IBM開發出光布線印刷基板 光SiP可直接安裝
2015-04-02 09:07 來源：技術在線 責編：周艷平
- 摘要：
- 北京時間03月31日消息，美國IBM公司的瑞士蘇黎世研究所開發出了“光布線印刷基板（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國際學會“OFC 2015”上發表了題為“Silicon Photonics for the Datacenter”的演講，詳細介紹了有關技術。
【CPP114】訊：北京時間03月31日消息，美國IBM公司的瑞士蘇黎世研究所開發出了“光布線印刷基板（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國際學會“OFC 2015”上發表了題為“Silicon Photonics for the Datacenter”的演講，詳細介紹了有關技術。
這里說的光SiP是指將在硅芯片上利用硅光子技術制造的或通過粘貼技術制造的光收發元件、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，在日本由產官學組成的研究小組也在開發這種結構的光SiP。
不過，這種光SiP之間的布線通過光來實現的技術開發并未取得進展。嘗試過的方法主要有兩種。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。但光布線與光布線或光布線與光纖很難以高精度對準光軸實現直接連接。即使連接成功，耦合損耗也非常大，并且連接器尺寸大，難以提高布線密度。布線數量增多時，光纖和寬帶在基板上復雜交錯，會占據較大的空間。
另一種方法是在布線印刷基板上形成跟基板平行的光波導，通過與該光波導相連的“凹點（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，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。
此次的光布線印刷基板就是為了減少或消除光SiP間通過光連接所直面的這些課題。具體而言，這次的光布線印刷基板是在柔性印刷布線板上高密度形成多個由紫外線硬化性硅樹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達到過。而此次，IBM在連接光SiP與印刷光布線基板中的光波導時采用了“模斑轉換器（SSC）”。SSC是微細光波導與較粗光波導耦合時采用的元件。SSC通過使微細光波導的心線逐漸變細直到終結，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SSC。只需使這些SSC與光布線印刷基板中的光波導心線靠近，在光SiP與光布線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，但無需對準光軸。因為利用了光波導靠得非常近時，部分光就會轉移到旁邊波導上的性質。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印刷基板上形成“凹點”、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。實際安裝光SiP后發現，光SiP與光布線印刷基板之間確立了50多條通道。連接時的損耗僅0.8dB。另外，相對于±2μm的定位偏差，損耗不到0.5dB。
這里說的光SiP是指將在硅芯片上利用硅光子技術制造的或通過粘貼技術制造的光收發元件、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，在日本由產官學組成的研究小組也在開發這種結構的光SiP。
不過，這種光SiP之間的布線通過光來實現的技術開發并未取得進展。嘗試過的方法主要有兩種。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。但光布線與光布線或光布線與光纖很難以高精度對準光軸實現直接連接。即使連接成功，耦合損耗也非常大，并且連接器尺寸大，難以提高布線密度。布線數量增多時，光纖和寬帶在基板上復雜交錯，會占據較大的空間。
另一種方法是在布線印刷基板上形成跟基板平行的光波導，通過與該光波導相連的“凹點（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，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。
此次的光布線印刷基板就是為了減少或消除光SiP間通過光連接所直面的這些課題。具體而言，這次的光布線印刷基板是在柔性印刷布線板上高密度形成多個由紫外線硬化性硅樹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達到過。而此次，IBM在連接光SiP與印刷光布線基板中的光波導時采用了“模斑轉換器（SSC）”。SSC是微細光波導與較粗光波導耦合時采用的元件。SSC通過使微細光波導的心線逐漸變細直到終結，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SSC。只需使這些SSC與光布線印刷基板中的光波導心線靠近，在光SiP與光布線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，但無需對準光軸。因為利用了光波導靠得非常近時，部分光就會轉移到旁邊波導上的性質。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印刷基板上形成“凹點”、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。實際安裝光SiP后發現，光SiP與光布線印刷基板之間確立了50多條通道。連接時的損耗僅0.8dB。另外，相對于±2μm的定位偏差，損耗不到0.5dB。
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