光互連調(diào)研分析報(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)于電互連而近來(lái)發(fā)展起來(lái)新一代連接技術(shù)，光互連是指在板間、芯片間、芯片與板之間等等用光形式互連。電互連傳播帶寬小、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)展巨大障礙。光互連作為一種新互連方式，具備極高通信帶寬，極小功耗，可以較好地解決電互連發(fā)展受限問(wèn)題。1.2電互連發(fā)展制約 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)數(shù)目急劇增長(zhǎng)，對(duì)高性能互連網(wǎng)絡(luò)傳播帶寬、傳播延時(shí)均有較高規(guī)定。電互連網(wǎng)絡(luò)發(fā)展重要受限于如下幾種方面[[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). (1)集成電路發(fā)展限制 隨著互連網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造與實(shí)現(xiàn)技術(shù)逐漸成熟，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)性能重要依托集成電路技術(shù)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、熱噪聲等因素限制，已經(jīng)很難再有較大突破。(2)電信號(hào)傳播限制由于電信號(hào)傳播過(guò)程中衰減、反射、串?dāng)_、電源噪聲等因素，工作頻率提高面臨著挑戰(zhàn);工作頻率提高，使得數(shù)據(jù)采樣窗口不斷減小，同步電纜上衰減增長(zhǎng)，影響了有效帶寬增大，系統(tǒng)可靠性面臨挑戰(zhàn);工作頻率提高，商業(yè)軟件工具對(duì)下一代產(chǎn)品設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、布局布線、物理驗(yàn)證支持有限，系統(tǒng)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)實(shí)現(xiàn)需跨越各種層次，每層中材料和制造工藝不同，導(dǎo)致物理特性和約束不同，隨著層次增長(zhǎng)，互連代價(jià)增大，密度減小，必然限制系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)展;隨著系統(tǒng)規(guī)模增長(zhǎng)，互連網(wǎng)絡(luò)帶寬、工作頻率互相制約，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)性能提高。(4)帶寬限制增長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)之間通信帶寬普通有兩種途徑，一是增長(zhǎng)并行數(shù)據(jù)傳播線寬度，二是提高信號(hào)頻率。增長(zhǎng)數(shù)據(jù)傳播線寬度，需要芯片提供更多IO引腳，給芯片封裝工藝帶來(lái)很大困難;提高信號(hào)頻率，傳播線上將消耗更多能量，傳播線之間串?dāng)_也將增長(zhǎng)，使得信號(hào)傳播距離縮短。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)嚴(yán)重失真，傳播帶寬可提高余地非常小。隨著高性能計(jì)算機(jī)不斷發(fā)展，工作頻率不斷提高，老式電互連技術(shù)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)展巨大障礙，對(duì)新互連技術(shù)研究已經(jīng)迫在眉睫。1.3光互連優(yōu)勢(shì)光互連具備帶寬高、功耗小、可并行等長(zhǎng)處。近幾十年以來(lái)，各種光技術(shù)成熟，光器件研制成功，極大推動(dòng)了光互連技術(shù)發(fā)展。光互連作為一種新互連方式，可以較好地解決上述電互連發(fā)展受限問(wèn)題。光互連可詳細(xì)理解為用光技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)以上通信單元連接，以實(shí)現(xiàn)協(xié)同操作。隨著信號(hào)頻率增大，光互連技術(shù)相對(duì)與電互連技術(shù)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)之間高速互連核心技術(shù)。第二章光互連發(fā)展?fàn)顩r2.1國(guó)內(nèi)發(fā)呈現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀：國(guó)內(nèi)當(dāng)前只有華中科技大學(xué)和國(guó)防科技大學(xué)從事過(guò)這方面研究。華中科技大學(xué)重要工作涉及系統(tǒng)光互聯(lián)系統(tǒng)整體架構(gòu)，系統(tǒng)整體仿真，實(shí)際實(shí)驗(yàn)完畢了波導(dǎo)設(shè)計(jì)，制作，尚有一某些是研究波導(dǎo)與光源耦合某些。（羅風(fēng)光）[2]文中[]張瑾.基于EOPCB光互聯(lián)板光耦合研究.華中科技大學(xué).提出了一種新光耦合構(gòu)造，并[]張瑾.基于EOPCB光互聯(lián)板光耦合研究.華中科技大學(xué).國(guó)防科技大學(xué)設(shè)計(jì)和制作一種光互聯(lián)構(gòu)造，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芯片之間互聯(lián)，詳細(xì)EOPCB板如下圖。但是這里采用波導(dǎo)是光纖帶狀線。波導(dǎo)與光源耦合采用是透鏡陣列。2.2國(guó)外發(fā)呈現(xiàn)狀 老式印刷電路板上銅線互聯(lián)在達(dá)到GHz傳播速度后，由于介質(zhì)損耗以及趨膚效應(yīng)損耗等決定了銅互連傳播損耗，使得信道噪聲隨著頻率增長(zhǎng)呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)別增長(zhǎng)。在高頻傳播時(shí)，老式電互連存在諸多問(wèn)題。光傳播則具備低損耗、高帶寬、大容量、無(wú)串?dāng)_、抗電磁干擾等諸多長(zhǎng)處，使得光互連成為解決高速信號(hào)互連瓶頸一種有效辦法[[][]張金星.基于光波導(dǎo)互連EOPCB研究.華中科技大學(xué).EOPCB（光電印刷電路板）重要運(yùn)用嵌入式光波導(dǎo)來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片間高速光互連，對(duì)于EOPCB研究，特別受到了美日德韓等國(guó)家注重。下面簡(jiǎn)介這幾種國(guó)家研究狀況。美國(guó)IBM公司在EOPCB研究方面獲得了較大成果。年提出了第一種光互連原型；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)；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；年提出了“CMOS集成硅納米光子”概念；年宣布“硅納米光子”可運(yùn)用100nm如下工藝，在單顆硅芯片內(nèi)同步整合各種不同光學(xué)部件和電子電路，達(dá)到25Gbps；年與DowCorning展示了基于硅材料新型聚合物光波導(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..2]。在，IBM在ECTC(ElectronicComponentsandTechnologyConference)刊登會(huì)議論文提出每個(gè)光通道10-15G/s共24路并行鏈路雙向高速互連。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..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)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)行光波分復(fù)用。圖2顯示是IBM在研究中關(guān)于EOPCB發(fā)展過(guò)程。IBM在解決銅互連瓶頸方案中，提出了兩種辦法[[][]RogerDangel，JensHofrichter，F(xiàn)olkertHorst，DanielJubin，AntonioLaPorta，NorbertMeier，IbrahimMuratSoganci，JonasWeiss，andBertJanOffrein.Polymerwaveguidesforelectro-opticalintegrationindatacentersandhigh-performancecomputers.OE.23.004736..2.23采用基于使用絕緣硅波導(dǎo)硅光子COMS技術(shù)使用光學(xué)聚合物波導(dǎo)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)方面研究獲得了重大成果。但要實(shí)現(xiàn)完全光互連還需要不斷研究。圖2IBM光互連研究發(fā)展過(guò)程日本日立化成工業(yè)株式會(huì)社在ECTC刊登論文中提出她們研究成果，她們芯片間光互連構(gòu)造如圖3，其實(shí)在光互連構(gòu)造上沒(méi)多大變化，光波導(dǎo)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），垂直耦合光波導(dǎo)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開(kāi)始，進(jìn)行光電子融合系統(tǒng)基本技術(shù)開(kāi)發(fā)，以在2025年實(shí)現(xiàn)“片上數(shù)據(jù)中心”為目的。9月，PECST發(fā)布了可在1cm2硅芯片上集成526個(gè)數(shù)據(jù)傳播速度為12.5Gbps光收發(fā)器技術(shù)。該技術(shù)將芯片間布線駛?cè)搿肮飧咚俟贰?。?dāng)前，PECST研究還在持續(xù)推動(dòng)中。圖4PECST項(xiàng)目詳細(xì)分工狀況韓國(guó)板級(jí)芯片光互連中，較大不同是在耦合某些采用不是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)芯片間光互連技術(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板連接通過(guò)在玻璃上穿孔形式，玻璃具備較好絕緣性和較好透明性，材料成本相對(duì)也較低，溫度性能較好，光直接通過(guò)玻璃入射到光波導(dǎo)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)陣列傳播高速率并行數(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)和量子阱兩種構(gòu)造；其側(cè)向構(gòu)造有增益導(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)面構(gòu)造露出接近上限制層高Al組分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)周期高反射率Znse．caF上DBR。器件在脈沖(100ns／10ps)和持續(xù)(CW)備件下工作。由于氧化工藝可以使單元器件尺寸很小，達(dá)到對(duì)注入電流限制作用，因而可以獲得閾值電流很小陣列器件，并且實(shí)驗(yàn)成果表白，陣列效果較好。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)放大整形輸出等某些,可應(yīng)用于持續(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)給顧客,免除客戶在使用雪崩光電探測(cè)器時(shí)弱信號(hào)解決環(huán)節(jié)。3.3當(dāng)前已經(jīng)推出商用VCSEL和PD陣列韓國(guó)optowell公司發(fā)布了10G4通道，12通道VCSEL陣列芯片及相應(yīng)接受端芯片。當(dāng)前可以訂制VCSEL及相應(yīng)PD。PD陣列為4或者12，每通道可以支持2.5G或者10Gbps速率。VCSEL和PD陣列尺寸小，集成度高。VCSEL采用是線陣，4個(gè)陣列長(zhǎng)度970um，12陣列長(zhǎng)度2970um，體積小。PD也是采用線陣，4個(gè)長(zhǎng)度1000um左右，12個(gè)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耦合辦法一[1]： 以日本NTT為代表維透鏡耦合方式（OptoBump）。光波導(dǎo)上面一種凹腔中布滿透明波導(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)散辦法，運(yùn)用固體基底表面曲張，形成維透鏡陣列。長(zhǎng)處：微透鏡和表面加工工藝(SMT)完全兼容，因而可以大規(guī)模低成本生產(chǎn)，易于投入商業(yè)應(yīng)用。缺陷是在表面曲張實(shí)際操作過(guò)程中，微透鏡曲率半徑難以保證，因此制作難度比較大。運(yùn)用這種辦法制作EOPCB光耦合示意圖如下所示[5]辦法二[1][[][]ByungSupRho，SaekyoungKang，HanSeoCho，etal.PCB-CompatibleOpticalInterconnctionUsing45°-EndedConnectionRodsandVia-HoledWaveguides.JournalofLightwaveTechnology，，22(9)：2128~2134采用直接對(duì)準(zhǔn)方式，即將光發(fā)射機(jī)/接受機(jī)芯片與波導(dǎo)層直接對(duì)準(zhǔn)。這種辦法以德國(guó)“OptiCon”籌劃，韓國(guó)KAIST為代表。這種辦法重要思想是當(dāng)前MT連接器上插入一小段光纖，將光纖一端磨制成45度端面，光纖芯層折射率普通是1.5475，這個(gè)45度端面同空氣接觸正好形成一種全發(fā)射面，從而實(shí)現(xiàn)光耦合。長(zhǎng)處：消除了微透鏡陣列帶來(lái)光損耗。缺陷：所需要耦合精度更大。這種構(gòu)造示意圖如下：辦法三：ETRI光互聯(lián)背板系統(tǒng)[1][[][]KeunByoungYoon，In-KuiCho.OpticalBackplaneSystemUsingWaveguideEmbeddedPCBsandOpticalSlot.JournalofLightwaveTechnology，，22(9):250~257它由兩某些構(gòu)成，裝有發(fā)射和接受裝置解決板和置入光波導(dǎo)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上光波導(dǎo)禍合到己經(jīng)安裝在光學(xué)插頭上MMF（62.5漸變折射率光纖）陣列。在光學(xué)插頭內(nèi)耦合光到光背板光波導(dǎo)中NIMF'一端，貼有45度角反射鏡。原理圖如下圖所示：辦法四：POSH光互聯(lián)構(gòu)造[1][[][]LisaA.BuckmanWindover.Parallel-OpticalInterconnects>100Gb/s.JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY,,22(9):321~327此POSH傳播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，從而形成為傳播和接受模塊透鏡陣列。傳播透鏡陣列接受從VCSEL陣列發(fā)射光線，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)出光，并將其匯聚在光檢測(cè)器上。傳播模塊使用衍射/折射透鏡，接受模塊使用折射/折射透鏡（衍射部件在這里作用重要是減少反射回VCSEL光，從而使激光器可以發(fā)射穩(wěn)定模式場(chǎng)到多模光纖）。其傳播模塊光系統(tǒng)如下圖所示：辦法五：Terabus光互連構(gòu)造[1][[][]LaurentSchares，JeffreyA.Kash，F(xiàn)uadE.Doany，ClintL.Schow.Terabus：Terabit/Second-ClassCard-LevelOpticalInterconnectTechnologies.IEEEJOURNALOFSELECTEDTOPICSINQUANTUMELECTRONICS,VOL.12,NO.5,SEPTEMBER/OCTOBER把光耦合進(jìn)光波導(dǎo)光系統(tǒng)是基于一種微透鏡陣列，透鏡是通過(guò)刻蝕在GaAs/InP基底背面形成，單個(gè)透鏡分別與在其對(duì)面VCSEL和PIN器件對(duì)準(zhǔn)，如下圖所示，每個(gè)透鏡將OE有源區(qū)成像在波導(dǎo)芯層上。在光波導(dǎo)任一端構(gòu)造激光熔融反射鏡，以滿足光90度藕合進(jìn)出光板平面，為得到高反射，鏡子表面涂上了一層金制涂層。4.2板間(芯片之間)耦合幾種構(gòu)造 辦法一：Fully-IntegratedFlexiblePhotonicPlatform（全集成式光電子平臺(tái)）[[][]LanLi，YiZou，HongtaoLin，JuejunHu，XiaochenSun，Ning-NingFeng，SylvainDanto，KathleenRichardson，TianGu，MichaelHaney.AFully-IntegratedFlexiblePhotonicPlatformforChip-to-ChipOpticalInterconnects.JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY,VOL.31,NO.24,DECEMBER15,這種構(gòu)造基片上包括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）就是上面藍(lán)色某些稱為Activedevices，光電子器件通過(guò)一種叫做alignment-freedie-to-wafer連接技術(shù)直接耦合到基片上光波導(dǎo)上面，最后在基片兩端有稱為flip-chip倒裝芯片連接技術(shù)(圖中黃色某些)焊接在Chip上面。長(zhǎng)處：傳播速度不久每個(gè)信道可達(dá)到10Gbps傳播速率。缺陷：制作工藝比較復(fù)雜。 辦法二：總線技術(shù)[[]NikolaosBamiedakis，AeffendiHashim，RichardV.PentyandIanH.White.A40Gb/sOpticalBusforOpticalBackplaneInterconnections.JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY,VOL.32,NO.8,APRIL15,[]NikolaosBamiedakis，AeffendiHashim，RichardV.PentyandIanH.White.A40Gb/sOpticalBusforOpticalBackplaneInterconnections.JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY,VOL.32,NO.8,APRIL15,[]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)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)從而可以讓這種構(gòu)造可以連接無(wú)限多單元板(cards)。這種光總線構(gòu)造具備很強(qiáng)穩(wěn)定性，雖然在輸入信號(hào)沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)狀況下還可以具備很低損耗以及很低信道傳播串?dāng)_。在實(shí)驗(yàn)中可以以低于10^-12誤比特率以10G/s傳播速率進(jìn)行板間數(shù)據(jù)交互。長(zhǎng)處：穩(wěn)健性好，損耗低，速度高可以支持任意數(shù)量單元板非常適合在刀片式服務(wù)器中使用。缺陷：光波導(dǎo)布線是一種難點(diǎn)。辦法三：自由空間光互連[[][]KeWang，AmpalavanpillaiNirmalathas，ChristinaLim.Experimentaldemonstrationoffree-spacebased120Gb/sreconfigurablecard-to-cardopticalinterconnects.October1，/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，子板之間連接是通過(guò)自由光連接，為了對(duì)準(zhǔn)自由空間中光束需要在子板上集成光束對(duì)準(zhǔn)反射鏡。長(zhǎng)處：不使用光波導(dǎo)連接，構(gòu)造簡(jiǎn)樸。缺陷：不同信道之間有很大串?dāng)_，這個(gè)是影響傳播性能最大障礙。辦法三：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，F(xiàn)EBRUARY15，][[[]RichardCharlesAlexanderPitwon，LarsBrusberg，HenningSchroder，SimonWhalley，KaiWang，AllenMiller，PaulStevens，AlexWorrall，AlessandroMessina，andAndrewCole.PluggableElectro-OpticalCircuitBoardInterconnectBasedonEmbeddedGraded-IndexPlanarGlassWaveguides.JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY，VOL.33，NO.4，F(xiàn)EBRUARY15，[]KeunByoungYoon，In-KuiCho，SeungHoAhn，MyungYongJeong，DeugJuLee，YoungUnHeo，ByungSupRho，Hyo-HoonPark,Byoung-Ho(Tiger)Rhee.OpticalBackplaneforboard-to-boardInterconnectionBasedonaGlassPanelGradient-IndexMultimodeWaveguideTechnology.JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY,VOL.22,NO.9,SEPTEMBER[]Ning-NingFeng,andXiaochenSun.ParallelOpticalInterconnectsSubmoduleUsingSiliconOpticalBench.JOURNALOFLIGHTWAVETECHNOLOGY,VOL.33，NO.4,FEBRUARY15,201這種光互連方式普通是在板邊沿與另一種系統(tǒng)之間通過(guò)光纖連接，這種連接技術(shù)由于其穩(wěn)定機(jī)械特性使得光纖在彎曲某些可以較好耦合。第五章光波導(dǎo)制作材料及工藝在光互連構(gòu)造中，用最多一種構(gòu)造就是運(yùn)用光波導(dǎo)互連，因而研究光互連中波導(dǎo)材料尤為重要。5.1光波導(dǎo)制作光波導(dǎo)在EOPCB中起著核心作用，采用適當(dāng)聚合物光波導(dǎo)傳播信號(hào)是系統(tǒng)可以高速、可靠、有效運(yùn)營(yíng)保證。當(dāng)前研究光通信波段聚合物光波導(dǎo)材料用重要是低傳播損耗聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及其衍生出來(lái)氟化物和氘化物、聚硅氧烷、含氟聚芳醚和聚芳硫醚、耐高溫氟代聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯(BCB)、環(huán)氧樹(shù)脂、聚硅烷、聚碳酸酯等，表1顯示是商品化光波導(dǎo)材料性能參數(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研究不斷進(jìn)一步，光波導(dǎo)制作工藝也在不斷發(fā)展與變化。當(dāng)前重要制作辦法有如下幾種[[][]彭亞雄.基于EOPCB聚合物波導(dǎo)研究.(1)離子互換技術(shù)：在玻璃構(gòu)造中，由于其網(wǎng)格修飾與網(wǎng)格結(jié)合是不牢固，因而，當(dāng)加熱浸在某熔鹽中玻璃，使其內(nèi)離子具備一定能量時(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)引起折射率變化，這是由于兩種互換離子半徑不同,使互換處體積發(fā)生變化而引起，如果以熔鹽中半徑較小離子代替玻璃中半徑較大離子，互換后玻璃網(wǎng)格在小離子周邊發(fā)生潰塌，產(chǎn)生比離子互換前更密集構(gòu)造，這樣將導(dǎo)致折射率增長(zhǎng)；再是由于離子互換使電子位移極化率發(fā)生變化而引起，如用電子位移極化率較大Tl+離子代替電子位移極化率較小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，必然引起互換處摩爾體積變化，但因玻璃是網(wǎng)格構(gòu)造，體積膨脹(或縮小)是各向異性,從而導(dǎo)致互換層內(nèi)部壓強(qiáng)增長(zhǎng)(或縮小)，致使折射率發(fā)生變化，正是由于上述各因素在離子互換處導(dǎo)致折射率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)用熱模壓印法制作波導(dǎo)，損耗在633nm上為0.5dB/cm，重要是由于金屬壓印工具表面高粗糙度所導(dǎo)致。采用此辦法可以進(jìn)行大規(guī)模，低成本生產(chǎn)，但對(duì)材料熱穩(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)涂布辦法涂上一低折射率下包層，再在其上涂布作為芯層材料高折射率層，并將其用曝光顯影方式設(shè)計(jì)出符合需要波導(dǎo)芯層尺寸大小，最后再在其上涂布與下包層相似材料上包層，這樣就完畢了整個(gè)平版影印光波導(dǎo)制程。這種辦法與半導(dǎo)體制程相容性高，并且設(shè)備也相稱成熟，但是要獲得可以符合規(guī)定尺寸芯層是這種辦法核心。依照光致抗蝕劑(photoresist)被曝光某些發(fā)生光化學(xué)反映種類(lèi)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(lèi)型。被曝光某些發(fā)生交聯(lián)反映抗蝕劑，通過(guò)顯影后，該曝光某些被保存下來(lái)，未曝光某些則被除掉，這種光致抗蝕劑稱為負(fù)性光致抗蝕劑，而被曝光某些發(fā)生分解反映抗蝕劑，通過(guò)顯影后，曝光某些被除掉，未曝光某些留下來(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)劣原則，涉及對(duì)光源敏捷度、對(duì)圖形辨別率、涂布均勻性以及對(duì)蝕刻工藝耐腐蝕性等。(4)光漂白技術(shù)：這一辦法是運(yùn)用某些聚合物材料所具備光敏成分在光照狀況下發(fā)生光化學(xué)反映，最后在曝光某些和未曝光某些形成折射率差，從而獲得所需光波導(dǎo)。光漂白技術(shù)是相對(duì)最為簡(jiǎn)樸一種，但是這種技術(shù)經(jīng)常受材料特性限制。(5)刮刀法：刮刀法作為一種新興波導(dǎo)制作辦法，與其她波導(dǎo)制作辦法最大差別在于其采用刮刀方式來(lái)代替勻膠，更適合大面積波導(dǎo)制作?；局谱鳝h(huán)節(jié)：制作芯層光波導(dǎo)鍛造模具；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上襯底層采用同樣辦法制作。在IBM研究中，采用了類(lèi)似于刮刀法辦法來(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）顯示是制作波導(dǎo)模具以及用于涂材料刮刀涂布機(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過(guò)程第六章EOPCB與老式PCB制作工藝6.1EOPCB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光器件，涉及微納米激光器、開(kāi)關(guān)、連接器、探測(cè)器、傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)調(diào)制器等等。電層有許多不同功能電子線路[[][]El-HangLee,S.G.Lee，B.H.O，S.G.Park1，K.H.Kim.Fabricationofa