我们面临的最大的挑战是如何降低在IC芯片、平面光波导电路(PLC)芯片或者集成光路(PIC)上打开和关闭光信号的解决办法的价格。光波导在这些芯片中开始变得越来越小,在单模光纤下光波导最低达到0.3µ;m,并且具有PLC和PIC功能。与此相反,单模光纤(SMF)是通过一根较大的9µ;m的芯来传输光信号的。当耦合光从一个波导向另一个波导传输时,它们在波导尺寸和相关的孔上存在差别是很难解决的。另一困难在于如何解决玻璃纤维和硅或者III-V类波导之间折射率失配很大。
在通讯产品中,芯片光纤通讯和光源芯片通讯是两种基本芯片通讯光耦合技术。研制低成本的解决方案需要使用表面安装光耦合芯片、光纤耦合组装件和晶片激光互联办法。因为硅的基本带宽有限,所以只能用III-V类材料来生产光源。波分复用(WDM)光通讯系统需要使用低成本的光源。电路板之间、芯片之间的光通讯仍然存在技术上的障碍。在本文中,众焱电子小编主要讲解低成本的要求。
1、下列情况要求使用低成本光耦合办法:
1)与行业标准组装工艺兼容;
2)用于光耦合和封装的低成本元件;
3)与FEOL和BEOL晶片加工兼容的工艺;
4)在晶片上进行光电检测、确定芯片是否合格(KGD)。
2、构建低成本光互联技术必须遵守以下原则:
1)低成本材料清单(BOM);
2)减少元件的数量和组装工艺步骤;
3)在大批量生产时提高光耦合效率;
4)smt组装工艺的对正误差比较大;
5)使用无源耦合的办法而不是有源耦合的办法;
6)加快组装加工速度;
7)生产方法可以随着smt贴片打样或批量生产速度的变化而改变。
制约光耦合解决办法与表面安装组装技术是否兼容的因素包括,缺少适合表面安装处理、使用平面安装结构的光学元件和组件,缺少结合了独立而且分离的光学元件的光耦合设计,以及需要使用亚微米耦合误差与有源耦合。其他制约因素包括在自动组装加工技术中光纤加工技术和用于表面安装光耦合的IC、PLC和PIC芯片的情况。
光纤到户(FTTH)产品要求使用成本比较低的解决办法,目前我们已经不再继续开发与smt贴片加工相结合的光电封装技术。已经研制出用于双向高速耦合转发器和三向高速耦合转发器的PLC芯片。光耦合解决办法把对接耦合和蚀刻的波导管和消散波耦合技术有效地结合起来。
通过蚀刻穿过波导形成对接耦合面来制作接入芯片的波导。可以用对接耦合技术生产出光纤、激光芯片和光电检测芯片。在PLC平台上用这种办法生产FTTH转发器。PLC晶片光电检测技术可以与PLC晶片上的具体的光电探测器和探测点结合起来。
在与光纤耦合时,扩大在PLC芯片中的波导、使它与光纤内芯尺寸相配,实现有效的对接耦合。通过把波导面压入精确的V型槽中并且面向芯片的蚀刻波导面,使光纤与蚀刻的波导面实现无源耦合。通过各向异性的<100>硅湿润蚀刻严格控制V型槽的大小并且平行地对正芯片的波导。使用折射率相匹配的粘合剂和快速紫外线固化方法,并且结合二次粘合剂加热固化办法,完成贴装。这种耦合方法需要把一些芯片做成V型槽并且在PLC硅晶片上限制晶体的方向。这种组装工艺不属于smt贴片加工工艺的范畴,而且当组装成本远低于传统光电组装办法时,它在价格上的优势是这些电子smt贴片无法相比的。
使用Z轴无源耦合实现了边缘发射激光与芯片波导的蚀刻面的对接耦合,停止在PLC中蚀刻。通过芯片贴装的办法把激光芯片贴装到PLC上。用折射率相匹配的粘合剂填充激光面和芯片波导面之间的缝隙。这种表装贴装工艺允许存在1-µ;m的无源耦合误差。
把分立的外部光探测芯片与PLC波导进行耦合需要采用类似的办法。我们把一面可以旋转的镜子整合到光探测器芯片内,使芯片波导面发出的光信号与光探测器芯片有源区域耦合。用来耦合激光或光纤的耦合公差必须低于10µ;m。值得注意的是用来替代分离式光探测器芯片的smt耦合技术。在硅和InP两种平台中,通过晶片处理技术成功地把光探测器纳入PIC中,它提出用价格更低的解决办法实现更高水平的光功能集成。
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