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大比特商务网住友公布2D-FA方案 开创光连接器全新范式


【大比特导读】近日 ， 来自住友电工光通信实验室的Tsutaru Kumagai团队发布一篇名为《面向高密度光纤连接的兼容回流焊工艺的2维光纤阵列》的论文 ， 展示了团队正在研发的一种基于带有高精度通孔的玻璃板材和LCP材料插芯的新型耐高温2D-FA(2D fiber array)连接器 。
【大比特商务网住友公布2D-FA方案 开创光连接器全新范式】近日 ， 来自住友电工光通信实验室的Tsutaru Kumagai团队发布一篇名为《面向高密度光纤连接的兼容回流焊工艺的2维光纤阵列》的论文 ， 展示了团队正在研发的一种基于带有高精度通孔的玻璃板材和LCP材料插芯的新型耐高温2D-FA(2D fiber array)连接器 。 文章认为 ， 这种结构支持更加高密度的连接器结构 ， 或将成为未来CPO应用的理想连接器 。
5G时代催生光连接器制造的新工艺
随着5G时代的来临 ， 光通讯的需求量将会出现激增 ， 以现有性能水平的以光连接器为代表的光通讯元器件将不再能满足未来的使用需要 。 该文章认为 ， 在未来 ， 以51.2 Tbps交换芯片为代表的典型CPO应用应是能够满足100通道以上的高密度低损耗光纤连接方案(OID) ， 才能承载不断增长的光通讯数据量 。 同时通讯数据和光通信需求的增加 ， 也带来了对光通信设备和元器件数量需求激增 ， 因此这种连接器需要能够支持回流焊工艺 ， 这样才能支持器件的大规模制造 。 Tsutaru Kumagai团队认为基于整合高精度通孔玻璃板和耐高温的注入模具插芯工艺(以下简称“注入工艺”)生产的连接器 ， 将能满足未来对光连接器的低损耗、高密度 ， 以及耐高温的性能需求 。

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图1：对于CPO潜在的高密度光学互连方法的比较
如图1所示 ， Tsutaru Kumagai团队比较了各种可选的OID的性能 。 基于对通道密度和可扩展性的考量 ， 2D光纤阵列明显优于1D的方案 。 在目前各种2D方案中 ， 光纤堆叠(fiber stack)和聚合物插芯(诸如多行MT插芯)较为成熟 ， 但是在纤芯对准精度以及耐高温方面都有性能缺失 ， 不能满足5G时代对光连接器生产和使用性能需求 。 而2D-FA连接器方案则与传统方案不同 ， 由于采用了由“注入工艺”制成的液晶聚合物(LCP)插芯 ， 因此具有更好的耐高温性能 。 玻璃作为和SiPh芯片接口材料 ， 可以更好解决对准问题 ， 同时具有优越的同SiPh芯片的CTE(基材的热膨胀系数)匹配 ， 其UV透明性可以支持OID和SiPh芯片基于UV胶连接 。
新材料+新工艺 双重加持使2D-FA连接器实现超越

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图2：2D-FA连接器样品展示
如图2所示 ， 2D-FA连接器采用了与标准24纤MT插芯连接器一样的尺寸结构(2x12孔、125微米直径、250微米间距、通孔偏心率小于1微米、2个导引孔) ， 但不同的地方是该方案的核心——采用了1mm厚度的玻璃板以及LCP插芯 。 作为LCP插芯的材料 ， 这种通过“注入工艺”、由玻璃填充的LCP ， 是一种能在260℃下热收缩率小于0.5%的材料 ， 同时可以保持低于370℃的注模温度 ， 因此具有更好的可制造性 。 制作好的成品光纤空偏心率小于3微米 ， 这个精度足够实现光纤对准 。 相比传统PPS材料(poly-phenylene sulfide )插芯在260摄氏度下5分钟后会出现肉眼可见的形变的情况 ， 新的LCP材料可在同样的条件下保持形变不大于5微米 。
通过与对传统MT连接器进行回流焊工艺对比测试 ， 试验结果显示新型2D-FA全面超越传统MT连接器 。 以最重要的指标插损值为例 ， 2D-FA连接器测试前后最大通道损耗低于1dB 。 而传统MT连接器测试后则为平均1.95dB 。
总结
通过“注入工艺”和新型LCP材料的组合 ， 同时施加多次试验并加以改进 ， 最终使这款由住友所研发的2D-FA连接器成为一型比传统同类、同功用光连接器更优秀的低损耗、高密度、耐高温特性的光连接器系统 。 并且 ， 由于工艺特性 ， 2D-FA具备大规模生产的能力 。 预计在5G通讯时代 ， 综合性能优异2D-FA连接器将得到大规模应用 ， 将可能开创光连接器设计制造的一种新范式 。


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