Experimental and numerical investigations on the tensile behavior of 3D random fibrous materials at elevated temperature

Investigations on the compressive behavior of 3D random fibrous materials at elevated temperatures

Die keramische Mehrlagentechnologie LTCC (Low Temperature Cofired Ceramic) hat sich uberall dort bewahrt, wo hohe Anforderungen an die Zuverlassigkeit, insbesondere auch an die mechanische und klimatische Belastbarkeit, gestellt werden. Das sind zum Beispiel Anwendungen im Automobil, in der Medizin, in der Sicherheitstechnik und in der Luft- und Raumfahrt. Die Verfugbarkeit von verlustarmen und hochfrequenzgeeigneten Materialsystemen und eine verbesserte Fertigungstechnologie erweitern den Anwendungsbereich fur LTCC-Applikationen bis zu Millimeterwellenfrequenzen (bis 250 GHz).
Die dreidimensionale Aufbau- und Verbindungstechnik der LTCC-Substrate umfasst neben passiven Komponenten (Kondensatoren, Widerstande und Spulen) auch planare Wellenleiter wie Mikrostreifenleiter, Koplanarleitungen und geschirmte Streifenleiter. Bei der in dieser Arbeit vorgestellten Anwendung in der Satellitenkommunikation im Ka-band (Uplink 27.5 GHz - 31 GHz) gelten enge Fertigungstoleranzen fur die LTCC-Module, da die Genauigkeitsanforderungen fur die Dimensionen von Leitungsbauelementen auf die Wellenlange im Dielektrikum bezogen werden.
Im Verlauf der SANTANA-Projekte wurde eine Reihe von Sende- und Empfangsmodulen mit zunehmender Integrationsdichte entwickelt. Dabei wurden die o. g. Integrationstechniken eingesetzt und die Eignung der LTCC-Technologie fur hochkomplexe Satellitenterminals im Ka-band demonstriert. Die Systemfunktionalitat (d.h. die Breitbanddatenubertragung und elektronische Strahlschwenkung) wurde durch eine erfolgreiche Kommunikationsverbindung zwischen einer Funkbake und einem mobilen Terminal bewiesen. Das SANTANA Antennenmodul ist ein zirkular polarisiertes Antennenarray mit 8 × 8 Elementen. Dieses Sub-Array ist der Grundbaustein fur eine wesentlich grosere Antennenapertur. Das Antennenmodul selbst besteht aus 17 LTCC-Ebenen und beinhaltet die Antennenelemente mit Branchline-Kopplern, das Kalibrier-Netzwerk, die aktiven Mikrowellenschaltungen, die Leistungsteiler fur das LO-Signal, die Spannungsversorgung und die Mikrokanale fur die Flussigkeitskuhlung.
Diese komplexen und hochintegrierten LTCC-Antennenmodule stellen die Substrattechnologie vor eine Reihe neuer Herausforderungen, die masgeschneiderte Losungen erfordern. Die vorliegende Arbeit fuhrt aus, worin die spezifischen strukturellen und technologischen Anforderungen dieser keramischen Mehrlagenschaltungen bestehen und wie sie im Rahmen der SANTANA-Projekte erfolgreich gelost und umgesetzt wurden.

LTCC technology for planar microwave antenna systems

Fully automated, high precision, cost-effective assembly technology for photonic packages remains one of the main challenges in photonic component manufacturing. Next to the cost aspect the most demanding assembly task for multiport photonic integrated circuits (PICs) is the high-precision (±0.1 μm) alignment and fixing required for optical I/O in InP PICs, even with waveguide spot size conversion. In a European research initiative - PHASTFlex - we develop and investigate an innovative, novel assembly concept, in which the waveguides in a matching TriPleX interposer PIC are released during fabrication to make them movable. After assembly of both chips by flip-chip bonding on a common carrier, TriPleX based actuators and clamping functions position and fix the flexible waveguides with the required accuracy.

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Photonic hybrid assembly through flexible waveguides

In this thesis, we address the interdisciplinary research field known as “microwave photonics” (MWP), which has attracted considerable interest in scientific and industrial communities, and we investigate how integrated photonic technologies can be exploited to realize integrated microwave photonic systems. In brief, microwave photonics explores and develops methods and technologies to generate, process and distribute microwaves, millimeter waves and terahertz radiation via a photonic approach, i.e. in the optical domain. The main motivation for this approach is that systems based on microwave photonic technology can benefit from several advantages that are inherent to optical systems, such as high speed, low and frequency-independent propagation loss and reduced electromagnetic interference. However, although there is an indisputable and significant potential of microwave photonics, it has not yet been applied in real contexts. The main reason is that microwave photonics so far had to rely mostly on discrete components, which render according microwave photonic systems bulky, unstable and fragile. In order to overcome these limitations, while still taking advantage of the named, great opportunities, research and technology have begun targeting integration of microwave photonic systems, with the goal to enable the processing of microwave and millimeter waves via photonic chips.

Advanced photonic signal processing and hybrid integrated microwave photonic systems

This paper proposes and tests a design of electro-thermal bimorph actuators for alignment of flexible photonic waveguides fabricated in 16 µm thick SiO2. The actuators are for use in a novel alignment concept for multi-port photonic integrated circuits (PICs), in which the fine alignment is taken care of by positioning of suspended, mechanically flexible waveguide beams on one or more of the PICs. The design parameters of the bimorph actuator allow to tune both the initial relative position of the waveguide end-facets, and the motion range of the actuators. Bimorph actuators have been fabricated and characterized. The maximum out-of-plane deflection of the bimorph actuator (with 720 μm-long poly-Si) can reach 18:5 μm with 126:42mW, sufficient for the proposed application.

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Albert Prak

Papers

Bimorph actuators in thick SiO 2 for photonic alignment

Photonic hybrid assembly through flexible waveguides