques fiables pour les modules photoniques, y compris la fixation de fibres optiques.

Qui sont vos clients ?

Nous effectuons de la R&D en collaboration avec des start-ups et de grandes entreprises, ce qui représente environ 50 % de notre activité, ainsi qu’avec de grands projets financés au niveau européen, national et régional, qui représentent l’autre moitié.

Notre travail avec les start-ups consiste généralement à les aider à intégrer des puces dans leur système afin qu’elles puissent créer un premier prototype à présenter aux VC et aux clients potentiels.

Les moyennes et grandes entreprises souhaitent généralement trouver des solutions spécifiques concernant les processus et/ou les matériaux ou pour des puces spécifiques. La plupart des activités sont liées aux nouveaux PIC sur différents substrats tels que le silicium sur isolant, le nitrite de silicium, le niobate de lithium, etc. Dans ce domaine, le travail consiste à structurer les substrats, à coller et souder les contacts, à aligner les fibres et à assurer une haute fiabilité. efficacité du couplage. Nous résolvons également les problématiques thermiques et hautes fréquences, et si nécessaire, en combinaison avec la microfluidique.

Les grandes entreprises ont tendance à avoir des projets plus longs, plus stratégiques et impliquant généralement plus d’argent. Par exemple, nous aidons les grands fournisseurs de puces à intégrer leurs puces dans des systèmes, en les conseillant sur le substrat le plus approprié. Il existe également des sociétés liées aux applications comme Siemens et les grands constructeurs automobiles, qui souhaitent généralement réduire un système photonique électronique. Par exemple, nous avons des projets de gyroscopes à fibre optique dans lesquels les clients souhaitent miniaturiser et combiner l’électronique et la photonique dans un format très réduit.

Il y a ensuite les entreprises de communication et les fournisseurs d’équipements de centres de données, qui recherchent une efficacité énergétique pour des systèmes plus petits et ont besoin d’une intégration de système pour obtenir plus de fonctionnalités. Nous fournissons également des solutions pour la communication quantique, la détection quantique et l’informatique quantique, où les technologies de miniaturisation et de packaging sont de plus en plus essentielles.

L’un des principaux avantages de travailler avec nous est que l’Institut est équipé d’une gamme d’équipements de test de fiabilité et d’analyse de défaillances de pointe, ce qui nous permet de voir exactement comment les systèmes réagissent et de résoudre les problèmes.

Où voyez-vous la croissance future ?

L’une des tendances est le chiplet, un petit circuit intégré contenant un sous-ensemble bien défini de fonctionnalités. Les chipsets constituent un défi pour l’emballage, et nous constatons une demande croissante d’interconnexions électriques et photoniques à courte portée de puces offrant une efficacité énergétique et une largeur de bande élevées. Dans le domaine de l’électronique pure, l’électronique de puissance, importante pour les voitures électriques et les énergies renouvelables, est un domaine en croissance. Un autre secteur en croissance est celui de l’électronique durable ou verte, dans laquelle l’électronique et la photonique sont conçues au départ pour être recyclables et économes en énergie.

Quels sont les futurs défis pour l’emballage photonique ?

La difficulté bien connue est le manque de normes. Ceux qui travaillent avec les PIC améliorent chaque jour leurs processus, mais la variété des substrats et le manque de normes créent des problèmes de coûts et d’échelle. Une solution technique que nous proposons consiste à utiliser une gravure sélective induite par laser pour structurer des substrats en verre de manière précise, flexible et tridimensionnelle. En combinaison avec des technologies de collage laser précises, cette technologie à base de verre est rentable et permet de réaliser de nombreux packages pour les systèmes photoniques. L’étape suivante consiste à passer de l’intégration au niveau de la plaquette au niveau du panneau. Cela permettra d’utiliser d’une manière ou d’une autre la technologie des circuits imprimés, qui devient plus précise et plus propre, mais également plus délicate pour l’intégration sur un grand format de panneau.

Quels seront les principaux moteurs de l’intégration de la photonique à l’avenir ?

Pour les applications de communication, il s’agira d’une plus grande largeur de bande et d’une consommation d’énergie plus faible. Dans le domaine de la détection, nous constatons une tendance continue vers la miniaturisation pour permettre la fabrication d’applications à faible coût et à haut volume, en particulier pour l’IoT, les équipements de point d’intervention et les applications environnementales.

À ce stade, je voudrais annoncer que les 4 et 5 juin 2024, le Fraunhofer IZM organise une réunion EPIC sur l’intégration et l’emballage photoniques à Berlin. L’objectif est d’examiner les progrès en matière d’intégration à l’échelle des puces, les techniques de conditionnement avancées et les nouveaux processus de fabrication, ainsi que la manière dont ces progrès vont révolutionner divers secteurs, notamment les télécommunications, les centres de données, les soins de santé et les applications de détection. Tous ceux qui travaillent sur la technologie dans ces domaines sont les bienvenus, tout comme les entreprises manufacturières qui souhaitent en savoir plus sur les nouvelles tendances en matière de matériaux et de composants et sur les nouveautés du point de vue technologique.

Je suis conscient que de nombreuses entreprises hésitent à passer de l’électronique pure à l’électro-optique et à la photonique combinées en raison du coût et des problèmes techniques que cela implique. Mais cette réunion sera une excellente occasion d’apprendre comment ils peuvent bénéficier de la photonique et accroître leur compétitivité future.

Quel conseil donneriez-vous à la prochaine génération de chercheurs ?

Je suis un ami des petites choses. Les jeunes qui étudient la physique aujourd’hui ont tendance à ne voir que l’optique de la vieille école : de grandes lentilles et de grandes optiques. Mon conseil est d’observer les papillons et les petits yeux des mouches et d’autres animaux, et de s’inspirer de petits produits innovants qui peuvent conduire l’avenir de la micro-optique et ouvrir de nouvelles voies en physique. Mais le plus important : essayer de résoudre les problèmes pertinents pour transformer notre monde en un monde durable.

Écrit par Ivan Nikitski, ÉPIQUEResponsable technologique de Quantum et PIC.