要想在规模更大的市场上使用光耦合器必须进一步降低成本。必须通过一些设计方法来降低成本。耦合误差决定了组装加工的成本和耦合元件的BOM成本。耦合误差越大,元件的BOM的价格就越低。在过去,光电子组装技术以昂贵的亚微米有源耦合公差著称,需要使用专门定制的、慢速度而且是专用的组装的处理技术。
耦合技术的最新进展是把耦合公差降低到1-2µ;m,实现无源耦合,使他们与smt贴片技术相兼容。不过,这些办法必须依靠价格比较贵的倒装芯片加工设备。在对接耦合和瞬息耦合的光耦合办法中,在耦合公差上有根本性的限制,耦合公差会受到光波导尺寸的限制。
光纤耦合结构可以采用价格比较便宜、速度更快的标准表面安装的组装加工技术,它要求把耦合误差提高到10-20µ;m。为了增加耦合公差,众焱电子小编认为有必要在组装接口上扩大光束耦合。
1、smt投射耦合技术
一种能够降低光耦合技术价格的办法。这个办法扩大了光束,在光电芯片、光纤耦合器组装件和激光耦合器组装件之间的smt组装界面上允许存在比较大的耦合公差。在这里,光束焦点侧面位置取决定于光学组装件的相对倾斜角度。光电芯片和激光芯片在smt贴片打样或加工生产过程中通过化学机械抛光(CMP)来保证贴装表面是平的。因此,光芯片和激光芯片有一个适合使用smt工艺的光耦合的平的参考数据。光纤耦合器组装件必须在安装界面上结合平的表面以适应这种光学耦合办法的要求。
2、集成耦合光技术
必须减少分立元件的数量来降低元件的BOM成本和相关的组装件的成本。数量最少的组装件是光电子芯片、光纤耦合器组装件和激光耦合器组装件。
如果能够把所有的光功能都纳入这三种分离式组装件中可能最大限度地降低成本。这意味着光电子芯片将组成所有光元件,包括在平面外旋转的元件和耦合光学元件。这包括在晶片上集成光学元件,达到批量生产、降低成本的目的。一旦这成为IC内电气元件的标准,它将成为在晶片上加工光电子取得突破。
低成本光互连的其他关键组装件是光纤耦合器和激光耦合器组装件。用于smt光耦合的低成本光纤耦合器会受到价格和扩大生产规模的限制。
硅PIC中使用衍射光栅耦合器来扩大光束投影耦合[5]。“全息透镜”既可以充当耦合光学又作为平面外的旋转元件。在晶片上使用光刻和蚀刻处理来生产这种透镜。优化结构的耦合光从SMF射入面积为0.1µ;m2的绝缘硅(SOI)波导管,无源耦合公差为1µ;m、耦合效率达到为-1.4dB(73%)。我们在IC的正面smt组装件。在硅PIC中制作光电子元件,它紧挨着相关的用130nmSOICMOS工艺加工的电子元件。在激光器和PIC中使用相同的透镜实现从光源到PIC的耦合。激光芯片贴装在PIC上。
3、结论
低成本光互连将来有可能使用穿过光电子芯片的投射耦合技术,还有smt贴片加工技术。光耦合误差将提高到1µ;m以上,从而降低成本、完成快速组装对正和贴装处理。在smt界面上的光束将扩大到50µ;m或者更大。
低成本光耦合方案的开发将包含以下三方面的内容:
1)耦合光元件和在平面外旋转的元件的制作,还有在晶片上制作平面波导和其他光元件。
2)低成本表面安装光耦合器把与smt兼容耦合光学元件、光束旋转元件和平面贴装表面整合在一起,并且发展价格更便宜的光纤引线贴装。这类技术,例如投射成型技术,适合用来生产低成本光纤耦合组装件。
3)在晶片上将表面安装耦合光学元件纳入激光器中。
低成本光互连曾经是可望而不可及的目标。把光互连与表面组装件整合起来可以改变这个看法。
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