光电PCB技术详细介绍

一、引言

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：

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H O L M 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的光波导软膜层将资料传送出，而另一端计算机则将收到的光信号透过光/ 电转换模块再转回电信号由网络卡接收。经过上述的传输架构，呈现高速资料流透过光电印制电路板传输的展示。目前台湾工研院电子所开发的光电印制电路板已经通过2.5GHz 实际传输应用及信号眼图测试。此外，它更具备高密度、多回路、高整合、适合量产等多项优点。在欧美、日本、韩国、中国台湾等许多PCB 生产厂家、PCB 用基板材料生产厂家等都已经积极的投入到这一新技术及市场的开发之中。世界开发光电印制电路板的热潮已开始掀起。近两年来，世界PCB 业不断有此方面的研究论文发表。

2005 年2 月在美国召开的第十届世界电子电路大会（ECWC10）中关于光电印制电路板的论文见表1；
世界EOCB 的主要研究机构见表2。

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图7所示为集成光波导的PCB光互连原理图。图中用高速的光连接技术取代目前计算机中所采用的铜导线连接，以光子而不是以电子为媒介，在电路板、芯片甚至芯片的各个部分之间传输数据。同时还可以传送传统的效率低的电信号，其基本工作原理为：