光電PCB技術(shù)介紹

一、引言

隨著多媒體業(yè)務(wù)，包括電話(huà)，有線(xiàn)電視（CATV），數(shù)字電視和Internet的快速和全面發(fā)展，對(duì)電路帶寬和容量的要求急劇增加。在傳統(tǒng)的電學(xué)領(lǐng)域，信號(hào)的傳輸和開(kāi)關(guān)的速度已經(jīng)受到限制。以電子計(jì)算機(jī)為例，其CPU的主頻已經(jīng)達(dá)到2-2.9GHz，在電信干線(xiàn)上傳輸碼流的的速度更達(dá)到幾十甚至上千Gbit。而與之相對(duì)照的是，計(jì)算機(jī)的總線(xiàn)傳輸依然停留在10-100M，高也不過(guò)Gbit。顯然，計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線(xiàn)連接和計(jì)算機(jī)互連的速率已經(jīng)成為整個(gè)計(jì)算機(jī)環(huán)境的瓶頸。很久以來(lái)，就有人談?wù)摰桨压庾鳛橛?jì)算機(jī)內(nèi)部（包括電路板內(nèi)部）及計(jì)算機(jī)之間的互連手段。從原理上講，用導(dǎo)線(xiàn)連接的傳輸速率受到其寄生參量（寄生電阻、電感和旁生電容）的影響和限制，比如常用的FR-4基材中信號(hào)的傳輸速率大約為光速的70%，這樣的速率在很多領(lǐng)域已經(jīng)不能滿(mǎn)足需求了。而光互連可以克服這種情況。光子具有較大的帶寬和較低的傳輸損耗，免于串?dāng)_和磁干擾，在同一個(gè)光學(xué)媒介中傳輸多個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，不同的波長(zhǎng)可以平行通過(guò)。所以，光子在電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用都發(fā)揮了重要作用。

在這樣的背景下，光電印制電路板的概念就被提出來(lái)了。簡(jiǎn)單的說(shuō)，光電印制電路板就是將光與電整合，以光做信號(hào)傳輸，以電進(jìn)行運(yùn)算的新一代高運(yùn)算所需的封裝基板，將目前發(fā)展得非常成熟的傳統(tǒng)印制電路板加上一層導(dǎo)光層。因此使得電路板的使用由現(xiàn)在的電連接技術(shù)發(fā)展到光傳輸領(lǐng)域。
圖3是光電印制電路板的結(jié)構(gòu)示意圖：

HOLMS 計(jì)劃在2005 年9 月結(jié)束并完成了兩個(gè)示范作品，展現(xiàn)該技術(shù)的功能層面。參與該項(xiàng)研究的主要大學(xué)有蘇格蘭伊洛瓦特大學(xué)、德國(guó)海根大學(xué)，它們都在整合相關(guān)技術(shù)及學(xué)術(shù)研究。多家產(chǎn)業(yè)伙伴包括PCB 廠(chǎng)商ILFA、德國(guó)西門(mén)子和法國(guó)Thales 等已將研究成果導(dǎo)入產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，其中Thales正在探討如何將H O L M S 光電科技運(yùn)用在超高速?lài)?guó)防內(nèi)嵌式系統(tǒng)上，西門(mén)子也在開(kāi)發(fā)高頻寬光波導(dǎo)印制電路板，并有望在兩年內(nèi)上市。戴姆勒克瑞斯勒（德國(guó)）研究中心正在開(kāi)發(fā)基于光波導(dǎo)的底板以聯(lián)接飛機(jī)上的幾臺(tái)計(jì)算機(jī)或在用于電信系統(tǒng)的若干計(jì)算機(jī)之間傳送信號(hào)。光子又垂直腔面發(fā)射激光器發(fā)射，波導(dǎo)采用了聚合物材料，據(jù)說(shuō)這比光纖更容易與系統(tǒng)集成。Primarion 公司正在著手開(kāi)發(fā)在短距離內(nèi)以10Gb/s 速率傳輸信號(hào)的波導(dǎo)光路系統(tǒng)，目的是保管信號(hào)一直傳送到處理器。電信號(hào)從電路板進(jìn)入激光驅(qū)動(dòng)芯片，然后進(jìn)入一個(gè)有12 個(gè)垂直腔面發(fā)射激光器組成的陣列。激光光束通過(guò)光纖進(jìn)入另一塊電路板上的類(lèi)似裝置，由光電探測(cè)器及接收單元將信號(hào)轉(zhuǎn)換回電信號(hào)。公司希望在兩三年內(nèi)將這一技術(shù)用于計(jì)算機(jī)光輸入輸出設(shè)備。

在中國(guó)臺(tái)灣世貿(mào)中心揭幕的2003 年臺(tái)灣電路板暨組裝大展中，中國(guó)臺(tái)灣工研院電子所展示該所與華通計(jì)算機(jī)和嘉聯(lián)益科技兩家公司共同開(kāi)發(fā)的高速電性訊號(hào)傳輸光電印制電路板成果及其關(guān)鍵技術(shù)——有機(jī)光波導(dǎo)軟膜技術(shù)，此項(xiàng)新構(gòu)裝技術(shù)將對(duì)計(jì)算機(jī)寬頻網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)所需的GHz 級(jí)高速信號(hào)傳輸環(huán)境提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。電子所提供的動(dòng)態(tài)展示系統(tǒng)是利用內(nèi)含1Gbps 網(wǎng)絡(luò)界面的計(jì)算機(jī)分設(shè)兩端，其中一端先以電/光轉(zhuǎn)換模塊，將網(wǎng)絡(luò)卡的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，并憑借光電印制電路板的光波導(dǎo)軟膜層將資料傳送出，而另一端計(jì)算機(jī)則將收到的光信號(hào)透過(guò)光/ 電轉(zhuǎn)換模塊再轉(zhuǎn)回電信號(hào)由網(wǎng)絡(luò)卡接收。經(jīng)過(guò)上述的傳輸架構(gòu)，呈現(xiàn)高速資料流透過(guò)光電印制電路板傳輸?shù)恼故?。目前臺(tái)灣工研院電子所開(kāi)發(fā)的光電印制電路板已經(jīng)通過(guò)2.5GHz 實(shí)際傳輸應(yīng)用及信號(hào)眼圖測(cè)試。此外，它更具備高密度、多回路、高整合、適合量產(chǎn)等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。在歐美、日本、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣等許多PCB 生產(chǎn)廠(chǎng)家、PCB 用基板材料生產(chǎn)廠(chǎng)家等都已經(jīng)積極的投入到這一新技術(shù)及市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)之中。世界開(kāi)發(fā)光電印制電路板的熱潮已開(kāi)始掀起。近兩年來(lái)，世界PCB 業(yè)不斷有此方面的研究論文發(fā)表。

2005 年2 月在美國(guó)召開(kāi)的第十屆世界電子電路大會(huì)（ECWC10）中關(guān)于光電印制電路板的論文見(jiàn)表1；
世界EOCB 的主要研究機(jī)構(gòu)見(jiàn)表2。