19_20.pdf

PROJEKTY ZAGRANICZNE

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

Technologie alternatywne

i technologie przyszłości,

część 3

Optyczne po³¹czenie

falowodowe

Inn¹ form¹ po³¹czenia optycz-

nego, ktÛra ostatnio cieszy siÍ

znacznym zainteresowaniem. s¹

úwiat³owody s¹ tu wykonywane

bezpoúrednio w†pod³oøu wielouk³a-

dowego modu³u. åwiat³owody

moøna wykonaÊ wykorzystuj¹c

standardowe procesy fotolitogra-

ficzne stosowane w†technologii

cienkich warstw. Jedna z†takich

technologii polega na wykonaniu

úwiat³owodu z†dwutlenku krzemu

(r ys. 11 ).

Przy wykorzystaniu techniki

montaøu odwrÛconego uk³adÛw

(flipped-chip), diody laserowe i†fo-

totranzystory znajduj¹ce siÍ od

strony elementÛw s¹ zwrÛcone

w†kierunku pod³oøa. Jedn¹ z†po-

waøniejszych zalet tej technologii

jest moøliwoúÊ wykonywania split-

terÛw wi¹zki, dziÍki czemu pewna

iloúÊ nadajnikÛw moøe wysterowaÊ

pewn¹ liczbÍ odbiornikÛw. Wad¹

jest duøa trudnoúÊ, jak¹ sprawia

poprowadzenie jednego úwiat³owo-

du na drugim, poniewaø takie

skrzyøowanie dzia³a podobnie jak

splitter i†úwiat³o z†jednego falowo-

du przedostaje siÍ do drugiego.

AlternatywÍ dla technologii fa-

lo-úwiat³owodowej stanowi uzyski-

wane fotolitograficznie po³¹czenie

polimidowe, ktÛra to technika po-

jawi³a siÍ pod koniec roku 1993

i†jest szczegÛlnie interesuj¹ca

w†przypadku wielouk³adowych mo-

du³Ûw MCM-D. Urz¹dzenia MCM-

D to ì...ceramiczne, metalowe lub

szklane pod³oøa pokryte warstw¹

dielektryka, np. polimidu. Wars-

twa dielektryka modyfikuje w³as-

noúci pojemnoúciowe pod³oøa,

a†úcieøki s¹ tworzone na powierz-

chni dielektryka przy pomocy tech-

nologii cienkich warstwî.

Warstwa polimidu poddana

przez odpowiedni¹ maskÍ dzia³a-

niu úwiat³a daje rysunki zbliøone

do uzyskiwanych w†fotografii. Po

wywo³aniu polimid zawiera úcieø-

ki o†niskich stratach optycznych

otoczone odbijaj¹cymi obszarami

nieprzezroczystymi ( rys. 12 ).

OprÛcz prostoty kolejn¹ zalet¹

tej technologii jest to, øe zarÛwno

naúwietlone jak i†nienaúwietlone

obszary polimidu wykazuj¹ niemal

identyczne wartoúci sta³ej dielek-

trycznej. Tak wiÍc, úwiat³o-falowo-

dy polimidowe nie tylko zapew-

niaj¹ moøliwoúÊ wykorzystywania

istniej¹cych technologii, ale rÛw-

nieø w†niewielkim stopniu wp³y-

waj¹ na znajduj¹ce siÍ pod nimi

cienkowarstwowe metalizacje.

Technologia ta cieszy siÍ zain-

teresowaniem przede wszystkim

wúrÛd projektantÛw modu³Ûw wie-

louk³adowych, a†takøe rozwaøana

jest jako rozwi¹zanie moøliwe do

zastosowania w†przypadku drukÛw

wielowarstwowych. W†przysz³oúci

wiÍc p³ytki bÍd¹ byÊ moøe pro-

dukowane z†rÛønymi rodzajami po-

³¹czeÒ - tradycyjnymi w†postaci

úcieøek miedzi oraz bardzo szyb-

kimi po³¹czeniami optycznymi.

Trzeci¹ czÍúÊ artyku³u

o nowoczesnych trendach

w elektronice poúwiÍciliúmy

omÛwieniu falowodowych

i holograficznych po³¹czeÒ

optycznych, ktÛre s¹ i bÍd¹

stosowane w bardzo szybkich

uk³adach scalonych.

Rys. 11. Połączenie falowodowe: falowody z krzemionki.

Rys. 12. Połączenie falowodowe: światłowód

polimidowy.

Elektronika Praktyczna 9/99

P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E

Rys. 13. Połączenie holograficzne w module wieloukładowym.

ki kwarcu jest znacznie niøsza niø

w†przypadku wi¹zki úwiat³a prze-

sy³anej úwiat³owodem. DziÍki te-

mu czas propagacji wi¹zki miÍdzy

nadajnikiem a†odbiornikiem jest

zbliøony do czasu propagacji

w†wolnej przestrzeni. Subhologram

znajduj¹cy siÍ nad nadajnikiem

jest wykonany w†taki sposÛb, øe

wi¹zka úwiat³a jest rozszczepiana

i†moøe dotrzeÊ do dwÛch rÛønych

odbiornikÛw.

Dla lepszego wyjaúnienia prob-

lemu poprzedni rysunek przedsta-

wia subhologram heksagonalny,

o†jednakowych k¹tach miÍdzy po-

wierzchniami oraz o†jednakowych

k¹tach padania wi¹zki z†kaødej

strony. K¹ty miÍdzy powierzchnia-

mi mog¹ byÊ rÛøne, a†takøe rÛøne

mog¹ byÊ k¹ty padania. Subholo-

gramy usytuowane nad nadajnika-

mi mog¹ byÊ z³oøone i†rozszcze-

piaÊ wi¹zkÍ na wiele strumieni,

z†ktÛrych kaødy dotrze do innego

odbiornika.

OprÛcz moøliwoúci zastosowa-

nia w†modu³ach wielouk³adowych

po³¹czenie holograficzne jest ana-

lizowane pod k¹tem przydatnoúci

do stworzenia odpowiednika p³yty

krosowej, maj¹cej s³uøyÊ do po³¹-

czeÒ miÍdzy p³ytkami drukowany-

mi. Takie p³yty oferuj¹ jeszcze

jedn¹ bezcenn¹ moøliwoúÊ: moøli-

woúÊ wykonania wielu hologramÛw

w†zastosowanym tam odpowiedni-

ku p³yty krosowej. DziÍki temu

przesuniÍcie p³yty z†rysunkiem ho-

lograficznym o†czÍúÊ milimetra,

rÛwnolegle do powierzchni zwier-

ciad³a, umoøliwi zmianÍ konfigura-

cji i†zupe³nie inne po³¹czenia miÍ-

dzy p³ytkami. Niewiarygodne!!!

EPE

Po³¹czenie holograficzne

Niestety, øadna z†przedstawio-

nych wczeúniej technik realizacji

po³¹czeÒ optycznych nie jest wolna

od wad i†ograniczeÒ. Najbardziej

obiecuj¹c¹ wydaje siÍ byÊ techno-

logia po³¹czeÒ w†postaci falo-úwiat-

³owodÛw, ale nawet i†w†tym przy-

padku wystÍpuj¹ problemy zwi¹za-

ne z†prowadzeniem úwiat³owodÛw

nad sob¹. Ponadto úwiat³owody

i†falowody optyczne maj¹ wspÛln¹

wadÍ, a†mianowicie to, øe liczba

odbiÊ úwiat³a w†nich jest bardzo

wysoka. W†efekcie úwiat³o przeby-

wa drogÍ cztero a†nawet szeúcio-

krotnie d³uøsz¹ niø wynosi mierzo-

na w†prostej linii odleg³oúÊ miÍdzy

nadajnikiem i†odbiornikiem.

OprÛcz powyøszych problemÛw

w¹tpliwe jest takøe, czy ktÛrakol-

wiek z†wymienionych wyøej tech-

nik bÍdzie w†stanie zapewniÊ nie-

zbÍdn¹ olbrzymi¹ liczbÍ fizycznych

po³¹czeÒ. Nowy konkurent na are-

nie po³¹czeÒ nosi nazwÍ po³¹czenia

holograficznego. Uøycie w†tym kon-

tekúcie terminu ìholograficznyî mo-

øe wygl¹daÊ dziwnie, poniewaø

holografia jest znana przede wszys-

tkim jako metoda uzyskiwania trÛj-

wymiarowych obrazÛw, nazywa-

nych hologramami (od greckich

wyrazÛw ìholosî - ca³y i†îgramî -

wiadomoúÊ). Jednak termin ìholo-

graficznyî zosta³ tu uøyty w†sposÛb

w†pe³ni uzasadniony, poniewaø po-

³¹czenie takie rzeczywiúcie oparte

jest na trÛjwymiarowym obrazie.

W†przypadku po³¹czenia holo-

graficznego w†module wielouk³a-

dowycm proces rozpoczyna siÍ od

wykonania przy pomocy lasera

rysunku naciÍÊ w†bardzo cienkiej

p³ytce kwarcu ( rys. 13 ). NastÍpnie

p³ytka ta jest montowana ponad

powierzchni¹ uk³adu scalonego,

w†odleg³oúci oko³o 1mm, a†oko³o

2cm nad p³ytk¹ kwarcu montowa-

ne jest zwierciad³o, ktÛrego po-

wierzchnia odbijaj¹ca znajduje siÍ

od strony p³ytki kwarcowej.

W³¹czona dioda laserowa zna-

jduj¹ca siÍ na powierzchni jednego

z†uk³adÛw wysy³a wi¹zkÍ úwiat³a

w†stronÍ jednego z†naciÍÊ na p³yt-

ce kwarcu. NaciÍcie to powoduje

za³amanie wi¹zki w†taki sposÛb, øe

nastÍpnie ulega ona wielokrotnym

odbiciom miÍdzy zwierciad³em

a†p³ytk¹ kwarcu. Gdy wi¹zka pad-

nie na powierzchniÍ p³ytki bezpo-

úrednio nad fototranzystorem inne-

go uk³adu, znajduj¹ce siÍ tam

naciÍcie sprawia, øe zostaje ona

ponownie za³amana i†pada na po-

wierzchniÍ odbiornika.

Naleøy pamiÍtaÊ oczywiúcie

o†tym, øe znajduj¹cy siÍ obok rysu-

nek jest daleko posuniÍtym uprosz-

czeniem rzeczywistoúci. Na ogÛ³

w†p³ytce kwarcowej nad odbiorni-

kiem wycinane s¹ dwa rysunki, po

kaødej stronie p³ytki. NaciÍcia zna-

jduj¹ce siÍ na gÛrnej powierzchni

skierowuje wi¹zkÍ do wnÍtrza p³ytki

kwarcowej, natomiast naciÍcie od

strony dolnej przejmuje wi¹zkÍ

i†skierowuje j¹ do odbiornika. NaciÍ-

cia te odgrywaj¹ zarazem rolÍ socze-

wek, ogniskuj¹c wi¹zkÍ dok³adnie na

powierzchni odbiornika.

K¹ty naciÍÊ p³ytki kwarcowej

s¹ bardzo precyzyjnie obliczone,

podobnie jak liczba odbiÊ miÍdzy

zwierciad³em oraz p³ytk¹, dziÍki

czemu kaøda wi¹zka

laserowa trafia we

w³aúciwe miejsce. Ob-

liczenia te s¹ prowa-

dzone komputerowo,

podobnie jak proces

laserowego wykony-

wania trÛjwymiaro-

wych naciÍÊ na po-

wierzchni p³ytki kwar-

cu. P³ytka kwarcu no-

si nazwÍ hologramu

komputerowego, a†ry-

sunki nad kaødym nadajnikiem

i†odbiornikiem okreúlane s¹ mia-

nem subhologramÛw ( rys. 14 ).

Liczba odbiÊ wi¹zki laserowej

od powierzchni zwierciad³a i†p³yt-

Artyku³ publikujemy na podsta-

wie umowy z redakcj¹ miesiÍcznika

"Everyday Practical Electronics".

Rys. 14. Połączenie holograficzne:

rozszczepianie wiązki laserowej.

Elektronika Praktyczna 9/99

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: