IBM开发出光布线印刷基板 光SiP可直接安装
- 2015-04-02 11:04:542037
北京时间03月31日消息，美国IBM公司的瑞士苏黎世研究所开发出了“光布线印刷基板（optical printed circuit board）”，可以直接安装包括以电方式工作的微处理器等在内的光SiP（系统级封装）。该研究所在美国洛杉矶举行的光通信技术学会“OFC2015”上发表了题为“Silicon Photonics for the Datacenter”的演讲，详细介绍了有关技术。
这里说的光SiP是指将在硅芯片上利用硅光子技术制造的或通过粘贴技术制造的光收发元件、光波导及光调制电路等跟以电方式工作的微处理器等一起集成到SiP中。光SiP的输入输出信号大部分为光信号。除IBM外，在日本由产官学组成的研究小组也在开发这种结构的光SiP。
不过，这种光SiP之间的布线通过光来实现的技术开发并未取得进展。尝试过的方法主要有两种。一种是在形成了光纤和光波导的宽带端安装连接器，并将连接器直接与光SiP连接。但光布线与光布线或光布线与光纤很难以高精度对准光轴实现直接连接。即使连接成功，耦合损耗也非常大，并且连接器尺寸大，难以提高布线密度。布线数量增多时，光纤和宽带在基板上复杂交错，会占据较大的空间。
另一种方法是在布线印刷基板上形成跟基板平行的光波导，通过与该光波导相连的“凹点（Pits）”，与光SiP交换光信号。使光波导中的光信号方向弯曲成直角的方法有在光波导上配置倾角45度的微小反射镜（45度反射镜）的方法以及采用衍射光栅代替反射镜的方法等。不过，这些方法都存在SiP安装位置的选择自由度及定位公差小、扩展性低等课题。
此次的光布线印刷基板就是为了减少或消除光SiP间通过光连接所直面的这些课题。具体而言，这次的光布线印刷基板是在柔性印刷布线板上高密度形成多个由紫外线硬化性硅树脂构成的单模光波导制成的。
就该水平而言，以前也有试制品已经达到过。而此次，IBM在连接光SiP与印刷光布线基板中的光波导时采用了“模斑转换器（SSC）”。SSC是微细光波导与较粗光波导耦合时采用的元件。SSC通过使微细光波导的心线逐渐变细直到终结，以低损耗转换光信号的光束宽度。一般需要校对光轴。
此次，IBM代替以电气方式工作的IC的球栅阵列（BGA），在光SiP中的光波导末端形成了多个SSC。只需使这些SSC与光布线印刷基板中的光波导心线靠近，在光SiP与光布线印刷基板之间就有光信号传播。虽然光SiP与基板中的波导是基本平行配置的，但无需对准光轴。因为利用了光波导靠得非常近时，部分光就会转移到旁边波导上的性质。IBM将这叫做“adiabatic optical coupling（隔热型光耦合）”。
IBM指出，这样就不需要在布线印刷基板上形成“凹点”、45度反射镜和衍射光栅了，可以在基板的任何位置安装光SiP。实际安装光SiP后发现，光SiP与光布线印刷基板之间确立了50多条通道。连接时的损耗仅0.8dB。另外，相对于±2μm的定位偏差，损耗不到0.5dB。