Optische Aufbau- und Verbindungstechnik in der elektronischen Baugruppenfertigung

Transkript

1 Optische Aufbau- und Verbindungstechnik in der elektronischen Baugruppenfertigung Einführung Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. habil. W. Scheel Verlag Dr. Markus A. Detert Templin/Uckermark

2 Vorwort 1 1 Szenario der Leiterplattenentwicklung Einleitung Licht als Informationsträger Vorteile der optischen Aufbau- und Verbindungstechnik Lichtwellenleiter Aufbaukonzepte und Markt Elektrisch-Optischer Leiterplatten Ausblick 12 2 Grundlagen der optischen Informationsübertragung Einleitung Dielektrische Wellenleiter Elektromagnetische Wellen Intensität und Leistung Reflexion und Brechung Geführte Wellen Ein- und Auskopplung Dispersion und Dämpfung Dispersion Dämpfung 28 3 Aufbaukonzepte Einleitung Overlay-Technologie Inlay-Technologie Wellenleiterstrukturen Planare Streifenwellenleiter für den Inlay-Einsatz Planare Streifenwellenleiter für den Overlay-Einsatz Multiwire-Technologie für den Overlay-Einsatz Zusammenfassung 45 4 Herstellung und Integration planarer optischer Wellenleiter 48

3 4.1 Inlay-Technologie Optische Polymere Technologien zur Wellenleiterstrukturierung Wellenleiterstrukturierung durch Heißprägen Materialauswahl Werkzeug Vorbehandlung Prägeprozess Einfüllen des Kernmaterials und Deckeln Wellenleiterstrukturierung durch Photolithographie Wellenleiterstrukturierung in Kupfer Wellenleiterstrukturierung in Dünnglas Charakterisierung planarer Polymerwellenleiter 63 Koppelkonzepte für die optische Signalübertragung Einleitung Koppelprinzipien Realisierung/Praktische Beispiele Empfänger-Koppeleinheit Sender-Koppeleinheit Kopplung von LED Kopplung von Lasern Schlüsselparameter der Kopplung 89 Elektro-optische Komponenten und Module Einleitung Einzelkomponenten Sendebauelemente - Transmitter Empfangsbauelemente - Receiver Module Transmitter und Receiver Transceiver Transponder Bidirektionale Module Parallel optische Module Modulschnittstellen Elektrische Schnittstelle Modulkontaktierung durch Lötverbindungen Modulkontaktierung durch lötfreie Montage.. 126

4 6.4.2 Optische Schnittstelle Übertragungsstandards 132 Optische Verbindung von Baugruppen Einführung Realisierungsmöglichkeiten einer optischen Verbindung Freistrahloptik Kopplung von Wellenleitern Optisches Interface - Ferrulen und Stecker Aufbau optischer Steckverbinder Steckbedingungen und Toleranzen Toleranzen und Zuverlässigkeit Aktuelle Stecksysteme und mögliche Trends Die optische Verbindung zwischen Baugruppen Freistrahloptische Signalübertragung Optische Signalübertragung über die Backplane Signalübertragung zwischen benachbarten Baugruppen Optische Signalübertragung mit planaren Wellenleitern Faseroptische Signalübertragung Glas-Lichtwellenleiter-Faser Polymer-Optische Faser 169 Montage optisch-elektrischer Bauelemente Einleitung Anforderungen an die Montagetechnik Bauelemente LED Kantenemitter VCSEL Photodetektoren Arrays Andere Bauelemente Halbleitermaterialien Montagegeometrie Abmessungen p-side up und p-side down Montageposition Justagegenauigkeit 180

5 8.2.5 Thermisches Management Mechanische und thermomechanische Verspannung Hochfrequenzeignung Die- und Drahtbonden Flip-Chip Montage mit Gold-Bumps Bumping Mechanisches Stud-Bumping Galvanische Abscheidung Thermokompressionsbonden Flip-Chip Montage mit AuSn-Lot AuSn Applikationen Bump Reflow und Bildung der Lotkappe Reflow-Löten Bumpdesign Substratlayout Montage Reflowlöten Selbstjustage Thermodenlöten mit AuSn Metallisierungsschichten und Phasenbildung Zuverlässigkeit Applikationen High Brightness LED's Hochleistungs-Laser und Barren Elektrisch-Optische Module 213 Entwurf und Simulation Elektrisch-Optischer Leiterplatten Einleitung Entwurfsprozess für Elektrisch-Optische Leiterplatten Modellierung und Simulation optischer Multimode-Verbindungen Strategie zur Modellierung und Simulation optischer Verbindungen in elektronischen Systemen Modellierung und Simulation passiver optischer Multimode- Wellenleiter Streuung einer ebenen homogenen Welle an einer rauen dielektrischen Grenzschicht Ray-Tracing-Analyse Analyse der Dämpfung gerader Kanalwellenleiter 243 IV

6 Zeitbereichssimulation Modellierung der Wellenleitergeometrie Modellierung und Simulation aktiver optischer Komponenten Strategie zur Modellierung von Laser- und Photodioden Modellierung von Laserdioden Modellierung von Photodioden Messtechnische Charakterisierung von Laser- und Photodioden Entwurfsregeln Layoutregeln Technologie- und Aufbauregeln Zusammenfassung 277 Autorenvorstellung 283 A Farbbilder zum Abschnitt B Farbbilder zum Abschnitt C Farbbilder zum Abschnitt D Farbbilder zum Abschnitt E Farbbilder zum Abschnitt F Farbbilder zum Abschnitt V