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光电PCB的发展 学号：0900150226 姓名：1、引言21世纪被称为信息化时代，现代通信网络、Internet网的海量信息传输是其技术基础。利用光的奇异特性，由玻璃或塑料制成的并以光波形式传输信息的光纤无疑是最佳选择。通信用的光纤在全球正以每秒约1000米的速度增长，25lOGbps的光信息传输系统已实用化，千吉网Tbps传输速率已试验成功，千太网Pbps正在研究中，单根光纤的传输容量每10年增加100倍。在实际应用中，现在甚短距离的机房到机房、机架到机架之间、机框到机框或计算机内部的高速光互连也得到了越来越广泛的应用，建立光纤到户(FTTH)全光网络的技术障碍已基本排除。同时随着计算机CPU的主频速度不断提高，电脑系统中日益明显的传输带宽和电磁干扰等“瓶颈“问题日益突出，而低功耗的垂直腔面发射激光器(VCSEL)等集成光器件技术的不断成熟，为集成光路和并行光互连提供了技术基础。以上二大因素推动了近年来的欧洲、日本、北美等研究组织在聚合物光电材料、光电集成器件、集成光器件和光电印制板的研究热情。也纷纷加大了利用光波导替代铜线来提供印制板级芯片到芯片的高速数据传输，解决背板和高性能计算机主板等高速信号电路板的互连带宽和高频的EMI和RFI等干扰问题的研究力度。2、光电印制板研究现状和应用前景带光互连层的印制板技术研究起始于1994年，全球微电子“system-on-package”(SOP)研究的领导者、美国乔治亚理工学院(GIT)封装研究中心领先进入该领域，作为工业的战略需要，研究在常规的FR4印制板等电互连衬底上嵌入光互连层和光电子接口等光互连技术。目前，已做出IGbps的带光收发单元的嵌入式光波导。该研究中心提出的技术目标是每通道1lOOGbps、带宽为100Gbps-16Tbps集成光学基板。研究中心的JShin对电和光互连的性能进行了比较，结果表明：在FR4印制板上芯片到芯片的互连，光互连比电互连的功耗小4倍；在lOGbps数据速率时超过20cm长的距离光互连是唯一的互连技术。2001年光电印制板已经进入了应用研究阶段。2001年1月2004年6月，德国基金项目“OptiCon”(Industrial Production Technologies for Printed Circuit Broads with IntegratedOptical Short-Distance Interconnections)计划，参加单位有Siemens公司、Alcatel公司、HartingKgah、WLGoreAssociates GmbH，、ILFA Feinstleitertechnik GmbH、多特蒙德大学、帕德博恩大学。德国“OptiCon”计划致力于发展具有广泛工业应用的创新性的印制板电一光互连和封装技术，研究低成本的设计和制造方法，并要求与现有的常规设计和生产工艺相兼容。初步的目标是用于有带宽要求的信息领域，单通道为25Gbitss。在印制板制造过程中能承受180下1小时的高温及230下的回流焊接条件等技术条件。2003年，美国DARPA制定重大专项HPCS(High Productivity Computing Systems initiative)计划，投资3000万美元给IBM和Agi lent公司联合研制高速、大容量的光互连技术，其中即包含“嵌入式光波导层的多层印制板”，安捷伦公司表示他们的目标，就是发展实用的芯片级的太比特光互连方案。IBM和安捷伦期望设计出巨大的通信带宽的、可用于将来服务器的高速计算机系统。在系统中，在多层印制板上信号处理和通信的速度迅速增长，这就要求多个处理器之前，以及处理器与存储器之间能够高速的传输数据，用光互连来提高其性能是最好的解决方法。2003年，日本NTT公司在常规板中夹入光波导层，采用“Optobump”概念，在30mm长的波导上实现了3通道、125 Gbs的并行光互连。2004年，韩国三星电机公司和信息与通信大学联合研究了一种具有光纤和嵌入式波导层的印制板光互连结构，输入光功率为-65dBm时，通过850hm波导输出光功率为一15dB一56dB，输出速率为25Gbs。台湾工研院电子所自91年开始投入有机光波导设计与制程开发，在传统PCB上整合光波导及光收发组件，形成光电整合基板(EOPCB)。93年成功开发25Gbps光电整合传输模块，并于日前完成3125Gbps通讯背板传输测试，达到讯号连续传输65小时以上仍能保持零误差的误码率(BER)小于10-14高精准传输，同时更成功验证自行开发的数组有机光波导，以多模态传输方式达到频宽lOGbps，传输距离超过17公分。由于该技术涵盖高速背板应用、光波导材料、高频线路与组件设计等，工研院内的电通、材料等所亦分别加入相关的分项技术的开发。此外，由于看好此技术应用的前景，PCB板厂如华通、软板厂嘉联益、材料厂商长兴化工等已先后参与电子所的合作开发。近年来我国光电子技术研究在国家“863”计划和有关部门的支持下有了较快发展，在某些领域同国外先进国家只有两三年的距离，个别领域还处于世界领先地位。但在我国光电子技术发展中，有关光电子技术的基础研究比较薄弱，科研开发主要处于跟踪和小批量生产阶段，光电子产业所需的规模化、产业化生产技术目前还未有实质突破。而光电印制板开发应用涉及光电子、集成电路、高分子材料、印制电路工艺、电子组装工艺等各个领域，需要各类专业技术人员进行合作突破多项工艺技术才能实现技术突破，目前我所己联合有关单位进入该项技术的研究开发阶段。未来光互连技术，将会在高性能计算技术、因特网、现代通信领域中无处不在，Primarin公司对未来计算机芯片有一个大胆的预言：未来的芯片将不再有密布的引脚，只有电源引脚和光纤输入输出接口，所有的数据交换都将通过光接口来完成。3、光电PCB发展的三个时代第一代：在PCB上分散纤维光芯片-芯片互连和板-板互连发展于20世纪90年代初，主要使用分离式光纤及光纤连接器来进行摸组与摸组之间或摸组与元器件之间的互换，为目前大型主机所广泛采用。由于结构简便，因此可提供较低廉的点对点光连接。由于采用单膜（Discrete）光纤在载板内的光互连，这种形式的光互连，是过去已采用的光纤通信技术的一种衍生。因此它比较容易实现将光通信信号由一点传递到另一点的定向传送方式。第二代：挠性基板光连接技术发展于20世纪90年代中期，利用挠性基板进行光纤分布，同样的，该技术可以应用于如前所述的连接器进行点对点的光连接。挠性光波导薄板构成光信号网络，是光波导线路产品的形式和技术的第二发展阶段的最突出特点。有光纤代替了金属丝线。这样对于它的特点，是以挠性材料作为固定的载体，实现挠性光纤的光信号传送。在配线中的特性阻抗高精度的控制方面，它比原有电气配线形式特有了明显的改善。第三代：混杂式光电连接技术根据埋入式材料和结构的特点，大概可以分为以下四种技术：表面型高分子波导、埋入式高分子波导、埋入式光纤技术和埋入式光波导玻璃。与前两种最大的区别是此技术可以提供多回路的光波导，而且可以与有源及无源元件进行连接。第三代的光波导线路方式，是以现有印制电路板与光传送线路形成一体化的光电印制电路板。实现这种复合化的优点在于：在板上能够有比初期阶段引入光纤配线形式具有更高的光传送线路的布线密度。同时还实现了光电转换元件等的自动化安装。在PCB内的光传送通路使用材料方面的开发动向，采用了低传送损失、高