Integration of optical interconnections and optoelectronic components in flexible substrates

Licht als informatiedrager voor datacommunicatie kende een ongezien succes in de laatste decennia. Wegens de lage verliezen en hoge datasnelheden hebben ze voor het overbruggen van lange afstanden hun elektrische tegenhangers reeds geruime tijd verdrongen. Deze trend zet zich ook voort voor korte afstand communicatie op printplaten. Naast zijn functie als informatiedrager, wordt licht ook gebruikt om een waaier aan fysische grootheden te meten. Ook hier heeft licht enkele significante voordelen t.o.v elektrische informatiedragers, waardoor optische sensoren wijdverspreid zijn. Een tweede duidelijke trend binnen de elektronica is het gebruik van flexibele printkaarten. Deze zijn veel dunner, lichter en betrouwbaarder dan de klassieke harde printkaarten, waardoor ze uiterst geschikt zijn voor draagbare toepassingen waar compactheid en een laag gewicht hoge vereisten zijn. De flexibiliteit van de printplaten laat ook toe hen te gebruiken op onvlakke oppervlakken en op bewegende onderdelen. Het doel van het gepresenteerde doctoraatswerk is de ontwikkeling van een nieuw technologieplatform dat bovengenoemde trends combineert. Alle bouwblokken van optische communicatie, gaande van actieve opto-elektronische componenten, aanstuurelektronica, golfgeleiderbaantjes en galvanische verbindingen tot optische koppelstructuren tussen de verschillende bouwblokken, worden zodanig gerealiseerd dat elke component flexibel is en geïntegreerd wordt in een dunne folie met een dikte van slechts 150µm. Op die manier bekomen we een flexibele folie met alle passieve en actieve onderdelen voor optische communicatie geïntegreerd met enkel een elektrische interface naar de buitenwereld, wat de aanvaarding en toepassing van deze technologie in de huidige elektronica aanzienlijk kan versnellen. Binnen het doctoraatswerk werden alle voorgestelde technologieën en processen gerealiseerd en geoptimaliseerd. Bovendien werden de optische verliezen, warmteaspecten, hoogfrequent gedrag, mechanisch gedrag en betrouwbaarheid van de technologie gekarakteriseerd en vergeleken met de huidige state-of-the-art

Fully embedded optical and electrical interconnections in flexible foils

This paper presents the development of a technology platform for the full integration of opto-electronic and electronic components, as well as optical interconnections in a flexible foil. A technology is developed to embed ultra thin (20 μ m) VCSEL's and Photodiodes in layers of optical transparent material. These layers are sandwiched in between two Polyimide layers to get a flexible foil with a final stack thickness of 150 μ m. Optical waveguides are structured by photolithography in the optical layers and pluggable mirror components couple the light from the embedded opto-electronics in and out of the waveguides. Besides optical links and optoelectronic components, electrical circuitry is also embedded by means of embedded copper tracks and thinned down Integrated Circuits (20 μ m). Optical connection towards the outer world is realized by U-groove passive alignment coupling of optical fibers with the embedded waveguides

Embedded 45° micro-mirror for out-of-plane coupling in optical PCBs

We present an embedded 45° micro-mirror that can be used to couple light out-of-plane of the optical layer. The discrete micro-mirror is inserted in a micro-cavity into the optical layer. Loss measurements at receiver side show a mirror loss as low as 0.35dB

Embedded flexible optical shear sensor

Monitoring shear stresses is increasingly important in the medical sector, where the sensors need to be unobtrusive, compact and flexible. A very thin and flexible sensor foil is presented based on the shear stress dependent coupling change of optical power between a laser and photodiode chip that were separated by a deformable sensing layer. These opto-electronic components were embedded in a very thin foil of only 40 mu m thick. The sensitivity and measurement range can be modified by selecting the material properties of the sensing layer. The sensor response showed to be reproducible and the influence of normal pressure on the sensor was very limited

Packaging technology enabling flexible optical interconnections

This paper reports on the latest trends and results on the integration of optical and opto-electronic devices and interconnections inside flexible carrier materials. Electrical circuits on flexible substrates are a very fast growing segment in electronics, but opto-electronics and optics should be able to follow these upcoming trends. This paper presents the back-thinning and packaging of single opto-electronic devices resulting in highly flexible and reliable packages. Optical waveguides and optical out-of-plane coupling structures are integrated inside the same layer stack, resulting in complete VCSEL-to-PD links with low total optical losses and high resistance to heat cycling and moisture exposure

Embedding of optical interconnections in flexible electronics

P

Multiple chip integration for flat flexible electronics

These days, there is a lot of interest for making electronic devices lighter and compacter, as the electronics market is rapidly expanding with all sorts of portable devices for home and everyday use. Here, a technology for embedding single thin chips in flexible substrates is further investigated so that several chips might be integrated within the same substrate. This technology offers the possibility of reducing weight, while at the same time enhancing the mechanical flexibility of the electronic circuitry. Such an integration is particularly interesting in the area of flexible displays, where the flexibility of the display is too often hampered by the rigidity of its driving electronics