Glasbasierter optischer On-Board-Transceiver für >25Gb/s/ch

Der Weltweit erste hybrid integrierte on-board Transceiver auf Basis eines Glasinterposers

News | Projekt / 8.5.2017

Im Projekt HyPOT entwickelt das Fraunhofer IZM zusammen mit Partnern aus Industrie und Forschung eine Hybridintegration eines Glas-Silizium-basierten Interposers für die Datenkommunikation bei einer Wellenlänge von 850 nm.

Hierfür dient ein Glas-Interposer mit elektrischen Glasdurchführungen (Through-Glass-Vias TGVs) als Träger für die Siliziumkomponenten, wie VCSEL-, Photodiodenarray und Treiber-ICs. Die Herstellung des Glasinterposers erfolgt auf Wafer-level, was die Umsetzung einer hochdichten Verdrahtung und TGVs mit einem Durchmesser von 50 µm in 300 µm dickem Glas ermöglicht. Das Glas als Substratmaterial eignet sich auf Grund seiner geringen Verluste gut für das HF-Routing, um Datenraten von bis zu 28 Gbit/s/Kanal umzusetzen. Elektro-optische Elemente wie Photodioden und VCSELs sind mittels Flip-Chip-Verfahren auf das Glassubstrat montiert. Der Pfad für die optischen Signale verläuft dabei durch das Glassubstrat, in das Fresnel-Linsen zur Strahlformung individuell konzipiert und monolithisch eingebettet sind. Zusätzlich können Polymerlinsen nach dem Flip-Chip Prozess appliziert werden.

Der Flip-Chip-Ansatz ermöglicht zudem eine verbesserte Kühlung der Komponenten von der nicht optisch aktiven Rückseite. Dieser Ansatz bietet größeres Potential als kommerziell genutzte Verfahren, bei denen optische, elektrische und thermische Pfade auf der gleichen Interposerseite genutzt werden.Das optische Design reduziert Verluste durch das Ersetzen eines Koppelelementes mit einer direkten Einkopplung in einen standardisierte MT Prizm® Stecker auf <0.5 dB für RX und <2 dB für TX.

Die Freistrahlpropagationsstrecke mit einem kollimierten Strahl zwischen den Linsen einer elektro-optischen Leiterplatte kann bis zu 2 mm betragen. Diese hohen Freiheitsgrade bei niedrigen Verlusten können durch das anwendungsspezifische Linsendesign erreicht werden. Benutzerdefinierte Polymerlinsen, wie sie für diese Projekt auch verwendet wurden, können am Fraunhofer IZM erzeugt und charakterisiert werden. 

Fraunhofer IZM - 4-Kanal Mid-Board-Optical Transceiver. Die elektro-optischen Komponenten sind mittels Flip- Chiptechnik auf einem Glasinterposer aufgebaut.
© Fraunhofer IZM | Volker Mai