應用平行光互連技術於40Gb/s的光收發次模組之封裝技術

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葉子敬(Tzu-Ching Yeh) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系在職專班

論文名稱

應用平行光互連技術於40Gb/s的光收發次模組之封裝技術
(Application parallel optical Interconnection technology for 40Gb/s optical sub assembly)

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摘要(中)

隨著科技不斷的創新與進步，影像與資料傳輸需求大幅度的提昇，使用銅纜線做為媒介的傳輸頻寬已經不敷使用，傳輸的速度與方式將進入全新的局面。光纖傳輸終將取代銅電纜線成為新一代的傳輸方式。
本論文中，我們參考許多被動式耦光之平行光互連技術後，並考量其優缺點後歸納出一種結構簡單、本較低廉且易於生產的模式來達成40Gb/s平行光互連收發次模組之封裝並實際應用於40Gb/s QSFP(Quad Small Form-factor Pluggable)之光收發模組上，我們利用一陶瓷基板(LTCC)做為基底，在其上放置4 x10 Gb/s的VCSEL 陣列與4 x10 Gb/s 的PD陣列等元件，並利用被動式耦光方式將具有45°反射斜面與12顆微透鏡之透鏡陣列將光導引至多模光纖。經過多次的實驗與改善，VCSEL的光功率由-18.62dBm進步到-0.42dBm，光耦合效率也從15.26%進步到45.05%，PD的靈敏度也有-11dBm~-12dBm左右。

摘要(英)

With continuously innovation and progress technology, the requirements of image and data transfer increase significantly. The transmission bandwidth which uses traditional wire and cable as a medium has been insufficient. The transmission speed and mode will turn towards a new situation. Optical fiber will eventually replace traditional ways and become the a whole new communication methods.
In this paper, we refer to much passive optical interconnection alignment technology in parallel light. To consider all the benefits and disadvantages, we develop a technique on the 40Gb/s parallel optical sub-assembly which have a simple structure, less cost and easily manufactured.These techniques have also applied on the 40Gb/s QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) transceiver module. The technique basically use a LTCC (Low-Temperature Cofired Ceramics) to be the substrate and place a 4x10Gb/s VCSEL and PD array devices on it. One 45° reflection inclined plane and 12 micro-lens are mounted on the devices to guided the light into the multi-mode fiber with passive optical interconnection alignment. After many experiments and improvements, the optical power of the VCSEL are increased from -18.62 to -0.42 dBm and the C.E.(Coupling Efficiency) are also improved from 15.26% to 45.05%. The sensitivity of the PD can be measured in -11 to -12 dBm.

關鍵字(中)

★ 平行光互連技術
★ 光收發次模組

關鍵字(英)

★ QSFP
★ VCSEL array
★ Lens array

論文目次

中文摘要II
Abstract III
目錄 IV
圖片索引 VI
第一章緒論1
1.1 前言1
1.2 研究動機3
1.2.1 光峰(Light Peak)5
1.2.2 平行光互連技術與QSFP6
1.3 論文大綱12
第二章研究架構與文獻探討13
2.1文獻探討14
2.1.1 Low cross-talk 4ch PD array module assembled in plastic package for signal monitoring in DWDM system14
2.1.2 Parallel Optical Transmitter Module Using Angled Fibers and a V-Grooved Silicon Optical Bench for VCSEL Array15
2.1.3 High density 10Gbps x 12ch optical module for High-end Optical Interconnect Applications18
2.2 技術參考20
2.2.1 Reflex Photonics之QSFP封裝技術20
2.2.2 Luxtera之QSFP封裝技術22
2.2.3 Reflex Photonics與Luxtera結構之比較24
2.3 平行光互連收發次模組之設計25
2.3.1設計考量與比較25
2.3.2結構與尺寸29
2.4 平行光互連收發次模組關鍵零組件介紹30
2.4.1垂直共振腔面射型雷射陣列(VCSEL Array)30
2.4.2檢光器陣列(PD Array)32
2.4.3 透鏡陣列(Lens Array)34
2.4.5 墊片(Spacer)39
2.4.6 光纖陣列(Fiber Array)40
第三章平行光互連收發模組構裝與技術41
3.1晶片黏著(Die bonding)42
3.1.1銀膠固晶(Colloidal Silver process)46
3.1.2晶粒推力測試(Die shear test)48
3.2打線(Wire bonding)50
3.3組裝墊片與透鏡陣列50
第四章平行光互連收發次模組測試54
4.1 VCSEL Array光功率與耦光效率測量54
4.2 PD Array眼圖與靈敏度測量58
4.3 影響耦合效率的因素60
4.3.1晶片之間的對位誤差60
4.3.2透鏡陣列與VCSEL陣列對位不正63
4.3.3焦距高度控制問題64
4.4 改善後之結果65
第五章結論與未來展望67
參考文獻68

參考文獻

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[2] 黃繼寬，”景氣不振推升頻寬需求,光纖乙太網逆勢挺立” ，新通訊，95期，2009年1月號。
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[4] 網路資料on line resources︰維基百科：Light Peak。取自http://zh.wikipedia.org/zh-tw/Light_Peak
[5] 網路資料on line resources︰GoldenBridge。取自http://www.gbe.com.tw/products/infiniband_c.htm
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[16]網路資料on line resources：FastLink MaxCap300/MaxCap550 OM3多模光纖。取自http://www.fastlink.club.tw/about.htm
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[18]網路資料on line resources：Die Shear Strength 。取自http://www.q-tech.com/assets/tests/std883_2019.pdf
[19]吳錦宗，「同軸致冷式光發次模組之新穎構裝技術」，國立台灣科技大學，碩士論文(2008)。
[20]朱祐弘，「應用於一維光纖陣列的主動式對準技術」，國立中山大學，碩士論文(2008)。

指導教授

陳奇夆

審核日期

2011-1-11

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