SABIC präsentiert auf der OFC 2024 EXTEM^™ Kunststoffe mit guter Eignung für Mikrolinsen-Arrays in integrierten optischen Bauelementen

Bergen op Zoom, Niederlande, 19. März 2024 - SABIC, ein weltweit führendes Unternehmen der chemischen Industrie, präsentiert auf der Optical Fiber Communication (OFC) Conference & Exhibition 2024 die Vorteile seiner mit einem Edison Award ausgezeichneten Kunststoffe der Serie EXTEM^™ RH in der Fertigung und Montage von Mikrolinsen-Arrays (MLA) in kommerzieller Onboard- und integrierter Optik (Co-Packaged Optics, CPO). Zwei vom Tyndall National Institute (Cork, Irland) und dem Chip Integration Technology Center (CITC, Nijmegen, Niederlande) erstellte Demonstratoren unterstreichen das Potenzial während der Messe auf dem SABIC Stand (#1204).

Scott Fisher, General Manager, Technology, SABIC Specialties, erläutert: „Angesichts des durch KI-, IoT- und 5G-Technologien exponentiell zunehmenden Datenverkehrs gilt die schnelle Einführung von Optoelektronik als ein entscheidendes Kriterium zur Verbesserung der Bandbreitenkapazität und Energieeffizienz von Rechenzentren. Die großmaßstäbliche Fertigung und Montage optischer Komponenten für Anwendungen wie COP kann sich jedoch als schwierig, komplex und kostenaufwändig erweisen. Wir haben diese Herausforderung aufgegriffen und EXTEM RH Kunststoffe entwickelt, die wesentliche Leistungs- und Verarbeitungsvorteile für Linsenarrays bieten. Sie sind im Gegensatz zu traditionellen Materialien auf die Belange der Skalier- und Herstellbarkeit zugeschnitten und eröffnen neue Möglichkeiten, um den Stand der Technik in der Konstruktion, Leistung und Produktion optischer Komponenten voranzutreiben.“

Eignung für verlustarm erweiterte Strahlkopplung

Die Entwicklung photonischer integrierter Schaltkreise (PIC) auf Silizium oder anderen Substraten hat kompakte Designs mit schnelleren Datenraten ermöglicht. Zu den Herausforderungen zählt dabei der Größenunterschied zwischen dem kleineren optischen Modenfeld von Silizium-Photonenwellenleitern und größeren optischen Monomodefasern.

Auf der OFC 2024 stellt SABIC für dieses Problem eine vielversprechende Lösung vor, die optische Schnittstellen mit erweitertem Strahl in Verbindungen nutzt. Auf jeder Seite der optischen Anschlussschnittstelle sind Freiform-Linsenarrays als strahlerweiternde optische Elemente montiert, um das Faserarray an größere Freiraumstrahlen anzukoppeln.

Mit der erweiterten Strahlkopplung können seitliche Ausrichtungstoleranzen gelockert und Okklusionseffekte durch Verunreinigungen wie Staubpartikel verringert werden. Die Arrays in diesem Modell wurden im Mikrospritzgießverfahren aus EXTEM RH gefertigt, das eine Glasübergangstemperatur von 280°C besitzt und sich für eine Vielzahl optischer Freiformlinsen-Designs eignet.

Die gezeigt Steckverbinderbaugruppe von Tyndall illustriert das Potenzial der Materiallösungen von SABIC zur optimierten Integration einzelner optischer Komponenten in derartigen Designs unter Verwendung etablierter Glasfaserverbindungstechnologien. Besucher der Messe können die Baugruppe näher untersuchen, um zu verstehen, wie die Integration mit dem optisch transparenten EXTEM Kunststoff erreicht wird, der den extremen Temperaturen von JEDEC Reflow- und anderen Oberflächenmontagetechniken (SMT) standhält.

Erhöhte Fertigungseffizienz

Die beschleunigte Einführung neuer optischer Technologien erfordert eine rationellere Großserienfertigung von mikrooptischen Komponenten zu relativ niedrigen Stückkosten – was mit Quarz- oder Schmelzglas nicht machbar ist. Im Gegensatz zu diesen herkömmlichen Materialien bieten EXTEM RH Kunststoffe mehrere Möglichkeiten, um die Skalierung und Kosteneffizienz in der Verarbeitung und Montage von Mikrooptiken zu verbessern.

So lassen sich aus EXTEM RH im Mikrospritzgießverfahren Millionen millimeterkleine Teile mit hoher Signalintegrität und geringem optischen Verlust fertigen. Dies kann dazu beitragen, die Einführung modernster optischer Packungs- und Kopplungstechnologien in Datenserver-Backplanes, Telekommunikationsschaltanlagen, Supercomputern und Netzwerkstrukturen zu beschleunigen. Des Weiteren können aus EXTEM RH gespritzte Mikrooptiken vor dem Reflow-Schritt mittels optisch transparenter Kleber an der Faser und einem PIC ausgerichtet werden, um den Montageprozess zu vereinfachen.

Der zweite Demonstrator auf dem SABIC Stand während der OFC 2024 stellt ein gemeinsam mit dem CITC entwickeltes Verfahren vor, bei dem ein alternatives Verbindungsmaterial – Nano-Silber-Sinterpaste – zum Einsatz kommt, um MLA zur Platine auszurichten. Die Paste kann gängige Epoxidharzkleber substituieren, die Nachteile wie mangelnde Langzeitstabilität und CTE- bzw. WAK-Fehlanpassungen mit sich bringen sowie zum Aushärten UV-transparente Linsenmaterialien erfordern.

Darüber hinaus präsentiert SABIC die Verwendung komplex geformter Linsenarrays mit interner Totalreflexion, die eine 90-Grad-Biegung der optischen Kopplung zwischen VCSEL/PD und PIC in einem Standard-MT-Ferrulenstecker ermöglichen.

Traditionellen Materialien überlegen

Hochwärmefeste EXTEM RH Kunststoffe wurden anlässlich der Edison Awards mit einer Goldmedaille in Kategorie ‚Next Generation Manufacturing‘ ausgezeichnet. Die richtungsweisenden Thermoplaste bieten Lösungen zur Überwindung der Nachteile herkömmlicher Materialien für MLA. Anders als Glas und Duroplaste erweitern sie den Designspielraum für komplexe Linsengeometrien. Das Mikrospritzgießen erübrigt außerdem Nachbearbeitungsschritte, wie Schleifen und Polieren, was eine kostengünstigere Fertigung großer Stückzahlen erschließt.

Um das volle Potenzial dieser Materialien auszuschöpfen, unterstützt SABIC seine Kunden im Optical Center of Excellence in den Niederlanden mit fortschrittlichen Services zur Verarbeitung von Thermoplasten, zum Design von Komponenten und zur optischen Leistungsmessung. Darüber hinaus bietet das Unternehmen eine Broschüre zum möglichen Einsatz von EXTEM Kunststoffen in optischen Verbindungen sowie ein Video, das die potenziellen Vorteile von EXTEM für COP-Anwendungen illustriert.

Im Rahmen seines Auftritts auf der OFC 2024 thematisiert SABIC neben steckbaren Optiken, neuen Onboard- und COP-Techniken auch Materiallösungen für Steckverbinder, Draht- und Kabelanwendungen. Die Messe findet vom 26. bis 28. März im San Diego Convention Center in San Diego, Kalifornien, USA, statt.

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