IBM開(kāi)發(fā)出光布線(xiàn)印刷基板 光SiP可直接安裝
2015-04-02 09:07 來(lái)源：技術(shù)在線(xiàn) 責編：周艷平
- 摘要：
- 北京時(shí)間03月31日消息，美國IBM公司的瑞士蘇黎世研究所開(kāi)發(fā)出了“光布線(xiàn)印刷基板（optical printed circuit board）”，可以直接安裝包括以電方式工作的微處理器等在內的光SiP（系統級封裝）。該研究所在美國洛杉磯舉行的光通信技術(shù)國際學(xué)會(huì )“OFC 2015”上發(fā)表了題為“Silicon Photonics for the Datacenter”的演講，詳細介紹了有關(guān)技術(shù)。
【CPP114】訊：北京時(shí)間03月31日消息，美國IBM公司的瑞士蘇黎世研究所開(kāi)發(fā)出了“光布線(xiàn)印刷基板（optical printed circuit board）”，可以直接安裝包括以電方式工作的微處理器等在內的光SiP（系統級封裝）。該研究所在美國洛杉磯舉行的光通信技術(shù)國際學(xué)會(huì )“OFC 2015”上發(fā)表了題為“Silicon Photonics for the Datacenter”的演講，詳細介紹了有關(guān)技術(shù)。
這里說(shuō)的光SiP是指將在硅芯片上利用硅光子技術(shù)制造的或通過(guò)粘貼技術(shù)制造的光收發(fā)元件、光波導及光調制電路等跟以電方式工作的微處理器等一起集成到SiP中。光SiP的輸入輸出信號大部分為光信號。除IBM外，在日本由產(chǎn)官學(xué)組成的研究小組也在開(kāi)發(fā)這種結構的光SiP。
不過(guò)，這種光SiP之間的布線(xiàn)通過(guò)光來(lái)實(shí)現的技術(shù)開(kāi)發(fā)并未取得進(jìn)展。嘗試過(guò)的方法主要有兩種。一種是在形成了光纖和光波導的寬帶端安裝連接器，并將連接器直接與光SiP連接。但光布線(xiàn)與光布線(xiàn)或光布線(xiàn)與光纖很難以高精度對準光軸實(shí)現直接連接。即使連接成功，耦合損耗也非常大，并且連接器尺寸大，難以提高布線(xiàn)密度。布線(xiàn)數量增多時(shí)，光纖和寬帶在基板上復雜交錯，會(huì )占據較大的空間。
另一種方法是在布線(xiàn)印刷基板上形成跟基板平行的光波導，通過(guò)與該光波導相連的“凹點(diǎn)（Pits）”，與光SiP交換光信號。使光波導中的光信號方向彎曲成直角的方法有在光波導上配置傾角45度的微小反射鏡（45度反射鏡）的方法以及采用衍射光柵代替反射鏡的方法等。不過(guò)，這些方法都存在SiP安裝位置的選擇自由度及定位公差小、擴展性低等課題。
此次的光布線(xiàn)印刷基板就是為了減少或消除光SiP間通過(guò)光連接所直面的這些課題。具體而言，這次的光布線(xiàn)印刷基板是在柔性印刷布線(xiàn)板上高密度形成多個(gè)由紫外線(xiàn)硬化性硅樹(shù)脂構成的單模光波導制成的。
就該水平而言，以前也有試制品已經(jīng)達到過(guò)。而此次，IBM在連接光SiP與印刷光布線(xiàn)基板中的光波導時(shí)采用了“模斑轉換器（SSC）”。SSC是微細光波導與較粗光波導耦合時(shí)采用的元件。SSC通過(guò)使微細光波導的心線(xiàn)逐漸變細直到終結，以低損耗轉換光信號的光束寬度。一般需要校對光軸。
此次，IBM代替以電氣方式工作的IC的球柵陣列（BGA），在光SiP中的光波導末端形成了多個(gè)SSC。只需使這些SSC與光布線(xiàn)印刷基板中的光波導心線(xiàn)靠近，在光SiP與光布線(xiàn)印刷基板之間就有光信號傳播。雖然光SiP與基板中的波導是基本平行配置的，但無(wú)需對準光軸。因為利用了光波導靠得非常近時(shí)，部分光就會(huì )轉移到旁邊波導上的性質(zhì)。IBM將這叫做“adiabatic optical coupling（隔熱型光耦合）”。
IBM指出，這樣就不需要在布線(xiàn)印刷基板上形成“凹點(diǎn)”、45度反射鏡和衍射光柵了，可以在基板的任何位置安裝光SiP。實(shí)際安裝光SiP后發(fā)現，光SiP與光布線(xiàn)印刷基板之間確立了50多條通道。連接時(shí)的損耗僅0.8dB。另外，相對于±2μm的定位偏差，損耗不到0.5dB。
這里說(shuō)的光SiP是指將在硅芯片上利用硅光子技術(shù)制造的或通過(guò)粘貼技術(shù)制造的光收發(fā)元件、光波導及光調制電路等跟以電方式工作的微處理器等一起集成到SiP中。光SiP的輸入輸出信號大部分為光信號。除IBM外，在日本由產(chǎn)官學(xué)組成的研究小組也在開(kāi)發(fā)這種結構的光SiP。
不過(guò)，這種光SiP之間的布線(xiàn)通過(guò)光來(lái)實(shí)現的技術(shù)開(kāi)發(fā)并未取得進(jìn)展。嘗試過(guò)的方法主要有兩種。一種是在形成了光纖和光波導的寬帶端安裝連接器，并將連接器直接與光SiP連接。但光布線(xiàn)與光布線(xiàn)或光布線(xiàn)與光纖很難以高精度對準光軸實(shí)現直接連接。即使連接成功，耦合損耗也非常大，并且連接器尺寸大，難以提高布線(xiàn)密度。布線(xiàn)數量增多時(shí)，光纖和寬帶在基板上復雜交錯，會(huì )占據較大的空間。
另一種方法是在布線(xiàn)印刷基板上形成跟基板平行的光波導，通過(guò)與該光波導相連的“凹點(diǎn)（Pits）”，與光SiP交換光信號。使光波導中的光信號方向彎曲成直角的方法有在光波導上配置傾角45度的微小反射鏡（45度反射鏡）的方法以及采用衍射光柵代替反射鏡的方法等。不過(guò)，這些方法都存在SiP安裝位置的選擇自由度及定位公差小、擴展性低等課題。
此次的光布線(xiàn)印刷基板就是為了減少或消除光SiP間通過(guò)光連接所直面的這些課題。具體而言，這次的光布線(xiàn)印刷基板是在柔性印刷布線(xiàn)板上高密度形成多個(gè)由紫外線(xiàn)硬化性硅樹(shù)脂構成的單模光波導制成的。
就該水平而言，以前也有試制品已經(jīng)達到過(guò)。而此次，IBM在連接光SiP與印刷光布線(xiàn)基板中的光波導時(shí)采用了“模斑轉換器（SSC）”。SSC是微細光波導與較粗光波導耦合時(shí)采用的元件。SSC通過(guò)使微細光波導的心線(xiàn)逐漸變細直到終結，以低損耗轉換光信號的光束寬度。一般需要校對光軸。
此次，IBM代替以電氣方式工作的IC的球柵陣列（BGA），在光SiP中的光波導末端形成了多個(gè)SSC。只需使這些SSC與光布線(xiàn)印刷基板中的光波導心線(xiàn)靠近，在光SiP與光布線(xiàn)印刷基板之間就有光信號傳播。雖然光SiP與基板中的波導是基本平行配置的，但無(wú)需對準光軸。因為利用了光波導靠得非常近時(shí)，部分光就會(huì )轉移到旁邊波導上的性質(zhì)。IBM將這叫做“adiabatic optical coupling（隔熱型光耦合）”。
IBM指出，這樣就不需要在布線(xiàn)印刷基板上形成“凹點(diǎn)”、45度反射鏡和衍射光柵了，可以在基板的任何位置安裝光SiP。實(shí)際安裝光SiP后發(fā)現，光SiP與光布線(xiàn)印刷基板之間確立了50多條通道。連接時(shí)的損耗僅0.8dB。另外，相對于±2μm的定位偏差，損耗不到0.5dB。
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