光互連調(diào)研報(bào)告

目錄第一章緒論 21.1光互連簡(jiǎn)介 21.2電互連發(fā)展制約 21.3光互連優(yōu)勢(shì) 2第二章光互連發(fā)展情況 32.1國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 32.2國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 4第三章光互連中的激光器與探測(cè)器 73.1VCSEL 73.2InGaAs光電探測(cè)陣列探測(cè)器 8第四章耦合方式 84.1光收發(fā)模塊與光互連層之間的耦合 84.2板間(芯片之間)耦合的幾種結(jié)構(gòu) 11第五章光波導(dǎo)制作材料及工藝 135.1光波導(dǎo)制作 135.2光波導(dǎo)制作工藝 14第六章EOPCB與傳統(tǒng)PCB的制作工藝 166.1EOPCB的制作工藝 166.2傳統(tǒng)PCB制作（四層板） 16參考文獻(xiàn)： 19第一章緒論1.1光互連簡(jiǎn)介光互連是相對(duì)于電互連而最近發(fā)展起來(lái)的新一代的連接技術(shù)，光互連是指在板間、芯片間、芯片與板之間等等用光的形式互連。電互連傳輸帶寬小、時(shí)延大、高速信號(hào)之間串?dāng)_大、功耗大等缺陷，已經(jīng)成為電互連進(jìn)一步發(fā)展的巨大障礙。光互連作為一種新的互連方式，具有極高的通信帶寬，極小的功耗，可以很好地解決電互連發(fā)展受限的問(wèn)題。1.2電互連發(fā)展制約 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的急劇增長(zhǎng)，對(duì)高性能互連網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬、傳輸延時(shí)都有較高的規(guī)定。電互連網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展重要受限于以下幾個(gè)方面[[1][1]張煒.芯片光互連技術(shù)研究.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué).2023 (1)集成電路發(fā)展的限制 隨著互連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)的逐步成熟，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)性能重要依靠集成電路技術(shù)的發(fā)展。近幾十年來(lái)，雖然集成電路技術(shù)按摩爾定律高速發(fā)展，但其發(fā)展受到散熱、熱噪聲等因素的限制，已經(jīng)很難再有較大的突破。(2)電信號(hào)傳輸限制由于電信號(hào)傳輸過(guò)程中的衰減、反射、串?dāng)_、電源噪聲等因素，工作頻率的提高面臨著挑戰(zhàn);工作頻率的提高，使得數(shù)據(jù)的采樣窗口不斷減小，同時(shí)電纜上的衰減增長(zhǎng)，影響了有效帶寬的增大，系統(tǒng)的可靠性面臨挑戰(zhàn);工作頻率的提高，商業(yè)軟件工具對(duì)下一代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、布局布線、物理驗(yàn)證的支持有限，系統(tǒng)的可制造性同樣面臨著挑戰(zhàn)。(3)物理封裝限制互連網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)需跨越多個(gè)層次，每層中的材料和制造工藝不同，導(dǎo)致物理特性和約束不同，隨著層次的增長(zhǎng)，互連代價(jià)增大，密度減小，必然限制系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展;隨著系統(tǒng)規(guī)模的增長(zhǎng)，互連網(wǎng)絡(luò)的帶寬、工作頻率互相制約，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)性能的提高。(4)帶寬限制增長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)之間的通信帶寬通常有兩種途徑，一是增長(zhǎng)并行數(shù)據(jù)傳輸線的寬度，二是提高信號(hào)頻率。增長(zhǎng)數(shù)據(jù)傳輸線的寬度，需要芯片提供更多的IO引腳，給芯片的封裝工藝帶來(lái)很大的困難;提高信號(hào)的頻率，傳輸線上將消耗更多的能量，傳輸線之間的串?dāng)_也將增長(zhǎng)，使得信號(hào)的傳輸距離縮短。從某種意義上講，導(dǎo)線便是低通濾波器，其有限帶寬會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的嚴(yán)重失真，傳輸帶寬可提高的余地非常小。隨著高性能計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展，工作頻率的不斷提高，傳統(tǒng)的電互連技術(shù)的缺陷顯得更加突出。電互連網(wǎng)絡(luò)帶寬小、時(shí)延大、高速電信號(hào)之間串?dāng)_大、功耗大等缺陷，已經(jīng)成為高速電互連進(jìn)一步發(fā)展的巨大障礙，對(duì)新的互連技術(shù)的研究已經(jīng)迫在眉睫。1.3光互連優(yōu)勢(shì)光互連具有帶寬高、功耗小、可并行等優(yōu)點(diǎn)。近幾十年以來(lái)，各種光技術(shù)的成熟，光器件的研制成功，極大的推動(dòng)了光互連技術(shù)的發(fā)展。光互連作為一種新的互連方式，可以很好地解決上述電互連發(fā)展受限的問(wèn)題。光互連可具體理解為用光技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)以上通信單元的連接，以實(shí)現(xiàn)協(xié)同操作。隨著信號(hào)頻率的增大，光互連技術(shù)相對(duì)與電互連技術(shù)的優(yōu)勢(shì)顯得越來(lái)月明顯。光互連逐漸代替電互連，已經(jīng)成為高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)之間高速互連的關(guān)鍵技術(shù)。第二章光互連發(fā)展情況2.1國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀：國(guó)內(nèi)目前只有華中科技大學(xué)和國(guó)防科技大學(xué)從事過(guò)這方面的研究。華中科技大學(xué)的重要工作涉及系統(tǒng)的光互聯(lián)系統(tǒng)整體的架構(gòu)，系統(tǒng)的整體仿真，實(shí)際的實(shí)驗(yàn)完畢了波導(dǎo)的設(shè)計(jì)，制作，尚有一部分是研究波導(dǎo)與光源耦合的部分。（羅風(fēng)光）[2]文中[]張瑾.基于EOPCB的光互聯(lián)板的光耦合研究.華中科技大學(xué).2023提出了一種新的光耦合結(jié)構(gòu)，[]張瑾.基于EOPCB的光互聯(lián)板的光耦合研究.華中科技大學(xué).2023國(guó)防科技大學(xué)設(shè)計(jì)和制作一種光互聯(lián)結(jié)構(gòu)，在發(fā)射端采用1*12VCSEL陣列，接受端采用1*12PD陣列完畢了兩塊高速FPGA芯片之間的互聯(lián)，具體的EOPCB板如下圖。但是這里采用的波導(dǎo)是光纖帶狀線。波導(dǎo)與光源的耦合采用的是透鏡陣列。2.2國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 傳統(tǒng)印刷電路板上的銅線互聯(lián)在達(dá)成GHz的傳輸速度后，由于介質(zhì)損耗以及趨膚效應(yīng)損耗等決定了銅互連的傳輸損耗，使得信道噪聲隨著頻率的增長(zhǎng)呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)別的增長(zhǎng)。在高頻傳輸時(shí)，傳統(tǒng)的電互連存在很多問(wèn)題。光傳輸則具有低損耗、高帶寬、大容量、無(wú)串?dāng)_、抗電磁干擾等諸多優(yōu)點(diǎn)，使得光互連成為解決高速信號(hào)互連瓶頸的一個(gè)有效方法[[][]張金星.基于光波導(dǎo)互連的EOPCB的研究.華中科技大學(xué).2023EOPCB（光電印刷電路板）重要運(yùn)用嵌入式的光波導(dǎo)來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片間的高速光互連，對(duì)于EOPCB的研究，特別受到了美日德韓等國(guó)家的重視。下面介紹這幾個(gè)國(guó)家的研究情況。美國(guó)的IBM公司在EOPCB的研究方面取得了較大成果。2023年提出了第一個(gè)光互連原型；2023年運(yùn)用級(jí)聯(lián)微環(huán)振蕩器研發(fā)出硅芯片超壓縮光緩沖區(qū)；2023年鋪開(kāi)了許多項(xiàng)目，以開(kāi)發(fā)光連接、低功率光收發(fā)器與光諧振器；2023年提出了“CMOS集成硅納米光子”的概念；2023年宣布“硅納米光子”可運(yùn)用100nm以下工藝，在單顆硅芯片內(nèi)同時(shí)整合多種不同的光學(xué)部件和電子電路，達(dá)成25Gbps；2023年與DowCorning展示了基于硅材料的新型聚合物光波導(dǎo)[[]呂慧琳.美國(guó)和日本互聯(lián)技術(shù)研究及其借鑒.全球科技經(jīng)濟(jì)瞭望.2023.2]。在2023年，IBM在ECTC(ElectronicComponentsandTechnologyConference)發(fā)表的會(huì)議論文提出每個(gè)光通道10-15G/s共24路并行鏈路的雙向高速互連。模組[]呂慧琳.美國(guó)和日本互聯(lián)技術(shù)研究及其借鑒.全球科技經(jīng)濟(jì)瞭望.2023.2圖1IBM公司板級(jí)光芯片間光互連模組光芯片將激光器陣列和探測(cè)器陣列以及它們的驅(qū)動(dòng)電路整合到一塊芯片里面，這個(gè)重要通過(guò)SiC（Sicarrier）技術(shù)實(shí)現(xiàn)，光芯片與光波導(dǎo)的耦合通過(guò)微透鏡陣列和45°端面實(shí)現(xiàn)，光波導(dǎo)采用干模熱壓法制作，波導(dǎo)芯層尺寸為35μm×35μm，損耗在850nm處為0.3dB/cm。在光波導(dǎo)內(nèi)可以進(jìn)行光的波分復(fù)用。圖2顯示的是IBM在研究中關(guān)于EOPCB的發(fā)展過(guò)程。IBM在解決銅互連瓶頸的方案中，提出了兩種方法[[][]RogerDangel,JensHofrichter,FolkertHorst,DanielJubin,AntonioLaPorta,NorbertMeier,IbrahimMuratSoganci,JonasWeiss,andBertJanOffrein.Polymerwaveguidesforelectro-opticalintegrationindatacentersandhigh-performancecomputers.OE.23.004736.2023.2.23采用基于使用絕緣硅波導(dǎo)的硅光子COMS技術(shù)使用光學(xué)聚合物波導(dǎo)的光印刷電路板技術(shù)針對(duì)這兩張方案，IBM對(duì)它們不斷進(jìn)行了研究，特別是在高分子聚合物波導(dǎo)方面的研究取得了重大成果。但要實(shí)現(xiàn)完全的光互連還需要不斷研究。圖2IBM光互連研究發(fā)展過(guò)程日本的日立化成工業(yè)株式會(huì)社在2023年ECTC發(fā)表的論文中提出他們的研究成果，他們的芯片間光互連的結(jié)構(gòu)如圖3，其實(shí)在光互連的結(jié)構(gòu)上沒(méi)多大的變化，光波導(dǎo)的制作工藝也采用干模熱壓法，但是波導(dǎo)芯層為50μm×50μm，上下包層厚度分別為25μm，波導(dǎo)損耗為0.1dB/cm，波導(dǎo)材料高分子亞克力聚合物（PDMS），垂直耦合的光波導(dǎo)的45°斜面。圖3日立化成工業(yè)株式會(huì)社板級(jí)芯片間光互連模組日本從2023開(kāi)始，進(jìn)行光電子融合系統(tǒng)基礎(chǔ)技術(shù)開(kāi)發(fā)，以在2025年實(shí)現(xiàn)“片上數(shù)據(jù)中心”為目的。2023年9月，PECST發(fā)布了可在1cm2的硅芯片上集成526個(gè)數(shù)據(jù)傳輸速度為12.5Gbps的光收發(fā)器技術(shù)。該技術(shù)將芯片間布線駛?cè)搿肮獾母咚俟贰薄Ｄ壳?，PECST的研究還在連續(xù)推動(dòng)中。圖4PECST項(xiàng)目的具體分工情況韓國(guó)的板級(jí)芯片光互連中，較大的不同是在耦合部分采用的不是45°波導(dǎo)端面，而是多層90°彎曲光纖陣列，如圖5所示。圖5多層90°彎曲光纖陣列德國(guó)的芯片間的光互連技術(shù)重要將發(fā)射器和及其驅(qū)動(dòng)電路集成到玻璃基底上，光直接通過(guò)玻璃基底如圖6所示，驅(qū)動(dòng)芯片與PCB板的連接通過(guò)在玻璃上穿孔形式，玻璃具有很好的絕緣性和很好的透明性，材料成本相對(duì)也較低，溫度性能很好，光直接通過(guò)玻璃入射到光波導(dǎo)的45°端面上進(jìn)行耦合。圖6德國(guó)板級(jí)芯片光互連模具 第三章光互連中的激光器與探測(cè)器甚短距離光互連中集成電路重要采用短波長(zhǎng)850nm垂直腔面激光射器(verticalcavitysurfaceemittinglaser,VCSEL)陣列傳輸高速率并行數(shù)據(jù)。并行高速光電轉(zhuǎn)換器常采用850nm短波長(zhǎng)InGaAs光電探測(cè)陣列探測(cè)器.工作速率已達(dá)到每通道10Gb/s.3.1VCSEL中心是有源區(qū)，它有體異質(zhì)結(jié)和量子阱兩種結(jié)構(gòu)；其側(cè)向結(jié)構(gòu)有增益導(dǎo)引和環(huán)形掩埋異質(zhì)結(jié)之分。有源區(qū)上下是反射器。圖1.垂直腔面激光器氧化物隔離VCSEL器列陣件在陣列器件的工藝中，一方面采用化學(xué)濕法腐蝕在GaAs表面形

成10×10臺(tái)面結(jié)構(gòu)露出接近上限制層的高Al組分的A1xGa層，之后把外延片放八涅氮?dú)?N2)環(huán)境4250c條件下氧化8分鐘『最后沉積5個(gè)周期的高反射率的Znse．caF上DBR。器件在脈沖(100ns／10ps)和連續(xù)(CW)備件下工作。由于氧化工藝可以使單元器件的尺寸很小，達(dá)成對(duì)注入電流的限制作用，因此可以獲得閾值電流很小的陣列器件，并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表白，陣列效果很好。3.2InGaAs光電探測(cè)陣列探測(cè)器InGaAs光電探測(cè)器模塊集成了InGaAs

雪崩光電探測(cè)器、探測(cè)器驅(qū)動(dòng)、信號(hào)檢測(cè)放大、信號(hào)放大整形輸出等部分,可應(yīng)用于連續(xù)或者脈沖光信號(hào)測(cè)放大整形及溫度傳感等領(lǐng)域。輸出高穩(wěn)定電壓信號(hào)給用戶,免去客戶在使用雪崩光電探測(cè)器時(shí)的弱信號(hào)解決環(huán)節(jié)。3.3目前已經(jīng)推出的商用VCSEL和PD陣列韓國(guó)optowell公司發(fā)布了10G4通道，12通道的VCSEL陣列芯片及相應(yīng)的接受端芯片。目前可以訂制VCSEL及相應(yīng)的PD。PD陣列為4或者12，每通道可以支持2.5G或者10Gbps的速率。VCSEL和PD陣列的尺寸小，集成度高。VCSEL采用的是線陣，4個(gè)的陣列長(zhǎng)度970um，12的陣列長(zhǎng)度2970um，體積小。PD也是采用線陣，4個(gè)的長(zhǎng)度1000um左右，12個(gè)的長(zhǎng)度3000um左右。第四章耦合方式4.1光收發(fā)模塊與光互連層之間的耦合方法一[1]： 以日本的NTT為代表的維透鏡耦合的方式（OptoBump）。光波導(dǎo)上面的一個(gè)凹腔中充滿透明波導(dǎo)物質(zhì)，填充波導(dǎo)表面拋光后，就在其上形成微透鏡陣列。采用擴(kuò)散方法，運(yùn)用固體基底表面曲張，形成維透鏡陣列。優(yōu)點(diǎn)：微透鏡和表面加工工藝(SMT)完全兼容，因此可以大規(guī)模低成本的生產(chǎn)，易于投入商業(yè)應(yīng)用。缺陷是在表面曲張的實(shí)際操作過(guò)程中，微透鏡的曲率半徑難以保證，所以制作難度比較大。運(yùn)用這種方法制作的EOPCB的光耦合示意圖如下所示[5]方法二[1][[][]ByungSupRho,SaekyoungKang,HanSeoCho,etal.PCB-CompatibleOpticalInterconnctionUsing45°-EndedConnectionRodsandVia-HoledWaveguides.JournalofLightwaveTechnology,2023,22(9):2128~2134采用直接對(duì)準(zhǔn)的方式，即將光發(fā)射機(jī)/接受機(jī)芯片與波導(dǎo)層的直接對(duì)準(zhǔn)。這種方法以德國(guó)的“OptiCon”計(jì)劃，韓國(guó)的KAIST為代表。這種方法的重要思想是現(xiàn)在MT連接器上插入一小段光纖，將光纖一端磨制成45度端面，光纖芯層的折射率一般是1.5475，這個(gè)45度的端面同空氣接觸正好形成一個(gè)全發(fā)射面，從而實(shí)現(xiàn)光耦合。優(yōu)點(diǎn)：消除了微透鏡陣列帶來(lái)的光損耗。缺陷：所需要的耦合精度更大。這種結(jié)構(gòu)的示意圖如下：方法三：ETRI光互聯(lián)背板系統(tǒng)[1][[][]KeunByoungYoon,In-KuiCho.OpticalBackplaneSystemUsingWaveguideEmbeddedPCBsandOpticalSlot.JournalofLightwaveTechnology,2023,22(9):250~257它由兩部分組成，裝有發(fā)射和接受裝置的解決板和置入光波導(dǎo)的光底板。在解決板里，一錐形聚合物波導(dǎo)被粘在一金屬光具座上，光電器件和發(fā)射接受集成芯片也集成在金屬光具座上，解決板由光學(xué)插槽來(lái)和光學(xué)底板耦合，在解決板和光背板的耦合原理如下圖所示。解決板和光背板耦合：在金屬光具座MOB上的光波導(dǎo)禍合到己經(jīng)安裝在光學(xué)插頭上的MMF（62.5漸變折射率光纖）陣列。在光學(xué)插頭內(nèi)耦合光到光背板的光波導(dǎo)中的NIMF'的一端，貼有45度角的反射鏡。原理圖如下圖所示：方法四：POSH光互聯(lián)結(jié)構(gòu)[1][[][]LisaA.BuckmanWindover.Parallel-OpticalInterconnects>100Gb/s.JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY,2023,22(9):321~327此POSH的傳輸和接受模塊是在耐熱玻璃基底上構(gòu)造了雙面聚合物透鏡，從而形成為傳輸和接受模塊的透鏡陣列。傳輸透鏡陣列接受從VCSEL陣列發(fā)射的光線，并將光匯聚在多模光纖帶上。而接受模塊透鏡陣列則是接受從多模光纖帶上發(fā)出的光，并將其匯聚在光檢測(cè)器上。傳輸模塊使用衍射/折射透鏡，接受模塊使用折射/折射透鏡（衍射的部件在這里的作用重要是減少反射回VCSEL的光，從而使激光器可以發(fā)射穩(wěn)定的模式場(chǎng)到多模光纖）。其傳輸模塊光系統(tǒng)如下圖所示：方法五：Terabus光互連結(jié)構(gòu)[1][[][]LaurentSchares,JeffreyA.Kash,FuadE.Doany,ClintL.Schow.Terabus:Terabit/Second-ClassCard-LevelOpticalInterconnectTechnologies.IEEEJOURNALOFSELECTEDTOPICSINQUANTUMELECTRONICS,VOL.12,NO.5,SEPTEMBER/OCTOBER2023把光耦合進(jìn)光波導(dǎo)的光系統(tǒng)是基于一個(gè)微透鏡陣列，透鏡是通過(guò)刻蝕在GaAs/InP基底的背面形成，單個(gè)透鏡分別與在其對(duì)面的VCSEL和PIN器件對(duì)準(zhǔn)，如下圖所示，每個(gè)透鏡將OE的有源區(qū)成像在波導(dǎo)的芯層上。在光波導(dǎo)的任一端構(gòu)造激光熔融的反射鏡，以滿足光90度藕合進(jìn)出光板平面，為得到高的反射，鏡子表面涂上了一層金制涂層。4.2板間(芯片之間)耦合的幾種結(jié)構(gòu) 方法一：Fully-IntegratedFlexiblePhotonicPlatform（全集成式的光電子平臺(tái)）[[][]LanLi,YiZou,HongtaoLin,JuejunHu,XiaochenSun,Ning-NingFeng,SylvainDanto,KathleenRichardson,TianGu,MichaelHaney.AFully-IntegratedFlexiblePhotonicPlatformforChip-to-ChipOpticalInterconnects.JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY,VOL.31,NO.24,DECEMBER15,2023這種結(jié)構(gòu)的基片上包含了一組單模光纖波導(dǎo)陣列，光電子器件（激光器和光電探測(cè)器）就是上面的藍(lán)色部分稱為Activedevices，光電子器件通過(guò)一種叫做alignment-freedie-to-wafer的連接技術(shù)直接耦合到基片上的光波導(dǎo)上面，最后在基片的兩端有稱為flip-chip的倒裝芯片連接技術(shù)(圖中的黃色部分)焊接在Chip上面。優(yōu)點(diǎn)：傳輸速度不久每個(gè)信道可達(dá)成10Gbps的傳輸速率。缺陷：制作工藝比較復(fù)雜。 方法二：總線技術(shù)[[]NikolaosBamiedakis,AeffendiHashim,[]NikolaosBamiedakis,AeffendiHashim,RichardV.PentyandIanH.White.A40Gb/sOpticalBusforOpticalBackplaneInterconnections.JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY,VOL.32,NO.8,APRIL15,2023[]N.Bamiedakis,A.Hashim,R.V.Penty,andI.H.White.Regenerativepolymericbusarchitectureforboard-levelopticalinterconnects.ElectricalEngineeringDivision,DepartmentofEngineering,UniversityofCambridge,9JJThomsonAvenue,Cambridge,CB30FA,UK是光背板技術(shù)的一種，大量用于刀片式服務(wù)器（bladeservers）以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中。板之間的互連通過(guò)多模光波導(dǎo)連接，在每個(gè)子板之間通過(guò)3R單元可以恢復(fù)信號(hào)從而可以讓這種結(jié)構(gòu)可以連接無(wú)限多的單元板(cards)。這種光總線結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，即使在輸入信號(hào)沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)的情況下還可以具有很低的損耗以及很低的信道傳輸串?dāng)_。在實(shí)驗(yàn)中可以以低于10^-12的誤比特率以10G/s的傳輸速率進(jìn)行板間的數(shù)據(jù)交互。優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)健性好，損耗低，速度高可以支持任意數(shù)量的單元板非常適合在刀片式服務(wù)器中使用。缺陷：光波導(dǎo)布線是一個(gè)難點(diǎn)。方法三：自由空間光互連[[][]KeWang,AmpalavanpillaiNirmalathas,ChristinaLim.Experimentaldemonstrationoffree-spacebased120Gb/sreconfigurablecard-to-cardopticalinterconnects.October1,2023/Vol.39,No.19/OPTICSLETTERS5717光電子器件（激光器以及PD）集成在每個(gè)子板（Card）上，子板之間的連接是通過(guò)自由光連接的，為了對(duì)準(zhǔn)自由空間中的光束需要在子板上集成光束對(duì)準(zhǔn)反射鏡。優(yōu)點(diǎn)：不使用光波導(dǎo)連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸。缺陷：不同信道之間有很大的串?dāng)_，這個(gè)是影響傳輸性能最大的障礙。方法三：通過(guò)光插座與插頭用光纖連接[[]RichardCharlesAlexanderPitwon,LarsBrusberg,HenningSchroder,SimonWhalley,KaiWang,AllenMiller,PaulStevens,AlexWorrall,AlessandroMessina,andAndrewCole.PluggableElectro-OpticalCircuitBoardInterconnectBasedonEmbeddedGraded-IndexPlanarGlassWaveguides.JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY,VOL.33,NO.4,FEBRUARY15,2023][[[]RichardCharlesAlexanderPitwon,LarsBrusberg,HenningSchroder,SimonWhalley,KaiWang,AllenMiller,PaulStevens,AlexWorrall,AlessandroMessina,andAndrewCole.PluggableElectro-OpticalCircuitBoardInterconnectBasedonEmbeddedGraded-IndexPlanarGlassWaveguides.JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY,VOL.33,NO.4,FEBRUARY15,2023[]KeunByoungYoon,In-KuiCho,SeungHoAhn,MyungYongJeong,DeugJuLee,YoungUnHeo,ByungSupRho,Hyo-HoonPark,Byoung-Ho(Tiger)Rhee.OpticalBackplaneforboard-to-boardInterconnectionBasedonaGlassPanelGradient-IndexMultimodeWaveguideTechnology.JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY,VOL.22,NO.9,SEPTEMBER2023[]Ning-NingFeng,andXiaochenSun.ParallelOpticalInterconnectsSubmoduleUsingSiliconOpticalBench.JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY,VOL.33,NO.4,FEBRUARY15,201這種光互連方式一般是在板邊沿與另一個(gè)系統(tǒng)之間通過(guò)光纖連接，這種連接技術(shù)由于其穩(wěn)定的機(jī)械特性使得光纖在彎曲部分可以很好的耦合。第五章光波導(dǎo)制作材料及工藝在光互連結(jié)構(gòu)中，用的最多的一種結(jié)構(gòu)就是運(yùn)用光波導(dǎo)互連，因此研究光互連中的波導(dǎo)材料尤為重要。5.1光波導(dǎo)制作光波導(dǎo)在EOPCB中起著關(guān)鍵作用，采用合適的聚合物光波導(dǎo)傳輸信號(hào)是系統(tǒng)可以高速、可靠、有效運(yùn)營(yíng)的保證。當(dāng)前研究的光通信波段聚合物光波導(dǎo)材料用的重要是低傳輸損耗聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及其衍生出來(lái)的氟化物和氘化物、聚硅氧烷、含氟聚芳醚和聚芳硫醚、耐高溫的氟代聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯(BCB)、環(huán)氧樹(shù)脂、聚硅烷、聚碳酸酯等，表1顯示的是商品化光波導(dǎo)材料的性能參數(shù)。表1商品化聚合物材料性能參數(shù)5.2光波導(dǎo)制作工藝隨著人們對(duì)EOPCB的研究不斷進(jìn)一步，光波導(dǎo)的制作工藝也在不斷發(fā)展與變化。現(xiàn)在重要的制作方法有以下幾種[[][]彭亞雄.基于EOPCB的聚合物波導(dǎo)研究.2023(1)離子互換技術(shù)：在玻璃的結(jié)構(gòu)中，由于其網(wǎng)格修飾與網(wǎng)格的結(jié)合是不牢固的，因此，當(dāng)加熱浸在某熔鹽中的玻璃，使其內(nèi)離子具有一定能量時(shí)，離子極容易在網(wǎng)格之間發(fā)生遷移，與熔鹽中的一價(jià)離子在玻璃表面處發(fā)生互換。隨著離子互換會(huì)引起折射率的改變，這是由于兩種互換離子的半徑不同,使互換處體積發(fā)生改變而引起的，假如以熔鹽中半徑較小的離子替代玻璃中半徑較大的離子，互換后玻璃網(wǎng)格在小離子的周邊發(fā)生潰塌，產(chǎn)生比離子互換前更密集的結(jié)構(gòu)，這樣將導(dǎo)致折射率的增長(zhǎng)；再是由于離子互換使電子位移極化率發(fā)生改變而引起的，如用電子位移極化率較大的Tl+離子替代電子位移極化率較小的Na+離子，則也會(huì)使折射率增長(zhǎng)；此外，由于互換離子半徑不同，必然引起互換處的摩爾體積改變，但因玻璃是網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，體積的膨脹(或縮小)是各向異性的,從而導(dǎo)致互換層內(nèi)部壓強(qiáng)的增長(zhǎng)(或縮小)，致使折射率發(fā)生改變，正是由于上述各因素在離子互換處導(dǎo)致折射率的變化而制成了光波導(dǎo)。(2)熱模壓印法：在高溫高壓環(huán)境下，用金屬壓印工具壓入熱塑光包覆材料中，制作波導(dǎo)芯層通道，在高溫和壓力下在這些溝道里填充較高折射率的芯層材料，然后將一種低折射率基底片迭加在波導(dǎo)上，最后取下玻璃－基底結(jié)合體，并在上面覆蓋一層光包層。運(yùn)用熱模壓印法制作的波導(dǎo)，損耗在633nm上為0.5dB/cm，重要是由于金屬壓印工具的表面高粗糙度所導(dǎo)致的。采用此方法可以進(jìn)行大規(guī)模，低成本的生產(chǎn)，但對(duì)材料的熱穩(wěn)定性有較高規(guī)定。(3)平版影印法：平版影印(Photolithography)又稱為顯影(光)蝕刻，一方面是在基板上用旋轉(zhuǎn)涂布的方法涂上一低折射率的下包層，再在其上涂布作為芯層材料的高折射率層，并將其用曝光顯影的方式設(shè)計(jì)出符合需要的波導(dǎo)芯層的尺寸大小，最后再在其上涂布與下包層相同材料的上包層，這樣就完畢了整個(gè)平版影印光波導(dǎo)制程。這種方法與半導(dǎo)體的制程相容性高，并且設(shè)備也相稱成熟，但是要獲得可以符合規(guī)定尺寸的芯層是這種方法的關(guān)鍵。根據(jù)光致抗蝕劑(photoresist)被曝光部分發(fā)生光化學(xué)反映種類的不同，可以將光致抗蝕劑大體分為正性光致抗蝕劑和負(fù)性光致抗蝕劑兩種類型。被曝光部分發(fā)生交聯(lián)反映的抗蝕劑，通過(guò)顯影后，該曝光部分被保存下來(lái)，未曝光部分則被除掉，這種光致抗蝕劑稱為負(fù)性光致抗蝕劑，而被曝光部分發(fā)生分解反映的抗蝕劑，通過(guò)顯影后，曝光部分被除掉，未曝光部分留下來(lái)，這種光致抗蝕劑稱為正性光致抗蝕劑。選用光致抗蝕劑與衡量光致抗蝕劑優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，涉及對(duì)光源的靈敏度、對(duì)圖形的分辨率、涂布的均勻性以及對(duì)蝕刻工藝的耐腐蝕性等。(4)光漂白技術(shù)：這一方法是運(yùn)用某些聚合物材料所具有的光敏成份在光照的情況下發(fā)生光化學(xué)反映，最終在曝光部分和未曝光部分形成折射率差，從而獲得所需的光波導(dǎo)。光漂白技術(shù)是相對(duì)最為簡(jiǎn)樸的一種，但是這種技術(shù)經(jīng)常受材料的特性的限制。(5)刮刀法：刮刀法作為一種新興的波導(dǎo)制作方法，與其他波導(dǎo)制作方法最大的差異在于其采用刮刀的方式來(lái)代替勻膠，更適合大面積的波導(dǎo)制作。基本制作環(huán)節(jié)：制作芯層光波導(dǎo)鑄造模具；②采用刮刀法(doctorblade)在模具槽中填充芯層聚合物，加熱固化；③加工包層襯底載物臺(tái)，采用FR4材料，這重要是為了可以較好地和PCB板的集成④波導(dǎo)襯底層制備采用液態(tài)包層聚合物填充到模具中(已有已固化的芯層)，然后包層聚合物襯底載物臺(tái)壓在模具上固化好后，襯底層和載物臺(tái)從模具中卸下。⑤上襯底層采用同樣的方法制作。在IBM的研究中，采用了類似于刮刀法的方法來(lái)制造聚合物光波導(dǎo)。如圖8所示為波導(dǎo)制作原理圖。圖7刮刀涂布機(jī)制作波導(dǎo)原理圖8（a）顯示的是制作波導(dǎo)的模具以及用于涂材料的刮刀涂布機(jī)模型圖，（b）分別是加液體纖芯聚合物并采用刮刀涂布機(jī)進(jìn)行均勻地將材料涂在模具中的過(guò)程第六章EOPCB與傳統(tǒng)PCB的制作工藝6.1EOPCB的制作工藝EOPCB重要有光層與電層。光層板有平面線路和波導(dǎo)陣列和各種尺寸和功能的光器件，涉及微納米激光器、開(kāi)關(guān)、連