Fraunhofer Institute for Telecommunications

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Heinrich-Hertz-Institut Berlin

Fraunhofer Institute for Telecommunications

Fraunhofer Institut Nachrichtentechnik Heinrich-Hertz-Institut

40 GHz bis 100 GHz Bonding und Packaging

Ö.Karpuzi

+49 30 310 02 – 0 +49 30 310 02 – 213 [email protected] http://www.hhi.fraunhofer.de

Heinrich-Hertz-Institut

26.10.2009 © Fraunhofer HHI

Folie 2

Ö.Karpuzi

Gliederung

•  Aufbau- und Verbindungstechnik im HHI [Aufgaben und Know-How]

•  Bonding und Packaging / HF-Simulationen [anhand des 100 GHz-Photodetektors]

•  Ergebnisse / Zusammenfassung [des Packaging- und Bonding-Konzepts]


Folie 3

Ö.Karpuzi

Aufbau- und Verbindungstechnik im HHI

HL

AVT

MZ-Modulator

Photodetektor

Polymere

Multifasermodul

Laser


Folie 4

Ö.Karpuzi

Kontaktierungstechniken

Flip-Chip

2D-Arrays

Selbstjustage möglich

HF-Eigenschaften?

Packungsdichte

Wire-Bonding

geringer Entwicklungsaufwand

Kostenvorteil bis 1 Mio. p.a.

HF-Eigenschaften?

FhG IZM


Folie 5

Ö.Karpuzi

Wire-Bonding vs. Flip-Chip

Flip-Chip Wire-Bonding ! niedrige Stückzahlen hohe Variabilität

geringe Kosten

: Bondingparameter

: Koplanarleitung (CPW: Coplanar Waveguide) G S G


Folie 6

Ö.Karpuzi

100 GHz pin-Photodetektor

Aufgaben der AVT

HF-Simulation

Bonding optische Kopplung

CAD-Design

•  integrierter Wellenleiter •  Spot-Size-Konverter •  Wellenwiderstand 50 !

Aufbau


Folie 7

Ö.Karpuzi

Aufbaukonzept PD-Modul

CAD-Design

„Inventor“ Fa. Autodesk

„High Frequency Structure Simulator“ Fa. ANSOFT (EM-Modeling)

CPW CPW-Substrat

Bonddrähte

Simulation

1mm-

Software:


Folie 8

Ö.Karpuzi

CPW-Optionen

G G S

Substrat G

G

G G S

Viaholes

G G S

Substrat G

1

2

3

: mit Außenseitenmetallisierung

: mit Durchkontaktierung

: mit Rückseitenmetallisierung


Folie 9

Ö.Karpuzi

CPW-Simulation

HFSS


Folie 10

Ö.Karpuzi

CPW-Simulation

Ergebnis

Taperung

G G S

Substrat G

1

zusätzlich Taperung

CPW mit einfacher Rückseitenmetallisierung

Simulation

Al2O3

Quarz

Al2O3-Substrat

CPW-Substrat

Quarz-Substrat

Draufsicht:


Folie 11

Ö.Karpuzi

Simulation der Bonddrähte

Wedge-Bonder

Golddraht

Ø 20 !m

Chip-CPW-Gap

0 20 40 60 80 100 120 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1

Rel

ativ

e re

spon

se [d

B]

Frequency [GHz]

0 um 5 um 20 um 3dB

Simulation


Folie 12

Ö.Karpuzi

Anzahl der Bonddrähte

Bonddrähte je Pad

3 Stk.

G S

G

Wire-Bonding

Ribbon-Bonding äquivalent zum

Ribbon-Bonding

G

G S

G

G

S

Wire-Bonding

vs.

Simulation


Folie 13

Ö.Karpuzi

Anordnung der Bondrähte

Bonddrähte

div. Positionen div. Abstände

1

3

2

3 Bonddrahtanordnung

Simulation

CPW

CPW

CPW

Chip

Chip

Chip


Folie 14

Ö.Karpuzi

Modulaufbau

AVT Aufbau Gehäuse

Bonden / Die-Attach

Optische Kopplung

Chip

CPW HF- Stecker

Modulgehäuse


Folie 15

Ö.Karpuzi

Bonding und Packaging

Gehäuse Chip-CPW-Kontaktierung

1mm-Anritsu- Stecker

Bonddrähte Pin

PD-Chip CPW

Träger

G E H Ä U S E Bonddrähte

Kleber Pin-CPW-Kontaktierung


Folie 16

Ö.Karpuzi

Faser-Chip-Kopplung

Koppelplatz

3- und 6-Achsentisch

1. Faser in einer Glasferrule / Glasblöcke zur Fixierung

2. Faserfixierung in V-Nut des Hilfsträgers

1. & 2. Faser-Chipkopplung mit UV-Kleber (Stoßkopplung)

Faser-Chip-Kopplung

1 2


Folie 17

Ö.Karpuzi

Modul

2

1 Faser in Glasferrule

Glasblöcke

Hilfsträger mit V-Nut

PD-Modul


Folie 18

Ö.Karpuzi

Zusammenfassung Simulation

Aufbausimulation

Wire-Bonding + CPW äquivalent zur

Flip-Chip-Technik

Simulation

Wire-Bonding FC-Technik


Folie 19

Ö.Karpuzi

Zusammenfassung Modulaufbau

Aufbauergebnisse Module mit gewünschter Bandbreite!

CPW Maße entscheidend!

FhG-HHI pin-PD-Modul

Messergebnisse bestätigen Aufbaukonzept!


Folie 20

Ö.Karpuzi

Danksagung

Herrn Chenhui Jiang für die HFSS-Simulationen University Denmark

D.Pech, Dr. T.Rosin, Dr. H.-G. Bach, G.G. Mekonnen und Herrn R. Zhang FhG Heinrich-Hertz-Institutes


Folie 21

Ö.Karpuzi

[PAVT ITG-Workshop Mai‘2009]

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Ö.Karpuzi Tel: 030 / 310 02 435 [email protected]

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