[01333870]多环境下板级高速光互连系统位置偏移与耦合效率关系研究

课题来源与背景

目前随着 VCSEL/PD 器件在光电互连模块中日益广泛应用，其实际上已经成为影响光电互连模块耦合效率最重要的因素之一。

由于相互连接的 VCSELs/PD 器件和 PCB 具有不同的热膨胀系数和其它不同的材料特性，由于热膨胀系数失配在 VCSEL/PD 器件和 PCB 焊接组装过程中将产生不同大小的延伸和收缩，将会在 VCSEL/PD器件与 PCB 连接的焊点内产生焊接残余应力以及初始的 VCSEL/PD 器件与光纤/光波导之间的对准偏移（即焊后对准偏移），在其组装完毕后的正常开关工作过程中以及使用环境中温度的变化也均会因热膨胀系数失配而在连接焊点内产生不可避免的热应力和相应的对准偏移;此外，初始对准偏移也将会随着温度循环周期的增加而积累。

如何减小最初的焊后对准偏移以及后来因工作过程中热应力所致的对准偏移的继续积累增加，这对于提高光互连模块的长期工作稳定性至关重要，已成为进一步提髙光互连模块耦合效率的关键性问题。

② 技术原理及性能指标通过建立光互连模块回流焊焊后有限元位置偏移分析和光耦合仿真模型，对焊后光互连模块位置偏移与耦合效率关系进行仿真分析，基于响应面法-遗传算法对光互连模块焊后耦合效率进行优化;

建立光互连模块热循环加载有限元位置偏移分析和光耦合仿真模型，对热循环加载条件下的光互连模块位置偏移与耦合效率关系进行仿真分析;基于正交试验设计、极差分析和方差分析，获得光互连模块焊点结构参数对耦合效率影响的大小排序、最优参数水平组合及显著性分析结果;

建立光互连模块温振耦合有限元位置偏移分析和光耦合仿真模型，对温振耦合加载条件下的光互连模块位置偏移与耦合效率关系进行仿真分析，基于响应面法-遗传算法对光互连模块温振耦合条件下的耦合效率进行优化;

建立带动量项和带惩罚函数项改进算法的光互连模块耦合效率BP神经网络预测模型，实现基于神经网络的光互连模块耦合效率预测;

研究成果揭示不同环境下光互连器件焊点几何形态参数和材料参数对光传输耦合效率的影响规律，为提高光互连模块光传输可靠性提供了理论指导和实验验证，为其工程化应用提供了基础理论和关键技术支撑。

③ 技术的创造性与先进性首次从焊点形态的角度出发、从焊点内应力与位移关系研究入手，系统地研究高速光互连系统在多种物理场下的光传输可靠性;提出一种将反应曲面法与遗传算法相结合的新的优化算法，对影响光互连系统耦合效率显著的因子进行优化;研究并提出基于带动量项神经网络的高速光互连模块光耦合效率预测模型; 在热-振动复合加载条件下深入研究高速光互连模块的应力与位置偏移关系及位置偏移与光耦合效率关系，突破仅在温度或是振动单一加载条件下进行光互连模块的应力与位置偏移分析及位置偏移与耦合效率分析，使得分析结果更加接近实际情况。

④ 技术的成熟程度，适用范围和安全性从理论和实验分析，本项目技术具有可行性。

⑤ 应用情况及存在的问题本项目取得的研究成果可为解决光互连模块的对准和定位问题提供有效理论分析手段， 为设计和制造高可靠光互连系统的工程应用提供应用基础理论和关键技术支撑。