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Optische Steckverbindungen Co-Packaged Optics: Optische Steckverbinder in die Leiterplatte integriert

Von Kristin Rinortner 2 min Lesedauer

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SABIC Europe
Bürklin GmbH & Co. KG
MES Electronic Connect GmbH & Co. KG
Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Ein neuer, wärmebeständiger und IR-transparenter Kunststoff unterstützt den Umstieg zu auf der Leiterplatte integrierten optischen Bauelementen. Zielmarkt mit hohem Potenzial sind Rechenzentren.

Temperaturstabile Linsenoptik: Optische Linse mit integrierter Steckverbindung, konstruiert und gefertigt von Nalux aus dem neuem, hitzebeständigem und nahinfrarot-transparentem Kunststoff EXTEM RH1016UCL von SABIC.(Bild: Sabic)
Temperaturstabile Linsenoptik: Optische Linse mit integrierter Steckverbindung, konstruiert und gefertigt von Nalux aus dem neuem, hitzebeständigem und nahinfrarot-transparentem Kunststoff EXTEM RH1016UCL von SABIC.
(Bild: Sabic)

SABIC bietet mit EXTEM RH1016UCL einen hitzebeständigen und Infrarot-transparenten Kunststoff für das Spritzgießen von Linsen zur Integration in optische Transceiver und andere optische Steckverbindungen an. Laut Hersteller hält der Werkstoff als einer der ersten transparenten Thermoplaste Temperaturen von 260 °C beim Reflow-Löten von Leiterplatten stand, ohne dass das Formteil sich verändert. Dies ermöglicht die Montage optischer Elemente wie z.B Linsenarrays zusammen mit anderen Komponenten wie ASICs als ‚Co-Packaged Optics‘ (CPO) in einem einzigen Schritt.

Beim Kunststoff handelt es sich um ein unverstärktes amorphes thermoplastisches Polyimid (TPI) mit einer Glasübergangstemperatur von 279°C. Er soll sich laut Hersteller durch hervorragende mechanische, elektrische und dimensionale Eigenschaften bei hohen Temperaturen auszeichnen. Das Material soll eine gute Transparenz im Nahinfrarot-Bereich und einen hohen Brechungsindex haben, ist RoHS-konform und ungefärbt halogenfrei gemäß den Normen IEC 61249-2-21, IPC 4101E und JEDEC JS709B.

Der hoch automatisierte Mikrospritzguss ermöglicht hohe Stückzahlen. Die Kombination aus Designfreiheit bei der Konzeption von Bauteilen mit der hohen Skalierbarkeit und der hohen thermischen Leistungsfähigkeit soll den Umstieg von steckbaren Transceivern hin zu CPO-Lösungen für schnellere, größere und energieeffizientere Datenzentren unterstützen.

CPO: Die Verlagerung der Optik auf die Leiterplatte

Co-Packaged Optics ist eine Technologie, die zur besseren Zuverlässigkeit von Datenzentren beitragen sowie deren Stromverbrauch und Kosten reduzieren kann, da sie die Optik viel näher zu den ASICs bringt.

Gegenüber steckbarer Optik stellt CPO jedoch höhere Anforderungen an den Werkstoff. Die Bauelemente müssen ihre Form während der thermischen Belastungen bei der Leiterplattenmontage beibehalten, wozu Reflow-Löttemperaturen von bis zu 260 °C zählen. Glas hält dieser Hitze stand, lässt sich jedoch nur schwer zu komplexen Linsen und Arrays verarbeiten. Oft ist aufwändiges Nachschleifen und Polieren notwendig. Daher ist die Fertigung von Formglasteilen zwar möglich, aber teuer und schwierig zu skalieren.

Polymerfaser: Neuer hitzebeständiger Thermoplast

Der neue Werkstoff bietet mehrere Vorteile für CPO. Als Thermoplast (TPI) erleichtert er die Umsetzung komplizierter Geometrien und die Integration von Bauelementen. Gute Fließeigenschaften ermöglichen dünnwandige Konstruktionen und den Einsatz von Mehrfach-Werkzeugen. Bei der Leiterplattenmontage zeigt der Kunststoff eine gute Stabilität gegen Verformung und eine hohe optische Stabilität zur Sicherung der Signalintegrität.

Darüber hinaus tragen der hohe Brechungsindex des Materials und seine Transparenz im Nahinfrarot-Bereich zur Steigerung der Linsenleistung bei. Konstrukteure können bei der Entwicklung optischer Schaltungen auf die in der Materialdatenbank OpticStudio von Zemax verfügbaren optischen Konstanten zugreifen.

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