光電PCB技術詳細介紹

一、引言

隨著多媒體業(yè)務，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)的電學領域，信號的傳輸和開關的速度已經(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，就有人談論到把光作為計算機內部（包括電路板內部）及計算機之間的互連手段。從原理上講，用導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，免于串擾和磁干擾，在同一個光學媒介中傳輸多個波長時，不同的波長可以平行通過。所以，光子在電子學領域的應用都發(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光層。因此使得電路板的使用由現(xiàn)在的電連接技術發(fā)展到光傳輸領域。
圖3是光電印制電路板的結構示意圖：

HOLMS 計劃在2005 年9 月結束并完成了兩個示范作品，展現(xiàn)該技術的功能層面。參與該項研究的主要大學有蘇格蘭伊洛瓦特大學、德國海根大學，它們都在整合相關技術及學術研究。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嵌式系統(tǒng)上，西門子也在開發(fā)高頻寬光波導印制電路板，并有望在兩年內上市。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)在短距離內以10Gb/s 速率傳輸信號的波導光路系統(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換回電信號。公司希望在兩三年內將這一技術用于計算機光輸入輸出設備。

在中國臺灣世貿中心揭幕的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鍵技術——有機光波導軟膜技術，此項新構裝技術將對計算機寬頻網(wǎng)絡及服務所需的GHz 級高速信號傳輸環(huán)境提供強有力的技術支持。電子所提供的動態(tài)展示系統(tǒng)是利用內含1Gbps 網(wǎng)絡界面的計算機分設兩端，其中一端先以電/光轉換模塊，將網(wǎng)絡卡的電信號轉換成光信號，并憑借光電印制電路板的光波導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/ 電轉換模塊再轉回電信號由網(wǎng)絡卡接收。經(jīng)過上述的傳輸架構，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）中關于光電印制電路板的論文見表1；
世界EOCB 的主要研究機構見表2。