[go: up one dir, main page]

RU2561202C2 - Formation method of channel for transmission of optic signal between components of electronic module - Google Patents

Formation method of channel for transmission of optic signal between components of electronic module Download PDF

Info

Publication number
RU2561202C2
RU2561202C2 RU2013135133/07A RU2013135133A RU2561202C2 RU 2561202 C2 RU2561202 C2 RU 2561202C2 RU 2013135133/07 A RU2013135133/07 A RU 2013135133/07A RU 2013135133 A RU2013135133 A RU 2013135133A RU 2561202 C2 RU2561202 C2 RU 2561202C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
prism
insulating layers
crystals
crystal
channel
Prior art date
Application number
RU2013135133/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013135133A (en
Inventor
Александр Давыдович Слонимский
Владимир Степанович Верба
Леонид Викторович Воронцов
Дмитрий Александрович 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 RU2013135133/07A priority Critical patent/RU2561202C2/en
Publication of RU2013135133A publication Critical patent/RU2013135133A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2561202C2 publication Critical patent/RU2561202C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: invention relates to communication equipment and can be used in optic systems. A prism is made from optically transparent material and it has a trapezoid at its bottom, the angles of which are equal to 45, 135, 135, 45°, and the lower side shall have the length of not more than 200 mm; with that, the prism is made with the required allowances for linear and angular dimensions, as well as allowable roughness; all the prism faces, except for the lower one, are coated by aluminium by means of a sputtering process; a crystal being a radiation source and a crystal being a radiation receiver is taken, and they are bonded to a substrate; an insulating layer or insulating layers are applied up to the upper plane of crystals; current-conducting interconnections are formed in a known manner from contact platforms of crystals and the insulating layers are opened above the radiating and receiving platforms of the corresponding crystals. In case it is required to reduce aperture of a light beam, microlenses formed after opening of insulating layers are installed in the cavity above the radiating and receiving platforms.
EFFECT: easier formation of an optic channel.
2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к радиоэлектронике. В нем предлагается новый способ формирования канала для передачи оптического сигнала между компонентами электронного модуля.The invention relates to electronics. It proposes a new method of forming a channel 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 sealed with flexible, durable films <...>:

- волноводы прикреплены к поверхности платы для связи края платы с чипом или между чипами <…>;- waveguides are 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/journal/article/2254).“a multi-tiered film waveguide provides a set of interconnects between the backplane, daughter and daughter boards” (http: //www.circuitry.ru/journal/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 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) для решения этих проблем 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 solve the beam to solve these problems. However, lenses and mirrors require careful alignment and this is a bottleneck in mass production.

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 from the laser passes sequentially through the transparent polymer, microlens, air, again microlens, polymer, mirror, optical waveguide, again mirror , polymer, microlens, air, again microlens, the polymer also enters the microphotodetector. It also requires careful installation of microlenses and mirrors.

В (http://chromisfiber.com/pdf/YSSon_OSAribbonPOF_OEFeb2011.pdf) 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) 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.

Этот способ формирования канала для передачи оптического сигнала принимается за прототип.This method of forming a channel for transmitting an optical signal is taken as a prototype.

Мы предлагаем использовать одну единственную призму и при этом вообще отказаться от настройки!We propose to use one single prism and at the same time refuse to configure at all!

Технический результат изобретения - существенное упрощение в формировании 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 is 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.

Этот технический результат достигается следующим образом (фиг.1-5).This technical result is achieved as follows (Fig.1-5).

1. Из оптически прозрачного материала изготавливают призму 1 (фиг.1), которая в основании имеет трапецию, углы которой равны 45, 135, 135 и 45°, причем призму изготавливают с требуемыми допусками на линейные и угловые размеры, а также допустимой шероховатостью. Все грани призмы, кроме нижней, покрывают алюминием при помощи процесса напыления.1. A prism 1 (FIG. 1) is made from an optically transparent material, which has a trapezium at the base, whose angles are 45, 135, 135 and 45 °, and the prism is made with the required tolerances for linear and angular dimensions, as well as permissible roughness. All faces of the prism, except the lower one, are coated with aluminum using the spraying process.

2. Берут кристалл 2, являющийся источником излучения VCSEL, и кристалл 3, являющийся приемником излучения PD, и приклеивают их на подложку 4 (фиг.2).2. Take the crystal 2, which is the source of radiation of VCSEL, and the crystal 3, which is the receiver of radiation PD, and stick them on the substrate 4 (figure 2).

3. Наносят изолирующий слой (изолирующие слои) 5 до верхней плоскости кристаллов (фиг.3).3. Apply an insulating layer (s) 5 to the upper plane of the crystals (FIG. 3).

4. Известным способом формируют токопроводящие межсоединения 6 от контактных площадок кристаллов, вскрывают изолирующие слои над излучающей и принимающей площадками соответствующих кристаллов (при этом образуются полости 7) и устанавливают призму 1 с рассчитанной точностью на соответствующее место (фиг.4). В случае когда требуется уменьшить расходимость светового пучка, в полости 7 над излучающей и приемной площадками устанавливают микролинзы.4. In a known manner, conductive interconnects 6 are formed from the contact pads of the crystals, the insulating layers are opened above the emitting and receiving pads of the corresponding crystals (cavities 7 are formed) and prism 1 is installed with the calculated accuracy in the appropriate place (Fig. 4). In the case when it is required to reduce the divergence of the light beam, microlenses are installed in the cavity 7 above the emitting and receiving areas.

5. Фиксируют призму 1 полимерным слоем по периметру либо тонким слоем фоторезиста, который наносят на контактируемые поверхности перед ее установкой. Наносят изолирующие слои 8 (фиг.5). Показано прохождение излучения лазера от излучающей до приемной площадки.5. Fix the prism 1 with a polymer layer around the perimeter or with a thin layer of photoresist, which is applied to the contact surfaces before its installation. Apply the insulating layers 8 (figure 5). The passage of laser radiation from the emitting to the receiving area is shown.

Нижняя грань призмы должна иметь длину не более 200 мм, что перекрывает практически возможные случаи (но могут быть и исключения). Это объясняется тем, что должно удовлетворяться условие - при любом отклонении нижней грани призмы от основания после ее установки из-за различных факторов в приемник излучения должен попасть допустимый световой поток.The lower edge of the prism should have a length of not more than 200 mm, which covers practically possible cases (but there may be exceptions). This is because the condition must be satisfied - for any deviation of the lower face of the prism from the base after its installation, due to various factors, an allowable light flux must enter the radiation receiver.

Для малых углов отклонения призмы (до 0,5°) от идеального положения величина смещения осевого луча излучения лазера (отклонение от центра приемника излучения) будет равна: x=a*sin(α), где а - расстояние между центрами излучающей и приемной площадок VCSEL и PD соответственно, α - угол отклонения призмы.For small angles of deviation of the prism (up to 0.5 °) from the ideal position, the displacement of the axial beam of the laser radiation (deviation from the center of the radiation receiver) will be: x = a * sin (α), where a is the distance between the centers of the emitting and receiving sites VCSEL and PD, respectively, α is the prism deflection angle.

Если принять, что допустимое значение потока, пришедшего на приемник излучения от первоначального (от источника излучения), равно 25%, т.е. смещение осевого луча примерно на 2/3 от центра, то для диаметра приемной площадки, равного 45 мкм (http://www.connector-optics.com/uploaded/Datasheets/25%20Gbit-s%20PD%20chips%20850%20nm%20RUS%20final.pdf), имеем, что допустимый угол для расстояния а=200 мм будет равным:If we assume that the permissible value of the flux arriving at the radiation receiver from the original (from the radiation source) is 25%, i.e. the axial beam offset is about 2/3 from the center, then for a receiving pad diameter of 45 microns (http://www.connector-optics.com/uploaded/Datasheets/25%20Gbit-s%20PD%20chips%20850%20nm % 20GB% 20final.pdf), we have that the permissible angle for the distance a = 200 mm will be equal to:

α=arcsin(x/a), α=arcsin(2/3*45/200000), α=30".α = arcsin (x / a), α = arcsin (2/3 * 45/200000), α = 30 ".

Если принять допустимое смещение на 1/3 от диаметра приемной площадки, то допустимый угол получится равным α=15".If you accept the allowable offset 1/3 of the diameter of the receiving platform, then the allowable angle will be equal to α = 15 ".

Современное оборудование позволяет получить значение угла α после планаризации равным 0,4" (http://www.dicko.co.jp/eg/solution/library/surfare.html) в пересчете на величину вертикального уклона в 0,039 мкм (см. значение Ry в табл.).Modern equipment allows you to get the value of the angle α after planarization equal to 0.4 "(http://www.dicko.co.jp/eg/solution/library/surfare.html) in terms of the vertical slope of 0.039 microns (see value Ry in the table).

Преимущество от использования изобретения при серийном изготовлении электронных модулей, содержащих оптические межсоединения, - нет необходимости в трудоемкой юстировке зеркал; роль зеркал выполняют грани призмы, которая изготовлена заранее.The advantage of using the invention in the serial production of electronic modules containing optical interconnects is that there is no need for time-consuming mirror alignment; the role of mirrors is performed by the faces of a prism, which is made in advance.

Особенно значительный эффект изобретения виден для случая групповой передачи оптических сигналов, когда VCSEL и PD установлены в ряд, и используется всего одна призма.A particularly significant effect of the invention is visible for the case of multicast optical signals when VCSEL and PD are installed in a row, and only one prism is used.

Claims (2)

1. Способ формирования канала для передачи оптического сигнала между компонентами электронного модуля, заключающийся в том, что из оптически прозрачного материала изготавливают призму, отличающийся тем, что призма в основании имеет трапецию, углы которой равны 45, 135, 135, 45°, и нижняя сторона должна иметь длину не более 200 мм, причем призму изготавливают с требуемыми допусками на линейные и угловые размеры, а также допустимой шероховатостью, все грани призмы, кроме нижней, покрывают алюминием при помощи процесса напыления; берут кристалл, являющийся источником излучения VCSEL, и кристалл, являющийся приемником излучения PD, и приклеивают их на подложку, наносят изолирующий слой или изолирующие 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 призму с рассчитанной точностью на соответствующее место, фиксируют ее полимерным слоем по периметру или тонким слоем фоторезиста, который наносят на контактируемые поверхности перед установкой призмы, и наносят изолирующие слои.1. The method of forming a channel for transmitting an optical signal between the components of the electronic module, which consists in the fact that a prism is made from an optically transparent material, characterized in that the prism at the base has a trapezoid whose angles are 45, 135, 135, 45 °, and the lower the side should have a length of not more than 200 mm, and the prism is made with the required tolerances for linear and angular dimensions, as well as acceptable roughness, all faces of the prism, except the bottom, are coated with aluminum using the spraying process; 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 areas of the respective crystals and establish a prism with the calculated accuracy in the appropriate place, fix it with a polymer layer around the perimeter or a thin layer of a photore ISTA, which is applied to the contacted surface prior to installation of the prism and applied insulating layers. 2. Способ формирования канала для передачи оптического сигнала между компонентами электронного модуля по п. 1, отличающийся тем, что в случае когда требуется уменьшить расходимость светового пучка, в полости над излучающей и приемной площадками, образованными после вскрытия изолирующих слоев, устанавливают микролинзы. 2. A method of forming a channel for transmitting an optical signal between components of an electronic module according to claim 1, characterized in that in the case when it is necessary to reduce the divergence of the light beam, microlenses are installed in the cavity above the emitting and receiving areas formed after opening the insulating layers.
RU2013135133/07A 2013-07-26 2013-07-26 Formation method of channel for transmission of optic signal between components of electronic module RU2561202C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013135133/07A RU2561202C2 (en) 2013-07-26 2013-07-26 Formation method of channel for transmission of optic signal between components of electronic module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013135133/07A RU2561202C2 (en) 2013-07-26 2013-07-26 Formation method of channel for transmission of optic signal between components of electronic module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013135133A RU2013135133A (en) 2015-02-10
RU2561202C2 true RU2561202C2 (en) 2015-08-27

Family

ID=53281424

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013135133/07A RU2561202C2 (en) 2013-07-26 2013-07-26 Formation method of channel for transmission of optic signal between components of electronic module

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2561202C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2129721C1 (en) * 1997-11-20 1999-04-27 Майер Александр Александрович Method for switching and modulation of unidirectional parent-distribution waves and device which implements said method
RU2005129945A (en) * 2004-09-27 2007-04-10 АйДиСи, ЭлЭлСи (US) DEVICE HAVING A CONDUCTING LIGHT-ABSORBING MASK AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE
RU2375701C1 (en) * 2008-10-23 2009-12-10 Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук Precision two-channel spectral fluorimeter to record and measure dynamics of differential signal of nano- and micro-objects

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2129721C1 (en) * 1997-11-20 1999-04-27 Майер Александр Александрович Method for switching and modulation of unidirectional parent-distribution waves and device which implements said method
RU2005129945A (en) * 2004-09-27 2007-04-10 АйДиСи, ЭлЭлСи (US) DEVICE HAVING A CONDUCTING LIGHT-ABSORBING MASK AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE
RU2375701C1 (en) * 2008-10-23 2009-12-10 Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук Precision two-channel spectral fluorimeter to record and measure dynamics of differential signal of nano- and micro-objects

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013135133A (en) 2015-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7541058B2 (en) Method of making circuitized substrate with internal optical pathway
US6272271B1 (en) Alignment of optical interfaces for data communication
EP1723456B1 (en) System and method for the fabrication of an electro-optical module
JP2003255166A (en) Solid optical waveguide and its manufacturing method, optical module, and optical transmission system
JP2011053269A (en) Photoelectric composite wiring module and method for producing the same
US9910233B2 (en) Optical module
US8348522B2 (en) Attachable components for providing an optical interconnect between/through printed wiring boards
US7876984B2 (en) Planar optical waveguide array module and method of fabricating the same
JP2019184941A (en) Optical sub-assembly and method for manufacturing the same, and optical module
US7389012B2 (en) Electro-optical module comprising flexible connection cable and method of making the same
KR20120016188A (en) Optical connection system
US20120213527A1 (en) Optoelectronic device for bidirectionally transporting information through optical fibers and method of manufacturing such a device
US9523830B2 (en) Optical module and transmitting device
EP2917986A2 (en) Methods and apparatuses to provide an electro-optical alignment
KR100941763B1 (en) Photoelectric wiring module device and manufacturing method thereof
RU2561202C2 (en) Formation method of channel for transmission of optic signal between components of electronic module
US20130142479A1 (en) Chip package
US9423581B2 (en) Parallel optical system with integrated monitoring photodetectors
US9031367B2 (en) Optical element package and manufacturing method thereof
US10359565B2 (en) Optoelectronic circuit having one or more double-sided substrates
KR20050072736A (en) Optical interconnect using flexible optical printed circuit board
WO2008121075A1 (en) Optical interconnect structure and method
RU2568341C1 (en) Method of forming channel for transmitting optical signal between components of electronic module
JP5898732B2 (en) Manufacturing method of optical module
CN116184579B (en) Optical module

Legal Events

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

Effective date: 20200727