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中文译文

运用于O-PCB的2.5Gbps x4通道的光学微模型装置

光学和光子精英研究院（OPERA），仁川的仁荷大学是402-751，韩国学校信息与通讯工程，工程学院，仁荷大学，仁川402-751韩国中央大学电气工程系，首尔是156-756，韩国在2006年2月17日可以在线。

摘要 我们报告的聚合物制造的2.5Gbps的× 4通道光学互连微型光学印刷电路板模块（O型PCB）的应用程序，光波导阵列用于从垂直表面的光传输发射激光器（VCSEL）的光电二极管（PD）的阵列和内置的45 °波导镜使用垂直耦合。光波导阵列和45 °镜紫外压印是工艺制造的一步，。我们通过微连接方法制造的微型VCSEL方法，VCSEL的角度从辐射18 °减少到辐射15 °是为了更好的光耦合。我们使用焊球阵列和针在O印刷电路板上并且电气板对齐低于10微米的X，Y，Z轴配板。虚构的光互连传输模块在2.5Gbps速率下每通道的数据。

关键词：光互连;光子集成电路，微加工，紫外压印 大纲 1、导言

2、波导阵列的制备和45 °镜 3、显微镜的VCSEL 4、被动对准 5、光互连模块 6、结论 相关内容 1.导言

在随着微处理器和输入输出（I/O）的设备进步，对高带宽的需求也迅速增长。高速互连所要求的新一代高的IO数据容量增加互连，因为今天的IO互连遭受带宽瓶颈的是在IO接口。许多人试图增加互连带宽的IO出现在[1]。这些尝试扩大更多的电气互连带宽的方式是难以解决的根本问题是对所面临的每通道的数据的能力吉电性能的限制。

电气互连千兆制度计划的实行将满足相关的电互连特性瓶颈，包括物质的性质，歪斜，抖动，EMI和电消耗。为了提高电互连的特性，有许多在信号处理技术上的努力，如预加重，均衡，多层次的信号和编码，确定性抖动需要保持带宽方面的进展跟踪，[2]，[3]和[4 ]。光学互连作为一种替代办法来解决这些问题的潜力，光互连比电气互连拥有很多优势，如高频率，高带宽，重量轻，对EMI的免疫，低歪曲率，低抖动，不需要地线，便于阻抗匹配等。

2、波导阵列的制备和45 °镜

为了实现光互连模在O-印刷电路板的应用，各种光子器件像光源，探测器阵列和波

导阵列是需要的。波导对于光源和多矩阵探测器照片都是相互关联的。45 °波导镜用于互联VCSEL阵列波导阵列/波导阵列/光探测器阵列。一旦O印刷电路板被设计和制作，它必须和现有的电力线路一起，如驾驶微型激光器和微型探测器电路。因此我们需要实现光互连模块的微加工技术。

我们进行了微型光互连模块制造，其中包括设计和制造的波导，耦合模式和被动的调整。为此我们着眼于以下问题：一个是波导阵列并行制造和45 °镜，减少加工步骤、低成本生产。另一种是一种方法，以改善VCSEL阵列之间的耦合效率波导阵列/波导阵列光探测器阵列，包括之间的光互连模块的不同部分被动调整的方法。本文演示了光互连微加工单元，用于印刷电路板的光学实现使用（O型印刷电路板）[7]和[8]。

要使用作为波导材料的聚合物，压花技术被使用是因为它的制造工艺相对简单。我们是制造紫外压印聚合物光波导，涉及模具制造和副本。紫外光固化聚合物用作波导和硅模具材料是用于形成波导模式。之间的VCSEL阵列和波导阵列和纵向耦合波导之间的数组和局部放电阵列，我们不得不利用每个波导镜面的尾部。为了实现这一过程，波导45 °模具装备是面临形成所必需的一个步骤，制造垂直耦合结构是在每个模具底部。我们提出了12频道硅波导模具，它在波导两端各有45 °镜面。波导的尺寸为50微米宽，50微米的高度和波导布局间距为250微米，长度为7厘米。有了这个模具，我们进行紫外压印使嵌入式波导。编造一个12通道硅波导模，我们用KOH蚀刻硅衬底饱和异丙醇两个步骤解决方案：首先是弥补波导垂直耦合路径，另一个是为弥补制造45 °坡度的镜面。首先，金属面具图案的硅衬底上，硅是用KOH垂直蚀刻形成波导金属面具图案的硅基底上。下一步形成45度的斜坡，SiO2薄膜图案在波导方式上增长。图案被波导结构仿造和在波导的两端被蚀刻用KOH -异丙醇溶液饱和，形成45度的斜坡。二氧化硅被剥离后，硅的模具制造45 °镜配备进程完成。

我们用紫外压花预制磨具硅制造12路嵌入式紫外波导阵列。波导制造过程如图 1。紫外光固化聚合物，这是作为包层的指数，为1.45波长850纳米层，是在一个透明的基板空洞腔下降，例如硅橡胶模板。在硅片上按下模具模板的紫外线灯照射。模具硅和金属膜分离是在45度斜坡，提高了耦合效率。然后核心聚合物下降，一个平面基板上覆盖和芯材。紫外线与固化聚合物折射率1.47在波长为850 nm。在紫外灯照射一次，经过上下模板分离，我们可以在45 °镜面的内置聚合物光波导完成数组在每个波导结束。

3、Microlensed VCSEL

方法之一瞄准从VCSEL阵列光的波导使用的微透镜，是[9]和[10]。这种方法提供了一个在耦合效率和一致性公差调整。在聚合物滴体积编造这些镜头是大约数万不等。我们能够控制通过控制聚合物的下降数额和通过控制材料粘度大小的微型镜头。紫外光固化聚合物用于inkjetting，其粘度和折射率是在850纳米300 CPS和1.51波长。所示之一microlensed VCSEL阵列和microlensed的VCSEL具有由对VCSE孔径inkjetting方法形成了微透镜。紫外光固化树脂Inkjetting上的VCSEL，镜片材料是一致的自动光圈的VCSEL。其中从microlensed VCSEL阵列输出功率来衡量他们的分歧。在从的VCSEL激光发散角显示成为使用的影响，从狭义的VCSEL光透镜。由于透镜，从VCSEL高阶模式镇压腔

效应（10）。从排放的VCSEL腔输出反射回来的微透镜层是根据的VCSEL腔。在此过程中，发散角的VCSEL减少。在这种情况下，在下降的VCSEL发散角从18 °到15 °后形成微透镜。我们进行模拟对耦合效率之间的VCSEL研究，通过使用射线跟踪法波导。作为发散角的VCSEL投入了计算，在与微透镜的VCSEL耦合效率被发现0.44分贝是0.96分贝。其中优于的VCSEL，没有为-1.40分贝微透镜。这里的波导尺寸为50微米宽，50微米高，长7厘米。折射率核心和包层的1.47和1.45，分别在波长为850 nm。之间的VCSEL和波导的距离为100微

4。被动对准

焊料球阵列和针阵列放置在以结合的O型印刷电路板和高精度电子板。精密对齐焊在直径为450微米球阵列，它用于热附加到芯片模块，如图所示3。在焊球阵列可用于垂直之间的主要O型PCB和子板对准在10微米以下的不匹配。锡球的大小为500微米，平均为± 5微米标准错误。

针阵列两种类型的使用，一个与直径为1毫米阵列的对齐，另一个是与直径200微米电气互连。1毫米针阵列用于主体之间的O型印刷电路板和子板侧线。由于阻抗的匹配，电气互连针阵列是有限的。类似焊球阵列的针阵列对准，大约有10微米，是取决于针直径的变化。针的尺寸为1毫米，平均有10微米的标准误差。我们进行了射线跟踪模拟之间存在的的VCSEL波导对和波导光探测器对耦合效率的研究。随着偏差的变异x，y和z轴，我们计算的耦合效率，如图所示。 4。从我们得到的计算之内二点三○分贝的有10个一样大的X - Z轴和Y轴，分别微米位置误差最坏、总耦合损耗的情况。例如，当位置偏差是在x - Z轴和Y轴10微米之间的VCSEL，耦合损耗波导是一点五九分贝和之间的VCSEL耦合损耗波导是0.71分贝。从以前的结果，可以达到与焊球阵列和针阵列对齐方式，可以使主体之间的O型印刷电路板和次板契合约10微米，在X - Z轴和Y轴上。在这里波导的尺寸为50微米宽，50微米的高度。核心的折射率与包层的折射率是1.47和1.45，波长为850 nm。Y轴上波导和VCSEL的距离是100微米。

5。光互连模块

我们展示了光互连模块组装的O使用印刷电路板，它有4个2.5GBPS的通道。光互连模块，其中包括电/光（电/光）转换装置，它被附加到O型印刷电路板的焊接球。焊料球键设计是为了实现波导之间的结构和电路高精度一致。 O型印刷电路板原型由主体的O - PCB电气和两个子板组成。主要的O型印刷电路板的嵌入式波导是这个光互连中的。两个分板用于电子对光学（电/光）或光纤到电（光/电）转换。在VCSEL阵列和放电阵列结合到互连波导的分板底部。该驱动电路放置在对面的VCSEL阵列和PD阵列。在电源，地及其他电器控制信号都是通过引脚提供网格。主要的O型的PCB放置在E -内70毫米× 10毫米的矩形区域，在中心的电子印刷电路板，如图所示5。整体平面尺寸的O - PCB是200毫米× 80毫米，厚度为1毫米。波导的紫外压印包括45 °垂直耦合镜并与紫外线胶、环氧树脂插入电子电路板。该小组包括VCSEL阵列板/放电阵列的设计和制造采用传统的微带线的分析。

我们最终评价了光互连模块的质量。首先我们测试用45 °镜面波导阵列。波导的全部

损失包括传输损耗，耦合损失，45 °镜的损失和插入损耗。一个7厘米长波导平均总损失7.9分贝，他们的变化是在1分贝。最坏的情况是在12个通道总损失为8.9分贝。为了显示数据传输性能，我们利用光互连模块排列显示。一个2.5GBPS的PRBS模式是把通过引脚网格和模块的电输出信号，VCSEL驱动器被连接到宽带示波器。 2.5 Gbps传输眼睛图案清楚地观察到没有明显的失真。

6、结论

我们进行微型光互连模块制造。光波导阵列记录了紫外线压印的过程。45 °镜面孔是作为低成本处理芯片波导模具制造的组成部分。我们通过了微inkjetting法制作了microlensed VCSEL并且发现在耦合达到0.96分贝效率的显著增加。焊料球阵列和引脚之间的O型印刷电路板和分板线阵列的使用可实现精确度低于10微米的X - Y轴和Z轴。这种被动对准，是供失调引起的内二点三分贝的耦合损失总额。我们设计和制作了一个2.5 × 4GBPS的光纤通道互连微型光学印刷电路板模块（O型PCB）的应用。

这种光互连传输模块在2.5Gbps速率下每通道的数据。确认这项工作是支持工程技术研究中心批准号R11- 2003 -022（光学和光子学精英研究院）。