光电印制电路概述.pdf

光电印制电路概述 一、引言 21世纪的科学技术是日新月异的，电子行业作为高新技术行业，技术发展更是一日千里。 当前，随着多媒体业务，包括电话，有线电视（CATV），数字电视和 Internet的快速和全面 发展，对电路带宽和容量的要求急剧增加。在传统的电学领域，信号的传输和开关的速度已 经受到限制。以电子计算机为例，其 CPU 的主频已经达到2-2.9GHz，在电信干线上传输码 流的的速度更达到几十甚至上千Gbit。而与之相对照的是，计算机的总线传输依然停留在 10-100M，高也不过Gbit。显然，计算机内部总线连接和计算机互连的速率已经成为整个计 算机环境的瓶颈。很久以来，就有人谈论到把光作为计算机内 部（包括电路板内部）及计 算机之间的互连手段。从原理上讲，用导线连接的传输速率受到其寄生参量（寄生电阻、电 感和旁生电容）的影响和限制，比如常用的 FR-4基材中信号的传输速率大约为光速的70%， 这样的速率在很多领域已经不能满足需求了。而光互连可以克服这种情况。光子具有较大的 带宽和较低的传输 损耗，免于串扰和磁干扰，在同一个光学媒介中传输多个波长时，不同 的波长可以平行通过。所以，光子在电子学领域的应用都发挥了重要作用。 在这样的背景下，光电印制电路板的概念就被提出来了。简单的说，光电印制电路板就是 将光与电整合，以光做信号传输，以电进行运算的新一代高运算所需的封装 基板，将目前 发展得非常成熟的传统印制电路板加上一层导光层。因此使得电路板的使用由现在的电连接 技术发展到光传输领域。 图3是光电印制电路板的结构示意图： 二、光电印制电路板的发展现状 有资料将印制电路板划分为六代，即单面板（第一代）、双面板（第二代）、多层板（第三 代）、高密度互连板（第四代）、光电印制电路板（第五代）、多功能板 （第六代）。从图4 （六代电路板的结构特点）和图5（PCB 的发展路线图）可以发现，光电印制电路板是PCB 历史发展的必然趋势。 根据报道，苏格兰伊洛瓦特大学完成一项名为HOLMS 的研发计划，通过创新的光电技术， 使传统的印制电路板与其功能整合，从而实现标准电子设备组装流程大幅进步。该研究主要 成果是成功结合光纤、无线科技以及 光学PCB 等三项组件，构成强大的光电接口，解决 现有内存延时的技术瓶颈。据悉，内存延时是当前计算器系统面临的首要障碍之一，主要问 题在于尽管计算机处理器的速度 越来越快，却仍要等上一段时间才能存取内存内的资料。 根据伊洛瓦特大学的研究结果，光电科技是唯一可解决处理器速度和内存频宽差异的方案， 而美国半导体产 业协会也已经证明了这一点。参与HOLM S 计划的研究单位将经济实用 的高速光学电路板导入信息系统中，目标是开发光电科技，使它和标准电子设备组装流程兼 容。其主要的关键技术是：将光学接口加载在 商用平行光纤阵列以及低成本光波导上，使 其可轻易地和传统的印制电路板整合于一体。 HOLMS 计划在2005 年9 月结束并完成了两个示范作品，展现该技术的功能层面。参与该 项研究的主要大学有苏格兰伊洛瓦特大学、德国海根大学，它们都在整合相关技术及学术研 究。多家 产业伙伴包括PCB 厂商ILFA、德国西门子和法国Thales 等已将研究成果导入产 品开发，其中Thales正在探讨如何将HOLM S 光电科技运用在超高速国防内嵌式系统上， 西门子也在开发高频宽光波导印制电路板，并有望在两年内上市。戴姆勒克瑞斯勒（德国） 研究中心正在开发基于光波导 的底板以联接飞机上的几台计算机或在用于电信系统的若干 计算机之间传送信号。光子又垂直腔面发射激光器发射，波导采用了聚合物材料，据说这比 光纤更容易与 系统集成。Primarion 公司正在着手开发在短距离内以10Gb/s 速率传输信号 的波导光路系统，目的是保管信号一直传送到处理器。电信号从电路板进入激光驱动芯片， 然后进入一个有12 个垂直腔面发射激光器组成的阵列。激光光束通过光纤进入另一块电路 板上的类似装置，由光电探测器及接收单元将信号转换回电信号。公司希望在两三年内将这 一 技术用于计算机光输入输出设备。在中国台湾世贸中心揭幕的2003 年台湾电路板暨组 装大展中，中国台湾工研院电子所展示该所与华通计算机和嘉联益科技两家公司共同开发的 高速电性讯号传输光电印制电路板成果及其关键技术 ——有机光波导软膜技术，此项新构 装技术将对计算机宽频网络及服务所需的GHz 级高速信号传输环境提供强有力的技术支 持。电子所提供的动态展示系统是利用内含1Gbps 网络界面的计算机分设两端，其中一端 先以电/光转换模块，将网络卡的电信号转换成光信号，并凭借光电印制电路板