近日，來自住友電工光通信實(shí)驗(yàn)室的Tsutaru Kumagai團(tuán)隊(duì)發(fā)布一篇名為《面向高密度光纖連接的兼容回流焊工藝的2維光纖陣列》的論文，展示了團(tuán)隊(duì)正在研發(fā)的一種基于帶有高精度通孔的玻璃板材和LCP材料插芯的新型耐高溫2D-FA(2D fiber array)連接器。
近日，來自住友電工光通信實(shí)驗(yàn)室的Tsutaru Kumagai團(tuán)隊(duì)發(fā)布一篇名為《面向高密度光纖連接的兼容回流焊工藝的2維光纖陣列》的論文，展示了團(tuán)隊(duì)正在研發(fā)的一種基于帶有高精度通孔的玻璃板材和LCP材料插芯的新型耐高溫2D-FA(2D fiber array)連接器。文章認(rèn)為，這種結(jié)構(gòu)支持更加高密度的連接器結(jié)構(gòu)，或?qū)⒊蔀槲磥鞢PO應(yīng)用的理想連接器。
5G時(shí)代催生光連接器制造的新工藝
隨著5G時(shí)代的來臨，光通訊的需求量將會(huì)出現(xiàn)激增，以現(xiàn)有性能水平的以光連接器為代表的光通訊元器件將不再能滿足未來的使用需要。該文章認(rèn)為，在未來，以51.2 Tbps交換芯片為代表的典型CPO應(yīng)用應(yīng)是能夠滿足100通道以上的高密度低損耗光纖連接方案(OID)，才能承載不斷增長的光通訊數(shù)據(jù)量。同時(shí)通訊數(shù)據(jù)和光通信需求的增加，也帶來了對(duì)光通信設(shè)備和元器件數(shù)量需求激增，因此這種連接器需要能夠支持回流焊工藝，這樣才能支持器件的大規(guī)模制造。Tsutaru Kumagai團(tuán)隊(duì)認(rèn)為基于整合高精度通孔玻璃板和耐高溫的注入模具插芯工藝(以下簡稱“注入工藝”)生產(chǎn)的連接器，將能滿足未來對(duì)光連接器的低損耗、高密度，以及耐高溫的性能需求。
圖1：對(duì)于CPO潛在的高密度光學(xué)互連方法的比較
如圖1所示，Tsutaru Kumagai團(tuán)隊(duì)比較了各種可選的OID的性能?；趯?duì)通道密度和可擴(kuò)展性的考量，2D光纖陣列明顯優(yōu)于1D的方案。在目前各種2D方案中，光纖堆疊(fiber stack)和聚合物插芯(諸如多行MT插芯)較為成熟，但是在纖芯對(duì)準(zhǔn)精度以及耐高溫方面都有性能缺失，不能滿足5G時(shí)代對(duì)光連接器生產(chǎn)和使用性能需求。而2D-FA連接器方案則與傳統(tǒng)方案不同，由于采用了由“注入工藝”制成的液晶聚合物(LCP)插芯，因此具有更好的耐高溫性能。玻璃作為和SiPh芯片接口材料，可以更好解決對(duì)準(zhǔn)問題，同時(shí)具有優(yōu)越的同SiPh芯片的CTE(基材的熱膨脹系數(shù))匹配，其UV透明性可以支持OID和SiPh芯片基于UV膠連接。
新材料+新工藝 雙重加持使2D-FA連接器實(shí)現(xiàn)超越
圖2：2D-FA連接器樣品展示
如圖2所示，2D-FA連接器采用了與標(biāo)準(zhǔn)24纖MT插芯連接器一樣的尺寸結(jié)構(gòu)(2x12孔、125微米直徑、250微米間距、通孔偏心率小于1微米、2個(gè)導(dǎo)引孔)，但不同的地方是該方案的核心——采用了1mm厚度的玻璃板以及LCP插芯。作為LCP插芯的材料，這種通過“注入工藝”、由玻璃填充的LCP，是一種能在260℃下熱收縮率小于0.5%的材料，同時(shí)可以保持低于370℃的注模溫度，因此具有更好的可制造性。制作好的成品光纖空偏心率小于3微米，這個(gè)精度足夠?qū)崿F(xiàn)光纖對(duì)準(zhǔn)。相比傳統(tǒng)PPS材料(poly-phenylene sulfide )插芯在260攝氏度下5分鐘后會(huì)出現(xiàn)肉眼可見的形變的情況，新的LCP材料可在同樣的條件下保持形變不大于5微米。
通過與對(duì)傳統(tǒng)MT連接器進(jìn)行回流焊工藝對(duì)比測試，試驗(yàn)結(jié)果顯示新型2D-FA全面超越傳統(tǒng)MT連接器。以最重要的指標(biāo)插損值為例，2D-FA連接器測試前后最大通道損耗低于1dB。而傳統(tǒng)MT連接器測試后則為平均1.95dB。
總結(jié)
通過“注入工藝”和新型LCP材料的組合，同時(shí)施加多次試驗(yàn)并加以改進(jìn)，最終使這款由住友所研發(fā)的2D-FA連接器成為一型比傳統(tǒng)同類、同功用光連接器更優(yōu)秀的低損耗、高密度、耐高溫特性的光連接器系統(tǒng)。并且，由于工藝特性，2D-FA具備大規(guī)模生產(chǎn)的能力。預(yù)計(jì)在5G通訊時(shí)代，綜合性能優(yōu)異2D-FA連接器將得到大規(guī)模應(yīng)用，將可能開創(chuàng)光連接器設(shè)計(jì)制造的一種新范式。
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