[go: up one dir, main page]

RU2568341C1 - Method of forming channel for transmitting optical signal between components of electronic module - Google Patents

Method of forming channel for transmitting optical signal between components of electronic module Download PDF

Info

Publication number
RU2568341C1
RU2568341C1 RU2014122939/28A RU2014122939A RU2568341C1 RU 2568341 C1 RU2568341 C1 RU 2568341C1 RU 2014122939/28 A RU2014122939/28 A RU 2014122939/28A RU 2014122939 A RU2014122939 A RU 2014122939A RU 2568341 C1 RU2568341 C1 RU 2568341C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
crystals
radiation
insulating layers
crystal
Prior art date
Application number
RU2014122939/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Степанович Верба
Леонид Викторович Воронцов
Дмитрий Александрович Даниленко
Александр Николаевич Даниленко
Original Assignee
Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега" filed Critical Акционерное общество "Концерн радиостроения "Вега"
Priority to RU2014122939/28A priority Critical patent/RU2568341C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2568341C1 publication Critical patent/RU2568341C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method includes using a material, which is selected based on the wavelength of the optical radiation used, to make an optical component which is an optical radiation waveguide made in the form of two mirror symmetric diffraction gratings and a straight portion in between; using a crystal, which is a VCSEL radiation source, and a crystal which is a PD radiation detector, and attaching said crystals to a substrate; depositing an insulating layer or insulating layers up to the top plane of the crystals; using a known method to form current-conducting interconnections from the contact pads of the crystals; opening insulating layers over the emitting and receiving areas of the corresponding crystals and mounting the optical component with calculated accuracy on the corresponding place; fixing the component with a polymer layer around the periphery or with a thin photoresist layer, which is deposited on contact surfaces before mounting the optical component, and depositing insulating layers.
EFFECT: easier formation of a channel for transmitting an optical signal between components of an electronic module, improved performance of said channel.
5 dwg

Description

Изобретение относится к радиоэлектронике. В нем предлагается новый способ образования канала для передачи оптического сигнала между компонентами электронного модуля.The invention relates to electronics. It proposes a new channelization method for transmitting an optical signal between components of an electronic module.

Чем вызван переход в оптику? Дело в том, что при больших частотах (скоростях передачи) в несколько гигабит в секунду в медных проводниках (дорожках) печатной платы возникают сильные искажения сигналов как за счет увеличения сопротивления самих проводников, так и из-за резонансных явлений.What caused the transition to optics? The fact is that at high frequencies (transfer speeds) of several gigabits per second, strong distortion of the signals occurs in the copper conductors (tracks) of the printed circuit board, both due to an increase in the resistance of the conductors themselves and due to resonance phenomena.

Выход ищут в использовании оптического соединения, когда исходный электрический сигнал при помощи микролазера преобразуют в оптический, затем осуществляют передачу оптического сигнала по волокну (полимерному оптическому волноводу), прием оптического сигнала микрофотодетектором, преобразование оптического сигнала в исходный электрический.The solution is sought in the use of an optical connection, when the initial electrical signal is converted into an optical signal using a microlaser, then the optical signal is transmitted through a fiber (polymer optical waveguide), the optical signal is received by a microphotodetector, and the optical signal is converted into the original electric signal.

Оптический сигнал в этом случае необходимо передать с наименьшими потерями, так как мощность микролазера очень мала, а излучение имеет свойство в значительной степени рассеиваться.In this case, the optical signal must be transmitted with the least loss, since the microlaser power is very small, and the radiation tends to be scattered to a large extent.

«Соединения к источникам и детекторам света, связанным с электронными чипами, обеспечивают разнообразные варианты конфигураций оптических межсоединений, герметизированных гибкими прочными пленками. <…>:“Connections to light sources and detectors associated with electronic chips provide a variety of configuration options for optical interconnects that are sealed with flexible, durable films. <...>:

- волноводы прикреплены к поверхности платы для связи края платы с чипом или между чипами. <…>;- waveguides attached to the surface of the board to connect the edge of the board with the chip or between the chips. <...>;

- используется гибкая перемычка для соединения с верхней поверхностью чипа. Такая конфигурация обеспечивает разнообразные соединения, такие как концевой контакт к чипу, чип к чипу или чип к зажиму множества стекловолокон вне платы;- a flexible jumper is used to connect to the upper surface of the chip. This configuration provides a variety of connections, such as end contact to the chip, chip to chip, or chip to clamp multiple optical fibers outside the board;

- перемычка вне основания от концевого контакта к чипу и между чипами;- a jumper outside the base from the end contact to the chip and between the chips;

- гибридные варианты, содержащие связи либо на либо вне основания, к зеркалу и набору линз для обеспечения соединений к нижней стороне основания или к оптическому слою между основаниями;- hybrid variants containing bonds either on or off the base to a mirror and a set of lenses to provide connections to the underside of the base or to the optical layer between the bases;

- многоярусный пленочный волновод обеспечивает набор межсоединений между объединительной, дочерней и дочерними платами» (http://www.circuitry.ru/jornal/article/2254).“A multi-tiered film waveguide provides a set of interconnects between the backplane, daughter and daughter boards” (http://www.circuitry.ru/jornal/article/2254).

Для передачи оптического сигнала между компонентами электронного модуля используют лезеры и приемники, выполненные в виде соответствующих кристаллов. Особенности технологии получения этих элементов определяют их конструктивные особенности: излучающая и приемная площадки элементов могут быть направлены либо вверх (кристалл монтируется на подложку "лицом вверх"), либо вниз (кристалл монтируется на подложку "лицом вниз"). Поэтому для передачи оптического сигнала в этом случае существует проблема поворота луча.To transmit an optical signal between the components of the electronic module, lasers and receivers made in the form of corresponding crystals are used. Features of the technology for producing these elements determine their design features: the emitting and receiving areas of the elements can be directed either up (the crystal is mounted on a substrate "face up") or down (the crystal is mounted on a substrate "face down"). Therefore, in order to transmit an optical signal, there is a problem of beam rotation.

В (http://chromisfiber.com/pdf/YSSon_OSAribbonPOF_OEFeb2011.pdf) для решения этих проблем предлагается использовать гибкую оптоволоконную ленту, а также фокусирующие линзы и призмы 45°. Это позволяет сократить «количество отдельных компонентов, чтобы облегчить пассивное согласование применительно для массового производства».In (http://chromisfiber.com/pdf/YSSon_OSAribbonPOF_OEFeb2011.pdf) to solve these problems it is proposed to use a flexible fiber optic tape, as well as focusing lenses and prisms 45 °. This reduces the "number of individual components to facilitate passive matching for mass production."

Следует отметить, однако, что гибкие оптоволоконные соединители обладают низкими эксплуатационными характеристиками.It should be noted, however, that flexible fiber optic connectors have poor performance.

В диссертации (Karppinen М. High bit-rate optical interconnects on printed wiring board. Micro-optics and hybrid integration, Edita prima Oy, Helsinki, 2008, p. 71-72) используют микролинзы и зеркала для поворота луча. Однако линзы и зеркала требуют тщательной юстировки, и при серийном производстве это оказывается узким местом.In the dissertation (Karppinen M. High bit-rate optical interconnects on printed wiring board. Micro-optics and hybrid integration, Edita prima Oy, Helsinki, 2008, p. 71-72), microlenses and mirrors are used to turn the beam. However, lenses and mirrors require careful alignment, and in mass production this turns out to be a bottleneck.

В (Takahara Н. Optoelectronic Packaging Trends in Japan. Stanford University, US-Asia TMC, May 2003, p. 6) луч последовательно от лазера проходит прозрачный полимер, микролинзу, воздух, снова микролинзу, полимер, зеркало, оптический волновод, снова зеркало, полимер, микролинзу, воздух, опять микролинзу, полимер и попадает в микрофотодетектор. Здесь тоже требуется тщательная установка микролинз и зеркал.In (Takahara, N. Optoelectronic Packaging Trends in Japan. Stanford University, US-Asia TMC, May 2003, p. 6), the beam sequentially from the laser passes through a transparent polymer, a microlens, air, again a microlens, a polymer, a mirror, an optical waveguide, again a mirror , polymer, microlens, air, again microlens, the polymer also enters the microphotodetector. It also requires careful installation of microlenses and mirrors.

Известна дифракция лазерного излучения на дифракционных решетках (http://mr.jinr.rii/fein/pdf/Optics_lab5.pdf).Known diffraction of laser radiation by diffraction gratings (http: //mr.jinr.rii/fein/pdf/Optics_lab5.pdf).

Известны дифракционные решетки, которые работают только на отражение с углом отражения, равным 90°. Теоретическое обоснование этого эффекта содержится в работах, представленных в (http://ipes.creol.ucf.edu/Publications.aspx), и иллюстрируется в (S. Lardenois et al., Opt. Lett. 28, 1150 (2003)).Known diffraction gratings that operate only on reflection with a reflection angle of 90 °. A theoretical justification for this effect is contained in the papers presented in (http://ipes.creol.ucf.edu/Publications.aspx) and is illustrated in (S. Lardenois et al., Opt. Lett. 28, 1150 (2003)) .

Этот эффект можно использовать для образования канала для передачи оптического сигнала между компонентами электронного модуля. Для этого (см. фиг. 1-5):This effect can be used to form a channel for transmitting an optical signal between the components of the electronic module. For this (see Fig. 1-5):

1. Изготавливают оптическую деталь (фиг. 1), которая представляет собой волновод оптического излучения, выполненный в виде двух зеркально-симметричных дифракционных решеток и прямолинейного участка между ними. Деталь изготавливают с размерами, учитывающими ее размещение, и требуемыми допусками на линейные размеры и радиусы кривизны штрихов (выступов) решетки, а также заданными параметрами шероховатости (см. ГОСТ 2789-73) всех поверхностей детали. Период решетки рассчитывают исходя из длины волны используемого оптического излучения. Радиусы кривизны для каждого штриха решетки рассчитывают из условия фокусировки оптического излучения с целью уменьшения расходимости излучения от источника излучения и максимальной засветки чувствительной площадки приемника излучения. Материал оптической детали также выбирают исходя из длины волны оптического излучения. Так, используют Si (для длины волны 1,55 мкм); фотополимер EpoCore 10, Micro Resist Technology (для длины волны 0,85 мкм); фотополимер EpoCore 20, Micro Resist Technology (для длины волны 0,85 мкм); фотополимер SU-85 MicroChem Corporation (для длины волны 0,85 мкм).1. An optical component is made (Fig. 1), which is a waveguide of optical radiation made in the form of two mirror-symmetric diffraction gratings and a rectilinear section between them. A part is made with dimensions that take into account its location and the required tolerances for the linear dimensions and radii of curvature of the gratings (protrusions) of the grating, as well as the specified roughness parameters (see GOST 2789-73) of all surfaces of the part. The grating period is calculated based on the wavelength of the used optical radiation. The radii of curvature for each grating line are calculated from the focusing conditions of optical radiation in order to reduce the divergence of radiation from the radiation source and to maximize the illumination of the sensitive area of the radiation receiver. The material of the optical part is also selected based on the wavelength of the optical radiation. So, use Si (for a wavelength of 1.55 μm); photopolymer EpoCore 10, Micro Resist Technology (for a wavelength of 0.85 microns); photopolymer EpoCore 20, Micro Resist Technology (for a wavelength of 0.85 microns); Photopolymer SU-85 MicroChem Corporation (for a wavelength of 0.85 microns).

2. Берут кристаллы 1 и 2 (источник излучения VCSEL и приемник излучения PD соответственно) и приклеивают на подложку 3, которую изготавливают, например, из кремния, оксида кремния или нитрида кремния (фиг. 2).2. Take crystals 1 and 2 (VCSEL radiation source and radiation detector PD, respectively) and adhere to the substrate 3, which is made, for example, of silicon, silicon oxide or silicon nitride (Fig. 2).

3. Наносят изолирующий слой или изолирующие слои 4 до верхней плоскости кристаллов (фиг. 3).3. Apply an insulating layer or insulating layers 4 to the upper plane of the crystals (Fig. 3).

4. Известным способом формируют токопроводящие межсоединения 5 от контактных площадок кристаллов, вскрывают изолирующие слои над излучающей и принимающей площадками кристаллов 6 и устанавливают с рассчитанной точностью оптическую деталь 7 (фиг. 4).4. In a known manner, conductive interconnects 5 are formed from the contact pads of the crystals, the insulating layers are opened above the emitting and receiving pads of the crystals 6, and the optical part 7 is installed with the calculated accuracy (Fig. 4).

5. Оптическая деталь 7 фиксируется полимерным слоем по периметру либо тонким слоем фоторезиста, нанесенного на контактируемые поверхности перед ее установкой. Наносятся изолирующие слои 8 (фиг. 5).5. The optical part 7 is fixed with a polymer layer around the perimeter or with a thin layer of photoresist deposited on contact surfaces before installation. Insulating layers 8 are applied (FIG. 5).

Преимущество от использования изобретения для серийного и массового изготовления электронных модулей, содержащих оптические межсоединения: нет необходимости в трудоемкой юстировке микрозеркал и микролинз; роль микрозеркал и микролинз выполняют дифракционные решетки, изготовленные заранее в виде единого оптического тракта - единой оптической детали.The advantage of using the invention for serial and mass production of electronic modules containing optical interconnects: there is no need for laborious adjustment of micromirrors and microlenses; the role of micromirrors and microlenses is played by diffraction gratings made in advance in the form of a single optical path - a single optical part.

Технический результат изобретения: существенное упрощение в образовании канала для передачи оптического сигнала между компонентами электронного модуля при многократной повторяемости и значительное улучшение эксплуатационных характеристик этого канала.The technical result of the invention: a significant simplification in the formation of the channel for transmitting the optical signal between the components of the electronic module with multiple repeatability and a significant improvement in the operational characteristics of this channel.

Claims (1)

Способ образования канала для передачи оптического сигнала между компонентами электронного модуля, заключающийся в том, что из материала, который выбирают исходя из длины волны используемого оптического излучения, изготавливают оптическую деталь, которая представляет собой волновод оптического излучения, выполненный в виде двух зеркально-симметричных дифракционных решеток и прямолинейного участка между ними, причем эту деталь изготавливают с учетом ее размещения, длины волны и условий фокусировки используемого оптического излучения с требуемыми допусками на линейные размеры и радиусы кривизны штрихов (выступов) решетки, а также заданными параметрами шероховатости всех поверхностей детали; берут кристалл, являющийся источником излучения VCSEL и кристалл, являющийся приемником излучения PD, и приклеивают их на подложку, наносят изолирующий слой или изолирущие слои до верхней плоскости кристаллов, известным способом формируют токопроводящие межсоединения от контактных площадок кристаллов, вскрывают изолирующие слои над излучающей и принимающей площадками соответствующих кристаллов и устанавливают оптическую деталь с рассчитанной точностью на соответствующее место, фиксируют ее полимерным слоем по периметру или тонким слоем фоторезиста, который наносят на контактируемые поверхности перед установкой оптической детали, и наносят изолирующие слои. The method of forming a channel for transmitting an optical signal between the components of the electronic module, which consists in the fact that from a material that is selected based on the wavelength of the used optical radiation, an optical part is made, which is an optical radiation waveguide made in the form of two mirror-symmetric diffraction gratings and a straight portion between them, this part being made taking into account its placement, wavelength and focusing conditions of the used optical radiation I with the desired tolerances in the linear dimensions of the radii of curvature of grooves (protrusions) of the lattice, and the specified parameters of roughness of the workpiece surface; take the crystal, which is the source of the VCSEL radiation, and the crystal, which is the receiver of the PD radiation, and glue them onto the substrate, apply the insulating layer or insulating layers to the upper plane of the crystals, form conductive interconnects from the contact pads of the crystals in a known manner, open the insulating layers above the emitting and receiving pads crystals and set the optical part with calculated accuracy in the appropriate place, fix it with a polymer layer around the perimeter or a thin layer we use photoresist, which is applied to the contact surfaces before installing the optical part, and the insulating layers are applied.
RU2014122939/28A 2014-06-05 2014-06-05 Method of forming channel for transmitting optical signal between components of electronic module RU2568341C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014122939/28A RU2568341C1 (en) 2014-06-05 2014-06-05 Method of forming channel for transmitting optical signal between components of electronic module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014122939/28A RU2568341C1 (en) 2014-06-05 2014-06-05 Method of forming channel for transmitting optical signal between components of electronic module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2568341C1 true RU2568341C1 (en) 2015-11-20

Family

ID=54597927

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014122939/28A RU2568341C1 (en) 2014-06-05 2014-06-05 Method of forming channel for transmitting optical signal between components of electronic module

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2568341C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU212732U1 (en) * 2021-08-06 2022-08-04 Общество с ограниченной ответственностью "Би Питрон" Transceiver optical module

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6970610B2 (en) * 2002-03-25 2005-11-29 Canon Kabushiki Kaisha Optical transmission sheet, optoelectric apparatus, and optical transmission method
US7343060B2 (en) * 2005-03-04 2008-03-11 Fuji Xerox Co., Ltd. Light transmission and reception module, sub-mount, and method of manufacturing the sub-mount
EP2317655B1 (en) * 2008-08-22 2014-05-07 Omron Corporation Parallel-serial converter for optical transmission, optical transmission system, and electronic apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6970610B2 (en) * 2002-03-25 2005-11-29 Canon Kabushiki Kaisha Optical transmission sheet, optoelectric apparatus, and optical transmission method
US7343060B2 (en) * 2005-03-04 2008-03-11 Fuji Xerox Co., Ltd. Light transmission and reception module, sub-mount, and method of manufacturing the sub-mount
EP2317655B1 (en) * 2008-08-22 2014-05-07 Omron Corporation Parallel-serial converter for optical transmission, optical transmission system, and electronic apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU212732U1 (en) * 2021-08-06 2022-08-04 Общество с ограниченной ответственностью "Би Питрон" Transceiver optical module

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112969946B (en) Network switch ASIC and optical transceiver assembly
US10436991B2 (en) Optical interconnect modules based on glass substrate with polymer waveguide
US9581772B2 (en) Optical electrical module used for optical communication
JP7117133B2 (en) Optical subassembly, manufacturing method thereof, and optical module
TW201629559A (en) Photonic interface for electronic circuit
US9910233B2 (en) Optical module
CN103430067A (en) Optical engine
JP2003255166A (en) Three-dimensional optical waveguide, manufacturing method thereof, optical module, and optical transmission system
US7876984B2 (en) Planar optical waveguide array module and method of fabricating the same
US11307376B2 (en) Optical module
JP6728639B2 (en) Optical wiring connection structure and optical wiring connection method
US8121445B2 (en) Optical device
TWI228883B (en) An optical module and a method of fabricating the same
TW561288B (en) Passively aligned fiber optical engine for parallel optics interconnect devices
US9772459B2 (en) Optoelectronic module and method of producing same
US20120213527A1 (en) Optoelectronic device for bidirectionally transporting information through optical fibers and method of manufacturing such a device
US20140205237A1 (en) Mechanically aligned optical engine
US20250219350A1 (en) Optical system-in-package, and optical module and optical transceiver using same
RU2568341C1 (en) Method of forming channel for transmitting optical signal between components of electronic module
US9971094B1 (en) Optical module
RU2561202C2 (en) Formation method of channel for transmission of optic signal between components of electronic module
US20210223691A1 (en) Substrate of an optical electrical module
TW200845614A (en) Optical module
RU2536790C2 (en) Method of forming channel for transmitting optical signal between electronic modules on one printed-circuit board
USRE50510E1 (en) Optical device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200606