Packaging optoélectronique. Dispositifs pour réseaux à fibres optiques

1. Packaging des modules optoélectroniques

1.1 Généralités

1.2 Composants actifs

1.3 Composants passifs

1.4 Méthodes d’assemblage

1.5 Modules optiques de la prochaine génération

2. Couplage optique : règles de conception

2.1 Généralités

2.2 Couplage direct dans une fibre

2.3 Couplage avec lentille

2.4 Couplage dans une fibre lentillée

2.5 Cas des récepteurs

2.6 Cas des guides d’onde

2.7 Alignement passif

2.8 Pertes de Fresnel

2.9 Modélisation

3. Technologies du packaging optique

3.1 Matériaux

3.2 « Pigtailing »

3.3 Report et connexion des puces

3.4 Composants passifs et optique intégrée – collage UV

3.5 Herméticité et encapsulation, fermeture de boîtier

3.6 Technologies connexes du packaging

Depuis l’apparition et le déploiement des premiers réseaux à fibres optiques à la fin des années 1970, la fabrication des composants actifs et passifs a donné lieu au développement de diverses stratégies de packaging.

Comme en microélectronique, le packaging a une triple fonctionnalité de protection du composant, de dissipation thermique et d’interconnexion avec le milieu extérieur. La particularité de l’optoélectronique réside dans la gestion des entrées et sorties optiques qui ajoute à la conception des boîtiers la problématique du couplage de la puissance optique dans les fibres optiques et la stabilité de ce couplage en fonction de l’environnement (température, humidité, vibration, etc.). Ces contraintes ont donné lieu à l’apparition d’un certain nombre de stratégies originales qui ont abouti, dans les années 1990, à des quasi-standards (boîtiers « Butterfly », coaxial, etc.).

Régis par des lois classiques de l’électromagnétique, le couplage optique est traité par le biais d’un nombre limité de designs. Cependant, les solutions de packaging, réservées pendant longtemps aux seules applications telecom et, de ce fait, contraintes à des niveaux de fiabilité élevés, ont eu recours à des technologies relativement coûteuses (ex : boîtiers usinés en KovarTM). Par exemple, on considère que le coût de packaging (matière et temps d’assemblage) participe au coût final d’un module d’émission laser télécom à hauteur de 80 %.

De nos jours, la démocratisation des réseaux locaux au niveau de l’accès de l’entreprise, voire de l’abonné, a ouvert la voie à de nouvelles solutions de packaging économiques recourant à des technologies émergentes qui seront abordées en fin de chapitre. Ces technologies, pour la plupart issues de la microélectronique, devraient à terme permettre d’atteindre des coûts similaires à ceux de la micro-électronique, soit environ 20 % du coût d’un composant.