세계적인 종합화학기업 사빅(SABIC)은 “2024 OFC (Optical Fiber Communication and Exhibition)”에서 에디슨 어워드를 수상한 EXTEM™ RH 시리즈 수지가 상용 On board 및 co-packaged optics 분야에 적용되는 마이크로 렌즈 어레이(MLA) 생산 및 조립 시 제공하는 이점들을 선보인다. 행사 기간 동안 틴들 국립연구소 (Tyndall National Institute)와 칩 통합 기술 센터(Chip Integration Technology Center, CITC)가 제작한 2 대의 시연장비가 전시된다. (사빅 부스 #1204)

 

사빅 스페셜티즈 테크놀로지 부문의 제너럴매니저, 스캇 피셔 (Scott Fisher)는 "AI, IoT 및 5G 기술에 힘입어 데이터 트래픽이 기하급수적으로 증가함에 따라 데이터 센터 대역폭 용량과 에너지 효율성을 개선하기 위해 광전자의 신속한 도입이 필요하다”며, "co-packaged optics와 같은 애플리케이션용 광학 부품을 대규모로 제조, 조립하는 것은 어렵고 복잡할 뿐만 아니라 비용이 많이 든다. 이 문제 해결을 위해 사빅은 렌즈 어레이에 핵심 성능과 가공 역량을 제공할 수 있는 EXTEM RH 수지를 개발했다. 이 새로운 수지는 기존 소재가 안고 있는 확장성 및 제조가능성 우려를 해결하고, 광학 부품 설계, 성능 및 생산에서 최첨단 기술을 발전시킬 수 있는 새로운 기회를 창출해냈다”고 말했다.

 

손실이 낮은 확장 빔 커플링을 지원하다.

실리콘 혹은 기타 기판에서의 광 집적 회로(PIC) 개발을 통해, 보다 신속하게 데이터를 전송하는 컴팩트한 설계가 가능해지고 있다. 그러나 실리콘 광학 웨이브가이드의 소형 광학 모드 필드와 그 보다 사이즈가 큰 싱글 모드 광섬유 간의 사이즈 차이는 해결해야 할 과제이다. 이에 사빅은 “2024 OFC”에서 확장형 빔 광학 인터페이스를 활용하는 탁월한 접근방법을 선보일 예정이다. 

 

빔 확장 광학 구성요소들은 (이 경우 자유형 렌즈 어레이) 광 커넥터 인터페이스의 각 측면에 설치되어 광섬유 어레이를 더 큰 프리 스페이스 빔(free-space beam)에 연결시킨다.

 

확장된 빔 커플링의 사용을 통해, 측면 정렬 공차를 완화하고 먼지 입자와 같은 오염으로 인한 폐색 현상을 줄일 수 있다. 이 모델 어레이를 마이크로 성형 구현하는 EXTEM RH 레진은 280°의 유리전이 온도를 가지며, 다양한 자유 형상 광학 렌즈 설계를 만족시키는 사출 성형이 가능하다.

 

틴들 국립연구소가 제작한 커넥터 어셈블리는 사빅의 소재 솔루션이 어떻게 기존의 광섬유연결 기술을 사�D 해 설계된 개별 광학 부품들의 연결성을 향상시킬 수 있는지 보여줄 예정이다. “2024 OFC” 방문객들은 이러한 어셈블리에서 사빅의 수지가 JEDEC 리플로우 (Reflow) 혹은 표면 실장 기술(SMT)의 극한 온도를 견디며 이루어낸 광학 집적화를 확인할 수 있다.

 

제조 효율성 향상

새로운 광학 기술 도입을 가속화하기 위해서는 마이크로 광학장치를 부품당 비교적 낮은 비용으로 간소화된 공정을 통해 대량 생산할 수 있어야 한다. 이는 용융 실리카(fused silica)나 유리로는 불가능하다. 이러한 기존 소재들과는 대조적으로 EXTEM RH 수지는 마이크로 광학 가공 및 조립 규모와 비용 효율성을 개선시킬 수 있는 여러 방법들을 제공한다.

 

첫째, EXTEM RH 수지의 마이크로 몰딩은 높은 수준의 신호 무결성과 낮은 광학 손실로 밀리미터 크기의 부품을 수백만 개 규모로 생산할 수 있다. 이 기능은 데이터 서버 백플레인, 통신 스위치, 슈퍼컴퓨터 및 네트워크 패브릭에 최첨단 광학 패키징 및 커플링 기술의 도입을 앞당길 수 있다. 더 나아가 리플로우 단계 전에 광학용 투명 접착제를 사용하여 EXTEM RH 레진으로 성형된 마이크로 옵틱을광섬유 및 PIC를 정렬시켜 패키징 공정을 간소화할 수 있다.

 

이 외에도 사빅은 “2024 OFC“에서 CITC와 공동 개발한 공정을 또 다른 시연을 통해 공개할 예정이다. MLA와 기판의 정렬시 대체 상호 연결 재료인 나노 실버 소결 페이스트를 사용한 이 공정을 통해 경화시 UV 투과 렌즈 소재가 필요하고, CTE 불일치 및 장기 안정성이 부족하다는 단점을 안고 있는 에폭시 접착제 대체가 가능해진다.

 

사빅은 내부 전반사가 가능한 복잡한 형상의 렌즈 어레이를 사용하여 표준 MT 페룰 커넥터에서 VCSEL/PD와 PIC 사이의 광학 커플링을 90도 구부릴 수 있는 방법도 시연할 예정이다.

 

기존 소재를 뛰어넘다. 

고열 EXTEM RH 수지는 2023년 에디슨 어워드의 차세대 제조 부문에서 금메달을 획득했다. 이 첨단 열가소성 수지는 MLA용 기존 소재의 단점을 해결해주는 솔루션을 제공하며, 유리 및 열경화성 수지와는 달리 복잡한 렌즈 기하학적 형상을 자유로이 설계할 수 있다. 또한 마이크로 몰딩은 연삭 및 연마와 같은 2차 공정을 필요로 하지 않으므로 신속한 대량 생산을 통해 비용을 절감할 수 있다.

 

사빅은 고객사들이 이러한 소재들의 잠재력을 최대한 활용할 수 있도록 네덜란드에 위치한 사빅의 옵티컬 센터오브 엑설런스 (Optical Center of Excellence)에서 열가소성 플라스틱 가공, 부품 설계 및 광학 성능 측정에 대한 첨단 지원을 제공한다. 광학 인터커넥트 및 렌즈에 사용할 수 있는 EXTEM 수지를 소개하는 브로셔와 co-packaged 광학 커넥터에서 EXTEM 수지가 가지는 잠재적 이점을 설명하는 동영상도 제작했다. “2024 OFC”에서 사빅은 커넥터, 와이어 및 케이블 애플리케이션용 소재 솔루션, 플러그형 광학 및 새로운 On board 및 co-packaged 기술도 선보였다. “2024 OFC ”는 3월 26일부터 28일까지 미국 캘리포니아주 샌디에고에 소재한 샌디에고 컨벤션 센터(San Diego Convention Center)에서 개최되었다.