光電PCB技術(shù)詳細介紹

一、引言

隨著多媒體業(yè)務(wù)，包括電話，有線電視（CATV），數(shù)字電視和Internet的快速和全面發(fā)展，對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，信號的傳輸和開關(guān)的速度已經(jīng)受到限制。以電子計算機為例，其CPU的主頻已經(jīng)達到2-2.9GHz，在電信干線上傳輸碼流的的速度更達到幾十甚至上千Gbit。而與之相對照的是，計算機的總線傳輸依然停留在10-100M，高也不過Gbit。顯然，計算機內(nèi)部總線連接和計算機互連的速率已經(jīng)成為整個計算機環(huán)境的瓶頸。很久以來，就有人談?wù)摰桨压庾鳛橛嬎銠C內(nèi)部（包括電路板內(nèi)部）及計算機之間的互連手段。從原理上講，用導(dǎo)線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，在同一個光學(xué)媒介中傳輸多個波長時，不同的波長可以平行通過。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了。簡單的說，光電印制電路板就是將光與電整合，以光做信號傳輸，以電進行運算的新一代高運算所需的封裝基板，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 計劃在2005 年9 月結(jié)束并完成了兩個示范作品，展現(xiàn)該技術(shù)的功能層面。參與該項研究的主要大學(xué)有蘇格蘭伊洛瓦特大學(xué)、德國海根大學(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 廠商ILFA、德國西門子和法國Thales 等已將研究成果導(dǎo)入產(chǎn)品開發(fā)，其中Thales正在探討如何將H O L M S 光電科技運用在超高速國防內(nèi)嵌式系統(tǒng)上，西門子也在開發(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）研究中心正在開發(fā)基于光波導(dǎo)的底板以聯(lián)接飛機上的幾臺計算機或在用于電信系統(tǒng)的若干計算機之間傳送信號。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)說這比光纖更容易與系統(tǒng)集成。Primarion 公司正在著手開發(fā)在短距離內(nèi)以10Gb/s 速率傳輸信號的波導(dǎo)光路系統(tǒng)，目的是保管信號一直傳送到處理器。電信號從電路板進入激光驅(qū)動芯片，然后進入一個有12 個垂直腔面發(fā)射激光器組成的陣列。激光光束通過光纖進入另一塊電路板上的類似裝置，由光電探測器及接收單元將信號轉(zhuǎn)換回電信號。公司希望在兩三年內(nèi)將這一技術(shù)用于計算機光輸入輸出設(shè)備。

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

2005 年2 月在美國召開的第十屆世界電子電路大會（ECWC10）中關(guān)于光電印制電路板的論文見表1；
世界EOCB 的主要研究機構(gòu)見表2。