Plataforma de encapsulado genérico para circuitos ópticos integrados

Abstract

This thesis is focused on the design of a physic packaging module for easier evaluation (testing) of the features of the systems in photonic technology (Silicon Photonics, Indium Phosphide, Silicon Nitride).

Nowadays, the optoelectronic market is focused on telecommunications and consumer products. The chip functionality determines largely the type of packaging for the device (packaging butterfly (BTF), for high features, TO for laser transmitters/receptors, DIN, etc.

The photonic integrated circuits provide high compactness of functionalities in one chip (less coupling losses, less number of elements, space reduction). The high interest in developing photonic integration has promoted a fabrication service through shared runs between customers, namely multi-project wafers (MPW), offered by foundries in order to reduce the manufacturing cost per user. However, the packaging process is between the 60 and 80 per cent of the cost of the photonic devices, so currently standard configurations are demanded for photonic packaging.

The aim of the optoelectronic packaging is to provide an external interface where ruting the optical and electrical internal ports, providing also protection again contaminations and ensure the chip.

The packaging process consists on attaching the photonic chip, connecting the electrical pads, optical fibre coupling and finally to ensure the mechanism against vibrations, contamination, heat transferences, etc.

This work addresses the development of a generic platform on which to perform the assembly and connectorization of both electrical and optical integrated photonic circuits respecting the restrictions in terms of design and manufacturing, technological limitations and the main mechanisms and rules of encapsulation In the same way, it aims to provide solutions to current limitations regarding optical coupling.

Physical aspects (size, dimensions, geometry), materials, electronic and optical precision as the implementation of a design of thermoelectric and mechanical stability is contemplated in the work.

El presente trabajo está orientado al diseño de un módulo físico de encapsulado que facilite evaluar (testear) las prestaciones de sistemas preliminares en tecnología fotónica (Silicon Photonics, InP, Silicon Nitride).

A día de hoy, el mercado optoelectronico se enfoca a las telecomunicaciones y a productos de consumo. La funcionalidad del chip determina en gran medida el encapsulado del dispositivo (encapsulado mariposa (BTF) para altas prestaciones, TO para receptores/transmisores, DIN,etc).

Los circuitos fotónicos integrados ofrecen mayor integración de funcionalidades en un solo chip (menos perdidas de acoplo, menor numero de elementos, reducir espacio) y las foundries genéricas permiten reducir el coste de fabricación a través de rondas compartidas (MPW). Sin embargo el proceso de ensamblado supone entre el 60 y 80 por ciento del coste de un dispositivo fotónico por lo que actualmente se demanda estandarizar una configuración para el encapsulado fotónico.

El objetivo del encapsulado optoelectrónico es ofrecer una protección e interfaz externa en que rutar los puertos ópticos y eléctricos internos del chip y asegurar el dispositivo fotónico.

El proceso de ensamblado consiste en fijar el chip fotónico sobre un submount o subcarrier, conectorizar los pads electricos, acoplar las fibras ópticas y finalmente asegurar todo el mecanismo ante vibraciones, contaminantes, transferencia de temperatura, etc.

En este trabajo se aborda el desarrollo de una plataforma genérica sobre la que realizar el ensamblaje y conectorizado tanto eléctrico como óptico de circuitos fotónicos integrados respetando las restricciones en cuanto a diseño y fabricación, las limitaciones tecnológicas y los principales mecanismos y reglas de encapsulado existentes. Del mismo modo, pretende dar solución a limitaciones actuales en cuanto a acoplo óptico.

Aspectos físicos (tamaño, dimensiones, geometría), de materiales, eléctricos y de precisión óptica como la implementación de un diseño de estabilidad termo-eléctrica y mecánica está contemplado en el diseño.