光電PCB技術(shù)詳細介紹
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本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/190131.htm
三、光電印制電路的板的光互連結構原理
圖7所示為集成光波導的PCB光互連原理圖。圖中用高速的光連接技術(shù)取代目前計算機中所采用的銅導線(xiàn)連接，以光子而不是以電子為媒介，在電路板、芯片甚至芯片的各個(gè)部分之間傳輸數據。同時(shí)還可以傳送傳統的效率低的電信號，其基本工作原理為：
大規模的集成芯片產(chǎn)生的電信號經(jīng)過(guò)驅動(dòng)芯面作用VSCEL激光發(fā)射器，激光束直接或通過(guò)透鏡傳輸到有45°鏡面的聚合物波導反射進(jìn)入波導中，然后通過(guò)另一端波導鏡面反射傳送到PD接收，再經(jīng)過(guò)接收芯片轉換成電信號傳輸給大集成芯片。這樣使得芯片與芯片之間能通過(guò)光波導高速通訊，從而整體提高系統性能。
四、光學(xué)PCB的優(yōu)點(diǎn)
前面有提到，銅連線(xiàn)的數據傳輸率受到其寄生參量電阻、電感和電容的影響。在低頻段，電路板的串接電阻和旁路電容對性能的影響很大，直接決定上升沿和下降沿的轉換時(shí)間，從而影響數據的傳輸速率；在高頻段，連線(xiàn)串接感抗影響超過(guò)電阻，最終的結果與串接電阻和旁路電容相同，限制了數據的傳輸速率。所有這些寄生參量很大程度上依賴(lài)于連線(xiàn)的幾何形狀，電阻正比于連線(xiàn)長(cháng)度，反比于截面積，因此連線(xiàn)越長(cháng)越細，則數據傳輸率越低?，F有的空間限制將不允許連線(xiàn)太粗。雖然在降低轉換時(shí)間方面可以采用較硬的連線(xiàn)，但同時(shí)加大了噪音與功耗，而且發(fā)熱量的增加將難以控制。
相對于電互連，光互連有以下幾個(gè)特性：
1.光互連的速度與互連通道無(wú)關(guān)；
2.光學(xué)信號在空間可獨立傳播，彼此之間互不干擾；
3.光學(xué)信號可以在三維自由空間傳播。
1.光互連的速度與互連通道無(wú)關(guān)；
2.光學(xué)信號在空間可獨立傳播，彼此之間互不干擾；
3.光學(xué)信號可以在三維自由空間傳播。
另外，光互連可以通過(guò)空間光調節器（SLM）適當改變，而且光信號非常容易轉變成電信號。
綜上所述，光學(xué)PCB和傳統PCB的優(yōu)點(diǎn)對比如下：
綜上所述，光學(xué)PCB和傳統PCB的優(yōu)點(diǎn)對比如下：
傳統PCB | 光電PCB |
能量消耗高 | 較少衰減和分散，長(cháng)傳導距離低能消耗 |
互連密度受制于EMI | 互連不受EMI影響，無(wú)地層或參考平面 |
低針密度（小于50針/in） | 大針密度 |
直接調制或GHz載波調制 | THz載波調制 |
較小帶寬 | 很大帶寬 |
難于控制反射 | 易于控制過(guò)反射 |
五、光電PCB發(fā)展的三個(gè)時(shí)代
5.1第一代：在PCB上分散纖維光芯片-芯片互連和板-板互連
發(fā)展于20世紀90年代初，主要使用分離式光纖及光纖連接器來(lái)進(jìn)行摸組與摸組之間或摸組與元器件之間的互換，為目前大型主機所廣泛采用。由于結構簡(jiǎn)便，因此可提供較低廉的點(diǎn)對點(diǎn)光連接。由于采用單膜（Discrete）光纖在載板內的光互連，這種形式的光互連，是過(guò)去已采用的光纖通信技術(shù)的一種衍生。因此它比較容易實(shí)現將光通信信號由一點(diǎn)傳遞到另一點(diǎn)的定向傳送方式。
發(fā)展于20世紀90年代初，主要使用分離式光纖及光纖連接器來(lái)進(jìn)行摸組與摸組之間或摸組與元器件之間的互換，為目前大型主機所廣泛采用。由于結構簡(jiǎn)便，因此可提供較低廉的點(diǎn)對點(diǎn)光連接。由于采用單膜（Discrete）光纖在載板內的光互連，這種形式的光互連，是過(guò)去已采用的光纖通信技術(shù)的一種衍生。因此它比較容易實(shí)現將光通信信號由一點(diǎn)傳遞到另一點(diǎn)的定向傳送方式。
5.2第二代：撓性基板光連接技術(shù)
發(fā)展于20世紀90年代中期，利用撓性基板進(jìn)行光纖分布，同樣的，該技術(shù)可以應用于如前所述的連接器進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的光連接。撓性光波導薄板構成光信號網(wǎng)絡(luò )，是光波導線(xiàn)路產(chǎn)品的形式和技術(shù)的第二發(fā)展階段的最突出特點(diǎn)。有光纖代替了金屬絲線(xiàn)。這樣對于它的特點(diǎn)，是以撓性材料作為固定的載體，實(shí)現撓性光纖的光信號傳送。在配線(xiàn)中的特性阻抗高精度的控制方面，它比原有電氣配線(xiàn)形式特有了明顯的改善。
發(fā)展于20世紀90年代中期，利用撓性基板進(jìn)行光纖分布，同樣的，該技術(shù)可以應用于如前所述的連接器進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的光連接。撓性光波導薄板構成光信號網(wǎng)絡(luò )，是光波導線(xiàn)路產(chǎn)品的形式和技術(shù)的第二發(fā)展階段的最突出特點(diǎn)。有光纖代替了金屬絲線(xiàn)。這樣對于它的特點(diǎn)，是以撓性材料作為固定的載體，實(shí)現撓性光纖的光信號傳送。在配線(xiàn)中的特性阻抗高精度的控制方面，它比原有電氣配線(xiàn)形式特有了明顯的改善。
5.3第三代：混雜式光電連接技術(shù)
根據埋入式材料和結構的特點(diǎn)，大概可以分為以下四種技術(shù)：表面型高分子波導、埋入式高分子波導、埋入式光纖技術(shù)和埋入式光波導玻璃。與前兩種最大的區別是此技術(shù)可以提供多回路的光波導，而且可以與有源及無(wú)源元件進(jìn)行連接。第三代的光波導線(xiàn)路方式，是以現有印制電路板與光傳送線(xiàn)路形成一體化的光電印制電路板。實(shí)現這種復合化的優(yōu)點(diǎn)在于：在板上能夠有比初期階段引入光纖配線(xiàn)形式具有更高的光傳送線(xiàn)路的布線(xiàn)密度。同時(shí)還實(shí)現了光電轉換元件等的自動(dòng)化安裝。在PCB內的光傳送通路使用材料方面的開(kāi)發(fā)動(dòng)向，采用了低傳送損失、高耐熱性的高聚物作為光波導線(xiàn)路材料。
根據埋入式材料和結構的特點(diǎn)，大概可以分為以下四種技術(shù)：表面型高分子波導、埋入式高分子波導、埋入式光纖技術(shù)和埋入式光波導玻璃。與前兩種最大的區別是此技術(shù)可以提供多回路的光波導，而且可以與有源及無(wú)源元件進(jìn)行連接。第三代的光波導線(xiàn)路方式，是以現有印制電路板與光傳送線(xiàn)路形成一體化的光電印制電路板。實(shí)現這種復合化的優(yōu)點(diǎn)在于：在板上能夠有比初期階段引入光纖配線(xiàn)形式具有更高的光傳送線(xiàn)路的布線(xiàn)密度。同時(shí)還實(shí)現了光電轉換元件等的自動(dòng)化安裝。在PCB內的光傳送通路使用材料方面的開(kāi)發(fā)動(dòng)向，采用了低傳送損失、高耐熱性的高聚物作為光波導線(xiàn)路材料。
六、結束語(yǔ)
由于電互連在物理性能方面上的局限性，光互連已經(jīng)登上了新一代PCB的歷史舞臺，其涉及到的主要內容有光波導材料、光波導的制作方法、低成本光電元件以及光組裝等。而且，以上的技術(shù)必須與傳統的PCB設計、制造、加工和配合精度相兼容。相信，隨著(zhù)光電印制板的產(chǎn)業(yè)化加速，必將大大提高終端產(chǎn)品的性能。
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